Průjezdnost vozidel terénem z hlediska jeho únosnosti

Problematika průjezdnosti je nejčastěji definována jako schopnost kolového vozidla pohybovat se na poškozených nebo rozrušených komunikací či v terénu. Tato schopnost je podmíněna konstrukcí vozidla, kvalitou a typem projížděného terénu. Méně známé je řešení problematiky průjezdnosti terénu obráceně. Tzn. neanalyzovat schopnost vozidla k projetí terénu, nýbrž zkoumat schopnost terénu přenášet zatížení od pohybujícího se vozidla. Článek se pokouší nastínit možnou cestu náhrady současně platné metodiky diagnostiky terénu z hlediska průjezdnosti uvedené v Žen 2-16 jinou, přesnější a propracovanější metodou vyhodnocení.

Další informace

  • ročník: 2010
  • číslo: 4
  • stav: Recenzované / Reviewed
  • typ článku: Vědecký / Research

Diagnostikou terénu z hlediska jeho schopností přenášet opakující se dynamická zatížení odvalujícího se kola se zabývá na Univerzitě obrany, katedra ženijních technologií, FVT. [1] Je to vcelku logické, neboť k úkolům, které zahrnuje ženijní průzkum pro splnění úkolů ženijních opatření zabezpečení pohybu, patří také zjištění průjezdnosti terénu. Děje se tak proto, že vojska při přesunech využívají nejenom silnice, ale i polní a lesní cesty a v určitých případech i terény, které se pro normální provoz běžně nepoužívají. Je proto nutné vyhodnotit předem únosnost terénu k eventuálnímu možnému pohybu kolové techniky.

1. Úvod do problematiky

Základním faktorem schopnosti terénu přenášet zatížení způsobená pohybujícím se vozidlem je jeho smyková pevnost. Její stanovení v terénu není složité. V praxi se zejména používají penetrometry, buď statický nebo dynamický, nebo vrtulkové přístroje. Co je obtížnější, je nalezení vztahu mezi zjištěnou smykovou pevností či jiným, na smykové pevnosti závislým parametru, a počtem vozidel určité hmotnosti, ale i konstrukce, které projíždí diagnostikovaným terénem.

Ženijní vojsko Armády české republiky má ke stanovení průjezdnosti k dispozici penetrační přístroj, zvaný teleskopický penetrometr PT 45 (obr. 1) a vyhodnocovací tabulku (obr. 2).

Na základě zjištěného penetračního odporu naměřeného teleskopickým penetrometrem PT 45 podle metodiky uvedené v předpise Žen 2-16 je z vyhodnocovací tabulky stanovena průjezdnost měřeného terénu, nebo-li určen počet vozidel dané hmotnosti, které projedou terénem v téže stopě. [2]

Bohužel, katedra ženijních technologií během mnohaletého výzkumu došla k závěru, že vztahy mezi naměřeným penetračním odporem a počtem vozidel z vyhodnocovací tabulky (obr. 1) jsou nekorektní.

015-Sobotkova-Obr1

Obr. 1: Teleskopický penetrometr PT45

015-Sobotkova-Obr2

Obr. 2: Vyhodnocovací tabulka.

Problém není ani tak v teleskopickém penetrometru. Tento přístroj, což bylo ověřeno během společných prací katedry ženijních technologií s Geofyzikou a bývalým VÚ 010 ve Vyškově, je schopen bezpečně a přesně zachytit anomálie ve struktuře měřeného terénu, které mají vliv na jeho smykovou pevnost nebo řečeno jinak, zachytit místa, kde průjezdnost terénu bude problematická. Nesrovnalosti vykazuje vyhodnocovací tabulka. Nepodařilo se zjistit, na jakém základě byl stanoven či odvozen vztah mezi penetračním odporem zeminy a průjezdností kolových vozidel, jak je uvedeno ve vyhodnocovací tabulce. Byly proto provedeny série testovacích pojezdů s cílem zjistit věrohodnost údajů ve vyhodnocovací tabulce.

Testovací pojezdy byly prováděny technikou Tatra 815 VVN, Tatra 815 VT, Land Rover 130 ve třech lokalitách (obr. 3) v různých ročních obdobích tak, aby byl zachycen vliv vlhkosti terénu na průjezdnost vozidel. Výsledky skutečné průjezdnosti s teoretickou vzájemně nekorespondovaly. Na základě penetračního odporu a vyhodnocovací tabulky měl být terén ve všech případech pro vozidla neprůjezdný. Skutečná minimální průjezdnost vozidel však byla 20 pojezdů v téže stopě. V některých případech bylo pojíždění terénu zastaveno po 50 přejezdech a terén byl vyhodnocen jako zcela průjezdný.[4]

015-Sobotkova-Obr3

Obr. 3: Diagnostikovaný terén.

