„Хлъзгаво, когато е сухо?“ – Ниско триене (съпротивление на хлъзгане) при сухи условия и повърхности на пътната настилка, богати на свързващи вещества

 

Въведение

 

Пътните инженери смятат, че мокрите, а не сухите пътни настилки предлагат най-ниските нива на триене (съпротивление на хлъзгане/приплъзване). Това убеждение се основава на дългогодишно изучаване на фрикционалните характеристики при влажни условия на настилки като горещо валцуван асфалт с чакъл (HRA), които имат „положителна“ макротекстура и сравнително тънко (ако изобщо има) битумно покритие върху вградените в тях агрегатни частици (виж Фигура 1 по-долу за идеализиран пример на типична положителна макротекстура).

 

 

В ръководство за проектиране на пътища и мостове на Агенция за пътища на Обединеното кралство (Highways Agency, 2025) е посочено: „На практика се установява, че устойчивостта срещу приплъзване, измерена върху сухи пътни настилки в експлоатация, обикновено е висока, но при същите настилки, когато са мокри или влажни, се получават по-ниски и попроменливи стойности. Поради тази причина измерванията на устойчивостта срещу приплъзване за целите на рутинен мониторинг на състоянието се извършват върху навлажнени пътни настилки.“ Въпреки това, последните иновации в пътното строителство доведоха до нарастващото използване на „отрицателна текстура“ (виж Фигура 1 по-горе за идеализиран пример на повърхност с отрицателна текстура). Битумните покрития на тези материали обикновено са по-дебели и може да притежават свойства, необходими за дългосрочна издръжливост, но потенциално не са идеални за бързото създаване на директен контакт между гумата и агрегата, който е необходим за постигане на оптимална устойчивост срещу приплъзване в началния експлоатационен период. Следователно, тези настилки с отрицателна текстура могат да проявят фрикционни характеристики, които поставят под съмнение широко разпространеното убеждение, че незамърсените битумни пътни настилки не могат да бъдат „хлъзгави, когато са сухи“. Настоящата статия не си поставя за цел да описва използването на измервателни уреди при изчисляване на динамиката на пътнотранспортни произшествия – това само по себе си би било тема за отделна статия. Също така не се стреми да представи в детайли вече проведените изследвания в тази област от други европейски учени – за тези, които желаят по-задълбочено разбиране на разглежданите тук въпроси, е предоставена справочна секция. Целта на тази статия е да информира пътните инженери за историята на феномена на ниското триене при сухи условия и за неговата скорошна връзка с новото поколение пътни настилки с отрицателна текстура и високо съдържание на свързващи вещества, които бързо се разпространяват по пътищата в световен мащаб.

 

Предистория и хронология

През 1944 г. Е. Зипкес (Zipkes, 1944) изказва хипотезата:  „При някои пътни настилки, точката на топене на свързващото вещество…  (битумния слой)… може да бъде достигната преди тази на каучука от грайфера на гумата, в който случай коефициентът на приплъзване ще има различна стойност в сравнение със случая, когато първо се стопява каучукът.“

Това може би е било първото предположение, че битумно покритие може директно да допринесе за общите асфалтови характеристики на пътната настилка.  Работата на Зипкес по-късно е обобщена в по-достъпна британска публикация (DSIR, 1963). Фигура 2 по-долу изобразява тази теория. Работата на Зипкес по-късно беше обобщена в по-достъпна британска публикация (DSIR, 1963). Фигура 2 по-долу е възпроизведена от тази работа.

 

  

 

Образуването на ниски нива на сцепление с настилката в резултат на наличието на дебел битумен слой между гумата и пътната повърхност е описвано от някои специалисти в пътния сектор като „битупланинг“. Този термин е възприет и от изследователя. Динамиката на аквапланинга е в общи линии добре известна на мнозина, но често е погрешно разбрана в детайлите (Gallaway и др., 1979). При битупланинга се счита, че битумният слой създава ниско ниво на сцепление, подобно на дебелия воден филм, който се образува между гумата и повърхностния слой на настилката по време на аквапланинг (или хидропланинг, както се нарича в САЩ), но в още по-голяма степен. На този етап е полезно да се обсъдят част от публикуваните източници, които документират действителното проявление на явлението, което Ципкес е предположил преди половин век.

 

Исторически доказателства

 

На 23 юни 1986 г. на автомагистрала M4 в Бъркшър, Великобритания, се случва верижна катастрофа с участието на 4 превозни средства и с 13 загинали. Разследването е проведено от Греъм Шелшиър от полицията на Темската долина, който отбелязва:

 

„Най-лошото сцепление върху суха настилка… за десет години тестване на пътни условия.“ (Шелшиър, 1986) Тези стойности на сцепление върху суха настилка той също описва като: „Необичайно ниски…“ (Шелшиър, 1998). Шелшиър предполага, че ниското ниво на сцепление върху сухата настилка е причинено от прекомерно дебел слой битум върху предварително покритите с чакъл зърна, използвани в топлия асфалт (HRA). Тази идея била посрещната със следния коментар от Associated Asphalt: те „…никога не били чували такива глупости“, а мнението на Шелшиър било определено като „недостоверно“ от Wimpey Hobbs, фирмата изпълнител на настилката.

