Kollisionsprov på VTI med temporärräcke och tre olika farter, 50, 70 och 90 km/h.

Transkript

1 Kollisionsprov på VTI med temporärräcke och tre olika farter, 50, 70 och 90 km/h. Tre krockprov utfördes. Syftet var att se om reducerad påkörningsvinkel och reducerad påkörningshastighet ger en mindre arbetsbredd, samt om det går att finna ett samband där denna mindre arbetsbredd i någon rimlig nivå går att förutsäga. Om så är fallet så kan man, betingat att tillräckliga åtgärder kan sättas in för att minska fart och vinkel vid tillfälliga vägarbetsplatser, också reducera kraven på arbetsbredd på temporärräcken. Räcket som brukades var ett Hill & Smith Zoneguard. Detta räcke skall vanligen spikas fast, men då syftet med detta prov var att studera relationen mellan krockenergi och sidledes förflyttning, inte asfaltens tålighet mot transversella krafter, så valdes med flit att inte spika fast räcket annat än i den icke påkörda änden (för att räcket inte skulle dras med längs med fordonets färdväg). Det står annars alltså fritt på asfaltsytan. Installerad längd var 54 meter och kollisionspunkten var 19,4 resp. 19,7 meter in på räcket, dvs. alldeles efter skarven mellan enhet 2 och 3. Zoneguard är ett temporärräcke som krockprovats enligt NCHRPR 350 och förslaget till MASH (MASH-08) i kategorierna TL3 och TL4. Sida 1(9)

2 Fordonet var en Volvo 744 årsmodell 1989 med en vikt av 1413 kg. Samma fordon kunde återanvändas i alla tre proven. Påkörningsvinkel var 10 i alla tre fall. I det första provet noterades hastigheten 52,4 km/h, i det andra provet noterades hastigheten 71,8 km/h och i det tredje provet 88,7 km/h. Utböjningen mättes; Utböjning temporärräcke 50 km/h 70 km/h 90 km/h Meter Utböjning i mm Meter Utböjning i mm Meter Utböjning i mm Impact point 19,4 m Impact point 19,4 m Impact point 19,7 m Utböjningen kan också visas grafiskt; km/h 70 km/h 90 km/h Impact 54 point 19,4 m Sida 2(9)

3 Finns det då något samband mellan hastighet, vinkel och utböjning? Vad vet vi Om Zoneguard? Det finns ett par TRL-tester enligt nedan, tester som dock har den begränsningen att monteringen varit en annan än den vi önskat; B3535: TB kg 111,9 km/h 20,2 grader med 96 meter långt räcke. Räcket var här fastspikat enbart i räckesänden. Uppmätt arbetsbredd 2,0 meter. Dock har bilen följt räcket hela vägen fram till räckesände, det finns risk att arbetsbredden är begränsad av den fastspikade räckesänden. B3536: TB kg 101,9 km/h 20,9 grader med 96 meter långt räcke. Fastspikat enbart i räckesänden, arbetsbredd 1,5 meter. Samma förbehåll om arbetsbredd som ovan. B3537: TB ,5 kg 112,8 km/h 21,3 grader med 96 meterlångt räcke. Räcket var fastspikat var 12:e meter längs med hela längden. Arbetsbredd 0,8 meter och dynamisk deflektion 0,1 meter. Mest optimalt hade varit om vi hade kunnat räkna utifrån ett vanligt EN1317-prov där Zoneguard inte alls varit fastspikat. Nu är Zoneguard inte provat så, vi får försöka hålla tillgodo med det som finns. Vi vet att det fastspikade Zoneguard vid TRL-provningen inte rör sig lika mycket som vid de prov med ospikat räcke som vi gjorde här på VTI. Men sambanden mellan proven då? Det finns en formel för normaliserad arbetsbredd i EN1317 eller, rättare sagt, det finns två formler. Först gjorde man en formel som enbart grundade sig på rörelseenergi, som man också kallar för kinetisk energi. Men sedan modifierades denna formel, man plockade in ett rottecken, för att effekten av normaliseringen inte skulle bli för stor. Man var nämligen lite rädd för att räkna på stora avvikelser, och ville begränsa beräkningens inverkan. Formeln ser ut så här; The actual and normalised values of dynamic deflection, working width and vehicle intrusion shall be measured and recorded in the test report. Normalised Dynamic Deflection (D N) in m = D m M M m t 2 V t sin t V sin 2 m m here: Measured maximum Dynamic Deflection in m = Dm Specified Total Mass in kg = Mt Specified Velocity in m/s = Vt Specified Angle in degrees = αt Measured Total Mass in kg = Mm Measured Velocity in m/s = Vm Measured Angle in degrees = αm ith the above procedure, the Normalised Dynamic Deflection and Normalised orking idth shall be computed from measured data, or from other test data recorded during tests performed before the publication of the present standard, provided the data collection methods conform to the requirements of this standard. Man kan enklast beskriva det som att man räknar ut en korrektionsfaktor, som man multiplicerar den faktiska arbetsbredden med. Om ingen korrektion skall utföras, så är korrektionsfaktorn 1,0. Låt oss då titta på de värden som vi fick. Vi börja med att studera enbart de tre krockproven som utfördes på VTI. Om vi använder provet i 90 (88,7) km/h som referens, så kan vi beräkna den Sida 3(9)

