NYUGAT-MAGYARORSZÁGI EGYETEM, ERDŐMÉRNÖKI KAR Geomatika és Mérnöki Létesítmények Intézet Erdőfeltárási és Vízgazdálkodási Tanszék DIPLOMADOLGOZAT

Átírás

1 NYUGAT-MAGYARORSZÁGI EGYETEM, ERDŐMÉRNÖKI KAR Geomatika és Mérnöki Létesítmények Intézet Erdőfeltárási és Vízgazdálkodási Tanszék DIPLOMADOLGOZAT SOPRON 006

2 NYUGAT-MAGYARORSZÁGI EGYETEM, ERDŐMÉRNÖKI KAR Geomatika és Mérnöki Létesítmények Intézet Erdőfeltárási és Vízgazdálkodási Tanszék Tehergépkocsik tengelysúly növekedésének hatása az erdészeti utak pályaszerkezetére és a pályaszerkezet-gazdálkodására Készítette: Primusz Péter Erdőmérnökjelölt Témavezető: Dr. habil. Kosztka Miklós CSc egyetemi tanár, tanszékvezető SOPRON 006

3 Tartalomjegyzék. FEJEZET... BEVEZETÉS.... A PMS FOGALMA A PMS alrendszerei A döntési modell Döntéstámogató rendszerek (Decision Support Systems) Forestry Pavement Management System mint limitált DSS generátor EGY HELYTELEN SZEMLÉLET FEJEZET.... A TENGELYSÚLY ÉS A PÁLYASZERKEZET IGÉNYBEVÉTELEINEK ÖSSZEFÜGGÉSEI..... A hajlékony pályaszerkezetek..... A hajlékony pályaszerkezetek igénybevételei és tönkremenési módjai A PÁLYASZERKEZETEK MÉRETEZÉSÉRŐL ÁLTALÁBAN AZ AASHO-ÚTKÍSÉRLETEK EREDMÉNYEI A pályaszerkezet szükséges egyenérték-vastagságának meghatározása A 00 kn-os egységtengelyre való átszámítás szorzótényezője A földmű teherbírásának figyelembevétele a mértezés során Az egyenértékvastagság és az egyenértéktényező értelmezése A megengedett lehajlások és az AASHO-útkísérletek A lehajlás és az egyenérték-vastagság összefüggése PÁLYASZERKEZETI REAKCIÓMODELLEK Pályaszerkezeteket terhelő erők leírása Burkolat nélküli utak egyszerű mechanikai modellje Két vagy többrétegű pályaszerkezetek mechanikai modellje A pályaszerkezet megerősítés mechanikai modellje ÖSSZEFOGLALÁS FEJEZET A PÁLYASZERKEZET-GAZDÁLKODÁS ÁLTALÁNOS KÖLTSÉGMODELLJE Pályaszerkezet-gazdálkodási stratégiák A karbantartás kedvező időpontjának meghatározása ERDÉSZETI PÁLYASZERKEZET-GAZDÁLKODÁSI MODELL (EPGM) Burkolatleromlást előre becslő alrendszer Optimalizációs alrendszer EPGM működése TENGELYSÚLY-NÖVEKEDÉS A tengelysúly-növekedés okai és iránya Az igénybevétel növekedés becslése Tengelysúly-növekedés az erdészeti utakon A megengedett tengelysúlyok túllépésének mértéke AZ EGERERDŐ ÚTHÁLÓZATÁNAK ELEMZÉSE Az úthálózat elmeinek meghatározása Az útra gravitáló fatérfogat meghatározása A fatömegadatok átszámítása forgalomra A pályaszerkezet állapotának felmérése Döntés a beavatkozás módjáról Rangsoroló modell Az eredmények értékelése Javasolható beavatkozások az eredmények ismeretében Az FPMS rendszer további lehetőségei ÖSSZEFOGLALÁS FÜGGELÉK A HÉJBURKOLATOK B A SOIL 000 TECHNOLÓGIA... 0 C A FÖLDMŰ MODULUS ÉRTÉKEINEK MEGHATÁROZÁSA... 0 D ÚTÉPÍTÉSI ANYAGOK JELLEMEZŐ TULAJDONSÁGAI E JELLEMZŐ TEHERGÉPKOCSI ADATOK F TÁBLÁZATOK... G KÉPMELLÉKLET... 4 IRODALOMJEGYZÉK... 3

4 Ábrajegyzék -. ábra: Komplex útfenntartás az erdészeti utakon ábra: A strukturált és a félig strukturált problémák kapcsolata DSS-en belül ábra: De mikor mondható egy útra, hogy tönkrement? ábra: Merev pályaszerkezet ábra: Félig merev pályaszerkezet ábra: Hajlékony pályaszerkezet ábra: A pályaszerkezet igénybevételei és feszültég eloszlása ábra: Olvadási kár kialakulása ábra: Jéglencsés fagykár kialakulása...6-7/a ábra: Empirikus és analitikus eljárások különbsége...8-7/b ábra: Véges elemek módszerén alapuló pályaszerkezet reakciómodell ábra: AASHO útkísérletek helyszíne ábra: Kísérleti pálya ábra: Az AASHO útkísérletek műforgalma ábra: Az AASHO útkísérletek pályaszerkezeteinek felépítése ábra: Egyforma pályaelhasználódást okozó tehergépkocsik ábra: Egyenértékű tényező szilárdságtani értelmezése ábra: A pályaszerkezet teherbírásának változása a forgalom függvényében ábra: Az erősítőréteg vastagságának számítása ábra: A pályaszerkezetet terhelő körtárcsa adatai ábra: Rugalmas féltér feszültsége és süllyedése körtárcsa alakú teher alatt ábra: Feszültségek mélységbeli eloszlása ábra: Kétrétegű rendszer, a helyettesítő magasság és az egyenértékű modulus fogalma ábra: A többrétegű rendszer modulusai és lehajlásának számítása ábra: A pályaszerkezet leromlási folyamata ábra: Pályaszerkezet-gazdálkodás költségmodellje ábra: Az összegzett építési és fenntartási költségek alakulása ábra: A spontán beavatkozásokon alapuló útfenntartási politika ábra: Nagyvonalú útfenntartási politika ábra: A javasolt erdészeti útfenntartási politika ábra: Az útfenntartás általános közgazdasági összefüggései ábra: Az élettartalmat és a teljesítmény előre becslő modell felépítése /a ábra: A burkolatleromlást előre becslő modell felépítése és működése /b ábra: A teherbírás csökkenése (az egyes esetekben) az idő függvényében ábra: Az LP feladat megfogalmazása ábra: A személygépkocsik és tehergépkocsik számának változása ábra: Az útburkolat korától függő átlagos közlekedési és javítási költségek (közutak esetében) ábra: 60 tonnás járművonat ábra: Ecocombi szerelvény a holland autópályákon ábra: Átlagos tehergépkocsi és nyerges vontató tengelysúlyai ábra: Az erdőgazdaságok úthálózatain jellemző tengelysúly-növekedés iránya és üteme ábra: A különböző járművekkel leszállított fatömeg forgalomterhelése ábra: A behajlásmérés elve és menete ábra: Homogén szakaszok elkülönítése a Behajlás nevű programmal ábra: A pályaszerkezet hátralévő élettartalmának megállapítása ábra: A leszállítható és a fennmaradó faanyag aránya a tehergépkocsi típusától függően ábra: A javasolt beavatkozások megoszlása a tehergépkocsi típusától függően ábra: Szükséges megerősítés költségének változása MAN 7.44 és MAN esetében ábra: Szükséges megerősítés költségének változása KAMAZ 530 és MAN 7.44 esetében ábra: Az információs rendszer megjelenése a DigiTerra Map szoftverben...96 G-. ábra: Az Egererdő úthálózata...4 G-. ábra: A javasolt beavatkozások típusa (Kamaz 530)...5 G-3. ábra: A javasolt beavatkozások típusa (MAN 7.44)...6 G-4. ábra: A javasolt beavatkozások típusa (MAN )...7 G-5. ábra: Az útszakaszok becsült élettartalma (Kamaz 530)...8 G-6. ábra: Az útszakaszok becsült élettartalma (MAN 7.44)...9 G-7. ábra: Az útszakaszok becsült élettartalma (MAN )...30

