A forgalmi terhelési adatok – járműosztályozások, tengelyterhelések és forgalomszámlálások – elsődleges bemeneti paraméterek a burkolatok szerkezeti tervezéséhez, és meghatározzák a burkolat fogyásának ütemét. Az ESAL (egyenértékű egységtengely-terhelés) a vegyes forgalmat szabványos 80 kN (18 kip) tengelyekké alakítja. Lefedi a forgalmi adatgyűjtést (WIM; AVC; manuális), az ESAL számítását, valamint azt, hogy a tényleges és a tervezett forgalom összehasonlítása hogyan magyarázza a korai hibákat a szemrevételezés során.
A forgalmi adatok a legkritikusabb változó a burkolatok szerkezeti tervezésében, az altalaj teherbírása mellett. A teljes burkolatszerkezet – felületi réteg, alapréteg, alépítmény és altalaj – méretezése az ismétlődő járműterhelések által a tervezési élettartam alatt okozott halmozott károsodás elviselésére történik. Pontos forgalmi terhelési jellemzés nélkül a burkolat vagy alulméretezett (idő előtti meghibásodás), vagy túlméretezett (túlzott kezdeti költség).
Az AASHTO 1993 Tervezési Útmutató (III. rész, 5. fejezet) a forgalmi terhelést az egyenértékű egységtengely-terhelés (ESAL) alkalmazások halmozott számaként határozza meg a tervezési időszak alatt. A tervezési egyenlet a W18 kifejezést használja – a tervezési sávban a burkolat tervezési élettartama alatt várható 18 000 lb (80 kN) egységtengely-terhelés-alkalmazások halmozott számát. Ez a következőképpen számítható ki:
w18 = DD × DL × W18
Ahol a DD az irányeloszlási tényező (jellemzően 0,50 a kétirányú utakon), a DL a sáveloszlási tényező (1,00-tól az egysávos utakon 0,50–0,75-ig a négy vagy több sávos irányonkénti utakon), a W18 pedig a kétirányú halmozott ESAL-szám.
A sáveloszlási tényező azt a tényt veszi figyelembe, hogy nem minden forgalom használja a tervezési sávot. Az AASHTO 1993 D. függeléke szabványos sáveloszlási tényezőket ad meg: 1 sáv irányonként: a teherautó-forgalom 100%-a ezt a sávot használja; 2 sáv esetén: 80–100%; 3 sáv esetén: 60–80%; 4 vagy több sáv esetén: 50–75%. Ezek a tényezők azt tükrözik, hogy a nehéz teherautók hajlamosak a jobb szélső (lassú) sávban koncentrálódni a több sávos autópályákon.
A forgalmi adatok a burkolatértékelésben is meghatározó szerepet játszanak. Az állapotfelmérések és szerkezeti értékelések során a ténylegesen felhalmozott forgalom összehasonlítása a tervezett forgalommal adja az első diagnosztikai támpontot. Ha egy burkolat súlyos hibákat mutat, miután a tervezett ESAL-oknak csak 40%-a halmozódott fel, az ok valószínűleg a túlzott terhelésben (túlterhelt teherautók), a nem megfelelő szerkezeti kapacitásban vagy az anyag-/kivitelezési hiányosságokban keresendő – nem csupán az életkorban.
A Szövetségi Autópálya-hatóság Hosszú Távú Burkolati Teljesítmény (LTPP) programja tartja fenn a legátfogóbb adatbázist, amely összekapcsolja a forgalmi terhelést a burkolat teljesítményével. Az LTPP adatai azt mutatják, hogy a forgalmi terhelés a rugalmas burkolatok romlási sebességének változékonyságának 40–60%-át magyarázza az USA-ban és Kanadában.
A járműosztályozás a forgalmi adatgyűjtés alapja, mivel a különböző járműtípusok nagymértékben eltérő mértékű burkolati kárt okoznak. Az FHWA 13 kategóriás osztályozási rendszere, amelyet a Forgalmi Ellenőrzési Kézikönyv (2013-as kiadás) határoz meg, a gépjárműveket a tengelyek száma és a tengelyelrendezés alapján kategorizálja.
