A Járműtengelyek Jelentősége a Burkolattervezésben és a Közúti Szabályozásban

A járműtengelyek és az általuk okozott terhelés kulcsfontosságú szerepet játszik az útburkolatok élettartamának és tartósságának meghatározásában. A különböző járműtípusok tengelykonfigurációja és súlya jelentősen befolyásolja az út szerkezetét, így a tervezőknek és a szabályozó hatóságoknak egyaránt figyelembe kell venniük ezeket az adatokat a biztonságos és fenntartható közlekedési infrastruktúra fenntartásához.

A Burkolatot Terhelő Forgalom és a Tengelyterhelés

A forgalmi adatok a legkritikusabb változó a burkolatok szerkezeti tervezésében, az altalaj teherbírása mellett. A teljes burkolatszerkezet - felületi réteg, alapréteg, alépítmény és altalaj - méretezése az ismétlődő járműterhelések által a tervezési élettartam alatt okozott halmozott károsodás elviselésére történik. Pontos forgalmi terhelési jellemzés nélkül a burkolat vagy alulméretezett (idő előtti meghibásodás), vagy túlméretezett (túlzott kezdeti költség).

Az AASHTO 1993 Tervezési Útmutató (III. rész, 5. fejezet) a forgalmi terhelést az egyenértékű egységtengely-terhelés (ESAL) alkalmazások halmozott számaként határozza meg a tervezési időszak alatt. A forgalmi adatok a burkolatértékelésben is meghatározó szerepet játszanak. Az állapotfelmérések és szerkezeti értékelések során a ténylegesen felhalmozott forgalom összehasonlítása a tervezett forgalommal adja az első diagnosztikai támpontot. Ha egy burkolat súlyos hibákat mutat, miután a tervezett ESAL-oknak csak 40%-a halmozódott fel, az ok valószínűleg a túlzott terhelésben (túlterhelt teherautók), a nem megfelelő szerkezeti kapacitásban vagy az anyag-/kivitelezési hiányosságokban keresendő - nem csupán az életkorban.

Járműosztályozás és a Burkolati Károsodás

A járműosztályozás a forgalmi adatgyűjtés alapja, mivel a különböző járműtípusok nagymértékben eltérő mértékű burkolati kárt okoznak. Az FHWA 13 kategóriás osztályozási rendszere, amelyet a Forgalmi Ellenőrzési Kézikönyv (2013-as kiadás) határoz meg, a gépjárműveket a tengelyek száma és a tengelyelrendezés alapján kategorizálja.

