Griffigkeit auf winterlichen Fahrbahnen

• Research unit: FEDRO RBT
• Project number: ASTRA2007/012

Key words (German)

Griffigkeit, Winterdienst, winterliche Fahrbahnen, Verkehrssicherheit

Key words (English)

friction, winter maintenance, winter road conditions, road safety

Short description (German)

Mit den Messserien sollen Erfahrungen über die Griffigkeitsniveaus winterlicher Fahrbahnzustände, die relevanten Einflüsse auf die Griffigkeit und die Genauigkeiten gesammelt werden. Dabei werden die Messgeräte Skiddometer BV 11 und BV 8 sowie die Verzögerungsmessgeräte C-µ und Eltrip eingesetzt.
Die Erhebungen sollen wenn möglich bei verschiedenen Fahrbahnzuständen wie Eisglätte, Glatteis, Schnee, Schneeglätte und Schneematsch durchgeführt werden. Die Messungen sollten auf allen Strassentypen und bei verschiedenen Messgeschwindigkeiten (40, 60 und ev. 80 km/h) vorgenommen werden. Um weitere relevante Einflüsse auf die Griffigkeit erkennen zu können, sind bei den Messungen die Umgebungsparameter (Wetter, Temperatur Luft, Temperatur Strassenoberfläche / Oberflächentemperatur Schnee, Schneedicke) zu erfassen.
Das Messprogramm richtet sich nach den vorhandenen Fahrbahnzuständen und den Witterungsbedingungen. Bei geeigneten Messbedingungen sind spontane Einsätze in der nähere Umgebung von Zürich notwendig. Für Erhebungen in höheren Lagen können die Einsätze eher geplant werden.
Die statistische Auswertung der Messresultate soll die Einflüsse des Fahrbahnzustandes, der Messgeschwindigkeit und den Umgebungsbedingungen auf das Griffigkeitsniveau aufzeigen. Zudem sind Beurteilungen bzgl. den Genauigkeiten und Vergleiche zwischen den beiden Messsystemen vorzunehmen.

Short description (English)

With the measuring series experience with the friction on winter road surface relevant influences and accuracies are to be collected. The measuring instruments Skiddometer BV 11 and BV 8 as well as the decelerometers C-? and Eltrip are used.
If possible the measurements should be realized under different road conditions like black ice, snow, hard snow and slush. The measurements should be made on all road types and with different measuring speeds. In order to be able to recognize further influences on the friction value the surrounding conditions (weather, air temperature, surface temperature / snow temperature, snow thickness) will be measured.
The measuring program depends on the existing road and weather conditions. If there are suitable measuring conditions spontaneous employments are necessary in the closer area of Zürich. The measurements in higher attitude can be rather planed.
The statistic evaluation of the measuring results is to point out the influences of the road condition, the measuring speeds ant the surrounding conditions on the friction value. Accuracies of the measuring systems and the differences between the two systems will also be analyzed.

Project description (German)

Mit Messserien sollen Erfahrungen über die Griffigkeitsniveaus winterlicher Fahrbahnzustände, die relevanten Einflüsse auf die Griffigkeit sowie die Genauigkeiten der Messungen gesammelt werden.
Für die Messungen sind die Messgeräte BV 11 und BV 8 sowie die Verzögerungsmessgeräte C-µ und Eltrip einzusetzen. Dabei werden die Messungen grundsätzlich mit dem Skiddometer BV 11 und einem Verzögerungsmessgerät durchgeführt. Daneben werden einzelne Vergleichsmessungen mit dem Skiddometer BV 8 und dem zweiten Verzögerungsmessgerät vorgenommen.
Die Verzögerungsmessungen sowie die Messungen mit dem Skiddometer BV 8 werden vom IVT durchgeführt. Für die Messungen mit dem Skiddometer BV 11 wird die Unique, Flughafen Zürich AG zugezogen.
Es sollen wenn möglich bei folgenden Fahrbahnzuständen Erhebungen vorgenommen werden:
• Eisglätte
• Glatteis
• Schwarzgeräumt (nass)
• Schneebedeckt:
- Hart gefrorener Schnee
- Schnee direkt nach Pflügen
- Weicher Schnee
- Schneematsch
- Schneebedecktes Eis
- Schnee nach Salzen
- Schnee nach Splitten
• Vereiste Schneedecke:
- Schneeglätte
- Schnee gefroren
- Matsch wieder gefroren
Die Messungen sollten auf allen Strassentypen (HLS, HVS + VS, SS + ES) vorgenommen werden. Weiter sind die Messgeschwindigkeiten zu variieren um zusätzliche Hinweise über deren Auswirkungen auf die Messresultate zu erhalten. Dabei sind je nach Möglichkeit unter Berücksichtigung der Verkehrssicherheit die Messgeschwindigkeiten 40 km/h, 60 km/h und ev. 80 km/h zu wählen.
Um weitere relevante Einflüsse auf die Griffigkeit erkennen zu können, sind bei den Messungen die folgenden Umgebungsbedingungen zu erfassen:
• Wetter
• Temperatur Luft
• Temperatur Strassenoberfläche / Oberflächentemperatur Schnee
• Schneedicke
Das Messprogramm richtet sich nach den vorhandenen Fahrbahnzuständen und den Witterungsbedingungen. Dazu sind enge Kontakte mit den örtlichen für den Winterdienst verantwortlichen Behörden, insbesondere Werkhöfen, zwingend erforderlich. Bei geeigneten Messbedingungen sind spontane Einsätze in der näheren Umgebung von Zürich notwendig. Für Erhebungen in höheren Lagen können die Einsätze eher geplant werden.
Die Messserien sind hinsichtlich den Griffigkeitsniveaus bei verschiedenen Fahrbahnzuständen, den Messgeschwindigkeiten und den Umgebungsbedingungen statistisch auszuwerten. Zudem sind Beurteilungen bzgl. den Genauigkeiten der Messsysteme und Vergleiche zwischen den Resultaten der beiden Messsystemen anzustellen.