5 Az erdei utak igazában erek, amelyekben gazdasági értelemben az erdő élete áramlik. Segítségükkel, és egyedül az ő segítségükkel halad előre a belterjes erdőgazdálkodás és válik lehetővé a legtávolabbi hegységi erdők elérése. Az erdő feltárása nélkül sem az ápolás, sem a védelem, sem pedig az állományok szakszerű nevelése nem képzelhető el. (J.B.BAVIER). Fejezet Bevezetés A korszerű erdőgazdálkodás alapja a megfelelő technikai színvonal, melyet az erdőfeltárás fogalmával jellemezhetünk. Az erdőfeltárás mindig is szorosan kapcsolódott az erdőgazdálkodáshoz, amit azonban nem lehet csak önmagában vizsgálni, anélkül hogy figyelembe ne vennénk az ökológiai és ökonómiai viszonyokat. Fontos ez azért is, mert rohamosan fejlődő világunkban egyre nagyobb hangsúlyt kapnak a környezetvédelmi problémák a társadalom fokozott érdeklődése mellett. Mindazonáltal el kell fogadnunk, hogy minden termelési folyamat szerves része a szállítás, mely elképzelhetetlen megfelelő úthálózat és szállítójárművek nélkül. A hazai erdőfeltárás mintegy 7,8 fm/ h útsűrűsége azonban semmiképp sem tekinthető ideálisnak, mivel főleg csak az erdő megközelíthetőségét teszi lehetővé. A hálózatot alkotó utak zöme a motorizáció hazai rohamos fejlődése előtt alakult ki, és az arra az időszakra jellemző fogatos, pótkocsis szállítás paramétereinek megfelelően épült ki. A technika fejlődésével később az erdészeti utak forgalmában a tehergépkocsik váltak jellemzővé, amelyek szélessége és tengelysúlya nagyobb volt a korábban figyelembe vett szállítójárműveknél. A megjelenő nagyobb tengelysúlyok kedvezőtlen rongáló hatását fokozta még az a tény is, hogy a kerekek a szállítópálya széle felé tolódtak el, amelyet a szokásos építési mód szerint, függőleges széllel alakítottak ki [Kosztka 90]. A megnövekedett igénybevételek kimerítették a pályaszerkezetek teherbírását, ezért azok gyors tönkremenetele megindult. Az előbbihez hasonló folyamat megindulása várható a közeljövőben, hiszen hazánkban egészen a 004. május -jei Európai Unióhoz való csatlakozásig a megengedett legnagyobb tengelysúly értéke 0 t (ikertengely estén 4 t ) volt. A csatlakozás után azonban életbe lépett az EU tanács által 996. július 5.-én elfogadott 96/53/EK irányelv, mely az Európai Unió egész területén szabályozza a közlekedő gépjárművek megengedett legnagyobb méreteit, tömegét és tengelysúlyát [EU 96]. Az előírás értelmében a nemzeti és nemzetkőzi forgalomban résztvevő járművek megengedett legnagyobb tengelysúlya 0 t -ról,5 t -ra, illetve ikertengely estén a régi 4 t -ról 6 t -ra emelkedett. Könnyen belátható, hogy a 96/53/EK irányelv életbelépésével szinte azonnal megjelenő megnövekedett forgalommal kell számolnunk, mely az úthálózatok felgyorsuló leromlását eredményezi. A 30 ezer km-es országos közúthálózat több mint egyharmada azonnali megerősítést igényelne. Arra vonatkozóan pedig, hogy a leromlott állapotú utak mekkora kárt okoznak a járművekben, a Világbank tanulmányának megállapítását tekinthetjük mérvadónak: Az útkarbantartások elhanyagolása... növeli a gépjárművek működtetésének költségeit. Például minden dollár, amit egy évben megtakarítunk azzal, hogy nem fordítjuk egy olyan út megfelelő állapotban tartására, amelyen napi 500 gépjármű halad el, az utat használó gépjármű-üzemeltetők költségeit 3,4-6, dollárral növeli. [35] Pontosan ezért, a csatlakozási folyamat előkészítése során már kellő időben kiderült, hogy a 96/53/EK irányelv hazai jogrendbe ültetésének komoly korlátja az országos közúthá-

6 lózat és hídjainak leromlott műszaki állapota és számos helyen elégtelen teherbírása, mely a közutakhoz hasonlóan nincsen másként az erdészeti utak esetében sem. A kialakuló probléma megoldására hazánk mentesítést kért és kapott az Európai Uniótól 008-ig, melynek időtartalma alatt Magyarország vállalja fő tranzitútvonalainak korszerűsítését, a közösségi költségvetésből származó támogatást felhasználó infrastrukturális beruházások esetében pedig biztosítja a korszerűsített főútvonalak tengelyenkénti,5 tonna teherbírását [Timár 005]. Ezen megállapodást a Magyarország és az EU között 003 áprilisában aláírt Csatlakozási Szerződés X. melléklete 6. Közlekedéspolitika című fejezetének 4. pontja rögzíti. A 96/53/EK irányelv határainak megfelelő járművek azonban nemcsak a közutakon, hanem az erdőgazdálkodás gerincét képező szállítópálya hálózatokon is meg fognak jelenni, mint a szállítás alapeszközei. Ezek esetében viszont a műszakilag indokolt beavatkozásokhoz szükséges pénzügyi háttér nem, vagy csak kis mértékben biztosított. Ez az egész erdészeti ágazatra jellemző pénzhiány az új utak építésének szempontjából egyáltalán nem kedvező, ezért célszerű lenne a már meglévő úthálózatot megvédeni adott pénzügyi lehetőségek mellett a teljes tönkremeneteltől és csak ezután vagy e mellett bővíteni a meglévő hálózatot a kívánt szintre. A vázolt problémák megoldásához ezért célszerű a megengedett legnagyobb tengelysúly,5 tonnára való növekedésének hatásait az útpályaszerkezet felépítésének, méretezésének és fenntartásának elméleti és gyakorlati módszereiből kiindulva megvizsgálni, mindezt egy olyan célrendszer keretein belül, ami összhangot teremt a műszakilag szükséges és a rendelkezésre álló pénzügyi lehetőségek között. Az ilyen rendszereket összefoglalóan PMS-nek (Pavement Management System) vagy másképpen pályaszerkezet gazdálkodási rendszereknek nevezzük. 3