FHWA Járműosztályok

1. osztály - Motorkerékpárok: Két- vagy háromkerekű motorizált járművek két tengellyel. Elhanyagolható szerkezeti burkolati kárt okoznak. Jellemző tengelytávolság: 1,00-5,99 láb.
2. osztály - Személygépkocsik: Szedánok, kupék, kombik és kisbuszok. Két, három vagy négy tengely (pótkocsit is beleértve). Áthaladásonként kevesebb mint 0,001 ESAL-t adnak hozzá. Jellemző tengelytávolság: 6,00-10,10 láb.
3. osztály - Egyéb két tengelyes, négy kerekű, egységes járművek: Pickup teherautók, szabadidő-járművek (SUV), furgonok, lakóautók, lakómobilok, mentők, halottaskocsik és kisbuszok egyetlen hátsó tengellyel, amely egyes (nem dupla) gumiabroncsokkal van felszerelve. Annak ellenére, hogy ugyanannyi tengelyük van, mint a 2. osztálynak, ezek a járművek gyakran vontatnak pótkocsit, így 3 vagy 4 tengelyes konfigurációkat hozva létre. Tengelytávolság: 10,11-23,09 láb.
4. osztály - Buszok: Két- vagy háromtengelyes hagyományos tömegközlekedési és iskolabuszok. Minimális bruttó tömeg küszöbérték: 12 000 lb. Tengelytávolság: 23,10-40,00 láb.
5. osztály - Két tengelyes, hat kerekű, egységes teherautók: Két tengellyel és dupla hátsó kerekekkel rendelkező teherautók. Ezek a leggyakoribb egységes teherautók a városi szállítóflottákban. Az LTPP osztályozási szabályai szerint ehhez az osztályhoz az 1. tengely minimális tömege 2,5 kip, a bruttó járműtömeg minimuma pedig 8,0 kip.
6. osztály - Három tengelyes, egységes teherautók: Három tengellyel és pótkocsi nélküli teherautók. 1. tengely minimum: 3,5 kip. Bruttó járműtömeg minimum: 12,0 kip.
7. osztály - Négy vagy több tengelyes, egységes teherautók: Négy, öt, hat vagy hét tengelyes egységes teherautók. Speciális billenős teherautókat is tartalmaz emelőtengelyekkel.
8. osztály - Négy vagy kevesebb tengelyes, egy pótkocsis teherautók: Két tengelyes teherautó vagy traktor, amely egy- vagy kéttengelyes pótkocsit vontat. Összesen: három vagy négy tengely.
9. osztály - Öt tengelyes, egy pótkocsis teherautók: A klasszikus „18 kerekű" vagy „3S2" konfiguráció - egy kéttengelyes traktor, amely egy háromtengelyes félpótkocsit vontat. Ez a domináns nehéz járműtípus az USA autópálya-forgalmában, és jellemzően a teljes ESAL-terhelés legnagyobb részét adja az államközi autópályákon. Tengelytávolság az 1-2. tengelyek között: 6,00-30,00 láb; a 2-3. tengelyek között: 2,50-6,29 láb; a 3-4. tengelyek között: 6,30-65,00 láb; a 4-5. tengelyek között: 2,50-11,99 láb. Bruttó tömeg minimum: 20,0 kip.
10. osztály - Hat vagy több tengelyes, egy pótkocsis teherautók: Olyan konfigurációkat foglal magában, amelyek nagyobb bruttó tömegkapacitás érdekében további tengelyekkel rendelkeznek (pl. hat tengelyes teherautók, amelyek külön engedéllyel közlekednek olyan államokban, mint Michigan, ahol a 164 000 lb bruttó járműtömeg megengedett több tengellyel, ami a tengelyterheléseket 13 000 lb-re korlátozza).
11., 12. és 13. osztály - Több pótkocsis teherautók: Két vagy több pótkocsit vontató járművek. 11. osztály: Öt vagy kevesebb tengely; 12. osztály: Hat tengely; 13. osztály: Hét vagy több tengely. Ezek a konfigurációk gyakoriak a dedikált teherszállítási folyosókon.

Az LTPP osztályozási szabályai (2006. márciusában elfogadta a Forgalmi Szakértői Munkacsoport) négy változót használnak az automatikus osztályozáshoz: tengelyek száma, tengelytávolság, az első tengely tömege és bruttó járműtömeg. Ez azért elengedhetetlen, mert a tengelyszám- és távolság-alapú osztályozók önmagukban nem tudnak különbséget tenni a 3. osztály (egyedi hátsó gumiabroncsok) és az 5. osztály (dupla hátsó gumiabroncsok) járművei között, mivel mindkettő két tengellyel és hasonló tengelytávolsággal rendelkezik, de a burkolati károsítási potenciáljuk jelentősen eltér.

Személygépkocsi tengelymagasság: A vonatkozó szabvány

Gyakorlati jelentőség: A burkolattervezés szempontjából az FHWA 5-13. osztályába tartozó teherautók az egyetlen járművek, amelyek érdemben hozzájárulnak a szerkezeti károsodáshoz. Egyetlen, 80 000 lb GVW-re megrakott 9. osztályú, öttengelyes teherautó áthaladásonként körülbelül 2,5-3,0 ESAL-t generál, míg egy 2. osztályú személygépkocsivagy egyéb jármű, mint például egy motorkerékpár áthaladásonként körülbelül 0,0004 ESAL-t. Ez azt jelenti, hogy egyetlen nehéz teherautó körülbelül 6000-7500 személygépkocsi-nak megfelelő burkolati kárt okoz.

