VPLYV VYBRANÝCH PARAMETROV CESTNEJ KOMUNIKÁCIE NA HOSPODÁRNOSŤ A PREVÁDZKU MOTOROVÉHO VOZIDLA

Jedna z najžiadanejších vlastností motorových vozidiel je ich energetická náročnosť, resp. hospodárnosť. Tá je dôležitá pre dopravcov ako aj radových motoristov, najmä z hľadiska ovplyvňovania výšky celkových prevádzkových nákladov. Dopravná cesta, tzn. charakteristika trasy, povrch vozovky, smerovanie vozovky, jej stúpanie alebo klesanie a vlastnosti dopravného prúdu pôsobia na rýchlosť a plynulosť jazdy a tým aj na spotrebu pohonných hmôt (ďalej len PHM).

Na základe výstavby kvalitných komunikácií, možno docieliť optimálnych jazdných podmienok a kladne tak vplývať na celkovú energetickú účinnosť prevádzky vozidiel. Na druhú stranu aj prostredníctvom kvalitného riadenia dopravy, najmä v mestskej prevádzke, prostredníctvom plynulosti dopravného prúdu sa dajú priniesť určité úspory.

Hodnotenie stavu cestných komunikácií

Dvoma základnými požiadavkami pri dobudovaní a odovzdaní cestných komunikácií (ďalej len CK) do prevádzky sú:

• vlastnosti CK, ktoré spĺňajú podmienky pre ich optimálne dopravné využitie, zodpovedajú vyhovujúcemu technickému a stavebnému stavu,
• majú spĺňať kritéria bezpečnej, plynulej a ekonomicky efektívnej prevádzky.

Samotná dopravná úroveň komunikácie vplýva, okrem iného na náklady súvisiace s opotrebovaním pneumatík, opravou a údržbou vozidiel ako aj na výšku spotreby PHM. Dopravná úroveň CK sa hodnotí podľa rôznych parametrov. Ich prehľad je uvedený v nasledujúcom obrázku.

Zdroj: analýza autora

Obr. 1 Parametre pre hodnotenie cestných komunikácií

Parametre dopravnej prevádzky, ako napr. rýchlosť a úroveň dopravného prúdu, sú tiež vzájomne ovplyvňované a závislé. Tieto parametre sú dôležité, pretože môžu mať určitý vplyv na bezpečnosť, pohodlie cestujúcich, spotrebu PHM, ako aj na celkovú rentabilitu automobilovej dopravy (najmä cestnej nákladnej dopravy). Faktory, ktoré limitujú maximálnu rýchlosť na CK sú v najväčšej miere geometrické prvky trasy, šírkové usporiadanie a stav povrchu vozovky. Pri hodnotení CK sa určuje:

• jazdná rýchlosť (podiel dráhy prejdenej vozidlom a celkového čistého času jazdy bez zastávok),
• cestovná rýchlosť (podiel prejdenej dráhy vozidlom a celkového času jazdy vrátane všetkých prestávok),
• okamžitá rýchlosť (rýchlosť vozidla v určitom okamžiku),
• návrhová rýchlosť (je maximálna rýchlosť, ktorú umožňujú návrhové prvky komunikácie).

Dopravný prúd, ako základný prvok pohybu všetkých účastníkov cestnej premávky ovplyvňujú vo veľkej miere aj iné parametre, ako len rýchlosť. Najmä smerové, sklonové a výškové pomery na CK, ďalej stav povrchu vozovky a rozhľadové pomery. Medzi ďalšie dopravno – prevádzkové kritéria radíme aj intenzitu cestnej premávky. Tá charakterizuje množstvo vozidiel, ktoré prechádzajú po ceste určitým profilom za určitý čas. Intenzita má rozhodujúci vplyv na posúdenie kategórie cesty a takisto má vplyv aj na požadovanú úroveň organizácie dopravy.

Funkčná úroveň je daná, len kvalitatívnou mierou vo vzťahu k užívateľom CK. Charakterizuje jednotlivé prvky kvality, ako komfort, obtiažnosť riadenia vozidiel atď. Je ju možné určiť ako pomer intenzity dopravného prúdu a jazdnej rýchlosti v prúde.

Parametre technického a stavebného stavu CK, sa dajú hodnotiť ako parametre, ktoré umožňujú vozovke spĺňať požiadavky dopravnej premávky. Technický stav sa môže vyjadrovať aj prevádzkovou spôsobilosťou a výkonnosťou. Z obr. 1 vidno, že práve parametre dopravného a technicko – stavebného stavu CK sú tie, ktoré môžu najviac ovplyvniť spotrebu PHM, ako aj cestovnú rýchlosť u vozidiel. Je to spôsobené ich priamym kontaktom a pôsobením na vozidlo. Vplývajú vo veľkej miere na plynulosť jazdy, čo spôsobuje časté brzdenie, akceleráciu a preraďovanie prevodových stupňov. Úspora PHM je dôležitá národohospodárska otázka a je preto nevyhnutným kritériom pre posudzovanie CK, či už z hľadiska ich výstavby, alebo rekonštrukcie.