A 13 FHWA osztály meghatározása a következő:
1. osztály – Motorkerékpárok: Két- vagy háromkerekű motorizált járművek két tengellyel. Elhanyagolható szerkezeti burkolati kárt okoznak. Jellemző tengelytávolság: 1,00–5,99 láb.
2. osztály – Személygépkocsik: Szedánok, kupék, kombik és kisbuszok. Két, három vagy négy tengely (pótkocsit is beleértve). Áthaladásonként kevesebb mint 0,001 ESAL-t adnak hozzá. Jellemző tengelytávolság: 6,00–10,10 láb.
3. osztály – Egyéb két tengelyes, négy kerekű, egységes járművek: Pickup teherautók, szabadidő-járművek (SUV), furgonok, lakóautók, lakómobilok, mentők, halottaskocsik és kisbuszok egyetlen hátsó tengellyel, amely egyes (nem dupla) gumiabroncsokkal van felszerelve. Annak ellenére, hogy ugyanannyi tengelyük van, mint a 2. osztálynak, ezek a járművek gyakran vontatnak pótkocsit, így 3 vagy 4 tengelyes konfigurációkat hozva létre. Tengelytávolság: 10,11–23,09 láb.
4. osztály – Buszok: Két- vagy háromtengelyes hagyományos tömegközlekedési és iskolabuszok. Minimális bruttó tömeg küszöbérték: 12 000 lb. Tengelytávolság: 23,10–40,00 láb.
5. osztály – Két tengelyes, hat kerekű, egységes teherautók: Két tengellyel és dupla hátsó kerekekkel rendelkező teherautók. Ezek a leggyakoribb egységes teherautók a városi szállítóflottákban. Az LTPP osztályozási szabályai szerint ehhez az osztályhoz az 1. tengely minimális tömege 2,5 kip, a bruttó járműtömeg minimuma pedig 8,0 kip.
6. osztály – Három tengelyes, egységes teherautók: Három tengellyel és pótkocsi nélküli teherautók. 1. tengely minimum: 3,5 kip. Bruttó járműtömeg minimum: 12,0 kip.
7. osztály – Négy vagy több tengelyes, egységes teherautók: Négy, öt, hat vagy hét tengelyes egységes teherautók. Speciális billenős teherautókat is tartalmaz emelőtengelyekkel.
8. osztály – Négy vagy kevesebb tengelyes, egy pótkocsis teherautók: Két tengelyes teherautó vagy traktor, amely egy- vagy kéttengelyes pótkocsit vontat. Összesen: három vagy négy tengely.
9. osztály – Öt tengelyes, egy pótkocsis teherautók: A klasszikus „18 kerekű" vagy „3S2" konfiguráció – egy kéttengelyes traktor, amely egy háromtengelyes félpótkocsit vontat. Ez a domináns nehéz járműtípus az USA autópálya-forgalmában, és jellemzően a teljes ESAL-terhelés legnagyobb részét adja az államközi autópályákon. Tengelytávolság az 1-2. tengelyek között: 6,00–30,00 láb; a 2-3. tengelyek között: 2,50–6,29 láb; a 3-4. tengelyek között: 6,30–65,00 láb; a 4-5. tengelyek között: 2,50–11,99 láb. Bruttó tömeg minimum: 20,0 kip.
10. osztály – Hat vagy több tengelyes, egy pótkocsis teherautók: Olyan konfigurációkat foglal magában, amelyek nagyobb bruttó tömegkapacitás érdekében további tengelyekkel rendelkeznek (pl. hat tengelyes teherautók, amelyek külön engedéllyel közlekednek olyan államokban, mint Michigan, ahol a 164 000 lb bruttó járműtömeg megengedett több tengellyel, ami a tengelyterheléseket 13 000 lb-re korlátozza).