Methods (German)

Mit den Messgeräten Skiddometer BV 11 (und BV 8) sowie den Verzögerungsmessgeräten C-? (Coralba) und Eltrip werden Griffigkeitsmessungen bei verschiedenen winterlichen Fahrbahnzuständen durchgeführt. Die Messungen werden auf verschiedenen Strassentypen und bei verschiedenen Messgeschwindigkeiten durchgeführt.
Die Messungen werden laufend ausgewertet um Qualität und Gültigkeit zu überprüfen und allfällige Anpassungen bei den nächsten Messungen eingearbeitet.
Nach Ende des Winters 2007/2008 werden die Messresultate bezüglich Einflüsse auf die Griffigkeit sowie Genauigkeiten der Messungen statistisch ausgewertet.

Special tools and infrastructure (German)

Die Griffigkeitsmessungen werden einerseits mit dem Skiddometer BV 11, andererseits mit einem Verzögerungsmessgeräte (C-µ (Coralba) oder Eltrip) durchgeführt. Daneben werden einzelne Vergleichsmessungen mit dem Skiddometer BV 8 und dem zweiten Verzögerungsmessgerät vorgenommen.

Overview of own research activities (German)

Grundsätzlich bestehen im Ausland, insbesondere in Skandinavien, Erfahrungen mit der Beschreibung von Qualitätsanforderungen an winterliche Fahrbahnen. Insbesondere in Finnland und Schweden wird die Qualifizierung mittels Fahrbahngriffigkeit angewendet.
Die Standards welche von den im Winterdienst erfahrenen Ländern verwendet werden, können als Anhaltspunkte für die zu definierenden Qualitätsanforderungen für winterdienstliche Leistungen dienen. Aufgrund der unterschiedlichen winterlichen Verhältnissen in der Schweiz können die Standards nicht übertragen werden.
In der Schweiz gibt es bisher keine Erfahrungen mit Messungen der Griffigkeit auf Fahrbahnen der öffentlichen Strassen bei winterlichen Verhältnissen. Grosse Erfahrungen zur Griffigkeit auf winterlichen Flugpisten bestehen bei verschiedenen Flughäfen und Flugplätzen.

Project aims (German)

Das Ziel der Untersuchung besteht darin, in einem ersten realen Feldversuch die vorhanden Fahrbahngriffigkeiten bei verschiedenen Fahrbahnzuständen wie Eisglätte, Glatteis, Schnee, Schneeglätte und Schneematsch zu erfassen und zu bewerten.
Mit diesen Erkenntnissen wird eine vorläufige Bestimmung von Richtwerten für Fahrbahngriffigkeiten bei winterlichen Fahrbahnzuständen zur Gewährleistung eines genügenden Sicherheitsniveaus angestrebt.

Project aims (English)

The object of the study is to survey and evaluate the friction of different winter road conditions for example black ice, snow, hard snow and slush.
Due to the research findings preliminary required friction values for winter road surface to guarantee a sufficient safety level should be proposed.