Vplyvy meniace povrchové vlastnosti vozoviek

Vplyvy, ktoré majú výrazný dopad na povrchové vlastnosti vozoviek, sa môžu rozdeliť na dve skupiny, a to na:

• vonkajšie vplyvy
• vnútorné vplyvy.

Medzi vonkajšie vplyvy sa zaraďuje:

• dopravné zaťaženie

Veľkosť dopravného zaťaženia vplýva najmä na vznik trvalých deformácií, trhlín a stratu drsnosti. Domáce, ako aj zahraničné skúsenosti ukazujú, že medzi narastajúcim zaťažením na nápravu a nebezpečenstvom vzniku deformácií je priama úmernosť. Závažným sa stal aj agresívny vplyv vozidiel s jednou nápravou, oproti vozidlám zo zdvojenou nápravou, ako aj vplyv rôzneho počtu kolies na náprave. Nepriama úmernosť platí pri pomalom dopravnom prúde, ktorý spôsobuje zvýšenie napätia v konštrukcií vozovky a väčšie trvalé deformácie.

• klimatické podmienky

Medzi klimatické vplyvy, ktoré najviac ovplyvňujú povrch vozovky sa môže zaradiť :

• tlak vzduchu,
• rýchlosť prúdenia vzduchu,
• vlhkosť vzduchu,
• množstvo vodných zrážok a
• teplotu vzduchu.

Množstvo zrážok a teplota vzduchu patria medzi najzávažnejšie vplyvy. Ich pričinením dochádza k zmene fyzikálno – mechanických vlastností jednotlivých vrstiev podložia, čo sa prejavuje aj na povrchu vozovky.

• vplyv údržby

Vnútorné vplyvy súvisia s materiálovými charakteristikami, kde sa môžu zaradiť najmä :

• vlastnosti stavebných materiálov a podložia,
• skladba konštrukcie vozovky,
• premŕzanie podložia a mrazové zdvihy.

Parametre technického stavu vozovky

Spomedzi technických parametroch stavu vozovky, sú z hľadiska dopravných podmienok zaujímavé také parametre, ktoré odrážajú ich fyzikálno – mechanické vlastnosti, ako drsnosť, nerovnosť, únosnosť a kryt vozovky.

Makrotextúra zohráva významnú úlohu najmä pri mokrej vozovke a to hlavne pri stredných a vyšších rýchlostiach vozidiel. Slúži resp. pomáha predchádzať tomu, aby vznikol aquaplaning, keďže zabezpečuje vytvorenie kanálikov na odtok vody z povrchu vozovky (styk vozovka – pneumatika). Mikrotextúra má na druhej strane najväčší význam pri suchej vozovke a nižších rýchlostiach, kde zabezpečuje základnú úroveň trenia na mikroskopickej úrovni (adhézia). Vo všeobecnosti môže byť povrch vozovky rozdelený na základe obidvoch textúr do štyroch kategórií:

• drsný a nerovný (obr. 2 A),
• vyhladený a nerovný (obr. 2 B),
• drsný a rovný (obr. 2 C),
• vyhladený a rovný (obr. 2 D).
• Zdroj: spracovanie autora na základe [3]Obr. 2 Povrchy vozoviek s rôznymi hodnotami textúr

  Jednotlivé postupy merania drsnosti (fp) sú uvedené v norme STN EN 13036 . U nás aj v zahraničí existujú rôzne metódy merania, či už priame, alebo nepriame. Ich nevýhodou je to, že neumožňujú hromadný zber údajov, čo je spôsobené predovšetkým ich laboratórnym charakterom a ich nízkou produktivitou. Najviac sa používajú na získavanie údajov pre krátke trasy.

  Samotné meracie prístroje a ich vývoj sa na Slovensku, ako aj v iných štátoch Európy datuje od začiatku 60 – tých rokov. V súčasnosti sa pre potreby CDB meranie drsnosti (fp) vykonáva prostredníctvom prístroja SKIDDOMETER friction tester BV11. Zariadenie predstavuje samostatný príves, ktorý je ťahaný dodávkovým vozidlom. Pre meranie nie sú stanovené špeciálne podmienky. Povrch vozovky musí byť pri meraní suchý, nepoškodený a zvlhčovaný predpísaným množstvom vody. Merania sa vykonávajú pri ustálených rýchlostiach (40, 60, 80, 100, 130 km/h). Meranie a hodnotenie vozoviek daným prístrojom je podrobne popísané v technickom predpise TP 05/2000 .