11., 12. és 13. osztály – Több pótkocsis teherautók: Két vagy több pótkocsit vontató járművek. 11. osztály: Öt vagy kevesebb tengely; 12. osztály: Hat tengely; 13. osztály: Hét vagy több tengely. Ezek a konfigurációk gyakoriak a dedikált teherszállítási folyosókon.
Az LTPP osztályozási szabályai (2006. márciusában elfogadta a Forgalmi Szakértői Munkacsoport) négy változót használnak az automatikus osztályozáshoz: tengelyek száma, tengelytávolság, az első tengely tömege és bruttó járműtömeg. Ez azért elengedhetetlen, mert a tengelyszám- és távolság-alapú osztályozók önmagukban nem tudnak különbséget tenni a 3. osztály (egyedi hátsó gumiabroncsok) és az 5. osztály (dupla hátsó gumiabroncsok) járművei között, mivel mindkettő két tengellyel és hasonló tengelytávolsággal rendelkezik, de a burkolati károsítási potenciáljuk jelentősen eltér.
Gyakorlati jelentőség: A burkolattervezés szempontjából az FHWA 5–13. osztályába tartozó teherautók az egyetlen járművek, amelyek érdemben hozzájárulnak a szerkezeti károsodáshoz. Egyetlen, 80 000 lb GVW-re megrakott 9. osztályú, öttengelyes teherautó áthaladásonként körülbelül 2,5–3,0 ESAL-t generál, míg egy 2. osztályú személygépkocsi körülbelül 0,0004 ESAL-t. Ez azt jelenti, hogy egyetlen nehéz teherautó körülbelül 6000–7500 személygépkocsi-nak megfelelő burkolati kárt okoz.
A modern burkolattervezés eltávolodik az egyszeri ESAL-érték megközelítésétől a tengelyterhelési spektrumok felé – a tengelyterhelések eloszlásának részletes jellemzése tengelytípusonként (kormány-, egyszerű, tandem, tridem, quad) minden járműosztályra vonatkozóan. Az AASHTOWare Pavement ME Design (Mechanisztikus-Empirikus) rendszer a tengelyterhelési spektrumokat használja elsődleges forgalmi bemenetként, nem az ESAL-okat.
A tengelyterhelési spektrumot jellemzően hisztogramként mutatják be, amely az összes tengelyáthaladás százalékos arányát mutatja az egyes terhelési növekményekben (általában 2000 lb vagy 4,45 kN osztályközök) minden tengelykonfigurációra vonatkozóan. Például egy 9. osztályú, öt tengelyes teherautó kormánytengely-terhelés-eloszlása 10 000–12 000 lb-nál, a hajtott tandem 30 000–34 000 lb-nál, a pótkocsi tandem pedig 28 000–32 000 lb-nál tetőzhet.
Az LTPP adatbázis tengelyterhelési spektrumokat tartalmaz több száz WIM-helyszínről Észak-Amerikából, biztosítva az alapot a Pavement ME alapértelmezett terheléseloszlásaihoz. Ezek a spektrumok jelentősen eltérnek:
A tengelyterhelési spektrumok a terhelés teljes eloszlását rögzítik egyetlen átlagérték helyett. Két helyszínnek lehet azonos a teljes ESAL-száma, de nagyon eltérő a romlási sebessége, mert az egyiknél magasabb a törvényes maximumhoz közeli terhelések százalékos aránya. Ennek oka, hogy a károsodási függvény nem lineáris – egy 34 000 lb-os tandem tengely jelentősen több mint 34/30-szoros kárt okoz egy 30 000 lb-os tandemhez képest.
Helyspecifikus terhelési spektrumok javasoltak a nagyobb burkolati projektekhez. Az FHWA Forgalmi Ellenőrzési Kézikönyve útmutatást ad a helyspecifikus spektrumok kialakításához legalább 3–7 nap folyamatos WIM-adatból, szezonális korrekciós tényezők alkalmazásával az éves terhelésre való extrapolációhoz.
Az egyenértékű egységtengely-terhelés (ESAL) a szabványos mértékegység a forgalom által okozott burkolati kár kifejezésére. Egy ESAL egy 80 kN (18 000 lb) egységtengely dupla kerekekkel történő egyszeri áthaladása által okozott kárt jelent. Az összes többi tengelyterhelést és konfigurációt terhelésegyenértékűségi tényezők (LEF) segítségével alakítják át ESAL-okká.
