خطرناک ترین رخداد برای یک ماشین سوار حین رانندگی بر روی سطح روسازی مرطوب، آب پیمایی میباشد. پدیده آب پیمایی که به آن آب پیمایی یا آکواپلنینگ نیز گفته می شود، زمانی رخ می دهد که تایر یک خودرو در حال حرکت بر روی لایه نازکی(فیلمی) از آب واقع شود و چرخ ها تماسشان را با سطح روسازی از دست دهند و درنتیجه راننده قادر به کنترل و هدایت وسیله نقلیه نباشد. در این حالت که لاستیک خودرو بطور کامل توسط لایه ای از آب از سطح راه جدا شده است، اصطکاک تقریباً صفر می باشد و به همین علت کنترل خوردو سخت می باشد و احتمال برخورد بین وسایل نقلیه وجود دارد. از طرفی شیارهای در تایر بگونه ای طراحی می شوند که آب را از زیر چرخ عبور دهند و آب پیمایی زمانی رخ می دهد که یک تایر با آب بیشتری از توانایی پراکندگی خود مواجه شود. انباشت آب بین سطح روسازی و تایر باعث ایجاد فشار آبی می شود که با افزایش سرعت خودرو این فشار افزایش می یابد تا زمانیکه در یک سرعت بحرانی به نام سرعت آب پیمایی چرخ وسیله نقلیه از سطح آسفالت جدا می گردد و تمامی سطح تماس خود را از دست می دهد.
زمانیکه لایه ای از آب بطور کامل در ناحیه ی تماس چرخ-روسازی پخش می گردد توانایی نیروی برشی چرخ تا حدی پایین می آید که کنترل و هدایت وسیله نقلیه غیرممکن می گردد و در چرخ به اصطلاح آب پیمایی کلی رخ می دهد. اگرتنها قسمتی از منطقه تماس توسط آب جدا شود، در واقع توانایی نیروی برشی کاهش می یابد ولی بطور کلی از دست نمی رود و در چرخ به اصطلاح آب پیمایی جزئی اتفاق می افتد.
مشخصات پدیده آب پیمایی یکی از فاکتورهای مهم در ایمنی رانندگی در جاده های خیس و بارانی و حتی مرطوب است. این پدیده نسبتا در موارد کمی اتفاق می افتد ولی نتایج خطرناک و مصیبت باری را می تواند ایجاد کند. یکی از دلایل اثبات این امر این است که در سالهای 1992 تا 1998 در حدود یک درصد تصادفات رانندگی در اروپا در اثر آب پیمایی رخ داده و یا با آن ارتباط داشته است. وقوع این پدیده در مورد هواپیماها در باندهای خیس و بارانی خطرناک تر از جاده است که از اثرات منفی آن افزایش مسافت توقف هواپیما در هنگام فرود است. وقتی یک باند یا سطح جاده با آب یا برفاب غوطه ور شوند یا گودالی از آب تشکیل شود، هواپیما و نیز وسایل نقلیه زمینی مثل اتومبیلها می توانند در سرعت بحرانی بر روی زمین با پدیده آب پیمایی چرخ مواجه شوند. اثرات آب پیمایی به علت اینکه چرخ ها تحت شرایط آب پیمایی از سطح جاده جدا می شوند و توانایی چرخ ها برای ترمزگیری یا کشش برای توقف یا هدایت حرکت وسیله نقلیه تقریباً بطور کامل از دست می رود، می تواند برای این وسایل جدی باشد. مهمترین پیامد این کار که اصطلاحا به آن بالاروندگی گویند از دست رفتن اصطکاک است که در ترمز گرفتن و کنترل ایمن خودرو ضروری است.
