1499

DUSZYNSKI Andrzej

1

JASIŃSKI Wiktor

2

Ocena odporności na poślizg nawierzchni drogowych wykonanych
w technologii SMA - bezpieczeństwo pojazdów i pieszych

WSTĘP

Nawierzchnie drogowe wykonane w technologii SMA (Stone Mastic Asphalt) stanowią duży

udział w nawierzchniach drogowych stosowanych w Polsce i na świecie. Specyfika tych nawierzchni
w zakresie bezpieczeństwa dotyczy przede wszystkim wpływu tekstury nawierzchni na odporność na
poślizg w krótkim i długim okresie eksploatacji. W długim okresie podstawowe znaczenie ma
polerowalność kruszyw stanowiących mieszankę mineralną nawierzchni. W artykule przedstawiono
sposób pomiaru i interpretacji wyników badania odporności na poślizg takich nawierzchni w oparciu
o badania polerowalności kamienia PSV na kruszywach grubych oraz wahadłowego wskaźnika
poślizgu PTV dla nawierzchni. Należy podkreślić, że badanie wahadłowego wskaźnika poślizgu PTV
może dotyczyć próbek materiałów jak i nawierzchni drogowych, posadzek, wyrobów kamiennych,
itd., oraz służyć do oceny związanej z bezpieczeństwem ruchu pojazdów i pieszych.

1. ODPORNOŚĆ NA POŚLIZG

Szorstkość nawierzchni to zespół cech które wpływają na przyczepność opony pojazdu

samochodowego z nawierzchnią. Odporność na poślizg określa wpływ szorstkości na opór tarcia
między oponami pojazdów i nawierzchnią. Szorstkość jest podstawowym czynnikiem powstawania
siły tarcia powierzchniowego, która powinna być taka, aby nawet na mokrej nawierzchni pojazd mógł
poruszać się jak najbezpieczniej ze znaczną prędkością (rysunek 1). Ocena odporności na poślizg
nawierzchni drogowych obejmuje:
– współczynnik tarcia nawierzchni μ,
– teksturę nawierzchni.

Rys. 1. Odporność na poślizg nawierzchni podczas deszczu.

1.1. Współczynnik tarcia nawierzchni i metody badania

Odporność na poślizg to termin, który określa jaki jest udział nawierzchni w dostępnym poziomie

tarcia powierzchniowego. Do czynników wpływających na tarcie powierzchniowe należą:
– prędkość pojazdu,
– tekstura powierzchni / kruszyw,
– grubość warstewki wody i właściwości opony,

1

Instytut Badawczy Dróg i Mostów, Filia – Wrocław, 55-140 Żmigród, Tel. [phone] do 82, Fax [phone], [e-mail]

2

Instytut Badawczy Dróg i Mostów, Filia – Wrocław, 55-140 Żmigród, Tel. [phone] do 82, Fax [phone], [e-mail]

1500

– zmiany sezonowe / temperatura,
– geometria drogi,
– zanieczyszczenia na nawierzchni.

W krajach europejskich można wyróżnić wiele sposobów pomiaru odporności na poślizg

związanej z badaniami tarcia [4]. Istnieje duża liczba urządzeń mierzących współczynnik tarcia
bazujących albo na podłużnej i/lub poprzecznej zasadzie tarcia. Większość z nich stosuje opony
pomiarowe, co powoduje konieczność działania bardzo dużymi siłami i dlatego montuje się je na
pojazdach.

W 1995 PIARC [4,9] na bazie szerokich badań modelowych współczynnika tarcia przy różnych

prędkościach i z wykorzystaniem różnych metod i sprzętów stosowanych w Europie określił tzw.
złotą krzywą dla zależności współczynnika tarcia od prędkości pojazdu odnosząc współczynnik tarcia
do prędkości referencyjnej R=60 km/h. Zależność w modelu PIARC jest następująca:

gdzie:

F(S) - współczynnik tarcia (przy prędkości poślizgu 60 km/h) dla określonej prędkości S

w km/h,

FR - współczynnik tarcia przy referencyjnej prędkości poślizgu R=60 km/h,
S

P

- przewidywana liczba tzw. złota liczba prędkości obliczona jako funkcja makrotekstury
nawierzchni ( np. MPD w mm).