 

По-строг процес на одобрение за предварително покрити с битум фракции може би наистина е бил резултат от този инцидент, но фактът, че това е било ранна проява на битуплейнинг върху „традиционна“ пътна настилка, изглежда е бил като цяло забравен.

 

 

Нови изследвания

 

DWW (Нидерландия): Изследване на ниско сухо сцепление при порест асфалт

Порестият асфалт (отрицателно текстуриран, свободно отводняващ се пътен настилен материал) е предпочитаният материал за магистралите в Нидерландия. Разследването на катастрофа през 1991 г. подтиква изследване, което впоследствие задава стандарт за измерване и определяне на допустимите нива на сухо сцепление в експлоатационни условия.

 

Измервания на сцепление, извършени от полицията на мястото на инцидента върху нов порест асфалт при сухи условия, първоначално подсказват скорост на движение, значително по-висока от реалната, установена впоследствие чрез други доказателства, като в крайна сметка се доказва, че понижено ниво на сухо сцепление е причината за надценяването. (J Fafié, 2004) Изследване, проведено от DWW (Dienst Weg- en Waterbouwkunde) (Bennis & Leusink 2000), установява широко разпространени увеличени СПИРАЧНИ разстояния НА СУХО върху нов порьозен асфалт, когато ABS (An Blockier-System, антиблокираща спирачна система) е изключена и колелата са свободни да блокират.

 

Фигура 3 по-долу (от Ju e & Siskens, 1997) илюстрира профилите на забавяне, получени по време на тестове с автомобил, който се плъзга върху нов порьозен асфалт – с ABS (лявата графика) и без ABS (дясната графика).

 

Тестът БЕЗ ABS върху нов порьозен асфалт (дясната графика) показва графика на забавянето с кратък период на пиково триене (максималното ниво на забавяне, показано в m/s²), последван от удължен период на значително по-ниско триене при плъзгане (останалата част от забавянето на автомобила до пълно спиране).

 

Това „висок пик“ и „ниско плъзгане“ е характерно за явлението bituplaning, идентифицирано както в по-ранната работа на Shelshear, така и в по-късни изследвания, които предстои да бъдат разгледани. Продължителността на спирачната маневра е забележимо по-дълга върху същата настилка със същото тестово превозно средство при същата скорост, само при изключване на ABS. Изследването на DWW напредва към разработването на ремарке за тестване на сухо триене, което да замени тестовете с автомобили с плъзгане, за да се избегне необходимостта от затваряне на пътища за провеждане на изпитания, и впоследствие към изготвянето на спецификация за приемливо ниво на рутинно измервано сухо триене върху порьозен асфалт, с цел управлението на риска чрез доказано ефективен статистически подход. Пример за знак, използван за предупреждаване на шофьорите, е показан на фигура 4c.

 

Изследването, проведено от DWW, е докладвано в сборника от международен симпозиум за порьозен асфалт през 1997 г. (Ju e & Siskens, 1997), но фактът, че порьозният асфалт не беше (и все още не е) широко използван в Обединеното кралство по онова време, може да е ограничил разпространението на тази ценна работа сред пътните инженери отвъд Ламанша.

 

TRL и Полицията на Дербишър: Изследване за Областния съвет на Дербишър относно определени отрицателно текстурирани настилки (NTS – Negative Textured Surfaces).

 

Изследователски доклад, възложен от Областния съвет на Дербишър през 2001 г. (Derbyshire County Council, 2001), описва разследване (чрез използване на устройството Skidman (показано на фигура 4a по-долу), тестер за триене на настилки (PFT – Dynatest 1290) и SCRIM) на фрикционните характеристики на отрицателно текстурирани пътни настилки, свързани с две местоположения на фатални катастрофи. Полицията първоначално е установила ниски нива на сухо триене за превозни средства без ABS чрез тестове с деселерометър, използвайки устройството Skidman.

 

 .

                                                                                      4а                                                               4b, 4c

Фигура 4a: Деселерометър Skidman на Turnkey Instruments, използван за изчисляване на коефициента на триене (Mu – μ) въз основа на  резултатите от контролирани тестове с плъзгане, проведени с участието на  катастрофиралото превозно средство или разследващ автомобил. (Снимка от Turnkey Instrument Ltd)

Фигури 4b и 4c: Предупредителни знаци, използвани в Дербишър, Великобритания (снимка от полицията на Дербишър) и по холандските магистрали върху порьозен асфалт – „по-дълъг спирачен път, нова пътна настилка“ – с цел да предупредят шофьорите за нови пътни настилки (снимка от DWW).

Въпреки че вероятно не са били наясно по онова време, заключенията на полицията в Дербишър силно наподобяват тези, които почти десет години по-рано подтикват първоначалното разследване от DWW, описано по-горе. Макар обстоятелствата около двете фатални катастрофи да са били сложни и да не могат да бъдат приписани на пътната настилка, възможното възникване на bituplaning може да е предизвикало въвеждането на местна политика за предупреждаване на пътните участници за наличие на нови битумни настилки чрез предупредителен знак „хлъзгав път“ (фигура 4b илюстрира типичен използван знак). Както вече бе обсъдено, такава политика съществува за магистралите в Нидерландия (Bennis & Leusink 2000), а фигура 4c по-долу показва типичен използван знак там.