آب پیمایی پدیده پیچیده ایست که از چندین پارامتر شامل عمق آب، سرعت خودرو، بافت درشتروسازی، عمق عاج لاستیک، فشار هوای لاستیک و سطح تماس تایر تاثیر می پذیرد. بافت درشت روسازی و عمق عاج تایر از دو طریق بر شروع پدیده آب پیمایی تاثیر می گذارند. اولاً این دو تاثیر مستقیمی بر روی سرعت بحرانی آب پیمایی دارند زیرا مسیری برای آب جهت فرار از سطح مشترک چرخ و روسازی را فراهم می آورند و ثانیاً تاثیر غیر مستقیمی هم بر روی سرعت بحرانی از طریق اثر آن بر روی عمق آب موجود بر روی روسازی دارند از آنجا که در بافت های درشت تر آب با عمق بیشتری مورد نیاز است تا سطح را بپوشاند و باعث آب پیمایی گردد. در هر دو مورد افزایش در عمق بافت درشت، باعث افزایش سرعت بحرانی آب پیمایی می شود. در عین حال سطح روسازی می بایست بافت ریز مناسبی بمنظور ایجاد اصطکاک کافی داشته باشد. بافت ریز درجهای از زبری است که خرده سنگدانه ها را بصورت انفرادی در نظر می گیرد در حالیکه بافت درشت درجه از زبری است که با انحراف مسیر از میان ذرات سنگدانه مطرح می شود. بافت ریز عمدتاً عهده دار ایجاد اصطکاک در روسازی در سرعت های پایین می باشد در حالیکه بافت درشت عمدتاً برای کاهش پتانسیل جداشدگی چرخ و سطح روسازی بعلت آب پیمایی و جهت ایجاد اصطکاک برای وسایل نقلیه با سرعت های بالا کاربرد دارد.
سرعت خودرو در وقوع این پدیده دارای تأثیر زیادی است و منابع و مقاله های گوناگون سرعتهای مختلفی را به عنوان سرعت مشخصه آب پیمایی بیان کرده اند. جهت درک بهتر اینکه در هنگام هیدروپلین شدن چه اتفاقی می افتد بایستی به این مثال توجه شود که اگر یک قطعه سنگ صاف و صیقلی که دو بعد آن نسبت به بعد سومش خیلی بزرگتر باشد (پولکی شکل)، با سرعت زیاد به صورت موازی روی سطح آب پرتاب شود، سنگ زمان زیادی روی آب همراه با بالا و پائین آمدن حرکت می کند و وقتی سرعت آن کم می شود سنگ غرق خواهد شد. نیروی بالا برنده سنگ در سطح آب با سرعت آن متناسب است که در مورد لاستیک خودرو نیز این امر صادق می باشد.
با توجه به مطالب بالا، آب پیمایی نتیجه عبور سریع لاستیک خودرو از روی جاده های خیس و بارانی است که در اثر سرعت عبور چرخ از روی نواحی خیس، زمان کافی برای خروج آب از ناحیه میانی لاستیک وجود ندارد و در نتیجه لاستیک توسط آب از سطح جاده جدا می شود. آب پیمایی یکی از نمونه های رایج سرخوردن دینامیکی است که آب توسط تایر به صورت یک لایه در بین لاستیک و سطح راه در می آید که باعث ترکیب فشار هیدرودینامیکی درجلوی تایر می شود. وقتی فشار به اندازه کافی بزرگ باشد می تواند لاستیک را از سطح جاده توسط لایه ای حتی نازک از آب جدا کند و لاستیک تمامی اصطکاک خود را از دست می دهد و لغزش و سرخوردن آن بدون هیچ مانعی ایجاد می شود. برای افزایش سرعتی که در آن امکان وقوع آب پیمایی وجود دارد، ایجاد عاجهای زاویه دار در سطح لاستیک که بطور قابل ملاحظه ای آب را در سطح تماس جاده و لاستیک پخش می کند، ضروری است.
تشخیص اینکه چه موقع پدیده آب پیمایی ایجاد می شود، کار دشواری است اما به عنوان یک اصل تجربی، در شروع آب پیمایی انتهای وسیله نقلیه ناپایدار شده و ماشین تمایل به حرکت به یک طرف یا طرفین را دارد، شبیه به مواقع وزش بادهای تند که در جهت مخالف می وزند که به طور ناگهانی کاهش کنترل و هدایت خودرو احساس می شود.