W związku z tym, że referencyjna prędkość poślizgu 60 km/h przez wiele ośrodków została

określona jako zbyt wysoka, to poprawiona wersja została ujęta również w europejskiej normie
(EN13036), dla referencyjnej prędkości poślizgu R=30 km/h z przyjęciem:

Istnieje potrzeba dalszego działania na rzecz harmonizacji w zakresie sposobów pomiaru tarcia

drogowego w celu osiągnięcia lepszych specyfikacji, ułatwienia porównanie wskaźników związanych
z wypadkowością oraz danych między różnymi krajami [4,9].

W Polsce używane jest urządzenie SRT-3 (Skid Resistance Tester) do badania właściwości

przeciwpoślizgowych nawierzchni drogowych przy pełnej blokadzie koła pomiarowego (Locked
Wheel) [3,4,6]. Pomiar jest prowadzony w lewym śladzie kół, na zewnętrznym pasie ruchu pojazdów,
przy prędkości urządzenia pomiarowego v = 60 km/h i grubości filmu wodnego pod kołem
pomiarowym h = 0,5 mm. Obecnie stosowane są opony Barum Bravuris o wymiarach 185/70 R 14[7].

Innym znanym na świecie urządzeniem do badania współczynnika tarcia jest SCRIM (Sideways

Force Coefficient Routine Inwestigation Machine) [3,6]. Pojazd posiada piąte koło zamontowane pod
kątem 20° do kierunku jazdy, które jest wleczone z pojazdem podczas pełnego zatrzymania koła.
Wynikiem badania jest współczynnik SCRIM równy ilorazowi siły bocznej działającej na wleczone
koło i nacisku jaki wywołuje to koło na nawierzchnię. Woda ze zbiornika na pojeździe zapewnia
odpowiednie, tym samym najgorsze warunki podczas pomiaru współczynnika tarcia [3].

1.2. Przenośne wahadło angielskie (BPT)

Duże znaczenie przy oznaczaniu polerowalności kruszyw, materiałów i nawierzchni drogowych

mają takie metody jak przenośne wahadło angielskie ze wzorcowym ślizgaczem gumowym [1,2,6].
Metody opisano w normach:
- Norma PN-EN 1097-8 podaje metodę oznaczenia polerowalności kamienia PSV na kruszywach

grubych stosowanych do nawierzchni drogowych z odczytu na skali F przyrządu do badania tarcia
dla przygotowanej próbki. Dodatkowa w załączniku A podana jest metoda oznaczania ścieralności
kruszyw (AAV).

- Norma PN-EN 13036-4 powala na określenie wahadłowego wskaźnika poślizgu PTV z odczytu na

skali F lub C przyrządu do badania tarcia i stanowi miarę odporności na poślizg badanej
powierzchni jako stratę energii standardowej gumy okrywającej ślizgacz zestawu ślizgającego się.

- Stosuje się wtedy następujące ślizgacze gumowe zamieszczone w tablicy 1.