Během prezentace našich výsledků měření na konferencích bylo namítáno, že nekorektnost údajů je na straně bezpečnosti. Další pokusy nás utvrdily v názoru, že rozdíl mezi hodnotami teoretickými a skutečnými je natolik velký, že vztahy mezi penetračním odporem a počtem vozidel, které bezpečně projely, vzájemně nekorespondují.

Na základě zjištěných poznatků je možno přistoupit ke dvěma variantám řešení v problematice zjišťování průjezdnosti vozidel terénem, a to:

  1. Ponechat ve výbavě pro ženijní průzkum teleskopický penetrometr PT 45 a přepracovat vyhodnocovací tabulku.
  2. Navrhnout nový, v praxi ověřený, způsob diagnostiky terénu z hlediska jeho průjezdnosti.
    • Varianta č. 1
      Varianta je z hlediska času a ekonomických nákladů nevhodná. V současné době nejsou k dispozici podklady, ze kterých by bylo možno usuzovat či odvozovat na jakém základě byly stanoveny vztahy mezi penetrační únosností a počtem vozidel, která projela v dané stopě. Daná metodika byla převzatá z vojenských předpisů bývalé armády Sovětského svazu a implementovaná do ženijního předpisu Žen 2-16. Zjišťování vztahů z výsledků experimentálních měření by bylo nákladné a časově velmi náročné.
    • Varianta č. 2
      Tato varianta se jeví schůdnější. Katedra ženijních technologií v rámci své vědecké činnosti testovala a ověřovala v terénu způsob diagnostiky terénu z hlediska jeho průjezdnosti na základě polního manuálu Planning and Design of Roads, Airfields, and Heliports in the Theater of Operations [3] a výsledky jsou použitelné pro potřebu AČR.[3]

2. Vyhodnocení ověřovacích měření dle manuálu FM 5-430-00-1

V průběhu let 2006 až 2008 probíhala měření v terénu dle metodiky uvedené v FM 5-430-00-1 a vyhodnocování zjištěných výsledků. [5]

Metodika, na rozdíl od předpisu Žen 2-16, má mnohem propracovanější způsob vyhodnocování terénu z hlediska jeho průjezdnosti. V souladu s teoretickým předpokladem, kdy se obecně jedná o přímou interakci zemina – kolo, metodika zavádí do diagnostiky terénu dvě bezrozměrná čísla. První RCI – kuželový index zatížitelnosti, (rating cone index) který ve zjednodušeném výkladu představuje parametr pevnosti zeminy v terénu a VCI – kuželový index vozidla, (vehicle cone index) který představuje účinky vozidla na terén. Průjezdnost terénu je pak definována na základě nerovnosti RCI ≥ VCI:

RCI < VCI → terén neprůjezdný
RCI > VCI → terén průjezdný.

Metodika si neklade za cíl, zjišťovat počet vozidel, které bezpečně projedou terénem (na rozdíl od ženijního předpisu), nýbrž stanovuje průjezdnost pro jedno nebo 50 vozidel daného typu a konstrukce, což je pro účel diagnostiky terénu z hlediska jeho průjezdnosti zcela vyhovující.

2.1 Kuželový index zatížitelnost RCI

Kuželový index zatížitelnosti – RCI je obecným vyjádření pevnosti zeminy diagnostikovaného terénu. Jeho základ tvoří hodnota penetrační pevnost zeminy terénu – kuželový index [CI- cone index] měřená kuželovým penetrometrem (obr. 3). Smyková pevnost zeminy, jako i ostatní mechanicko-fyzikální vlastnosti zeminy, není hodnota konstantní, nýbrž proměnlivá v čase a navíc ovlivněná celou řadou faktorů. Nejdůležitějším faktorem, jenž ovlivňuje smykovou pevnost zeminy je vlhkost a její granulometrické složení.

Velkou výhodou metodiky FM 5-430-00-1 je skutečnost, že se snaží tyto základní faktory postihnout a implementovat do stanovení kuželového indexu zatížitelnosti RCI prostřednictvím dalších parametrů:

  • RI – indexu přetvoření (remolding index),
  • zavedením kritické vrstvy.