Az ESAL koncepciója az AASHO Road Test (1958–1960) kísérletből származik, amelyet Ottawa-ban, Illinois államban végeztek – ez volt a valaha volt legátfogóbb teljes léptékű burkolati teszt. A kísérlet során több mint 200 burkolati szakaszt tettek ki ellenőrzött forgalmi terhelésnek ismert tengelyterhelésekkel, és rögzítették a meghibásodásig tartó terhelésismétlések számát. Ebből az adatbázisból származtatták a kutatók a tengelyterhelés és a burkolati kár közötti empirikus kapcsolatot, amelyet a mai napig használnak.
Terhelésegyenértékűségi tényezők (LEF) az AASHTO 1993 szerint (feltételezve: végállapot-szolgálati index pt = 2,5, szerkezeti szám SN = 5 a rugalmas burkolatokhoz, födémvastagság D = 9 hüvelyk a merev burkolatokhoz):
| Tengely típusa | Terhelés (lb) | Terhelés (kN) | LEF (Rugalmas) | LEF (Merev) |
|---|---|---|---|---|
| Egyszerű | 2 000 | 8,9 | 0,0003 | 0,0002 |
| Egyszerű | 10 000 | 44,5 | 0,118 | 0,082 |
| Egyszerű | 14 000 | 62,3 | 0,399 | 0,341 |
| Egyszerű | 18 000 | 80,0 | 1,000 | 1,000 |
| Egyszerű | 20 000 | 89,0 | 1,400 | 1,570 |
| Egyszerű | 30 000 | 133,4 | 7,900 | 8,280 |
| Tandem | 18 000 | 80,0 | 0,109 | 0,133 |
| Tandem | 34 000 | 151,2 | 1,110 | 1,920 |
| Tandem | 40 000 | 177,9 | 2,060 | 3,740 |
| Tandem | 50 000 | 222,4 | 5,030 | 9,070 |
A negyedik hatvány szabálya egy hasznos közelítés: a károsodási arány egyenlő a (tényleges terhelés / szabványos terhelés) hányadosának negyedik hatványával. Egy 30 000 lb-os egységtengely esetén: (30 000/18 000)⁴ = (1,667)⁴ = 7,72, ami szorosan megfelel a 7,9-es AASHTO LEF-nek. Ez azt jelenti, hogy egyetlen 30 000 lb-os tengely körülbelül 8-szor több kárt okoz, mint egy 18 000 lb-os tengely, és több mint 26 000-szer több kárt, mint egy 2 000 lb-os tengely.
ESAL számítási eljárás (AASHTO 1993 D. függelék):
A teherautó-tényező egy gyorsító megközelítés: az ESAL-ok száma teherautónként egy adott járműosztályra. A 9. osztályú teherautók esetében a teherautó-tényező jellemzően 1,0–3,0 ESAL között mozog teherautónként a terhelési viszonyoktól függően. A teherautó-tényezőt megszorozva a teherautók számával megkapjuk a teljes ESAL-okat.
Egy teljesen megrakott nagy személyszállító furgon körülbelül 0,003 ESAL-t generál, míg egy teljesen megrakott nyergesvontató akár körülbelül 3 ESAL-t is generálhat. Egy 80 kN-os egységtengely több mint 3000-szer több kárt okoz, mint egy 8 kN-os tengely (1,000/0,0003 ≈ 3 333). Egy 133,3 kN-os egységtengely körülbelül 67-szer több kárt okoz, mint egy 44,4 kN-os egységtengely (7,9/0,118 ≈ 67).
Az AASHTO 1993 egy 1,5-ös szorzót javasol a rugalmas ESAL-ok merev ESAL-okká alakításához (vagy 0,67-et a merev ESAL-ok rugalmassá alakításához) a burkolattípusok közötti egyenértékű forgalom összehasonlításakor.