1501

Tab. 1. Ślizgacze gumowe wg norm PN-EN

Opis

Nazwa

Wykorzystanie ślizgacza

TRRL 3”

Ślizgacz 55

Nawierzchnie drogowe, powierzchnie bardziej chropowate niż zwykłe posadzki

TRRL 1,25”

Ślizgacz 55

Badanie PSV

Four S’

Ślizgacz 96

Posadzki wewnętrzne

1.3. Znaczenie tekstury nawierzchni

Tekstura powierzchni określona jako mikrotekstura, makrotekstura i megatekstura wpływa na

szorstkość i zależy od ruchu, warunków pogodowych i od środowiska. Po zakończeniu budowy
nawierzchni na szorstkość ma wpływ przede wszystkim jej tekstura. Natomiast podczas eksploatacji
nawierzchni właściwości mieszanki i jej składników. Zgodnie z [4] określona makrotekstura jest
wymagana przy prędkościach powyżej 65 km/h w celu szybkiego odprowadzenia wody z nawierzchni
i zredukowania możliwości powstania zjawiska „aquaplaningu”. W przypadku powierzchni
betonowych z wyeksponowanym kruszywem (EACS), asfaltu porowatego i cienkich pokryć
makrostruktura jest funkcją upakowania, wymiaru powierzchni i kształtu kruszywa. Jako podstawowe
przyjmuje się grube kruszywo [4,8]:
– 10 do 6 mm o głębokości tekstury 1,5 mm - Wielka Brytania,
– 8 do 4 mm o głębokości tekstury 1,0 mm dla dróg niższej prędkości (90km/h) – Austria.

2. SMA I WŁAŚCIWOŚCI PRZECIWPOŚLIZGOWE W SOSN

SMA (mastyks grysowy - Stone Mastic Asphalt) – mieszanka mineralno-asfaltowa o nieciągłym

uziarnieniu, o dużej zawartości grysów, z większa zawartością asfaltu oraz ze stabilizatorem mastyksu
w postaci włókien celulozowych absorbujących asfalt i uniemożliwiających jego spływanie.
Mieszanka SMA charakteryzuje się dużą stabilnością, dużą szorstkością, odpornością na ścieranie,
odpornością na działanie czynników atmosferycznych i koleinowanie. Podczas wbudowania stosuje
się działania zwiększające wartość współczynnika tarcia przez posypywanie drobnym kruszywem
wstępnie zagęszczonej warstwy ścieralnej [4,6,8,10].

W Polsce stosuje się mieszanki SMA o wymiarze ziaren D: 5, 8 i 11 mm [11]. Powierzchnię

nawierzchni wykonanej w technologii SMA stanowią grube ziarna kruszywa łamanego, które
narażone są na większe polerowanie.

Zasady pomiaru i oceny właściwości przeciwpoślizgowych nawierzchni bitumicznych w Systemie

Oceny Stanu Nawierzchni (SOSN) dla dróg krajowych klasy A, S, GP i G określa załącznik D do
SOSN [7]. Właściwości przeciwpoślizgowe określono jako zdolność do wytwarzania sił tarcia między
nawierzchnią drogi a kołami pojazdów w warunkach wzajemnego poślizgu. Ocenę stanu nawierzchni
pod względem właściwości przeciwpoślizgowych klasyfikuje się w załączniku D do SOSN dla
miarodajnego współczynnika tarcia (tabela 2). Załącznik ten nie określa pomiaru głębokości tekstury.

W klasyfikacji nawierzchni pod względem współczynnika tarcia stosuje się, zgodnie

z wytycznymi SOSN [7], tzw. miarodajny współczynnik tarcia.

Tab. 2. Klasyfikacja stanu nawierzchni dróg krajowych pod względem właściwości przeciwpoślizgowych

(dla opony handlowej Barum Bravura) wg SOSN [7]

Klasa nawierzchni

Ocena stanu nawierzchni

Miarodajny współczynnik tarcia [μm]

A

dobry

≥ 0,52

B

zadawalający

0,37 ÷ 0,51

C

niezadawalający

0,30 ÷ 0,36

D

zły

≤ 0,29

3. BADANIA I WYNIKI BADAŃ

Badania przeprowadzono w zakresie:

1. Polerowalności kamienia PSV na kruszywie wg PN-EN 1097-8;
2. Głębokości makrotekstury MTD wg PN-EN 13036-1:2005. Charakterystyki badania: objętość

materiału ziarnistego (kulek szklanych) 25000 mm

3

.

