Yolun boyuna profilinin pürüzlülüğü

Abstract

Yolun planlanmış olan profilinden sapmalar olarak nitelendirilebilecek olan yol pürüzlülüğü, seyir emniyeti, yolun ömrü, seyir konforu ve enerji tüketimi konularında önemli bir kriter teşkil etmektedir. Pürüzlülüğün belirlenmesi için esas alınılacak olan yol koruma sisteminde, yol pürüzlerini rutin olarak kaydedebilecek ve değerlendirebilecek uygun yol pürüzlülüğü ölçüm sistemlerinin kullanılması gerekli olmaktadır. Bu ölçüm sistemleri ile yapılan ölçümlerin sonuçlarının karşılaştırılabilir olması için benzer esaslara dayanan ve çevrilebilen sonuçlar üreten pürüzlülük kaydetme ve değerlendirme metotlarının kullanılması gerekmektedir. Pürüzlülük, yol yüzey profilinde boyuna ve enine doğrultuda olma üzere iki farklı şekilde incelenmektedir. Yapılan bu çalışmada boyuna profildeki pürüzlülüğün incelenmesinde kullanılan ölçüm aletlerinin yapısı, ölçüm ve değerlendirme yöntemi incelenmektedir ve bu metotlar belirli kriterlere göre karşılaştırılmaktadır. Teorik araştırmalar, yalnızca aşağıdaki aletlerin boyuna profildeki düzgünlüğü ölçmeye uygun olduğunu göstermektedir: - Analyseur Dynamique de Profil en Long (APL), - Automatic Road Analyzer (ARAN) ve - High-Speed Road Monitor (HSRM). APL, kullanım maliyetinin düşük olması nedeniyle özellikle basit uygulamalarda kullanılmaktadır. Diğer yandan ARAN ve HSRM, her iki (boyuna ve enine) profildeki düzgünlük değerlerinin ve diğer yol verilerinin kaydedildiği uygulamalarda kullanılmaktadır. HSRM tarafından elde edilen düzgünlük kayıt işleminin üstünlüğüne karşın, masraf avantajlarından dolayı ARAN tercih edilmektedir. Ancak yapılacak olan spektral yoğunluk hesapları için belirli ölçüde cevap kalitesi talep edildiğinden ölçüm aletlerinin tedarik edilmesi öncesinde APL ve ARAN cevap fonksiyonları üzerine ayrıntılı araştırma yapılması gerekmektedir. Bütün bu üç alet, boyuna yol profilinde ölçüm yapmaktadır ve yol pürüzlülüğünü ifade eden h profil yüksekliğinin spektral yoğunluğunu tespit etmek için uygun olmaktadır. XV Spektral yoğunluk, boyuna profildeki pürüzlülüğü karakterize edebilecek tek karşılaştırma büyüklüğü olmaktadır. Etki frekansı ve etki genliği arasındaki ilişkinin ifadesi için ithal edilmiş olan spektral yoğunluk değeri yardımıyla tekil izler üzerinde daha önceden elde edilmiş olan değerler, sonradan elde edilen değerlerle karşılaştırılabilmektedir. Bunun yanında bu değer yardımıyla farklı yol sınıflarının, faklı yapı şekillerinin ve özel yolların pürüzlülük değerleri karşılaştırılabilmektedir. Boyuna profildeki düzgünlüğün belirlenmesinde spektral yoğunluk değerlerinin karşılaştırılabilmesi için bir karşılaştırma skalası, Spectral Evenness Index (SEI), oluşturulmuştur. SEI kullanılarak yapılan ölçümlerden elde edilen verilerin karşılaştırılarak düzgünlüğün değerlendirilmesi ve bir değerlendirme temelinin oluşturulması da mümkün olmaktadır. Yukarıda belirtilen pürüzlülüğün belirlenmesi için kullanılan üç pürüzlülük ölçüm aleti dışında kullanılan İngiliz yapımı Bump Integrator'un (BI), Alman yapımı Bavyera'nın pürüz etki aletinin (BU), Almanya' nn Yol Yapısı için Milli Enstitünün (BAS t) profil eğim ölçüm aletinin ve İsviçre'nin Zürich Yollar Kurumu ve Yeraltı Maden İşletmesi'nin (ISETH) açı ölçeri tarafından kapsanan dalga boyu bölgesi spektral yoğunluğun kaydedilmesi için yeterli olmamaktadır ve pürüzlülük ölçümü için yetersiz olmaktadır. Bu aletlerin dalga boyu bölgelerinin kısa olması nedeniyle yolda bulunabilecek herhangi bir periyodiklik ölçüm sonucunu yanıltabilmektedir. Bu nedenle bu aletler kullanılarak elde edilen ölçüm sonuçlarının h spektral yoğunluğa çevrilmesi mümkün olmamaktadır. İleride belirtilecek olan şartların sağlanması ile burada tarif edilen metotlar kullanılarak sperktral yoğunluğun kayıt değerlerine çevrilmesi mümkün olmaktadır. Genel olarak konuyla ilgili olan araştırma projelerinin istatiksiksel sonuçların birbirlerine çevrilmesini kolaylaştırdığı düşünüldüğü halde bu çevrilme yeterli derecede olmamaktadır. Bu, iki farklı ölçüm metodu arasındaki korelasyonların büyük oranda incelenen yollara ve kullanılan ölçüm aletlerine bağlı olmasından kaynaklanmaktadır. Bundan dolayı yapılan korelasyon ölçümlerinde çoğu kez büyük ortalama varyasyonlar meydana gelmektedir. Düzgünlük kayıt değeri olarak (|)h(Q) ve düzgünlük değerlerinin karşılaştırma büyüklüğü olarak SEI'nin üretilmesi boyuna pürüzlülüğün karakterize edilmesini ve otomotivde ve yol yapımı alanında yapılacak olan araştırma projeleri için bir standart sağlamaktadır. Yol pürüz akışının düzgünlüğüne ve pürüzlerin spektral yoğunluğuna (veya etki spektrumuna) göre aletlerin istatiksiksel kayıt değerleri arasındaki matematiksel korelasyonlar, pürüzlülük ölçüm aletlerinin cevap -veya