7 . A PMS fogalma Az erdészeti utakkal kapcsolatos kérdéseink megválaszolásához, így a megnövekedett tengelysúlyok rongáló hatásainak előrebecsléséhez szükséges egy olyan egységes szemléletmód kialakítása, amely segítségével képesekké válunk egy rendszerként kezelni az egymáshoz kapcsolódó műszaki, gazdasági, társadalmi és politikai tényezőket. Ezenkívül tartalmaznia kell még azon tevékenységek logikai modellezését is, amelyek a probléma célszerű megoldásához szükségesek. Az ilyen rendszereket PMS-nek nevezzük amely tulajdonképpen a problémák célszerű megoldási folyamatának fogható fel. Egy útfenntartási rendszer bonyolult jelenségsorozatnak tekinthető, így egy Pavement Management System az útpályaszerkezetek távlati tervezésével, kivitelezésével, fenntartásával, állapotjellemzésével és kutatásával összefüggő tevékenységek átfogó, koordinált rendszerét jelenti. Már most célszerű leszögezni, hogy az útfenntartással kapcsolatos elméleti megállapítások általában közutakra vonatkoznak, így ezen elvek, megoldási javaslatok nem mindig alkalmazhatóak változtatás nélkül az erdészeti utakra és úthálózatokra. Mivel azonban egyéb lehetőségünk nincsen, vizsgálataink során ezen elvekből indulunk ki, majd megfelelő következtetések levonása után hozzuk meg az erdészeti utakra jellemző megállapításainkat. Az eltérések okait az utakkal kapcsolatos eltérő feladatokban kell keresnünk. Az erdészeti utak olyan építmények, amelyeknek elsősorban az a célja, hogy az erdei termékek szállítása járművek nélkül, vagy járművek különböző fajtájával lehetővé tegye, ezenkívül biztosítsa az erdőn belüli forgalom lehetőségét és megteremtse az erdőség és a közutak kapcsolatát. [Hafner 7]. Mint látható, az erdészeti út egy olyan sajátságos közlekedési rendszer részének tekinthető, amelynek elsődleges feladata a természetközeli, többcélú erdőgazdálkodás megteremtése. [Kosztka 00]... A PMS alrendszerei A komplex útfenntartási rendszerek magukban foglalják a forgalomban lévő úton az élettartam alatt végzett összes olyan tevékenységet, amely az állapotfenntartással és az üzemeltetéssel összefügg. -. ábra. Komplex útfenntartás az erdészeti utakon [Kosztka 00] 4

8 Az üzemeltetés alrendszer tartalmazza azokat a tevékenységeket, amelyek a pálya és a környezet műszaki jellemzőinek megváltoztatása nélkül biztosítja a biztonságos és gazdaságos közlekedést. Elsődleges céljuk ezen munkáknak az, hogy az egyes útszakaszok kapacitását, hatékonyságát megnöveljék a jelentkező üzemzavarok elhárításával. Nem cél az út állapotának javítása, viszont fontos hogy az útburkolat pillanatnyi állapotáról az idő, a forgalom és az időjárás függvényében változó paraméterek értékéről mérések és vizuális értékelés útján tájékoztatást nyújtson. Erdészeti utak esetében az üzemeltetési feladatok a következők lesznek: (a) Üzemi feltételek biztosítása (b) Információk beszerzése (c) Forgalom befolyásolásának feladata (d) Üzemi létesítményekkel kapcsolatos feladatok Az állapotfenntartás azokat a főként építés jellegű tevékenységeket tartalmazza, amelyek célja, hogy az út rendeltetésszerű használatából adódó leromlási folyamatokat lassítsák, valamint időszakonként az új állapotot megközelítő állapotot hozzanak létre. A beavatkozás mélysége szerint az elvégzendő munkákat három csoportba sorolhatjuk: (a) Javítás (b) Karbantartás (c) Felújítás A két alrendszer közötti kapcsolat az adat- és információáramlás a központi adatbankban testesül meg, így ennek minősége és műszaki színvonala a teljes rendszer szempontjából alapvető fontosságú. Az adatbankok megjelenési formája az egyszerű kézi nyilvántartástól a komplex, számítógépeken alapuló rendszerekig terjedhet. Az üzemeltetési alrendszer során végzett állapotfelmérések eredményeinek felhasználásával a leromlási folyamat megbecsülhető. A leromlási folyamat ismeretében pedig az adott útszakaszok műszaki állapota meghatározható, amelyek az egyéb adatokkal együtt a döntéselőkészítés első inputját képezik... A döntési modell A PMS fontos részét képezi a döntési modell. Főbb elemeit a leromlási folyamat, a stratégiák, a gazdaságossági vizsgálatok és az optimalizálás alkotja. Az alternatív stratégiák kidolgozása, a prioritások meghatározása, a gazdasági számítások elvégzése lehetőséget nyújtanak a beavatkozások műszaki-gazdasági optimumának megállapítására. Csak ennek ismeretében lehetséges dönteni a beavatkozásokról, azok típusáról és időtartalmáról. Viselkedési modellek: segítségükkel az egyes útszakaszok használhatóságának, teherbírásának távlati előrebecslése válik lehetővé. Meghatározásuk a burkolat élettartama alatt különböző időpontokban végzett nagyszámú vizsgálati eredmények adatsorain alapszik. Stratégiák: a PMS keretein belül létrehozott stratégia mind az építésre, mind a fenntartásra műszaki és gazdaságossági alternatívákat hoz létre. A stratégiák bemenő adatait lényegében a szerkezeti, fenntartási variánsok és az ezekhez tartozó költségek képezik, vagyis: a pályaszerkezet-variánsok, a pályaszerkezet-variánsok költségei, a leromlási folyamat, vagyis az az időtartam, amely alatt az állapotjellemzők az adott pályaszerkezet esetében a kritikus értékeket (beavatkozási határokat) elérik, 5

9 fenntartási költségek, építési költségek, az úthasználók költségei, a forgalom minősége és mennyisége. A végleges stratégia kiválasztását a gazdaságossági elemzés előzi meg. Mivel a gazdaságosságon kívül egyéb szempontokat is mérlegelni kell, nem mindig a gazdaságosság szempontjából optimális megoldást kell kiválasztani, hanem esetleg valamilyen ehhez közel állót [Gáspár-Horvát 000]. Gazdaságossági vizsgálatok: a gazdaságossági vizsgálatok során a döntések támogatásához valamely meghatározott időszakra átértékelt (diszkontált) előnyöket és költségeket számítjuk ki. A gazdaságossági vizsgálat feltétele, hogy csak olyan variánsok képezhetik az elemzés tárgyát, amelyek a létesítménnyel szemben támasztott összes követelményt kielégítik, az értékelést a finanszírozás módjától és forrásaitól függetlenül kell elvégezni [Gáspár-Horvát 000]. A döntési modell utolsó fázisát képezi az optimalizálás, ami során az adott pénzügyi lehetőségek függvényében fokozatos közelítéssel a legjobb stratégia kerül kiválasztásra. A bemenő adatok a következők: alternatív beavatkozási variánsok fő jellemzői, az alternatív beavatkozási variánsokra vonatkozó gazdaságossági mutatók, a tervezési időszak hossza. A felsoroltakból kitűnik, hogy a PMS-t mint rendszerszemléletű módszertant egyrészt új rendszerek hatékony tervezésére, másrészt meglévő rendszerek működésének modellezésére alkalmazhatjuk. A döntéshozatal folyamata mindig nagyszámú adathalmaz feldolgozása és kiértékelés során alakul ki, ami ma már elképzelhetetlen számítógépes támogatás nélkül...3 Döntéstámogató rendszerek (Decision Support Systems) A döntéstámogató rendszerek az adatok feldolgozásával, elemzésével és a kimeneti változókkal kapcsolatos információk szolgáltatásával segítik a mérnök döntését. Nem parancs-jellegű rendszerek, tehát kimeneti adataik nem kötelezőek, a döntés mindig a felelős mérnök kezében marad. A döntéstámogató rendszerek egyrészt információt szolgáltatnak a mérnöknek rendszeres vagy speciális jelentések formájában, nagy mennyiségű adatot kezelve és feldolgozva. Másrészt modellezési képességekkel rendelkeznek, különböző matematikai, analitikai modellek segítségével előrejelzéseket, elemzéseket készítenek, javaslatokat tesznek. A döntési problémák lehetnek strukturáltak, amikor a feladat jól meghatározott és a megoldás algoritmizálható. Az ilyen problémák számítógép segítségével könnyen megoldhatók. A másik szélsőséges esetet a nem strukturált döntési feladatok jelentik, melyek mindenképpen emberi döntéshozatalt igényelnek. A valóságos problémák nagy része is tartalmaz programozható és nem programozható elemeket egyaránt, vagyis a döntési problémák nagy része félig strukturált. Az ilyen esetekben lehet a DSS a mérnők segítségére, amikor a döntés az ember és a számítógép közös munkájának az eredménye. A döntéstámogató rendszerek és a strukturáltság fokának összefüggését illusztrálja a következő ábra (-. ábra). 6