Średnia głębokość tekstury (MTD) (mikrotekstury) jest obliczana ze wzoru:

1502

gdzie:
MTD = średnia głębokość tekstury, mm
V = objętość piasku, mm

3

D = średnia średnica piasku na nawierzchni, mm
3. Opory poślizgu/poślizgnięcia - wahadłowy wskaźnik szorstkości PTV PN-EN 13036-4.

Charakterystyki badania: szerokość stopki: wąska.

Badania przeprowadzono dla SMA 11 o następujących składnikach grysowych:

– 4/8 mm - żużel pomiedziowy,
– 6,3/12,8 mm - bazalt.

Przedmiot badań stanowiły:

– kruszywa i mieszanki kruszyw,
– nawierzchnia na odcinku drogowym,
– wycięte płyty z nawierzchni na odcinku drogowym.

3.1. Przedmiot i wyniki badań kruszywa i mieszanki kruszyw

Badania przeprowadzono wg PN-EN 1097-8 dla próbek kruszyw określonych jako grysy z żużla

pomiedziowego i bazaltu i mieszanki tych kruszyw z następującym przygotowaniem próbek:
I - nie poddanych przygotowaniu,
II - poddanych ścieraniu,
III - po ścieraniu i polerowaniu.

Wyniki badań wartości S i C dla jednej serii w zależności od stanu przygotowania próbek

zamieszczono w tablicy 3. W tablicy tej zamieszczono również wartość PSV’ dla tej serii.

Tab. 3. Wyniki pomiarów wartości S i C w zależności od stanu przygotowania próbek

Lp.

Surowiec – mierzone
wartości S lub C

Wyniki wg stanu przygotowania próbki

Wartość PSV’

bez przygotowania

po ścieraniu

po polerowaniu

I

II

III

1

Kamień kontrolny TRL - C

63,7

61,2

51,5

-

2

Żużel pomiedziowy - S

Cu

64,8

53,7

47,5

47

3

Bazalt - S

B

59,3

50,7

49,5

49

4

Mieszanka - S

M

68,9

50,7

49,0

49

3.2. Przedmiot i wyniki badań na odcinku drogowym

Badania przeprowadzono na odcinku drogowym z warstwę ścieralną SMA 11 z mieszanki

złożonej z grysów 4/8 mm z żużla pomiedziowego i 6,3/12,8 mm z bazaltu.

Po wstępnym zagęszczeniu warstwy ścieralnej powierzchnia została posypana drobnym grysem

2/4 mm z gabro w celu zwiększenia szorstkości. W tablicy 4 zamieszczono wyniki badania
wahadłowego wskaźnika poślizgu PTV w przekroju nawierzchni na odcinku drogowym wykonanym
w technologii SMA 11 z i bez posypki.

Tab. 4. Wyniki badania odporności na poślizg nawierzchni na odcinku drogowym wykonanym w technologii

SMA 11 z i bez posypki gabro 2/4 mm

Lp.

Właściwości

Jedn.

Wyniki dla punktu

1

*)

2

3

bez posypki

z posypką

1

Głębokość tekstury MTD

mm

1,22

1,04

1,00

2

Skorygowany wahadłowy wskaźnik szorstkości PTV

CORR

-

57,7

68,1

68,9

3

Skorygowany wahadłowy wskaźnik szorstkości PTV

CORR

w

zależności od istnienia posypki

-

57,7

68,5

*)

- punkt przy brzegu jezdni z minimalną posypką

1503

3.3. Przedmiot i wyniki badań na wyciętych płytach

Badania przeprowadzono na 2 wyciętych płytach na odcinku drogowym (p. 3.2.) z warstwy

ścieralnej wykonanej w technologii SMA 11 bez posypki. Badania płyt zrealizowano w laboratorium.
Badania wartości PTV wykonano w pięciu miejscach przedstawionych na rysunku 2 dla płyty
oznaczonej P-I. Pomiar średniej głębokości tekstury MTD przeprowadzono zaczynając
rozprowadzenie piasku kalibrowanego w miejscu oznaczonym jako punkt 5. Wyniki badania
odporności na poślizg dla płyt wyciętych z nawierzchni zamieszczono w tablicy 5.