A mozgás közbeni mérlegelés (WIM) a mozgó jármű dinamikus kerékerejének mérésére szolgáló technológia autópálya-sebességnél, amelyből becsülhetők a statikus tengelyterhelések és a bruttó járműtömeg. A WIM-rendszerek a forgalmi adatgyűjtés arany standardját képviselik, mivel egyidejűleg rögzítik a tengelyterheléseket, a járműosztályozást és a forgalom mennyiségét.
ASTM E1318-09 – „Szabványos előírás az autópálya mozgás közbeni mérlegelő (WIM) rendszerekhez felhasználói követelményekkel és vizsgálati módszerekkel" határozza meg a WIM-rendszerek teljesítménykövetelményeit:
| Típus | Alkalmazás | Sebességtartomány | 95%-os megfelelési tűréshatárok |
|---|---|---|---|
| I. típus | Forgalmi adatgyűjtés (legfeljebb 4 sáv) | 10–80 mph | Tengelyterhelés ±20%, tengelycsoport ±15%, GVW ±10%, sebesség ±1 mph |
| II. típus | Forgalmi adatgyűjtés | 10–80 mph | Tengelyterhelés ±30%, tengelycsoport ±20%, GVW ±15% |
| III. típus | Tömegellenőrzési szűrés | 10–80 mph | Tengelyterhelés ±15%, tengelycsoport ±10%, GVW ±6% |
| IV. típus | Ellenőrző állomások (alacsony sebesség) | 2–10 mph | Nagyobb pontosság |
A WIM-rendszerek által előállított adatelemek (ASTM E1318-94 1. táblázat szerint): kerékterhelés, tengelyterhelés, tengelycsoport-terhelés, bruttó járműtömeg, sebesség, tengelyek közötti távolság, járműosztály, helyszínazonosító, sáv és haladási irány, dátum és idő, sorszámos járműrekord, tengelytáv, ESAL és jogsértési kód (túlsúly észleléséhez).
WIM-érzékelő típusok:
Helyszínválasztási kritériumok (FHWA WIM Zsebkönyv, FHWA-PL-18-015):
Automatikus járműosztályozók (AVC) tengelyérzékelőket (piezo szalagok vagy induktív hurkok) használnak a tengelyek számának és a tengelytávolság-mintázatának mérésére az FHWA járműosztály meghatározásához. Az AVC-rendszerek egyszerűbbek és olcsóbbak, mint a WIM, de nem képesek tengelyterhelési adatokat szolgáltatni. Az LTPP osztályozási szabályai tengelytömeg-küszöbértékeket integrálnak az osztályozási kétértelműségek feloldásához – például egy üres 5. osztályú teherautó (egységes, dupla gumiabroncsok) megkülönböztetéséhez egy 3. osztályú pickup teherautótól (egységes, egyedi gumiabroncsok) tömegadatokra van szükség, mivel mindkettő két tengellyel és hasonló tengelytávolsággal rendelkezik.
A forgalom mennyisége és a teherautók terhelése ritkán marad állandó egy burkolat tervezési élettartama alatt. A forgalomnövekedési ráta figyelembe veszi mind a forgalom mennyiségének, mind a teherautók terhelésének időbeli növekedését. Az AASHTO 1993 D. függelékének D20 táblázata szorzótényezőket ad meg adott növekedési rátákhoz és tervezési időszakokhoz.
Az éves napi átlagos forgalom (AADT) az alapvető forgalommennyiség-mérték – a teljes éves forgalom osztva 365 nappal. A jövőbeli AADT kiszámítása:
Jövőbeli AADT = AADT_jelen × (1 + r)^n
Ahol r = éves növekedési ráta (tizedes tört) és n = az előrejelzési időszak éveinek száma.
A növekedési ráták járműosztályonként jelentősen eltérnek. A személygépkocsi-forgalom évente 1–3%-kal nőhet a városi területeken, míg a nehéz teherautó-forgalom 3–6%-kal nőhet a nagyobb teherszállítási folyosókon. A regionális hatóságok a folyamatos számlálóállomások történeti forgalmi adatainak elemzésével határozzák meg a megfelelő növekedési rátákat.
