background image

 

 

 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Johan Granlund 
 

Health Issues Raised by 
Poorly Maintained Road 
Networks 
 

Northern European road users 
may be exposed to unacceptable 

health and safety risks, in terms 
of ride vibration and skid acci-
dents. A case study has mapped 
such risks on the Beaver Road 
331. The report demonstrates 

methods to efficiently prevent or 
reduce risks on similar roads.

THIS PROJECT IS BEING P ART- FIN ANCED BY  

THE EUROPEAN UNION

 

EUROPEAN REGION AL DE VELOP MENT FUND

 

 

background image

 

 

background image

 

 

Health Issues Raised by Poorly Maintained Road Networks 

March 2008 

 

Johan Granlund 
Swedish Road Administration Consulting Services 

 

background image

 

 

PREFACE 

This is a final report fro m Task B3 of the ROADEX III project, a technical trans-national cooperation 
project between The Highland Council, Forestry Commission Scotland and Comhairle Nan Eilean Siar 
from Scotland; The Northern Region of The Norwegian Public Roads Administration; The Northern 
Region of The Swedish Road Administration (SRA) and the Swedish Forest Agency; The Savo-
Karjala Region of The Finnish Road Administration; the Icelandic Road Administration; and the Mu-
nicipality of Sisimiut from Greenland. The lead partner in the project is The Northern Region of The 
Swedish Road Administration and project consultant is Roadscanners Oy from Finland. ROADEX III 
project Chairman is Per-Mats Ă–hberg from The Northern Region of The Swedish Road Administration 
and project manager is Ron Munro of Roadscanners Oy. 

The report was prepared by Johan Granlund of SRA Consulting Services, leader of Task B3. Fredrik 
Lindström, Fredrik Stensson, Ylva Magnusson, Stefan Hedlöf, Erik Cuibe, Jenny Eriksson and Ulf 
Nilsson of SRA CS participated in the plans, measure ments and analysis related to the field tests at 
Rd 331. Hans Johansson of SRA Central Region  made very valuable contributions to the traffic safety 
analysis. Mats Nilsson and Anders Larsson of Brorssons Ă…keri AB drove the tested timber logging 
truck and trailer combination. Ron Munro, manager of the ROADEX III Project, checked the project 
report language. Mika PyhĂ€huhta of Laboratorio UleĂ„borg designed the report layout. 

The author would like to express gratitude also to the following: 

‱

 

Mr Torbjörn Brorsson, owner of Brorssons Ă…keri AB. Torbjörn, you made it possible! 

‱

  Mr Sören Dahlquist of System Technology AB and Mr Brendan Watts of Oxford Technical So-

lutions Ltd. Thanks for your kind and professional support of the truck ride measure ments us-
ing the Dewetron Stream Machine and the OxTS RT 3050 GPS/inertial system, respectively.  

‱

  Mr Leif GrĂžnskov of Greenwood Engineering A/S. Thanks Leif, for your support of the refer-

ence pavement condition measurements using the accurate laser/inertial Profilograph system. 

‱

  Dr Boris Thorvald of Scania Co mmercial Vehicles AB. Boris, you put the finger on short step 

cross slope variance, truck wheel axle roll motion, related lateral forces, their impact on road 
polishing, road friction and,  ultimately, increased skid risk.  This really  widened our focus! 

‱

  MSc Henrik Lindh and Dr John Aurell of Volvo 3P. Thanks both of you, for making truck dy-

na mics more understandable! 

All the good results from this research task are the fruits of successful teamwork. Should the reader 
find anything to the contrary, the author takes full responsibility.  

Finally the author would like to thank the ROADEX III Project Partners and the Project Steering Co m-
mittee for their guidance and encouragement in their work. 

Copyright Â© 2008, the ROADEX III Project 

 

All rights reserved.  

ROADEX III Lead Partner: The Swedish Road Administration, Northern Region, Box 809,  
SE-971 25 LuleĂ„. Project co-ordinator: Mr. Krister Palo. 

background image

 

 

CONTENTS 

ABSTRACT ............................................................................................................................................................... 7

 

CHAPTER 1. THE ROADEX PROJECT IN BRIEF ...............................................................................................8

 

CHAPTER 2. KNOWLEDGE TO FIND GOOD SOLUTIONS..............................................................................9

 

CHAPTER 3. HUMAN, VEHICLE AND ROAD INTERACTION ......................................................................10

 

3.1

 

R

IDE VIBRATION AND ITS EFFECT ON HUMAN BEINGS

......................................................................................... 10

 

3.2

 

A

N OVERVIEW OF HEAVY TRUCKS DYNAMICS

..................................................................................................... 21

 

3.3

 

R

ELATING RIDE FORCES TO PAVEMENT PROPERTIES

............................................................................................ 33

 

CHAPTER 4. CASE STUDY ON THE BEAVER ROAD 331 ...............................................................................51

 

4.1

 

T

RUCK TEST PARTNER 

-

 

B

RO RSSONS 

Å

KERI 

AB ................................................................................................. 54

 

4.2

 

A

 

S

CANIA 

R480

 

164

 

G

 

6

X

4

 WAS  USED AS  TEST TRUCK

....................................................................................... 55

 

4.3

  TEN ROUNDTRIPS OF 

280

 KM WERE RECORDED

.................................................................................................... 56

 

4.4

 

C

OMPREHENSIVE RIDE AND ROAD CONDITION MEASUREMENTS

......................................................................... 57

 

CHAPTER 5. EXPECTED RESULTS ARE CONFIRMED .................................................................................63

 

5.1

 UNACCEPTABLY HIGH 

W

HO LE

-B

O DY 

V

IBRATION AND SHOCK

........................................................................... 63

 

5.2

 

T

HE TRUCK SUSPENSION SYSTEMS PERFORMED VERY WELL

............................................................................... 72

 

5.3

 

G

OOD FIT BETWEEN 

P

ROFILOGRAPH DATA AND TRUCK RIDE

.............................................................................. 78

 

5.4

 

D

RAFTING A 

“W

ARPING LIMIT

”

 FOR 

RBCSV...................................................................................................... 94

 

CHAPTER 6. SPIN-OFF RESULTS ON TRAFFIC SAFETY..............................................................................96

 

6.1

 

E

FFICIENT ANALYSIS OF INCORRECTLY BANKED CURVES

................................................................................... 97

 

6.2

 

I

DENTIFYIN G HIGH SKID RISK DUE TO WATER PONDING

.....................................................................................105

 

6.3

 

F

RIC TION ISSUES DUE TO LOW OR VARIED 

M

ACRO

T

EXTURE

.............................................................................115

 

CHAPTER 7. ETHICAL ASPECTS ON SAFETY ISSUES ................................................................................117

 

7.1

 

V

ISION 

Z

ERO FOR ROAD SAFETY

.......................................................................................................................117

 

7.2

 

T

HE 

T

YLÖSAND 

D

EC LARATION

.........................................................................................................................117

 

7.3

 

P

RIORITIZING VARIOUS ROAD SAFETY IMPROVEMENTS

.....................................................................................118

 

CHAPTER 8. SERIOUS AND USEFUL FINDINGS ...........................................................................................120

 

8.1

 

R

IDE VIBRATION SHALL BE PREVENTED AT THE SOURCE

...................................................................................120

 

8.2

 

B

UMPS ARE MOST  UNHEALTHY

.........................................................................................................................121

 

8.3

 

R

OLL  VIBRATION REQUIRE SPECIAL FOCUS

.......................................................................................................122

 

background image

  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

8.4

 

S

OME ROADS ARE MORE  HAZARDOUS 

–

 NOW WE KNOW WHY

...........................................................................125

 

8.5

 

L

OW AND VARYING 

M

AC RO 

T

EXTURE CAUSE SKID ACCIDEN TS

........................................................................127

 

8.6

 

R

ETHINK CULVERT WORKS

................................................................................................................................127

 

CHAPTER 9. HOW TO USE THE NEW INSIGHT ............................................................................................129

 

9.1

 

H

AULIERS MUST MONITOR DRIVERS WBV EXPOSURE

........................................................................................129

 

9.2

 

D

EVELOPING USEFUL NEW VEHIC LE TECHNOLOGY

...........................................................................................130

 

9.3

 

I

MPRO VING ROAD  TRAFFIC CRASH  INVESTIGATIONS

.........................................................................................131

 

9.4

 

I

MPRO VED ROAD MANAGEMENT

.......................................................................................................................132

 

9.5

 

R

OAD DESIGN POLICY IMPROVEMENTS

..............................................................................................................138

 

9.6

 

W

ORK TO BE CONTINUED 

(

IN 

ROADEX

 

IV?) ...................................................................................................139

 

CHAPTER 10. FURTHER READING ..................................................................................................................140

 

 

background image

  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

ABSTRACT 

The EU ROADEX Project 1998 - 2007 is a trans-national roads co-operation aimed at develop-
ing ways for interactive and innovative management of low traffic volume roads throughout the 
cold climate regions of the Northern Periphery Area of Europe. Its goals have been to facilitate 
co-operation and research into the common problems of the Northern Periphery. 

The overall objective for this research task was to increase the understanding for road user’s 
health risks when riding on roads in poor condition. Better knowledge will facilitate the reduction 
of the risks, by means of improved pave ment management, more conscious truck, bus and am-
bulance operations, and inspire to vehicle suspension systems improvements. 

The report co mmences with generic descriptions of how safety and health can be affected by 
ride vibration, how truck suspension systems isolate and amplify vibration at various frequen-
cies, and how pavement properties, such as cross slope, control the important forces at work.  

A case study is reported from the Beaver Road 331 in northern Sweden. A heavy timber logging 
truck was instrumented to measure ride vibration and direction. Measurements were taken at a 
range of points (seat, cab, frame and wheels) and the results stored together with data on 
speed and interior noise. Ride vibration data fro m repeated rides over a 280 km long round trip 
from forest to coast industries was then compared with reference data on pavement condition, 
scanned by a laser/inertial Profilograph. Results obtained included: 

‱

  The daily exposure to Whole-Body Vibration, the A(8)-value, for timber truck drivers rid-

ing constantly on roads such as Rd 331 were unacceptably high, when compared to the 
health and safety Action Value in Directive 2002/44/EC. 

‱

  The truck drivers were exposed to unacceptably health risks in the back when driving at 

modest speed over the worst bumps, due to high spinal compression doses, S

ed

, as per 

the ISO 2631-5 standard. 

‱

 

A derived draft limit of 0.30 % for undesired variance in cross slope. This could be useful 
in pavement manage ment to prevent roll-motion and lateral forces in road vehicles. 

The case study also produced valuable spin-offs in new methods for analyzing traffic safety 
risks arising from incorrectly banked curves and low drainage gradients. Hospital records from 
accidents at Rd 331 (mainly skid accidents) were found to match road sections with high cross 
slope variance, curves with incorrect superelevation, transition sections with low drainage gradi-
ents, and sections with high skid risk due to low/varying Macro Texture. These serious findings 
call for both short and long term actions. Road agencies should use the demonstrated methods 
to quickly identify hazardous sites and warn road users of them. Road repair planning and prac-
tices should be improved, and funding for road repair should be increased. 

An extraordinary insight after the case study is that  many new roads all over the EU Northern 
Periphery area have skid risks inbuilt due to low drainage gradients at entrances and exits of 
certain curves. These risks should be eliminated by modification of road design codes, road de-
sign software, road construction practices, and improved end quality control. 

background image

 Page 8  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

Chapter 1. THE ROADEX PROJECT IN BRIEF  

The ROADEX Project is a technical co-operation between roads organisations across northern 
Europe that aims to share roads related information and research between the partners. The 
Project was started in 1998 as a 3 year pilot co-operation between the roads districts of Finnish 
Lapland, Tro ms County of Norway, the Northern Region of Sweden and The Highland Council 
of Scotland and was subsequently followed and extended with a second project, ROADEX II, 
from 2002 to 2005, and now a third project, ROADEX III, from 2006 to 2007. 

The partners in ROADEX III â€œThe 
Implementation Project” comprised 
public road administrations and forestry 
organizations fro m across the European 
Northern Periphery. These were The 
Highland Council, Forestry Commission 
Scotland & Comhairle Nan Eilean Siar 
from Scotland, The Northern Region of 
The Norwegian Public Roads 
Administration, The Northern Region of 
The Swedish Road Administration and 
the Swedish Forest Agency, The Savo-
Karjala Region of The Finnish Road 
Administration, the Icelandic Road 
Administration and the Municipality of 
Sisimiut from Greenland. 

A priority of this Project was to take the collected ROADEX knowledge out into the Partner ar-
eas and deliver it first hand to practising engineers and technicians. This was done in a series of 
14 seminars across the Partner areas to a total audience of 800. Reports were translated into 
the 6 partner languages of Danish, Icelandic, Finnish, Greenlandic, Norwegian and Swedish as 
well as English. ROADEX research continued through 5 projects: measures to improve drainage 
performance, pavement deformation mitigation measures, health issues of poorly maintained 
roads, road condition management policies, and a case study of the application of ROADEX 
methodologies to roads in Greenland. All of the reports are available on the ROADEX website at 

www.roadex.org

.  

 

background image

 Page 9  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

Chapter 2. Knowledge to find good solutions 

 

 

 

The overall objective for the research task was to increase the understanding of the health risks 
to road users when travelling on poor quality roads. Better knowledge of this will facilitate risk 
reduction, by means of improved pave ment management, more conscious truck operations, in-
spire to future vehicle suspension system design i mprovements, et cetera. 

Three goals were set for the research: 

‱

  The first goal was to assess a typical truck driver’s daily exposure to ride vibration, in re-

lation to the EU Action Value, when driving on a typical Northern Periphery rural round 
trip route.  

‱

  The second goal was to investigate if truck drivers riding on very bumpy roads may be 

exposed to so intensive mechanical shock, that there is a risk for mechanical fatigue 
da mage in the hard tissue of their spine intervertebral end plates.  

‱

  The third goal was to validate and draft limits for an indicator of undesired variance of 

pavement lane cross slope. Such variance excites roll motion which is especially prob-
lematic in high (heavy) vehicles. Roll vibration may not only be uncomfortable and un-
healthy, but it also brings transient lateral forces that may cause skid accidents on slip-
pery surfaces.  

If the third goal was reached, it was hoped that the new pavement condition indicator could be 
put into daily practice by road agencies in their pavement manage ment syste ms. Through this it 
could be possible to identify hazardous sections and have the m repaired. Many roll-related skid 
accidents could thus be prevented and truck driver’s exposure to vibration and health risk de-
creased. 

background image

 Page 10  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

Chapter 3. Human, vehicle and road interaction 

 

 

Many readers will be able to read and appreciate the subsequent chapters, without first reading 
this rather long chapter. However, since the research topic covers several disciplines, it is likely 
that some readers may appreciate a condensed background that can bridge minor gaps of 
knowledge in unfamiliar disciplines. This chapter gives a brief summary on ride vibration and its 
effect on human beings. It also gives an introduction to heavy vehicle chassis dyna mics. Finally, 
it shows how road geometry and condition of the pavement excite vital ride forces and vibration. 

3.1 RIDE VIBRATION AND ITS EFFECT ON HUMAN BEINGS 

3.1.1 General health risks associated with ride vibration 

Back disorders are costly to society and are the main causes of sick leave in the working com-
munity. They cause great pain to those suffering, and are a significant economic burden to soci-
ety. Professional drivers are a group of workers that have been found to be at high risk for back 
disorders. Many epidemiological studies have been made on the relationship between back dis-
orders and vehicle operation with vibration exposure. The results show overwhelming evidence 
of a relationship that is consistent and strong, which increases with increasing exposure, and is 
biologically plausible. The risk is elevated in a broad range of driving occupations, including 
truck and bus drivers. Vibration exposure data indicates that current vehicles are likely to ex-
pose  drivers to vibration levels in excess of the EU  Action  Value, as  defined in  directive 
2002/44/EC [2]. Common control measures, such as seat suspension, are often not effective in 
the low frequency range where vibration energy peaks during most highway rides. A causal link 
has been found between back disorders, driving occupation and ride vibration. Numerous back 
disorders are involved, including lumbago, sciatica, generalized back pain, and intervertebral 
disc herniation and degeneration. Elevated risks are consistently observed after five years of 
exposure, see Teschke et al (1999) [1]. 

Whole-Body Vibration (WBV) is the term used to describe mechanical vibration and shock 
transmitted to the human body as a whole, usually through areas of the body (buttocks, soles of 
the feet and the back) in contact with a vibrating surface as seen in Figure 1. Vehicles travelling 
over rough surfaces expose people to periodic, rando m and transient ride vibration. Ride vibra-
tion contains  many frequencies, occurs in several directions (bounce, pitch and roll) and 
changes over time. Exposure to ride vibration causes various patterns of oscillatory motions and 
forces within the human body; a co mplex, intelligent and active structure. WBV within the range 
0.5 – 80 Hz cause resonance in various parts of the human body, such as the eye globes, head, 

background image

 Page 11  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

spine and stomach. Thus, WBV exposure may cause

1

 stressing disco mfort or annoyance, influ-

ence human performance capability or present a health and safety risk (e.g. pathological dam-
age or physiological change). The response to ride vibration varies in a confounding way; while 
bumps have a stressing alarm effect, the rocking  motion when riding over long wave undula-
tions results in drowsiness. 

 

Figure 1  

Whole-Body Vibration. From the EU Guide to good practice on WBV (2006) [24] 

 

Bovenzi & Hulshof (1999) [47] reviewed epide miologic studies conducted between 1986 and 
1997 on the relationship between exposure to vibration and problems in the lumbar part of the 
back. The review provided â€œ

clear evidence for an increased risk for LBP disorders in occupa-

tions with exposure to WBV. Biodynamic and physiological experiments have shown that seated 
WBV exposure can affect the spine by mechanical overloading and excessive muscular fatigue, 
supporting the epidemiologic findings of a possible causal role of WBV in the development of 
(low) back troubles

”. It is estimated that 4 - 7% of the working population in the EU are exposed 

to potentially harmful Whole-Body Vibration. 

The National Institute for Occupational Safety and Health reports that musculoskeletal injuries, 
such as low back pain, vertebrogenic pain, and degenerative disk disease, account for 1 out of 
5 of emergency-room-treated occupational injuries. Physical demands of many jobs make the 
musculoskeletal system highly vulnerable to a variety of occupational injuries and illnesses. 
WBV is one of the most important etiologic factors behind development of these disorders [27].  

Hedberg (1991) [32] reported that the risk for certain types of cardiovascular disease in Sweden 
is more than three times higher for commercial drivers than for the average worker. An in-
creased risk of  myocardial infarction a mong professional drivers was first reported about 50 
years ago, and has been reported repeatedly since then. Stress under certain driving conditions 

                                                 

1

 

A thorough guidance on evaluation of human exposure to ride vibration is given in part 1 and 5 of the international 

standard ISO 2631 [

18

] [

5

].

 

background image

 Page 12  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

is considered to explain the raised level of stress hormones found in commercial drivers, and is 
believed to cause a large proportion of the health problems, see Hedberg (1993) [33]. The in-
creased incidence and mortality from ischemic heart disease among Swedish truck drivers has 
remained constant over the period 1985 â€“ 1996, as shown by Bigert et al (2004) [26]. Hedberg 
& Langendoen (1989) [34] showed that amongst older commercial drivers,  musculoskeletal 
problems and cardiovascular diseases are the pri mary reasons for changing their occupation. 

3.1.2  Truck and bus drivers vibration exposure may exceed the EU Action Value 

The European health and safety directive on physical agent vibration, 2002/44/EC [2], defines a 
measure A(8) for workers’ 8 hour daily exposure to Whole-Body Vibration. If the A(8) exceeds 
the Action Value of 0.5 m/s

2

, the directive demands employers to take organizational and/or 

technical  measures to minimize the vibrations. Work tasks that bring exposures above the limit 
A(8) = 1.15 m/s

2

 are prohibited. In Sweden the exposure limit is sharpened into 1.1  m/s

2

. Since 

2005, the directive minimum require ments have been implemented in all EU member state na-
tional laws. The directive is showed in Figure 2.  

 

Figure 2  

EU Physical Agents Directive â€“ Vibration 2002/44/EC [2], front page 

 

Professional drivers may be exposed to high vibration exposure and risk. The main reasons are 
that vibration intensity is higher in heavy vehicles (as compared to passenger cars), and the ex-
posure time is often close to 8 hours per day. Ahlin et al (2000) [3] collated the vibration expo-

background image

 Page 13  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

sure of truck drivers with road roughness, vehicle type and condition, as well as with driving be-
haviour such as speed. Among the conclusions were that many heavy vehicle drivers in Swe-
den may be exposed to vibrations above the EU Action Value A(8) = 0.5 m/s

2

. Within reason-

able ranges, the degree of road roughness was found to have much larger impact on driver’s 
WBV exposure, than factors such as driving speed, vehicle type and vehicle condition.  

3.1.3 Bumps are of special concern to both ride quality and health 

3.1.3.1  Measuring discomfort due to bumpy rides 

Human exposure to occasional shock has large impact on the perceived ride quality. It is there-
fore very important that indicators of ride quality reflect comfort disturbance caused by 
shocks/bumps. Four methods to evaluate ride comfort are used all over the world today. A good 
overview of these is given by Els (2005) [60]. Most i mportant is the ISO 2631-1 (1997) [18]. 

SpĂ„ng (1997) [48] showed that the running Root-Mean-Square (RMS) of the weighted accelera-
tion (using integration time 1 s) is a useful definition of bumpy vibration. This definition corre-
lated very closely with annoyance perceived by a large test panel; R

2

 = 92 %. The running rms 

method is  used  for transient  vibration in  the  ISO 2631-1 standard. 

For public transport, the running rms values can be compared to the (dis-)co mfort scale in Table 
1. This vibration comfort scale is used for people in public transport on roads, railways, in air 
and at sea. The level of annoyance depends on passenger expectations with regard to trip dura-
tion and the  passenger’s activities (e.g. reading, eating or writing) and  many other factors 
(acoustic noise and temperature). Therefore limits are therefore not explicit, but include over-
laps.  

Table 1   

Indicative comfort reactions of people in Public transportation, as per ISO 2631-1 [18] 

min

max Comfort level

> 2

> 2

"Extremely uncomfortable"

1,25

2,5

"Very uncomfortable"

0,8

1,6

"Uncomfortable"

0,5

1

"Fairly uncomfortable"

0,315

0,63

"A little uncomfortable"

0

0,315

"Not uncomfortable"

a

w

 rms

 

Hassan & McManus (2001) [51] showed that professional drivers perceive somewhat lower 
comfort disturbance for a given vibration magnitude, than seen in Table 1. Two causal factors to 
this finding have been identified. First, the driver can see large road obstacles and are better 
prepared, (their resonance-sensitive organs are protected by increased muscle tonus) when the 
resulting vibration co mes. Secondly, the driver has a steering wheel in the hands, thus being 
better able to stabilize pitch and fore-aft motion of the upper body. However, there is no special 
comfort scale for professional drivers yet.  

Further reading is given in the section â€œ

3.1.4 Especially vulnerable road user groups

”. 

background image

 Page 14  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

3.1.3.2 Measuring health risk due to bumpy rides 

Sandover  (1998)  [4]  made an  review of expert opinion, stating that in  general, transient vibra-
tions  with  multiple shocks are  much  more  hazardous  than stationary vibration.  In  practice, this 
means that bumpy rides typically are unhealthier than ride vibration such as on a modestly 
wash-boarded gravel road. There are many examples demonstrating the risk from bumps, in-
cluding spinal compression fractures when riding snowmobiles or military combat vehicles in 
rough terrain.  

A  method to quantify Whole-Body Vibration containing multiple shocks in relation to human 
health was standardized in 2004. The ISO 2631-5 [5],  method uses peak vibration values to 
predict compression stress in the spine, and reports equivalent daily static co mpression dose, 

S

ed

. A 

S

ed

 value above 0.8 MPa reflects a high health risk due to transient mechanical shocks. 

In contrast, a 

S

ed

 value below 0.5 MPa corresponds to a non-significant risk. The employer is 

obliged to perform a risk assess ment for workers exposed to repeated mechanical shock, such 
as from bumpy rides. In Sweden, such assess ments are, in practice, made in accordance with 
ISO 2631-5. Results from such assess ments of professional drivers emphasize the importance 
of a smooth road surface to keep health risks low. 

Repeated driving over bumps, resulting in transient vibration yielding a 

S

ed

 over 0.5 MPa, may 

be prohibited by the Work Environment Administration. One exa mple is the recent prohibition, 
coupled with a 1 000 000 SEK (over 100 000 â‚Ź) fine, against risks associated with line bus traf-
fic over severe traffic calming speed humps on VikingavĂ€gen (the Viking Road) and Luf-
thamnsvĂ€gen (the Airport Road) in TĂ€by, Sweden. After the prohibition in the spring of 2007, the 
traffic on several bus routes totally stopped until each hump was repaired or totally removed, so 
that the 

S

ed

 was reduced to less than 0.5 MPa. See Brandt & Granlund (2008) [6]. 

Marjanen (2005) [61] studied transient vibration in 25 mobile  machines for 30 hours. The results 
showed that the ISO 2631-5 method, based on 

S

ed

 value, gave a worse rating of bumpy expo-

sures than the ISO 2631-1 method based on RMS-value. The latter is relevant for calculation of 
the daily vibration exposure A(8), as defined in the directive 2002/44/EC [2]. An illustrating result 
was an â€œ

uncomfortable

” exposure with RMS = 0.85 m/s

2

, gave a 

S

ed

 â€“value of 2.92 MPa. So 

while the RMS was below the exposure limit of A(8) = 1.15 m/s

2

, the exposure was high above 

the 0.8 MPa limit for high health risk defined in ISO 2631-5. 

When investigating methods applicable to tactical ground vehicles, Alem (2005) [62] found the 
ISO 2631-5 method to be more sensitive to cross-country terrain rides than other standards. 
The report mentions an anecdote on he maturia (blood in the urine) being observed in 50 % of 
the company, after completing a military exercise mission. 

According to the ISO 2631-5 standard, the X-Y axis natural frequencies in the human spine are 
about 2.1 Hz. Therefore it is important that humans are not exposed to strong vibrations at fre-
quencies around 2.1 Hz in or across the direction of travel. This should be recognized, when 
assessing risks associated with undesired variances in pavement cross slope, which in high ve-
hicles can cause transient roll motion acco mpanied by lateral (and vertical) vibration. 

Further reading is given in the following section “

3.1.4 Especially vulnerable road user groups

”. 

background image

 Page 15  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

3.1.4 Especially vulnerable road user groups 

 

Some people are especially vulnerable to vibration. Bumpy rides may be detri mental to:  

‱

 

People with certain disabilities, diseases or injuries. 

‱

  Pregnant wo men and their unborn babies, see Armstrong et al (1988) [36] and Council 

Directive 92/85/EEC. 

‱

 Injured 

ambulance 

patients. 

The Academy of Pediatrics (1999) [29] states, that ambulance transports may cause decreased 
vascular tone, manifested by unexpected decreases in blood pressure. Ride vibration may 
cause care equipment to co me loose, cause settings to change, or produce disturbances in 
monitors and equipment. Furthermore, vibration may decrease the a mbulance nurse’s ability to 
perform care procedures.  

Many ambulance patients report that the pain suffered during the transport as being the worst 
experience in their whole life. [Personal communication with Leif Leding of the Swedish Ambu-
lance Academy]. 

The European trend towards fewer and more specialised hospitals is resulting in a greater per-
centage of a mbulance transports having to cover longer distances while simultaneously admin-
istering intensive care. To manage this  more, and heavier, medical equipment is required to be 
carried on board. As a consequence of this, modern a mbulances must have a greater load ca-
pacity than before. Large vehicles, with a similar design to trucks, are needed. An effective load 
capacity of more than 1 tonne is common for Mobile Intensive Care Units (MICU). Ahlin et al 
(2000) [3] showed that ride vibration is significantly worse in large MICU a mbulance vehicles, 
than in small Emergency Ambulance vehicles.  

One of the few efficient methods to reduce ride vibration in ambulance cars, is for the driver to 
“read” the pavement surface condition and by risky driving avoid the worst roughness, as seen 
in Figure 3. 

 

Figure 3  

Emergency Ambulance on wrong side of Road 331, avoiding edge deformations  

background image

 Page 16  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

3.1.5 Vibration intensities in road vehicles and mobile machinery 

Most road vehicles, including modern trucks with suspended cabs, have fairly low levels of 
Whole-Body Vibration (WBV), given that the pave ment is in good condition. Vehicles with less 
effective suspension, such as trucks with non-suspended cabs, may cause high WBV levels. 
Heavy truck vertical vibration is maximum when the truck is unloaded, while roll and lateral vi-
bration tend to peak when the truck has full payload. Of course, the WBV exposure is very de-
pendent on the quality of road surfaces, vehicle speeds and other factors such as how the vehi-
cle is operated. Therefore, it is often necessary to measure the vibrations, or the road condition, 
in order to  make an accurate risk assessment. An indicative exa mple of vibration levels in road 
vehicles is given in Table 2. As can be seen fro m the table, the A(8) EU Action Value of 0.5 m/s

2  

corresponds to a work environment being on average “fairly unco mfortable” for the full working 
day. 

Table 2   

Indicative example of Whole-Body Vibration magnitudes in road vehicles 

Passenger 

cars     0.1 

to 

m/s

2

 average for route. 

 

 

 

 

 

 

 

Up to 2 m/s

2

 at bumps. 

Heavy trucks   

 

 

 

 

0.2 to 1.6 m/s

2

 average for route. 

 

 

 

 

 

 

 

Often over 2  m/s

2

 at bumps. 

Reference on co mfort, as per ISO 2631-1 [18] 

< 0.315 m/s

2

 is â€œnot unco mfortable”. 

 

 

 

 

 

 

 

> 0.5 m/s

2

 is â€œfairly uncomfortable”. 

EU 

Action 

Value 

[2] 

    A(8) 

0.5 

m/s

2

, “average over 8 hours” 

From the table, it can be seen that truck drivers are exposed to markedly higher vibration inten-
sity than car drivers. Campbell et al (1981) [35] explained some reasons: 
 

1.  Driver  location -  namely, the truck  driver is  usually  located at the extremities of the vehi-

cle, rather than near its centre of gravity. 

2.  Trucks are more dynamically active at low frequencies of excitation, as caused by the 

use of articulation for  manoeuvrability and frame flexibility for  durability 

3.  Truck suspension systems possess substantial amounts of dry friction, thereby trans mit-

ting more road input to the vehicle. 