10 A számítógép és a mérnök közös megoldása (DSS) (Félig strukturált probléma) Számítógép megoldása (Strukturált probléma) Mérnök megoldása (Nem strukturált probléma) -. ábra. A strukturált és a félig strukturált problémák kapcsolata DSS-en belül A DSS célja nem az, hogy önállóan hozzon döntést vagy helyettesítse a mérnököt. A cél a döntéshozó ítélőképességének támogatása, egyedi, speciális problémák megoldásában. A DSS alkalmazkodik a vezető egyéni döntéshozói stílusához, képes különböző stílusokat és döntési szükségleteket is támogatni. A másik fontos tényező a döntés hatékonysága. A DSS célja a döntés minőségének javítása, a jobb döntés meghozatala, nem pedig a gyorsabb döntéshozatali folyamat vagy a döntési teljesítmény fokozása. A döntéstámogató rendszerek nagyon fontos jellemzője az interaktivitás A DSS működését a menedzser/mérnők vezérli, kérdéseket tesz fel, utasításokat ad ki. A szolgáltatott információ formátuma rugalmasan módosítható az egyéni igényeknek megfelelően. Mivel a DSS-t elsősorban nem számítástechnikai szakemberek használják, nagyon fontos követelmény a barátságos felhasználói felület, a könnyű kezelhetőség. Bár egyre inkább pozícióba kerül az a generáció, amelynek a számítógépek használata már teljesen természetes és rendelkezik a megfelelő előképzettséggel is, nagyon fontos, hogy egy ilyen rendszer kezelése egyszerű, gyorsan elsajátítható legyen. Hangsúlyt kell fektetni a kimenetek formátumára is. Könnyen áttekinthető, jól szervezett, grafikus, táblázatos megjelenítésre van szükség. Az előre nem látható, egyedi problémák megoldásának képessége nagyfokú rugalmasságot igényel a rendszertől. Nagyon fontos, hogy a döntéshozó közvetlenül is részt vegyen a fejlesztésben, a rendszer létrehozásában, esetleg kisebb változtatásokat, módosításokat, bővítéseket maga is el tudjon végezni...3. A DSS felépítése Felépítésüket tekintve a döntéstámogató rendszerek három részből állnak: () kommunikációs alrendszer, () modellező alrendszer és (3) adatbáziskezelő alrendszer.. Kommunikációs alrendszer A kommunikációs alrendszer a rendszer és a felhasználó kapcsolatát biztosítja, és elengedhetetlen az interaktivitás megvalósításában. Mivel a DSS felhasználói a legtöbb esetben nem számítástechnikai szakemberek, így nagyon fontos a barátságos, könnyen megtanulható, könnyen kezelhető felhasználói felület. A kommunikációs alrendszeren mindazokat a hardver és szoftver eszközöket értjük, melyek a rendszer és a felhasználó közötti kommunikációt megvalósítják. A DSS általában negyedik generációs programnyelvi eszközöket biztosít erre a célra, melyek különösebb programozói ismeretek és mélyebb számítástechnikai előképzettség nélkül is alkalmazhatók. 7

11 . Modellező alrendszer A DSS nagyon fontos tulajdonsága és szolgáltatása, hogy modellezési, szimulációs képességekkel rendelkezik. A modellek használatát szimulációnak nevezzük, melynek célja egy adott döntés hatásainak a megjósolása anélkül, hogy az esetleges negatív következményekkel ténylegesen számolnunk kellene. 3. Adatbázis-kezelő alrendszer A helyes döntések megfelelő megalapozásához nagyon fontos a kiinduló adatok állandó frissítésének megvalósítása. A DSS lelke a központi adatbázis, ami számtalan adatfájlból állhat. Ennek előnyei: az adatok rendszerezetten együtt vannak, s bármely jogos használó által hozzáférhetők, az adatkezelés, az adatfrissítés gyors, az adathasználat és feldolgozás központilag ellenőrizhető...4 Forestry Pavement Management System mint limitált DSS generátor A PMS valamint a DSS rendszerek együttes alkalmazása olyan hatékony eszközt ad a tervező mérnökök kezébe, amivel döntéseik hatékonyságait nagymértékben megemelhetik. Ezért érdemes megvizsgálnunk azt is, hogy milyen lehetőségeink vannak (minimális anyagi ráfordítás mellet) egy ilyen rendszer kialakítására. Az erdőgazdaságok gépein ma már mindenhol megtalálhatók a különféle táblázatkezelő programok (Lotus, Quattro, Excel) amik a mindennapos munka szerves részét képezik. Azonban kevesen gondolnak rájuk úgy, hogy ezek a programok, ha limitáltan is, de speciális DSS generátoroknak tekinthetők. A táblázatkezelők előbb említett széles körű ismertsége és elterjedtsége indokolja tehát, hogy kicsit részletesebben is megvizsgáljuk, miért és hogyan alkalmazhatók ezen programok döntéstámogatásra. Nézzük meg, mitől lesz egy táblázatkezelő program DSS generátor. A táblázatkezelőkben megtalálható a döntéstámogató rendszerek általános felépítését jellemző mindhárom alrendszer: modellezés, kommunikáció, adatkezelés. A felhasználóval való kapcsolattartásra, a dialógusok szervezésére menük, ikonok használatával van lehetőség. A fejlett táblázatkezelő programok manapság rendelkeznek adatbázis-kezelői képességekkel is. A modellépítést táblázatmodellek formájában támogatják, melyek alkalmasak mi van, ha típusú és célmeghatározó elemzésekre egyaránt. A modell építés nem jelent mást, mint az adatok és az adatok közötti összefüggések képletek, függvények megadását sorok és oszlopok formájában. Ezt a folyamatot beépített aritmetikai, statisztikai, logikai és pénzügyi függvények segítik. Analíziseket az adatok és a képletek változtatásával lehet készíteni, melynek során a rendszer gyorsan és automatikusan kiszámítja az új értékeket. Az eredmények, vagyis az egyes alternatívák kiértékelése ezután történhet táblázatos és grafikus formában egyaránt. Láthatjuk, hogy szinte plusz anyagi ráfordítás nélkül is képesek vagyunk olyan rendszerek kialakítására, amik már nagymértékben segíthetik a mindennapi munkánkat. Természetesen az olcsóság legnagyobb hátránya az, hogy a modell megalkotásához nagyfokú ismeretre van szükség, azaz olyan ember kezében válnak csak hatékony eszközzé a táblázatkezelőkön nyugvó DSS rendszerek, aki minden szegmensében képes átlátni a megoldandó problémát. Ebből pedig nagyon kevés van. Az erdőgazdaságok másik lehetősége, hogy saját fejlesztésű PMS-DSS rendszert alakít ki, egyéni igényeinek megfelelően. Ennek a megvalósítása már hosszabb időbe telik, és mind a fejlesztés, mind a későbbi fenntartás meglehetősen költséges. Legnagyobb előnye az, hogy a modell megalkotása és kivitelezése nem az erdőgazdaságot terheli, így annak jósága vagy rosszasága sem hozzáértésükön múlik. 8

