Måling af kommunevejes jævnhed Teknisk Assistent Finn Sennek, Vejteknisk Institut e-mail: FS@VD.DK Akademiingeniør Bjarne Schmidt, Vejteknisk Institut e-mail: BJS@VD.DK Måling af kommunevejenes jævnhed har ikke tidligere været udført som en standard måling i kommunerne og skyldes at målingen ikke indgår i de vedligeholdelsessystemer som benyttes af kommunerne. I 24 og 25 byggede Vejteknisk Institut sammen med ingeniørfirmaet Greenwood Engineering, i Danmark, et målekøretøj, figur 1, med det formål at kunne måle cykelstiers jævnhed. Udstyret er opbygget med to lasersensorer som måler vejoverfladens længdeprofil. Sti-måleren, som den kaldes i daglig tale, er et mindre køretøj end Vejteknisk Instituts Profilograf, figur 2, og kun monteret med to lasersensorer, til forskel fra profilografens 25 lasere. Figur 1, VI s sti-måler Figur 2, VI Profilograf Sti-målerens lasere er monteret bag på bilen på en tværgående bjælke og kan placeres vilkårligt på bjælken. Dette muliggøre at positionen for målingerne kan tilpasses stiernes eller vejenes bredder og dermed måle i vejbanernes kørespor. Sti-målerens mindre størrelse i forhold til profilografen, samt de færre lasere gør den særdeles manøvrerbar i byer og på de ofte smalle kommuneveje. Hver af laserne registrerer et punkt på vejoverfladen for hver ca. 7 cm i bilens kørselsretning, disse punktværdier sammensættes til et længdeprofil for vejen og dermed danne baggrund for en analyse af vejoverfladens jævnhed. Profilhøjde (mm) 3 2 1-1 Eksempel på længdeprofiler af en kommunevej og en motorvej 1 2 3 4 5 6 7 8 9-2 Kommunevej Motorvej Figur 3, Eksempel på længdeprofil af en kommunevej og af en motorvej
Som det ses af figur 3, kan der være stor forskel på en kommunevejs og en motorvejs jævnhed. Denne forskel skyldes forskellige faktorer så som krav til færdigvej, udlægningsteknikker, materiale valg samt ikke mindst økonomiske ressourcer i forbindelse med bygning og vedligeholdelse af vejen. Man bør dog også i denne henseende se på sammenhængen mellem kvalitet og trafikhastighed, trafikintensitet og brugernes forventning til vejoverfladens beskaffenhed. Når jævnheden på så vidt forskellige vejklasser som kommuneveje og motorveje skal vurderes, er det vigtigt at se på hvilken indflydelse og konsekvens jævnhedstilstanden har på brugerne og dermed hvilke påvirkninger brugerne udsættes for. En af de parametre som har indflydelse på kørselskomforten er køretøjernes egenfrekvens, og dermed de bølgeområder der genererer disse egenfrekvenser og som forstærker køretøjets lodrette bevægelser. Køretøjers egenfrekvenser optræder normalt ved ca. 1 og 12 Hz, hvor egenfrekvensen ved 1 Hz er relateret til bevægelser i køretøjets karosse og egenfrekvensen ved 12 Hz er relateret til køretøjets hjulophæng. Egenfrekvenserne er ikke kun afhængige af køretøjets støddæmpere, men også køretøjets hastighed. Sammenstilles egenfrekvenserne med køretøjets hastighed, kan man få en ide om, hvilke bølgelængder der har en betydning for at der kan opstå egenfrekvens i et køretøj. Tabel 1 viser de kritiske bølgelængder i forhold til et køretøjs hastighed. Egenfrekvens Hz Kritiske bølgelængder 5 km/t 6 km/t 8 km/t 1 km/t 13 km/t 1 12 1 12 1 12 1 12 1 12 14 1.2 17 1.4 22 2 28 2.3 36 3 Tabel 1; Kritiske bølgelængder i forhold til kørselshastighed. Af tabel 1 kan det ses, at for de hastigheder som er tilladte på kommuneveje - 5, 6 og 8 km/t vil bølgelængder fra ca. 1.2 til 2 meter give rystelser i styretøjet og bølgelængder mellem 14 og 22 meter, give lodrette, gyngende, bevægelser i køretøjet. Rystelser i styretøjet forplanter sig som regel op igennem førerens hænder og arme og kan i værste tilfælde og under længere tids påvirkning, give helbredsmæssige skader. Ved lange bølgelængder, hvor selve bilen bliver sat i lodrette gyngende bevægelser, vil dette kunne give køresyge for passagerer og føre. I Danmark anvendes IRI tallet som et udtryk for vejenes jævnhed og angiver responsen på et køretøj med en hastighed på 8 km/t. Oprindelsen og brugen af IRI-tallet gør, at der bør sættes spørgsmålstegn ved om dette kan og bør anvendes som mål for kommunevejes jævnhed.