 

Значителен интерес е предизвикан в Обединеното кралство сред инженерите по пътища и специалистите по пътна безопасност в резултат на разследването в Дербишър, и е издадено временно ръководство (IAN 49) от Пътната агенция (HA) с препоръки за стратегия относно предупредителни знаци при нови битумни настилки от ВСЯКАКЪВ тип (Highways Agency, 2003).

 

Докладът на TRL установява:  „Значително покритие от свързващо вещество върху SMA (Stone MasRc Asphalt – каменно-мастичен асфалт) и на двете места.“

 

„Дебелият филм от свързващо вещество закриваше всякаква микротекстура по повърхността на частиците от агрегата.“ „Тестовете със Skidman при сухи условия показаха нива на триене... сходни с тези, получени при мокри условия.“

 

„Обикновено се счита, че при сухи условия триенето между пътя и гумата е високо и до голяма степен независимо от скоростта. Това изследване показа, че въпреки че устойчивостта на приплъзване на относително нов SMA може да е адекватна при мокри условия, при изключителни обстоятелства на сухо блокиране на колелата наличното триене може да е значително по-ниско в сравнение с повечето сухи пътни настилки.“ Направено е и следното наблюдение:

 

„Въпреки че е по-ниско от очакваното, сухото триене на SMA не беше по-лошо от обичайния най-лош случай на мокро триене при средни скорости.“

 

Трябва да се зададе въпросът: Подготвен ли е „типичният шофьор“ за сухи пътища, които при екстремно спиране могат да бъдат: „не по-лоши от обичайния най-лош случай на мокро триене“?

 

Подготвени ли са те за пътни настилки, които може да се държат по начин, различен от всичко, което преди това са изпитвали на сухо? Липсват изследвания, които да отхвърлят или      потвърдят       тези предположения.

 

По-„прогресивните“ шофьори / мотоциклетисти обикновено очакват сухите пътища да осигуряват по-високи нива на сцепление от мокрите (освен ако не са видимо замърсени); дали тогава не карат „толкова агресивно“, колкото миналият им опит със сухи пътища ги е научил, че е „безопасно“?

 

Динамиката на течностите вероятно е причина или основен допринасящ фактор за настъпването на такива инциденти и допринася за тяхната тежест. Развитието на динамиката на течността е свързано с времето. „Интензитетът“ на динамиката се определя от няколко аспекта като: конфигурацията на изминатия маршрут, промените в скоростта на движение на пътната цистерна и поведението на шофиране на камиона и неговия водач.

 

Общи елементи между по-ранните изследвания

 

За съжаление, нито по-ранната работа във Великобритания от Шелшийр през 1980-те години, нито по-новите открития на DWW през 1990-те са споменати в доклада на TRL за Дербишър (въпреки че катастрофата на автомагистрала M4 е разгледана в по-късен документ на TRL, включващ част от заключенията от Дербишър (SCI, 2002)); позоваване на тези изследвания би подчертало факта, че и други отрицателно текстурирани настилки, както и някои потрадиционни материали като HRA (горещо валцуван асфалт) с предварително покрити с чакъл повърхности, вече са показали потенциал да проявят bituplaning, въпреки че притежават приемливи фрикционни свойства при МОКРИ условия.

 

Нито един от докладите на Шелшийр (1986 и 1998), нито този на TRL (Derbyshire County Council, 2001) включват графики на забавяне (или пик/плъзгащо триене), което прави директното сравнение между динамиката на събитията, свързани с bituplaning, невъзможно. Изследването от 1980-те години вероятно е нямало нужната технология за генериране на такъв тип данни.

 

Непубликувана брошура от Греъм Шелшийр (Shelshear, 1993), представляваща преработка на статия, първоначално разпространена през 1988 г., все пак съдържа изходни данни от тестер за спирачна ефективност Motormeter: тези данни показват силна прилика с формата на забавяне тип „висок пик / ниско плъзгане“, демонстрирана в по-късната работа на Юте и Сискънс.

 

Текущи изследвания

 

Настоящата статия описва част от изследванията, проведени от Джон С. Булъс – докторант от Изследователската група по транспорт към Университета на Саутхемптън. Тази работа трябва да бъде завършена в края на 2006 г.

 

Целта на това изследване е да разгледа няколко въпроса, повдигнати по време на двугодишно кабинетно проучване на взаимодействието между гума и пътна настилка, извършено от изследователя (Bullas, 2004) за Фондацията на AA за изследване на пътната безопасност (сега AA Motoring Trust) през периода 2000–2003 г.

 

Документ с обзор от двадесет страници, както и пълният доклад, могат да бъдат изтеглени от уебсайта на AA Motoring Trust:

http://www.aamotoringtrust.com/index.asp?pa geid=78   

 

Изследване върху фрикционните характеристики в ранния живот на настилките също е проведено в TRL като съвместен проект на Пътната агенция (HA) и CSS (бившата Асоциация на областните главни инженери – County Surveyors Society);

 

това изследване изглежда е било подтикнато от големия интерес и загриженост, проявени в цялата инженерна общност по пътищата в Обединеното кралство относно събитията, случили се в Дербишър през 2001 г.