 
The chassis suspensions on heavy vehicles are also designed for a much wider range of pay-
load, than on passenger cars. In addition, heavy vehicles have heavier unsuspended masses 
(tyre, rim, brake and axles) than cars do. When the unsuspended mass hits a bump, it transfers 
energy to the vehicle body. A heavier mass can transfer more vibration energy than a lighter 
mass.  
 
For a general co mparison purpose, examples of typical vibration levels in mobile  machinery 
used in civil engineering, forestry and industry works are given in Table 3. For machines that are 
often operated at considerable speed, such as graders and tractors, the highest vibration levels 
are usually generated in road transport mode. The table has been reproduced from the 

EU 

background image

 Page 17  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

Guide to good practice on Whole-Body Vibration

 [24], which gives useful guidelines to reduce 

risks from WBV exposure. 
 

Table 3   

Examples of WBV magnitudes in common mobile machinery [24] 

 

background image

 Page 18  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

3.1.6 Ride vibrations have a negative effect on traffic safety 

In the mid 1970’s, the exposure of truck drivers to vibration was an issue raised at the federal 
government level in the USA, formulated as â€œ

Do vibrations (as well as noise, toxic fumes and 

other factors that contribute to truck â€œride quality”) have a negative effect on driver health and on 
highway safety?

” Eventually, a five-year research programme, â€œ

Ride Quality of Commercial Mo-

tor Vehicles and the Impact on Truck Driver Performance

”, answered this question. The findings 

were summarised in the report 

Truck Cab Vibrations and Highway Safety

 [30]. This report was 

jointly produced by leading researchers, road authorities, vehicle manufacturers, hauliers and 
commercial drivers. It shows that the answer to the key question as to whether there is any cor-
relation between cab vibrations and road safety is  YES; see illustration in Figure 4. Yes, there is 
good reason to believe that vibrations affect drivers’ health, and that vibration must be elimi-
nated at source through effective road maintenance rather than merely dampened. The report 
concludes that if road network deterioration is allowed to continue, the result will be serious 
health and road safety problems. 

 
Figure 4  

The primary elements in the link between truck ride vibration and safety [30]. 

 

When studying Figure 4, take note of the described driver response in terms of stress and car-
diovascular effects. This associates with the research results on increased level of stress hor-
mones and mortality from ischemic heart disease, referred in the previous section “

3.1.1 Gen-

eral health risks associated with ride vibration

”.  

Road Feel

Vibration

Driver Response

Driver’s Performance

Vehicle Performance

Accident Potential

Ride Excitation

Roughness

Low Level, 

Distributed

Speed Influence

Frequency

Amplitude

Vehicle has:

‱ Variable Payload

‱ Stiff Suspension

‱ Dry Friction in the Springs

‱ Flexible Frame

‱ Multiple Coupled Masses

‱ Rotating Nonuniform Components

Ride Environment

Multi-Modal Vibration

Dominant Frequencies 
1 to 10 Hz

Dominant Amplitudes

up to 2 m/s

2

Rattling Control 
Instruments and Mirrors

Possible Momentary 
”Unseating” of Driver

Driver Response

Physiological Effects

eg.  Visual

Cardiovascular

Psychological Effects

eg. Discomfort

Stress 

Physical (Biodynam ic) 
Response – Vibration of 
Body Parts and Organs

Pathological Effects

eg. Back  Pain

Driver/Vehicle 

Performance

Vehicle

- Road Holding

- Component Wear   

- Component Failure

Driver

- Visual Acuity
- Reaction Times

- Tracking and other 

Motor Tasks

Accidents

Potentially Influenced by

-Prefatigue Vigilance

- Fatige-decreased Vigilance

-Drivers’ Modulation of Steering 
and Brake Controls

- Driver Affected by Ailments

- Image Clarity in Mirrors 

-”Unseated” Driver by Severe Jolt

- Vehicle Road-Holding 
Performance

Severe, 

Localized

background image

 Page 19  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

The most common lethal truck accident mode is rollover. Less common  modes are jack-knifing 
and trailer swing. Jack-knifing means the accidental folding of an articulated vehicle, similar to a 
pocket knife. When the prime mover skids, the trailer can push it from behind until it spins round 
and hits the trailer. Adverse road conditions, such as a slippery road surface, or an obstacle (i.e. 
curbs) hitting the rear wheels, may contribute to jack-knifing. Most truck drivers are skilful 
enough to correct a skid before the vehicle combination undergoes jack-knifing. Trailer swing is 
easier to correct. Side forces that result from cornering, operating on a crowned road, and side 
winds accelerate the jack-knife situation. 

Research by Ihs et al (2002) [31] confirms a positive correlation between road roughness (ride 
vibration) and traffic accident

2

 frequency (crash risk) in Sweden, see Figure 5. Rough roads with 

an IRI

3

-value over 3 mm/ m show more than 50 % higher crash rate than s mooth roads with an 

IRI below 0.9 mm/m. The study also showed that as roughness beco mes very severe (over 10 
mm/m), the crash rate increases even more than shown by the slope of the linear graphs. 

The graphs at Figure 5 also show that the crash rate is much higher in the winter, than in the 
summer. This is due to factors such as lower road surface friction on icy roads and darker driv-
ing conditions. 

Figure 5  

Rough roads have > 50 % higher crash rate. After Ihs et al [31] 

 

                                                 

2

 In the study, accidents in junctions and with wild animals were excluded. 

3

 

IRI = International Roughness Index 

background image

 Page 20  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

3.1.7 Summarizing health and safety risks for EU Northern Periphery road users 

The Swedish National Institute of Public Health has found that in Sweden, the most common 
types of preventable  mortalities are lung cancer (death rate of 17.1), suicide (15.4) and cerebro-
vascular disease (11.8). Among the therapeutic treatable death causes, diabetes mellitus is 
worst with a death rate of 4.5. Road traffic crashes are worse, with a death rate of 4.9 on aver-
age for the whole country. However, there are large differences in the risk of being killed in a 
road traffic accident between different areas in Sweden. While the urban areas of Stockholm, 
Gothenburg and Malmoe have a Standardised Mortality Ratio (SMR) of 70 for road traffic 
crashes, the rural areas have a SMR of 177. This means that road users in the rural areas have 
153 % higher risk in ending up in a lethal crash, as compared to road users in large cities. Of 
the rural counties in Sweden, JĂ€mtland and VĂ€sternorrland have the highest SMR for road traf-
fic crashes. In these counties, road traffic crashes are taking 39 % more lives than diabetes is 
[58]. 

This chapter has clearly showed that EU Northern Periphery road users are exposed to serious 
health and safety risks. Professional drivers are exposed to a very high risk for stress-related 
cardiovascular diseases, having three time higher rate for certain types of cardiovascular dis-
ease than other people. They are also exposed to high risk for musculoskeletal problems. All 
road users in the Northern Periphery are at high risk for being injured in traffic crashes on rough 
and poorly maintained roads. These serious findings call for responsible corrective actions. 
Such actions must be very well focused, since the available funds are sparse compared to the 
size of the Northern Periphery road networks. 

 

 

background image

 Page 21  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

3.2 AN OVERVIEW OF HEAVY TRUCKS DYNAMICS 

Why do truck suspension systems isolate some vibrations very well, yet amplify others? This 
section will attempt to answer this type of question. The following texts are inspired by several 
sources, including handbooks such as the 

Fundamentals of Vehicle Dynamics

 [7]. The suspen-

sion performance figures come from a presentation on heavy trucks dynamics [8], and are re-
printed with kind permission by MSc Henrik Lindh, supervisor on vehicle dyna mics at Volvo 3P. 

3.2.1 Sources of truck ride vibration 

The term  ride

4

 vibration describes motion with frequencies from 0.5 to 25 Hz. Truck vibrations in 

the ride frequency range are excited by both internal and external sources. Internal sources in-
clude engine combustion pulses, power train i mbalance, non-uniform wheel geometry and non-
uniform tyre stiffness. External sources include pavement roughness, pavement deflection vari-
ance [9] and air pressure variance (wind load, or air bursts fro m fellow vehicles or reflections 
from road tunnel walls). 

3.2.2 Influence of road roughness, vehicle factors and speed 

In brief, truck cab vibrations are primarily determined by road condition, with vehicle properties 
being secondary, as seen in Figure 6 by ForssĂ©n (1999) [10]. Note the “0.00” effect of tyre pres-
sure variance. This result is from tests within normal pressure level recommendations, while ex-
tremely low pressures when using Central Tyre Inflation (CTI) systems have a large effect.  

 

Figure 6  

Effect of road roughness and vehicle properties on truck cab vibration [10]. 

 

There is, in general, also a strong positive correlation between speed and vibration. At speed 
levels below some 30 km/h, such as in parking lots and during off-road driving at construction 
sites, an increase in speed by one percent will increase vibration several percent.  

                                                 

4

 Many vehicle engineers distinguish between RIDE as < 5 Hz and SHAKE as 5 – 25 Hz vibration. 

background image

 Page 22  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

At highway speeds however, the effect of speed on ride vibration is rather small. To reduce vi-
bration a certain percent, it may be necessary to reduce speed twice as much. An example from 
a 20 km test site is given in Figure 7. A 29 % speed reduction (fro m 70 km/h to 50 km/h) re-
sulted in only 18 % reduction in average vibration and 15 % reduction in maximum vibration. 
Also at 30 km/h, the 0.5  m/s

2

 EU Action Value was exceeded. The speed limit was 90 km/h [9]. 

Ahlin & Granlund (2002) [11] showed in a theoretical analysis that when driving at highway 
speed levels, a large effect of speed change on ride vibration can only be expected when the 
road roughness consists of high amplitudes at long wavelengths. If there is a high degree of 
roughness with intermediate-length, the speed  must be reduced to parking lot speed level, i.e. 
below 20 km/h, in order to reduce vibration significantly. If only very short wave roughness is 
present, the chassis vibration may in fact be reduced by increasing the driving speed. (The latter 
is a very rare exception however, since most rough roads also have high amplitudes at long 
wavelengths). 

1,18

0,97

0,74

3,15

2,67

2,24

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

70

50

30

Driving speed [km/h]

R

M

S

 o

f w

e

ig

h

ted

 vi

b

ra

ti

o

n

 ac

cel

e

rat

io

n

 [

m

/s

2

]

Average level over 20 km

Max level (over 1 s)

 

Figure 7  

Influence of speed on seat vibration in a loaded Volvo FL12 on Rd 374, n w Storfors, Sweden 

background image

 Page 23  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

3.2.3 Heavy trucks have several suspension systems 

All highway vehicles have a suspension system designed to isolate vertical vibration from the 
wheels to the vehicle body. The primary functions of a chassis suspension system are to [7]: 

‱

  Provide vertical compliance so the wheels can follow uneven road surfaces, while isolat-

ing the vehicle body from the road’s roughness. 

‱

 

Maintain the wheels in proper steer and camber attitudes to the road surface. 

‱

  React to tyre control forces â€“ longitudinal (acceleration and braking) forces, lateral (cor-

nering) forces, and braking and driving torques. 

‱

 

Resist chassis roll motion. 

‱

 

Keep the tyres in contact with the road under minimal load variations. 

Obviously, chassis suspension systems must meet many more demands - not least in a safety 
perspective - than to “only” isolate the cab from vibration and shock of various frequencies, di-
rections, a mplitudes and interacting histories.  

A modern heavy truck has several suspension systems, as seen in Figure 8. In fact, the trucks 
frame may also be considered as a suspension system, with its flexural bending modes. Inside 
the cab,  most truck driver’s seats are today also equipped with a suspension system. 

 

 

Figure 8  

Heavy trucks have several suspension systems 

 

background image

 Page 24  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

3.2.3.1  The tyre acts like a spring 

Counting from the vibration main source, the road surface, the truck’s first vibration filter com-
prises its tyre.  

 

Due to the enveloping effect of its contact patch, the tyre smears variance in pavement Macro 
Texture (MaTx have waves from 0.5 to 50 mm length) and to some extent Mega Texture (MeTx 
have waves from 50 to 500 mm). The tyre walls also act like springs, which - under noise gen-
eration - further absorb texture variance and interact with the vertical motions of the vehicle 
body and unsprung masses. The tyre does not provide significant damping, with regard to the 
lower frequencies of ride. 

The vertical vibration isolation performance of a typical truck tyre is demonstrated in Figure 9. 
The upper left graph shows an example of road profile spectra (tyre input), while the upper right 
graph shows wheel axle acceleration (tyre output). The bottom curve shows the quotient of road 
“acceleration”

5

 and axle acceleration. This gain curve shows the tyre’s isolation performance. A 

gain below 1 means that the system is isolating vibration, while a gain over 1 means that it is 
amplifying. As seen, the tyre efficiently isolates vibration with frequencies higher than some 12 
Hz. At the tyre eigenfrequency of about 8 - 12 Hz, vibrations are amplified. This resonance re-
sponse is known as â€œwheel axle hop”, and contributes to wash boarding of poor dirt roads. Vi-
brations with low frequencies are transmitted straight through the tyre, which then follows the 
road profile like a rigid body. 

                                                 

5

 

The time domain term â€œroad acceleration” may be somewhat confusing to road engineers. It corresponds to the 

spatial domain term â€œSlope Variance” (SV). SV was a key parameter in the 1958 â€“ 1960 AASHO Road Test [12], 

used as an index for short wave road roughness. In the giant AASHO Road Test, SV was found to be the most impor-

tant factor behind the Public’s judgement of road serviceability. In fact, the Road Test results showed that SV (road 

roughness) was many times more important for road users ratings, than rutting, cracking and patch repair altogether. 

 

background image

 Page 25  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

 

Figure 9  

Input and output vertical acceleration of a truck tyre [8] 

 

The basic relationship between roughness wavelength (

λ

) [unit: m], travel velocity (

υ

) [unit: m/s] 

and vertical vibration frequency (

f

) [unit:  Hz] is  given in Formula  1.  

f

Μ

λ

=

  

 

 

Formula 1, Wavelength, Velocity and Frequency 

 

When driving at 30 km/h (8.3 m/s), the tyre spring resonance of 8 - 12 Hz occurs on 0.7 - 1 m 
road roughness wavelength, as per Formula 1. At 90 km/h, tyre resonance occurs on 2 - 3 m 
waves. 

background image

 Page 26  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

3.2.3.2 The chassis suspension isolates the vehicle body from the wheels 

Counting from the vibration main source, the road surface, the truck’s second vibration filter 
comprises its 

chassis suspension

 

The vertical vibration isolation performance of a typical truck chassis suspension is de mon-
strated in Figure 10. The upper left graph shows our example of wheel axle acceleration (chas-
sis suspension input), while the upper right graph shows frame acceleration (chassis suspen-
sion output). The bottom curve shows the quotient of the axle and fra me acceleration. This gain 
curve shows the chassis suspension’s isolation performance.  

The truck chassis suspension system efficiently isolates vibration with frequencies higher than 
some 5 - 6 Hz. Vibrations with some 2 - 4 Hz are a mplified. Vibrations with low frequencies are 
transmitted straight through the suspension. 

When driving at 30 km/h, the suspension resonance of 2 - 4 Hz occurs over road roughness 
with 2 - 4  m wavelength. At 90 km/h, suspension resonance occurs over 6 - 12.5  m roughness 
waves. 

 

Figure 10 

 

Input and output vertical acceleration of a truck chassis suspension system [8] 

 

Ride vibration is typically small in amplitude, involving some tenfold millimetres of suspension 
travel. Many truck suspension systems exhibit nonlinear properties, due to friction in struts and 
bushings, or interleaf friction in leaf springs. Gillespie [7] explains that for small ride motions, the 
effective stiffness  may be three times greater than the no minal spring stiffness. Therefore some 

background image

 Page 27  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

trucks may actually be more comfortable on roads with a lot of short wave roughness, than on 
roads without such roughness. However, this is not true for long waves and in cars. 

3.2.3.3 Frame beaming 

Counting from the vibration main source, the road surface, the truck’s third vibration filter com-
prises its 

frame

. It is somewhat questionable whether or not to consider the frame as a suspen-

sion system. However, its negative effect on ride is significant at 

beaming

 resonance frequen-

cies.  

It is custo mary to make heavy truck fra mes flexible, due to commercial demands such as low 
deadweight, fatigue resistance and traction in off-road conditions. 

Figure 11 shows a 34 Degree-Of-Freedom truck  model. Here the frame is  modelled as consist-
ing of 6 beam sections, connected with longitudinal and torsion springs and da mpers (not 
shown). Examples of beaming are showed later, in Figure 13. 

Note the integrated  model of the suspended truck engine, constituting a powerful source of in-
ternal vibration with higher frequencies. The first harmonic of an engine running at 1500 rpm is 
at 1500 / 60 = 25 Hz, while higher order engine harmonics have higher frequencies. 

 

Figure 11 

 

Truck model having a flexible frame [8] 

 

background image

 Page 28  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

3.2.3.4 The cab is isolated from the frame 

Counting from the vibration main source, the road surface, the truck’s fourth vibration filter com-
prises its 

cab suspension

.  

 

The vertical vibration isolation performance of a typical truck cab suspension is demonstrated in 
Figure 12. The upper left graph shows our example of frame acceleration (cab suspension in-
put), while the upper right graph shows cab acceleration (cab suspension output). The bottom 
curve shows the quotient of the frame and cab acceleration. This gain curve shows the cab 
suspension’s isolation performance. The system efficiently isolates vibration with frequencies 
higher than some 3 Hz. Vibrations with some 1 - 2 Hz are amplified. When driving at 30 km/h, 
suspension resonance of 1 - 2 Hz occurs on road roughness with 4 - 8 m wavelength. At 90 
km/h, resonance occurs over 12 - 25 m waves. Vibrations with very low frequencies are trans-
mitted straight through the suspension. 

Figure 12 

 

Input and output vertical acceleration of a cab suspension system [8] 

 

background image

 Page 29  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

3.2.4 Net vibration in a truck cab 

As seen in the above graphs, each of the suspension syste ms in a truck isolate vibration very 
efficiently. This is true for vibration with frequencies above each system’s eigenfrequency. For 
vibration close to an eigenfrequency, resonance results in amplification instead of isolation. 
Resonance is seen as values above 1 in the above gain curves for each system. 

For an articulated tractor-trailer truck cab, an example of net vibration content is given in Figure 
13. The graph has resonance peaks at the eigenfrequencies of each suspension system.  

Note that on the vertical logarithmic scale of the Figure, the cab vibration is many times more 
powerful at 1 - 3 Hz frequencies than at higher frequencies. For highway speeds of 50 - 90 
km/h, the 1 - 3 Hz frequency range corresponds to 5 - 25 m long road unevenness wavelengths. 

 

 

Figure 13 

 

Power Spectral Density of net vibration in a truck cab [8] 

 

 

 

 

background image

 Page 30  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

3.2.5 Seat suspension 

A good seat improves the situation further, and the most efficient vibration isolating seats used 
in road vehicles can be found among truck driver seats.  

Figure 14 shows vertical vibration data taken by Ahlin et al [3] at cab floor and at the driver’s 
seat in a Volvo F12 6x2 timber logging truck, when travelling on National Highway 90 in North-
ern Sweden. By comparing the graphs, it is clear that cab floor vibration at frequencies over 3 
Hz are quite efficiently isolated from the drivers buttocks by the advanced air suspended truck 
seat.  

However, the graph for the seat pan shows highest seat vibration intensity at frequencies be-
tween 1.5 and 2.5 Hz. By comparing the graphs in Figure 14, it is clear that the expensive air 
suspended seat does not isolate vibration, but rather amplifies vibration, at the dominant fre-
quencies below 3 Hz. 

 

Cab floor 

Driver’s seat 

 

Figure 14 

 

Power Spectral Density of vibration on the seat and on the floor in a truck cab [3] 

 

 

32 kilometres of the Hw 90 test section were very rough, while 5 kilometres were smooth. The 
root-mean-square for the weighted vertical acceleration on the seat was 0.96 m/s

2

 on the 32 km 

very rough section of Hw 90, while the corresponding figure for the 5 km smoother section was 
0.38 m/s

2

. The figure 0.96 m/s

2

 from the rough section is much higher than the A(8) = 0.5 m/s

2

 

action value for an daily eight-hour reference period, set in the health and safety directive 
2002/44/EC [2]. Clearly, the ride vibration problem related to roads with similar roughness (es-
pecially long wave, as indicated fro m frequency content in Figure 14), is very serious. After the 
truck ride measurements were taken by Ahlin et al [3], the 32 km long rough section of Hw 90 
was reconstructed by Swedish Road Administration. 

A new and promising technology for da mping in seat and cab suspension syste ms is based on 
MagnetoRheology (MR). While developed for seat suspensions, MR-technology may be more 
successful in large vehicle cab suspensions, where it can be used with soft springs without 
comprising ride and stability. LeRoy (2006) [68] claims that MR can provide both roll isolation 
and pitch stability. 

background image

 Page 31  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

3.2.6 Wheel axle vibration impacts on traffic safety 

As a truck wheel axle is exposed to roll vibration, any arbitrary point at its outermost parts (as 
well as on the attached wheels) moves in lateral direction. This results in distortion to the 
tyre/road contact patch, making the laterally moving patch polishing the road into lower friction 
for following vehicles. This contact patch distortion also increases the vehicle’s own need for 
road friction and increases its tyre wear [Personal communication with Dr Boris Thorvald, 
Scania Commercial Vehicles AB]. 

Less obvious is that  when an axle is exposed to roll vibration, it also yaws.  This is  analyzed  by 
Ahmadian & Ahn (2003) [28]. As a wheel moves upwards and the suspension is mo mentarily 
compressed, its toe angle changes. This results in a steering response, similar to the driver 
slightly turning the steering wheel. If a steering effect occurs as both wheels go up parallel, the 
pheno menon is called â€œbump steer”. If it occurs as one wheel rises and the other falls (axle roll), 
it is called â€œroll steer”. Solid axles generally have zero bump steer. The occurrence of roll steer 
is more or less inevitable, but the degree of severity differs between axle and truck models. 

A soft chassis suspension may result in severe bump steer behaviour, especially by the front 
steering axle. In Australia, this has been identified by McFarlane & Sweatman (2003) [37] as a 
source of poor lane-keeping behaviour on rough road sections. Where the road width is narrow, 
these lateral disturbances  may require the driver to increase concentration into a stress level 
significant for driver fatigue. 

Roll vibration also results in significant vehicle fatigue damage, as discussed in a Ph D thesis by 
Bogsjö (2007) [22]. The research reported by Bogsjö is based on a large amount of road condi-
tion data,  measured with one of SRA CS Profilographs on a set of roads including Rd 331; the 
road studied in this ROADEX III research task. 

 

background image

 Page 32  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

3.2.7 Final remarks on heavy truck dynamics 

It is well known, even amongst non-specialists, that 

stiffness

 and 

damping

 are important sus-

pension design parameters. The potential of softer suspensions as a method to reduce cab vi-
bration has been studied by Ă–ijer & Edlund at Volvo 3P [14]. The results show that a very soft 
suspension may reduce cab vibration by some 6 - 20 %, which is a clearly noticeable difference. 
The study also showed that after resurfacing the test road, the cab average vibration was re-
duced by 67 % and its peak vibration by 85 %. 

When heavy trucks are exposed to roll forces at frequencies below some 3 Hz, resonance may 
cause the roll response to be larger than the input. There is a theoretical possibility that the 
truck roll eigenfrequency can be reduced, and thus the entire roll resonance, by designing the 
vehicle with extremely low roll stiffness (by reducing spring vertical stiffness and minimizing lat-
eral separation of left and right springs). However, as illustrated in Figure 15, the interaction be-
tween 

stiffness

 and 

damping

 also includes a third, and less publicly recognized parameter; 

spring travel (

or

 deflection/displacement

). Low roll stiffness brings large roll displacements and 

very poor cornering performance, in terms of a  major tendency to rollover in connection with fast 
large lateral manoeuvres such as in the fa mous â€œMoose test” (quick lane change). This is of 
course unacceptable fro m a traffic safety perspective, and therefore not suitable to imple ment in 
practice [Personal conversation with Dr John Aurell, Volvo 3P]. 

 

Figure 15 

The dynamic triangle of stiffness, damping and spring travel [8] 

 

When designing single syste ms therefore, the vehicle manufacturer must consider the complete 
vehicle performance. Other requirements than vibration environment  must also be considered, 
such as commercial aspects, stability, handling and safety. 

The bottom line is:  

If there really would have been any good quick fixes to radically improve truck drivers 
ride vibration environment without sacrificing other important issues like traffic safety, the 
large and skilled engineer teams at Volvo, Scania and other truck manufacturers would 
have implemented them long ago. 

background image

 Page 33  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

3.3 RELATING RIDE FORCES TO PAVEMENT PROPERTIES 

 

This section gives a brief summary on pavement geometry design, required to balance ride 
forces in curves (dyna mic equilibrium), and how pavement roughness - as well as bearing ca-
pacity variance - excite heavy truck ride vibration. The texts are inspired by various road design 
manuals and handbooks, such as the AASHO Policy on Road Design [16]. 

3.3.1 Tight curves are hazardous 

Tight curves are typically more hazardous than straight road sections. An example of this is 
seen in the map of hospital reported accidents on the section of Rd 331 shown in Figure 16. 
While the straight sections of the road showed no accidents, the wide curves show some, and 
the tight curves show several accidents. In fact, more accidents happened in the sharp â€œRoos 
curve” than at the junction with the significantly more trafficked National Highway 87. In the fol-
lowing sections, dyna mic imbalance due to incorrectly banked curves is explained as a risk as-
sociated with tight curves. The subject of dynamic equilibrium of cornering forces was initially 
not considered for the project task, but serious findings during the project work  made it inevita-
ble to include it into the report. 

 

 
Figure 16 

The south exit of Roos curve in Ă–sterforsse shows unusually many accidents 

background image

 Page 34  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

3.3.1.1 Steady cornering require dynamic equilibrium by correctly banked curves 

This first part of this section analyses the â€˜exciting’ lateral force acting on a cornering vehicle. 
Thereafter, the analysis continues with the ‘reaction’ forces needed to keep the vehicle steady in 
the desired curved path. When balancing these forces, the key exciting factors are vehicle (ref-
erence) speed and the road horizontal curvature, whilst the key retaining factors are lateral fric-
tion and pavement superelevation (single sided cross slope in curves).  

At highway speeds on wet road surfaces, road friction is basically a function of pave ment Macro 
Texture (MaTx) only. Thus, in slippery conditions, the cornering reaction forces depend totally 
on texture and the pavement superelevation. Under extremely slippery conditions, the lateral 
friction may drop to almost zero. One example is when driving on black ice. In such conditions, 
the only reaction force available to balance the ride is totally related to the pavement superele-
vation/cross slope.  

This section ends by showing how this knowledge is used when designing superelevation in 
curves on new roads, and concludes that this knowledge is not yet sufficiently used in the man-
agement of curves on the existing road network. 

Failure modes in accidents related to curve design and road friction 

De Solminihac et al (2007) [38] have studied accident outcomes in horizontal curves, and have 
seen that light vehicles are more prone to run-off than are trucks, whereas the main failure con-
dition for trucks and SUV’s is roll over.  

Strandberg (1974) [53] related the truck rollover problem to the fact that many heavy vehicle 
combinations have poor rollover (overturning) stability. It is unusual that passenger cars rollover 
at lateral accelerations below 10 m/s

2

. However, the rollover limit is often less than 3 - 4 m/s

2

 for 

trucks. A half empty tanker with a bad suspension might roll below 2 m/s

2

. While passenger cars 

require high friction and extreme skid to rollover, trucks may rollover on slippery surfaces with-
out much warning to the driver. Strandberg also referred to numerous of investigations showing 
that most truck drivers use larger lateral accelerations at low speeds than at high speeds. Two 
of the  most efficient truck design improvements to safety are utilizing maximum lateral distance 
between chassis suspension springs and implementing anti-roll bars. Both actions result in 
higher roll stiffness, thereby increasing roll vibration.  

Persson & Strandroth (2005) [39] identified skidding as a common failure  mode in lethal crashes 
on Swedish roads. During wintertime, 53 % of the lethal skid accidents occurred on thin and 
very slippery â€œblack ice”. Wide roads with a high standard of winter operations did not feature to 
any extent in skid statistics.  Krafft  et  al (2006) [44] compared  Swedish accident  outcome for 
cars with and without an antiskid system. They found that antiskid systems reduced the risk of 
accidents involving human injury by over 13 % lower on dry road surfaces. Furthermore, on 
slippery surfaces, antiskid syste ms reduced the risk by an astonishing  minimum of 35 %. This 
shows that the efficiency of antiskid systems as safety equipment is almost as fundamental as 
of a seatbelt. This further confirms skidding as a common and very serious safety risk on icy low 
volume roads in the northern parts of EU. 

background image

 Page 35  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

The exciting lateral force 

As described by Newton’s second law of mechanics, cornering vehicles undergo centripetal ac-
celeration acting toward the centre of the curvature. As seen in Formula 2, the associated lat-
eral

6

 force 

F

 is a product of vehicle mass 

m

 [kg] and squared vehicle speed 

v

 [m/s], divided by 

the curve radius 

R

 [m]. For a vehicle with given reference speed, the lateral force depends only 

of the curve radius. Smaller radii (tighter curves) yield higher lateral forces. For tight curves, 
even a minor increase in radius results in a large decrease of the lateral force.  

R

m

F

2

*

Μ

=

 

 

Formula 2, Lateral acceleration force acting on a cornering vehicle 

 

Figure 17

 shows the factors influencing the cornering forces acting on a vehicle as described by 

the â€œPoint mass model”, used in road design manuals worldwide. These are the gravitational 
force 

G

 [N], the  normal force 

N

 [N], the lateral force 

F

 [N], the side friction (demand) factor 

f

s

 [-], 

and tangent  of the angle 

α

 corresponding to pavement superelevation/banking/cross slope [%]. 

The total road grip between tyre and pave ment can be divided into a tangential part (braking 
friction, longitudinal direction) and a radial part (side friction, lateral direction). The side friction is 
the part of the total road grip normally utilized when cornering. 

 

Figure 17  

Vehicle cornering forces [

15

                                                 

6

 In 

Figure 17

, the centripetal force is substituted by a corresponding centrifugal force in the opposite direction. Even 

though people in a cornering vehicle perceive a â€œcentrifugal force”, it is fictive (not real) on the vehicle. This report 

follows the practice set used in many road design manuals, by referring to the (fictive) centrifugal force, rather than to 

the fundamentally correct centripetal force with opposite direction. 

background image

 Page 36  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

The reaction forces needed to balance the ride 

If the lateral force 

F

 is not balanced by reaction forces, the vehicle ride will beco me unstable 

and the risk of a traffic accident (run-off, skidding and rollover) will increase. There are two reac-
tion forces that may balance the lateral force 

F

. One is the  horizontal component of the normal 

force; 

N * 

sin(

α

). The other is the horizontal component of the side friction developed between 

the vehicle's tyres and the pavement surface friction force, 

*

  f

s

 * 

cos (

α

)

. This can be ex-

pressed by the equation in Formula 3.  