Az Egyenértékű Egységtengely-terhelés (ESAL) Fogalma és Számítása

Az egyenértékű egységtengely-terhelés (ESAL) a szabványos mértékegység a forgalom által okozott burkolati kár kifejezésére. Egy ESAL egy 80 kN (18 000 lb) egységtengely dupla kerekekkel történő egyszeri áthaladása által okozott kárt jelent. Az összes többi tengelyterhelést és konfigurációt terhelésegyenértékűségi tényezők (LEF) segítségével alakítják át ESAL-okká.

Az ESAL koncepciója az AASHO Road Test (1958-1960) kísérletből származik, amelyet Ottawa-ban, Illinois államban végeztek - ez volt a valaha volt legátfogóbb teljes léptékű burkolati teszt. A kísérlet során több mint 200 burkolati szakaszt tettek ki ellenőrzött forgalmi terhelésnek ismert tengelyterhelésekkel, és rögzítették a meghibásodásig tartó terhelésismétlések számát. Ebből az adatbázisból származtatták a kutatók a tengelyterhelés és a burkolati kár közötti empirikus kapcsolatot, amelyet a mai napig használnak.

A negyedik hatvány szabálya egy hasznos közelítés: a károsodási arány egyenlő a (tényleges terhelés / szabványos terhelés) hányadosának negyedik hatványával. Egy 30 000 lb-os egységtengely esetén: (30 000/18 000)⁴ = (1,667)⁴ = 7,72, ami szorosan megfelel a 7,9-es AASHTO LEF-nek. Ez azt jelenti, hogy egyetlen 30 000 lb-os tengely körülbelül 8-szor több kárt okoz, mint egy 18 000 lb-os tengely, és több mint 26 000-szer több kárt, mint egy 2 000 lb-os tengely.

Egy teljesen megrakott nagy személyszállító furgon körülbelül 0,003 ESAL-t generál, míg egy teljesen megrakott nyergesvontató akár körülbelül 3 ESAL-t is generálhat. Egy 80 kN-os egységtengely több mint 3000-szer több kárt okoz, mint egy 8 kN-os tengely (1,000/0,0003 ≈ 3 333). Egy 133,3 kN-os egységtengely körülbelül 67-szer több kárt okoz, mint egy 44,4 kN-os egységtengely (7,9/0,118 ≈ 67).

Zárt végű lízing előnyei

7 Days to Die 3.0 LIVE #13 - Ha nincs Auger, nincs fejlődés! Hordaváró javítás! (Hardcore mode)

ESAL Számítási Eljárás

Az ESAL számítását az AASHTO 1993 D. függeléke az alábbi lépések szerint írja le:

Forgalmi mennyiség meghatározása járműosztályonként (AADT minden FHWA osztályhoz)
Tengelyterhelés-eloszlások meghatározása minden osztályhoz (WIM-adatokból vagy alapértelmezett értékekből)
Terhelésegyenértékűségi tényezők alkalmazása minden tengelyterhelési növekményre
Kárhozzájárulások összegzése az összes tengelyre és járműosztályra
Irányeloszlás alkalmazása (DD = jellemzően 0,50)
Sáveloszlás alkalmazása (DL = a sávok számától függően változik)
Növekedési tényező alkalmazása a halmozott ESAL-ok tervezési élettartamra vetítéséhez

Tengelyterhelési Spektrumok: A Modern Megközelítés

A modern burkolattervezés eltávolodik az egyszeri ESAL-érték megközelítésétől a tengelyterhelési spektrumok felé - a tengelyterhelések eloszlásának részletes jellemzése tengelytípusonként (kormány-, egyszerű, tandem, tridem, quad) minden járműosztályra vonatkozóan. Az AASHTOWare Pavement ME Design (Mechanisztikus-Empirikus) rendszer a tengelyterhelési spektrumokat használja elsődleges forgalmi bemenetként, nem az ESAL-okat.