Rys. 2. Płyta nr P-I z zaznaczonymi punktami (od 1 do 5) pomiaru wartości PTV.

Tab. 5. Wyniki badania odporności na poślizg płyt wyciętych z nawierzchni na odcinku drogowym z warstwę

ścieralną SMA 11 bez posypki 2/4 mm

Lp.

Właściwości

Jedn.

Wyniki dla płyty

P-I

P-II

1

Średnia głębokość tekstury MTD

mm

1,10

1,02

2

Skorygowany wahadłowy wskaźnik szorstkości PTV

CORR

-

55,5

55,5

4. ANALIZA WYNIKÓW BADAŃ

Na rysunku 3 przedstawiono wszystkie uzyskane wyniki badań:

– wartości S odczytane na skali F w badaniu polerowalności kamienia PSV dla kruszywa z żużla

pomiedziowego, bazaltowego oraz ich mieszanki,

– wartości PTV pomierzone na nawierzchni w miejscach bez i z posypką gabro kruszywem

drobnym,

– wartości PTV pomierzone w laboratorium na wyciętej płycie z nawierzchni bez posypki

granitowym kruszywem drobnym.

Jak można zauważyć, wyniki badań wartości S odczytane na skali F w badaniu polerowalności

kamienia PSV dla mieszanki kruszyw oraz wahadłowego wskaźnika poślizgu PTV pomierzone na
nawierzchni i na wyciętej płycie z nawierzchni dobrze odzwierciedlają poziomy stanu odporności
nawierzchni SMA na poślizg w czasie budowy z możliwością jej prognozowania. Różnica wartości
PTV bez posypki pomierzona w laboratorium na wyciętej płycie z nawierzchni i na nawierzchni jest
niewielka i wynosi 2,2 jednostek na skali F na przenośnym wahadle angielskim (BPT). Zakres
wartości S odczytanej na skali F w badaniu polerowalności kamienia PSV dla mieszanki kruszyw
wynosi 20 jednostek.

1504

Rys. 3. Wykres wartości S z badania polerowalności kamienia PSV dla mieszanki i kruszyw oraz wartości

PTV pomierzone na nawierzchni i w laboratorium na wyciętej płycie z nawierzchni.

WNIOSKI

Wprowadzone w 2002 roku badania polerowalności kamienia PSV dla kruszywach grubych oraz

wahadłowego wskaźnika poślizgu PTV, który pozwala na badanie różnych materiałów drogowych jak
i nawierzchni drogowych, mogą stanowić istotne rozszerzenie wartościowania tekstury pod względem
odporności na poślizg nawierzchni w długim okresie. Wartościowanie może dotyczyć stanu
odporności na poślizg po wykonaniu nawierzchni jak również jej zmiany w czasie.

Inny aspekt może stanowić ocena mieszanek różnych rodzajów kruszyw pod względem surowca

skalnego czy mineralnego. Przedstawione w badaniach kruszywa grysowe z żużla pomiedziowego jak
i bazaltu nie wpływają na odczuwalną poprawę wartości S ich mieszanki w badaniu polerowalności.

W artykule przedstawiono sposób pomiaru wartości PTV i S oraz sposób ich interpretacji.

Sposób ten może znaleźć miejsce w określeniach związanych z bezpieczeństwem użytkowania nie
tylko nawierzchni wykonanych w technologii SMA. W związku z dużym udziałem w Polsce
nawierzchni drogowych w technologii SMA, należy dbać o dobrą odporność na poślizg tych
nawierzchni, ponieważ odnosi się to do bezpieczeństwa pojazdów i pieszych.