  Pri kryte vozovky ide buď o vozovky s asfaltovým, alebo s cementobetónovým krytom. U vozoviek s asfaltovým krytom sa najviac používajú dve technológie:

  • asfaltový koberec mastixový pre najviac zaťažené úseky CK,
  • asfaltový betón pre menej zaťažené úseky CK.

  U vozoviek s cementobetónovým krytom ide o:

  • nevystužený cementobetónový kryt so škárami (sú tam umiestnené klzné tŕne a kotvy),
  • spojito vystužený cementobetónový kryt.

  Cementobetónové kryty sa najmä v zahraničí uplatňujú na komunikáciách s vysokými intenzitami dopravy, ako sú napr. diaľnice a rýchlostné cesty. Naproti tomu asfaltové kryty sa uplatňujú v intravilánoch miest a obcí, z dôvodu potencionálnych zásahov do konštrukcie vozovky (v súvislosti s rozširovaním a údržbou sietí v mestách) . V prípade asfaltového krytu sa musí zohľadniť plánované dopravné zaťaženie vo vzťahu k vyjazďovaniu koľají. V SR sa cementobetónové kryty uplatňujú zatiaľ len v tuneloch, z dôvodu požiarnej bezpečnosti, na niektorých väčších križovatkách a zastávkach MHD. Cementobetónové kryty z hľadiska svojho povrchu spôsobujú nižší valivý odpor, čo sa pozitívne prejavuje aj na spotrebe PHM. Ďalšia výhoda je v podobe tvarovej stálosti (zabraňuje sa aguaplaningu na mokrých cestách), majú vysokú trvácnosť a nevyžadujú si časté opravy (pozitívne sa tým ovplyvňuje plynulosť cestnej dopravy).

  Parametre stavebného stavu vozovky

  Smerové vedenie trasy CK sa vykonáva pre priame úseky a oblúky, z ktorých je priemet trasy do pôdorysu vyjadrením smerových pomerov na CK. Smerové prvky trasy, akými sú napr. počty oblúkov a ich polomery majú výrazný vplyv na jazdu vozidiel, najmä z hľadiska ich rýchlosti, čo určite v nejakej možnej miere ovplyvní aj spotrebu PHM. Najmenšie dovolené polomery smerových oblúkov sa vypočítavajú, resp. určujú vo vzťahu k dovolenej rýchlosti, ktorá vyplýva z príslušnej kategórie CK. Nasledujúci obrázok vyjadruje vplyv smerového vedenia CK, na cestovnú rýchlosť vozidiel. Kde modrá čiara vyjadruje maximálnu možnú rýchlosť, vzhľadom na smerové prvky trasy a červená čiara zas možnú priemernú cestovnú rýchlosť.

  Zdroj: spracovanie autora na základe údajov cestnej databanky

  Obr. 3 Vplyv smerového vedenia trasy na rýchlosť

  Smerové vedenie by malo byť v optimálnej kombinácií s výškovým vedením. Výškové vedenie trasy CK závisí od veľkosti a početnosti pozdĺžneho sklonu. Maximálna odporúčaná hodnota pozdĺžneho sklonu, vzhľadom na kategóriu CK je predpísaná v norme STN 73 6101 Projektovanie ciest a diaľnic . Maximálna hodnota výsledného sklonu pre diaľnicu je 7 %, pre rýchlostné cesty 7,5 % a dvojpruhové komunikácie v extraviláne 10 %. Minimálny výsledný sklon sa odporúča 0,5 %, výnimočne 0,3 %. Vyhodnotenie výškového vedenia celej trasy je možné vykonať súčtom absolútnych hodnôt jednotlivých prevýšení , či už v stúpaní, alebo v klesaní na príslušnom úseku.

  Pomerne nízku spotrebu PHM môžeme dosiahnuť pri optimálnej rýchlosti na priamej vodorovnej vozovke s dobrým stavom povrchu (ako aj smerovými, sklonovými a výškovými pomermi), akou je napríklad diaľnica alebo rýchlostná cesta. Pri veľmi vysokej rýchlosti môže aj tam značne stúpnuť spotreba a to predovšetkým vplyvom odporu vzduchu. Aj pri jazde po rôznych autostrádach s mimoúrovňovými križovaniami ciest, kde v prípade jazdy v stúpaní motor pracuje s väčším výkonom, má vozidlo ovplyvnenú hospodárnosť prevádzky. Pri kongesciách, kedy sa tvoria kolóny vozidiel, hlavne ak je ich pohyb veľmi pomalý a nerovnomerný (s častým zastavovaním), tiež môže stúpnuť spotreba veľmi citeľne.