A tengelyterhelési spektrumot jellemzően hisztogramként mutatják be, amely az összes tengelyáthaladás százalékos arányát mutatja az egyes terhelési növekményekben (általában 2000 lb vagy 4,45 kN osztályközök) minden tengelykonfigurációra vonatkozóan. Például egy 9. osztályú, öt tengelyes teherautó kormánytengely-terhelés-eloszlása 10 000-12 000 lb-nál, a hajtott tandem 30 000-34 000 lb-nál, a pótkocsi tandem pedig 28 000-32 000 lb-nál tetőzhet.

Az LTPP adatbázis tengelyterhelési spektrumokat tartalmaz több száz WIM-helyszínről Észak-Amerikából, biztosítva az alapot a Pavement ME alapértelmezett terheléseloszlásaihoz. Ezek a spektrumok jelentősen eltérnek:

Teherautó típusa szerint (a hűtött furgonok másképp rakódnak, mint a tartálykocsik vagy a platós teherautók)
Földrajzi régió szerint (államközi teherszállítási folyosók vs. helyi vidéki utak)
Rakomány típusa szerint (ömlesztett áruk vs. csomagolt áruk)
Évszak szerint (a mezőgazdasági betakarítási szezon nehezebb terheket eredményez)

A tengelyterhelési spektrumok a terhelés teljes eloszlását rögzítik egyetlen átlagérték helyett. Két helyszínnek lehet azonos a teljes ESAL-száma, de nagyon eltérő a romlási sebessége, mert az egyiknél magasabb a törvényes maximumhoz közeli terhelések százalékos aránya. Ennek oka, hogy a károsodási függvény nem lineáris - egy 34 000 lb-os tandem tengely jelentősen több mint 34/30-szoros kárt okoz egy 30 000 lb-os tandemhez képest.

Forgalomból való kivonás Magyarországon

Helyspecifikus terhelési spektrumok javasoltak a nagyobb burkolati projektekhez. Az FHWA Forgalmi Ellenőrzési Kézikönyve útmutatást ad a helyspecifikus spektrumok kialakításához legalább 3-7 nap folyamatos WIM-adatból, szezonális korrekciós tényezők alkalmazásával az éves terhelésre való extrapolációhoz.

Tengelyterhelések Mérése: Mozgás Közbeni Mérlegelő (WIM) Rendszerek

A mozgás közbeni mérlegelés (WIM) a mozgó jármű dinamikus kerékerejének mérésére szolgáló technológia autópálya-sebességnél, amelyből becsülhetők a statikus tengelyterhelések és a bruttó járműtömeg. A WIM-rendszerek a forgalmi adatgyűjtés arany standardját képviselik, mivel egyidejűleg rögzítik a tengelyterheléseket, a járműosztályozást és a forgalom mennyiségét.

WIM Rendszerek Teljesítménykövetelményei (ASTM E1318-09)

Típus	Alkalmazás	Sebességtartomány	95%-os megfelelési tűréshatárok
I. típus	Forgalmi adatgyűjtés (legfeljebb 4 sáv)	10-80 mph	Tengelyterhelés ±20%, tengelycsoport ±15%, GVW ±10%, sebesség ±1 mph
II. típus	Forgalmi adatgyűjtés	10-80 mph	Tengelyterhelés ±30%, tengelycsoport ±20%, GVW ±15%
III. típus	Tömegellenőrzési szűrés	10-80 mph	Tengelyterhelés ±15%, tengelycsoport ±10%, GVW ±6%
IV. típus	Ellenőrző állomások (alacsony sebesség)	2-10 mph	Nagyobb pontosság

WIM Adatgyűjtés és Érzékelők

A WIM-rendszerek által előállított adatelemek (ASTM E1318-94 1. táblázat szerint): kerékterhelés, tengelyterhelés, tengelycsoport-terhelés, bruttó járműtömeg, sebesség, tengelyek közötti távolság, járműosztály, helyszínazonosító, sáv és haladási irány, dátum és idő, sorszámos járműrekord, tengelytáv, ESAL és jogsértési kód (túlsúly észleléséhez).