daha kesin olarak, genlik- fonksiyonları baz alınarak hesaplanmaktadır. Bu şekilde yol düzgünlüğünün karakterize edilmesi için düzgünlük kayıt değerlerinin uygunluğuna göre ve farklı aletler kullanılarak elde edilen ölçüm sonuçları arasındaki korelasyonlara göre bilgiler elde edilmesi sağlanmaktadır. xvı Uygulanan ölçüm metotlarında kullanılan istatiksiksel karakteristik değerler ve bu değerleri baz alan durum göstergeleri, yol pürüz karakteristiğinin kayıt edilmesine uygun olmamaktadır. Yol pürüz karakteristiğinin belirlenmesi, ölçüm metodundan bağımsız olan ve yalnızca yol yüzeyinin geometrik profilinden hesaplanabilen (jn, pürüz yüksekliğinin spektral yoğunluğu ile olmaktadır. Bu değer, genliğin ve dalga boyunun her ikisine göre veri içermektedir ve bu nedenle düzgünlük karakteristiklerinin kayıt edilmesinde ve araçta, sürücüde ve yolda oluşan titreşimler üzerine bilgilerin elde edilmesine uygun olmaktadır. h(no) pürüzlülük ölçüsü, w dalgalılık ve Qq = 1 l/m referans yol açısal frekansı olmaktadır. Sürücü konforu, sürücü güvenliği, yük seviyesi ve trafik hacmi üzerine yapılmış olan teorik araştırmalardan spektral karakteristiğin iki tanım büyüklüğü olan h(A)) ve w arasında korelasyonlar elde edilmektedir. Bu korelasyonlar genel pürüzlülük ifadesi için bir değerlendirme skalasını, spektral düzgünlük indeksini (SEI) oluşturmaktadır. SEI şu şekilde tanımlanmaktadır: SEI = -y/fa (£20) burada w < 2.5 olmaktadır ve SEI = 4 ^(Q0) / 3 2 burada w > 2. 5 olmaktadır; burada <|)h(no) cm3 olarak verilmektedir. ISO Taslak No. 8608'de (1984) bulunan bir düzgünlük sınıflandırma taslağı kullanılarak spektral karakteristik değerleri, SEI ve düzgünlük sınıflandırması arasında Şekil T de gösterilen korelasyonlar oluşmaktadır. xvıı 1000 x-s cm ~ 100 -©- Vi ft 13 10 1 1 1 0.1 Dalgalılik w 1.5 2 2.5 3 3.5 Şekil 1 Spektral karakteristikler arasındaki korelasyon, ISO Taslak No.8608'e (1984) uygun olarak SEI ve sınıflandırma taslağı XV111

The evenness of carriageway surfaces plays an important role in road safety management. In consequence, it is also crucial executive factor of road maintenance. Therefore, the road maintenance system envisaged for the future will require suitable systems of measuring carriageway unevenness to which the task of routinely recording and evaluating evenness at various executive levels might be entrusted. For the results of such measurements to be comparable, it is essential that methods of recording and evaluating unevenness are available which employ uniform executive bases and produce interchangeable results. This requires the provision of appropriate planning aids for selecting suitable measuring and recording methods and the creation of a representative evaluation background for determining generally applicable evenness indicators on the basis of objective and measurable criteria from the fields of automotive engineering and road construction. The concerning research project was concerned with procuring longitudinal conditional values in respect of carriageway surface profile and with comparing important methods of measuring and recording longitudinal and transverse unevenness. xix The following instruments were pre-selected as potentially suitable for future routine measuring: - the profile integrator of the BASt and the FMPA; - the protractor of the ISETH; - the bump integrator of the TRRL; - the Bavarian unevenness meter of the BASt; -theAPLoftheDWW; -the HSRM of the TRRL. Following pre-selection, the instrument response functions were tested. The response functions of the first four of the instruments listed above were tested mathematically using the geometric or vibration data specified in the literature, and those of the APL were tested by measuring. In the case of the HSRM, the response function specified in the literature was employed. The mathematical correlation between the statistical recording values of the individual instruments in respect of the evenness and spectral density (or efficiency spectrum) of carriageway unevenness were calculated on the basis of the response -or to be more precise, amplification- functions of the measuring systems mentioned above. This enabled information to be obtained in respect of the suitability of the individual evenness recording values for characterising carriageway evenness and of the correlation between the measuring results obtained using the various instruments. The statistical characteristic values and the condition indicators based on these values employed by the measuring methods examined are unsuitable for recording road evenness characteristics. However, this does not apply to the spectral density of unevenness height <|)h which is independent of measuring method and can only