Sammenligning mellem kommunevej og motorvej Energi betragtning 1.E+1 1.E+ 1.E-1 1.E-2 1.E-3 1.E-4 1.E-5 1.E-6 1.E-7 1.E-8.1 1. 1. 1. Kommunevej Motorvej Bølgelængde (m) Figur 4, Sammenligning af profiler målt på en kommunevej og en motorvej ved brug af spektralanalyse. I figur 4 er vist den spektrale sammensætning af længdeprofiler målt på en kommunevej og en motorvej. Af figuren fremgår tydeligt at der fra bølgelængder på,5 meter til omkring 2 meter er en klar forskel på profilerne og at der for disse korte bølger er betydelig mere energi, og dermed større amplituder i bølgerne fra den målte kommunevej. IRI tallets respons af et sådant bølgeområde vil være at de korte bølger, mindre end 2 meter vil være dårligt repræsenteret og dermed vil IRI-tallet ikke fange det som kan give anledning til rystelser i styretøjet. Sammenligning af IRI kommunevej og motorvej 1 9 8 7 IRI m/km 6 5 4 3 2 1 8 16 24 32 4 48 56 64 72 8 88 96 14 112 12 128 136 144 152 16 168 176 184 192 2 28 216 224 232 24 Kommunevej Motorvej Figur 5, Sammenligning af en kommunevej og motorvejs jævnhed udtrykt ved IRI m/km I figur 5 er sammenlignet kommunevejens og motorvejens jævnhed ved IRI tallet. Af figuren ses tydeligt, at der er en væsentlig forskel på jævnheden, hvilket understøtter de forskelle som ses i den spektrale analyse. Foretager man en filtrering af profilet således, at det kun er bølgeområdet fra,5 meter til 5 meter som fremkommer ses forskellen mellem profilerne tydeligt, som det fremgår af figur 6.
Sammenligning af filtrerede profiler kommunevej og motorvej.15.1 Profilhøjder (m).5 172 174 176 178 18 182 184 186 -.5 -.1 -.15 motorvej kommunevej Figur 6, filtrerede profiler af profilmålinger fra kommunevej og motorvej. Det store spørgsmål er, hvilken analyse eller hvilket indeks skal benyttes for at få en mere tydelig angivelse af kommunevejes jævnhed. Der findes forskellige muligheder for analyser af vejes jævnheder og fastsættelse af et jævnhedsindeks. For eksempel kan anvendes en varians analyse af længdeprofilet filtreret i korte, mellem og lange bølger. Metoden er anvendt i andre europæiske lande, for eksempel England, hvor man analysere profilet i bølgelængder af 3 meter, 1 meter og 3 meter. Et højt niveau af 3 meter variansen optræder typisk ved kortebølger som strukturelle belægningsskader, huller og dårligt udførte lapper. Et ekstremt højt niveau af 3 meter variansen kan skyldes et stort omfang af revner i hjulsporene. 1 meter variansen er influeret af medium bølgelængder og kan skyldes dårlig rehabilitering af ledningsgrave etc. 3 meter variansen dække bølgelængder som er influeret af vejens geometri og derfor relateret til vejstrækninger hvor højere fart er mulig og derved vejens indflydelse på den del af kørselskomforten som har betydning for køresyge. For at gøre dette analyseværktøj brugbart har man udarbejdet 4 tilstandskategorier samt en sammenhæng mellem de beregnede varianser og tilstandskategorier med angivne grænseværdier. Tilstandskategorierne er vist i tabel 2 Kategori Definition 1 God ingen synlig nedbrydning 2 Nogen nedbrydning -. Nedbrydningen er ikke alvorlig og ingen aktion er nødvendig. 3 Moderat nedbrydning Nedbrydningen begynder at være alvorlig og kræver yderligere undersøgelser. 4 Udpræget nedbrydning Umiddelbar aktion er påkrævet. Denne tilstand bør ikke forekomme på motorveje og landeveje. Tabel 2, Tilstandskategorier
De acceptable varianser for længde profil er angivet i tabel 3 Kategori Værdi 1-2 Værdi 2-3 Værdi 3-4 3. Kommuneveje uden for byer Varians (mm2) 3m 1.5 4 1 1m 7 21 56 3m 75 187 3 4. Kommunevej i byer Varians (mm2) 3m 2.5 7 17 1m 15 45 9 3m 12 24 48 Tabel 3, acceptable varianser for længdeprofilet Som det ses af tabel 3, accepteres nogle større ujævnheder for veje gennem byer. Dette kan skyldes at der normalt er lavere hastigheds begrænsninger i byerne end for veje på landet. Vejteknisk Institut ser at brugen af denne form for analyser af profilmålinger kan være en brugbar vej for at opstille jævnhedsindeks for kommuneveje, og vil i de videre undersøgelser foretage analyser af denne brugbarhed. Ligeledes undersøges muligheden at bruge et surrogat IRI tal hvor der tages højde for hastigheder i kommunerne, samt muligheden for at etablere et specielt reference tal for et kommune IRI tal. Vejteknisk Institut arbejder sammen med Ålborg og Søllerød kommune om udviklingen af et sådant indeks.