WIM-érzékelő típusok:

Hajlítólemezes érzékelők: Csak portlandcement-beton (PCC) burkolatokba telepítve. A tengelyáthaladásból származó alakváltozást mérik.
Erőmérő cellás érzékelők: Csak PCC-be telepítve. Hidraulikus vagy nyúlásmérő-cellás erőmérőket használnak.
Kvarc piezo érzékelők: PCC-be vagy aszfaltbetonba (AC) telepítve. Az alkalmazott erővel arányos töltést generálnak.
Polimer piezo érzékelők: Alacsonyabb költségű opció AC burkolatokhoz. Kevésbé pontosak szélsőséges hőmérsékleteken.
Nyúlásmérő szalagérzékelők: PCC-be vagy AC-be telepítve.

Magyarországi Szabályozás: Járművek Méretei és Súlya

A közúti járművek forgalomba helyezésének és forgalomban tartásának műszaki feltételeit a 6/1990. (IV. 12.) KöHÉM rendelet szabályozza. Ez a rendelet kiterjed a Magyarország területén közlekedő közúti járművekre, meghatározva azok méreteit, súlyát, biztonsági és környezetvédelmi előírásait. A rendelet célja, hogy biztosítsa a közlekedés biztonságát és a környezet védelmét, ezért szigorú szabályokat állít fel a járművekkel kapcsolatban.

A Járművek Méretei

A járművek méreteit a 3. § határozza meg:

Szélesség: A jármű szélessége nem haladhatja meg a 2,5 métert, kivéve a motorkerékpár pótkocsiját, amelynek szélessége nem lehet több 1 méternél.
Magasság: A jármű magassága nem haladhatja meg a 4 métert, a személygépkocsi pótkocsijának magassága pedig a 3 métert.

A járműszerelvényekre vonatkozó hosszúsági korlátok:

Nyerges vontatóból és félpótkocsiból álló csuklós jármű: 16 méter
Motoros járműből és pótkocsiból álló járműszerelvény, csuklós autóbusz és csuklós trolibusz: 18 méter
Vontatóból vagy mezőgazdasági vontatóból és két pótkocsiból álló járműszerelvény: 22 méter

A Járművek Súlya és Tengelyterhelése

A járművek súlyára vonatkozóan a rendelet a következőket írja elő: A 4. § (1) bekezdése szerint a fúvott gumiabronccsal vagy az útigénybevétel szempontjából azzal legalább egyenértékű berendezéssel (a továbbiakban: fúvott gumiabronccsal) felszerelt kerekű jármű, illetőleg járműszerelvény megengedett legnagyobb összsúlya:

kéttengelyes jármű esetében a 20 tonnát,
kettőnél több tengelyes jármű esetében a 24 tonnát,
háromtengelyes járműszerelvény vagy csuklós jármű esetében a 28 tonnát,
négytengelyes járműszerelvény vagy csuklós jármű esetében a 32 tonnát,
öt és ennél több tengelyes járműszerelvény vagy csuklós jármű esetében a 38 tonnát nem haladhatja meg.

Az 5. § (1) bekezdése szerint a megengedett legnagyobb összsúlyig terhelt jármű tengelyterhelése (a továbbiakban: megengedett legnagyobb tengelyterhelés) fúvott gumiabronccsal felszerelt kerekű jármű esetében a 10 tonnát nem haladhatja meg. Ha azonban két tengely egymástól való távolsága 2 méternél nem nagyobb, a két tengely együttes megengedett legnagyobb tengelyterhelése legfeljebb 16 tonna lehet. Ha két tengely egymástól való távolsága 1 méternél kevesebb, a két tengelyt - a megengedett legnagyobb tengelyterhelés szempontjából - egy tengelynek kell tekinteni.

tags: #szemelygepkocsi #tengely #feletti #információk