PREPORUKE ZA UPOTREBU ZAŠTITE CESTA OD SNJEŽNIH NANOSA S CILJEM POVEĆANJA SIGURNOSTI PROMETA

RECOMMENDATIONS FOR ROAD PROTECTION AGAINST SNOW

DRIFTS FOR TRAFFIC SAFETY INCREASE

Mirjana Mašala-Buhin, MSc.Civ.Eng. Civil Engineering Institute of Croatia J. Rakuše 1, Zagreb, Croatia e-mail: mirjana.masala@igh.hr

Tomislav Treščec, B.Sc.Civ.Eng.. Civil Engineering Institute of Croatia J. Rakuše 1, Zagreb, Croatia e-mail: tomislav.trescec @igh.hr

SAŽETAK: U radu se analizira problematika stvaranja snježnih nanosa na cestama. Objašnjavaju se uzroci nastajanja zapuha na cestama, te analiziraju njihove oblikovne karakteristike. Obrađuju se moguće metode zaštite od stvaranja snježnih nanosa. Daju se smjernice koje su primjenljive u fazi projektiranja cesta ili oblikovnim intervencijama na postojećim cestama. Posebno se analiziraju mogućnosti zaštite primjenom zaštitnih konstrukcija-snjegobrana. Obrađuju se preporuke za oblikovanje snjegobrana i njihovo postavljanje na terenu. Pregledno se razmatra i zaštita vegetacijom i kombiniranim djelovanjem primijenjene zaštite. U radu se ukazuje na pozitivne efekte primjene zaštite od stvaranja snježnih nanosa na povećanje sigurnosti prometa na cestama i smanjenje troškova održavanja Ključne riječi: snježni nanosi, cesta, snjegobrani, smjernice za postavljanje snjegobrana, povećanje sigurnosti prometa, održavanje cesta ABSTRACT: The paper gives an analysis of snow drifts occurrence on roads. It describes the causes of snow drift occurrences and analyses their formation characteristics. Possible methods of protection against snow drift formation are described. Guidelines applicable during road design preparation are presented, as well as guidelines for protection of existing roads by beans of subsequently designed structures. Special attention is given to possible road protection by means of protective structures – snow fences. Recommendations for designing and mounting of these snow fences on location are presented. Possible road protection by vegetation or a combination of adequate protection is also mentioned. The paper presents positive effects of road protection against snow drifts, traffic safety increase and rationalization of maintenance costs as a result. Key words: snow drifts, road, snow fences, guidelines for mounting of snow fences, traffic safety increase, road maintenance

1

1. OPĆENITO Snijeg, a naročito snježni nanosi (zapusi) izazivaju povremene ili dugotrajnije poremećaje u prometu, ugrožavaju sigurnost vožnje uslijed smanjene vidljivosti, jakih udara vjetra i klizavog kolnika. Istovremeno je održavanje cesta prohodnima u takvim uvjetima vrlo složen zadatak zimskih službi i zahtijeva, uz dobru ekipiranost, znatna materijalna sredstva. Sagledavanjem uzroka nastajanja snježnih nanosa, njihovom pravilnom interpretacijom te primjenom adekvatnih mjera zaštite, ovi se problemi mogu ublažiti ili u potpunosti eliminirati.

Slika 1: Primjer poremećaja u prometu uslijed snježne vijavice

Slika 2: Opažanja uvjeta vidljivosti na autocesti Haukeli u Norveškoj [11]

2. UTJECAJI KLIMATSKIH I TERENSKIH FAKTORA Na formiranje zapuha na cestama utječe čitav niz faktora; klimatski (vjetar i snjieg), konfiguracija terena, prirodna vegetacija, karakteristike poprečnog profila ceste. Bitne karakteristike vjetra su njegova brzina i smjer u odnosu na na cestu. Opažanjima ovih veličina u prirodi dobivaju se podaci relevantni za određivanje zona erozije i zona sedimentacije snijega. Analizom fizikalnih svojstava snježnih kristala, utvrđeno je da nanosi nastaju pri niskim temperaturama (ispod 0oC), bočnim prenošenjem vjetrom svježe napadalog snijega, kojem je parametar smicanja najmanji, a porozitet najveći. Pri tome se čestice snijega pokreću već pri malim brzinama vjetra ( 3-6 m/s). Čestice se gibaju “skakanjem” ( 90 % količine snijega ), a u zonama aerodinamičkih sjena prirodnih ili umjetnih prepreka, npr cesta, formiraju se snježni nanosi. Najopasniji smjer vjetra na nekoj lokaciji, koji izaziva zapuhivanje ili prizemno vrtloženje pri kojem se vidljivost opasno smanjuje određuje se prema izrazu:

P = + ∑ −n

u1

)5( ∑ −s

u1

)9(

Gdje je: P - zbroj bodova za svaki opažani smjer vjetra [11] n - broj mjerenja za u=5 m/s s istovremenim padavinama s - broj mjerenja za u=9 m/s po suhom vremenu u - opažana brzina vjetra, (m/s) U prirodnim uvjetima se kontaktna površina između tla i fluida (vjetra sa snijegom) sastoji od depresija i lokalnih uzvišenja terena koji djeluju kao prepreka ovom strujanju. Kad struja fluida naiđe na prepreku, oštri rub na slici 3, na vrhu prepreke pojavljuje se točka separacije (točka 0), a iza ruba se oblikuju vrtlozi. Ovo vrtloženje je uzrok velikom gubitku kinetičke energije fluida (vjetra).