 

Статистическо изследване на характеристиките на кривите време/забавяне, извлечени от база данни със събития на забавяне, измерени със Skidman, беше проведено от Кърт Яп, като дипломна работа за присъждане на магистърска степен (MSc) по „Планиране и инженеринг на транспорта“ в Университета на Саутхемптън.

 

Статистически анализ на базата данни с помощта на MiniTab също беше проведен от изследователя в началото на 2006 г., за да се установи дали повърхности с отрицателна текстура (NTS) имат статистически значими различия във фрикционните свойства в сравнение с традиционни повърхности с положителна текстура.

 

Методология

 

Събиране на данни за повърхностното триене (съпротивление на хлъзгане/приплъзване) 

 

Британското Ръководство за проектиране на пътища и мостове (Пътна агенция, 2005) гласи:  „Полицейските тестове за приплъзване се извършват при различни условия и се използват на местата на произшествия, за да подпомогнат реконструкцията на катастрофата. Те често се провеждат при сухи условия. Измерванията не са подходящи за оценка дали пътната настилка е под стандарта или се нуждае от коригиращо третиране.“

 

Ръководството продължава:  „Ако обаче тест за приплъзване на сухо покаже по-ниска от очакваната устойчивост при спиране на суха пътна настилка, това трябва да бъде докладвано на пътната администрация, за да може причината да бъде разследвана.“

 

Skidman поради това беше счетен за подходящ инструмент за целите на изследване на съпротивлението при приплъзване на сухо и за установяване на евентуални прояви на bituplaning.

 

Шелшийр коментира в своя доклад за катастрофата на магистрала M4 през 1986 г., че устройството SCRIM е неподходящо за измерване на сухо триене; тестерът за сцепление Findlay Irving също е проектиран само за изпитвания при мокри условия. Единствените устройства, които са лесно достъпни за измерване на триене върху суха настилка, са децелерометърът Skidman на Turnkey Instruments, децелерометрите от серията Vericom VC и тестерът за триене на настилка Dynatest 1290/95 (PFT). PFT може да предостави моментен директен изход на стойността на триенето по време на събитието на блокиране на тестовото колело, в графична форма, която не се различава особено от тази на графиките на забавяне от Skidman, които ще бъдат разгледани по-късно.

 

Устройства като SCRIM и PFT не можеха да бъдат използвани в това изследване, но спирачни тестове със забавяне чрез Skidman се извършват рутинно от професионални следователи на катастрофи на местопроизшествието при повечето фатални и животозастрашаващи инциденти в Обединеното кралство. Затова, след поредица от презентации пред старши разследващи на катастрофи, бяха направени стъпки за тясно сътрудничество с полицейските служби в цялата страна с цел: 1) Да се съберат подробности за всякакви катастрофи, при които фрикционните характеристики на нови настилки (с изключение на външно замърсяване) са били счетени за ключови фактори при възникването на произшествието.

 

2) Да се набавят данните от децелерометъра Skidman, събрани по време на ВСИЧКИ валидни тестове със Skidman, извършени във връзка с разследвания на катастрофи, заедно с информация за използваната спирачна система, състоянието на настилката и основния тип пътна повърхност. Типът настилка се определя както въз основа на опита на разследващия служител, така и чрез справка с фотоидентификационно ръководство, изготвено с помощта на група за технически съвети от местна администрация. Снимки на пътната настилка от мястото на произшествието също съпровождат малък брой от подадените данни.

 

Следва да се отбележи, че статистическите данни, базирани на полицейски регистри на ПТП, показват, че много малка част от катастрофите се дължат на състоянието на пътната настилка на мястото, където са се случили (Broughton et al, 1998). Следователно, събирането на данни от местопроизшествия не бива да се разглежда като вземане на проба от нерепрезентативна популация от пътни настилки.

 

Във всеки случай, логистичните ограничения на изследването изключваха използването на рутинни устройства за измерване на сухо триене, а цената за използване на PFT беше изчислена на приблизително £750–£1000 на ден.

 

Надеждата беше, че събраните данни ще осигурят по-добро разбиране на фрикционните характеристики на пътните настилки като цяло, измерени с устройството Skidman, но по-конкретно — ще хвърлят светлина върху естеството на явлението bituplaning, вече наблюдавано от TRL в Дербишър, от Шелшийр на M4 и от DWW в Нидерландия.

 

Нивото на интерес от страна на полицията към проекта варира значително между различните служби — много малко (но все пак някои) не са били склонни да съдействат, мнозина активно са търсили възможност да предоставят данни, а малък брой дори са предложили да извършват редовни тестове върху конкретни пътни участъци, като заместител на тестове със SCRIM и/или PFT. Събирането на данни се извършва от края на 2003 г., с помощта на MS-DOS пакета SIMRET и кабел SKIDCALC, любезно предоставен от Turnkey Instruments.

 

Обикновено устройствата Skidman се изтегляха в отделните полицейски управления, но по изключение това се извършваше от Turnkey Instruments по време на рутинна поддръжка или от самата полиция, използвайки SIMRET и собствения на силите кабел за пренос на данни.