4 kinetiska energin till 12,9 kj. Det gav en utböjning på 0,43 meter. Om vi då räknar fram en teoretisk utböjning för 71,8 resp. 52,4 km/h, dvs. de två andra proven, så borde utböjningen under samma betingelser ha blivit 0,28 resp. 0,15 meter. Vi gör en tabell; Prov Verklig Teoretisk kj Skillnad Normaliserad Skillnad 88,7 km/h 10 0,43 m Ref ,8 km/h 10 0,26 m 0,28 m 108% 0,32 m 123% 52,4 km/h 10 0,09 m 0,15 m 167% 0,26 m 289% Låt oss istället använda TB32-provet B3535 som utgångspunkt. Först normaliserar vi arbetsbredden; Prov Verklig Teoretisk kj Skillnad Normaliserad Skillnad B3535, 1482 kg, 2,0 m 1,92 m 96% 1,96 m 98% 111,9 km/h, 20,2 88,7 km/h 10 0,43 m 0,30 m 70% 0,80 m 186% 71,8 km/h 10 0,26 m 0,20 m 77% 0,65 m 250% 52,4 km/h 10 0,09 m 0,11 m 122% 0,47 m 522% Vi ser i den senare tabellen att beräkning av teoretisk arbetsbredd enbart baserad på kinetisk energi i någon mån underskattar behovet av skyddszon bakom räcket, betingat räckets konstruktion (fristående på asfalt). Dock bör man komma ihåg att räcket i BS3535 var förankrat i ändarna, vilket rör till utvärderingen något. Vilka är då det mera viktiga parametrarna? Jo, då vinkeln och farten i formeln är kvadrerad, så ger en förändrad vinkel och förändrad fart mera effekt än förändrad fordonsvikt. Detta kan åskådliggöras med följande två beräkningsexempel; 2,50 m 2,00 m 1,50 m 1,00 m 0,50 m 0,00 m Sida 4(9)