Valós növekedési példa: Az Interstate 5 a 176,35 mérföldkőnél Washington államban körülbelül 200 000 ESAL-t szállított évente az 1965-ös építéskor, ami 1994-re körülbelül 1 000 000 ESAL-ra nőtt évente – ez ötszörös növekedés 30 év alatt, ami körülbelül 6%-os éves növekedési rátának felel meg.
A forgalmi előrejelzéseket befolyásoló speciális tényezők (TxDOT útmutatás):
Tervezési időszakok: Az AASHTO 1993 előírja, hogy a forgalmi előrejelzéseknek a teljes tervezési időszakot le kell fedniük – jellemzően 20 évet a rugalmas burkolatokhoz és 30 évet a merev burkolatokhoz. A merev burkolatok hosszabb tervezési időszaka magasabb kezdeti költségüket és hosszabb várható élettartamukat tükrözi.
A forgalomnövekedés számítása azért elengedhetetlen, mert az eredeti forgalomszám egyszerű megszorzása a tervezési élettartam éveinek számával nagymértékben alulbecsli a teljes ESAL-okat. Egy 30 éves tervezési időszak esetén 4%-os éves növekedéssel a teljes forgalom 56-szorosa az első évi forgalomnak, nem pedig 30-szorosa.
Az AASHTO megbízhatósági koncepciója figyelembe veszi a forgalmi előrejelzések, az anyagtulajdonságok és a kivitelezés bizonytalanságait. A kiemelt prioritású útvonalakon (államközi autópályák) 90–99%-os megbízhatósági szintek vannak előírva, amelyek vastagabb burkolati keresztmetszeteket igényelnek, hogy fedezetet nyújtsanak arra az esetre, ha a tényleges forgalom meghaladja az előrejelzéseket.
A ténylegesen felhalmozott forgalom összehasonlítása a tervezett forgalommal kritikus lépés a törvényszéki burkolatértékelésben. A burkolat állapotának vizsgálata során a vizsgálónak meg kell határoznia:
Ez az összehasonlítás adja az első diagnosztikai bizonyítékot:
A TxDOT burkolati szerkezeti modellje a burkolati károsodást halmozottként és visszafordíthatatlanként írja le. Minden egyes terhelés bizonyos mértékű kárt okoz, és amikor a teljes kár elér egy maximális értéket, a burkolat elérte hasznos élettartamának végét. A tényleges és a tervezett forgalom összehasonlítása számszerűsíti, hogy a burkolat hol tart ezen a károsodási görbén.
A túlterhelés észleléséhez az összehasonlítás a teljes ESAL-okon túl kiterjed a tengelyterhelések eloszlására is. Egy olyan helyszín, ahol a tervezett ESAL-ok 100%-a megvan, de a teherautók 30%-a túlsúlyos (meghaladja a törvényes tengelyhatárokat), lényegesen több kárt fog mutatni, mint egy olyan helyszín, ahol azonos az ESAL-szám, de csak 5% a túlsúlyos járművek aránya. A vizsgálónak meg kell vizsgálnia a WIM-adatokat a törvényes és a túlterhelt járművek arányára vonatkozóan.
A forgalmi terhelés és a burkolati hibák közötti kapcsolat minőségi és mennyiségi is. Bizonyos hibatípusok közvetlenül terheléshez kapcsolódnak – súlyosságuk és mértékük erősen korrelál a halmozott forgalmi terheléssel.