Slika 3: Primjeri strujanja fluida iza oštrog ruba [1]

2

Brzina fluida ( vjetra) se smanji u zoni vrtloženja približno 40% u odnosu na početnu brzinu. Ako struja zraka sa snijegom naiđe na depresiju u terenu ili na usjek na cesti, iza ruba se pojavljuje vrtloženje, reducira se brzina vjetra, što izaziva taloženje jedne količine transportiranog snijega. Uzvišenja terena ili nasip ceste izazivaju otklanjanje strujnica vjetra, te one prelaze preko prepreke. U području smanjenih brzina, na strani vjetra i u zavjetrini (aerodinamičke sjene) talože se čestice snijega. 3. ZAŠTITA OD ZAPUHIVANJA KAO ELEMENT PROJEKTIRANJA

3.1. Uvjeti polaganja trase ceste na terenu Uvjeti lociranja ceste u području potencijalnog zapuhivanja bazirani su na zahtjevima sigurnog odvijanja prometa u zimskim mjesecima. U tu je svrhu potrebno osigurati uvjete dobre vidljivosti, reducirati količinu snijega na kolniku, čime se bitno smanjuju problemi zimskog održavanja vezani uz uklanjanje snježnih nanosa s ceste. Osnovno pravilo pri polaganju trase u ovakvom području bit će da se ona položi u što zaštićenijem području, te da se izbjegavaju lokacije koje su najizloženije djelovanju vjetra i snijega. 3.2. Polaganje trase ceste 3.2.1. Polaganje trase obzirom na konfiguraciju terena Jedna od najbitnijih pretpostavki za postizanje dobrih rezultata je korištenje prirodnih zaklona, zaštićenih područja u terenu, uz rub šume ili uz padine ili brijegove. Iz razloga ranijeg otapanja snijega i leda potrebno je koristiti mogućnost vođenja trase po prisojnim padinama terena. Konfiguracija terena se u tim slučajevima koristi kao prirodni snjegobran. Na slici 4 prikazan je primjer korištenja prirodnog zasjeka u terenu za lociranje ceste izvan zone dosega snježnog nanosa koji se na takvom terenu formira. Os ceste je u ovom slučaju predviđena u profilu 90. Kanjoni, uske udoline, usjeci, mogu također imati zaštitno jelovanje od snijega. Na lokacijama male širine riječnih dolina važno je trasu ceste položiti na zaštićenoj obali na strani zavjetrine. I sam nagib terena može imati značajan utjecaj na stvaranje zapuha. Nagib terena u smjeru djelovanja vjetra potencira taloženje snijega iz zračne struje te je stoga potrebno ovakve lokacije izbjegavati. Kao mogući izbor lokacije ceste treba preferirati područje sa smjerom vjetra okomitim na nagib terena.

Slika 4. Korištenje konfiguracije terena kao prirodnog

snjegobrana, prema Noremu [13] 3.2.2. Smjer vjetra u odnosu na os ceste Na osnovi opažanja na brojnim dionicama cesta lociranih u zonama jakog zapuhivanja formirane su odredene postavke za vodenje trase i izbor tlocrtnih elemenata.Utvrdeno je da će cesta biti najmanje izložena snježnim nanosima ako je os ceste u pravcu i paralelna sa smjerom djelovanja vjetra i snijega. Suprotno tome, os ceste u horizontalnoj krivini ili okomito položena u odnosu na smjer vjetra potencira mogućnost stvaranja snježnih nanosa. Volumen snježnog nanosa po dužini ceste proporcionalan je sinusu kuta izmedu smjera vjetra i osi ceste, kao što je to izraženo jednadžbom, prema [5]:

1000sin Sq

Qρβ ⋅⋅

=

gdje je: q -količina snježnog taloga [mm) ρs -gustoća snijega u nanosu [kg/m3] /3 -kut izmedu smjera vjetra i osi ceste [°] Medutim i kod polaganja osi ceste paraleno sa smjerom vjetra može doći do izražaja dodatni negativni utjecaj okolnog terena ili raslinja, kao što je prikazano na slikama 5 i 6.