)

cos(

*

*

)

sin(

*

α

α

s

f

N

N

F

+

=

 

Formula 3, Lateral equilibrium 

 

After division by cos (

α

), the equation can be written as Formula 4. 

)

)

(tan(

*

)

cos(

s

f

N

F

+

=

α

α

   

 

Formula 4, Lateral equilibrium (2) 

 

After substitution with 

N

 = 

m

 * 

g

 (g being the gravitation constant) and with 

F

 as per Formula 2, 

the equation can be further developed as Formula 5. 

)

)

(tan(

*

*

)

cos(

*

*

2

s

f

g

m

R

m

+

=

α

α

Μ

 

 

Formula 5, Lateral equilibrium (3) 

 

After elimination of 

m

 and recalling that cos(

α

) is close to 1 for small angles (from a mathemati-

cal point of view, pavement cross slopes are small angles), the equation is, with good approxi-
mation, finally expressed as Formula 6. 

s

f

g

R

+

≈

)

tan(

*

2

α

Μ

   

Formula 6, Lateral equilibrium (final expression) 

 

This shows that a steady cornering is totally depending on the sum of the cross slope (banking) 
and the side friction factor. The correct application of banking reduces the need for side friction; 
while incorrect banking may instead increase the need for side friction.  

background image

 Page 37  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

Figure 18 shows the ‘demand’ side, the left hand side, of Formula 6 as a linear function of lat-
eral force (Curvature

7

) for speeds of 30 to 110 km/h. A similar graph as function of curve radius 

is shown in Figure 19. These graphs show that slippery surfaces in very tight curves (R < 200 to 
300 m) may be a challenge at low speed levels of 30 to 50 km/h also.  

In very slippery conditions, when friction approaches zero, a cornering vehicle must be retained 
by another force other than friction. As seen in the right side of Formula 6, the only retaining fac-
tor beside friction is banking. Banking can be designed up to 5.5 % in Sweden. As friction gets 
low, this banking can also be decisive for safe cornering in flatter curves as can be seen by the 
de mand values in Figure 19. Conditions that create slippery roads when cornering at highway 
speeds include  black

8

 ice, bleeding asphalt, surface contamination such as mud and sand, as 

well as driving with threadbare slick-worn tyres on a wet road surface. 

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Horizontal Curvature, 1000/R, [m

-1

]

D

e

man

d

ed

 su

m [

-]

30 km/h

50 km/h

70 km/h

90 km/h

110 km/h

 

Figure 18 

Demanded sum of superelevation and side friction to balance the cornering force 

 

                                                 

7

 Curvature is defined as 1000/

R

, thus being directly proportional to the exciting lateral force as seen in Formula 2. 

Curvature also has another advantage over radius, when analyzing and reporting road alignment data. While straight 

sections make the radius approach +/- infinity (which is difficult to plot in a linear scale), curvature approaches 0 and 

is easy to plot. This is fundamental to plots as in Figure 71. 

8

 Black ice, also known as "glare ice" or "clear ice," typically refers to a thin coating of glazed ice on a surface, often a 

roadway. While not truly black, it is transparent, allowing the usually-black asphalt/macadam roadway to be seen 

through it, hence the term. It is unusually slick compared to other forms of ice on roadways. It often has a matte ap-

pearance rather than the expected gloss; and often is interleaved with wet pavement, which may be identical in ap-

pearance. For this reason it is especially hazardous when driving or walking because it is both hard to see and ex-

tremely slick. [Source: Wikipedia, encyclopedia on Internet] 

background image

 Page 38  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

Horizontal Curve Radius, R, [m]

D

e

m

a

nde

d s

u

m

 [

-]

30 km/h

50 km/h

70 km/h

90 km/h

110 km/h

 

Figure 19 

Demanded sum of superelevation and side friction to balance the cornering force 

 

Braking tests may not always correctly reproduce what can happen in practice. Even though 
adequate friction numbers are recorded in tests, cornering in under-banked curves may still end 
in run-off accidents under certain winter conditions. This can occur on a snow layer. Under test 
conditions a test tyre may be able to penetrate the snow during intensive braking, and find grip 
in the underlying asphalt. In practice however this  may not happen as the (lower) cornering 
forces  may be insufficient to penetrate the slippery snow layer. Under these conditions, correct 
banking  may be the only safeguard for safe cornering. 

background image

 Page 39  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

Designing superelevation in curves on new road sections 

The side friction factor needed to balance the lateral force in poorly banked curves can be com-
pared with the 

side friction factor used for design purpose 

(set by the road  agency). In order to 

maintain a safe margin with respect to the inevitable temporary low friction conditions such as 
due to snow, ice, water, bleeding asphalt and poorer than average tyres, the factor used in de-
sign must be substantially lower than the demand friction factor. The side friction factor used in 
Sweden for superelevation design purpose is given by Formula 7. It is also shown in Figure 20. 

Μ

*

6

.

3

*

0096

.

0

dim

,

*

28

.

0

−

=

e

f

s

 

 

Formula 7, Side friction design factor in Sweden [15] 

 

where 

f

s, dim

 

= side friction factor used for design [-] 

e

  

= the natural logarithm [-] 

v

  

= design speed [m/s] 

 

 

Figure 20 

Swedish design values for total friction, brake friction and side friction [15] 

 

The side friction factor used in Sweden for road design corresponds to approximately 2/3 of 
measured friction between good car tyres and wet asphalt pavements in good condition. Gilles-
pie (1992) [7] reports that truck tyres generally exhibit lower friction values than cars, because of 
higher unit loading in the contact patch and different tread rubber compounds. 

After applying the design factor, standard sheets with ideal superelevation values can be calcu-
lated for each speed li mit level. The sheet for 90 km/h is given as an exa mple in Figure 21. 

background image

 Page 40  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

 

Figure 21 

Ideal ratios for superelevation at 90 km/h, as function of horizontal radius [15] 

 

As mentioned above, superelevation design is based on analysis of the forces acting on a point-
mass model. This analysis assumes that the driver will follow a perfect curved path at the de-
sign speed. This assumption can however be far from real world conditions. For exa mple, the 
path travelled in practice often includes transient curvatures (and thus lateral forces) much 
higher than assumed, such as when changing lane when overtaking another vehicle, yawing to 
compensate for wind bursts, or yawing to avoid road da mages such as potholes.  

There is, as already stated, a margin between the side friction demand factor and the design 
side friction factor, but the increased accident rate experienced at many sharp curves, such as 
on the new expressway between Falun and BorlĂ€nge in Sweden, questions whether the current 
margin is large enough. It is possible that the deviations between the design model assumptions 
and the real world conditions, as described above, are too large to be covered by the existing 
margin. If so, the design of reversed superelevation, as currently allowed as per note 2 in Figure 
21, should be reviewed. 

 

background image

 Page 41  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

Maximum values of cross slope and banking/superelevation 

For snow and ice contamination, superelevation should not exceed a slope on which vehicles 
standing or driving slowly would slide toward the centre of the curve. In Norway, the maximum 
allowed value for banking in existing hairpin curves is 9.5 % [41], see Figure 22. Sliding in a 
section with 9.5 % banking  may happen when the side friction factor is below 0.095 (9.5 %). 
However, the consequences of a slip incident at low speed are likely to be milder than those of 
skidding in high speed due to too low banking of a hairpin curve. 

 

Figure 22 

Guidelines for maintenance of banking in existing curves in Norway 

 

Up until now, there has been an absence of a national guideline for superelevation on existing 
roads in Sweden. For the design of new curves in new road sections, the maximum value is 5.5 
% [15] (plus a construction tolerance of some 0.5 % [40]). This conservative Swedish road de-
sign code is however irrelevant for hairpin curves, which are inevitable in the mountainous roads 
in Norway. Very sharp curves also exist on old roads in Sweden however, and they often have 
much higher banking than 5.5 %. Values of more than 10 % are surprisingly common. 

When slowly driving in a curve with higher-than-needed superelevation, the vehicle follows the 
desired path only when the driver steers up the slope. Since steering against the direction of the 
horizontal curve is unnatural to a driver, such curves may be perceived as â€œdifficult” or uncom-
fortable.  

When trucks and SUV’s with high centres of gravity and a soft suspension travel slowly on steep 
cross slopes, a large share of their weight is distributed to the down-slope tyres. If this condition 
becomes extre me, the vehicle may easily rollover as discussed by Strandberg (1974) [53]. 

 

background image

 Page 42  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

Poor control of superelevation in existing curves 

It appears that accumulated research and experience has resulted in reasonable design values 
for banking/superelevation in new curves. However,  much less effort has been spent on how to 
manage existing curves.  

The side friction factor used for design cannot be used to define a sharp limit between safe and 
unsafe existing roads. It can however be used to evaluate existing horizontal curve geometry 
(radius and banking/superelevation) against the very same â€œhighest acceptable risk level” as 
applied when designing new road network sections, by using Formula 6. 

As described above, the design of superelevation in new curves is based on analysis of the 
forces acting on a point-mass model. This analysis assumes that the driver will traverse a per-
fect curved path at the design speed. For existing curves on old roads, this assumption can be 
very unrealistic. Comprehensive surveys show that on low volume roads, operating speeds of-
ten exceed the design speed, see de Solminihac et al (2007) [38]. This is an undesired but hard 
fact that road  managers must deal with, and not ignore. Furthermore, the geometric characteris-
tics of old curves can seldo m be described by simple parameters such as a single radius value, 
since the alignment can be so poor that the curvature (and thus the lateral force) varies signifi-
cantly. One such exa mple was found in Profilograph data from a Swedish National Highway, 
where 20 skid accidents took place in a 200 m long section of a curve, during the winter 
2006/2007. On investigation, it was found that the curvature (lateral force) was doubled within 
fractions of a second just at the multi-crash length. 

With the wide variance of real vehicle speeds in curves, there is always an unbalanced force 
whether the curve is superelevated or not. As discussed in the AASHO Policy on Road Design 
[16] unbalanced force results in tyre wall thrust, which is taken up by the friction between the 
tyres and the road surface. This reaction force is developed by distorting the contact area of the 
tyre. Keeping this distortion low, keeps the road surface from polishing and tyre wear low. These 
are further reasons to control and correct superelevation in existing curves. 

background image

 Page 43  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

3.3.1.2 Road factors decisive for road grip and stability on straight roads 

Hydroplaning by highway vehicles is a phenomenon characterized by a complete loss of direc-
tional control. When a tyre is moving fast enough, it rides up on a film of water and thereby 
loses contact with the pavement. Although many vehicle, pavement and environmental factors 
affect the risk of hydroplaning, a rule by thumb is that hydroplaning can be expected for speeds 
above 70 km/h where water ponds to a depth of 4 mm or greater over a distance of 10 m or 
greater. Thereby, Glennon (2004) [42] states that â€œ

hydroplaning is a function of water depth and 

length of the drainage flow path

”. 

Gallaway & Rose (1971) [25] found that the pavement water depth (above the road surface tex-
ture tops) can be calculated from: 

‱

 

rainfall intensity,  

‱

 

cross slope,  

‱

 

length of the drainage flow path, and  

‱

 texture 

depth. 

In addition, they defined the length of the drainage flow path as a function of: 

‱

 pavement 

width, 

 

‱

 

cross slope/superelevation, and  

‱

 longitudinal 

gradient. 

Pavement depressions (unevenness and rutting

9

) make water ponding worse, while horizontal 

curvature increase the exciting lateral force and thereby the demand for lateral friction. This 
raises the risk of skidding. 

Both of the lists above include cross slope as a key factor for hydroplaning. Despite this, many 
road agencies  do  not analyze cross slopes in their road network  on a  routine  basis!  

Some 535 Swedish hydroplaning accidents have been analyzed at the macro level [31]. The 
results show that where cross slopes are too low, the risk of hydroplaning more than doubles; 
from about 26 to 54 per Mapkm

10

. Due to uncertainty in the position of the accident sites, the 

analysis was made using average values over as much as 500 m. This suppresses the influ-
ence of local damage on the road. If the analysis could have been carried out over shorter aver-
age lengths, i e 50 m, it is likely that even larger increases in risk could have been identified, as 
cross slopes become too low. 

The design value used in Sweden for cross slopes on new straight sections is -2.5 % on roads 
with hot mix pavements, and -3 % on pavements with surface dressing as the only bound layer 

                                                 

9

 In the EU Northern Periphery, rutting is not only caused by compaction of the pavement, but also by surface 

abrasion due to the use of studded tyres in the winter. One exception is the Highlands of Scotland, where studded 

tyres are not common and surface friction has instead been handled by using surface dressing pavements. 

10

 The unit Mapkm (million axlepairkilometer) describes traffic work.

 

background image

 Page 44  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

[40]. These design values for new roads have been set with an allowance for future settlements. 
When repaving old roads, where settle ments are likely to have stopped, a slightly smaller CS of 
-2 % may be a beneficial target. A CS of -2 % is sufficient for a good water flow, and makes 
driving in windy conditions easier. Occupants can also sit more upright and co mfortable than 
with larger cross slope. These latter aspects are especially important in providing a sound work 
environment for professional drivers. 

3.3.2 Relating poor ride to pavement condition

 

This section starts with a short review of opinions of EU Northern Periphery road users. Then it 
describes how ride vibration is affected by many factors, such as road conditions, vehicle prop-
erties and driving behaviour (including driving speed). Of these, road condition is by far the  most 
decisive for in-vehicle vibration. Various types of road defects cause various ride vibration prob-
lems. Examples of these are long wave unevenness, undesired cross slope variance, rough-
ness, megatexture, potholes and other local damages, particularly deflection variance in weak 
pavements under heavy vehicles as shown by Granlund et al (2005) [9]. The section ends with 
a description of how to  measure ride quality on dirt roads. 

3.3.2.1 EU NP professional road users perspective on ride conditions 

Opinions of professional road users on road service levels in test areas across the EU Northern 
Periphery was mapped by Saarenketo & Saari (2004) [49] in the ROADEX II Project. 330 ques-
tionnaires were issued, and with a satisfying response rate of 45 % the result was 147 answers. 
The answers showed that roughness was a major proble m for the forest industry; 70 % of tim-
ber transporters stated that uneven roads were their main proble m. Also over 50 % of respon-
dents in the construction and public industries suffered from severe problems due to roughness. 
Truck drivers stated that the worst sections had bumps at culverts, located at the bottom of a 
valley with steep hills adjacent to the low point culvert. This situation required the m to slow their 
truck down to almost zero, in order to prevent vibration da mage, and once the bump was 
crossed, it did not have enough mo mentum to climb the next gradient. The drivers also reported 
much higher fuel consumption on rough roads. Many problems were reported to be related to 
weak  pavement shoulders,  poor road alignment and  poor  bearing capacity.  A significant share 
of the drivers gave poor traffic safety ratings, due to factors such as poor winter condition (main-
tenance), bad cross slope, uneven frost heave bumps, poor road alignment and lack of crash 
barriers in curves on high embankments.  

The truck drivers questioned also reported continual stress when driving on some long routes 
(including National Highways) that the road agency believed to be in good condition for driving. 
This happened when unexpected poor road conditions made the perceived maximum safe 
speed drop far below the planned speed. The result was a conflict within the driver, between 
making a delayed delivery and causing a major traffic safety risk. Such a conflict caused high 
stress to the truck driver. Typical sources of this kind of problem are frost related roughness and 
delayed snow removal. The latter allows snow to be compacted and leads to the development 
of deep tracks and ruts. Wet snow freezes into ice in the lanes and these ice ruts then re main 
for a long time. This type of slippery rut can be difficult to remove with a truck mounted snow 
plough and typically they must be scraped off (costly) with a slow-moving heavy grader. Severe 
cases may even require many repeated runs with the grader. 

background image

 Page 45  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

3.3.2.2 Roll vibration is excited by undesired variance of Rut Bottom Cross Slope  

The Swedish Road Administration has been laser-scanning the surface condition of their road 
network since the 1980’s and importing the data into the SRA Pavement Management System 
(PMS). On-going evaluations by Johan Lang of SRA show that the average condition of rutting 
and roughness on the Swedish highway road network is quite constant, despite gradually 
increased intervals between repaving actions and large yearly increases in traffic. One reason 
for this important success is the increasingly systematic use of laser-scanned condition data by 
the local pavement engineers [Personal communication with Mats Wendel, SRA Head Office].  

The condition parameters most commonly used in PMS so far, are Rut Depth and International 
Roughness Index (IRI). These para meters do not work well on road sections with edge dam-
ages although these can cause excessive roll motion to high (heavy) vehicles. Therefore, the 
SRA Central Region has in the strategic regional plan for 2004 - 2015 pointed out an urgent 
need for a â€œRoll vibration indicator” as a new pave ment condition para meter [20]. 

At the national level, the SRA’s action plan for traffic safety 2004 - 2015 has identified that 
“

Pavement edge deformations are perceived as very uncomfortable by all road user groups, es-

pecially drivers of  (high) heavy  trucks

” [23]. This confirms the need of a pave ment condition pa-

rameter to address this kind of distress properly. 

A potentially suitable roll vibration indicator has been defined â€œdown under”. As reported by 
Bowler et al (2001) [45], Transit New Zealand (TNZ) has carried out excellent custo mer focused 
work in the award winning 

Truck Ride Improvement Initiative

.  This included a two-stage re-

search process that started with a programme of qualitative research that looked at the specific 
concerns of truck drivers. This was followed by a second research stage where the truck drivers 
were asked to quantify their concerns. The results of the first stage were used build a list of 
concerns that were prioritised by the drivers. Before the final ranking, the truck drivers were in-
formed on the relative costs for each type of improvement. 

After some adjust ments for willingness to pay, the 300 truck drivers’ top priorities were: 

1.  Build more passing lanes. 

2.  Repair surface undulations and settlements. 

3.  Straighten out too sharp corners. 

4. Repair 

incorrectly 

banked 

corners. 

5.  Improve road alignment and evenness at bridges; i. e. repair settlement on the 

approaches to bridges. 

6. Build 

wider 

shoulders. 

7.  Correct vertical alignments; take away dips and rises which block visibility. 

8. Build 

wider 

bridges. 

9.  Build longer passing lanes. 

Findings from the TNZ â€œmarket investigation” was then used in a technological project, defining 
how to detect road sections where unevenness significantly impacted on truck ride and han-

background image

 Page 46  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

dling. Cenek et al (2003) [43] presented this project, where the focus included long wave undu-
lations and roll caused by roughness warping between wheel-paths. The outco me is that TNZ 
now has an awareness of the need to focus on those sections of the highway network that are 
of priority to truckers, and on the repair of these. The results also provided justification for ques-
tioning current road management practices and funding allocations, which are not delivering the 
types of state highway improvements that professional customers require. TNZ found that cab 
body roll, particularly when combined with cab body pitch, was of most concern to occupants of 
trucks. This is an important finding, as existing road roughness para meters used for pavement 
management purposes (i e IRI) have their emphasis on vertical vibration, not on rotation. The 
threshold value for uncomfortable truck ride, related to rotational response (pitch and roll), was 
found to be 4.0 to 4.5 Â°/s. A complex Truck Ride Index was developed from this. It is based on 
existing 20 m average values of cross slope, curvature and other parameters available in TNZ’s 
pavement management system. Since 2001, Transit New Zealand has been given an additional 
road funding of NZ$3 million annually that has been specifically allocated to the repair of critical 
sections for truck ride. 

In 2004, the SRA tested the truck cab roll component from TNZ’s co mplex Truck Ride Index us-
ing data from road Y 953 in the SRA Central Region. The results were disappointing however. 
The potential roll vibration indicator gave much higher alarms at entrances and exits of normal 
left hand curves, than at critical sections with severe edge deformations and roll problems. This 
was seen as a defect in the system, since it could lead to a waste of road repair funding. At a 
result of this, SRA decided to define a new roll vibration indicator in-house. The new indicator is 
based on road profile data, laser scanned at 16 kHz in the botto m of the truck wheel paths (left 
and right) and reported in steps no longer than 1 m. This revised indicator offers 20 times better 
spatial resolution than the TNZ roll indicator. From the data recovered, the Rut Botto m Cross 
Slope (RBCS) is calculated. At this point a crucial filtering procedure is applied, to remove the 
very long wave slope variances that relate to superelevation change at curve transitions. This is 
markedly notable at left

11

 hand curves. Depending on road section width and reference speed, 

such desired change in cross slope takes place over some 40 - 200 m. These transitions 
smoothly tilt the truck cab roll angle fro m one side to the other without producing roll-mode vi-
bration. The vital filter is calibrated with the road’s reference speed, thereby normalizing the fil-
tering to typical heavy truck roll vibration eigenfrequencies. In the next step, undesired vari-
ances in the RBCS are calculated. This is done in two parallel runs. One run calculates the vari-
ance over â€œshort sections”, addressing the excitation of the axle roll of the truck wheel. The 
other run calculates the variance over â€œlong sections”, addressing the excitation of the truck 
chassis/cab roll. Finally, the maximum of these two variances is reported as the undesired vari-
ance of RBCS. See Granlund (2006) [21] for details. 

One of the three goals in the present ROADEX III project research task, is to draft a limit for the 
new â€œundesired Rut Bottom Cross Slope Variance” parameter defined at SRA. 

Should the limit 

be 0.25 %, 0.50 % or what? Should there be different values in curved vs. straight sections, in 
long curves vs. short curves, and in wide vs. narrow sections?

 

                                                 

11

 In the UK and other countries with left hand traffic, this applies to right hand curves instead. 

background image

 Page 47  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

3.3.2.3 Frost related bumps and potholes are worst 

The ROADEX II professional road user interviews [49] showed that uneven frost bumps and 
potholes were considered to be some the worst da mage types on paved roads. These short and 
high/deep local damages can cause mechanical shock that can result in damage to vehicle, 
cargo and/or vehicle occupants. As can be seen in the following clause, the traditional use of 
long report intervals is one of the main reasons why road agencies have not be able to focus on 
local damages, despite using sophisticated laser/inertial profilometers. 

3.3.2.4 Road condition data must be analyzed over relevant report intervals 

An important issue when discussing road condition in relation to drive co mfort as well as health 
and safety, are the properties of the used road statistics used; i e the report interval. By 
tradition, rutting and roughness values have been described as mean values over long sections 
such as 20 m, 100 m, 400 m, 1000 m, whole roads or even whole road networks.  

Since roughness is defined as a deviation from a planar surface, it is of course less relevant to 
analyze the mean value, than some kind of estimate of the worst deviations. Figure 23 shows 
values from a variety of report intervals, ranging fro m 1 dm to 400 m, from an analysis of a very 
rough road in the SRA Northern Region. The result shows that local bumps were 20 - 30 ti mes 
worse than the average IRI value of 3.8 mm/m, giving peak IRI-values of 80 - 130 mm/ m. This is 
comparable to, or actually worse than, many 10 cm high traffic calming speed bumps on urban 
streets. At the worst sections of this 90 km/h road, heavy trucks almost bounce off the road at 
speeds over 30 km/h. Despite this, roads with IRI lower than 4 mm/ m are not reported in the 
SRA annual report as a severe problem. This is may be true for roads with low roughness vari-
ance, but definitely not for roads with severe local damages with IRI 

80 mm/ m! 

3,8

130,2

0,0

3,8

82,3

0,1

3,8

16,0

1,2

3,8

7,9

2,2

3,8

5,8

2,4

0

20

40

60

80

100

120

140

Average

Max

Min

Statistical property of IRI

M

a

gni

tude

 of

 I

R

I-

v

a

lue

 [

m

m

/m

]

1 dm

1 m

20 m

100 m

400 m

 

Figure 23 

Surface roughness IRI for 6.5 km of Rd 374 Vitvattnet â€“ Storfors, 2002 

background image

 Page 48  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

 

As illustrated above in Figure 23, roughness variance is extremely high at local bumps. Thus 
averaging over distances much longer than the bump itself (often about 1 m), such as with IRI

20

 

or IRI

100

, disguises the variance. This averaging eliminates the ability to identify those bumpy 

sections that heavy vehicle operators consider intolerable. A better para meter could be the 95’th 
percentile, such as is used when mapping vibration emission fro m roads and railways to nearby 
dwellings.  Another option could be to report a  parameter  related to the variance in  data, 
together with a mean value. By reporting the mean value, together with the “two sigma” limit 
(corresponding to the 95’th percentile), a better picture is given of the worst sections. 

3.3.2.5 Heavy vehicles suffer from soft spots in weak pavements 

Heavy vehicles perceive not only the static surface roughness, but also a dynamic roughness 
component when the pavement has â€œsoft spots”. Pavement deflection is typically less than two 
millimetres under a moving heavy vehicle. This magnitude seems negligible, being co mparable 
with road wearing course texture. The texture however, is smoothened by the tyre’s â€œenveloping 
effect”. Ride comfort is associated with vibration acceleration and vibration velocity, rather than 
vibration displacement. (This makes sense; otherwise a stiff sports car would be considered 
more comfortable than a soft luxury car when riding on bumpy roads). Vehicle vertical vibration 
acceleration is associated with road roughness profile slope variance, rather than roughness 
profile height. So, even if a pavement deflection under heavy vehicles, with few exceptions, 
would not be larger than about one or two millimetres, significant vehicle vibration acceleration 
could occur at soft spots where the deflection profile varies rapidly in terms of large slope vari-
ance. The importance of soft spots is confirmed by the Australian coal  mining industry, where 
they are recognized by handbook 

Bad Vibrations

 [50] as an important source of ride vibration in 

transport vehicles. 

Ahlin et al (2000) [3] made an unexpected observation when comparing road roughness with 
ride vibration in ambulances and heavy trucks. When surface roughness drops to zero, signifi-
cant seat vibration remains in heavy trucks while vibration drops to almost zero in ambulance 
cars. In the trucks, the threshold of the weighted vibration acceleration was found to be as high 
as 0.2 m/s

2

 rms. This value is to be compared with the Action Value of 0.5  m/s

2

 rms over 8 

hours, stated in directive 2002/44/EC. Clearly, other factors other than road surface roughness 
can bring as  much as 0.2/0.5 = 40 % of the allowed truck seat vibration. Soft spots in the pave-
ment are believed to be a causal factor behind such vibration; ForssĂ©n (2001) [10] discusses 
road deflection variance as an important but hard-to-grip property. Granlund et al (2005) [9] 
measured and co mpared truck wheel vibration with theoretical wheel vibration calculated from 
road surface roughness (assuming a perfectly stiff road profile) on 80 km of roads in Sweden. 
The hypothesis was that large differences between measured and calculated vibration indicates 
possible soft spot locations along the road. The study found a correlation between soft spot in-
dications recorded in the truck and reference data on pavement bearing capacity properties, 
such as subgrade stiffness module, pavement thickness, frost fatigue da mage, and overall bear-
ing capacity index. These findings give further support to the theory that significant amounts of 
heavy vehicle vibration arise from soft spots in weak pave ments. 

background image

 Page 49  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

3.3.2.6 Measuring ride quality on very low volume dirt roads and winter roads

 

Many road agencies measure the condition of paved roads with laser

12

/inertial profilometers, as 

with the Profilograph used in the case study of this project. The advanced and expensive 
Profilograph can report a wide variety of condition parameters, including longitudinal roughness 
in terms of IRI-value and  other indices, such as rutting, cross slope  and texture.  Very low 
volume roads do not however require such demanding accuracy and can be measured with 
cheaper instruments. It may in fact be impossible to make relevant condition  measurements 
with a laser/inertial  profilo meter on very  poor condition  dirt roads or icy winter  roads. 

A relatively cheap measurement method available is to ask road users about their perceived 
ride quality; the so-called â€œno cost instrument”. By using a comfort scale, such as in Table 1, 
“backwards”, it is possible to estimate the vibration intensity and use it as a condition rating. An 
obvious problem however is how to distinguish between transient shock at bumps and average 
vibration by roughness. 

A somewhat  more expensive system  can  be  based on vehicle seat  mounted vibration sensors; 
the â€œmedium cost instrument”. Two examples are the CVK Health Vib (see Figure 24) and the 
Bruel & Kjaer Human Vibration Measurement Kit (see Figure 25). A more advanced state-of-
the-art example is the Dewetron Stream Machine, used in the case study and presented later in 
this report. The price of such instruments ranges from a few thousand â‚Ź, up to some thirty thou-
sand â‚Ź. Then there are costs of extra sensors such as odometer, GPS, video and others. There 
have been experi ments trying to measure road condition with accelerometers that have been 
mounted to wheel axles. One obvious drawback is that such a system does not yield results 
comparable with either the ISO 2631 comfort scale, or the EU Action Value for professional 
drivers WBV exposure. 

Using a cheap instrument however is no guarantee of a cheap  measurement. A full 
measurement process includes activities such as data collection, transfer, storage, backup, 
analysis, quality control and distribution to users. There are also costs for client system 
infrastructure, user education, and  much more. So a low total cost may depend  more on smart 
purchase behaviour, than on cheap sampling with low precision (subjective comfort rating) and 
limited outcome. 

“Cheap” sampling can  have drawbacks for road  managers,  particularly those who  purchase 
road  maintenance based  on road condition. If road users start to  give biased ratings in order to 
achieve â€œabove standard” conditions, such measurements may become very expensive in a 
road maintenance contract context. Alternatively, if the vast  majority road users see a particular 
bump and always brake for it, the vibration will be reduced and an on-board logger will not 
trigger an alarm. In this case the bump will not be repaired. Such bumps however may come as 
a hazardous surprise to foreign road users not familiar with the road.  

                                                 

12

 The sensor recording the height above the pavement may be of another type other than a laser sensor; i e an ul-

trasonic sensor. However, laser sensors have proved to be able to better fulfil the high accuracy and high environ-

ment demands associated with road profiling. A current trend in the road profiling industry is to scrap cheaper sen-

sors and replace them with rugged â€œroad edition” laser sensors. 

background image

 Page 50  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

 

 
Figure 24 

The CVK Health Vib system 

 

 

Figure 25 

Br

Ʊ

el & Kjaer Human Vibration Measurement Kit 4447 

 

background image

 Page 51  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

Chapter 4. Case study on the Beaver Road 331 

 

 

Figure 26 

The southern entrance to the Beaver Road 331 

 

Rd 331 is a 170 km long regional route in Sweden, connecting the rural forest area in eastern 
JĂ€mtland County and western VĂ€sternorrland, with the heavily industrialized coast at the east of 
VĂ€sternorrland County as seen on the map in Figure 27. 