A fáradási repedés (hálós repedés) a forgalom által kiváltott hibák kvintesszenciája. Az LTPP Hibák Azonosítási Kézikönyve (FHWA-HRT-13-092, 5. kiadás) szerint a fáradási repedés egymással összekapcsolódó repedések sorozata, amelyet az aszfaltbeton felület fáradási meghibásodása okoz ismétlődő forgalmi terhelés hatására. Hosszirányú repedésekként kezdődik a keréknyomban, és összekapcsolódó hálós mintázattá fejlődik. A mechanizmus: az ismétlődő forgalmi terhelés húzófeszültséget indukál az aszfaltréteg alján. Minden egyes terhelés alkalmazása mikro-repedést okoz, ami addig halmozódik, amíg látható repedések nem alakulnak ki. Egy 80 kN-os egységtengely több mint 3000-szer több fáradási kárt okoz, mint egy 8 kN-os tengely. Egy 44,4 kN-os egységtengelyt több mint 12-szer kell alkalmazni, hogy ugyanolyan kárt okozzon, mint egyetlen 80 kN-os egységtengely ismétlése.
A nyomvályúsodás hosszirányú felületi bemélyedés a keréknyomban, amelyet jellemzően a forgalom általi tömörödés vagy egy vagy több burkolati réteg konszolidációja okoz. Az LTPP DIM a nyomvályúsodást terheléshez kapcsolódó hibaként azonosítja. A rugalmas burkolatokban a nyomvályúsodás akkor következik be, amikor az ismétlődő forgalmi terhelésből származó halmozott maradó alakváltozás meghaladja a tűrhető határértékeket. A túlterhelt teherautók aránytalanul gyorsítják a nyomvályúsodást, mivel a kötőanyag nélküli szemcsés rétegekben és az altalajban a maradó alakváltozás szintén hatványfüggvény szerint kapcsolódik a feszültségszintekhez.
A tömbös repedés elsősorban a HMA zsugorodása és termikus ciklusok miatt következik be, nem pedig a forgalmi terhelés miatt. A keresztirányú repedés a rugalmas burkolatokban elsősorban termikus hatásra (alacsony hőmérsékletű repedés) jön létre, nem terheléshez kapcsolódóan. A széli repedést mind a forgalmi terhelés, mind a gyenge széli megtámasztás befolyásolja.
Törvényes tengelyterhelési határértékek (USA szövetségi): egységtengely – 20 000 lb; tandem tengely – 34 000 lb; bruttó járműtömeg – 80 000 lb. A Híd képlet (W = 500 × [L × N / (N-1) + 12N + 36]) korlátozza a tengelycsoport-terheléseket a hidak túlterhelésének megelőzése érdekében. Az e határértékeket meghaladó járművek aránytalanul nagy burkolati kárt okoznak – egy 30 000 lb-os egységtengely (50%-kal meghaladja a 20 000 lb-os törvényes határt) körülbelül (30/20)⁴ = 5,1-szer több kárt okoz, mint egy törvényes 20 000 lb-os tengely.
Michigan egyedi megközelítése 164 000 lb bruttó járműtömeget tesz lehetővé a más államokban szokásos maximum 80 000 lb-hoz képest, de több tengellyel, ami a maximális tengelyterhelést 13 000 lb-re korlátozza az egységtengelyeken, szemben a másutt érvényes 18 000 lb-vel. Ez azt bizonyítja, hogy a tengelyek száma ugyanolyan fontos, mint a bruttó tömeg – a terhelés több tengelyre történő elosztása exponenciálisan csökkenti az egy tengelyre jutó kárt.
A repülőtéri burkolattervezés alapvetően eltérő forgalmi jellemzést használ, mint az autópálya-burkolattervezés. A repülőgép-terhelést az áthaladások (ahányszor egy repülőgép áthalad egy adott ponton), a futómű-konfiguráció (egyszerű kerék, dupla kerék, dupla tandem, dupla tandem 6 kerekes futóműben), a gumiabroncs-nyomás (befolyásolja a felületi réteg feszültségeit) és a kerékterhelés (befolyásolja a szerkezeti mélységet) jellemzi.
Az FAA 150/5320-6G számú Tanácsadó Körlevele (2021. június 7.) útmutatást ad a polgári repülőtéri burkolatok tervezéséhez és értékeléséhez. A FAARFIELD (FAA Rigid and Flexible Iterative Elastic Layer Design) program rétegzett rugalmassági elméletet használ a rugalmas burkolatokhoz, illetve rétegzett rugalmassági elméletet 3D végeselemes elmélettel kombinálva a merev burkolatokhoz, a Nemzeti Repülőtéri Burkolati Tesztlétesítményben (NAPTF) kalibrált meghibásodási görbékkel.