 

Експерименти и изпитвания

 

Изпитване на приплъзване

С цел разширяване на знанията относно поведението на повърхности, богати на свързващо вещество, при сухи условия и под въздействието на плъзгаща се блокирана гума, са проведени редица експерименти. Те се опитват директно да измерят температурата, която се генерира между гумата и пътната настилка по време на блокиране на колелата при спиране на сух път; тези температури са били математически изчислени от холандски изследователи (Ju e & Siskens, 1997) на над 350°C.

 

Първоначално изпитванията за приплъзване са били извършени с автомобил Vauxhall Astra (с възможност за изключване на ABS), собственост на полицията на Девън и Корнуол, оборудван с инфрачервени сензори Datron и GPS оборудване.

 

Изходните данни от сензорите за скорост на превозното средство, въртене на колелата и температура позволяват да се определи периодът на блокирано приплъзване. Безконтактни инфрачервени сензори са използвани за измерване на температурите, генерирани както върху пътната настилка, така и върху повърхността на гумата, която е в контакт с пътя по време на приплъзването, тъй като „горещото петно“ върху гумата може да бъде измерено, докато се „изтъркулва“ извън контактната зона, когато превозното средство се придвижва напред след спирането. След това автомобилът за разследване на катастрофи на полицията в Хемпшир (Ford Galaxy) е бил използван за изпитвания на приплъзване, които са били записани с високоскоростна инфрачервена видеокамера на FLIR Systems.

 

Ограничени изследвания също са проведени с цел проучване на характеристиките на кривата на приплъзване/триене на гумата, генерирана по време на блокирано приплъзване върху повърхности с отрицателна текстура и/или богати на свързващо вещество. Тази работа беше любезно подкрепена от Datron (UK), които предоставиха специализирано оборудване и обработка на данни, за да направят възможно осъществяването ѝ.

 

Изследване на влиянието на повърхности с отрицателна текстура върху поведението по критичната траектория Редица следователи на пътнотранспортни произшествия са проявили интерес към триенето на повърхности с отрицателна текстура в момента на загуба на контрол по време на опит за рязко завиване и/или избягващи маневри.

 

Следователите отдават голямо значение на следите от приплъзване, оставени от гумите на превозното средство, когато то преминава през „критична траектория“, след която губи контрол.

 

Пълно изследване на това поведение по „критичната траектория“ беше извън обхвата на този проект, но това не означава, че не може да бъде изследвано в бъдеще.

 

Такова изследване би изисквало сложно инструментално оборудване, възпроизведени участъци от различни пътни настилки и строго контролирано управление на превозното средство.

 

Много ограничено проучване (извършено като част от разследване на Службата на столичната полиция) изглежда подсказва, че има малка или никаква разлика в поведението при загуба на контрол (и коефициента на триене при блокирани колела – Mu) между износена HRA (горещо валиран асфалт) и износена SMA (стоманено-мастиков асфалтова настилка).

 

Резултати и наблюдения

 

Събиране и анализ на данни от делекометъра "SKIDMAN"

Резултатите от над 1000 събития на забавяне, измерени със Skidman, са събрани, като се натрупва съпътстваща информация в рамките на продължаваща дейност; тази работа върви паралелно с изтеглянето на допълнителни тестове със Skidman и ежедневната координация с екипите за разследване на катастрофи в цялата страна с цел разширяване на базата данни.

 

Целта на тази работа е да се комбинират отделните времеви серии от над 250 данни (записи на събития на забавяне с продължителност от две до пет секунди) с информация относно спирачната система, състоянието на настилката и типа настилка, с опит за разработване на няколко представителни модела за различните видове настилки.

 

Критични показатели като времето между достигането на пиково триене и началото на плъзгащо се триене, величината и на двете, както и наклонът на кривата по време на плъзгащото се триене, се установяват за всяко събитие на забавяне.

 

Контрастите между стойностите на триене при мокро и сухо състояние на една и съща пътна настилка са били обсъждани както от TRL (Съвет на графство Дербишър, 2001), така и от изследователи в Нидерландия (виж Фигура 3 и други части в Ju e & Siskens, 1997).

 

Първоначални данни също бяха събрани, които подсказват за по-голяма пропорционална разлика между пиковото и плъзгащото триене при сухи повърхности с отрицателна текстура от типа SMA, отколкото при мокри SMA или други традиционни „положителни текстурни“ повърхности при мокро състояние.

 

Този контраст може да се види в графиките от декелерометъра, вече показани за SMA и порест асфалт.  Най-ценният резултат от тази област на изследването до момента е показан на  Фигура 5.  Резултатите от забавяне, измерени със Skidman при тестове без ABS във  Великобритания върху редица повърхности с отрицателна текстура, показват обща прилика с формата на тези, получени при тестове за приплъзване върху порест асфалт в Нидерландия, където е установено явлението "bituplaning" (както е обсъдено по-рано и показано на Фигура 3).  Скорошна работа (средата на 2005 г.) също подчерта потенциала за прояви на поведение при аварийно спиране както при автомобили със, така и без ABS, което не е обичайно за „традиционни“ настилки.