Rd 331’s Annual Average Day Traffic (AADT) ranges from 350 to 2000 vehicles per day.  

Rd 331 is a main supply road for timber transports servicing the paper mills in the Sundsvall 
area, such as SCA’s factories in Tunadal, Ă–strand and Ortviken. Thus, the share of heavy 
trucks is very high, from 12 to 19 %. Most of the trucks have three axles and a trailer; the 
average number of axles per recorded truck is as high as 4.8. The timber transports on Rd 331 
are also expected to increase by another 150 000 m

3

/year. This is due to a redirection of timber 

from the SollefteĂ„ area, which up until now has been transported to Utansjö Bruk (being shut 
down), north of HĂ€rnösand.  

background image

 Page 52  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

 

 

 
Figure 27 

Swedish Beaver Road 331 connects the forest area with the industrialized coast  

 

Connecting National Highway 87 in Viksmon to the Coast, Rd 331 also is a link on the 
ambulance route between the local hospital in SollefteĂ„ and the region hospital in Sundsvall. 
Among the most sick or severely injured patients, so me are in need of specialized care not 
available in SollefteĂ„. These patients, often very vulnerable, are transported on this road to 
Sundsvall.  
The speed limit alternates between 90 and 70 km/h, with a drop to 50 km/h in so me villages.  

Rd 331 is considered a normal road, while SRA have thousands of kilometres of roads in si milar 
condition and use. Therefore results of this case study are therefore not unique, but relevant to 
a large proportion of the road network. 

In the SRA Road Data Bank (RDB), Rd 331 starts at the Coast and its distance is measured 
towards JĂ€mtland. In this study, however, most of the analyses have been made in the direction 
of the timber transportation. This direction is opposed to the RDB distance direction. For this 
reason, most of the data graphs presented have the distance markings in the reverse direction. 

Rd 331 suffers from many and severe traffic accidents. In 2005, seven people were killed in 
road traffic accidents on the road network in VĂ€sternorrland County. Three of them died on Rd 
331. A map over police reported serious accident black spots on Rd 331 is showed in Figure 28. 
The site with highest accident rate in VĂ€sternorrland County is the Hazardous Site Stavreviken, 
“HS Stavreviken”, at the southern exit of Rd 331. The map has been created by Hans Johans-
son, traffic safety officer at SRA Central Region. 

background image

 Page 53  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

 

Figure 28 

Accident black spots at the Beaver Road 331, not normalized to AADT (Individual Risk) 

HS Roos Curve 

HS S Viksmon 

HS AlderĂ„n 

HS Ă…sĂ€ng 

HS Viksjö 

HS BjörknĂ€set 

HS N Ă…kroken 

HS MjĂ€llĂ„sen 

HS MeĂ„strand 

HS Ă…kerö 

HS Backe (Edsele) 

HS Stavreviken 

HS Helgum 

background image

 Page 54  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

4.1 TRUCK TEST PARTNER - BRORSSONS Ă…KERI AB 

Brorssons Ă…keri AB was founded in the mid 1940’s, at the end of World War II. During the eras 
of water power plant construction from 1940 to 1960, the company was heavily employed trans-
porting soil, gravel and other material to the construction sites. After the end of the era, the 
transport markets changed and for the last twenty years timber logging has been Brorssons’ 
core business.  

The company operates 14 timber logging trucks, each with a large trailer. The trucks are loaded 
by separate cranes (see Figure 29), to minimize the dead weight of the vehicle and maxi mize 
payload. Each truck runs Monday to Friday in two shifts resulting in 18 hours per day. On Fri-
days, only an 8 hour shift is used. Normally each truck daily drives 4 round trips of some 2 x 140 
km on the Beaver Road 331, depending on which forest the timber is to be picked up from. The 
annual mileage per truck is 200 000 km. All trucks and trailers are exchanged at 3 to 4 years of 
age.  

 

 
Figure 29 

Logging timber from forest to the coastal industries 

 

 

The co mpany’s vehicles are seldom involved in traffic accidents, other than some low speed 
trailer incidents on narrow, steep and slippery forest roads. As a result, the company has a 
modest insurance cost for the truck fleet. However, the drivers are very uncomfortable with 
seeing foreign road users suffer from accidents at â€œHazardous Sites”. The drivers think that 
many of these accidents could have been prevented. The drivers have requested road 
improvements including increased width of the narrow, high and steep road banking from 
Viksmon to Stavre, straightening the Roos Curve and some other sharp curves, repair of 
incorrectly banked curves, repair of edge deformations and bumps at culverts, more frequent 
and higher quality resurfacing, and intensified winter road maintenance such as frequent 
removal of ice-ruts with a heavy grader. These requests have been raised by professional 
drivers riding an astonishing total of 2 800 000 vehicle km/year on Rd 331.  

background image

 Page 55  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

4.2 A SCANIA R480 164 G 6X4 W AS USED AS TEST TRUCK 

The test truck (licence registration number WPT 493) was three years old, and had a mileage of 
609 000 km. The instrumentation was carried out on Sunday 26

th

 of August, 2007. 

 

Figure 30 

A damper bush was broken, but this was not perceived under normal driving 

 

When de mounting one of the truck’s front wheels, see Figure 30, it was found that the damper 
bush was broken. None of the two experienced professional drivers, Mats Jonsson and Anders 
Larsson, had noticed anything unusual during their daily driving work. The truck had been at the 
Scania Workshop for service just the week before and had to be driven back for the necessary 
repair work on Monday morning, before the ROADEX main test. Measurements were carried 
out on this journey for reference purposes only.  

The gross vehicle weight of the test vehicle combination was 60 tonnes with a full payload. The 
dead weight was so me 19 tonnes. Measurements were taken under normal working conditions; 
hauling timber from the forest to the coast, and then driving back unloaded. If nothing else is 
stated, the data in the graphs presented are recorded with the vehicle combination fully loaded 
and travelling to the coast. 

The drivers were instructed to drive as they would normally do, with one exception. They were 
asked to remain in the wheel tracks, and not to avoid driving over local road damages. (In 
normal driving, they can avoid some bumps unless there are oncoming or overtaking vehicles).  

background image

 Page 56  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

4.3  TEN ROUNDTRIPS OF 280 KM WERE RECORDED 

  

A total of ten 2 x 140 = 280 km round trips from the Ramsele forests to the coast were recorded, 
in order to investigate the precision in truck ride measure ments. One trip also included the most 
northwest 30 km section from Backe to Ra msele. 

The round trips were carried out from Monday 27

th

 to Thursday 30

th

 of August 2007. Many of the 

measurement trips were undertaken in rainy weather and on wet roads. 

Driving a timber logging truck is extre mely busy. In the forests, the truck drivers get a short 
break while the timber is loaded by a large separate crane as seen in Figure 29. At the coastal 
delivery points, there are almost no natural pauses at all. The huge Svetruck log stackers with 
their 8.2 m

2

 grapple need only single grips to unload each of the three ti mber piles on the truck 

and trailer combination. The driving shifts change at 14.00. This is done without even a few 
minutes co mmon break for a cup of coffee together.  

The detailed  analysis focused  on a series of  Hazardous Sites (HS) identified from truck  driver 
interviews, fro m pave ment condition data and from crash statistics in the Swedish national road 
traffic accident database STRADA. 

background image

 Page 57  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

4.4 COMPREHENSIVE RIDE AND ROAD CONDITION MEASUREMENTS 

 

4.4.1  Truck ride measured by accelerometers and a combined GPS/inertial unit 

Truck ride vibration was measured with a Dewetron Stream Machine system, owned by SRA 
Consulting Services (SRA CS). This syste m carries out real time calculations of health risk, as 
defined in the recent ISO 2631-5 (2004) standard [5]. The system, and the connected acceler-
ometers, satisfies the comprehensive accuracy de mands set out in the EN ISO 8041 instrumen-
tation standard [17]. The accelerometers were located at several points of the truck to record 
motion in multiple directions (see Figure 31 for definitions and Figure 32 for photos of mount-
ing): 

‱

 

Left and right front axles, z-axis, 5 kHz 

‱

 

Left and right side of the frame, above the front axle, z-axis, 5 kHz 

‱

 

The pan of the air-suspended drivers seat, xyz-axes, 5 kHz 

Both drivers weighed around 90 kg. 

background image

 Page 58  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

 

Figure 31 

Basicentric axes of the human body in seated position [18] 

 

 

Figure 32 

Left: Accelerometers at axle and frame, Right: Seat pad with 3-axis sensor 

 

The vehicle speed during the tests was recorded with a GPS/inertial unit, updating speed values 
at 100 Hz. This corresponds to measuring every second dm of the ride at 80 km/h. This data 
was also used to calculate the distance position with a fair accuracy.  

A digital video ca mera recorded front view â€œRight-Of-Way” (ROW) from the truck cab. Noise < 5 
kHz was recorded with a microphone.  

background image

 Page 59  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

One of the main tasks of the test was to study roll vibration of the truck cab. For this purpose, an 
OxTS RT 3050 100 Hz GPS/inertial unit was used, see Figure 33. This unit recorded the motion 
of the cab in all 6 axes; xyz translation, as well as rotation in yaw, roll and pitch. The accuracy 
and resolution was so good, that the system was able to pick up a change in elevation of 1  mm 
between the left and right truck tyres road contact patch. The RT 3050 was mounted on a car-
bon-reinforced RT Strut, with very high torsion stiffness, seen in Figure 34. 

 

 

Figure 33 

The OxTS RT3050 GPS/Inertial unit, used for 6-axis ride measurement 

 

 

 
Figure 34 

The RT 3050 mounted on a RT Strut in the truck cab 

background image

 Page 60  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

4.4.2 Passenger car ride measurement 

For reference purpose, vibration was also measured on the driver seat in the new Ford Mondeo 
passenger car seen in Figure 35. The driver’s weight was about 90 kg. The car was driven just 
below the speed limit, with a  minimum of speed variance. 

 

Figure 35 

Reference driver seat vibration measurements in a new Ford Mondeo 

 

background image

 Page 61  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

4.4.3 Laser/inertial reference measurement of pavement condition 

 

In this case study, the road alignment, the 3-D geometry of the pave ment lanes and the surface 
texture of the road were scanned with one of SRA CS’s advanced laser/inertial Profilographs, as 
shown in Figure 36. These Profilographs are used for routine survey of the condition of paved 
public roads, airfields, test tracks et cetera. The resolution of the system is 0.1 mm (texture 0.01 
mm). The accuracy expressed in terms of precision and trueness, is within fractions of a milli-
metre under normal operation conditions, as certified by third party. The Profilograph allows ac-
curate inertial compensated measurements to be gathered whilst driving at speeds up to 165 
km/h, although speeds of 15 to 90 km/h are  more normally used in highway surveys. 

 

Figure 36 

SRA CS’s laser/inertial Profilograph P45 [Photo: Mats Landerberg] 

 

The Profilograph is equipped with a 2.5 m wide rut bar, as seen in Figure 37. The rut bar is 
equipped with 16 kHz lasers scanning the road surface’s shape relative to a large scale inertial 
plane. The two outermost lasers on each side are angled outwards, giving rise to a total 
scanned lane width of 3.2 m. Three of the lasers sample at 64 kHz, taking accurate measure-
ments of the road surface texture. One scans the left wheel path, one the right, while the last 
texture laser scans between the wheel paths. 

background image

 Page 62  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

 

Figure 37 

The Profilograph with its 2.5 m wide rut bar, scanning a 3.2 m wide lane cross section 

background image

 Page 63  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

Chapter 5. Expected results are confirmed 

5.1 UNACCEPTABLY HIGH WHOLE-BODY VIBRATION AND SHOCK 

5.1.1 Daily vibration exposure exceeds the EU Action Value 

It is impossible to define a long term representative daily vibration exposure to 2 decimal places 
for professional truck drivers. An obvious reason, for Brorssons drivers at least, is that they pick 
up ti mber at various places. Every week they drive not only Rd 331 between the coast and 
Ramsele, but also other connecting local and forest roads in the Ramsele area. They drive at 
different speeds on roads with varying roughness. The result is various vibration intensities. 
Given this co mplexity, a set of calculations have had to be made in order to consider the various 
driving routes. This analysis has been carried out using the Vibration Doses Calculator, avail-
able on the UK Health and Safety Executive’s website

13

. Normal shifts with roundtrips from for-

est to coast, resulted in A(8) values from 0.65 m/s

2

 and higher. Some of the forest roads outside 

Ramsele were very rough, but since speed was low and the driving ti mes on them were si milarly 
low, their contribution to the total daily exposure was lower than the  main partial exposure from 
the long round trips on Rd 331 between Ra msele and the coast. Figure 38 shows the resulting 
A(8) of 0.76 m/s

2

 for an 8 h shift example, including simulation of pauses with zero vibration. 

Figure 39 shows an example of calculation details. 

Daily Vibration Exposure A(8)

Scania R480G 6x4 timber logging truck

8 h morning shift: Ramsele - Backe (empty), 2 x Forest Road (e & l), Backe - Stavre - Ortviken 

(loaded), Ortviken - Ramsele (e), other local and forest roads (e & l), and 100 min pauses.

0,50

0,76

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

V

ibr

a

ti

o

n [

m

/s

2

]

Measured A(8)

EU Action Value

 

Figure 38 

The drivers daily exposure to vibration exceeds the EU Action Value 

 

                                                 

13

 Internet: 

www.hse.gov.uk/vibration/calculator.htm

 

 

background image

 Page 64  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

 

Vibration intensity

Partial exposure

m/sÂČ

hours minutes

m/sÂČ

Ramsele - Backe

Empty

1,66

0

25

0,382

Backe - Ramsele

Loaded

1,32

0

28

0,316

Ramsele-Österforsse

Loaded

0,54

0

43

0,160

Österforsse - Viksmon

Loaded

0,66

0

7

0,080

Viksmon - Stavre

Loaded

0,66

0

56

0,226

Stavre - Tunadal

Loaded

0,44

0

9

0,061

Tunadal - Stavre

Empty

0,56

0

9

0,076

Stavre - Viksmon

Empty

0,83

0

56

0,285

Viksmon - Ă–sterforsse

Empty

0,83

0

7

0,100

Österforsse - Ramsele

Empty

0,58

0

40

0,168

Forest Road

Empty

0,80

0

22

0,172

Forest Road

Loaded

0,64

0

22

0,137

Misc roads, average intensity E & L

0,79

0

58

0,276

Pause, non-driving time

0,00

0

100

0,000

0,76

Exposure time

Daily exposure value, m/sÂČ A(8)

 

Figure 39 

Vibration Dosis Calculator spreadsheet, calculating A(8) for an example route 

 

In accordance with the ISO 2631-1 standard, the seat vibration was measured in three 
directions; x (fore-aft), y (lateral) and z (vertical). The measured vibration was high in all these 
three axes. The EU vibration directive states that the daily exposure value A(8) shall be 
calculated from only the axis with highest vibration. Furthermore, the values for lateral (y) and 
fore-aft (x) vibration shall be multiplied by 1.4, since vibration in these directions are considered 
to be unhealthier

14

 than vertical vibration (z). On â€œnormal” roads, the vertical axis typically has 

highest vibration. However, on some sections of 331, the lateral axis had the highest vibration 
(after  multiplication with the 1.4 factor). 

All the  daily exposures calculated  were significantly above the  EU  Action  Value of A(8)  = 0.5 
m/s

2

. This finding is very serious. The law now calls for the employer, Brorssons Ă…keri AB, to 

take necessary technical and/or organizational actions to minimize the driver’s exposure to 
vibration. In fact, all co mpanies with similar trucking operations and conditions to Brorssons 
(long and bumpy driving) are obliged by the law to make a relevant risk assessment of the 
drivers’ vibration exposure.  

                                                 

14

 

The factor 1.4 is only used for health risk assessment. For comfort, the factor is 1 which means no extra weighting.  

background image

 Page 65  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

5.1.2 Some of the worst bumps gave spinal compression stress S

ed

 over 0.5 MPa 

Transient vibration (mechanical shock) may cause high compression stress in the spine. This 
health risk is presented in the section â€œ3.1.3 Bumps are of special concern to both ride quality 
and health”. 

The worst bumps in the current tests were located on small roads, such as on the road to the 
Sawmill in Graninge. When driven at low speeds of about 40 km/h, these bumps exposed the 
truck driver to spinal co mpression stress S

ed

 over 0.5 MPa. This stress level corresponds to a 

health risk, as per ISO 2631-5 [5]. 

Also on the â€œmain road”, Rd 331, truck drivers drove over many bumps that excited significant 
transient vibration. The first  bump  the  drivers faced in the  morning  was only 400 m  fro m  Brors-
sons garage at the western exit fro m Ramsele. As seen in Figure 40, the bump was so deep, 
that it had rubber marks made by retracted, non-rotating, truck bogie tyres, similar to the marks 
seen in landing zones on airfield runways. This bump was due to settle ment at an old culvert 
and had been present for many years. 

 

 

Figure 40  

Bump due to settlement at an old culvert in Ramsele, RDB section 141/336 km 

 

background image

 Page 66  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

Rd 331 had not only severe bumps due to old culverts, in some sections there were even worse 
bumps at newly reconstructed culverts. One example was in Gammelmo, 7 km south of Ram-
sele. A photograph of this site can be seen in Figure 41. The section in Gammelmo is similar to 
one of the most stressing driving conditions perceived by EU NP professional drivers: â€œ

Truck 

drivers stated that the worst sections have bumps at culverts, located at the bottom of a valley”. 

 

Figure 41 

Bumpy newly reconstructed culvert in Gammelmo, RDB section133/000 km 

 

When driving at normal highway speed over this new culvert, the driver was exposed to â€œvery 
uncomfortable” transient vibration, as seen in Figure 42. 

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

132900

133000

133100

133200

133300

133400

133500

133600

133700

Di stance (a pprox ) [m]

R

id

e

 vib

ra

tio

n

 [

m

/s

2

]

Seat vibration, ISO-weighted

Uncomfortable, ISO 2631-1

 

Figure 42 

Very uncomfortable truck seat vibration when driving over the new culvert in Gammelmo 

background image

 Page 67  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

The cause of the transient vibration in the driver’s seat can be seen in the following 3D laser 
scan from the Profilograph. Figure 43 shows a 20  m long and 57 mm deep hollow in the newly 
paved asphalt over the culvert. The culvert had been reconstructed just a couple of months be-
fore the test in August 2007. 

57 mm / 20 m 

hollow

 

Figure 43 

3D laser scan of settlement at reconstructed culvert in Gammelmo 

 

An example of a series of extremely annoying bumps was found 5 km south from Edsele. At this 
location there were three very bumpy culverts in a row within 200 m. When these culverts were 
crossed by a heavy truck travelling at around 80 km/h, the result was repeated transient seat 
vibration. The in-truck measurements recorded powerful shocks in the vertical, pitch and fore-aft 
directions at all three bumps, as seen in Figure 44. The first bump is indicated by skid marks 
from truck tyres, as seen on the Right-Of-Way video in the figure. 

 

Figure 44 

Three bumpy culverts within 200 m, RDB section 117/200 km 

background image

 Page 68  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

 

Two of the three bumps at RDB 117/200 km are shown below in a 113  m long 3D laser scan in 
Figure 45, taken by the Profilograph. The driving direction is from the left to the right of the 
graph. These bumps were up to 50 mm deep; a magnitude co mparable to the suspension com-
pression stroke of a normal road vehicle. With such a bump there is a high risk for the suspen-
sion to hit its bump stops, causing a non-linear shock. Obviously this kind of severe road obsta-
cle can be hazardous when driving at highway speeds. 

 

Figure 45 

3D laser scans of two bumpy adjacent culverts, RDB section 117/200 km 

 

background image

 Page 69  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

5.1.2.1 One of the worst bumps was found on the guest section of National Highway 87  

On the short section between Viksmon and Ă–sterforsse, Rd 331 is a â€œguest road” on Hw 87. It 
was surprising to see that this National Highway section gave as high truck seat vibration inten-
sity as the long section Stavre - Viksmon on Rd 331, see spreadsheet in Figure 39. However, 
the worst roughness on the short Hw 87 section could be reduced very efficiently. This can be 
accomplished at low cost, by the repair of the bumps at a high banking over the culvert about 1 
km north of Viks mon. Profilograph data in Figure 46 shows a large bump with an IRI

20

 = 6.4 

mm/m just above the culvert, and another bump with IRI

20

 = 7.6 mm/ m at the poorly finished as-

phalt joint, just one hundred meter later. 

An IRI

20

 of 7.6 mm/ m is comparable to the IRI measured with a Profilograph on the 1 dm high 

speed bump in front of UmeĂ„ Plaza Hotel. At that bump, Mrs Gunhild Högberg from 
Örnsköldsvik was severely injured by a spinal compression fracture, when riding with her 
husband at low speed in their campervan. 

As seen in Figure 46, the section on Hw 87 reminds of one of the most stressing driving condi-
tions perceived by EU Northern Periphery professional drivers: â€œ

Truck drivers stated that the 

worst sections have bumps at culverts, located at the bottom of a valley” 

[49].

 

Hw 87, Viksmon - Ă–sterforsse

Bump at culvert (reconstructed in wintertime), RDB = 77 340 m

0

1

2

3

4

5

6

7

8

77000

77100

77200

77300

77400

77500

77600

77700

77800

77900

78000

RDB-distance [m]

R

o

a

d

 r

o

ughn

ess,

 I

R

I [

m

m

/m

]

-1,0

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Long

it

udi

na

l G

ra

d

ie

nt

 [

%

]

IRI, average over 20 m updated every 1 m

Road Gradient

 

Figure 46 

Bump at culvert in the bottom of a valley, where grade change from downhill to uphill at 0 %  

 

The culvert beneath the high banking on Hw 87 was undermined in the winter of 2003 and an 
emergency reconstruction was carried out to make the road serviceable again. The emergency 
repair was done at temperatures below zero; therefore good co mpaction at optimum  moisture 

background image

 Page 70  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

content was impossible. The present roughness is obviously not acceptable in the long-term 
perspective, as can be seen in the results. This kind of winter repair must to be finished by a 
second phase in summertime, after the inevitable settlements have happened. The poor winter-
paved asphalt should then be milled off, the base watered and co mpacted thoroughly, uneven-
ness s moothened and finally repaved with new asphalt. The smoothness over such recon-
structed culverts should be systematically monitored for two years, and repeated repaving ac-
tions ordered if needed. 

5.1.2.2 Bumpy joints at the bridge over Fax River in Helgum 

Transient vibration can also be caused by bumpy bridge joints. A 3D laser scan from Ha zardous 
Site Helgum is seen in Figure 47. The joints on both sides of the bridge are tenfold times 
rougher than the SRA tolerance. When timber logging trucks pass the > 4 cm bumps, snow and 
mud fall off the vehicles, contaminating the road and requiring intensified ploughing.  

 

Figure 47 

3D laser scan of a bumpy joint at the bridge over the Fax River at HS Helgum 

background image

 Page 71  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

5.2 THE TRUCK SUSPENSION SYSTEMS PERFORMED VERY WELL 

 

The measurements recorded during the tests permitted the performance of the vertical suspen-
sion systems of the Scania test truck to be evaluated. Figure 48 present’s data from a 13 minute 
ride at 78 km/h over 17 km of Rd 331, southbound from the junction with National Highway 87 in 
Viksmon. The vertical vibration intensities recorded are plotted over frequency, using a log-log 
scale. This figure does not represent response functions, so a similar figure fro m another road 
section will differ somewhat, depending on the properties of the particular road profile. 

10

0

10

1

10

2

10

-6

10

-5

10

-4

10

-3

10

-2

10

-1

10

0

10

1

Frequency [Hz]

Po

w

e

r/

fr

e

q

u

e

n

c

y

PSD of unweighted vertical acceleration

 

 

Axle
Frame

Cab
Seat

 

Figure 48 

Power Spectral Density of vertical acceleration in the trucks suspension systems 

background image

 Page 72  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

 

5.2.1 The wheel axle had much 11 Hz vibration from 2 m wave roughness 

The blue trace at the top of Figure 48 shows the vibration recorded at the wheel axle. There is a 
wide vibration maximum at about 11 Hz, and high clear resonance peaks at about 45 Hz, 60 Hz 
and wide maximums below 2.7 Hz. The lack of a clear peak at the 11 Hz maximum may be due 
to superposition of several peaks. One such peak is the wheel axle parallel hop resonance; an-
other is the wheel axle tramp (roll) resonance. The 45 Hz peak may be related to the tyre’s 1

st

 

eccentric  modal resonance. As the wheel is close to the vibration source (the road), Formula 1 
can be accurately used to relate the 11 Hz frequency with  maximum intensity to road roughness 
with wavelengths of 2 m. The other peaks relate to 0.37 m, 0.5 m and 8  m. The intensity at the 
45 Hz vibration peak is equal, or below, the intensities from 6.5 to 20 Hz. This bandwidth corre-
sponds to a road roughness ranging from 1.1 to 3.3 m. This waveband, 1.1 to 3.3 m, is obvi-
ously perceived by the truck wheel axle as the worst roughness in the road section. 

5.2.2 The frame had much 1.2 Hz vibration from 18 m wave roughness  

The green trace, second fro m the top, shows the vibration recorded at the truck frame. The 
maxi mum is at so me 1.2 Hz, with  more intense vibration than at the wheel axle. This 
amplification is likely to be due to resonance in the chassis suspension system, and relates to 
road profile waves with some 18 m length. The second peak is at about 2.7 Hz, and a third at 5 
Hz. These peaks relate to 8 m and 4.3  m. The highest intensities are seen from 0.7 Hz up to 3 
Hz. This shows that the truck fra me perceived the waveband from 7 to 31 m as the worst 
unevenness in the road section. 

5.2.3 The cab suspension system gave good isolation at high frequencies 

The red trace, third from the top in Figure 48, shows the vibration in the truck cab

15

. Just as in 

the fra me, the maximum is at 1.2 Hz, and is related to road profile waves with some 18 m 
length. At frequencies above 4 Hz, the cab vibration is much lower than the frame vibration. Be-
low some 2.7 Hz, the cab suspension syste m a mplifies the fra me vibration. Similar to the fra me, 
the truck cab perceived the waveband from 7 to 31 m as the worst unevenness in the road sec-
tion. 

5.2.4 The seat suspension isolated high frequency vibration further 

The purple trace, at the bottom, shows the vibration on the truck seat. Just as in the cab and in 
the fra me, the maximum is at about 1.2 Hz. The seat suspension isolates vibration over some 
16 Hz very well, as it is designed to. At frequencies between 4 and 16 Hz, vibration from the cab 
seems to be amplified, getting higher on the seat pan. However, the RT 3050 truck cab 
reference sensor was not mounted under the driver seat, but between the two seats. Therefore 
data from the cab (input) and the seat pan (output) must be co mpared with care. 

                                                 

15

 The cab vibration data are measured with the OxTS RT 3000 system, sampling at â€œonly” 100 Hz. This cause some 

aliasing errors at high frequencies, so with respect to the sampling theorem, cab vibration data at frequencies above 

50 Hz are not reliable. These data are of no practical importance for the research objectives in this case study. 

background image

 Page 73  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

5.2.5 Altogether, the truck suspension systems gave excellent vibration isolation 

The vibration â€œtransmissibility” from the wheel axle to the driver seat is shown in Figure 49. An 
amplification (gain) of â€œ1”  means â€œwhat comes in, gets out”; neither isolation, nor amplification. 

At frequencies over 10 Hz, the truck suspension systems have together isolated more than  
99 % of the wheel axle vibration fro m reaching the driver seat. This is of course an excellent 
performance. Vibration at frequencies from 3 to 10 Hz has been isolated with efficiency from 0 
up to 99 % as the frequency increases. At the â€œslow” frequencies below 3 Hz, amplification 
makes the driver seat vibration reach up to 2.5 times the wheel axle vibration. 

10

0

10

1

10

2

10

-4

10

-3

10

-2

10

-1

10

0

10

1

Frequency [Hz]

A

m

pl

if

icati

o

n

Ratio of  Acceleration Seat/Axle

 

Figure 49 

Gain of vibration from wheel axle to driver seat 

  

5.2.5.1 The first problem is low frequency vibration, due to long wave road unevenness  

As seen above, the worst ride vibrations are fro m 0.7 to 3 Hz, at 78 km/h related to road 
unevenness within a waveband of 7 to 31 m. 

background image

 Page 74  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

When calculating the drivers exposure to WBV, seat vertical vibration at frequencies below 2 Hz 
are weighted (reduced) by a factor 0.5 or smaller, as per the W

k

 filter in ISO 2631-1 [18]. 

Despite this 50 % reduction by the frequency-weighting, very  high intensities still re main at 
frequencies between 0.7 and 3 Hz.  

For the 17 km section south of Viksmon, the root-mean-square (RMS) â€œaveraged” value for the 
weighted xyz vector was 0.86 m/s

2

. This rates the 13 minute ride â€œuncomfortable” on average, 

as per the ISO 2631-1 comfort scale in Table 1. 

5.2.5.2 The second problem is the intense lateral vibration 

Calculation of the 13 minute ride’s contribution to the daily exposure A(8) is based on the single 
axis having highest RMS. This was the z-axis, which had 0.59 m/s

2

. When analyzing health risk, 

lateral vibration must be  multiplied by a factor 1.4 [2]. After this operation, the y-axis had almost 
as much vibration as the z-axis; 0.54 m/s

2

. This is remarkably high, compared to the vertical vi-

bration. â€œOff-roads” such as Rd 331 calls for a new approach to truck suspension systems. It is 
obviously not enough to isolate vertical vibration; there is also a need to prevent or isolate lat-
eral vibration as well. 

5.2.5.3  The third problem is the transient bumps 

The worst bump in the 17 km long section southbound from Viksmon, gave a maximum tran-
sient vibration value of 2.44 m/s

2

 along the XYZ vector (MTVVV). This value, calculated after 

integration over 1 second, corresponds to an â€œextre mely unco mfortable” ride on the ISO 2631-1 
comfort scale in Table 1. 

