Jak zbadać ścieralność nawierzchni nim się ją ułoży? Patent polskich naukowców!
Naukowcy z Politechniki Białostockiej oraz Politechniki Gdańskiej opracowali i opatentowali urządzenie, które może realnie wpłynąć na bezpieczeństwo na polskich drogach. To innowacyjne narzędzie pozwala sprawdzić, jak będzie zużywać się nawierzchnia drogi jeszcze zanim zostanie ona ułożona w terenie.
W praktyce oznacza to możliwość przewidzenia, czy dana jezdnia przez lata zachowa odpowiednią przyczepność, a więc czy będzie bezpieczna dla kierowców – również podczas deszczu i przy dużym natężeniu ruchu.
Prace nad tym rozwiązaniem nie zaczęły się wczoraj. To efekt ponad dwudziestu lat badań nad odpornością kruszyw stosowanych w warstwach ścieralnych dróg. Naukowcy szybko zauważyli, że samo badanie pojedynczych składników to za mało. O bezpieczeństwie decyduje bowiem cała nawierzchnia i to, jak zmienia się ona pod wpływem tysięcy przejazdów samochodów, działania wody, brudu czy piasku. W odpowiedzi na tę potrzebę powstał pierwszy, prosty prototyp urządzenia do symulowania zużycia. Choć zbudowany z dostępnych elementów, dawał wyniki zbliżone do tych uzyskiwanych na prawdziwych drogach. To był sygnał, że kierunek badań jest właściwy.
Z czasem laboratoria uczelni zostały wyposażone w zaawansowaną aparaturę do pomiaru tekstury nawierzchni i współczynnika tarcia, zarówno w warunkach terenowych, jak i laboratoryjnych. Mimo dostępu do nowoczesnych urządzeń badacze doszli do wniosku, że potrzebne jest rozwiązanie, które jeszcze lepiej odwzoruje rzeczywiste warunki ruchu drogowego.
Impulsem stał się projekt realizowany wspólnie z Politechniką Gdańską, finansowany przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju. Trzeba było szybko i wiarygodnie przetestować nowe rodzaje nawierzchni, w tym rozwiązania poroelastyczne. Dostępne urządzenia nie pozwalały na takie badania. Zapadła decyzja o budowie całkowicie nowego stanowiska.
Tak powstało kompaktowe, w pełni zaprojektowane od podstaw urządzenie, które umożliwia precyzyjne sterowanie naciskiem kół na próbkę nawierzchni. Dzięki temu można symulować ruch zarówno samochodów osobowych, jak i ciężarowych. Konstrukcja pozwala również regulować prędkość obrotową kół, a liczba cykli odpowiada liczbie przejazdów pojazdów w rzeczywistości. Co więcej, specjalne ustawienie kół sprawia, że w laboratorium powstaje szeroki ślad zużycia – podobny do tego, jaki tworzy się na prawdziwej drodze w miejscach, gdzie najczęściej poruszają się pojazdy.
Podczas badań naukowcy oddzielnie symulują proces ścierania i polerowania nawierzchni. Najpierw próbki poddawane są działaniu grubego ścierniwa, które imituje mechaniczne zużycie przez opony. Następnie wprowadzany jest drobny pył i woda, co pozwala odtworzyć zjawisko wygładzania powierzchni pod wpływem ruchu i warunków atmosferycznych. W trakcie całego testu regularnie mierzy się współczynnik tarcia, a powierzchnia próbek jest obserwowana pod mikroskopem. Tak szeroki zakres analiz daje możliwość dokładnej oceny, jak zmieniają się właściwości przeciwpoślizgowe w czasie.
Znaczenie tego rozwiązania jest ogromne. Do tej pory właściwości przeciwpoślizgowe można było w pełni ocenić dopiero na gotowej drodze. Teraz projektanci mogą już na etapie laboratoryjnym sprawdzić, jak dany skład mieszanki asfaltowej czy sposób teksturowania betonu wpłynie na bezpieczeństwo użytkowników. To pozwala wybierać technologie, które zminimalizują ryzyko poślizgu i zjawiska aquaplaningu, a jednocześnie ograniczą koszty późniejszych napraw.
Urządzenie ma dodatkowe możliwości
Opatentowane urządzenie znajduje zastosowanie nie tylko w badaniach naukowych. Korzystają z niego studenci w ramach prac dyplomowych, a także firmy z branży drogowej. We współpracy z przedsiębiorstwem Strabag prowadzone są badania nad efektywnym teksturowaniem nawierzchni betonowych. Oznacza to, że wyniki badań szybko trafiają do praktyki i mogą wpływać na konkretne inwestycje drogowe. Co ciekawe, możliwości urządzenia wykraczają poza ocenę przyczepności. Okazało się, że może ono służyć również do badania jasności nawierzchni, czyli jej zdolności do odbijania światła.
Parametr ten ma kluczowe znaczenie przy projektowaniu oświetlenia ulicznego, ponieważ różne typy nawierzchni w różny sposób rozpraszają światło lamp. Dzięki współpracy specjalistów z zakresu inżynierii lądowej i fotoniki możliwe jest lepsze dopasowanie oświetlenia do konkretnego rodzaju drogi, co przekłada się na komfort i bezpieczeństwo jazdy po zmroku.
Nowe urządzenie to przykład, jak wieloletnie, konsekwentne badania mogą doprowadzić do powstania rozwiązania o realnym znaczeniu społecznym. Pozwala ono projektować drogi bardziej trwałe, bezpieczniejsze i lepiej dostosowane do rzeczywistych warunków ruchu. W efekcie kierowcy zyskują nawierzchnie, które przez lata zachowują odpowiednią przyczepność, a zarządcy dróg – narzędzie umożliwiające podejmowanie trafniejszych decyzji już na etapie planowania inwestycji.
Źródło: Politechnika Białostocka
Czytaj też: Tłuszcz sprzyja rozwojowi guza w agresywnym raku piersi?
Grafika tytułowa: Matt Foxx / Unsplash