 

Няколко следователи на катастрофи са повдигнали въпроса за по-голямата склонност на автомобили с ABS да оставят следи от приплъзване по време на тестовете. Фигура 4d по-долу илюстрира следите от приплъзване, видими след тест за спиране при суха повърхност както без ABS, така и с ABS, заедно с графика от Skidman от теста с ABS върху участък от SMA на шест месеца.

 

Тези тирета (следи) може би отразяват разлика в момента по кривата на сцепление/приплъзване на гумата, при който се достига пиковото сцепление на повърхности с дебел слой свързващо вещество в сравнение с по-традиционни повърхности като HRA.

 

Изследване на катастрофи във Великобритания като част от процеса на събиране на данни

 

Съществуват обстоятелства, при които явлението "bituplaning" е било установено чрез анализ на данни от Skidman, събрани на местопроизшествието, но до момента няма доказателства, че някоя фатална или почти фатална катастрофа е била причинена или значително влошена от явлението  "bituplaning".

 

Експериментални изпитвания

 

Резултатите от първоначалните аварийни спирачни маневри (върху суха повърхност с отрицателна текстура), извършени с инфрачервени сензори, бяха неубедителни поради липса на сигурност при екстраполацията на ограничените и косвени температурни измервания на контактното петно на гумата, направени след събитието на спиране.

 

След едно аварийно спиране без ABS (Фигура 6) беше измерена температура около 70°C на пътната настилка (при външна температура само 30°C — увеличение с 40°C след една маневра), а температура от около 55°C беше впоследствие измерена на „изтърколеното“ контактно петно на гумата, също при начална температура от около 30°C — увеличение с 25°C след една маневра.

 

Фигура 4d: Вляво: Двойка следи от приплъзване при суха повърхност – с/без ABS, създадени по време на тестване на шестмесечен участък от SMA; „пунктираните“ следи на ABS са на заден план. Вдясно: Данни от Skidman от тестовете, генерирани

 

  

Фигура 5: Ляво: Типична последователност от тестове със Skidman при суха настилка и изключен ABS, проведени върху НОВА суха SMA (Y ос: забавяне в G, X ос: време в секунди). Дясно: Сравнение между тестове със и без ABS при приплъзване върху суха/влажна настилка на един месец с тънко покритие (с отрицателна текстура, но не SMA).

 

Допълнителни експерименти на затворен пътен участък с НОВ HRA, извършени с калибрирана инфрачервена камера FLIR Systems, не само установиха разлика в температурите генерирани върху пътната настилка между спиране с ABS и без ABS и визуализирано загряването на пътя от спиране с ABS, но също така е позволено температура от 150°C да бъде директно измерена върху повърхността на гумата непосредствено след спиране с блокирани колела (температурата на въздуха беше близо до замръзване, виж Фигура 7 за кадър от записаното инфрачервено видео). Допълнителна работа е планирана за покъсно през 2006, тази работа може да включва визуализация на явлението bituplaning с помощта на високоскоростно (1000 кадъра в секунда) видео и монтирана на превозното средство инфрачервена камера за заснемане на симулирани аварийни спирачни събития с ABS и без ABS върху както NTS, така и традиционни настилки.

 

Директната визуализация на температурите, генерирани по време на приплъзване без ABS на суха настилка, подкрепя по-ранна работа (Ju e & Siskens, 1997), предполагаща, че температури се генерират между гумата и пътната настилка, които може много добре да са способни да разтопят или омекотят битумния слой и да породят намалените нива на повърхностно триене, наблюдавани по време на събитие на bituplaning, но това не потвърждава, че високата температура задейства явлението bituplaning.

 

Холандската работа обаче предложи теоретично изчислени температури над 350˚C. Най-ценният резултат от тази работа е потвърждението, че температури, считани за значително над необходимите за омекване/разтопяване на битумни материали, могат да бъдат измерени по време на събития със спиране с блокирани колела (събития много подобни по вид на онези, проведени в предишни изследвания на явлението bituplaning). Въпреки това, наличието на такива високи температури не потвърждава обичайното предположение, че обикновено разтопяване на битумния филм е доминиращият процес, водещ до ниските нива на сухо триене, наблюдавани по време на bituplaning.

 

Битумният филм е изложен на срезови скорости до 13 метра в секунда при 30 мили в час и натоварвания, които потенциално се равняват на над 50% от масата на превозното средство върху контактното петно, затова реологичните свойства на битума при висока температура и високо срязване/деформация са обект на изследване, тъй като „моделът на топене“ е твърде опростен в агресивната среда на събитие със спиране с блокирани колела.

 

По-задълбочена работа е необходима в областите на влиянието на повърхности с отрицателна текстура върху поведението по критичната траектория, механизма, отговорен за явлението bituplaning, и неговото възможно влияние върху поведението по критичната траектория, тъй като това не можеше да бъде извършено в обхвата на този докторантски проект.

 

Как може да бъдат информирани участниците в движението за възможната опасност от битупланинг?

 

Логичният подход, възприет в Нидерландия по отношение на сигнализацията, тестването и последващото премахване на сигнализация, предназначена да предупреди пътния ползвател за специфичния риск от bituplaning, трябва да бъде взет като добър пример за стратегия, която да се прилага и на други места.