Slika 5. Negativan utjecaj okolnog terena [10]

3

Slika 6. Negativan utjecaj okolnog raslinja [10] U slučaju sa slike 5 lokalno obostrano uzdizanje terena u odnosu na smjer pružanja trase izaziva stvaranje snježnih nanosa na kolniku. Slično djelovanje u slučaju sa slike 6 proizvodi gusta prirodna vegetacija s obje strane ceste. 3.3. Oblikovanje poprečnog presjeka ceste 3.3.1. Cesta u nasipu Tokom ranijih godina provedena su brojna modelska ispitivanja najpovoljnijeg oblika nasipa povezanog s problematikom stvaranja snježnih nanosa na cesti, te definirani uvjeti koje takvi nasipi trebaju zadovoljiti. Ispitivanja na modelu i u prirodi provedena su sa stajališta analize utjecaja slijedećih faktora:

-visine nasipa -utjecaja zaštitnih ograda -nagiba pokosa nasipa -zaobljenja vrha nasipa

3.3.1.1. Visina nasipa Visina nasipa je jedan od bitnih faktora koji uvjetuju stvaranje nepoželjnih nanosa na kolniku. Ako je cesta u nasipu dovoljne visine, neće se formirati nanosi na kolniku. Što je visina nasipa veća u odnosu na okolni teren, veće je propuhivanje strujnica vjetra sa snijegom, a taloženje snijega manje [4]. Visina nasipa za koju ne prijeti opasnost od stvaranja zapuha na cesti može se odrediti prema slijedećoj jednadžbi [4]:

hn = hs + h gdje je: hs - najveća srednja visina snježnog pokrova [m] h - nadvišenje nasipa iznad razine snježnog pokrova okolnog terena, [m] Sigurnosna visina nasipa ovisi o prosječnoj visini snijega u promatranom području, te o klimatskim faktorima, prvenstveno o brzini i učestalosti vjetra.

Prema podacima iz literature, odnosno iskustvima iz drugih zemalja, potrebno nadvišenje nasipa varira. Prema ruskim iskustvima ta veličina iznosi od h = 0,7 m, do h = O, 9 m [9] . Prema norveškim iskustvima [11, 12] predlaže se visina nadvišenja, ovisno o učestalosti jakih vjetrova. U područjima s ekstremnim klimatskim uvjetima, s više od 15 dana u mjesecu s brzinom vjetra od 7 do 11 m/s preporuča se nadvišenje od 0,50 m. U područjima s nešto boljim klimatskim uvjetima u kojima se brzina vjetra veća od 11 m/s pojavljuje u 10 do 15 dana u mjesecu, iskustvo pokazuje da je dovoljna visina nasipa jednaka visini snježnog pokrova, te je u tom slučaju: hn = hs 3.3.1.2. Nagib pokosa nasipa Smanjenjem nagiba pokosa može se postići aerodinamičnost oblika, tj smanjenje ili potpuno otklanjanje opasnosti stvaranja snježnih nanosa na kolniku. Na slici 7 shematski su prikazani rezultati prvih modelskih ispitivanja koje je proveo Finney [3], u svrhu definiranja optimalnog nagiba pokosa nasipa. Njegovi rezultati pokazuju da se ublažavanjem nagiba pokosa nasipa smanjuje tendencija stvaranja snježnih nanosa na cesti.

Slika 7. Utjecaj nagiba pokosa nasipa na stvaranje

snježnih nanosa {3] Optimalni nagib pokosa nasipa, prema [3] iznosi 1:4. U tom slučaju ne dolazi do formiranja zapuha na kolniku. Rezultati do kojih se došlo u ovim prvim laboratorijskim ispitivanjima potvrđeni su u nizu kasnijih utvrđivanja optimalnog pokosa nasipa na modelu, i prihvaćeni su kao preporuke za oblikovanje pokosa nasipa.

4

U ispitivanjima koja je proveo Norem [11, 12], došlo se do zaključka da nasipi s nagibom pokosa 1:4 osiguravaju daleko veću vidljivost na cesti nego u slučaju strmijih pokosa. Usporedbom pojedinih ispitivanih slučajeva također je uočeno da se vrtložne zone u zavjetrini znatno smanjuju pri ublažavanju pokosa, što pruža adekvatnu zaštitu od snježnih nanosa. Nije opasno ako se na pokosu nasipa sakuplja snijeg sve dok ne stvara zapuhe koji bi nadvisivali cestu ili bili u istoj razini s kolnikom. Takav nasip će vrlo brzo u toku zimske sezone izgubiti svoju efikasnost i zapusi će se formirati na kolniku. Metoda ublažavanja pokosa nasipa pruža dobre efekte zaštite od nanosa. Zbog povećanja površine poprečnog presjeka ceste, međutim, rastu i troškovi građenja pa s tog stajališta ova metoda nije idealno rješenje. 3.3.1.3. Zaobljenje krune nasipa Pri eksperimentalnim ispitivanjima aerodinamičnog oblika poprečnog presjeka nasipa, dobiveni su povoljni rezultati za tipove nasipa sa zaobljenjem u kruni. Nagib pokosa nasipa u kruni ceste se zaobljava polumjerom veličine dvostruke do trostruke visine nasipa. Ovakvim oblikovanjem zadovoljen je zahtjev da gradijent zaštitne zone pri vrhu nasipa bude istog smjera kao i sam pokos nasipa. Na taj se način smanjuje stvaranje snježnog nanosa u zoni zavjetrine, eliminira snijeg sa kolnika i bitno povećava vidljivost na cesti. Iz provjere ovog tipa nasipa na modelu uočeno je pozitivno djelovanje zaobljenja krune nasipa. Stoga je preporučljivo u područjima stvaranja snježnih nanosa primijeniti tip poprečnog presjeka nasipa kao na slici 8 sa polumjerom zaobljenja veličine R = 2H, gdje je H visina nasipa [7, 10, 11, 13]. Ekonomska prednost ovog tipa nasipa nad aerodinamičnim presjekom nasipa s nagibom pokosa 1:4 može se prikazati na primjeru nasipa visine 3 m, za kojeg je potrebno 9,7 m3/m' manje materijala na ravnom terenu [11].