5 Vikt kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg 950 kg 900 kg 850 kg 800 kg 750 kg 700 kg 650 kg 600 kg 550 kg 500 kg 450 kg 400 kg 350 kg 300 kg 250 kg 200 kg 150 kg 100 kg 50 kg Hastighet 110 km/h 105 km/h 100 km/h 95 km/h 90 km/h 85 km/h 80 km/h 75 km/h 70 km/h 65 km/h 60 km/h 55 km/h 50 km/h 45 km/h 40 km/h 35 km/h 30 km/h 25 km/h 20 km/h 15 km/h 10 km/h 5 km/h Alternativ arbetsbredd temporära räcken 2,50 m 2,00 m 1,50 m 1,00 m 0,50 m 0,00 m 2,50 m 2,00 m 1,50 m 1,00 m 0,50 m 0,00 m Vad kan man då dra för slutsats? Vi kan se att formeln för normalisering ger hyfsade närmevärden för närliggande kombinationer av hastighet och vinkel. Men ju större justering vi gör, desto mer osäkert blir prediktionen. Vilket är helt naturligt och alldeles förväntat. Formeln bygger ju på antagandet att det finns ett enkelt linjärt samband, vilket det säkert oftast inte gör för större deformationer. Men skulle man ändå kunna använda verktyget, och i så fall hur och under vilka villkor? Vi kan se normalisering, den formeln med rottecken som återges av EN1317 visserligen ger ganska stora fel, men stora fel åt rätt håll, med väl tilltagen marginal till den uppmätta verkliga arbetsbredden. Prediktion baserad enligt enbart kinetisk energi ger oftast ett något mera korrekt värde, men underskattar i vissa lägen behovet av arbetsbredd. Därför är det naturligt att välja den mera trubbiga normaliseringen enligt formeln i EN1317, med kända brister, eftersom den ändå kommer att lägga till en icke oväsentlig säkerhetsmarginal. Det är dock lämpligt att införa något slags begränsning på hur långt från verkligt vid krockprov uppmätt värde på arbetsbredd som man kan tillåta att normaliseringen drar ifrån. Man måste också komma ihåg att arbetsbredd är lika med förflyttningen av ett räcke plus dess egenbredd, vilket gör att man ju inte heller kan pruta på räckets egenbredd rent matematiskt, om räcket är 80 cm brett så kan ju aldrig arbetsbredden blir smalare än så. Låt oss nu också konstatera att det är skillnad på de olika kapacitetsklasserna i EN1317. Normalisering är egentligen till för smärre justeringar inom en kapacitetklass. Verktyget bör inte användas för hopp mellan olika kapacitetsklasser, eftersom fordonens externa geometri och vikt är olika. Låt oss därför tillämpa verktyget enbart inom varje enskild kapacitetklass. Formeln är fortfarande tämligen komplicerad, med såväl kvadrering, trigonometri och rottecken. Men låt oss konstatera att EN1317-normaliseringen, med någon form av begränsning av tillåten arbetsbreddsreduktion är en god ansats. Mitt förslag är att arbetsbredden aldrig (med detta verktyg) får Sida 5(9)

6 minskas mer än till hälften av ursprunglig arbetsbredd, dvs. alltid minst 50% av ursprungsarbetsbredden. Troligen behöver man lägga till en parameter som kompenserar för hur man behandlar breda räcken, där räckets egenbredd är en stor del av arbetsbredden. Kan man förenkla formeln ytterligare? Njae, inte med gott resultat. Frågan är hur långt man vågar gå? Vi förutsätter att vi inte enkelt kan minska fordons vikt. Låt oss försöka med formeln; Korrektion = Vinkel hastighet Provvinkel provhastighet Låt oss prova med att sätta in några siffror. Vi tänker oss att provet skett med 80 km/h och 15 graders vinkel (TB22/T2). Så minskar vi hastigheten till 70 km/h och vinkeln till 10 grader. Den korrekta korrektionsfaktorn enligt EN1317-2:2010 är 0,58. Med vår nya formel får vi; korrektion = = 0,58 Troligen går det att göra en tabell som visar ett par sådana kombinationer med gott resultat. Vi provar med ett TB22/T2-prov 80 km/h 15 grader; Vinkel Hastighet Kinetisk Normalisering Förenklad ,77 0,87 0, ,34 0,58 0, ,09 0,29 0, ,39 0,62 0, ,17 0,41 0, ,05 0,21 0, ,14 0,37 0, ,06 0,25 0, ,02 0,12 0,12 Intressant, men troligen väl komplicerat. Inte ett bra verktyg ute på vägen. I vad mån kan man, och vågar man förenkla detta? Vi fortsätter att jobba med det här med korrektionsfaktor ändå, vi skulle också kunna kalla det för en multiplikationsfaktor. Man kan se att om vinkeln minskar från 15 grader till 10 grader, så minskar den normaliserade och den förenklade utböjningen med ungefär 30%-40%. Med viss säkerhetsmarginal skulle man då kunna säga att minskning från 15 till 10 grader motsvarar en multiplikationsfaktor 0,7 (d.v.s. 30% minskning). Ytterligare minskning från 10 till 5 grader synes ge en motsvarande minskning på cirka 0,5 och räknar man samman det, från 15 till 5 grader, så blir multiplikationsfaktorn 0,35. Tittar vi då på minskad fart istället, men samma ansatser, så kan man säga att en minskning från 70 km/h till 50 km/h ger en multiplikationsfaktor (med viss säkerhetsmarginal) på 0,7 och från 50 km/h till 30 km/h cirka 0,6. Sammantaget från 70 km/h till 30 km/h ger det då multiplikationsfaktorn 0,42, som vi väl kan avrunda till 0,4. Det blev ändå mycket att hålla reda på. Men vi ser att vi har ett par värden som är 0,7. Ett som är 0,6, som ju mycket väl skulle kunna avrundas till 0,7 för enkelheten skull. Sedan har vi ett värde på 0,5 Sida 6(9)