be calculated from the geometric profile of the carriageway surface. This value contains data in respect of both amplitude and wave length, and is therefore ideally suited for recording evenness characteristics and producing meaningful information on the effects of vibration on vehicle, driver and road. In respect of both response and conception (measuring longitudinal road profiles), of all the instruments tested, only the APL the ARAN and the HSRM are capable of "measuring" the spectral density. xx They are suitable for applications in which both evenness and other road data are to be recorded. The APL is recommended for purely longitudinal measuring. The cost advantages of the APL render the use of this instrument particularly suitable at the lower executive levels. The ARAN and the HSRM are suitable for applications in which measurements are to be conducted in respect of both evenness and other road data. Despite the eminent suitability for recording evenness demonstrated by the HSRM, on cost grounds, preference is accorded to the ARAN. However, as exact knowledge of response quality is required for spectral density calculations, exhaustive research should be conducted into the APL and the ARAN response functions prior to making any procurement commitment. All three instruments measure longitudinal road profiles and are suitable for determining the spectral density of profile height fa. At the present time, this is the only value of evaluation able to characterise longitudinal evenness. The wave length range covered by the profile inclinometers, protractors and the bump integrators tested is insufficient for spectral density recording, and therefore, it is not possible to convert the measurement results obtained using these instruments to spectral densities. Similarly, it is not possible to convert those measurement results obtained using the APL, the ARAN and the HSRM which contain either the usual statistical characteristic values or the resulting recording values. The reason for this is that any periodicity's that might have been present in the carriageway would falsify the measurement results. However, where the accurate response data is available, the spectral density can be calculated from the profile curves obtained using the APL, ARAN and the HSRM. Assuming that the requirements specified in this project are not disregarded, it is possible to convert the spectral density to the recording values using the methods described in this paper. Generally speaking, although this research and many other such projects were meant to facilitate the conversion of one statistical evaluation value to another, this proves impracticable. The reason for this is that the correlation between two different measuring methods are largely dependent upon the respective roads as well as on the measuring instruments. In most instances, this produces large mean variations in the correlation measurements. The spectral density of unevenness height fa is a function of the angular frequency of path Q (= 2 7t / wave length). An approximate description of this value is rendered by the equation xxi <|)h(Q) = (|)h(Qo)(Q/Qo)-w where (t>h(£2o) is the "unevenness measurement", w the "waviness" Qo = 1 1/m the reference angular frequency of path. The theoretical studies into the driver comfort, driver safety, freight levels and traffic volumes revealed correlation between the two spectral characteristic values <="" 2.5="" style="margin: 0px; padding: 0px; outline: 0px; color: rgb(34, 34, 34); font-family: Verdana, Arial, sans-serif; font-size: 10px; font-style: normal; font-variant-ligatures: normal; font-variant-caps: normal; font-weight: 400; letter-spacing: normal; orphans: 2; text-align: start; text-indent: 0px; text-transform: none; white-space: normal; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; text-decoration-style: initial; text-decoration-color: initial;">2.5 with (j)h(Po) given in cm Using an evenness classification proposal contained in ISO Draft Proposal No. 8608 (1984) produces the correlation shown in fig. 1 between the spectral characteristic values, the SEI and the evenness classification. 1000 0 3 G cmJ "*? 100 S 8 a 10 i ^ 0.1 1.5 2 2.5 3 3.5 Waviness w Fig.l Correlation between spectral characteristics, SEI and classification proposal in accordance with ISO Draft Proposal No. 8608 (1984) xxn The introduction of the spectral density as the evenness recording value and the creation of SEI as the evenness evaluation value facilitate expert and meaningful characterisation of general longitudinal unevenness. The result of this project form the executive basis for the procurement and employment of measuring systems for recording longitudinal evenness.