Slika 8: Nasip sa zaobljenjem u kruni kojim se smanjuje

stvaranje snježnih nanosa na kolniku [10]

3.3.1.4..Primjena zaštitne ograde na nasipu Zbog sigurnosti prometa potrebno je na visokim nasipima (H > 4,0 m) postaviti zaštitne ograde. Na cestama međutim, gdje se zimi očekuje stvaranje snježnih nanosa, zaštitne ograde nisu poželjne. Negativno djelovanje zaštitne ograde manifestira se stvaranjem vrtložnih zona iznad ceste, što dovodi do odlaganja snijega na kolniku. Nemogućnost odstranjivanja snijega s kolnika te formiranje snježnih nakupina s obje strane kolnika ceste pri velikim snježnim padavinama stvara iste uvjete kao da je cesta u usjeku. Ispitivanja na modelu koja su provedena u Norveškoj [13], pokazala su da je primjena zaštite ograde na nasipima prouzrokovala smanjenje vidljivosti te povećanje zone nataloženog snijega. Slika 9 potvrđuje te zaključke u realnim uvjetima. Ispitivanja pokazuju da nasipi najpovoljnijih oblika također pružaju vozačima dobre uvjete vidljivosti čak i kad su korištene zaštitne ograde.

Slika 9: Zaštitna ograda izaziva dodatno zapuhivanje Međutim, kako se štetnost djelovanja zaštitne ograde ne može eliminirati, treba ih izbjegavati, gdje god je to moguće. Jedan od načina da se sigurnosno djelovanje zaštitne ograde nadomjesti je korištenje blažeg nagiba pokosa nasipa (1:4). 3.3.2. Cesta u usjeku Pri nailasku vjetrom nošenog snijega iznad usjeka, brzina strujanja se zbog povećanja poprečnog presjeka smanjuje. Naglim povećanjem površine poprečnog presjeka kod usjeka sa strmim nagibima pokosa izvjesna količina snijega iz zračne struje se taloži, a kod usjeka s blažim nagibima pokosa dolazi do propuhivanja. Ako se oblikovanjem poprečnog presjeka osigura dovoljna površina za razmještaj snijega na uzvjetrinskom pokosu, stvaranje snježnih nanosa na kolniku može se spriječiti.

5

Uvjet pod kojim ne dolazi do zapuhivanja ceste u usjeku može se izraziti prema [4], u slijedećem obliku:

Vpok> Vs + αVbpgdje je: Vpok - volumen snijega koji se može razmjestiti na pokosu usjeka, [m3] Vs - volumen snijega, napadalog u toku cijele zime, kod mirnog sniježenja [m] Vbp - volumen snijega nanešen u usjek od bočnog renošenja vjetrom [m3] α - koeficijent mogućnosti padanja snijega u usjek, uzevši u obzir onu količinu koja "preskoči" usjek (srednja vrijednost iznosi 0,80).

Slika 10: Stvaranje nanosa u usjeku [9]

Količina vjetrom prenešenog snijega Vbp određuje se prema količini snijega koja se taloži iza snjegobrana ili se aproksimativno proračunava. Najpouzdaniji podaci se dobiju mjerenjem na modelu u aerodinamičkom tunelu. 3.3.2.1. Zahtjevi kojima usjek treba udovoljiti Pravilno oblikovanje poprečnog presjeka ceste u usjeku treba osigurati uvjete sigurne vožnje u zimskom periodu, odnosno omogućiti maksimalne moguće uvjete vidljivosti. S druge strane, ne smije se dopustiti taloženje snježnih nanosa na kolniku da bi se omogućilo jednostavno zimsko održavanje. Poboljšanje uvjeta vidljivosti može se postići ublažavanjem pokosa usjeka, čime se omogućava paralelno strujanje snježne mase iznad prometnice. Druga mogućnost je izvođenje točke separacije turbulentnog strujanja na dovoljnoj udaljenosti od ceste kako bi se pretežna količina vjetrom nošenog snijega taložila izvan zone ceste. 3.3.2.2. Nagib pokosa usjeka Kao što je to bio slučaj kod aerodinamičkog oblikovanja poprečnog presjeka nasipa (točka 3.3.1.2), nagib pokosa ima značajan utjecaj i na stvaranje zapuha u usjeku. Modelska ispitivanja koja je proveo Finney [3] za razne veličine nagiba pokosa pokazala su da usjek s nagibom pokosa od 1:6 ima zanemarivo malu tendenciju zapuhivanja (slika 11) u usporedbi sa strmijim nagibima.