12 A két módszer között jó átmenet biztosít egy olyan hibrid szoftver kifejlesztése, amely az állapotfelméréssel nyert nagyméretű adathalmaz feldolgozása során előállított eredményeket képes átadni a különböző táblázatkezelő programoknak. Így meghagyva a rendszer nagymértékű rugalmasságát és olcsóságát. Ez tulajdonképpen azt jelenti, hogy egy ilyen program adja a DSS modellezési alrendszerét, és a bemenő input adatokból olyan adatokat képes előállítani amin már a finom elemzések táblázatkezelőkkel is elvégezhetőek. Egy ilyen program előállítási ideje és költsége messze nem éri el a kész, probléma specifikus DSS rendszerekéét, igaz a nyújtott szolgáltatások színvonala is alacsonyabb. A dolgozat során ezért egy olyan limitált DSS generátor elvi felépítését fogom bemutatni ami jó segítséget nyújt az erdőgazdaságok úthálózatának elemzéséhez, és így a megnövekedett tengelysúlyoknak az erdészeti utak pályaszerkezetére és a pályaszerkezetgazdálkodására kifejtett hatásainak megismeréséhez. Egy ilyen kísérleti program megalkotása több mint csak egy szoftver megírása, hiszen magában hordozza a teljes elemzési folyamat menetét és a felhasznált modellek logikai kapcsolatait. A dolgozat írásakor a program munkacíme FPMS (Forestry PMS) volt, így a továbbiakban is így fogok hivatkozni rá. A szoftver Delphi 6 rendszerben készület el, aminek technikai menetét a dolgozat témájából adódóan nem fogom ismertetni. A szoftver modellezési alrendszerét a második fejezet eredményei adják, míg az elemzésekhez a harmadik fejezet módszereit veszi alapul. Ezért a továbbiakban nem minden esetben kerül kiemelésre a szövegben, hogy az FPMS rendszer részét képezik. Ezt a dolgozat teljes terjedelme alatt természetesnek kell venni.. Egy helytelen szemlélet Mielőtt részletesebben is áttekintenénk az FPMS rendszer lelkét adó modellezési lehetőségeket, ismerkedjünk meg egy, nem csak az erdészeti útfenntartásra jellemző jelenséggel. Azt, amit más műszaki létesítményeknél természetesnek tartunk, hogy nevezetesen azok üzemeltetéséről, fenntartásáról és karbantartásáról gondoskodni kell, másképpen fogalmazva pénzeszközöket kell rájuk fordítani, azt sok esetben az erdészeti utaknál mindenki elég hamar elfelejti. Pedig az utak pályaszerkezetei ugyanúgy teherhordó szerkezetek, mint a hidak, az épületek statikailag működő részei. A helytelen szemlélet kialakításának fő oka az lehet, hogy míg a hidak és épületek esetében a karbantartások elmaradása komoly következményekkel jár (összedőlnek), addig ez az utak esetében csak sokkal halványabban fejeződik ki, főleg anyagi kár formájában. Ennek kimutatása pedig nehéz, mivel a költségnövekedések nem közvetlenül, hanem áttételesen, más csatornákon át jelentkeznek mint amilyen pl. a gépjárművek üzemeltetési költségei. Ebből kiindulva pedig azt mondhatjuk, hogy az utak teljesítményét az úthasználók számára biztosított használhatóságnak időbeli változásával jellemezhetjük. De mikor mondható egy útra, hogy tönkrement? Mikor nem használható tovább? Más szerkezetek esetében (hidak, épületek) ez a kérdés könnyen megválaszolható. Egy gerendát vagy egy oszlopot kellően meg lehet tervezni annak érdekében, hogy bizonyos terhelést biztonsággal elviseljen, és ha ezt a terhelést nem lépik túl, akkor a gerenda vagy oszlop soha nem fog tönkremenni. Ugyanakkor ezen szerkezetek esetében lehetséges a tönkremenetel kritériumainak viszonylag pontos meghatározása, így például az alakváltozás, vagy a megengedett feszültségek túllépése. [Karoliny 005]. Utak esetében a kérdést az utazáskényelem oldaláról szemlélték az 960-as években induló AASHO-útkísérletek során. 9

13 -3. ábra. De mikor mondható egy útra, hogy tönkrement? [Karoliny 005] Közvélemény-kutatással állapították meg az úthasználói igényeket, majd kapcsolatot kerestek és találtak a pálya felületén mérhető jellemzők és a PSI között, ennek alapján lehetett tönkremeneteli kritériumot meghatározni. Mindaddig egy burkolatot csak megfelelőnek vagy nem megfelelőnek minősítettek a mérnökök. Tulajdonképpen a nem megfelelőség jelentette a felújítási munkák végrehajtásának idejét. Felfogástól függően a következőképpen lehetne megfogalmazni egy pályaszerkezet tönkrement állapotát: (A) (B) A tervezési élettartalmat csak akkor tekintjük megvalósultnak, ha a létesítmény az említett időszak eltelte után még semmilyen érdemleges meghibásodást nem mutat. A tervezési élettartalmat akkor is megvalósultnak tekinthetjük, ha az említett időszak letelte után a létesítmény éppen hogy csak eléri az elfogadható szint minimális értékét. Nyilvánvaló, hogy az (A) megfogalmazás nem elfogadható a mai közgazdasági viszonyok között, de nagymértékű pazarló szemlélete miatt a későbbiek során sem javasolható. A (B) megközelítés már sokkal jobban elfogadható, az AASHO útkísérletek eredményein alapszik. Tulajdonképpen ez tette lehetővé a mai PMS rendszerek megszületését. Az már csak egy sajnálatos mellékterméke, hogy az erdőgazdaságok többsége a technikai minimum elvére hivatkozva (alacsony utazáskényelem), útjait a minimális szintnél is tovább használj, mondván a nehéz tehergépkocsik számára ez is elegendő. Nem is számolva a jelentkező egyéb járulékos költségekkel. A mai gazdasági helyzetben egyre kevesebb forrás jut, mind a közutak, mind az erdészeti utak karbantartására, ezért az eddig elfogadott (B) megfogalmazást is át kell értékelni. A rendelkezésre álló szűkös anyagi források optimális szétosztása csak hálózati szemlélet segítségével lehetséges, ennek megfelelően: (C) Egy hálózati szakaszt tönkrementnek tekintünk abban az esetben, ha az már tovább gazdaságosan nem tartható fent, még akkor is, ha az így meghatározott élettartalom kevesebb mint a tervezési. A helyesen értelmezett technikai minimum elve is egyébként ezt fogalmazza meg, nem pedig az építési költségek minimális összegét. A továbbiakban a (C) megfogalmazást tekintjük az utak élettartalma végének. 0