5.2.6 The broken truck suspension bush had no significant effect 

The first truck test run was made without a bush on one damper in the chassis suspension sys-
tem, as seen in the photographs in Figure 30. Before the main test runs, the bush was replaced 
at a Scania workshop. The truck driver’s seat vibration has been compared with and without the 
bush for the first 30 km section southbound from Ramsele. The results show that the vertical (z-
axis) vibration was 3.3 % higher with the bush in place. This is within the reproducibility noise 
level, so it should not be taken as a working bush makes seat vibration worse. Rather, the re-
sults show that the effect of the da mper is low. However the truck chassis suspension system 
provides  much of its damping by other means than the “da mper” component. 

5.2.7 The lateral vibration was 124 % higher in the truck than in the car 

The average xyz vibration on the Scania truck driver’s seat was 83 % higher than the vibration 
on driver’s seat in the Ford Mondeo (see photograph in Figure 35), when comparing data from 
Viksmon and 17  km towards  Viksjö. While the truck ride  was â€œuncomfortable”, the 0.47  m/s

2

 car 

ride was only â€œa little uncomfortable” as per the ISO comfort scale in Table 1. While the worst 
bump was â€œvery unco mfortable” (MTVVV = 1.48 m/s

2

) in the car, the worst bump was â€œextre mely 

uncomfortable” (2.44  m/s

2

) in the truck. These findings confirm the indicative preferences given 

in Table 2.

 

background image

 Page 75  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

As expected, the high Scania truck was more prone to RBCSV, since it showed 124 % higher 
average lateral (y-axis) vibration than the lower Ford Mondeo passenger car. The ratio between 
truck and car  was 34 % higher on  lateral vibration  (y-axis) than on vertical vibration (z-axis). 
This further confirm that deformed pavement edges are a much larger problem to truck drivers 
than to car drivers, (including Councillors and road agency officers in their comfortable duty 
cars). 

background image

 Page 76  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

5.2.6 Rd 331 can’t be efficiently repaired by traditional asphalt overlay 

The vibration intensity of a truck wheel axle can be very high, fro m 0.7 to 3 Hz in Figure 48. At 
78 km/h, these frequencies correspond to road roughness with waves ranging from 7 to 31 m. 
The peak vibration in the frame, cab and seat occurs at 1.2 Hz, which corresponds to road pro-
file  waves of approxi mately 18  m  lengths.  

These truck responses show a ride problem that is related to long wave unevenness in the road. 
This finding is confirmed when analyzing the same road profiles scanned by the laser/inertial 
Profilograph. A typical road profile example from the 17 km section is given in Figure 50. It re-
cords up to 60 mm deep hollows in wavelengths of over 30 metres. 

 

Figure 50 

Rd 331 Viksmon - Viksjö: Unevenness with high amplitudes at up to over 30 m long waves 

 

The SRA Central Region plans to carry out a traditional asphalt overlay for this road section in 
2008. However, its steep 7 - 31 m waves are obviously too long to be efficiently repaired by a 
simple asphalt overlay. These waves are so long that the paving equipment will simply ride 
along them, only raising the unevenness by the thickness of the new asphalt mat. To produce a 
good solution, the road  machines must be effectively controlled and forced to make the neces-
sary changes to the unevenness, as the present defects are much longer than the machines 
themselves. It can be claimed that these waves can be repaired by subjective spot fillings be-
fore paving the  mat.  However, this ad-hoc  method is  unable to  make the alterations necessary 
without using an excessive a mount of costly asphalt. A proper and cost-effective repair of this 
road requires an accurate measurement of the road 3D-geometry, and a careful (computer 
aided) rehabilitation design at each 5 m section. The benefits in terms of the reduced low fre-
quency ride vibration of this type of road repair method are presented in detail by Granlund & 
Lindström (2004) [13]. Another alternative is a more costly â€œtotal pavement reconstruction”. 
Unless one of these two  methods is used, much of the low frequency vibration is likely to re main 
for heavy vehicles after the road repair has been carried out. 

background image

 Page 77  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

5.3 GOOD FIT BETWEEN PROFILOGRAPH DATA AND TRUCK RIDE 

5.3.1 Precision of repeated truck ride 

There are of course variances between truck rides on a given road section. The reproducibility 
for the seat vibration between two runs with truck driver A and a third run with driver B is shown 
in Figure 51. The graphs are not perfectly synchronized in distance, due to slightly different lat-
eral position in curves et cetera. Despite being instructed to follow the ruts, it appears that one 
of the drivers may have been more active in steering to avoid driving over bumps. This is very 
human, since it is easy to revert to periods of â€˜normal driving behaviour’ during test driving over 
a number of days. The graphs show clear differences between good and poor road sections, 
even though the variance in a given section can be significant. It will be recalled that si milar 
variances were seen when comparing truck ride data with the reference road profile data from 
the Profilograph. However, by filtering data from repeated truck runs, variance can be reduced. 
 

 

Figure 51 

Reproducibility in truck driver seat vibration between three runs at HS S Viksmon 

4500

 

5000

 

5500

 

6000

 

6500

 

7000

 

7500

 

Distance [m]

 

S

eat

 vi

b

ra

ti

o

n

 [

m

/s

2

]

 

Precision of 3 runs

 

background image

 Page 78  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

5.3.2 Profilograph data is a proven reference to vertical ride vibration 

Previous research has shown a very good fit between pavement roughness, as  measured by a 
Profilograph, and vertical ride vibration in heavy trucks. However, in road sections with very 
poor bearing capacity this fit  may drop significantly, as shown by Ahlin et al (2004) [19], due to 
soft spots in the pavement affecting the roughness experienced through the truck tyres. 

Profilograph data is frequently used in advanced studies on vehicle ride vibration. One exa mple 
is seen in the Ph D thesis on heavy truck fatigue damage by Bogsjö (2007) [22], based on data 
from Rd 331 and other Northern Periphery roads. Another study of Profilograph data from Rd 
331 is reported in the Masters thesis on ambulance car ride quality by Nilsson (2004) [69]. 

5.3.3 Profilograph data emerge a good reference to truck roll angle and rate 

5.3.2.1 RBCS show good fit to truck roll angle 

In this project, an important issue is truck roll vibration and its relation to undesired variance of 
the Rut Bottom Cross Slope (RBCS) of the pavement. The case study on Rd 331 included Pro-
filograph  measurement of pave ment RBCS, as well as measurement of the dynamic roll angle 
of the Scania R480 truck cab. Comparisons of the two types of data show a good fit, as seen at 
Hazardous Site Backe (Edsele) in Figure 52. This confirms the value of Profilograph data as a 
reference input for calculations into the dynamic roll motion of trucks. 

Straigth road section in Backe (Edsele)

Pavement Rut Bottom Cross Slope vs estimated from Truck Cab Roll Angle

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

127000

127100

127200

127300

127400

127500

127600

RDB distance [m]

C

ro

s

s

 S

lope

 [

%

]

Rut Bottom Cross Slope from the Profilograph

Cross Slope estimated from Truck Cab Roll Angle

 

Figure 52 

Good fit between pavement Cross Slope and Truck Cab Roll Angle

background image

 Page 79  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

5.3.2.2 Rock ÂŽn Roll at HS Backe (Edsele) 

Figure 53 shows a photograph of the truck, warping as it enters a section of severe long-wave 
edge deformation at RDB distance 127/325 km. The truck’s large roll angle should be particu-
larly noted. Also noteworthy are the different roll angles of the truck and the trailer, as well as 
the different yaw angles. 

 

Figure 53 

 HS Backe (Edsele): Warping truck and trailer at RDB distance 127/325 km 

A cut screen-print fro m the onboard Dewetron system is given in Figure 54. The recordings 
were captured synchronized with photographs taken from the roadside as in Figure 53 above. 
The forward facing video in Figure 54 actually shows the exterior photographer standing beside 
the road. The white undulating top trace shows the variance of the truck cab roll angle, recorded 
by the OxTS RT 3050 unit. The peak rate of the change in roll angle at the Hazardous Site at 
Backe (Edsele) was over 3 

°

/s. In the case of the test vehicle,  a roll angle of 1 

°

 corresponds to 

a 35 mm vertical displace ment between the left and right tyres. 

 

Figure 54 

HS Backe (Edsele): ROW video and some of the recorded truck ride data 

background image

 Page 80  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

Section 127/325 km was rated as â€œ

very uncomfortable

” and â€œ

hazardous

” by the truck drivers. 

The vector of roll and pitch rates peaked at 4.48 

°

/s. This touches the threshold used in New 

Zealand, as presented in section “

3.3.2.2 Roll vibration is excited by undesired variance of Rut 

Bottom Cross Slope

”. The section’s RBCSV peaked at 0.47 %. 

Excessive Cross Slope in straight road sections is an ergonomic problem 

The cross slope (CS) magnitude is remarkable at the Hazardous Site at Backe (Edsele). The 
section has values ranging between -4 % and -7 %, see Figure 52, despite the design value for 
straight roads being -2.5 %. The maximum value allowed for CS when designing extre mely 
sharp curves in Sweden is +/-5.5 %. Obviously this straight section has too much CS. Excessive 
CS contributes to a poor work environment for professional drivers as they have to sit in an 
awkward side sloping position to counteract the adverse CS, causing the spine to be twisted, 
while also being exposed to high ride vibration. 

Response data are not good reference to road management 

It may seem that truck response data could be useful in pave ment manage ment systems. How-
ever, this type of road condition data depends on many dynamic parameters, such as speed 
and lateral position. Therefore response data from commercial trucks or other vehicles could 
give poor esti mates of pavement parameters such as cross slope. This is obvious at RDB sec-
tion 127/300 km in Backe (Edsele), where the truck roll response differs by almost 2 percent, 
compared to the pavement cross slope, as seen in Figure 52. This difference is many times lar-
ger than the tolerance limit applied on quality certified road condition data used in normal pave-
ment management systems. 

background image

 Page 81  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

5.3.2.3 Rock ÂŽn Roll at HS Ă…kerö 

The HS Ă…kerö pavement edge da mage is seen on photo in Figure 55. Take note of the ex-
ploded truck tyre to the right! Traditional optical photographs do not reflect unevenness very 
well. A better way of visualizing unevenness is to use a 3D laser scan. This highlights all of the 
unevenness features. A Profilograph scan of the HS Ă…kerö damage can be seen in Figure 56. 
The deformation at this site was found to be 69  mm deep.  

A cut screen-print fro m the onboard Dewetron Strea m Machine system is reproduced for HS 
Åkerö in Figure 57. The white undulating top trace shows the variance of the truck cab roll an-
gle. The RT 3050 had registered a peak rate for the roll angle of 6.8 

°

/s. The lateral acceleration 

measured in the truck cab was 2.0 m/s

2

, and it was 75 % higher (3.5 m/s

2

) at the driver’s seat 

pan. The latter confirms that current seat suspension syste ms are unable to isolate lateral vibra-
tion as they have been designed primarily to isolate vertical vibration. These seats appear to 
actually a mplify the problem, in fact, with lateral jolts at low frequencies. The HS Ă…kerö section 
was rated as â€œvery uncomfortable” and “hazardous” by the truck drivers. 

The cross slope magnitude is also remarkable at the straight road section at Hazardous Site 
Åkerö. Recalling that the design recommendation for cross slope was -2.5 %, this section has 
values ranging between -3 % and -6 %. The peak CS exceeds the maximum banking of +/-5.5 
% allowed when designing the sharpest curves in Sweden. 

 

Figure 55 

Pavement edge deformation at HS Ă…kerö. Take note of the exploded truck tyre! 

background image

 Page 82  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

 

 

 

Figure 56 

Profilograph 3D plot of the HS Ă…kerö 69 mm deep edge deformation 

 

 

Figure 57 

HS Ă…kerö: ROW video and some of the recorded truck ride data 

background image

 Page 83  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

As stated above, an important issue for this research was the relationship between undesired 
variance of the Rut Bottom Cross Slope (RBCS) of the pavement and the truck roll vibration. In 
the previous section, a good fit was found between RBCS and truck cab roll angle. The variance 
of cab roll angle is a measure of the cab’s roll vibration. Further analysis confirms a good fit be-
tween variance of the roll angle and variance of the RBCS (RBCSV), as can be seen in data 
from HS Ă…kerö in Figure 58. 

Variance of Truck Cab Roll Angle vs Variance of Cross Slope

HS Ă…kerö edge damage at 125 275 m

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

125000

125200

125400

125600

125800

126000

126200

126400

RDB distance [m]

Va

ri

a

n

c

e

Variance of truck cab roll angle

Pavement RBCSV

 

Figure 58 

Good fit between Variance of RBCS and Variance of Truck Cab Roll Angle 

The RBCSV parameter has been designed to identify those sections with cross slope variance 
that cause roll vibration in the suspended masses (body, cab and payload) of heavy trucks, as 
well as in the wheel axle [21]. As a result of this multi-purpose requirement, one should not look 
for a perfect match between RBCSV and the roll vibration of the cab. There can be significant 
variances between reproduced truck rides, as seen in Figure 51. With this in mind, the match 
seen in Figure 58 seems good for the intended purpose of the RBCSV parameter. 

background image

 Page 84  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

5.3.2.4  Warping RBCS at Hazardous Site N Ă…kroken 

The Hazardous Site north of Ă…kroken shows an unusually high accident number, as seen in 
Figure 28. This site also show extre mely high RBCSV; 1.04 %. This is ten times the â€œnoise level” 
of 0.1 %, as seen in Figure 59. This clear alarm is caused by a warping change in cross slope 
from -4 % to -7.5 % and then back to -4 %. The net change of 2.5 % cross slope corresponds to 
a change of 5 cm in elevation between left and right wheel track, as they are spaced 200 cm; 
0.025 * 200 = 5 cm. 

HS N Ă…kroken

-8

-6

-4

-2

0

2

4

53500

53600

53700

53800

53900

54000

54100

54200

54300

54400

54500

RDB Distance [m], lane in reverse direction

Cr

o

ss S

lo

p

e [

%

]

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

N

e

t va

ri

a

n

ce

 [

%

]

Rut Bottom Cross  Slope

Effective Unde sired RBCS Variance

 

Figure 59 

High RBCSV indicate severe pavement edge deformation at HS N Åkroken 

 

background image

 Page 85  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

5.3.2.5 Warping RBCS at Hazardous Site MeĂ„strand 

In contrast the Hazardous Site at MeĂ„strand â€œonly” shows a slightly increased accident number. 
However, the truck drivers report this to be one of the most dangerous sites. The modest con-
sistency between driver opinion and accident black spot map, may be explained by the fact that 
this site has low traffic intensity. This calls for an â€œIndividual Risk” mapping, where accident 
number is divided by traffic intensity AADT as described by Ogden & Daly [64]. However, such 
an analysis requires further resources not available within this project which has its focus on 
health issues rather than traffic safety. 

HS MeĂ„strand shows a high degree of warping RBCSV; 0.95 %. This is almost ten ti mes the 
“noise level” of 0.1 %, as seen in Figure 60. This clear â€œalarm” is caused by a warping change in 
cross slope fro m -2.9 % to -5.2 % and then back to -3.0 %. The net change of 2.3 % cross slope 
corresponds to a change of about 4.6 c m in elevation between left and right wheel track, as they 
are spaced 2 m. A photo of a truck yawing to avoid this pavement edge is showed in Figure 61. 
Take note of how the painted road marking line reflects the lateral component of the pavement’s 
deformation. Also take note of the glare of the asphalt repair in the outer wheel track. Friction 
aspects on this kind of single track patch repair will be further discussed later in the report. 

 

HS MeĂ„stra nd

-6

-4

-2

0

2

4

6

112000

112100

112200

112300

112400

112500

112600

112700

112800

112900

113000

RDB Distance [m], lane in reverse direction

C

ro

ss S

lo

p

[%

]

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

N

e

t var

ia

n

ce 

[%

]

Rut Bottom Cross Slope

Pavement RBCSV

 

Figure 60 

High RBCSV indicate severe pavement edge deformation at HS MeĂ„strand 

 

background image

 Page 86  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

 

 
Figure 61 

Severe pavement edge deformation at HS MeĂ„strand 

 

background image

 Page 87  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

5.3.2.6 Warping RBCS at Hazardous Site AlderĂ„n 

HS AlderĂ„n shows an unusually high accident number, as seen in Figure 28. This site also 
shows several peaks with RBCSV up to 0.55 %. This is over five times the “noise level” of 0.1 
%, as seen in Figure 62.  

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

127500

128000

128500

129000

129500

130000

RDB Distance [m],  lane  in reverse  direction

C

ros

s

 S

lope

 [

%

]

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

N

e

t va

ri

an

c

e

 [

%

]

Rut Bottom Cross Slope

Effective Undesired RBCS Variance

 

Figure 62 

High RBCSV indicate warping pavement edge deformation at HS AlderĂ„n 

 

HS AlderĂ„n also has other problematic features. It is a sharp right hand curve at the foot of a 
long and steep hill. In the curve, the cross slope is worse than -8 %. This is a very large slope, 
especially when appearing just after a long grade. Furthermore, the cross slope transition 
lengths are too short. On top of all of this, the pavement Mega Texture (MeTx) is unacceptably 
high in the curvesÂŽ outer wheel path.  

MeTx is longer than Macro Texture, but shorter than roughness. These short waves range from 
5 up to 50 cm. High MeTx causes distortion in the tyre/road contact patch, thus being a source 
of friction problems. MeTx is also a significant source of annoying interior and exterior noise. At 
HS AlderĂ„n, the MeTx peaked at 0.9 mm, being 4.5 times the normal â€œnoise level” of 0.2 mm. 

 

background image

 Page 88  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

5.3.2.7 Warping RBCS at Hazardous Site Ă…sĂ€ng 

HS Ă…sĂ€ng shows an unusually high accident number, as seen in Figure 28. A photo of a recent 
truck skid accident can be seen in Figure 63. The Police reported the friction to be zero, due to 
polishing. The truck driver said that the truck responded neither to steering, nor to braking, at 
the exit of the left hand curve.  

 

Figure 63 

Truck skid accident in Ă…sĂ€ng, 2007-02-22 [Photo: Torbjörn Elverheim, ST] 

 

This site also shows several peaks with RBCSV up to 0.49 %. This is over five times the â€œnoise 
level” of 0.1 %, as seen in Figure 64.  

There are three transient RBCSV peaks in Figure 64, at distances of 11/450, 11/435 and 11/403 
km. Such peaks relate to short wave CS variance, which excite wheel axle tra mp. This rolling 
motion of the axle results in lateral tyre displacements polishing the road, as discussed in sec-
tion â€œ

3.2.6 Wheel axle vibration impacts on traffic safety

”. The Police observation on the road 

being polished into low friction give support to the theory of RBCSV causing low friction due to 
polishing. 

As mentioned, Figure 64 shows three transient RBCSV peaks between 11/450 and 11/403 km. 
These transients increase the RBCSV by some 0.1 %, and correspond to about 1 % change in 
RBCS as seen in the graphs. In other terms, the transients correspond to 0.01 x 200 = 2 cm 

background image

 Page 89  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

warping in profile elevation in one of the rut bottoms. Such warps are characteristic for steps at 
the start and end of poorly made 2 cm thick pavement repair patches. Macro Texture results 
(not shown  here) also indicate likely starts and stops of  patch  work at the sections  distance 
11/450, 11/435 and 11/403 km. Furthermore, the MaTx was re markably low, down to 0.2 mm at 
the patch indications. A benchmark mini mum value is 0.6 mm MaTx for acceptable wet friction 
when braking at highway speeds. As seen on the photograph in Figure 63, the ice rut bottoms 
showed some asphalt, so the low MaTx may possibly have contributed to the observed low fric-
tion. 

Junction w ith Rd 703 bound for Ljustorp at section 11 497 m 

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

11375

11425

11475

11525

11575

11625

11675

11725

RDB Distance  [m], lane in reverse direction

C

ro

s

s

 S

lope

 [

%

]

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

E

ff

e

ct

iv

e

 RB

CS

 va

ri

an

c

e

 [

%

]

R ut B ottom Cross Slope

Undesire d Rut Bottom  Cross  Slope Va riance

 

Figure 64  

High RBCSV indicate warping pavement edge deformation at HS Ă…sĂ€ng 

 

The photograph in Figure 63 was taken at about section 11/400 km, and the skidding may have 
occurred just at the peak RBCSV in section 11/435 km. There is also another indication of the 
accident being related to the pavement condition. This is discussed in the section on insufficient 
Drainage Gradient.  

 

background image

 Page 90  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

5.3.2.8 Warping RBCS at Hazardous Site MjĂ€llĂ„sen 

HS MjĂ€llĂ„sen shows an unusually high accident number, as seen in Figure 28. It has a long 
curve with varying curvature. In this curve, there are sections with excessive CS; up to 8.23 % 
negative CS. An ideal CS for dyna mic cornering balance with respect to current curvature is -4 
% in this section.  

This site also shows several RBCSV peaks up to 0.85 %. This is more than eight ti mes the 
“noise level” of 0.1 %. This clear â€œalarm” is caused by a warping change in cross slope from -3.3 
% to -0.8 % and then back to -3.9 %. The net change of up to 3 % cross slope corresponds to a 
change of 6 cm in elevation between left and right wheel track, as they are spaced 2 m. The 
RBCS trace down to -0.8 % indicates that the pavement centre, rather than the edge, has 
collapsed. If this is the case, this road section could have serious bearing capacity proble ms. 
Such problems should be considered when planning repair of the road section. If only a si mple 
surface repair is done, the road will  most likely deteriorate in very short ti me. 

 

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

196 00

19 700

19800

1990 0

20 000

20100

20200

RD B D istance [m], lane in reverse  direction

C

ros

s

 S

lop

e

 [

%

]

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

E

ff

e

c

ti

v

e R

B

C

S

 var

ia

n

c

e

 [

%

]

Rut Bottom Cross Slope

Undesired R ut B ottom  Cross  Slope  Varia nc e

 

Figure 65 

High RBCSV indicate warping pavement deformation at HS MjĂ€llĂ„sen 

 

background image

 Page 91  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

5.3.2.9 RBCS is a more accurate pavement parameter than Lane Regression CS 

There are many ways to define/ measure the Cross Slope (CS) of a pavement lane. Since 1997, 
the Swedish Road Administration’s Pavement Management System (PMS) has measured CS 
by the “regression method”. This uses the 17 laser measurement spots on the Profilograph dis-
tributed over a width of 3.2 m. In the regression method, data fro m the whole 3.2 m wide cross 
section are used to calculate the CS. In sections with severe edge deformation, the regression 
method may report significant smaller slopes than perceived between the left and right wheels 
of a truck. One example is found at HS Ă…kerö, in the section showing severe edge damage at 
RDB distance 125/275 km. As can be seen in Figure 66, the lane regression CS differs one unit 
from the 6 % truck cab roll angle; a relative difference of 1/6 = 17 %. In 2006, the SRA defined 
Rut Bottom Cross Slope (RBCS) as a parameter focusing on pavement slopes as perceived as 
a priority by drivers of heavy trucks [21]. Figure 66 shows a good fit between lane regression CS 
and the new RBCS parameter, except at the pavement damage in section 125/275 km, where 
the RBCS matches the truck roll angle much better. The difference between these two meas-
ures of cross slope can be large at sections with severe edge deformations in the shape of a 
basin, where a â€œwall” of displaced material is raised outside the outermost wheel as seen in 
Figure 55 and Figure 56. This kind of damage has a great effect on truck ride and RBCS  must 
therefore be considered to be the most accurate road-user oriented para meter of the two. 

 

Figure 66 

RBCS is a better estimate of truck roll angle, than Lane Regression CS is 

 

background image

 Page 92  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

5.3.3  Road edge deformation may excite as much lateral vibration as a curve 

Lateral acceleration is commonly recognized as a key para meter for vehicle driving stability, and 
thus for traffic safety. This is especially relevant on slippery surfaces, where the lateral friction 
forces are small. When a vehicle changes its roll angle quickly, the roll motion is accompanied 
by a lateral acceleration. An example from HS Ă…kerö is given in Figure 67. This shows a left 
hand curve (curvature -1.6) at distance 126/200 km, reflected by the change of sign in cross 
slope as it becomes superelevation through the curve. The graph for â€œRunning Root-Mean-
Square of Truck Cab Lateral Acceleration” shows a semi-static level of 0.78 m/s

2

 through the 

curve. This can be co mpared to the value of 0.66 m/s

2

 for lateral RMS acceleration recorded on 

the section of straight road with severe edge damage at HS Ă…kerö, section 125/275 km. In this 
latter section, the peak lateral acceleration was -1.37 m/s

2

, whilst the peak lateral acceleration in 

the curve at 126/200 km was only -0.94 m/s

2

The HS Ă…kerö example clearly shows that severely deformed pavement edges are a serious 
safety hazard, as they may result in lateral acceleration forces comparable to the lateral forces 
experienced when travelling a horizontal curve. 

The grey trace in Figure 67 shows that the pavement RBCSV parameter was registering ap-
proximately 0.1 % through the curve, where the cab lateral acceleration was fairly constant with 
low vibration. However as intended, the parameter quickly gives a clear alarm of 1.18 % (being 
over 6 times larger than the 0.1 to 0.2 % noise level) when it enters the HS Ă…kerö section of 
pavement edge damage. This example also shows that the RBCSV parameter does not give 
“false alarm” due to normal superelevation transitions at left hand curves, where the truck cab 
roll angle s moothly tilts from side to side.  

Truck Cab Lateral Accelaration vs Pavement Cross Slope

HS Ă…kerö edge damage at 125 275 m

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

6

125000

125200

125400

125600

125800

126000

126200

126400

RDB distance [m]

C

ro

ss S

lo

p

e [

%

]

-1,5

-1,0

-0,5

0,0

0,5

1,0

1,5

L

a

te

ra

l accel

er

at

io

n

 [

m

/s

2

]

Rut Bottom Cross Slope

Cab lateral acc

Running RMS of Cab lat acc

RBCSV

 

Figure 67 

Edge damages may excite as much lateral acceleration as a horizontal curve do  

background image

 Page 93  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

5.4 DRAFTING A â€œWARPING LIMIT” FOR RBCSV 

One goal in this project was to draft limit values for maxi mum warping between the road profile 
in left and right wheel track; the ‘undesired variance’ of the pavement’s Rut Bottom Cross Slope 
(RBCS). For this task, it is important to understand typical distributions of warping on road 
sections in â€œnormal” and in bad condition. 

The 26.5 km section from Ă–stergraninge down to Viksjö is a “quite normal old road”. Co mpared 
to the Hazardous Sites 

N Åkroken

 and 

N Viksjö

 (see the black spot map in Figure 28), it shows 

a modest accident record. The distribution of Rut Botto m Cross Slope Variance (RBCSV) values 
on this section is shown in Figure 68.  

"Quite normal old road", RDB 58 300 - 31 760 

51%

74%

87%

93%

97%

99% 99% 100%100%100%100%100%100%100%100%100%100%100%100%100%100%

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

1,00

1,10

Undesired RBCS variance [%]

Fr

e

que

nc

y

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

Sh

a

re

Frequency

Cumulated share

 

Figure 68 

RBCSV distribution at a “normal” old road, Ă–stergraninge - Viksjö 

 

The 17 km from the junction with Hw 87 in Viks mon, and down southeast to Ă–stergraninge, is a 
rough section with severe pave ment edge deformations, resulting in intense lateral vibration in 
the truck cab. An unusually large number of traffic accidents have taken place on this section, 
including the HS BjörknĂ€set, as seen on the black spot map in Figure 28. The distribution of Rut 
Botto m Cross Slope Variance (RBCSV) values on this section is shown in Figure 69.  

 

background image

 Page 94  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

j

"Rough road", RDB 74 989 - 58 300

2%

12%

29%

47%

61%

73%

81%

86%

90%

94%

95% 97%

97% 98% 98% 99%

99% 99% 100%100%100%

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

1,00

1,10

Undesired RBCS variance [%]

Fr

e

que

nc

y

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

Sh

a

re

Frequency

Cumulated share

 

Figure 69 

RBCSV distribution at the rough road section S Viksmon – Östergraninge 

 

Sample results of collation of Profilograph data, truck ride data and truck driver perception of 
comfort and safety are given in earlier report sections. These results show that a RBCSV of 0.4 
% is too high as a limit value. On the other hand, 0.1 % RBCSV corresponds to the â€œbackground 
noise” on old roads, and is obviously too low to be a limit value. A reasonable limit could be 
somewhere between 0.2 % and 0.3 % RBCSV. The graph in Figure 68 shows that 3/100 of the 
old road length exceeds 0.30 % RBCSV, while 13/100 of the road length exceeds 0.20 % 
RBCSV. Since it is i mportant to focus road repair to a limited fraction of the road network, a rea-
sonable draft limit value could therefore be 0.30 % RBCSV.  

On the rough road, 0.30 % RBCSV is exceeded on 39/100 of the length, as seen in Figure 69. 
Again, 0.30 % RBCSV is exceeded on 3/100 of the length of the old road Ă–stergraninge - Vik-
sjö, which include so me Hazardous Sites. This shows that 0.30 % RBCSV can be a good draft 
limit value. 

A statistical analysis of the data from the section fro m Ra msele to Ă„rtrik shows that 0.3 %  
RBCSV gave approxi mately 2.0 

°

/s roll rate in the test truck at the normal operation speeds on 

this road section. 

 

 

background image

 Page 95  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

Chapter 6. Spin-off results on traffic safety 

 

A map of accident black spots on Rd 331 is shown in Figure 28 and data recording intense truck 
vibration and high road roughness values have been presented above for a number of the Haz-
ardous Sites involved. These findings support the theory that a causal relationship between 
pavement da mages and traffic accident risk.  

When taking ride measurements in the high truck, the SRA CS team clearly perceived 
unexpected high lateral forces in many curves. This indicated that the curves may be incorrectly 
banked. This suspicion was further enhanced by complaints from truck drivers. As a 
consequence of this it was decided to make some analysis of the dyna mic equilibrium of 
cornering forces due to road alignment in the curves. For many curves (and straight sections as 
well),  the analysis resulted in some alarming results as seen  below.  

A refined analysis method was de monstrated to quickly show if a curve is correctly banked or 
not. The results confirm that many curves on the Beaver Road 331 are incorrectly banked and 
thereby hazardous.  

Data clearly show an overrepresentation of incorrect banking in left

16

 hand curves. The causal 

reason has been analyzed and explained.  

Several left hand curves include sections where cross slope is 0 (zero) %. These have also 
been investigated with respect to Drainage Gradient (DG), the resultant vector to cross slope 
and longitudinal grade. The results show that, on roads with modest grades, the vast majority of 
left hand curves have spots with unacceptably low DG at their entrance and/or exit, resulting in 
a high skid risk due to water ponding. Analysis on new sections on other roads confirms that this 
is a ubiquitous problem in road design. 