Slične rezultate dobio je Norem [11,13] u modelskim ispitivanjima poboljšanja uvjeta vidljivosti u usjecima različitih nagiba pokosa.

Slika 11: Utjecaj nagiba pokosa usjeka [3]

Ispitivanja su pokazala da najlošiji uvjet; vladaju u usjecima strmih pokosa, 5:1 i 1:2. Smanjenje nagiba od 1:2 do 1:3 ne daje značajno poboljšanje uvjeta, budući da se zona vrtloženja i dalje formira na cesti. U usjeku nagiba pokosa 1:4 vidljivost se znatno povećava, zona vrtloga formira se vrlo nisko, a strujanje preko ceste je paralelno. Daljnjim ublažavanjem pokosa vidljivost se značajnije ne povećava, ali se smanjuje tendencija stvaranja snježnih nanosa. Na osnovi ovih ispitivanja može se zaključiti da usjek s nagibom pokosa 1:4 pruža zadovoljavajuće uvjete vožnje u smislu povećane vidljivosti i manjeg taloženja snijega na kolniku 3.3.2.3. Proširenje usjeka Ublažavanjem pokosa usjeka do nagiba 1:4 ili čak 1:6 (da bi se i uvjeti vidljivosti značajnije poboljšali), povećavaju se troškovi građenja. Umjesto blagih pokosa usjeka mogu se primijeniti tipovi poprečnog presjeka usjeka s dodatnim proširenjem u nožici pokosa. Ispitivanja koja su provedena na modelima na Norveškom Univerzitetu za tehnologiju u Trondheimu [11], pokazala su da ovakav poprečni presjek, osim što ima ekonomskih prednosti, zadovoljava osnovne zahtjeve za povećanjem vidljivosti i sprečavanjem stvaranja snježnih nanosa na kolniku.

6

Ispitani profili usjeka s bermom širine 3,0 m u nožici pokosa dali su povoljne rezultate i za strmije nagibe (5:1 i 1:2). Poboljšanje vidljivosti i smanjenje nanosa naročito se može uočiti u primjerima s blažim pokosima. Aerodinamičko djelovanje proširenja usjeka očituje se pomicanjem točke separacije na presjeku pokosa s terenom na dovoljnu udaljenost od ceste. Na taj način se taloženje snijega u zoni aerodinamičke sjene dešava prije nailaska struje zraka na cestu.

Slika 12: Potrebno proširenje usjeka [8]

Berma u ovom usjeku služi kao akumulacijska zona za taloženje snijega za vrijeme trajanja nepovoljnih uvjeta, a u toku lijepog vremena i u slučaju potrebe snijeg se može odstraniti iz akumulacije. Minimalna širina berme određena je upravo mogućnošću strojnog uklanjanja snijega iz proširenja. U primjeru navedenih ispitivanja koja je proveo Norem [11] širina berme iznosi 3 m i zadovoljava prosječne zimske uvjete u Norveškoj. Autor ne definira utjecaj visine usjeka na oblikovanje poprečnog presjeka akumulacijske zone. Ivanov [8] uvažava utjecaj visine usjeka pri oblikovanju akumulacijske zone. Za usjeke visine do 5 m, na osnovi svojih opažanja isti autor preporuča korištenje obostranih bermi širine 4,0 m, te izvođenje blagih pokosa nagiba 1:6. U usjecima visine veće od 5 m izvodi se akumulacijska berma minimalne širine 4,0 m na strani ceste prema vjetru, a pokosi usjeka su nagiba 1:1,5 . U nekim se slučajevima zbog sastava tla, konfiguracije terena ili nedovoljne širine slobodnog koridora ceste ne mogu analizirati alternativna rješenja zaštite upotrebom vegetacije ili snjegobrana. U tom slučaju se proširenje usjeka nameće kao jednino moguće rješenje. Potrebna širina dodatnog iskopa usjeka na strani vjetra određuje se na osnovi očekivane količine snijega. U usjeku se u uzdužnom smislu s promjenom njegove visine mijenja i volumen snježnog nanosa.

Budući da se akumulacijska berma dimenzionira na maksimalnu količinu snijega, to je potrebno od iskopanog materijala oblikovati izravnavajući nasip Akumulacijsku bermu nije nužno projektirati za ukupni zimski nanos, ako se pretpostavlja periodično čišćenje nakupljenog snijega u danima bez vijavice. Veličina akumulacijske zone može se povećati, ne samo povećanjem donje širine već povećanjem visine izravnavajućeg nasipa. Na taj se način povećava visina pokosa. Prema analizi troškova [9] metoda dodatnog proširenja usjeka konkurentna je šumskim zaštitnim zonama i stalnim konstrukcijama. 4. UPOTREBA ZAŠTITNE VEGETACIJE Najprirodnija zaštita postiže se sadnjom vegetacije uz cestu, uz istovremene ekonomske, estetske i ekološke prednosti. Zaštitno djelovanje vegetacije manifestira se smanjenjem brzine vjetra, uslijed čega dolazi do taloženja snijega u zavjetrini, na sigurnoj udaljenosti od ceste. Stupanj redukcije brzine vjetra i efikasnosti zaštite proporcionalan je gustoći zaštitnog pojasa. Oblik i veličina snježnog vala ovisi o gustoći i strukturi rubnih formacija. Što su rubni slojevi gušći, to je dužina vala manja. Guste formacije na strani zavjetrine oblikuju kraći i dublji zapuh. Najefikasniju zaštitu pružaju široki šumski pojasevi s koncepcijom cikličkog razmještaja vrsta. Alternativno se mogu koristiti uski jednoredni ili višeredni pojasevi širine 12 do 13 m. Broj redova, njihov međusobni razmak, te udaljenost od ceste ovisi o količini snijega.