Az ICAO ACR-PCR protokoll (Repülőgép-osztályozási besorolás / Burkolat-osztályozási besorolás) felváltotta a régebbi ACN-PCN módszert. A PCR (Burkolat-osztályozási besorolás) meghatározása kötelező minden olyan burkolatra, amelyet 5,7 tonnánál nagyobb tömegű repülőgépek számára szántak. A PCR-t 0-tól 1000-ig terjedő skálán jelentik.
A repülőtéri forgalom jellemzésének legfontosabb változói:
Történelmileg a repülőtéri burkolatok 20 évig teljesítettek jól (DOT/FAA/AR-04/46). Az FAA a NAPTF-en kalibrált meghibásodási kritériumokat használ a megengedett áthaladások számának meghatározásához egy adott burkolati szerkezetre és repülőgép-terhelésre.
A négy burkolati szerkezeti összetevő, amelyet az FAA AC 150/5320-6G azonosít: altalaj (természetes talaj), burkolóanyagok (felületi réteg, alapréteg, alépítmény), alkalmazott terhelések (tömeg, gumiabroncs-nyomás, elhelyezkedés, gyakoriság) és éghajlat (magas/alacsony hőmérsékletek, csapadék, fagyás-olvadás). A forgalmi terhelés kölcsönhatásba lép az összes többi összetevővel a burkolat élettartamának meghatározásában.
A burkolat állapotindexe (PCI) egy 0-tól (meghibásodott) 100-ig (kiváló) terjedő numerikus értékelés, amely a burkolat állapotát számszerűsíti a hibák típusa, súlyossága és mennyisége alapján. A PCI tendenciaelemzése a PCI és a forgalmi terhelés közötti kapcsolatot használja a jövőbeli állapot előrejelzéséhez, a karbantartás tervezéséhez és a szerkezeti problémák diagnosztizálásához.
Az ASTM D6433 határozza meg a PCI számítási módszertanát. Egy adott burkolati szakasz esetében a PCI kiszámítása:
A forgalmi adatok többféleképpen kerülnek be a PCI-elemzésbe:
| PCI-érték | Állapot | Javasolt intézkedés |
|---|---|---|
| 86–100 | Kiváló | Megelőző karbantartás (repedészárás, felületi bevonat) |
| 71–85 | Jó | Kisebb javítások |
| 56–70 | Megfelelő | Nagyobb javítások |
| 41–55 | Gyenge | Nagyobb javítások vagy rekonstrukció |
| 26–40 | Nagyon gyenge | Rekonstrukció |
| 0–25 | Meghibásodott | Rekonstrukció |
Az Iowa DOT PCI egyenletei (az ISU kutatása során kidolgozva) statisztikai regresszióelemzést használnak a PCI és a hibamérések közötti kapcsolat meghatározásához. A PCI-hez különböző attribútumok járulnak hozzá a jelen lévő hibák típusától és súlyosságától függően. A forgalmi terhelést független változóként használják ezekben a modellekben.
Használja ki a pontos forgalmi adatelemzést a burkolat tervezési élettartamának javításához, a túlterhelés okozta hibák azonosításához, valamint a burkolat élettartamának meghosszabbításához adatvezérelt vizsgálati stratégiákkal.
Az Egyenértékű Egytengelyű Terhelés (ESAL) a vegyes járműtengely-terheléseket és konfigurációkat egy szabványos 80 kN (18 kip) egytengelyű, dupla kerekű tengely...
A híd tervezési terhelésének meghatározása azt a biztonságos hasznos teherbíró képességet állapítja meg, amelyet kapacitástényezőként (RF) vagy metrikus tonnata...
A burkolat tervezési élettartama az az időtartam, amelyre a burkolatot tervezték, mielőtt jelentős felújításra vagy újjáépítésre szorulna. Repülőtéri burkolatok...