Finally, analysis shows that the spot repair of pavements, in one wheel track only, may cause 
hazardous split friction when braking hard at high speed (emergency baking) in wet weather 
conditions. 

                                                 

16

 

Sweden has right hand traffic; in the UK the problems are focused into right hand curves instead. 

background image

 Page 96  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

6.1 EFFICIENT ANALYSIS OF INCORRECTLY BANKED CURVES 

6.1.1  Ideal ratios of cross slope and horizontal curve radius 

As seen in section â€œ

3.3.1 Tight curves are hazardous

”, road agencies worldwide have defined 

ideal ratios for cross slope versus horizontal curve radius, in order to create a dynamic balance 
to the lateral cornering force. An example of ideal ratios at the reference speed 90 km/h used in 
Sweden is given in Figure 21.  

It is not practical to relate cross slope (CS) to radius (

R

)  when analyzing data from real roads, 

including straight sections of roads where 

R

 approaches infinity and beco mes difficult to plot. 

Curvature, defined as 1000/

R

, is a more practical parameter for real roads since it approaches 0 

(easy to plot) on straight sections. Furthermore, curvature is directly proportional to the lateral 
cornering force. Therefore, the ideal CS to 

R

 ratios in Figure 21 has been plotted as CS to Cur-

vature in Figure 70. The green boxes in the figure correspond to a high standard of road align-
ment, whereas the orange boxes correspond to a moderate to low standard. These boxes in-
clude +/- 0.5 % tolerance limits, as implied by (complex) tolerance demands stated in the Swed-
ish road construction code [40]. The sign convention in Sweden is illustrated by a two lane road 
cross section to the left in the figure. Sweden has right hand traffic, so the focus is on the right 
hand  lane. In straight road sections, the correct cross slope is -2.5 % (-3 % for  roads  with cold 
non-mixed pave ments) and curvature is 0. In right hand curves, the absolute value of cross 
slope (banking/superelevation) should be increased where the curvature is high (radius low); the 
most extreme design value is -5.5 %.  

With +/- 0.5 % tolerance, the most extreme box goes from -6 % to -5 % CS. Significant left hand 
curves (> 0.3 % negative curvature) call for the cross slope to be tilted to the other side, thereby 
changing the CS sign. Corresponding sharp right hand curves, the most extre me box for left 
hand curves goes fro m + 5 to + 6 %. The CS transition between -2.5 % and +2.5 % should at 
roads with 90 km/h reference speed be carried out at negative curvature smaller than 0.3, 
corresponding to a radius wider than -3200  m. 

background image

 Page 97  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

(

-

)

(

-

)

(

+

)

(

+

)

(

-

)

(

-

)

 

Figure 70 

Ideal Ratios between Cross Slope and Curvature at 90 km/h reference speed. After [15] 

background image

 Page 98  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

6.1.2  Reference patterns of fair alignment on real roads 

In Figure 71, 12300 values from a reconstructed section of Hw 90 are plotted. Each point repre-
sents the average value for 1 m road section, in total 12.3 km. This plot gives a reference to pat-
terns created by fair ratios between cross slope and curvature on real roads.  

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

6

7

8

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

Curvature = 1000 / Radius [m]

Cr

o

s

s sl

o

p

[%

]

 

Figure 71 

New Hw 90: Reference ratios between CS and Curvature, 90 km/h reference speed 

 

It is easy to identify a handful of reference road alignment “fa milies” in the plot, as seen in 
Figure 72. Straight sections are marked â€œ1”, low cross slope (CS) in wide right curves â€œ2”, high 
CS in sharp right curves â€œ3”, low superelevation in wide left curves â€œ4”, high superelevation in 
sharp right curves â€œ5” and cross slope transitions to/from left curves â€œ6”.  

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

6

7

8

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

Curvature = 1000 / Radius [m]

Cr

o

s

s sl

o

p

[%

]

 

Figure 72 

Identifying reference road alignment families 

2

3

4

background image

 Page 99  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

6.1.3  Incorrectly banked curves on Rd 331 

If the road alignment data does coincide with the fair road alignment reference fa milies, the road 
section is likely uncomfortable and possibly hazardous at the reference speed. 

Data from 12.3 kilometres of the old Beaver Road 331 (Ramsele - Edsele) are compared with 
data from new Hw 90 in Figure 73. In this plot, several uncomfortable and hazardous families of 
road alignment data can be identified. Note that the Curvature axis has been widened, to make 
it possible to plot data from the sharp curves on Rd 331. 

Straight sections with excessive Cross Slope (CS) are marked â€œ7” in Figure 73. These sections 
include CS greater than the permissible banked sharp curve allowed in Sweden. These cause 
an uncomfortable ride. They are also a health risk, since they force the driver’s spine into an 
awkward twisted position making it  much more susceptible to Whole-Body Vibration. These sec-
tions are also hazardous when overtaking another vehicle, as the large difference in CS be-
tween the two lanes causes large lateral vibrations if the overtaking is done with a quick lateral 
manoeuvre. On the section NordankĂ€l - Backe, a straight section had CS down to - 8.5 % (not 
shown here). 

 

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

6

7

8

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

Curvature =  1000 / Radius  [m]

Cro

ss sl

o

p

[%

]

 

Figure 73 

Comparison of data from 

old Rd 331

 and new 

Hw 90 

 

Wide right hand curves with too little negative CS are marked â€œ8” in Figure 73. These curves 
contribute to skid accidents as they do not generate sufficient lateral support to reach a dynamic 
balance when cornering in slippery conditions. 

Sharp right hand curves with high negative CS are marked â€œ9”. These curves contribute to slip 
accidents in vehicles driving at lower speeds than the reference speed.  

10 

11

12 

13

background image

 Page 100  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

Left hand curves where the banking is tilted to the wrong side are marked â€œ10”. These are of 
course extremely hazardous, as it is difficult to avoid skidding in slippery conditions. For heavy 
vehicles, the risk for rollover accidents is obvious. 

Sections with close to 0 (zero) % CS are marked â€œ11”. With few exceptions, these are entrances 
or exits of left hand curves. Unless these sections happen to be in a longitudinal grade, they will 
also have a Drainage Gradient close to zero. This will cause water to pond, and the road will 
often develop local (surprising) ice spots in cold weather. These bring unacceptably high skid 
risk, so these sections should be checked for Drainage Gradient. This type of analysis is done in 
the next section of this report. 

Left hand curves with too little CS are marked â€œ12”. These curves contribute to skid accidents, 
as they do not generate enough lateral support to reach a dynamic balance when cornering in 
slippery conditions. It is noticeable that almost none of the left hand curves have excessive 
positive CS. 

The family marked â€œ13” can be described as â€œpoorly synchronized CS transitions”. This family 
includes sections where CS transitions take place at a curve radius sharper than - 3200 m 
(Curvature -0.3). In practice, these are sections where the curve has started, but the 
superelevation is applied later in the curve. Or even worse; in curves where positive 
superelevation suddenly becomes negative CS before the curve is finished. This kind of road 
feature can come as a dangerous surprise to road users, unfamiliar with local hazards. The data 
families â€œ10” to “12” may also include poorly synchronized transitions. 

Figure 73 also includes families of unacceptably sharp left and right curves on Rd 331. When 
these curves are evaluated against the acceptable risk level stated by the SRA Road Design 
Manual [15], many are even too sharp at the lower reference speeds of 70 and 50 km/h. As per 
the Tylösand declaration (see section “

7.2 The Tylösand Declaration

”),  SRA  must  as  soon  as 

possible  make sure that all of these curves  gets  warning signs, and should start  planning for 
straighten the m out. 

It is interesting to see that Figure 73 is non-symmetric. It shows that hazards are more common 
in left hand curves, than in right hand curves. 

background image

 Page 101  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

6

7

8

-10

-9

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

6

Curvature = 1000  / Radius [m]

Cr

o

s

s sl

o

p

e

 [

%

]

 

Figure 74 

Poor road alignment cause dynamic imbalance at the Hazardous Site Roos Curve  

 

The Roos Curve in Ă–sterforsse is extremely hazardous, as can be seen in the hospital record 
plot in Figure 16. Today, the speed limit is 70 km/h through the curve. When analyzing ratios 
between CS and Curvature for Roos Curve in Figure 74, the data can be classified into several 
of the above defined hazardous families of road alignment. This non-uniform horizontal curve 
includes a minimum â€œradius” of about - 120 m, as Curvatures reach - 8.32. These extreme Cur-
vatures cause very high lateral forces. Considering the curve’s CS, and a lateral friction factor of 
less than 0.1 for slippery conditions, the maximum safe speed is definitely lower than 50 km/h 
as per the graphs in Figure 18. The posted speed limit is therefore  more than 40 % higher than 
the safe maxi mum speed. Obviously, it is extremely important to maintain high road surface fric-
tion in this curve. It is  reco mmended that this curve should be straightened out, or at  least 
should have the banking very carefully redesigned, as soon as possible. (Each point in Figure 
74 corresponds to an average value over 1  m; the plot includes 500 m). 

There are two Hazardous Sites (HS) at Viksjö; one just north of the village and the other just 
south of Viksjö, as seen in the hospital record plot in Figure 75. 

The HS south of Viksjö shows three fatal heavy truck accidents at exactly the same location. In 
the flat village of Viksjö the speed limit is 50 km/h. At the south exit, the limit is raised to 70 
km/h. The road makes a short and sharp left hand curve, as it begins a long and steep downhill 
grade. Then it makes a wide right hand curve, followed by a short but very sharp left hand 
curve. This third curve also ends the grade, and the road goes over a bridge at the botto m of the 
valley. In the grade, truck drivers have lost control of their vehicles. At the exit of the third curve, 
each of the trucks have missed the bridge and made a large hole in the - obviously undersized - 
crash barrier. All of these lethal rides ended with a 20 m long and 12 m deep jump into the rift.  

background image

 Page 102  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

 

Figure 75 

Hospital record plot from HS N Viksjö and HS S Viksjö [Hans Johansson, SRA] 

 

Figure 76 

HS S Viksjö: Truck crash in Oct 2005 [Photo: High Coast Rescue Dept] 

 

When analyzing ratios between CS and Curvature for HS S Viksjö in Figure 77, the data can be 
classified into several of the above defined  hazardous families of  road alignment.  The  non-
uniform horizontal curves include a minimum â€œradius” of about -150 m, as Curvatures reach -
6.77. These extre me Curvatures cause very high lateral forces. Considering the curve’s CS, and 

background image

 Page 103  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

a lateral friction factor below 0.1 for slippery conditions, the maximum safe speed is about 50 
km/h as per the graphs in Figure 18. The posted speed limit is 40 % higher. 

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

6

7

8

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

6

Curvature = 1000 /  Radius [m]

C

ros

s

 s

lope

 [

%

]

 

Figure 77 

Poor road alignment cause dynamic imbalance at the Hazardous Site S Viksjö 

 

background image

 Page 104  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

6.2 IDENTIFYING HIGH SKID RISK DUE TO WATER PONDING 

Where the â€œDrainage Gradient” of a non-permeable road surface is lower than 0.5 %, water will 
not run off and water pools can be formed in wet weather. Water ponding, such as seen in 
Figure 78, increase the skid accident risk.  

 

Figure 78 

Water ponding at a CS transition section [Photo from the UK road network survey] 

 

Road design manuals worldwide recognize the risk for water ponding and demand a minimum 
Drainage Gradient of 0.5 %.  

From a mathe matical point of view, Drainage Gradient (DG) is the resultant of the Cross Slope 
(CS) and longitudinal Gradient (G) of road surface, as illustrated in Figure 79 and defined by 
Formula 8. 

background image

 Page 105  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

 

Figure 79 

Drainage Gradient is resultant of Cross Slope and longitudinal Gradient 

 

2

2

G

CS

DG

+

=

 

 

Formula 8, Calculation of Drainage Gradient 

 

Straight roads are generally designed with 1 to 3 % negative CS. Curves are designed with a 
superelevation up to +/-5.5 % (Sweden), +/-7 % (UK), +/-9.5 % (Norway, maintenance of 
existing roads).  

With more than +/-0.5 % CS, the DG should never drop below the minimum li mit of 0.5 %. Nei-
ther straight sections, nor curves, have less than +/-0.5 % CS. So in what type of road sections 
could DG become insufficient? The Swedish road design manual [15] does not include guidance 
on this important question. The UK road design manual [54] gives a clue on the topic: 

”-

Care must be taken to ensure that a minimum longitudinal gradient of at least 0.5 % is 

maintained wherever superelevation is to be applied or reversed

”.  

So, critical sections are the transitions where superelevation starts or stops between straight 
sections and curves. As shown later in this section, the critical sections are further limited to 
left

17

 hand curves, where CS change direction and sign as they pass through 0 (zero) %. 

An important question is: ”-

How can unacceptably low DG be avoided at entrances and exits of 

left hand curves in flat terrain

?” Again, the Swedish road design manual does not give guidance, 

while the UK manual does: 

”-

In flatter areas, the vertical alignment should be manipulated by  the introduction of vertical 

curvature simply to achieve adequate surface water drainage

”. 

The solution presented in the UK manual, is to construct local vertical curves so there are at 
least 0.5 % longitudinal Gradient in the sections where CS is close to 0 % as it changes sign. To 
create a 0.5 % slope over 50 m length, an elevation of 0.25 m is required. This is a reasonable 

                                                 

17

 In the UK the opposite is true; 

to right hand curves.

 This is due to the left hand driving in the UK. 

background image

 Page 106  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

design option when building a new road, where profiling is made by local material such as 
gravel and rock fill or by cut section. It is important to use smooth gradient changes, so the ride 
doesn’t get bumpy at highway speeds. 

There is also another solution. Where there is a grade before the left hand curve starts, the CS 
can be moved into this grade. Thereby the CS can  make a transition from -2 % to +2 % long 
before the left hand curve starts. One drawback with this method is that a longer road section 
will have somewhat longer drainage path, thereby also a slightly larger water film depth. 

A third option is to minimize the length of road where the CS is close to 0 %. This can be done 
by varying the “tilt rate”. The transition from i.e. -2 % to -0.5 % can have a low tilt rate, from -0.5 
to +0.5 % a higher tilt rate, and from +0.5 % to +5.5 % the tilt rate is slow again. Road sections 
designed with this method should be checked to ensure that it does not excite significant roll 
vibration. 

A fourth option to reduce water ponding and thereby the skid risk, is to construct a permeable 
pavement in the sections where DG is low. 

6.2.1 Low Drainage Gradient gave an unacceptable skid risk at HS N Viksjö 

The northern HS at Viksjö shows an unusually high number of accidents leading to hospital 
care, as seen in Figure 75. The curve is sharp and induces high lateral cornering forces; the 
curvature reaches -5.12 (radius tighter than 200 m). Despite this fact, the maxi mum allowed su-
perelevation of 5.5 % has not been utilized, as the curve only has about 4 % in the northbound 
direction. Furthermore, it has a warping Rut Bottom Cross Slope Variance of 0.54 %, which is 
significantly above the above proposed â€œwarping limit” of 0.30 % RBCSV. In addition to these 
features, at the southern entrance of the curve, the Drainage Gradient is below the 0.5 %  mini-
mum limit value on a long section as shown in Figure 80. 

background image

 Page 107  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

Rd 331, Viksjö - Ă–stergraninge

Curve  at  the north  of Vik sjö, RDB c a 3 2000

Skid risk: If the Drainage Gradient doesnÂŽt ex ceed 0.5 %, water pools will be forme d

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

5,5

6,0

31700

3180 0

3 1900

32000

3210 0

32 200

3 2300

32400

3250 0

32 600

32700

RDB Distance [m], lane in reve rse direction

D

ra

ina

ge

 G

ra

d

ie

nt

 [

%

].

 

Dra inage Gradient

Unac ceptably low  Dra inage Gradient

 

Figure 80 

Extreme skid risk due to low Drainage Gradient at entrance of the left curve at HS N Viksjö 

 

background image

 Page 108  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

6.2.2 Low Drainage Gradient gave unacceptable skid risk at HS S Viksjö 

Figure 76 shows a photograph of a truck accident in front of the bridge at southern Hazardous 
Site in Viksjö. As previously presented, this site has poorly banked curve and a low Drainage 
Gradient at the exit of the sharp left hand curve (in front of the bridge), as seen in Figure 81. 

Bridge in Viksjö at 30 050 and 30 021 m

0

2

4

6

8

10

12

29600

29800

30000

30200

30400

30600

30800

31000

RDB Distance [m], lane in reverse direction

G

ra

d

ie

n

t [

%

]

Drainage Gradient

Unacceptably low Drainage Gradient

Unacceptably high Gradient

 

Figure 81 

High skid risk due to low Drainage Gradient before the bridge at HS S Viksjö 

 

background image

 Page 109  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

6.2.3 Extreme skid risk at HS BjörknĂ€set 

Hazardous Site BjörknĂ€set shows an unusually high accident number, as seen in Figure 28. At 
this site, the Drainage Gradient is low for hundreds of metres, see Figure 82. This causes water 
ponding and the formation of ice during the winter, bringing extremely high skid risks. This haz-
ardous geometry may be explained by the road section being very weak so the pavement has 
collapsed totally. 

HS BjörknĂ€set

0

1

2

3

4

5

6

7

61000

61200

61400

61600

61800

62000

62200

62400

62600

62800

63000

RDB Distance [m], lane in reverse direction

D

ra

ina

g

e

 G

ra

d

ie

nt

 [

%

].

 

Drainage Gradient

Unacceptably low Drainage Gradient

 

Figure 82 

Skid risk due to low Drainage Gradient over hundreds of metres at HS BjörknĂ€set 

background image

 Page 110  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

6.2.4 Extreme skid risk at HS Helgum 

Hazardous Site Helgum shows an unusually high accident number, as seen in Figure 28. At this 
site, the Drainage Gradient is unacceptably low for hundreds of metres, see Figure 83. This 
causes water ponding and the formation of slippery ice during the winter, bringing extre mely 
high skid risks. Another problem is excessive Cross Slope (CS). In the junction with Rd 950 at 
RDB distance 86/422 km, Rd 331 makes a curve with CS up to + 6.3 %. In this 70 km/h section, 
a CS of + 2.5 % is sufficient with respect to current curvature, as per the Swedish road design 
code. As seen in accident records,  many vehicles turning in the junction with Rd 950 are skid-
ding. 

0

1

2

3

4

5

6

7

8

85500

85600

85700

85800

85900

86000

86100

86200

86300

86400

86500

RDB Distance [m], lane in reverse direction

D

ra

ina

ge

 G

ra

d

ie

nt

 [

%

].

 

Drainage Gradient

Unacceptably low Drainage Gradient

 

Figure 83 

Extreme skid risk due to low Drainage Gradient on one hundred meter at HS Helgum 

 

background image

 Page 111  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

6.2.4 Skid risk at HS Ă…sĂ€ng 

Hazardous Site Ă…sĂ€ng shows an unusually high accident number, as seen in Figure 28. As 
shown in a previous section, the pavement on this site is significantly deformed. Just before the 
section of the crash photograph in Figure 63 (taken at RDB section about 11/400 km), the 
Drainage Gradient is very low as seen in Figure 84. 

Junction with Rd 703 bound for Ljustorp at section 11 497 m 

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

11300

11350

11400

11450

11500

11550

11600

11650

11700

RDB Distance [m], lane in reverse direction

G

ra

d

ie

n

t [

%

]

Unacceptably low Drainage Gradient

Drainage Gradient

 

Figure 84 

Unacceptably high skid risk due to too low Drainage Gradient at HS Ă…sĂ€ng  

background image

 Page 112  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

6.2.5 Many areas with unacceptable skid risk from Ramsele to Ă…kerö 

South of Ramsele, there is a 18.5 km long road section that, despite low traffic volume, shows 
an increased accident number, as seen in Figure 28. This section has a lot of skid risk areas 
with insufficient Drainage Gradients, as seen in Figure 81. 

Skid risk: If the Drainage Gradient doesnÂŽt exceed 0.5 %, water pools will be formed

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

125000

127000

129000

131000

133000

135000

137000

139000

141000

143000

RDB Distance [m], lane in reverse direction

D

ra

ina

ge

 G

ra

d

e

 [

%

].

 

Drainage Gradient

Unacceptably low Drainage Gradient

 

Figure 85 

Many sections between Ramsele and Åkerö show unacceptably low Drainage Gradient 

 

background image

 Page 113  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

6.2.6 Also new roads have skid risk areas due to too low Drainage Gradients 

For reference purposes, Drainage Gradient (DG) was calculated for a 12.3 km new section on 
Hw 90 north of SollefteĂ„. This section had been reconstructed totally, after the study by Ahlin et 
al (2000) [3]. However, the resulting DG plot was surprising and gave some very valuable 
knowledge. As seen in Figure 86, the new road section has 12 skid risk areas; one per km. The 
black Curvature trace clearly shows that all skid risk areas are located at the entrances or exits 
of left hand curves (having negative curvature). No skid risk areas can be seen at right hand 
curves or on straight sections. Tests on data from highways and expressways in various parts of 
Sweden demonstrate that this new knowledge on skid risk hot spots has a generic application. 

 

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

Distance [m]

G

ra

d

ie

n

t [

%

]

-3,0

-2,0

-1,0

0,0

1,0

2,0

3,0

C

u

rv

at

u

re 

 =

 1000 /

 R

a

d

iu

s

 [

m

]

Drainage Gradient

Unacceptably low Drainage Gradient

Curvature

 

Figure 86 

The new section on Hw 90 has unacceptable skid risk at left hand curves 

 

background image

 Page 114  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

6.3 FRICTION ISSUES DUE TO LOW OR VARIED MACROTEXTURE 

6.3.1 Low wet friction at the extremely Hazardous Site Stavreviken 

The spot with most skid accidents in the VĂ€sternorrland County is HS Stavreviken. Numerous 
skid accidents take place there every year. In one week there were three accidents. In 
southbound direction, the road makes a long and steep downhill grade, finished by a hairpin 
curve over a railway. The skidding incidents take place at the end of the grade, at about RDB 
section 5/380 km, just before the hairpin curve begins. Most skidding vehicles crash within a 
zone of 10 metres length. The SRA Central Region is planning to solve the troubles with HS 
Stavreviken by building a 2.1 km new road and railway bridge section at a cost of about 3 M€ 
[71]. 

Mahone (1975) [55] showed that the friction in hard emergency braking at highway speeds on 
wet road surfaces is mainly determined by the surface Macro Texture (MaTx). At HS Stavre-
viken, all vehicles must brake hard to keep speed low in the grade. Many vehicles brake with 
significant tyre slip, thereby polishing the road surface. In Figure 87, Macro Texture values from 
left and right wheel track are reported from  HS Stavreviken. As seen by the graphs, the values 
seldom exceed the benchmark minimum level of 0.6 mm.  

A low cost action to increase the Macro Texture and reduce the skid risk in wet conditions could 
be a double surface dressing. There are also extremely skid resistant special surfacings avail-
able. One such surfacing, based on steel slag, is currently being tested in Dalarna County within 
the SRA Central Region [66]. A pair of speed-activated â€œYour speed” displays could be benefi-
cial at the top of the grade. If initial speeds were lowered, the need for braking in the grade 
would be much less. 

RDB 5216 m at junction w Rd 684 (on which Rd 331 then is guestroad) in Stavreviken

0 m at junction with E4

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

5200

5300

5400

5500

5600

5700

5800

RDB Distance [m], lane in reverse direction

M

a

cr

o

 T

ext

u

re M

P

D

 [

m

m

]

MPD Right

MPD Left

Minimum Macrotexture

 

Figure 87 

Insufficient Macro Texture at HS Stavreviken 

background image

 Page 115  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

6.3.2 Hazardous Split Friction due to patch repair in one wheel track only 

Split Friction (SF) is an extremely hazardous condition, known to cause instability phenomena 
such as jack-knife and trailer swing when braking hard with heavy vehicle combinations [33]. SF 
happens when the friction is much lower in one wheel track than in the other. SF may be difficult 
to recognize when cruising or braking normally. However, it is detrimental when (emergency-) 
braking hard. When doing so, the vehicle rotates over the wheel track offering high friction. 
ABS-brakes reduce the instability problem, but at the price of a longer braking distance. An ex-
treme example of SF is ice in one track and bare asphalt in the other. 

SF may occur after a patch repair in one wheel track only. Such a repair can result in large 
differences in colour, as well as in MaTx, between the wheel tracks. This can create very high 
SF condition, especially in mornings after a night with temperatures slightly below 0 °C. When 
this happens the road surface can  become covered with thin ice.  As the sun rise, its radiation is 
absorbed by the black bitumen-rich patches so the ice on these thaws quicker than the greyish 
old asphalt in the non-patched track. When braking hard on such split friction surface, the result 
may be a skid into the ditch or over to the opposite side of the road. 

A photograph fro m HS MeĂ„strand is shown in Figure 61; take note of the glare slick patch repair 
in the right wheel track. Profilograph results for the site’s MaTx are showed in Figure 88. The 
right side vertical scale is for MaTx, while the left is for the turquoise Split Friction risk indication 
trace. SF risk indication is defined as difference in MaTx in the wheel tracks, divided by the low-
est MaTx of the two tracks. While there are several sections with low MaTx in the right wheel 
track, there are fewer sections with high SF risk. The  most hazardous section is at 125/770 km. 

On investigation, Split Friction due to asphalt patch repair has been identified as a likely causal 
factor behind five skid accidents within two weeks after patch repair at a curve on Hw 61 in 
VĂ€rmland, Sweden. 

 

 

Figure 88 

Macrotexture values indicating low and split friction (due to patch repair in only one track) 

background image

 Page 116  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

Chapter 7. Ethical aspects on safety issues 

 

7.1 VISION ZERO FOR ROAD SAFETY 

“Vision Zero” 

is the basis for all modern road safety work in Sweden. The approach was ratified 

by the Swedish Parliament in 1997, and has resulted in changes to road safety policy and the 
work undertaken.

  

Since 

Vision Zero

 was established in Sweden, fewer people have been killed on roads. Now the 

ideas behind 

Vision Zero

 have also had an international breakthrough. 

Vision Zero 

is an i mage of a future in which no one will be killed or serious injured. It is both an 

attitude to life and a strategy for making a safe road transport system. Road safety in the spirit 
of 

Vision Zero

 means that roads, streets and vehicles must be  much more adapted to human 

capacity and tolerance. 

The responsibility for safety is shared between those who design, and those who use the road 
transport syste m. 

7.2 THE TYLÖSAND DECLARATION 

The Tylösand Declaration lays down the principal rights of citizens for road traffic safety. These 
rights serve to protect the m from the loss of life and health caused by road traffic. They rest on 
the general assumption that no road user wishes to harm either himself or herself or any other 
fellow human being, whatever the circumstances under which they are using the roads.  

The Declaration was signed at the annual conference in Tylösand 2007, by Jörg Beckmann 
(Executive Manager of European Transport Safety Council), Ă…sa Torstensson (Sweden’s 
Minister on Infrastructure), Ingemar Skogö (Director-General of Swedish Road Administration), 
together with other decision makers and experts within Europe as well as fro m other continents.  

background image

 Page 117  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

The Declaration includes five articles: 

1. Everyone has the right to use roads and streets without threats to life or health. 

2. Everyone has the right to safe and sustainable mobility: safety and sustainability in road 
transport should complement each other. 

3. Everyone has the right to use the road transport system  without unintentionally imposing 
any threats to life or health on others. 

4. Everyone has the right to information about safety problems and the level of safety of any 
component, product, action or service within the road transport system. 

5. Everyone has the right to expect systematic and continuous improvement in safety: any 
stakeholder within the road transport system has the obligation to undertake corrective 
actions following the detection of any safety hazard that can be reduced or removed. 

7.3 PRIORITIZING VARIOUS ROAD SAFETY IMPROVEMENTS 

It is well known, that one, or several, of the following factors are involved in the vast majority of 
traffic accidents: 

1.  Drugs, including alcohol, narcotics et c. 

2. High 

speed. 

3.  Not using a seat belt. 

4. Suicide. 

Thus, it is rational that most road safety improvement actions should be focused on reducing the 
above human factors, mainly no 1 - 3. 

However, acting rationally does not always mean the same as acting ethically. 

The above listed factors have much in common: most road users are aware of risks associated 
with factors listed; they have personal control over each of the factors; and, finally, road users

18

 

have decided to expose themselves to the risks. Taken all together, this  means that road users 
should be able to take large responsibility for these risks. 

Below is a list of other factors involved in traffic accidents. These also have much in common: 
many road users are unaware of them and/or their association with risk; it is difficult for road us-
ers to exercise control over the associated risks; road users have generally not decided to ex-
pose themselves to  the  risks. Taken all together, this  makes it difficult for the road  user to take 
responsibility for this second list of risks. However, a fourth co mmon feature is that the road 

                                                 

18

 An exception is the second party, suffering from  actions  by the causal individual.  One example is  an 

“innocent” driver crashing due to a drunk driver over-speeding at the wrong side of the road. 

background image

 Page 118  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

agency is able to exercise control over all of the factors. The control option makes it obligatory 
for road agencies to take responsibility for the risks listed below: 

1.  Longitudinal or lateral roughness, causing ride vibration related phenomena such as 

driver fatigue, bump steer and loss of friction due to weight transfer. 

2.  Bumps, without a warning sign. 

3.  Poorly banked curves, not giving relevant lateral support for cornering vehicles. 

4.  Pavement local areas with too low drainage gradient, where slippery water puddles 

ponds and in the winter freeze to ice spots. 

5.  Split friction between left and right wheel tracks during (hard) emergency braking from 

high speed and on a wet (thin ice) surface, caused by different texture after spot repair in 
only one wheel path. 

Considering the above discussion on the individual’s responsibilities versus the road agency’s 
responsibilities, it may actually appear more ethical to spend road agency funding on road 
repair, rather than on rational campaigns aimed at reducing drunk driving, over speeding and 
reminding to buckle up. It seems i mportant to discuss this balance further, both in- and outside 
road agencies. 

background image

 Page 119  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

Chapter 8. Serious and useful findings 

 

8.1 RIDE VIBRATION SHALL BE PREVENTED AT THE SOURCE 

The Rd 331 case study has shown that many professional truck drivers are likely to be exposed 
to a daily vibration exceeding the EU Action Value A(8) = 0.5 m/s

2

. Timber hauliers like 

Brorssons Ă…keri AB are now obliged, by law, to carry out a risk assessment and i mplement 
organizational and/or technical actions to minimize the driverÂŽs vibration exposure. These 
actions will bring significant costs to hauliers and their customers in the forest industry. 

Why is truck ride vibration a problem at all? Shouldn’t vehicle manufacturers be able to isolate 
all ride vibration?