Index přetvoření RI odráží vliv vlhkosti a jejich projevů na pevnost zeminy pro jemnozrnné zeminy (u hrubozrnných se nezjišťuje).

Kritická vrstva je hloubkový interval, ve kterém je zjištění hodnoty kuželového indexu CI směrodatné. Její hloubka je různá v závislosti na typu zeminy, půdním profilu, typu a hmotnosti vozidla a počtu požadovaných pojezdů.

Výsledný parametr pevnosti zeminy měřeného terénu RCI se následně stanoví jako součin hodnot CI a RI pro příslušnou kritickou vrstvu,

RCI = CI *RJ (1)

2.2 Kuželový index vozidla VCI

Kuželový index vozidla VCI je hodnota charakterizující dané vozidlo. Pro každé vozidlo se určují dvě hodnoty kuželového indexu vozidla VCI :

  • pro jeden pojezd,
  • pro padesát pojezdů.

Pro vozidla používaná v české armádě je třeba hodnotu VCI pro každé vozidlo odhadnout, na rozdíl od vozidel užívaných například armádou Spojených Států, kde jsou hodnoty kuželového indexu vozidel tabelizovány. Pokud se jedná o vozidlo, jehož hodnota RCI není známa, slouží pro odhad hodnoty VCI index mobility MI, který se dá pro každé vozidlo vypočítat. Výpočet hodnoty indexu mobility MI vychází z dotykového tlaku, charakteru pneumatik, hmotnosti vozidla, zatížení náprav a světlé výšky, a liší se podle typu vozidla (vozidla pásová s vlastním pohonem, kolová s vlastním pohonem, pásová vlečená a kolová vlečená).

015-Sobotkova-Obr4

Obr. 4: Kuželový penetrometr

Obecně je možno index mobility MI uvést jako následující vztah:

015-Sobotkova-vzorec1(2)

Na základě stanovení indexu mobility MI je možno z příslušného grafu (obr. 5) určit kuželový index vozidla VCI.

Pro potřeby srovnávacích měření, byly vypočteny hodnoty kuželového indexu vozidel v AČR pro jeden VCI1 a 50 pojezdů VCI50 [4], viz tab. 1.

Tab. 1

Druh vozidla

VCI pro jeden pojezd

VCI pro 50 pojezdů

Tatra 815 8x8 VVN

34

77

Land Rover 130

36

82

Land Rover Defender 110

32

74

UAZ 469B

25

59

 

015-Sobotkova-Obr5

Obr. 5: Graf pro stanovení indexu VCI. [3]

V grafu jsou znázorněny čtyři křivky, a to dvě pro kolová vozidla s pohonem všech kol (wheeled vehicles), a dvě pro vozidla pásová (tracked vehicles). Strmější křivky slouží k odhadu VCI pro jeden pojezd a pozvolnější křivky jsou k odhadu VCI pro padesát pojezdů. Nemá-li kolové vozidlo pohon na všechna kola, tak se k získání hodnoty VCI použije následující vztah:

VCI = 1,4 MI. (3)

3. Závěr

Je zřejmé, že metodika měření průjezdnosti terénu popsaná v polním manuálu 5-430-00-1 Planning and Design of Roads, Airfields, and Heliports in the Theater of Operations – Road Design [3] je propracovanější než metodika v Žen 2-16.[2] Jejím hlavním přínosem je skutečnost, že se zabývá i vlivem hutnění zeminy po opakujících se přejezdech, a že je možno ji používat pro různé typy vozidel.

Po sérii ověřovacích měření přímo v terénu a podrobnějšímu propracování indexu vozidla VCI, zejména jeho propočet na podmínky ČR, by mohl vzniknout nástroj s širokým uplatněním nejen v armádě, ale i v civilním sektoru zejména během mimořádných událostí.

Doc. Ing. Šárka Sobotková, CSc., nar. 1955, Vysoké učení technické v Brně (1980), v roce 2002 na základě úspěšného habilitačního řízení na Univerzitě obrany v Brně jmenována docentem v oboru vojenské stavby. Od roku 1980 je vysokoškolským učitelem na katedře ženijních technologií Fakulty vojenských technologií Univerzity obrany. Zabývá se převážně problematikou dopravních staveb. Ve své výzkumné činnosti se orientuje do problematiky průjezdnosti terénu. Výsledky své práce prezentuje na konferencích v Polsku, Slovensku a České republice.

22/11/2010

Zanechat komentář

Ujistěte se, že zadáte požadované informace, tam kde je vyznačeno (*). Kód HTML není povolen.