Slika 13: Upotreba zaštitne vegetacije

7

5. OBLIKOVNE OSOBITOSTI I TIPOVI SNJEGOBRANA Osnovni je nedostatak zaštite vegetacijom određeni vremenski period koji je potreban za puno zaštitno djelovanje. U razdoblju formiranja vegetacije, te kao konačni oblik zaštite, mogu se koristiti zaštitne ograde, tzv. snjegobrani. Zaštitno djelovanje snjegobrana zasniva se na taloženju snijega u zoni uzvjetrine i zavjetrine, uslijed redukcije brzine vjetra. Metoda zaštite snjegobranima zahtijeva poznavanje količine snijega u zapuhu na svakoj ugroženoj lokaciji. Jedna od metoda procjene količine snijega zasniva se na određivanju transportne udaljenosti, Rm na koju se prenose čestice snijega, prije sublimacije, prema [14]:

2542,8

)6,85(1022,5)100

1)(371(1095,8)( 2

274

+−

⋅−⋅⋅+−+⋅=

−−

TT

SxTRHxx

dtdm SSS

X

Gdje je: Rm - transportna udaljenost (m)

- prosječna brzina vjetra na visini od 2 m koeficijent sublimacije za prosječnu

) a, (cm)

Na osno đuje se rosječni kapacitet snjegobrana o kojem ovisi visina njegobrana i potreban broj redova. Oblikovne

ičenog kapaciteta tencije u svojoj zavjetrini i mogućnosti zatrpavanja

zvjetrinskim zapuhom, danas se više ne primjenjuje

Kombinacijom elemenata frontalne plohe, visinom otvor 15).

okazano je da je optimalna visina donjeg otvora

Slika 16. Snjegobran tipa “Wyoming” i pripadni snježni

nanos [15]

u2 (dm/dt)xs - veličinu čestice RH - relativna vlažnost (%) T - temperatura zraka, (oC) S - solarna radijacija, (cal/cm2hXs - prosječni promjer čestic

Slika 14: Oblici snježnih nanosa [6]

vi transportne udaljenosti odrepskarakteristike snjegobrana rezultat su niza ispitivanja provedenih na modelu i u prirodi.

Punostjeni snjegobran, zbog ogranreu(sl.14a). Kod propusnih snjegobrana (sl.14b) dužina vala u zavjetrini se povećava, a time i kapacitet snjegobrana. Na strani uzvjetrine je eliminirano stvaranje zapuha, tako da nema opasnosti od zatrpavanja ili prevrtanja ovog snjegobrana.

S

S

xdtdm

xuRm⋅

⋅−⋅=

)87,5(715,0 2

Slika 15: Elementi propusnog snjegobrana [15]

a pri dnu postižu se različiti rezultati (sl.D(1/5 do 2/5) H, optimalni koeficijent ispune (odnos pune i prazne površine snjegobrana) približno 0.5, što daje najveći kapacitet uz istu visinu.

8

Povećanje kapaciteta snjegobrana postiže se

Maksimalna duljina zapuha definira minimalnu udaljenost snjegobrana od prometnice i međusobni razmak višerednih snjegobrana. Snjegobrani se postavljaju okomito na smjer djelovanja vjetra, bilo da je vjetar jednostran ili dvostran, okomit ili pod nekim kutem u odnosu na cestu.

Slika 17: Neke mogućnosti postavljanja snjegobrana

za vjetar poprečan na os ceste [15] Udaljenost “a” (sl.17), na koju se postavljaju ovisi o dužini vala snježnog nanosa pojedinog tipa snjegobrana. Za propusne snjegobrane s 50% poroziteta , što je najpovoljnije, udaljenost iznosi (25 do 28) H za

ćenja drugog reda njegobrana. Duljina preklopa “c”, iznosi približno H, čime se eliminira negativan utjecaj ogiba vjetra

na e, budući da ti utjecaj

apuha. Ako to uvjeti na lokaciji, npr.