 Road  managers are likely to ask these kinds of questions, and  more, after 

reading the daily vibration exposure results from this research project. 

The answer is that if feasible technological solutions were at hand, they would already be a suc-
cess on the market. The vehicle industry, unlike the average road agency, spends very large 
resources on product development and their engineers work hard to continually develop new 
solutions and improvements to overcome perceived problems. However these organisations 
work within many constraints, such as commercial aspects, handling and stability. The net effect 
of their i mprovements to vibration in vehicles is therefore typically small, when compared to the 
potential improve ments by road repair. A good example of this can be seen in the case study, 
where the truck driver seat vibration did not change after a missing chassis suspension damper 
bush had been replaced (see section 

5.2.6 The broken truck suspension bush had no significant 

effect

).  

The SRA has thousands of kilo metres of roads in a condition si milar to Beaver Road 331, used 
for the case study. Thousands of kilometres of roads are likely to be in a similar condition also 
across the ROADEX partner areas. The truck response recorded on Rd 331 includes very high 
roll vibrations at frequencies below 5 Hz. The 

Handbook of Vehicle - Road Interaction

 [52], 

states that roll motions at frequencies under 5 Hz are not common when driving heavy trucks on 
roads with â€œnormal” roughness and at normal speeds. This implies that roads in this kind of con-
dition should be considered as non-compatible with normal heavy vehicles. 

Article 5.1 in directive 2002/44/EC states: â€œ

Taking account of technical progress and of the 

availability of measures to control the risk at source, the risks arising from exposure to 
mechanical vibration shall be eliminated at their source or reduced to a minimum

”.  

A similar conclusion was  made in the five-year US research program â€œ

Ride Quality of Commer-

cial Motor Vehicles and the Impact on Truck Driver Performance

”, performed by leading re-

searchers, road authorities, vehicle manufacturers, hauliers and commercial drivers; 

Vibration 

background image

 Page 120  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

must be eliminated at source through effective road maintenance rather than merely dampened

See section â€œ

3.1.6 Ride vibrations have a negative effect on traffic safety

”. 

8.1.1 Long wave unevenness require improved road repair methods 

The case study showed that low frequency, below 3 Hz, truck ride vibration is a serious 
problem. Low frequency vibration is difficult to reduce, both in today’s vehicle fleet and with all 
currently  demonstrated truck suspension solutions.  

Because of this road managers should pay particular attention to the prevention, and repair, of 
those forms of road damage that cause low frequency ride vibration. Vibration at 0.5 - 3 Hz 
frequencies relates to road unevenness with 5 - 40 m long wavelength. Asphalt pavers cannot 
repair such long wave uneveness efficiently, since the paver only “rides along” in waves longer 
than the paver itself. Repair of long wave unevenness requires a more advanced approach than 
seen in many current road maintenance practices. Milling machines and asphalt pavers  must 
therefore be â€œforced” by machine control systems to follow a carefully engineered repair design. 
This type of solution relies on two prerequisites: 

1.  A carefully engineered (computer aided) design of the geo metric asphalt repair works. 

2.  Asphalt pavers being operated with a suitable machine control system, such as used 

when repaving airfield runways. 

Current standard road repair practice cannot repair long wave unevenness efficiently. 

8.1.2 Excessive Cross Slope is an ergonomic problem 

Based on the testing carried out in the current trials it appears likely that many professional 
truck drivers in the Northern Periphery of Europe are being exposed to higher health risks than 
truck drivers in central Europe. Not only is the ride vibration level high, but many truck drivers in 
the Northern Periphery may also be sitting in an awkward side sloping position due to excessive 
pavement cross slope (CS) on straight road sections. In the case study on Rd 331, many 
straight road sections had a CS that exceeded the maximum superelevation/banking allowed in 
the tightest horizontal curves. This excessive side slope causes the spine to be twisted, which is 
not only uncomfortable, but also makes the back more susceptible to Whole-Body Vibration 
exposure. Excessive CS has not been reported as a systematic problem in central Europe. 

8.2 BUMPS ARE MOST UNHEALTHY 

Transient vibration (shock) is much more detrimental to health than stationary vibration. Many 
bumps give shocks that can be compared to those recorded on city bus drivers’ seats when 
they driving at 30 - 50 km/h over traffic calming speed bumps with 1 dm height. The worst 
bumps in the current tests were located on s mall roads, such as on the road to the Sawmill in 
Graninge. These bumps, when driven at low speeds of about 40 km/h, exposed the truck driver 
to spinal compression stress S

ed

 of over 0.5 MPa. This stress level corresponds to health risk. 

Also on the â€œmain road” Rd 331, truck drivers drove over many bumps that excited significant 
transient vibration. These bumps were due to settlement at old culverts, poorly reconstructed 
culverts and settle ments at bridge joints. 

background image

 Page 121  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

8.3 ROLL VIBRATION REQUIRE SPECIAL FOCUS 

Many of the Hazardous Sites in the case study were found to have local severe pavement edge 
da mages, characterized by high Rut Bottom Cross Slope Variance (RBCSV). 

Repair of these pavement damages will minimize lateral vibration in trucks. (Truck suspension 
systems cannot isolate such vibration). This kind of road repair will bring better health and 
safety to professional truck and bus drivers. It will also improve safety for fellow road users, due 
to the reduced risk of collision with skidding trucks. 

Road damages resulting in high variance of Rut Bottom Cross Slope (RBCSV) has been 
identified as a critical factor behind truck rollover accidents by the group analysing lethal 
crashes in the Central Region of Norway. Repeated lethal crashes (2005, 2006) have occurred 
in an â€œeggshaped” curve at SmalĂ„sen on road E6, where a culvert bump reduced the Cross 
Slope in a section where the curve is tightened (and the lateral force increased). Deformed 
pavements have also been found to be a cause in accidents, as the deformations affect the driv-
ing stability of the vehicles. Deformations have been found very hazardous to cars with low pro-
file tyres, motorcycle traffic and at slippery road conditions [72] [Personal communication with 
Mr BĂ„rd Ă˜ien, head of the crash investigation group in Central Norway]. 

8.3.1 Lateral vibration 

Lateral acceleration is commonly recognized as a key para meter for vehicle driving stability, and 
thus for traffic safety. This is especially relevant on slippery surfaces, where the lateral friction 
forces are small. When a vehicle changes its roll angle quickly, the roll motion is accompanied 
by lateral acceleration. Results fro m the case study show that severely deformed pavement 
edges are a serious safety hazard, as they may result in lateral acceleration forces co mparable 
to the lateral forces experienced when travelling around a horizontal curve. 

The high lateral vibration seen in the case study raises a question whether it is sufficient to have 
truck suspension systems that deal with vertical vibration alone. There seems also to be a 
similar need to prevent and/or isolate lateral vibration. This is a significant challenge to truck and 
seat designers, since the conflicts with traffic safety are obvious. Any additional isolation 
systems to the present provision will however increase the deadweight of the vehicle and thus 
reduce the payload that can be carried, thereby increasing the number of trucks necessary to 
meet a given transport need. The development of new efficient solutions will cost money, and 
new components also bring new costs. The net effects of this is that new systems for isolation of 
lateral vibration are likely to be accompanied by increased transport costs, and increased 
number of trucks on the roads. 

The conclusion is that the cross slope variations on badly deformed EU Northern Periphery 
roads makes them incompatible surfaces on which to drive normal heavy vehicles. Such road 
sections should be repaired as soon as possible. 

background image

 Page 122  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

8.3.1.1 Tramp-related polishing creates extremely slick areas 

Road roughness with short (0.7 - 3 m) wavelengths causes truck tyre resonance. Roughness 
with these short wavelengths often has a low coherence between the left and right wheel track. 
This means, for example, that the left track  may have a short bump whilst the right track  may be 
flat, or even have a depression. This can result in the wheel axle starting to roll, accompanied 
by lateral forces and an oscillating motion between road and tyre. Such â€œtramp-motion” gives a 
polishing effect which, after accumulated truck passes, can make the road extremely slippery. 
Short wavelength road roughness is therefore a road safety issue that should be controlled and 
kept below safe levels. This kind of road roughness can be repaired by a simple asphalt overlay. 

8.3.2 The change in climate calls for increased repair of RBCS damages 

Change in climate is likely to  make freezing and thawing more frequent in the Northern 
Scandinavia. Data from year 1961 - 1990 (left) can be compared with a computer modelled 
scenario for 2071 - 2100 (right) in Figure 89. The result shows that the number of days with 
temperature shifts of around 0 °C will increase. 

 

Figure 89 

Freezing and thawing Dec - Jan; increased number of times temperature passes zero [46]. 

Slippery â€œblack ice” occurs more frequently at temperature shifts of around 0 °C, than at very 
cold te mperatures. Thus, extremely slippery conditions will become more and more common on 
the rough roads in the Northern Scandinavia.  

The combination of slippery surfaces and pave ment edge da mages results in lateral forces and 
can be very dangerous. Thus, the need for repairing Rut Botto m Cross Slope Variances 
(RBCSV) will increase as climate change continues. 

A relevant exa mple is the strong increase in road crashes in the High Coast Ådalen (SollefteĂ„, 
Kra mfors and HĂ€rnösand) in SRA Central Region, as seen in Figure 90. In the period from 1 
January to 10 March, the number of crashes has increased fro m 18 to 23 during the 10 year 
period 1998 - 2007. Given the mean value of 23 in the past ten years and considering the 
natural variance of this statistic (the standard deviation over the past ten years was 3.7 
crashes), there was over 95 % probability of less than 31 crashes in 2008. However, the 2008 
outcome was 42 crashes. This is an increase by 109 %, as compared to the ten years before. 
The Rescue Leader had reported poorly maintained roads as a causal factor behind more than 

background image

 Page 123  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

50 % of the crashes in 2008, while 25 % also involved deep ice ruts. The High Coast Rescue 
Department also see a clear relation to the extreme and unsteady climate. Most crashes were 
single car accidents. Most of these took place on straight road sections in daytime, and many of 
the crashed cars were driven by wo men. [Personal communication with Peter Carlstedt, Head of 
High Coast Rescue Department] [73].  

Road traffic crashes in the High Coast 

SollefteĂ„, Kramfors and HĂ€rnösand

From 1'st of January to 10'th of March

42

23

23

14

17

27

20

22

18

18

19

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

2008

2007

2006

2005

2004

2003

2002

2001

2000

1999

1998

Year

N

u

m

b

er

 o

f cr

ash

e

s

Num ber of road traffic crashes

Moving average o ver 2 years

 

Figure 90 

A strong trend of increased road traffic crashes 

background image

 Page 124  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

8.4 SOME ROADS ARE MORE HAZARDOUS â€“ NOW WE KNOW WHY 

The objectives for this project focused on health issues but the work also gave valuable spin 
offs in safety issues. From the overall accident records, it is obvious that there is still a long way 
to go before “Vision Zero” can be reached. The findings in this study however show that there is 
great potential to reduce accidents by make existing road surfaces safer.  

Antiskid systems in cars were recently recognised to be as important pieces of safety equipment 
as seatbelts [44]. This confirms skidding to be a common and very serious safety risk. Seatbelts 
are accepted as being a very successful safety aid, yet society still continues its efforts to pre-
vent traffic accidents. In the same way, society should not rely on antiskid systems as the sole 
solution to skid problems. Greater efforts should still be made to make road surfaces more skid 
resistant. After all, a vehicle’s braking distance is much shorter on a skid resistant surface, than 
in a similar vehicle with antiskid system braking on a slippery surface. 

Technological advances in the future vehicle fleet are likely to make large improve ments to 
traffic accident outcomes. However these solutions are also likely to require even better friction 
than current road surfaces are offering, in order to make use of the full safety improvement 
potential. Obviously, it is time to start making the road network  more skid resistant! 

8.4.1 Incorrect banking cause dynamic imbalance in curves  

Many of the Hazardous Sites in the case study were found to have incorrectly banked curves, 
causing dynamic imbalance when cornering. 

The case study demonstrated that plots of Cross Slope (CS) versus Curvature can be useful 
tools when analyzing dynamic balance in curves, using similar safety margins to those 
employed in designing new roads. Groups of data, â€œfamilies”, with safe and co mfortable road 
alignments in such plots were identified in Figure 72. Data outside these fa milies are from sec-
tions with incorrect Cross Slope / Superelevation. 

8.4.1.1 Evaluating / redesigning old roads is different from designing new roads  

When designing new roads, specified CS values are used; i.e. 2.5 %, 4 % and 5.5 %. When 
evaluating or repaving old roads however using such fixed values has a poor cost-benefit return 
as it can be very costly to modify existing CS. For modest Curvatures (absolute values ranging 
from 1 to 3 for a reference speed of 70 km/h), the magnitude of CS between 2.5 % and 5.5 % 
are of low to  moderate importance for safety as well as for comfort. However, it is very important 
that the CS does not vary to the extent that high vehicles start to roll, as measured by the new 
RBCSV parameter.  

The red dots in Figure 91 are inside the tolerance box for the design of new 70 km/h roads, 
whereas the green stars are outside the box. The green stars however represent a road section 
offering a safer and more comfortable ride, than a section represented by the red dots.  

background image

 Page 125  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

g

g

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

6

7

8

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

6

Curvature = 1000 / Radius [m]

C

ros

s

 s

lope

 [

%

]

 

Figure 91 

What is worse on an old road: CS outside tolerance boxes, or high RBCS variance? 

 

8.4.2 Large hydroplaning risk at left hand curves, also at new roads 

Where the road surface Drainage Gradient (DG) is lower than 0.5 %, water will not run off the 
road and water pools will be formed in wet weather. Water ponding, such as seen in Figure 78, 
increases the risk of skidding accidents. 

Many of the Hazardous Sites in the case study were found to have DG lower than the 0.5 % 
lower limit used in road design manuals worldwide. The case study demonstrated that 
entrances and exits of left hand curves are hot spots for a low DG. The reason of this was 
explained.  

A further finding was that even new roads had been designed with very low DG at many left 
hand curves, thereby creating an unacceptable skid risk. 

Low DG was found to correlate so mewhat with pavement deformation in terms of high RBCSV 
and high IRI (the details have not been shown in this report). This indicates that water on the 
road, and by i mplication within the pave ment itself, can hasten permanent deformation. Keeping 
DG sufficient is therefore a prequisite for keeping the service life ti me costs to manageable 
levels. Insufficient DG can bring unneccesary road agency costs through deformation. 

 

background image

 Page 126  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

8.5 LOW AND VARYING MACRO TEXTURE CAUSE SKID ACCIDENTS 

The location with most skid accidents in the VĂ€sternorrland County road network is HS Stavre-
viken on Rd 331. Numerous skid accidents take place there every year; in some cases several 
accidents take place over a few days! Macro Texture values from HS Stavreviken are generally 
below the minimum level of 0.6 mm. A low cost action to reduce the skid risk at the site could be 
to make the road surface more skid resistant. A surface dressing can often give a very good ef-
fect in terms of increased friction factor. The texture of the existing aggregate may also be reju-
venated by ultra-high pressure water cutting, as investigated by Pidwerbesky & Waters (2008) 
[63]. However, the most efficient action is to prevent polishing, by careful selection of polish-
resistant aggregates for those sections with high polishing energy, i.e. tight corners, downhill 
end of grades,  roundabouts, and  junctions et cetera. Using steel slag as asphalt aggregate 
could also be one cost effective solution [66] [67]. 

Split Friction (SF) is an extre mely  hazardous condition,  when the friction is  much  lower in one 
wheel track than in the other. SF may be difficult to recognize when cruising or braking normally. 
However, it can be detrimental when braking hard in an emergency. When doing so, the vehicle 
tends to rotate over the wheel track offering high friction. SF may occur after a patch repair in 
one wheel track only. The case study demonstrated the use of a new Split Friction risk 
indication parameter, based on Macro Texture data from the laser/inertial Profilograph. 

8.5.1  Double surface dressings have better Mega Texture 

It is well known that double surface dressings give off less noise than single surface dressings 
[65]. However, there is a myth that the noise difference is due to the lower Macro Texture on 
double surface dressings. The true causal factor is that the double surface dressings have less 
Mega Texture (MeTx) than single surface dressings. Lower MeTx levels result in reduced inte-
rior and exterior noise, due to reduced tyre vibration. The reduced tyre vibrations are also likely 
to reduce Hand-Arm Vibration to vehicle operators and improve friction. These benefits of dou-
ble surface dressings are not generally recognized yet, but they are likely to beco me more ap-
parent with the increasing use of pavement texture analyses. 

8.6 RETHINK CULVERT WORKS 

The case study showed that culverts can be critical locations for bumps, giving poor ride quality 
and health damage to the spine. There are three problems. First, current culvert repair practices 
can be poor resulting in centimetre-deep initial unevenness immediately after repair. Secondly, 
poorly compacted backfill may add settlement of several cm within a couple of years. Third, 
culverts have been found to collapse at a fraction of the design age. This brings unacceptable 
costs to taxpayers. 

8.6.1 Poor culvert construction practice 

A 6 cm deep hollow appeared immediately after constructing a new culvert on Rd 331 in 
Ga mmelmo. The cause of this initial bump is likely to be found in poor construction work, rather 
than in deficiencies in the road culvert installation code. It is most unlikely that such a large 
settlement could occur in an established road embankment unless the construction work 
(material selection, compaction et cetera) was poor. 

background image

 Page 127  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

8.6.2 Poor culvert-related road surface maintenance management 

There is a need for an improved  maintenance regime for culverts. Many culverts on the Beaver 
Road 331 collapsed during the winter, making the repair even more difficult. “Everybody” knows 
that there will be settlement when a culvert is constructed or repaired, due to difficulties in the 
compaction of the thick backfill, differences in material properties, etc. The case study shows 
however that the resulting bumps due to such settle ments are totally unacceptable for road 
users, in terms of comfort, health and traffic safety. There a clear need for robust  management 
of bumps at culverts. Road users can probably be expected to cope with a culvert bump for a 
few months. However, it is a modest demand that culverts should be inspected for road 
roughness, in the first and the second year after reconstruction, so that repair of any local 
roughness can be carried out in a timely fashion where necessary. It is reco mmended that a 
culvert repair should always be followed by systematic roughness inspection and additional road 
repair where necessary. 

8.5.3 Water-piping in permeable culvert foundation beds 

Culverts manufactured with Portland Cement Concrete (PCC) are usually manufactured for a 
design life of up to 100 years. It is therefore surprising that so many apparently sound concrete 
culverts need to be reconstructed within only 5 - 20 years after their installation. As seen on Rd 
331, a co mmon failure mode is a full collapse, caused by water piping in the soil below the cul-
vert. This shows a need for a revision of the culvert design code. Can water really be expected 
to flow within a culvert,  when the culvert itself is founded on a  permeable gravel  bed at  the  bot-
tom of the culvert ditch in low-permeable soil (so water can pipe its way beneath the culvert), as 
seen in Figure 92. Should not the foundation need to be  made low-permeable? These are ques-
tions that culvert experts should consider.  

 

Figure 92 

Section of a culvert on its permeable foundation bed [40] 

Culvert 

(Permeable) foundation bed 

background image

 Page 128  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

Chapter 9. How to use the new insight 

 

This chapter sets out recommendations for stakeholders across in Northern Periphery, from 
vehicle manufacturers to road agencies, based on the project results. It is hoped that these will 
be accepted in a constructive fashion, improving the present situation for the benefit of all. 

9.1 HAULIERS MUST MONITOR DRIVERS WBV EXPOSURE 

The daily exposure value A(8) for Whole-Body Vibration (WBV) must be determined for truck 
drivers. The value should be representative of year round operations and measurements should 
include driving during winter. In good winter conditions, the road can be smoother than in the 
summer. Conversely poor winter condition, through poor road maintenance, can result in 
significantly higher ride vibration. The A(8) value will therefore be depending on the road main-
tenance standard, both in summer (pavement condition) and in winter (snow ploughing). A fur-
ther factor to be considered is vibration when driving on road sections under reconstruction. 

Discussions should be held with the owners of local roads in poor condition, such as the access 
road to the Graninge Sawmill, regarding the condition of the road. If the worst bumps on the 
Graninge access road are not repaired, it may be necessary to close the road to heavy trucks. 

Where alternative routes are possible, a longer route with lower roughness / vibration could be 
an option. An example in the case study is the smoother route on Hw 87 - Hw 86. This route 
could be used instead of the rougher, but shorter, Rd 331. An i mportant question that arises 
here is â€œ

Who is prepared to pay for the additional costs for the longer route

”? How can 

competing truck hauliers be equally treated? 

An efficient tool to reduce WBV on roads with excessive shortwave roughness is tyre pressure 
control or Central Tyre Inflation (CTI) syste ms. (CTI cannot isolate long waves). Using CTI it is 
possible for the driver to change the pressures in the tyres of the vehicle while driving, and this 
has proven to reduce WBV by 8 % on four test roads in central Sweden. 

In the case study, a chassis suspension da mper bush was out of order, as seen in Figure 30, 
without anyone being aware of the problem. This lack of detection indicates a need for i mproved 
vibration control in vehicles in truck fleets. 

Hauliers in the Northern Periphery are recommended to use special winter tyres. Brorssons 
Åkeri AB use the new Michelin XFN+ winter tyre on the steer axle, offering 10 % better side 
friction against the road surface and 5 % shorter braking distance.  

background image

 Page 129  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

9.2 DEVELOPING USEFUL NEW VEHICLE TECHNOLOGY 

On-board vibration loggers could be useful for hauliers, especially as they are obliged by law to 
assess the risks to their drivers from vibration exposure. One proble m with seat pan mounted 
automatic logging syste ms is that the driver’s ingress and egress may cause data artefacts 
(false â€œshocks”, resulting in unacceptably high S

ed

 values), as discussed by Mansfield & Newell 

(2004) [59]. A more robust solution could be to have the vibration sensor at the cab floor, and 
calibrate it to predict seat pan vibration. This may require a calibration that takes account of the 
driver’s weight, and should be further investigated. The vibration logger could also be  managed 
by a condition stating that vehicle speed must exceed a specified minimum, e.g. 5 km/h, before 
vibration data is stored.  

As seen in the case study, many EU Northern Periphery roads give high lateral vibration. 
Currently heavy vehicles are not so good in isolating lateral vibration. Increased efforts on 
preventing and isolating lateral vibration could therefore be beneficial. The potential use of 
MagnetoRheology (MR) technology in trucks should be further investigated. However it is 
important not to imple ment solutions that increase bounce, when decreasing roll.  

There is a need for a declaration of a vehicle’s vibration emission value to be made, so that 
drivers can be in a position to request the most appropriate truck to be purchased. A general-
ized test is defined in the EN 1032 standard [57]. 

Road profile data from laser/inertial profilo meters can be used to develop even better trucks in 
the future. At the date of writing, Profilograph data from Rd 331 is being used in a road simulator 
hydraulic test rig at Volvo 3P. Figure 93 shows a photograph from a simulation of a very rough 
road, causing bounce vibration as seen by the photographed truck vertical â€traces”. The simula-
tion shown was of obviously made on a road without pavement edge damage, otherwise roll 
traces would have been seen as well. Severely damaged road sections, such as at HS Ă…kerö on 
Rd 331, may require road simulators to have larger hydraulic ranges than the current versions. 

 

Figure 93 

Truck ride vibration tests in a hydraulic road simulator [Photo: Volvo 3P] 

background image

 Page 130  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

9.3 IMPROVING ROAD TRAFFIC CRASH INVESTIGATIONS  

A wise man said: â€œ

When investigating road traffic crashes, it is important to define a clear 

objective. Investigators trying to identify who to blame, tend to search after deviant behaviour. 
Investigators  trying  to understand normal road users need for better  technology and 
infrastructure, tend to search after repeated patterns

”. Which of these strategies has the best 

potential to support improve ments into a safer future road transport syste m? 

As seen in the case study results, each of the Hazardous Sites at Rd 331 show re markable 
properties in the laser/inertial Profilograph road condition measurement. With exception of 
crashes with obvious causes, such as suicides, crash investigators should study pavement 
profilometer data on a routine basis.  

Key safety parameters should include Cross Slope (CS) by magnitude and undesired variance 
(RBCSV), dyna mic imbalance due to suboptimal combinations of CS and Curvature in 
incorrectly banked curves, high Curvature (lateral force), insufficient Drainage Gradient (hot 
spots at left hand curves and at deformed pavement sections), excessive Mega Texture (MeTx), 
insufficient Macro Texture (MaTx) and heterogeneous MaTx causing Split Friction. It is 
recommended that all of these parameters should be analyzed in road safety ratings, such as in 
the Euro  Road Assessment  Programme. 

The work of improving road network safety could gain much from being benchmarked with 
aviation safety work. Before using an airfield for international air traffic, the facility administrator 
must demonstrate that the runway surface provides the mini mum required level of safety, as 
defined by the International Civil Aviation Organization. Today, aircraft seldom crash due to 
deficiencies in the runway condition. 

In Norway, all lanes of all paved highways are profiled annually in both directions. In Sweden, 
only one lane in one direction is monitored at least every fifth year. One consequence of this 
lesser measurement strategy is that when a serious crash occurs, it is often necessary to carry 
out extra profilometer measurements to obtain sufficient accurate data for the investigation. It is 
not possible to take laser/inertial  measurements on icy roads or at te mperatures below 0 Â°C.  

background image

 Page 131  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

9.4 IMPROVED ROAD MANAGEMENT 

It should be a top priority within a road agency to recognise the importance of good road 
condition to comfortable, stress-free, healthy and safe road use.  

A key factor in the reduction of professional drivers’ daily exposure to vibration A(8) is the 
effective reduction of road roughness. This calls for a good focus in the selection of road repair 
sections, the planning of repair methods, the performing repair work, and in the end control.  

The profilometer data held in a road agency’s Pavement Manage ment System (PMS) is a 
powerful tool for the management of paved roads, and its use should be encouraged and 
developed. Special training courses in the application of data would be beneficial, as would 
interregional, and international, benchmarking between road agencies local offices. 

As seen in the case study,  much of the truck ride problem relates to long wave unevenness and 
pavement edge deformations. The new Rut Botto m Cross Slope Variance (RBCSV) parameter 
should be implemented immediately in PMS. Effective repair of long wave unevenness and 
RBCSV is a  new target for the road  maintenance sector, requiring  new  methods.  Detailed 
drawings should be made per 5 m section, showing target values for asphalt overlay thickness 
(including depth of grinding, if milling machines are to be used) and redesigned Cross Slope. A 
computer aided  method for this is already in practice for high volume roads. This  method should 
also be used on low and medium volume roads. Asphalt machines should be equipped with 
machine control systems, so they can perform the designed repair work effectively. Such 
systems are in use on airfield runways and high volume roads. The time has come to i mplement 
similar solutions on  low  and  medium volume roads as  well.  

Why does such a large proportion of the road length in Sweden have severe  pavement edge 
deformations as a result of weak road shoulders? Perhaps the design of pavement 
edge/shoulders should be reviewed. Is the quality of the road materials too poor? Are the road 
structure layers too thin? Could the reason be insufficient shoulder width and/or too steep em-
bankment? These questions need to be answered. The deformed pavement edge at HS 
MeĂ„strand on Rd 331 in Figure 61 does not compare favourably with the stable Danish road 
edge design shown in Figure 94. 

 

Figure 94 

A Danish stabile pavement edge with paved shoulder and a wide grass verge 

background image

 Page 132  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

 

The SRA Northern Region has been using laser/inertial profilometry in the control of roughness 
of new pave ments for almost 10 years. Their experience is that the technology can result in 
much smoother new pavements without raising the price of paving. The outcome is lower ride 
vibration, longer pave ment service life, and thereby lower road lifetime costs.  

Good road maintenance practice could be encouraged by giving an award to the “s moothest 
resurfacing project of the year”. This is already an accepted practice in Norway, but not in 
Sweden. Such an award would gain extra attention and status, if sponsored by stakeholders 
using the road, such as a truck haulage association. 

Good practice amongst contractors could also be encouraged by openly reporting profilometer 
measurement results after surfacing operations, possibly accompanied by a comment fro m the 
project manager on any gap between target and outco me. 

In the Northern Periphery the daily vibration exposure A(8) can be affected by winter 
maintenance operations. Poor snow ploughing response times can result in the formation of ice 
roughness on the surface of the road, which can cause intense vibration in the vehicle. Such 
vibrations can also cause interior noise. Professional drivers are exposed to many stress 
factors, including vibration and noise. Stress can also occur in the internal conflict in a driver 
when he, or she, has to decide whether to reduce vehicle speed to  match poor road conditions, 
and thereby delay a delivery, or continue to try to meet the schedule, possibly as an accident 
risk. As presented in this report, researchers suspect the prevalence of increased stress 
hormones in the blood to be the cause of the strongly increased prevalence of myocardial 
infarction among the drivers. Therefore it is important to reduce as many stressors as is 
possible. Some types of stress can be reduced by good information on the route conditions, but 
the prevention of poor road conditions should not be underesti mated. 

A special concern is transient vibration/shock at bumps. A special progra m should focus on re-
pair and prevention of bump hot spots, such as at culverts (see section 

8.6 Rethink culvert 

works

), bridge joints, frost related deformations and potholes.  

Roughness after culvert repair should be carefully monitored for the following three years. 
Culverts requiring emergency repairs during the winter should be revisited in the first summer. 

A significant share of the road network is repaired each summer. Road roughness can be 
extreme during road repairs, and this can contribute to high vibration exposure A(8) to truck 
drivers. It is therefore important to try to restrict road repair section length and maximum 
roughness levels during reconstruction works. 

It could be cost-efficient to  make a special contract for bridge joint roughness repair. This could 
permit the successful contractor to assemble a team of specialists to repair the settle ments at 
low cost in the spring, ahead of the main paving season. 

background image

 Page 133  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

Transient wheel vibration can be caused by poor joints in patch repairs. The case study shows 
several examples of some 2 cm high joints, causing wheel axle bounce and tra mp-related pol-
ishing resulting in very low friction. It is recommended that no patching should be carried out 
without 2 cm deep edge grinding, to enable a proper joint with the adjacent road surface. Only 
very local patches such at potholes should be exceptions from such a practice. Preparatory 
edge grinding should be carried out at the repair of bumps at culverts and of pavement edge 
deformations. An example of small size grinding machines now available on the market is 
shown in Figure 95. 

 

Figure 95 

A small asphalt grinder [Photo: Tobias Edberg, SRA Production] 

 

Double surface dressings should be considered in preference to single surface dressings as 
they have less Mega Texture (MeTx).  

Maximum limits for MeTx should be implemented as soon as possible. 