 

Фигура 6: Данни от сензори по време на събитие със спиране с блокирани колела върху настилка с отрицателна текстура: БЕЗ ABS, тестовото превозно средство с блокирани колела се е плъзнало до 10 км/ч и след това се е придвижило напред (Светлосиньо: скорост на колелото, синьо: скорост на превозното средство, жълто: температурен сензор, насочен към задната част на гумата, розово: температурен сензор, насочен към пътя зад гумата).

 

Използването на двусмислена сигнализация, която предполага проблем с триенето при МОКРА, а не при СУХА настилка, ако е  съчетано с липса на първоначално и/или текущо наблюдение на проблема с триенето, може потенциално да изложи както пътния ползвател, така и поддържащия орган на ненужен риск.

 

 

Разпространението на предупредителни знаци, съпътстващи появата на всеки нов участък настилка, не предава правилното послание към онези, които могат както да шофират по него, така и всъщност косвено да финансират новото строителство чрез местните или националните си данъци:  „Защо новият път има предупредителен знак, когато старият нямаше?“ …... могат да попитат.

 

 

Местоположението и влиянието на трафика вече се вземат предвид при тълкуването на изискванията за приплъзване при мокро (Highways Agency, 2005); същото трябва да се обмисли и когато се прави опит да се оцени продължителността на явлението bituplaning между различни места. Без доказано основание както за поставянето, така и за последващото премахване,  използването на предупредителни знаци за подчертаване на риска от bituplaning може, в най-добрия случай, да създаде негативен публичен образ за съответните органи, а в най-лошия – евентуално да допринесе за изхода на съдебно дело, ако знак бъде премахнат преждевременно, преди коефициентът на сухо триене да е приемлив, или ако посланието на знака е двусмислено или неразбрано.

 

Ако инженерът смята, че съществува проблем „при сухо време“, трябва ли да се използва знак, който обикновено се възприема като показател за проблем „при мокро време“? Не забравяйте, че предупредителните знаци в Нидерландия гласят просто: „Нова пътна настилка, по-дълъг спирачен път“.

 

Фигура 7: Горе вдясно: Инфрачервена фотография от FLIR Systems на горещото петно от 151ÅãC, образувано върху гума по време на спиране със заключени колела върху СУХА НОВА HRA. Горе вляво: Областта на гумите, която е в контакт с пътя по време на аварийно спиране, току- що се е „разгънала“ след тест за приплъзване БЕЗ ABS върху СУХА НОВА HRA. Долу вдясно: Камерата FLIR е достатъчно чувствителна, за да засече „горещите петна“, образувани върху пътната настилка при спиране с ABS, и да покаже парата, генерирана от топлообмена (тест с ВКЛЮЧЕН ABS: традиционна пътна настилка с воден филм).

 

 

Положителни характеристики на повърхността с отрицателна текстура при мокро време

 

Дали скорошен доклад на TRL (Фигура 8, взета от Nicholls and Carswell, 2004) евентуално подсказва, че прегледът на поведението при СУХО триене на повърхности с отрицателна текстура в Обединеното кралство трябва да бъде придружен от преглед на процесите, участващи в дългосрочното развитие и поддържане на техните СВОЙСТВА при МОКРО триене?

 

Откритията от често обсъждания (но за съжаление все още непубликуван) доклад „Макротекстура и пътна безопасност“ (MARS) (Parry, 1998), може би обясняват защо съществува нужда да се разберат по-добре основните свойства на триене на повърхности с отрицателна текстура.

 

Анализ на данните

 

Първоначалният анализ на базата данни от Skidman е дал някои ценни резултати, но е необходима по-задълбочена работа, за да се използва пълноценно дълбочината на информацията, съдържаща се в профилите на забавяне от Skidman, когато те се комбинират с данни за типа настилка, спирачната система и състоянието на настилката.

 

Прояви на явлението битупланинг са били установени чрез визуализация на времевите серии на деселерометъра "Skidman", заедно с измерими разлики в стойностите на забавяне между различните типове настилки, което предполага, че явлението bituplaning може да се отразява във връзката между пиковите и средните стойности на забавяне за съответните настилки и при сравнение между спиране с ABS и без ABS.

 

Фигура 8: Обобщена фигура, показваща MSSC стойностите от SCRIM (Средни летни SCRIM коефициенти) за участъци с поне 6 години SCRIM данни (по Nichols & Carswell, 2004)

 

 

Изследване на катастрофи във Великобритания, като част от процеса по събиране на данни

 

Наблюдението, че липсва доказателствена база за ролята на bituplaning в реални катастрофи, е от стойност за инженерите в Обединеното кралство. Съществуват донякъде необосновани опасения относно безопасността при използването на настилки с отрицателна текстура, богати на свързващо вещество, откакто се случиха събитията в Дербишър през 2001 г.