14 A tudomány nem próbál végső magyarázatot adni, fogalmakat értelmezni is alig. A természettudomány modelleket alkot. Modell alatt egy olyan matematikai struktúra értendő, amelyik bizonyos szóbeli interpretáció hozzáfűzésével leírja a jelenséget. Egy ilyen matematikai struktúra létjogosultságát egyedül az adja, hogy sikeresen előrelátja a jelenségeket, tehát működik. (NEUMANN JÁNOS). Fejezet Ismeretes, hogy az útpályaszerkezetek méretezése ma már régóta nem önálló feladat, sem új útnál, sem meglévő utak korszerűsítésénél, hanem a tágabb értelemben vett, pavement management, azaz útüzemeltetés egy szerves része [Nemesdy 77]. Ezért a továbbiakban egységes rendszernek kell tekintenünk az útpályaszerkezetek tervezését-építését-fenntartásátállapotfelvételét-méretezését-erősítését. Az optimális útgazdálkodás ugyanis csak ezen szempontok együttes figyelembevétele mellett valósítható meg. Ennek megfelelően a rendszer egyes elemeit célszerű közelebbről is áttekinteni, megismerni a bennük rejlő lehetőségeket és korlátokat. A követezőekben ennek próbálunk eleget tenni.. A tengelysúly és a pályaszerkezet igénybevételeinek összefüggései.. A hajlékony pályaszerkezetek Az erdészeti utakat terhelő forgalmat különböző forgalomkeltő hatások gerjesztik, melyek kisebb-nagyobb mértékben veszik igénybe a pályaszerkezet teherbírását. A forgalom és a járműteher meghatározásakor a tengelysúlyoknak, a teherismétlődések számának, a felfüggesztésnek és a gumiabroncs burkolattal való érintkezési felületének van fontos jelentősége. A tengelysúlyoknak feszültség és behajlás keltő hatásuk van, melyet a pályaszerkezet vesz fel és oszt el a földművön úgy, hogy közben a kellő teherbírás biztosított legyen. Ennek megfelelően a pályaszerkezetek teherbírását a rajtuk áthaladó forgalom nagyságával jellemezhetjük, amelyet 00 kn -os (0 tonnás) egységtengely áthaladásban fejezünk ki. A teherismétlődések száma azért fontos, mert a burkolat alakváltozása egy tengely súlyának a hatására ugyan nagyon kicsiny méretékű lehet, a nagyszámú teherismétlődés (áthaladás adott keresztmetszeten) azonban maradó és állandó alakváltozásokat okoz, ami végül a pályaszerkezet (burkolat) tönkremeneteléhez vezet [Timár 005]. A forgalom mellett számottevő még az időjárás kedvezőtlen hatása is (fagy, hőség, csapadék), melyet szintén károsodás nélkül kell elviselnie a pályaszerkezetnek. Az előbb bemutatott főbb igénybevételeknek ellenálló, az igényeket a teljes élettartam alatt folyamatosan kielégítő pályaszerkezetet csak tudatos tervezés és korszerű elvek figyelembevétele mellett lehet kialakítani. A gyakorlatban a többrétegű pályaszerkezetek terjedtek el, melyek három fő csoportra különíthetők: Merev pályaszerkezetek: kötőanyag nélküli alaprétegre, inkább hidraulikus kötésű alaprétegre épített cementbeton burkolatok, nagy merevségűk és jó teherelosztó képességük révén a kerékterhelés alatt csak csekély behajlást mutatnak. Ennek köszönthetően keréknyomvályú képződés nem lép fel, valamint nagy (30 éves) élettartam jellemzi őket. Hátrányuk a hézagolt, nem folytonos szerkezet, a kevésbé kellemes utazásérzet, a téli fenntartás magas költsége, a nagy munkaigényesség és a nehéz felújíthatóság.

15 -. ábra. Merev pályaszerkezet [Fazekasné 005] Félig merev pályaszerkezetek: hidraulikus kötésű alaprétegekre (stabilizációs rétegekre, soványbeton alapokra) épített aszfalt pályaszerkezet. Előnyei a kellemes utazásérzet, a jó fenntarthatóság, a javíthatóság és a gazdaságosság, mivel több talajcsoport is jól stabilizálható. Hátrányai, hogy a pályaszerkezet hidraulikus alaprétegre nem építhető valamint reflexiós repedések alakulhatnak ki az aszfalt pályaszerkezetben. -. ábra. Félig merev pályaszerkezet [Fazekasné 005] Hajlékony pályaszerkezetek: kötőanyag nélküli alaprétegekre, aszfalt alsó alaprétegekre, régi aszfaltmakadám burkolatokra épített aszfalt-pályaszerkezetek. Kellemes utazásérzetet biztosítanak, reflexiós repedések nem alakulnak ki. Lehetőség nyílik a lépcsőzetes kiépítésre, valamint jól felújíthatók és fenntarthatók. Hátrányuk, hogy a kisebb teherelosztó képességük miatt a járműteher alatt,0-,0 mm behajlást mutatnak, nyomvályú képződési hajlam, az ország területének csak kisebb részén építhetők gazdaságosan.

16 -3. ábra. Hajlékony pályaszerkezet [Fazekasné 005] A merev burkolatoknak nincsen jelentőségük az erdészeti útépítésben, ezért a továbbiakban csak a hajlékony pályaszerkezetekkel foglalkozunk. Az utakat terhelő forgalom hatására a pályaszerkezetek keresztmetszetében különböző igénybevételek lépnek fel, ennek megfelelően azt több rétegből kell felépíteni, ahol is minden rétegnek meg van a maga szerepe. Az erdészeti utakra jellemző forgalom a pályaszerkezet legfelső részén, a burkolaton bonyolódik le. Nagyobb forgalom estén két rétegből áll: a felső kopórétegből és az alatta lévő kötőrétegből. A kötőréteg feladata a nagyobb vízszintes erőhatások felvétele és a kopóréteg alaphoz való kapcsolása. A felső burkolatot az alap vagy burkolatalap támasztja alá, ami szintén több rétegből épül fel. Fő feladata a fölműre jutó terhelések felvétele és csillapítása. Az alap két része: a felső és alsó alapréteg. Nagy forgalom esetén ezek további rétegekből állhatnak. A felső alapréteg feladata nagy stabilitása és szilárdsága mellett, hogy a hajlító igénybevételeket felvegye, valamint a víz elleni szigetelést biztosítja. Az alsó alaprétegre már csökkentett mértékben érkeznek a terhelések ezért elegendő kisebb szilárdságú anyagokból felépíteni. Az alap legalsó része a védőréteg, mely főleg az elnedvesedésre és fagykárra érzékeny földművön épül meg, legtöbbször homokos kavicsból. A pályaszerkezet részét akkor képezi, ha vastagságát méretezéssel határozzák meg. A teljes pályaszerkezetet a földmű támasztja alá, ami bevágásban vagy töltésben lévő tömörített talaj. A földműnek megfelelő teherbírással kell rendelkeznie, hogy a pályaszerkezet és a rajta folyó forgalom terhét viselni tudja. Ez a teherbírás optimális víztartalom melletti tömörítéssel biztosítható. A földmű felületén alkalmazott javító réteget is ide soroljuk, nem pedig a pályaszerkezethez. Itt kell megjegyeznünk, hogy az imént bemutatott hajlékony pályaszerkezet viselkedését legegyszerűbben csupán mechanikai szempontokból egy-, két-, vagy többrétegű rendszerek modellezésével írhatjuk le. A felmerülő problémákat és a modell részleteit a.4.-es pontban bővebben tárgyaljuk... A hajlékony pályaszerkezetek igénybevételei és tönkremenési módjai Az aszfaltanyagnak bitumen kötőanyaga miatt, a mérsékelt égövi területen (-0 C és +40 C között) nagymértékben változnak fizikai, mechanikai tulajdonságai. Nyáron, hosszabb ideig tartó 30 C feletti nappali hőmérséklet esetén a fekete aszfalt kopóréteg 60 C hőmérsékletre is tartósan felhevülhet, azaz hazai körülmények között az aszfalt kopóréteg üzemi hőmérséklet tartománya a téli -0 C-tól a nyári +60 C-ig terjedhet (plasztikus hőtávolság). 3