7 och ett på 0,42 som också det borde kunna avrundas till 0,5. Då har vi så gott som bara 0,7 och 0,5 kvar, det känns ju lite bättre. Då skulle man kunna föreslå följande, betingat att man genom tillräckliga trafiktekniska åtgärder kan visa att hastighet och vinkel hos passerande trafik inte kan överskrida gränsvärden (vilka dessa tillräckliga åtgårder 1 är får bestämmas på annat sätt) som 50 km/h, 30 km/h, 5 resp. 10 graders vinkel att arbetsbredden för det temporära räcket i kapacitetklasserna T1, T2 eller T3 (EN1317-2:2010 och/eller EN1317-2:1998) får reduceras enligt följande; För hastighetsreduktion från 70 km/h till 50 km/h; korrektionsfaktor 0,7 (kan läsas som 70%) För hastighetsreduktion från 50 kom/h till 30 km/h; korrektionsfaktor 0,7 För hastighetsreduktion från 70 km/h till 30 km/h; korrektionsfaktor 0,5 (kan läsas om 50%) För vinkelreduktion från 15 grader till 10 grader; korrektionsfaktor 0,7 För vinkelreduktion från 10 grader till 5 grader; korrektionsfaktor 0,5 För vinkelreduktion från 15 grader till 5 grader; korrektionsfaktor 0,35 (kan läsas som 35%) Men vi måste också ta hänsyn till att arbetsbredden också inbegriper räcket egenbredd, och arbetsbredden kan därför inte bli mindre än räckets bredd. Så vi får räkna lite till. Vanligen så vet man ju bara räckets arbetsbredd, så då får vi börja med att räkna fram vad som är faktisk deformation och vad som är räckesbredd. Om räcket är 60 cm brett och arbetsbredden är bestämd till 1 meter, så är det då rätt uppenbart att deformationen vid krockprovet uppmätts till 40 cm, formeln kan skrivas; Arbetsbredd vid prov= Räckets bredd + Uppmätt deformation Vi kan ju inte tillåta oss att korrigera räckets bredd, den är ju fast. Så vi får bara applicera multiplikationsfaktorerna på den uppmätta deformationen. Då måste man ju börja med formeln ovan, och bestämma ett numeriskt värde på uppmätt arbetsbredd. Vi kan också krångla till det lite och skriva att; Uppmätt deformation = Arbetsbredd vid prov Räckets bredd Då skulle man kunna sätta ihop detta och säga att den korrigerade nya arbetsbredden är; Ny Arbetsbredd = Räckets bredd + (Arbetsbredd vid prov Räckets bredd) korrektion för hastighet korrektion för vinkel Gör vi sedan en formel av detta, så kan vi skriva att; korr=r bredd+( Nom-R bredd) K hast K vinkel Vill man sedan göra en ännu större förenkling, så kan vi approximera det hela och säga att för varje steg nedåt i hastighet 70 till 50 eller 50 till 30 km/h och för varje steg nedåt i vinkel från 15 till 10 eller från 10 till 5 grader, så får arbetsbredden på ett temporärräcke minskas med 30% (av den nya resulterande arbetsbredden så två stycken 30% blir bara 49%, inte 60%), dock med begränsningen att den fria ytan bakom räcket aldrig får understiga 50% av den arbetsbredd som uppmätts vid provning. Då har vi gjort många förenklingar i flera steg, och i varje steg så har vi också bakat in en viss säkerhetsmarginal, så det är högst sannolikt att vi håller oss på den säkra sidan hela tiden. 1 I de fall tillgänglig körfältsbredd är lika med eller mindre än 3,5 meter, så kan man anse att vinkeln mellan påkörande fordon och räcke normalt inte överskrider 10 grader vid hastigheten 70 km/h. Sida 7(9)