Streszczenie

Specyfika nawierzchni SMA dotyczy przede wszystkim wpływu tekstury nawierzchni na odporność na poślizg

w krótkim i długim okresie eksploatacji. W dłuższym okresie konieczne jest uwzględnienie polerowalności
kruszyw tworzących mieszankę mineralną warstwy ścieralnej. W artykule przedstawiono sposób pomiaru
i interpretacji wyników badania odporności na poślizg takich nawierzchni w oparciu o badania polerowalności
kamienia PSV na kruszywach grubych oraz wahadłowego wskaźnika poślizgu PTV dla nawierzchni.

Evaluation of skid resistance of the road surfaces made in the technology
of SMA - safety of vehicles and pedestrians

Abstract

The specificity of the SMA surface relates primarily to the impact of surface texture for skid resistance in the

short and long term operation. In the longer term it is necessary to take into account the polishing ability
forming mixture of mineral aggregates of course surface. The article presents a method of measuring and

1505

interpreting the results of skid resistance of such surfaces based on studies polished stone value PSV
aggregates and pendulum test value PTV for surfaces.

BIBLIOGRAFIA

1. Duszyński A., Optymalizacja czynników wpływających na polerowalność kruszyw oraz

możliwości jej zmniejszenia i optymalizacji mieszanek mineralnych pod kątem polerowalności.
symbol pracy IBDiM -TW/55904//TW-24, Żmigród – Węglewo, sierpień 2004.

2. Duszyński A., Optymalizacja odporności na ścieranie kruszyw do warstwy ścieralnej nawierzchni

- Etap II. symbol pracy IBDiM-TW/61205/TW-26, Żmigród – Węglewo, listopad 2005.

3. Judycki J., Jaskuła P., Diagnostyka i modernizacja konstrukcji nawierzchni drogowych.

56 Konferencja naukowa, Kielce-Krynica 19-24.09.2010.

4. Mechowski T., Analiza i weryfikacja wymagań i procedur pomiarowych oceny właściwości

przeciwpoślizgowych nawierzchni dróg publicznych i autostrad płatnych. IBDiM, Sprawozdanie

5. z realizacji pracy TD-71 na zlec. GDDKiA, Warszawa, czerwiec 2005.
6. Part 2 HD 37/99 Amendment No 1 Bituminous surfacing materials and techniques, Volume 7

Pavement design and maintenance, Section 5 Surfacing and surfacing materials, The Stationery
Office (TSO) (http://www.dft.gov.uk/ha/standards/dmrb/vol7/section5/hd3799.pdf, Highways
Agency’s DMRB documents, May 1999.

7. System Oceny Stanu Nawierzchni (SOSN). Wytyczne stosowania - Załącznik D: Zasady pomiaru

i oceny stanu właściwości przeciwpoślizgowych nawierzchni bitumicznych w systemie oceny
stanu nawierzchni SOSN. GDDKiA, 2002.

8. Sybilski D., Ocena wpływu typu i technologii wykonania nawierzchni drogowej na hałaśliwość

ruchu drogowego i jego uciążliwość dla środowiska, sprawozdanie końcowe. Temat WS-05,
IBDiM, Warszawa, listopad 2005.

9. Wallman C.G, Åström H., Friction measurement methods and the correlation between road

friction and traffic safety. A literature review. VTI meddelande 911A, Swedish National Road and
Transport Research Institute (VTI) , 2001.

10. Woodward W.D.H, Woodside A.R., Jellie J.H., Early and mid life SMA skid resistance.

International Surface Friction Conference, Christchurch 1-4 May 2005.

11. WT-2 2010 Nawierzchnie asfaltowe na drogach krajowych. Mieszanki mineralno-asfaltowe.

Wymagania techniczne. GDDKiA, 2010.