17 A nyári gyors hőmérsékletváltozások következtében, bármely irányúak is azok, nem jöhetnek létre termikus húzó- vagy nyomó- feszültségek, mert ezeken a magas hőmérsékleteken már rendkívül gyors az aszfalt relaxációja és túlnyomórészt viszkózus állapotú (alig rugalmas) aszfaltrétegekben ébredő feszültségek minden irányban eloszlanak. A járműforgalom kerékterhelése az aszfaltrétegben közel függőleges nyomófeszültséget okoz, melynek következményeként fajlagos rugalmas összenyomódás és a viszkózustól, időtől függő fajlagos maradandó összenyomódás alakul ki. A két alakváltozás aránya és nagysága a hőmérséklettől, az alkalmazott bitumen kötőanyag viszkozitási jellemzőitől, az aszfalt ásványi vázának belső súrlódásától, és a kerékterheléstől, illetve annak áthaladási sebességétől függ. -4. ábra. A pályaszerkezet igénybevételei és feszültég eloszlása Az aszfaltburkolatokra jellemző nyári nyomvályú kialakulásához és egyéb deformációinak létrejöttéhez elsősorban járműforgalomra és pedig nehéz teherre vagy nagyon lassú és sűrű könnyű forgalomra van szükség. Nagyobb emelkedőkön (>4%) és állandó fékezési helyeken, ahol azonos felületen azonos irányú és a felülettel párhuzamos erők (húzó-, nyomó-, és csúsztató feszültségek) veszik igénybe a burkolatot, az úttengelyre merőleges burkolati hullámok alakulnak ki, ún. bordásodás jön létre. A melegdeformációra hajlamos aszfalt a legritkább esetben repedezik, hiszen alacsony hőmérsékleten is jól alakváltozik (relaxál), így termikus feszültségek alig keletkeznek benne. Az ilyen aszfalt nyári rossz tulajdonságai ősszel, télen és tavasszal kedvezőekké válnak. A téli -0 C-on az aszfalt merevsége, húzószilárdsága eléri, sőt meghaladja a jobb cementbeton azonos jellemzőit. A lineáris hőtágulási együtthatója viszont csak a nagy hézagtartalmú aszfaltoknak (drén- vagy zajnyelőaszfalt) csökken le α = 0 értékig. Az aszfalt 6 relaxációs képessége a hőmérséklettel együtt csökken, de a beton ezen képességét alacsony hőmérsékleten is meghaladja. Csökkenő hőmérséklet mellett az előbbiekből következik, hogy az aszfalt útpályaszerkezetek teherbírása nő. Így az ismétlődő kerékterhelések hatására kelet- 4

18 kező hajlító-húzófeszültségek önmagukban már nem okoznak repedéseket az aszfaltréteg szélső felületein. Ugyanakkor a -5 C/óra lehűlési sebességnél nagyobb hőmérsékletcsökkenés már termikus húzófeszültségeket ébreszt a kopórétegben, amelyeknek csak kis hányada épül le. Nagyobb része felhalmozódik és létrejön a termikus repedés, amihez azonban már nem szükséges forgalom. A termikus repedések 4-5 méterenként jelennek meg keresztirányban a pályaszerkezeten. Teljesen hajlékony útpályaszerkezet esetén csak kifejezetten nagy hidegmerevségű aszfaltburkolati rétegekben jöhetnek létre ilyen repedések. Félmerev, útbetonra vagy cementstabilizációra épített aszfaltrétegekben a merev alaprétegek termikus alakváltozásából és repedésnyílásaiból származó feszültségek a felső aszfaltrétegekben szintén (reflexiós) repedéseket hozhatnak létre, ha azok vastagsága kicsi, vagy merevsége nagy és húzószilárdsága alacsony. -5. ábra. Olvadási kár kialakulása [ A téli igénybevételekhez tartoznak az ún. olvadási- és fagyási károk is. Az olvadási károk főleg a télvégi időszakban jelentkeznek, amikor is a faanyag szállítása által keltett nagyobb forgalom az eliszaposodott földművön és az elhasználódott vékony pályaszerkezeten áthalad. A folyamat a téli hónapokban indul meg, mikor is a talaj felső cm vastagságban átfagy, az útkarbantartás során összegyűjtött hó egy része pedig a pályaszerkezetről a padkára és az árokrendszerbe kerül. A tavaszi hóolvadás idején az átfagyott talaj felülről lefelé kezd felengedni, először a sötét színű útburkolat alatt, mert ez melegszik fel legelőször a hőszigetelő hótakaró hiánya miatt. A felolvadt felszín alatt azonban visszamarad egy vízzáró átfagyott talajréteg mely felett nagy mennyiségű víz halmozódik fel. Ezt a helyzetet rontja még, hogy az olvadó hólé nem tud a hóval telítődött árokrendszeren keresztül távozni, így az oldalról a burkolat alá szivárog. Az ilyen átázott földmű elveszíti teherbírását, megszűnik a burkolat megfelelő alátámasztása, melynek következtében a forgalom a burkolat deformációját, tönkremenetelét okozza. Az erdei utakon gyakran előforduló olvadási kár feltételei a következők: elnedvesedésre hajlamos talaj (főleg iszapos), vékony, kis teherbírású, repedezett pályaszerkezet, nehéz forgalom az olvadási időszakban. A másik télvégi burkolatkár a jéglencsés fagykár, mely főleg agyagos talajokon fordul elő. Ennek előfeltétele, hogy a talajban megtalálható víz ne tömb alakban, hanem jéglencsék 5