 

Експериментални изпитвания

 

Температури, които обикновено се смятат за по-високи от необходимите за омекване/стопяване на битумни материали с тънко покритие, са били директно измерени по време на събития със заключено колело при спиране, което подкрепя, но не потвърждава теорията, че стопеният битум е отговорен за явлението bituplaning: началото на друго явление по време на приплъзване със заключено колело, което генерира ниското триене в събитието bituplane, може да прекъсне топлообмена между гумата и пътя, вместо пътят просто да се разтопи, когато се достигне определена критична температура.

 

Ефектът на явлението bituplaning върху превозни средства със спиране с ABS и възможното влияние на повърхности с отрицателна текстура и/или на самото явление bituplaning върху поведението по критичната траектория изисква допълнително изследване.

 

Необходимост от повече изследвания отвъд измерването на съпротивлението на хлъзкане/приплъзване и комфорта при пътуване

 

Извън обхвата на настоящото изследване, но напълно заслужаващ внимание, е възможната роля на подобрения комфорт при шофиране, намаленото разпръскване на вода и шум, които всички се постигат чрез повърхности с отрицателна текстура, и как това може да влияе на поведението на водача.

 

Замяната на износена, с коловози, с дупки или неравна "положително текстурирана" пътна настилка с по-гладка и по-тиха "отрицателно текстурирана" може евентуално да доведе до увеличаване на скоростта на превозните средства заради подобрения комфорт при движение. Независимо от характеристиките на триене на пътната настилка, това теоретично би могло да допринесе за увеличаване на броя на катастрофите.

 

Повече от просто свойствата на триене на нова пътна настилка може да се наложи да се вземат предвид при разследване на катастрофи след полагане на нови пътища с отрицателна текстура.

 

Необходимост от повече изследвания върху фундаменталната същност на съпротивлението на хлъзгане/приплъзване и повърхностите с отрицателна текстура

 

Първоначалните резултати от това изследване, заедно с наскорошни наблюдения върху дългосрочното съпротивление при приплъзване на мокро на определени повърхности с отрицателна текстура (Bastow, 2005), може би предполагат необходимостта от поставяне под въпрос на фундаменталните предположения, направени по отношение на генерирането както на тяхното съпротивление при приплъзване на мокро, така и на сухо. Направени са предположения, че обичайно прилаганите спецификации за агрегати за пътни настилки, базирани на техните последващи характеристики при реална експлоатация – които са се развивали през години на използване в положително текстурирани настилки – могат просто да бъдат прехвърлени към новите повърхности с отрицателна текстура и да осигурят същото представяне. Дори е възможно да се представят по-добре!

 

Използвана литература

 

Bastow, R., M. Webb и др. (2005). Изследване на устойчивостта при приплъзване на Stone Mas c Asphalt, положен в селска пътна мрежа в Англия. Surface Fric on 2005, Крайстчърч, Нова Зеландия.

Bennis TA и Leusink J (2000). Нова методика за измерване на началната грапавост на ZOAB. Доклад № P-DWW-97-080, DWW Del†, Нидерландия.

 

Broughton J и др. (1998). Нова система за записване на допринасящи фактори при пътнотранспортни произшествия. TRL Доклад 323, Crowthorne.

Bullas JC (2004). Гуми, пътни настилки и намаляване на катастрофи: Преглед. Доклад FDN34, AA Founda on for Road Safety Research / County Surveyors’ Society, Farnborough.

Derbyshire County Council (2001). Изследване на устойчивостта при приплъзване на определени SMA настилки в Дербишър. Док. Ref 05918/H1, TRL.

DSIR (1963). Изследвания по пътна безопасност. HMSO, Лондон.

Fafié, J (2004). Начална суха устойчивост при приплъзване. Доклад от конференция “Surf 2004”, Торонто, Канада.

Gallaway BM и др. (1979). Критерии за проектиране на настилки с цел минимизиране на аквапланинг. Доклад FHWA-RD-79-31, Texas Transporta on Ins tute.

Highways Agency (2003). Временни съвети IAN 49/03: Използване на предупредителни знаци за нови асфалтови настилки. HMSO, Лондон.

Highways Agency (2005). Наръчник за проектиране на пътища и мостове. HMSO, Лондон.

Ju e RH и Siskens CAM (1997). Технологичен подход към ниската начална устойчивост при приплъзване на порести асфалтови пътища. Европейска конференция по порест асфалт, Мадрид.

Nicholls JC и Carswell I (2004). Трайност на тънки асфалтови системи – Част 2: Резултати след три години. Доклад TRL606.

Parry AR (1998). Макротекстура и пътна безопасност: окончателен доклад. Доклад PR/CE/56/98, TRL.

SCI (2002). Резюмета от конференцията “Начална устойчивост при приплъзване на асфалт”, SCI, Лондон.

Shelshear G (1986). “Слабо съпротивление при приплъзване – посочено при разследване на катастрофа”, New Civil Engineer.

Shelshear G (1993). “Устойчивост при приплъзване на нови настилки”, Доклад на Thames Valley Police, ревизиран вариант от 1988.

Shelshear G (1998). “Новоположени пътни настилки – актуализация относно устойчивостта при приплъзване”, IMPACT, пролет 1998, Институт по разследване на пътни инциденти (ITAI).

Walsh I (2000). “Извън зоната на приплъзване…”, Surveyor.

 

Автори:  Джон С. Булъс и Д-р Ник Хаунсел