9

razrijeđenjem frontalne plohe u prizemnimdijelovima, korištenjem snjegobrana s tzv. srednjim pojasom, ili korištenjem kosog snjegobrana ( npr tip Wayoming) s otklonom prema zavjetrini pod kutem 15o, (sl.16). Pravilan izbor tipa snjegobrana iodgovarajuće postavljanje na terenu pretpostavlja poznavanje međusobne zavisnosti visinesnjegobrana i kapaciteta snježne retencije, tepoznavanje oblika i veličine vala zapuha. krajevima snjegobrana. Ove su veličine okvirn

okomite, odnosno 35H za za kose snjegobrane (npr. Tipa Wayoming), gdje je H visina snjegobrana. Višeredni snjegobrani se postavljaju na međusobnu udaljenost “b”. Dovoljnim razmakom, približno 35H, potrebno je omogućiti formiranje zavjetrinskog zapuha prvog reda i uzvjetrinskog zapuha drugog reda snjegobrana, te spriječiti oštes8

na svakoj lokaciji treba analiziranagiba terena na privjetrinskoj strani ceste. Kad je smjer vjetra paralelan s cestom, obično nema opasnosti od zprirodna vegetacija ili negativan utjecaj konfiguracije terena zahtijevaju, u tom se slučaju snjegobran postavlja pod kutem od 45o u odnosu na os ceste. Prosječni godišnji kapacitet (Qc) proračunava se za pojedinu lokaciju snjegobrana iz razlike ukupne količine snijega koja se prenosi (ΘPRc) na lokaciji i količine koja se gubi sublimacijom; prema jednadžbi:

mCm

CCC RR

RR

PRQ ≤−Θ= ),2

1(

Gdje je: Qc - prosječni godišnji kapacitet, ( m3/m1 ) Θ - odnos vjetrom transportirane količine snijega i količine snijega od mirnog sniježenja (mjeri se preostali snijeg u zoni Rc poslije vijavice) P - količina padavina, (m) Rc - dužina dodatnog taloženja snijega, (m) (prema slici 8) Rm - transportna udaljenost, (m)

Slika 18: Transportna udaljenost [15] Za ekstremne slučajeve, prema [14], vrijednosti iznose: Θ =1, Rc=Rm i Rm =1000 m.

Ovisno o proračunatom godišnjem kapacitetu na pojedinoj lokaciji snjegobrana, određuje se visina snjegobrana i potreban broj redova, izjednačivši ga s kapacitetom snježne retencije prema izrazima:

q = 6.9 H2,.18, (m3/m1),

za snjegobrane s horizontalnim letvicama i 50 % poroziteta

q = 5.1 H2,.18, (m3/m1),

za snjegobrane s vertikalnim letvicama

Gdje je: q - volumen nanosa u zavjetrini snjegobrana izražen u vodenom ekvivalentu, ( m3/m1),

Pri tome treba naglasiti da su ispitivanja i primjena u praksi pokazala efikasnost i prednost snjegobrana visine 3,5 do 4,0 m. Njihova prednost naročito dolazi do izražaja pri velikim brzinama vjetra (20 m/s), kad se primjenom visokih snjegobrana zaustavi gotovo sva količina vjetrom nošenog snijega, pa se ujedno tako osigurava dobra vidljivost na cesti u uvjetima zapuhivanja. 6. DOPRINOS ZIMSKOM ODRŽAVANJU I POVEĆANJU SIGURNOSTI PROMETA Osnovno djelovanje primijenjene zaštite od zapuhivanja manifestira se zaustavljanjem vjetrom nošenoga snijega na sigurnoj udaljenosti od ceste.

10

- visina snjegobrana, (m)

Slika 19: Dijagrami za određivanje visine i prognoze

kapaciteta snjegobrana [17]

Uslijed redukcije brzine etra smanjuju se bočni ud

gobrana su nesreće

klanjanja snijega sa kolnika a lokacijama stvaranja snježnih nanosa. Prema ekim ranijim istraživanjima [16], troškovi zimskog

, bilo prirodnom vegetacijom. olaganjem nivelete i oblikovanjem poprečnog resjeka prometnice moguće je dodatno utjecati na

puhivanja ceste. Podizanjem 20) ili zaštitne vegetacije moguće

H U svrhu određivanja visine snjegobrana ili prognoze kapaciteta snjegobrana mogu se koristiti dijagrami na sl. 9.

vjari vjetra na vozila. Rezultati ispitivanja efikasnosti

prema [16] su pokazali dasnjeod bočnih udara vjetra znatno smanjene, proporcionalno dužini zaštićenih dionica. Smanjenje nesreća izazvanih vrtloženjem snijega iznad površine kolnika u istom ispitivanju iznosi 70%. Na dionicama zaštićenim snjegobranima, smanjeno je stvaranje leda na kolniku što direktno povećava sigurnost prometa i reducira troškove zimskog održavanja. Najveće uštede postižu se direktnim smanjivanjem troškova unnodržavanja reduciraju se najmanje 35% upotrebom snjegobrana. 7. ZAKLJUČAK U ovom je radu pregledno razmotrena problematika stvaranja snježnih nanosa vezano uz cestovni prometni objekt, te ukratko prezentirane moguće metode zaštite temeljene uglavnom na američkim, nordijskim i ruskim iskustvima. Može se zaključiti da se zaštita cesta od zapuhivanja može primijeniti u fazi projektiranja, u smislu prevencije, ili kao sanacija postojećeg stanja na cestama u eksploataciji. Zaštitu ceste od zapuhivanja treba razmatrati u ranoj fazi projektiranja analizom klimatskih uvjeta na terenu; podataka o vjetru i snježnim padavinama. Izborom trase buduće ceste ili autoceste treba izbjegavati lokacije izložene djelovanju vjetra okomito na os ceste, a preferirati lokacije prirodne zaštićenosti terena bilo konfiguracijomPpsprečavanje zasnjegobrana (slikaje zaštititi promet na postojećim cestama. Koja će se metoda primijeniti, ovisit će o karakteristikama svake ugrožene lokacije posebno.