The current standards for laser/inertial road condition profilometry of newly laid pavements 
should be revised. The Swedish profilometry standard â€œVVMB 116” does not require reporting of 
key safety parameters such as Curvature (plots of Cross Slope vs. Curvature), Longitudinal 
Gradient (to be combined with CS, when calculating Drainage Gradient), Rut Bottom Cross 
Slope Variance, Mega Texture and Macro Texture. 

Pavement condition data should be stored in 1 m steps, rather than the present 20 m steps, or 
longer, used by the national road administrations in the Northern Periphery. Should it be 
required, this new style of data can be readily re-calculated as a “running 20 m” value for 
comparison with old 20 m data. Such results are still â€œ20 m values”, directly comparable with 
existing data, limits and preferences. However, â€œrunning 20 m” values with a 1 m update step 
length are much better in reflecting local bumps, than traditional 20 m values with a 20 m update 
step length are.  

Road workers can be exposed to unacceptable Whole-Body Vibration (WBV). Typical examples 
of these are drivers of snow ploughing trucks and operators of asphalt paving  machines, as in-

background image

 Page 134  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

dicated in Table 2. Road agencies should start to  measure WBV for these workers. In Sweden, 
drivers of contracted snow-ploughing trucks have filed complaints in respect of newly milled 
rumble strips in the centre of many roads. These are alleged to cause work related health prob-
lems due to their excessive ride vibration and noise.  

The Tylösand Declaration states that road administrators are obliged to identify Hazardous Sites 
(HS) quickly, warn road users, and make appropriate repairs. 

The proper identification of Hazardous Sites on low volume roads is an important issue. The 
case study demonstrates that there is a strong correlation between accident black spots and 
poor road condition. However, many of the worst pavement damages were in the section Backe 
- Ramsele which does not show any major black spots. The reason for this is the very low traffic 
volume on the section. It has an AADT of less than 350 vehicles per day. Obviously there is an 
urgent need to use the â€œIndividual Risk” approach for low volume road networks. In this ap-
proach, it is not enough to analyze the number of accidents; the numbers must also be normal-
ized to (divided by) the AADT figure. The Individual Risk approach is promoted by road user or-
ganizations, such as the Royal Automobile Club of Victoria, as it increases the likelihood of 
identifying very Hazardous Sites on low volume roads [64].  

One drawback with the Individual Risk approach is that the low numbers involved make the 
assessment more susceptible to randomness. A way to increase the accident numbers, and 
thereby reduce the influence of risk, is to include data from registers of insurance companies. 
These registers hold more data than databases such as STRADA in Sweden where only Police 
and Hospital reported crashes are registered. 

Another  method to identify Hazardous Sites is to analyze road condition data from laser/inertial 
profilometers, see the previous section for examples of key safety parameters. The collation of 
accident data from STRADA versus Profilograph data shows a valuable potential that should be 
further explored. However, in the case study many examples were found of poorly positioned 
crash records in STRADA, including lethal crashes such as at HS S Viksjö. A separate project 
should seek to improve the quality of such crash record positions. It is also important to develop 
and refine generalized relationships between road condition and accident risk, such as in Figure 
5. 

A further option is to ask road users to identify their perceptions of hazardous sites. Focus 
groups, incorporating regular road users such as Brorssons Ă…keri AB on Rd 331, may be a good 
tool for this. In Finland, the Internet-based “Street Channel” / KatuKanava [56] is used to map 
road user opinions. Improved custo mer focus by roads management may also bring better road 
user satisfaction. 

There is a need for better standardization in setting up warning signs on roads. At present there 
are no objective limits for erecting a bump warning sign. Such a limit should be defined with re-
spect to road condition data from profilometers as well as a subjective decision on â€œneed”. Simi-
larly, there should be objective limits for when to warn for high Curvature (lateral force), rutting, 
incorrectly banked curves, and skid risk due to too low, or varying, Macro Texture. There should 
also be li mits on the length of road section that can have a Drainage Gradient below 0.5 m, be-

background image

 Page 135  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

fore a warning should be given. It is impossible to sign for all of such flat areas, as they currently 
exist at almost every left hand curve (right hand curve in the UK). 

It is not enough however to identify Hazardous Sites and put up additional warning signs. The 
road network needs to be more skid resistant and less unhealthy, by focusing actions at the 
identified hot spots. This requires a long-term program, with significant funding. Such a program 
could benefit of a benchmarking with Transit New Zealand’s Truck Ride Improvement Initiative, 
running with a 3M$ annual budget since 2001. 

Cross Slope  (CS) is identified as a  key factor for skidding  and its modification  requires 
substantial amounts of road material, and consequently substantial funding. For these reasons it 
is recommended that CS should also be analyzed on a road network level. The new RBCSV 
parameter is suitable for such a purpose as it is easy to interpret. A higher RBCS value shows a 
higher need for road repair and greater funding.  

A slightly  more difficult analysis is that of dynamic imbalance due to the ratio of CS to Curvature, 
the “incorrectly banked curves” in the report. Further research should seek methods to quantify 
the problems with incorrect banking at the road network level. This is important, as the recon-
struction of slopes in existing curves requires significant quantities of road materials and thus 
significantly larger funding than traditional overlays of ruts and short wave roughness. Plots, as 
Figure 73, should be employed in the programming, planning and detailed design of the repair, 
as well as in the quality control of finished work. 

An easy-to-use parameter is the Drainage Gradient (DG). This is a key safety parameter as 
de monstrated in the case study and should exceed 0.5 % to avoid water ponding proble ms. 
Road agencies with DG in their databases will find it easy to identify those sections that have 
DG below the safety limit 0.5 %.  

Suitable software can identify road sections with insufficient DG from existing databases and 
during a typical search it can also be possible to identify other flat sections requiring 
rehabilitation. Exa mples of the latter type can be found at the HS BjörknĂ€set and the HS 
Helgum. Repair of such weak sections should be designed by support of bearing capacity 
testing with a falling weight deflectometer. 

Road agencies should require their road designers to report the designed DG, especially at 
entrances and exits of left hand curves (UK: right hand curves). Consultants and Contractors 
should face high penalties if their work results in Drainage Gradients that are too low. 

The limit of 0.5 % DG is tight, and requires high  measurement accuracy. DG is calculated from 
Cross Slope and Longitudinal Gradient. It is possible to report both of these parameters from 
most laser/inertial profilometers on the market. However, most profilo meters do not measure the 
road’s Longitudinal Gradient. Rather they only measure the gradient of the profilometer vehicle 
body. The grade of the vehicle and the road grade often differ significantly, especially when the 
profilometer vehicle accelerates or brakes. When this occurs the difference can be very large. 
The vehicle grade can also change in response to changes in wind load, the level of fuel in the 
fuel tank, and other changes in load. The SRA CS Profilograph used in the case study has an 

background image

 Page 136  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

accurate system for road grade measurement, taking into account the vehicles own pitch angle 
in relation to the road. Without such a system, profilometer reported grades/Drainage Gradients 
might not be sufficiently accurate to be useful in analyzing the risk for skid accidents. This 
should be considered when purchasing road condition measurements.  

The allocation of existing road maintenance funding should be reviewed. The repair of 
pavement deformation with high RBCSV in the Northern Periphery costs more than overlays of 
rough, but much more planar, surfaces in the southern areas. Repair of incorrectly banked 
curves and insufficient Drainage Gradient require even more funding, as significant quantities of 
road materials are needed. Such road repairs are one-time investments, since slopes, once 
created, do not normally change significantly over time. 

There should be an extra focus on  maintaining high road surface friction in sharp and incorrectly 
banked curves and at the downhill part of long and steep grades. This can be done by 
increasing  the  use of  high friction surfacings and intensified winter  maintenance. 

The failure mode at HS S Viksjö shows that the barrier may be undersized. In three lethal 
crashes, heavy trucks have made a big hole in the standard crash barrier. There is therefore an 
acute need for crash barriers to have the capacity to retain heavy vehicle combinations with up 
to 60 tonne gross vehicle weight (GVW). There are plans to increase the max GVW to 80 - 88 
tonnes in Sweden. Such plans should be reconsidered on those road networks that do not have 
crash barriers with the relevant heavy truck capacity. 

Measurements of Split Friction risk potential should be carried out on road sections with new 
patch repairs, such as the repair seen in Figure 61. The friction numbers should be measured in 
both the left and right wheel track, focusing on the difference between the m. 

Profilo meter results should be systematically used in traffic safety inspections and analysis. Left 
hand curves (Right hand curves in the UK) are hot spots for hazardous road alignment errors., 
Only one lane in one direction is currently monitored in Sweden in accordance with the road 
surface profilometry strategy of the SRA. This lane is scanned at least every fifth year. One of 
the net effects of this strategy is that the PMS does not include relevant data for 50 % of the left 
hand curves on the network (important geometrical parameters may be totally different in the 
opposed directions). Temporary changes should be made in the measurement strategy, ai ming 
to result in having relevant geometrical data fro m every lane within three years from now.  

A consequence of a limited road condition measure ment strategy is that, in the event of a 
serious having to be investigated, it may be necessary to carry out additional profilometer 
measurements to obtain sufficiently accurate  data for the investigation. Such  non-scheduled 
measurements are more expensive than syste matically planned  measurements. 

When planning actions to improve safety at road sections suffering from  many skid accidents on 
wet pave ment or thin ice, such as HS Stavreviken, resurfacing with high friction double surface 
dressings should be tried before planning to build expensive new road sections. Speed 
monitoring displays could reduce skid accidents at such sites. 

background image

 Page 137  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

As recommended by the group analysing lethal crashes in Norway’s Central Region, the time 
tolerance for removing wet snow (which is risky as snow, and later, after forming ice ruts) should 
be reduced. Furthermore, the contractor performing daily road  maintenance should be paid for 
making extraordinary friction improvement actions when  weather conditions  become  extreme 
[72]. 

 

9.5 ROAD DESIGN POLICY IMPROVEMENTS 

Left hand curves should be identified as hot spot sections for insufficient Drainage Gradient 
(DG) in road design manuals (right hand curves in the UK). 

The minimum limit on DG should be raised. The present design limit of 0.5 % should be 
redefined as a rare exception, as it is too close to the normal deviations in road construction 
works (about 0.5 % is allowed Cross Slope deviation in the Swedish ATB VÄG road 
construction manual). In practice, this means that a “properly designed” section of road  may end 
up with an insufficient DG if the construction on site is only just inside the tolerance limits. 
Considering the need for a reasonable production tolerance, the normal design limit needs to be 
raised, up to about 1 %. 

The RBCSV concept should be implemented in manuals for redesign of existing roads.  

Low-permeable material should be considered for culvert foundations.  

background image

 Page 138  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

9.6 WORK TO BE CONTINUED (IN ROADEX IV?) 

This project suggests a draft limit value of 0.30 % for undesired Variance of the pavement’s Rut 
Botto m Cross Slope (RBCS). Further work should draft differentiated RBCSV limit values, 
depending on road/lane width, curvature and length of curve. It should be noted that the RBCSV 
is normalized to a user defined reference speed. Therefore the same limit value can be used for 
50  km/h  roads as for 90  km/h roads.  

How common are the road da mages found on Rd 331 on roads in the Northern Periphery 
partner area? 

The comfort scale in ISO 2631 is relevant for people in public transportation and there are 
indications that professional drivers may have a somewhat higher comfort tolerance. Should a 
special comfort scale be developed for professional drivers? 

A scale and a limit value should be drafted for short road roughness that causes tramp-related 
polishing and thus extremely low friction. Mega Texture could be used as one parameter, but 
0.5 - 2.5 m roughness could also be addressed. 

The relation between speed and vertical truck seat vibration is fairly well known. But the relation 
between speed and roll/lateral vibration should be further explored. (However, there are no 
indications on a larger speed dependence on roll, as co mpared to vertical bounce). 

The correlation of road surface texture and truck interior noise should be  mapped. 

Whole-Body Vibration, Hand-Arm Vibration as well as interior noise should also be measured 
when driving heavy vehicles on winter roads with ice ruts accompanied by high Mega texture on 
the ice edges. 

The effect of changing winter road  maintenance standards on  ride vibration should be 
investigated. 

The impact of general road roughness should be mapped against the ability to perform efficient 
snow ploughing in winter. 

Why does such a large proportion of the road length have severe pavement edge deformations? 
The design of pavement edge/shoulders could be reviewed. Is the quality of the road materials 
too poor? Are the road structure layers too thin? Could the reason be insufficient shoulder width 
and/or too steep e mbankment?  

A  method to quantify the problems with incorrect banking at the road network level could be de-
veloped. Such a method could be drafted from an analysis of plots such as Figure 73.  

background image

 Page 139  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

Chapter 10. Further reading 

 

[1]      Teschke, K., Nicol, A-M., Davies, H. & Ju, S. (1999). 

Whole Body Vibration and Back 

Disorders Among Motor Vehicle Drivers and Heavy Equipment Operators: A Review of 

the Scientific Evidence

. Report to Workers' Co mpensation Board of British Columbia. 

[2]    

Directive 2002/44/EC on the minimum health and safety requirements regarding the 

exposure of workers to the risks arising from physical agents (vibration). 

The European 

Parlia ment and the Council. 

[3]      Ahlin, K., Granlund, J. & Lundström, R. (2000). 

Whole-Body Vibration When Riding on 

Rough Roads â€“ A shocking Study

. Swedish National Road Administration, Vol. 31E.  

 

   

Internet 2008-02-24: 

http://www.vv.se/filer/skakstudie.pdf

[4]     Sandover, J. (1998). 

High acceleration events: An introduction and review of expert 

opinion

. Journal of Sound and Vibration 215(4), p 927 – 945. 

[5]    

ISO 2631-5, Mechanical vibration and shock - Evaluation of human exposure to Whole-

Body  Vibration – Part 5:  Method for evaluation of vibration containing  multiple shocks. 

(2004). International standard.  

[6]      Brandt, A. & Granlund, J. (2008). 

Bus Drivers’ Exposure To Mechanical Shocks Due To 

Speed Bumps

. Society for Experimental Mechanics, IMAC-XXVI  Conference on 

Structural Dynamics, Orlando, Florida, USA.  

[7]      Gillespie, T. D. (1992). 

Fundamentals of Vehicle Dynamics.

 

[8]     Lindh, H. (2002). 

Ride Quality in Trucks â€“ A Dynamic Challenge

. Scandinavian Vibration 

Society, Symposium on comfort in vehicles and  model verification, RiksgrĂ€nsen, 

Sweden. 

[9]     Granlund, J., Lenngren, C.A., Lindström, F. & MĂ„rtensson, B. (2005). 

Measuring 

Pavement Deflection Variance at Highway Speeds

. 7'th Int Conf on Bearing  Capacity of 

Roads, Railways and Airfields, Trondheim, Norway. 

[10]   ForsĂ©n, A. (1999). 

Heavy Vehicle Ride and Endurance. Modelling and model validation

Royal Institute of Technology, Stockholm, Sweden. PhD thesis, TRITA-FKT 99:33, ISSN 

1103-470X, 92 p 

[11]    Ahlin, K. and Granlund, J. (2003). 

Relating road roughness and vehicle speeds to 

human Whole-Body Vibration and exposure limits

. The International Journal of 

Pavement 

 

    Engineering, Vol. 3, No. 4, pp.207-216. 

background image

 Page 140  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

[12]  

The AASHO Road Test

. Special Reports 61A-61E. HRB, National Research Council. 

Washington, D.C., 1961

 

[13]    Granlund, J.  & Lindström, F. (2004). 

Reducing Whole-Body Vibration by geometric repair 

of pavements.

 J. Low Frequency Noise, Vibration and Active Control, Vol. 23, No 2, pp. 

103-114. 

[14]    Ă–ijer, F. & Edlund, S. (2004). 

Identification of Transient Road Obstacle Distributions and 

Their Impact on Vehicle Durability and Driver Comfort

. Supplement to Vehicle System 

Dyna mics, Vol 41, pp 744-753. 

[15]  

VĂ€gars och gators utformning. (Design manual for roads and streets). 

(2004). Swedish 

Road Administration, publ 2004:80 

[16] 

A Policy on Geometric Design of Highways and Streets. 

(1984, 1990, 1994 and 2001). 

American Association of State Highway Officials (AASHO), Washington D.C.  

[17]  

EN ISO 8041, Human response to vibration â€“ Measuring instrumentation.

 (2005). 

European and International standard. 

[18] 

ISO 2631-1, Mechanical vibration and shock â€“ Evaluation of human exposure to Whole-
Body Vibration â€“ Part 1: General requirements. 

(1997). International standard. 

[19] 

Ahlin, K., Granlund, J. & Lindströ m, F. (2004). 

Comparing road profiles with vehicle 

perceived roughness

. Int. J. Vehicle Design, Vol. 

36

, Nos. 2/3, pp.270-286. 

[20]  

Strategisk plan för drift, underhĂ„ll och bĂ€righet 2004 – 2015 (Strategic plan for road 

operations, maintenance and bearing capacity)

. Swedish Road Administration, Central 

Region. 

[21]    Granlund, J. (2006). 

Nytt mĂ„tt pĂ„ tvĂ€rfall. (How to Measure Rut Bottom Cross Slope and 

its Variance)

. SRA Consulting Services, report for Swedish Road Administration, Head 

Office.  

 

   

Internet 2008-02-24: 

http://www.vv.se/fudinfoexternwebb/pages/PublikationVisa.aspx?PublikationId=241

 

 

[22]    Bogsjö, K. (2007). 

Road Profile Statistics Relevant for Vehicle Fatigue.

 PhD thesis, Lund 

University, ISRN LUTFMS-7032-2007, ISBN 978-91-628-7291-5. 

[23]  

Den goda resan: Förslag till nationell plan för vĂ€gtransportsystemet 2004 – 2015. 

Underlagsrapport TrafiksĂ€kerhet. Handlingsplan för trafiksĂ€kerhet.

 

(Proposed national 

long term plan for the road transport system â€“ Traffic safety action plan)

. Swedish Road 

Administration, VV publ 2003:101 

background image

 Page 141  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

[24] 

Bereton, P.F., Donati, P.M., Fischer, S., Griffin, M.J., Howarth, H.V.C., Kaulbars, U. & 

Pitts, P.M. (2006). 

EU Guide to good practice on Whole-Body Vibration

[25] 

Gallaway, B.M. & Rose, J.G. (1971). 

The effect of rainfall intensity, pavement cross 

slope, surface texture and drainage length on pavement  water depths

. Texas 

Transportation Institute, Research Report No. 138-5. 

[26] 

Bigert, C. Klerdal, K., Hammar, N., Hallqvist, J. & Gustavsson, P. (2004). 

Time trends in 

the incidence of myocardial infarction among professional drivers in Stockholm 1977-96

Occup Environ Med; Vol 61, p 987 - 991. 

[27] 

Perspectives in Disease Prevention and Health Promotion Leading Work-Related 

Diseases and Injuries

. US National Institute for Occupational Safety and Health. 

[28] 

Ahmadian, M. & Ahn, Y.K. (2003). 

On-Vehicle Evaluation of  Heavy Truck  Suspension 

Kinematics

. SAE TB 51. 

[29] 

Guidelines for Air and Ground Transport of Neonatal and Pediatric Patients

. (1999). 

Task Force on Interhospital Transport, American Acade my of Pediatrics. 

[30] 

Campbell, K.L., Erwin, R.D., Gillespie, T.D., Segel, L. & Schneider, L.W. (1982). 

Truck 

Cab Vibrations and Highway Safety

. Highway Safety Research Institute, University of 

Michigan. FHWA report RD-82/093 

[31] 

Ihs, A., Velin, H. & Wikström, M. (2002). 

VĂ€gytans inverkan pĂ„ trafiksĂ€kerheten. (The 

influence of road surface condition on traffic safety)

. VĂ€g- och 

TransportforskningsInstitutet, VTI medd 909 

[32] 

Hedberg, G.E., et al. (1991). 

Mortality in circulatory diseases, especially ischemic heart 

disease, among Swedish professional drivers

. J Human Ergol., Vol 20, p 1-5. 

[33]  

Hedberg, G.E., et al. (1993). 

Risk indicators of ischemic heart disease among male 

professional drivers in Sweden. 

Scand. J Work Environ Health, Vol 19, p 326-333. 

[34]  

Hedberg, G.E. & Langendoen, S.M. (1989). 

Factors Influencing the turnover of Swedish 

Professional Drivers

. Scand. J Soc Med, Vol 17, p 231-237. 

[35] 

Campbell, K., Gillespie, T., Segel, L. & Schneider, L. (1981) 

State of knowledge review: 

Relationship of truck ride vibration to highway safety. 

Highway Safety Research Institute, 

University of Michigan. FHW A report RD-81/083 

[36] 

Armstrong, B., Cherry, N.M., Cote, R., Lavoie, J., McDonald, A.D., McDonald, J.C., 

Nolin, A.D. & Robert D. (1988). 

Fetal death and work in pregnancy

. Br J Ind  Med, Vol 

45(3), p 148-157. 

background image

 Page 142  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

[37] 

McFarlane, S. & Sweatman, P.F. (2003). 

Investigation into the Specification of Heavy 

Trucks and Consequent Effect on Truck Dynamics and Drivers: Final Report.

 Report 

prepared for FORS by Roaduser International Pty Ltd 

[38] 

De Solminihac, H. E., Echaveguren, T. & Vargas, S. (2007). 

Friction Reliability  Criteria 

Applied to Horizontal Curve Design of Low-Volume Roads

. Transportation Research 

Board of the National Academies, Washington D.C. Transportation Research Record, 

No 1989, Vol 1, pp 138-147 

[39] 

Persson, J. & Strandroth, J. (2005). 

Halkolyckor med dödlig utgĂ„ng 2000 - 2004 (Fatal 

skid accidents)

. Swedish Road Administration, VV publ 2005:83 

[40]  

AllmĂ€n Teknisk Beskrivning för VÄGkonstruktioner - ATB VÄG. 

Swedish Road 

Administration, publ 2005:112 

[41] 

Standard for drift og vedlikehold, HĂ„ndbok 111 (Standard for operations and 

maintenance). 

(2003). Norwegian Road Administration. 

[42] 

Glennon, J.C. (2004). 

Hydroplaning - The Trouble With Highway Cross Slope

Internet 

2008-02-24: 

http://www.johncglennon.com/papers.cfm?PaperID=8

 

 

[43] 

Cenek, P., Jamieson, N. & Owen, M. (2003). 

Transit New ZealandÂŽs Truck Ride 

Improvement Initiative

. REAAA/ARRB International Conference. 

[44] 

Krafft, M., Kullgren, A., Lie, A. & Tingvall, C. (2006). 

The Effectiveness of Electronic 

Stability Control (ESC) in Reducing Real Life Crashes and Injuries

. Traffic Injury 

Prevention, Vol 7, No 1, pp 34 â€“ 43. 

[45] 

Bowler, R., Dunne, M. & McCormick, M. (2001).

  Survey of Commercial Truck Drivers: 

Valuing Their Priorities for  Improving New Zealand’s  State  Highways.

 Australasian 

Transport Research Forum, Hobart. 

[46] 

Jonforsen, H. (2007). 

Climate change and effects on airports

. Innovative Pavements 

Europe, Stockholm 

[47] 

Bovenzi, M. & Hulshof, C.T.J. (1999). 

An updated review of epidemiologic studies on 

the relationship between exposure to Whole-Body Vibration and low back pain (1986-

1997). 

Int Arch Occup Environ Health (1999) 72:351-365 

[48] 

SpĂ„ng, K. (1997).

 Assessment  of Whole-Body  Vibration containing single event shocks. 

Noise Control Eng. J., 

45

(1), 1997, pp 19-25. 

[49] 

Saarenketo, T. & Saari, J. (2004). 

User perspective to ROADEX II test area’s road 

network service level

. The ROADEX II project. 

Internet 2008-02-24: 

www.roadex.org

 

background image

 Page 143  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

[50] 

Foster, G., Long, A. & McPhee, B. (2001). 

Bad Vibrations. A handbook on Whole-Body 

Vibration exposure in mining

. The Joint Coal Board Health & Safety Trust 

[51] 

Hassan, R. & McManus, K. (2001). 

Heavy Vehicle Ride and Driver Comfort

. SAE World 

Congress, session on Human Factors in Automotive Design. Detroit, Michigan, USA 

[52] 

Cebon, D. (1999). 

Handbook of Vehicle-Road Interaction. 

University of Ca mbridge, 

England. 

[53] Strandberg, 

L. 

(1974). 

The dynamics of heavy vehicle combinations

. Statens VĂ€g- och 

Trafikinstitut, Stockholm. Internrapport 172 

[54] 

UK Design Manual for Roads and Bridges

. Volume 6, Road Geometry.  

[55] Mahone, 

D.C. 

(1975). 

An Evaluation of the Effects of Thread Depth, Pavement Texture, 

and Water Film Thickness on Skid Number : Speed Gradients

. Virginia Highway and 

Transportation Research Council, Charlottesville, USA. 

[56] Saarenketo, 

T. 

(2005).

 Monitoring, Communication and Information Systems & Tools for 

Focusing Actions - Ideas and Innovations. 

The ROADEX II project.  

Internet 2008-02-24: 

www.roadex.org

 

[57] 

Mechanical vibration - Testing of mobile machinery in order to determine the vibration 

emission value.

 European Standard, EN 1032 (2003). 

[58] Westerling, 

R. 

(2008). 

ÅtgĂ€rdbar dödlighet som en indikator i den folkhĂ€lsopolitiska 

uppföljningen. (Avoidable mortality as an indicator in the evaluation of public health 

politics

). Statens folkhĂ€lsoinstitut, Rapport 2008:03

 

Internet 2008-02-24: 

www.fhi.se/shop/material_pdf/Atgardbar_dod_webb_0802.pdf

 

 

[59] 

Mansfield, N.J. & Newell, G.S. (2004). 

Exploratory study of Whole-Body Vibration 

“artefacts” experienced in a wheel loader, mini-excavator, car and office worker’s chair.

 

39’th United Kingdom Group Meeting on Human Responses to Vibration. 

[60] Els, 

P.S. 

(2005). 

The applicability of ride comfort standards to off-road vehicles

. Jour 

Terramechanics, Vol 

42

, p 47-64. 

[61]  Marjanen, Y. (2005). 

Using ISO 2631-5 as an additional Whole-Body Vibration 

evaluation method with ISO 2631-1 to include also transient shocks to the analysis

. 12’th 

International Congress on Sound and Vibration, Lisbon, Portugal. 

[62] 

Alem, N. (2005). 

Application of the New ISO 2631-5 to Health Hazard Assessment of 

Repeated Shocks in U.S. Army Vehicles.

 Industrial Health, Vol 

43

, p 403-412. 

background image

 Page 144  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

[63] 

Waters, J.C. & Pidwerbesky, B.D. (2008). 

Watercutting â€“ investigating  the lifecycle of 

watercutter rejuvenation of aggregates

. Land  Transport  New Zealand Research Report 

336 

[64] 

Ogden, K.W. & Daly, P,S. (2007). 

Some Roads are Safer than Others, and Here’s Why

World Road Association, 23’d World Road Congress, Paris. 

[65] Hunter, 

R.N. 

(2000). 

Asphalts in road construction

. Thomas Telford Publishing. 

[66] Jacobsson, 

T. 

(2008). 

StĂ„lslagg i asfaltbelĂ€ggning. (Steel slag in asphalt mixtures

). 

Swedish National Road and Transport Institute, VTI notat nr 5.  

Internet 2008-03-03: 

http://www.vti.se/EPiBrowser/Publikationer/N5-2008.pdf

  

[67] Jacobsson, 

T. 

(2007). 

Polering av asfaltbelĂ€ggning. (Polishing of the coarse aggregate

). 

Swedish National Road and Transport Institute, VTI notat nr 25.  

Internet 2008-03-03: 

http://www.vti.se/EPiBrowser/Publikationer/N25-2007.pdf

  

[68] 

LeRoy, D. (2006). 

Smooth operators

. SAE Off-Highway Engineering. 

[69] Nilsson, 

U. 

(2004). 

Ride Quality in Ambulances â€“ Modelling and Model Validation

. Royal 

Institute of Technology, Stockholm, Sweden. MSc thesis, TRITA-AVE 2004:20, ISSN 

1651-7660. 

[70] 

The Swedish Work Environment Act, chapter 3 paragraph 14

. (1977, 2005). 

Internet 2008-03-03: 

http://www.av.se/inenglish/lawandjustice/workact/chapter03.aspx

  

[71] 

Förstudie VĂ€g- och jĂ€rnvĂ€gskorsning i Stavreviken, VĂ€g 331, 681, 684 och 683. 

(Feasibilty study of road- and railway crossing in Stavreviken).

 (2003). VĂ€gverket Region 

Mitt. 

Internet 2008-03-03: 

http://www.vv.se/filer/5304/stavre_forslh_jan03_liten.pdf

  

[72] 

Dybteanalyse av dödsulykker i vegtraffiken i Region midt i 2006

.

 (In-depth analysis of 

lethal crashes in the road traffic within the Central Region during 2006).

 (2007). Statens 

Vegvesen, Norge. 

Internet 2008-03: 

http://www.vegvesen.no/cs/Satellite?c=Page&cid=1168004567453&pagename=vegvesen%2FPage%2FSV

VsubSideInnholdMal

 

[73] 

Fördubbling av trafikolyckor i Ă…dalen (Doubled number of road traffic crashes in Ă…dalen). 

(2008). 

Allehanda. 

Internet 2008-03-16: 

http://allehanda.se/avdelning/kramfors/22811

 

 

background image

 Page 145  

 

ROADEX III The Northern Periphery Research 

Comfort, comfort my people

, says your God.

 

A voice of one calling in the desert; 

-Prepare the way for the Lord, make straight paths for him. Every valley shall be filled in, every 
mountain and hill made low. The crooked roads shall become straight, the rough ways smooth.

  

The path of the righteous is level; O upright One, you make the way of the righteous smooth. 
And all mankind will see God's salvation. 

[Isaiah 26:7, Isaiah 40:1,3-5, Luke 3:5] 

 

 

 

 

 

 

background image

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ROADEX III PUBLICATIONS 

 

Developing Drainage Guidelines for Maintenance Contracts  

Tyre Pressure Control on Timber Haulage Vehicles 

Understanding Low-Volume Pavement Response to Heavy Traffic Loading 

Health Issues Raised by Poorly Maintained Road Networks 

Road condition management policies for low volume roads â€“ tests and development of proposals 

Policies for Forest Roads – Some Proposals 

Road Construction in Greenland - The Greenlandic Case