19 formájában fagyjon meg. A jéglencsék olykor olyan mértékben is megnövekedhetnek, hogy adott esetben a vékony vagy makadámszerű burkolatokat alulról felfeszítve deformálják. Káros hatása igazán a tavaszi hóolvadáskor jelentkezik, amikor is az elolvadt jéglencsék helyén üregek maradnak vissza melyek vízzel telítődnek. Ezek az üregek aztán a forgalom hatására beomlanak, sőt annak szivattyúzó-gyúró hatása miatt teherbírásukat teljesen elveszítik. A jéglencsés kár tehát mindig olvadási kár keretében jelenik meg. A jéglencsés fagykár kialakulásának feltételei: a talaj vízlencsés fagyásra hajlamos legyen, mély és tartós fagybehatolás legyen, kapilláris úton vízutánpótlás legyen a talajvízből. -6. ábra. Jéglencsés fagykár kialakulása [ Ezek az igénybevételek azonban az ép és zárt aszfaltrétegeken gyenge hatásúak. Viszont repedezett aszfaltfelületen megsokszorozódik hatásuk és a járműforgalom tovább fokozza a burkolat károsodását, főképpen a pumpahatással [Török 000]. Az aszfaltburkolatokon zajló forgalom természetesen mindenkor hajlításra is igénybeveszi az útpályaszerkezetet. Hajlításra azonban csak azok a felületek vehetők igénybe, amelyek kohézióval és húzószilárdsággal rendelkeznek. A szemcsés, kohézió és kötőanyag nélküli rétegek csak nyomó- és nyírófeszültségek felvételére és átadására képesek. A hajlékony pályaszerkezeteken a jármű kerékabroncs terhelésének hatására behajlási medence jön létre a kerék alatt, mely a kerékkel együtt mozog. Ennek hatására a kerék haladási síkjában a pályaszerkezet minden pontjában kétszer változnak ellenkező előjelűre a hajlító feszültségek (-4. ábra). Ugyanakkor a keréknyom szélső peremein csak a közel kör alakú behajlási medence változatlan hajlítófeszültségei terhelik a burkolatot egy kerékáthaladáskor csak egyszer felső felületén keresztirányú hajlító-húzófeszültséget okozva, melynek nagysága a kerék alatti alsó hajlító-húzófeszültségnek kb. 5%-a [Török 000]. Az aszfaltrétegek nyári dinamikus hajlító igénybevétele azonban nem okoz számottevő hajlítási károsodást a pályaszerkezetben, szemben a téli 0 C alatti hajlító igénybevételekkel. Ekkor ugyanis a megnövekedett aszfaltmerevség arányában megnőnek a hajlítófeszültségek is. Ezek a hajlító-húzófeszültségek azonban megfelelően kialakított és méretezett együttműködő útpályaszerkezetek esetén a hajlításra leginkább igénybevett alsó alaprétegben is a hőmérsékletnek megfelelő hajlító-húzószilárdsága 30%-át sem érik el. Csökkenti az aszfalt rétegek téli hajlító igénybevételét a földműnek ilyenkor tapasztalható nagyobb teherbírása. 6

20 Amennyiben a pályaszerkezetek nem együttműködők a termikus feszültségekkel öszszegződő hajlító-húzófeszültség a keréknyom mentén hosszirányú és mozaik repedezettséget okoz először a kopórétegben, majd egyre mélyebben. Európa középső éghajlati sávjában 0 C alatti hőmérséklet évente legfeljebb 70 napon fordul elő, zömében a téli hónapokban kisebb megszakításokkal. Ugyanez az időtartalom jellemző a 5 C feletti maximum hőmérsékletű ún. nyári napokra is. Összességében a hajlékony pályaszerkezetek évente mindössze 50 napot vannak kitéve a szélsőséges hőmérsékletnek. Ez a teljes év 40%-át fedi le, míg a többi napokon az átlagos ±0 C hőmérséklet jellemző. Hozzá kell tenni még, hogy az útpályaszerkezeteket alátámasztó földmű teherbírása a tél kezdeti és tél végi - C és +5 C közötti hőmérsékletű olvadási illetve csapadékos időszakban a leggyengébb. Az útpályaszerkezetnek ezekben az időszakokban kell a legnagyobb hajlítási igénybevételeket elviselniük.. A pályaszerkezetek méretezéséről általában Kezdetben a pályaszerkezeteket szinte a forgalom nagyságától és a talaj teherbírásától függetlenül, közel azonos anyagból és azonos vastagságban építették meg. Később a forgalom rohamos növekedésének hatására szükségessé vált, hogy az utak pályaszerkezetének vastagsága mind a forgalom nagyságával, mind a földmű minőségével arányos legyen. Ebben az időszakban dolgozták ki a gyakorlati megfigyeléseken, nagyminta kísérleteken és elméleti elgondolásokon alapuló szemiempirikus méretezési módszereket. A kísérletek során valósághű körülmények között modellezték a pályaszerkezetek tönkremenetelét, melynek eredményeit statisztikai módszerek segítségével értékelték ki. Az igények és az igénybevételek növekedése miatt azonban csakhamar előtérbe kerültek a mechanikai alapokon nyugvó eljárások is. Ezt támasztja alá az Európai Unió által finanszírozott AMADEUS kutatás ben folyt zárójelentése, mely kimutatta, hogy bár Európában és világszerte másutt is többféle megközelítéssel élnek az útburkolatok méretezésére, alapvető közös jellemzőjük mégis az, hogy a pályaszerkezetben a tengelysúlyok áthaladásának hatására keletkező erők, feszültségek és alakváltozások meghatározása algoritmusokon alapul. Ezek a mechanikai alapú méretezési módszerek (.4-es pont) a már ismertetett pályaszerkezetet rugalmasságtani alapon számítható szerkezetként fogják fel. A rugalmas szilárd anyagra vonatkozó állapotegyenleteknek a megoldását Boussinesq rakta le még 876-ban. A későbbi kutatások során azonban kiderült, hogy az olyan réteges szerkezetekre vonatkozóan, mint a hajlékony útpályaszerkezetek, a Boussinesq-féle állapotegyenleteknek nincsen zárt megoldásuk [Timár 005]. A réteges szerkezetek méretezésére kidolgozott és alkalmazott mechanikai eljárások: (a) az egyenérték vastagságon, (b) a rétegenkénti analitikus számításokon, (c) és a véges elemek módszerén alapulnak. Az egyenérték-vastagság elvén alapuló módszerek estében a réteges szerkezeteket egy végtelen féltérré alakítják át, melyre már érvényesek és alkalmazhatók lesznek a Boussinesqféle állapotegyenletek. 7

21 -7/a. ábra. Empirikus és analitikus eljárások különbsége [Karoliny 005] -7/b. ábra. Véges elemek módszerén alapuló pályaszerkezet reakciómodell A rétegenkénti analitikus modellek általában Burmister elgondolásain alapulnak, melynek segítségével a pályaszerkezet bármely pontjában számíthatóvá válnak közelítően az ébredő erők, feszültségek és alakváltozások. A véges elemek módszerét alkalmazó eljárások a ma használatos modellek közül a legösszetettebbek és a legtöbb bemenő adatot igénylők. Ekkor feltételezik, hogy a keresett F( x, y ) függvény leírása a tér kisebb, már matematikailag jól kezelhető részekre bontásával az elemi f ( xy, ) függvényekből összeállítható. Az elemi függvények értelmezési tartományai nem fednek át és összegük az F( x, y ) globális függvény értelmezési tartományát adja. A modellezéshez leginkább használatos végeselem a három kontrolpont alkotta térbeli háromszög. Az f ( xy, ) függvényt ezen háromszögön belül kell bizonyos peremfeltételek mellett megkomponálni [Czimber 00]. Az imént felsorolt összetett számításokat igénylő méretezési eljárások támogatására az elmúlt évek folyamán különböző számítógépes szoftverek jelentek meg és kerültek alkalmazásra (DAMA, LAYMED, CHEV5L, BISAR, ELSYM5, ALISE, APPROX-5RET stb.). Ezen programok többsége azonban nem a véges elemek módszerét alkalmazta, hanem a jóval egyszerűbb közelítő eljárásokkal éltek az AMADEUS kutatás jelentése szerint. Ennek legfőbb oka az lehet, hogy bár a bonyolult nagy programok a rugalmasságtan határain belül mindent tudnak és megadnak, a Hook-törvény linearitásának feltételezésével mégis a valóságos útpályaszerkezet viselkedését csak nagyon közelítő módon, jó becslésszerűen modellálják és írják le [Nemesdy 85]. A mechanikán alapuló méretezési módszerek bár jelentős fejlődés előtt állnak, mégis számos problémával kell szembenézni alkalmazásuk esetén. Gondot jelent ugyanis az anyagállandók meghatározása, valamint a fáradási és deformációs jelenségek leírá- 8