Research agenda (German)

Die Erhebungen werden in Winter 2007/2008 so durchgeführt, dass in erster Linie die geeigneten Verhältnisse im Mittelland (Umgebung von Zürich) ausgenützt werden. In zweiter Linie resp. bei im Mittelland ungenügenden Witterungsverhältnissen für Erhebungen werden die Messungen in erhöhten Lagen (Graubünden, Uri, Jura) durchgeführt. Die höheren Strassentypen haben Priorität.
Eine genau zeitliche Planung der Arbeit ist in diesem Falle nicht möglich, weil die Erhebungen zum grössten Teil wetterabhängig sind. Es wird jedoch systematisch wie folgt vorgegangen:
• Erhebungen nach Priorität (siehe oben)
• Durchführung der Erhebungen je nach Strassenzustand / Strassentyp bis die statistisch genügende Anzahl Messungen vorliegt
• Laufende Auswertung der Messergebnisse zur Prüfung der Qualität und Gültigkeit
Die Analysen der Auswerteergebnisse erfolgt nach Winterende (alle Regionen). Die Arbeiten werden 2008 mit der Berichterstattung (Forschungsbericht) abgeschlossen

Transfer and application (German)

Die im Rahmen dieser Untersuchungen erstmals in der Schweiz ermittelten Griffigkeiten für winterliche Fahrbahnzustände dienen wie folgt:
• Vorläufige Festlegung von messbaren Qualitätsanforderungen auf winterlichen Fahrbahnen zur Gewährleistung einer genügenden Verkehrssicherheit der Strassenbenützer. Dieses Grundlage können verwendet werden für:
- Die Ausarbeitung von Leistungsvereinbarungen bei Vergabe von Winterdienstleistungen
- Die Kontrolle (Eigenkontrolle, Fremdkontrolle) von angestrebten Fahrbahneigenschaften bei winterlichen Witterungsverhältnissen
- Die Durchführung umfassender Messserien zur endgültigen Festlegung von Qualitätsstandards
• Normung (VSS) im Bereich des Winterdienstes (FK 6) und der Bewertung von Fahrbahneigenschaften (FK 7)

Publications / Results (German)

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Berichtsnummer (German)

1298

Literature (German)

• Civil Engeneering Research Institute: Introduction of winter surface Management Manual (Japan), Hokkaido Development Bureau, 2004
• Finish Road Administration, Winter road maintenance, policy 2001, Helsinki, 2001
• Helsinki University of Technology, Laboratory of Automotive Engineering: Longitudinal Friction Measurement Trailer, LONTRA
• Karjalainen, J.: Winter maintenance as part of the finnish area maintenance contracts, Finnish Road Administration, 2005
• Lindenmann, H.P., N Leemann, L. Seiler: Pilotstudie Winterdienst Nationalstrassen; Bundesamt für Strassen ASTRA, 2007 (Schlussbericht in Bearbeitung)
• Malmivuo, M.: Measurement of the Friction Value of Winter Road Surface and its Utilization in Finland, Technical Research Center of Finland (VTT)
• Nixon, W. A.: Friction as a Tool for Winter Maintenance, Transportation conference proceedings, 1998
• Nonstad, B. The use of friction measurement techniques in winter maintenance in Norway, Norwegian public Road Administration, 2006
• PIARC Technical Comittee 3.4 Winter Maintenance: Snow & Ice Databook, Edition 2006
• Schlup, U.: Strategie, Betrieblicher Unterhalt der Nationalstrassen, Winterdienst, Bundesamt für Strassen ASTRA, Entwurf, Januar 2007
• SN 640 754a, Winterdienst, Wetterinformation, Strassenzustandserfassung, Aufgebotsorganisation, Schweizerischer Verband der Strassen- und Verkehrsfachleute (VSS), Zürich, 1996
• SN 640 760b, Winterdienst, Schneecharakterisierung, Schweizerische Vereinigung der Strassen- und Verkehrsfachleute (VSS), Zürich 1995
• SN 640 772b, Winterdienst, Bekämpfung der Winterglätte mit Streumitteln, Schweizerische Vereinigung der Strassen- und Verkehrsfachleute (VSS), Zürich 2001
• Wallmann, C.-G., H. Åström: Friction measurement methods and the correlation between road friction and traffic safety, A literature review, Swedish National Road and Transport Research Institute
• Wang, J., P. Agrawal, L. Alexander and R. Rajamani: An Experimental Study with alternate measurement systems for estimation of tire-road friction coefficient, Department of Mechanical Engineering, University of Minnesota