8 Sida 8(9)

9 Det hela kan också kokas ned till en tabell som följer, där jag utgår från att produkten testats i någon av T-klasserna T1, T2 eller T3 vid (minst) 70 km/h och 15 graders vinkel; (Ny) hastighet (Ny) vinkel ,0 0,7 0,5 10 0,7 0,5 0,35 5 0,5 0,35 0,35 Man bör i så fall lägga till att fria ytan aldrig får understiga 50% av originalarbetsbredden. Så avslutningsvis några ord om körfältsbredd. Hur brant vinkel kan man komma upp i, betingat att man kan begränsa körfältsbredden? Och hur kan man göra för att effektivt begränsa körfältsbredden, för att på så sätt minska riskerna med branta påkörningsvinklar? Låt oss börja i en annan ände, i flera standarder för kollisionsprovning så kallar man det för non-tracking impacts, d.v.s. kollisioner där fordonet kommer glidande på tvären. Sladd, kan vi kalla det på vanlig svenska. När friktionen inte räcker till, så glider fordonet på tvären. Det betyder att i verkligheten så kan fordonet träffa ett räcke lite hur som helst, t.o.m. i 90 graders vinkel. Men fordonets tyngdpunkt rör sig fortfarande i huvudsak i fordonets ursprungliga färdriktning, som vanligen är längs med räcket. Om vi tillåter oss att räkna lite förenklat på det hela, med fordonet som en punktformig massa och med en viss given friktion, så kan man skissa lite på hur mycket friktionen räcker till för att med framhjulen vrida fordonet in mot räcket, betingat att man startar parallellt med räcket och styr in i räcket. På så sätt kan vi beräkna vilka maximala vinklar man kan tänkas uppnå vid en viss kombination av hastighet, friktion och körfältsbredd. Vi tänker oss att en bil är 1,7 meter bred Om körfältet är 3,5 meter, och bilen kör maximalt åt ena sidan i körfältet, så blir det ett avstånd mellan bilen och räcket på 1,8 meter. Om bilen färdas i 70 km/h och fiktionen är 9,8, så är den maximala kollisionsvinkeln som man kan uppnå cirka 2 grader. Ju fortare man kör, desto svårare är det att nå brant vinkel, för framhjulen riskerar att förlora greppet. Låt oss räkna på 50 km/h istället. Då blir maximal vinkel cirka 4,2 grader. Vid 30 km/h blir maximal vinkel cirka 12 grader. Vi upprepar tabellen ovan, men nu anger vi ungefär maximalt avstånd mellan räcke och fordon istället (inom parentes maximal körfältsbredd, betingat att fordonet är 1,7 meter brett) Hastighet Vinkel ,5 (14,2) 6,5 (8,2) 2,3 (4,0) 10 8,5 (10,2) 4,0 (5,7) 1,5 (3,2) 5 4,0 (5,7) 2,0 (3,7) 0,8 (2,5) Där nu siffrorna anger avstånd från räcket (och körfältsbredd) i meter. Hur gör man då lämpligen för att minska körfältsbredd? Ett sätt kan vara att dela körfält (som går åt samma håll) med någon form av temporärt räcke, som gör att fordonet omöjligt kan befinna sig längre från räcket och liksom ta fart in mot räcket som skall skydda vägarbetarna. Sida 9(9)