  Bola reálna snaha zistiť vplyv stavebných parametrov, na energetickú náročnosť úžitkových vozidiel. Konkrétne išlo o 80 návesových súprav jazdiacich po 72 rôznych trasách. Boli zachované konštantné technické parametre týchto vozidiel, ako aj porovnateľné atmosfericko – klimatické podmienky. Z hľadiska nedostupnosti všetkých potrebných údajov o charaktere vozovky sa bral do úvahy iba parameter stavebného stavu vozoviek a to konkrétne výškové vedenie, ktoré charakterizuje makroprofil dotyčného úseku vozovky. Na vyjadrenie priemerného prevýšenia a priemerného pozdĺžneho sklonu úsekov na zvolených trasách sa použilo programové vybavenie MapSource 6.13.5 a Map&Guide .

  Sledované vozidlá sa pohybovali v štátoch ako Slovensko, ČR, Maďarsko, Rakúsko, Nemecko, Benelux, Anglicko, čiže ide teda o strednú a západnú Európu. Hodnoty priemerných sklonov na trasách sa pohybovali v rozmedzí <0,2 4> a prevýšenia v rozmedzí <-1,3 1>. Z toho sa dá vyvodiť že sa jedná o mierne zvlnené územie. Čiže na základe toho vznikol predpoklad, že dané dostupné parametre výškového vedenia trás nebudú mať dôležitý vplyv (väzbu) na sledovanú veličinu spotreby PHM. Potvrdilo sa to pri vykonaní parciálnej korelácie (viď. obr. 4).

  Zdroj: spracovanie autora pomocou softvéru SAS Learning edition 4.1

  Obr. 4 Parciálna korelácia – priemerný pozdĺžny sklon vozovky

  Z daného výstupu parciálnej korelácie pre jeden z dvoch parametrov výškového vedenia vozoviek možno usúdiť, že štatistickú nevýznamnosť kritéria (P – value = 0, 3565 > α = 0,05) spôsobila práve nízka korelácia (slabý vzťah) tohto kritéria k prevádzkovej spotrebe PHM. Pozitívna korelácia naznačuje rovnaký vývoj oboch korelovaných parametrov, pri prípadnej zmene jedného z nich. Na základe výsledku príslušnej korelácie sa už ďalšia pre druhý parameter nevykonala a nemohol sa vytvoriť ani regresný model na zistenie reálneho empirického vplyvu daných kritérií na priemernú spotrebu PHM, pri zmene niektorého z nich. Preto ďalší námet pre výskum by spočíval v získaní väčšieho počtu trás (nad 100), ktorých úseky by sa pohybovali vo väčších pozdĺžnych sklonoch. Čiže by sa nevychádzalo len z rovinatého územia, ale aj z územia s väčšími rozdielmi v nadmorskej výške. Na základe toho by sa dala zmerať sila vzťahu priemerného sklonu a prevýšenia k sledovanej veličine, alebo hocijakého iného zmeraného parametra vozovky a bola by možnosť ju kvantitatívne vyjadriť z hľadiska väčšej variability týchto parametrov.

Autori:

Ing. Lukáš Holeša, PhD. – Žilinská univerzita v Žiline, Univerzitný vedecký park ŽU, Univerzitná 1, 010 26 Žilina, SR

Literatúra

 

ČELKO, J. a kol. Povrchové vlastnosti vozoviek. Žilina : SvF ŽU v Žiline, 2000. 233 s. ISBN 80 – 7100 – 774 – 9.

MIKOLAJ, J. a kol. Rekonštrukcia cestných komunikácií. Žilina : SvF ŽU v Žiline, 1992. 154 s. ISBN 80 – 7100 – 102 – 3.

TYRO SAFE – Tyre and Road Surface Optimisation for Skid Resistance and Further Effects. European Community’s Seventh Framework Programme (FP7/2007-2013) under grant agreement n°217920. [Optimalizácia vzťahu koleso – vozovky z hľadiska drsnosti a ďalších efektov. 7. Rámcový program európskej komisie (FP7/2007-2013), riešenie grantu č.217920].

STRYK, J. – POSPÍŠIL, K. Metodika stanovenia finančných kritérií na výber hornej stavby vozoviek v cestnom staviteľstve : technické podmienky. Centrum dopravního výzkumu v. v. i., 2010. 25 s.

sk – odborný stavebný portál. Výhody cementobetónových vozoviek. [elektronický zdroj]. [cit.2015-02-22]. 2012. Dostupné na: http://www.asb.sk/inzinierske-stavby/vozovky/vyhody-cementobetonovych-vozoviek-5141.html

http://www.ssc.sk

 

Tento článok vznikol s podporou projektu „Univerzitný vedecký park Žilinskej univerzity v Žiline“ (ITMS:26220220184) v rámci OP Výskum a vývoj spolufinancovaný zo zdrojov Európskeho fondu regionálneho rozvoja.