Osnovno djelovanje primijenjene metode manifestira se zaustavljanjem vjetrom nošenog snijega na sigurnoj udaljenosti od ceste. Istovremeno se povećava sigurnost vožnje jer se povećava vidljivost na cesti i smanjuje se stvaranje leda na kolniku (slika 21). Primjenom zaštitnih mjera reduciraju se troškovi zimskog održavanja (čišćenja snijega), troškovi solenja i posipavanja kolnika, a indirektno i troškovi održavanja kolničkog zastora nakon zime. Dosadašnja iskustva u Republici Hrvatskoj [19] na postojećim državnim cestama Like i Gorskog Kotara iz vremena kad su ti jedini državni cestovni pravci bili zatvoreni za promet pri pojavi prvog snijega već u listopadu, mogu ilustrirati značaj problema, kojem se u nekoliko navrata pokušalo iznaći rješenje, ukazuju na potrebu prije svega organizacije prikupljanja relevantnih podataka izrade odgovarajućih podloga za projektiranje, kao i smjernica za primjenu mjera zaštite. Problem bi se mogao aktualizirati i na auto

cesti Zagreb-Rijeka, a

4. Grčić,J.: Dinamika snježnih zapuha i zaštita saobraćajnica. Ceste i mostovi br. 1-6, 1966.

5. Grčić,J.: Eksperimentalno istraživanje

problema snježnih zap),

6.

7.

,

8.

9.

10.

U

g

12. g plassering av

ujedno i superponirati potrebom zaštite od jakog vjetra ( sa i bez snijega).Na cestovnoj mreži koja je u ranoj fazi projektiranja kao npr. Vc koridor u BiH problem sprječavanja stvaranja snježnih nanosa treba svakako uključiti u trenutku izrade projektne dokumentacije.

Slika 20: Zaštita ceste snjegobranima

LITERATURA:

1. Abramovich,G.N.: The theory of Turbulent Jets, The Massachusetts Institute of Technology, 1963.

2. Anon: Fences Help Change form

Liability to Asset, Better Roads, vol 49, no 7, 1979.

3. Finney, E.A.: Snow Control on

Highways, Michigan Engineering Experiment Station Bulletin, no.57,1934.

uha na cesti Karlobag – Gospić (tunel „Kubus”Ceste i mostovi, br. 1, 1969.

Hogbin,L.E.:Snow Fences, Road Research Laboratory Report, LR 362,1970.

Hubendick,P.E.: Winter Highway Maintenance, BiblioteksforlagetStockholom, 1961.

Ivanov, V.: Akumulacioni polasti viemki, Avtom.dorogi no 2, 1984.

Legac,I, Kralj,S.:Studija zaštite od snježnih nanosa na cesti M-13, Fakultet građevinskih znanosti, 1985.

Lindquist, S.; Akerman,J.:Snordev-Vagprojektering, Statens Vagverk, TReport 149, 1982.

11. Norem, H.: Designing Highways

Situated in Areas of Drifting Snow, Corps of Engineers US Army, Cold Regions Research and EngineerinLaboratory, transl. 1975.

Norem, H.: Utforming osnoskjermer, Meddelelser Fra Veglaboratoriet no 49, 1975.

Slika 21: Prijelaz iz zaštićene u nezaštićenu zonu ceste

13. Norem, H.: The Oslo-Bergen TrunkHighway, Evolution of Snowclearing Conditions, SINTEF, Trondheim, 1973.

11

14. Tabler, R.: Geometry and Density oDrifts Formed by Snow Fences, Journaof Glaciology, Vol 2

f l

6, No 94,1980.

ria for on

16. Tabler,R.; Furnish, R.P.: Benefits and

search

nd

n, Final Report, e Highway

Research Program, Niwot, Colorado,

19.

anosa, Magistarski rad, Zagreb, 1987

15. Tabler,R.: New Engineering Crite

Snow Fence Systems, TransporttatiResearch Record 506, Washington,1974.

Costs of Snow Fences on Wyoming Interstate 80, Transportation ReRecord 860, 1982.

17. Tabler, R.: Effect of Blowing Snow a

Snow Fences on Pavement Temperature and Ice Formation, Sixth International Symposium on Snow Removal and Ice Control Technology, Washington, 2004.

18. Tabler, R.and Associates, Controlling

Blowing and Drifting Snow with Snow Fences and Road DesigNational Cooperativ

2003.

Mašala-Buhin,M.: Zaštita cesta od stvaranja snježnih n

12