راههای کنترل آب پیمایی
بطور کلی جهت کاهش خطرات ناشی از وقوع پدیده آب پیمایی روشهای پیشگیرانه و نیز در حین وقوع وجود دارد. راههای پیشگیری شامل مواردی چون استفاده از لاستیک های با زبری مناسب و عاجهای نو و نیز استفاده از طرح های خاص عاج مثل v شکل میباشد.
براساس مطالعات انجام شده در آمریکا نقش ویژگیهای سطح راه نسبت به مشخصات لاستیک در جلوگیری از وقوع این پدیده دارای تاثیر و اهمیت بیشتری است. بطور کلی سطح راه باید امکان عبور ایمن خودرو را در شرایط بارندگی و خیس فراهم کند. در مورد پدیده آب پیمایی، قابلیت زهکشی سطح یک پارامتر مهم است که در پیشگیری از وقوع تاثیر دارد. بطور کلی دو راه جهت جلوگیری از تشکیل لایه آب بین لاستیک و سطح راه وجود دارد که شامل استفاده از سطوح دارای پوشش سنگ شکسته است که اگر از این روش استفاده شود بافت سطح با کیفیت بوده و آب به راحتی زهکشی خواهد شد. روش دیگر استفاده از آسفالت متخلخل در ساخت و اجرای روکش است. که در این روش سطح راه صاف بوده ولی از حفره های زیادی تشکیل شده است که باعث زهکشی سریع آبهای وارده به بدنه راه می شود. هزینه اجرای این روش بالا بوده و عیب دیگر آن این است که پس از چند سال استفاده در نواحی دارای بارندگی زیاد، حفره های سطح مسدود شده و عمر راه کاهش می یابد.
مطالعات مختلفی در دنیا در حال انجام است که بتوان با کمک نتایج آنها طرح مناسبی را جهت ساخت رویه جاده ها ارائه کرد، بطوریکه هم دارای عمر مناسب باشد و هم آثار سوء ناشی از ورود آب به سطح جاده را کم کند. لازم بذکر است که آب پیمایی نتیجه ترکیب عوامل مختلی مانند: سرعت، عمق عاج لاستیک، میزان فشار باد چرخ و نیز مشخصات سطح جاده است. مهم ترین راه پیشگیری از وقوع این پدیده، حرکت آهسته و کم کردن سرعت وسیله نقلیه در نواحی خیس و بارانی است. فشار مناسب باد درون لاستیک و عمق لازم عاج، به آب موجود بر روی سطح جاده اجازه خروج از زیر لاستیک را داده و موجب ایجاد تماس خوب و مطمئن لاستیک با سطح راه می شود.
علاوه بر موارد ذکر شده، رعایت موارد زیر به عنوان راه حل های موثر در پیشگیری و نیز در حین وقوع آب پیمایی دارای اهمیت است:
- حرکت آهسته و با سرعت کم در راههای خیس و بارانی (یک جاده خیس می تواند به اندازه یک جاده یخ زده، لیز و خطرناک باشد).
- شناسایی و تشخیص نواحی آبگرفته و لکه های آب بر روی سطح جاده خصوصاً در محل پیچها.
- استفاده از لاستیکهای مطمئن و با کیفیت که بایستی دقت شود سطح آنها صاف نبوده و فشار آنها نیز مطابق استاندارد باشد.
- حفظ فاصله مناسب و ایمن با خودروهای اطراف جهت توقف و کنترل ایمن.
- در نظر داشتن وزش بادهای جانبی که بر روی کنترل خودرو تاثیر دارند.
- کنترل و تطابق سرعت وسیله نقلیه با شرایط حاکم بر جاده، (آب پیمایی در سرعتها پائین تر از سرعت بحرانی نیز میتواند رخ دهد).
- دو عمل مطلقاً ممنوع وجود دارد که در شروع وقوع آب پیمایی نباید آنها را انجام داد:
- عدم استفاده از ترمز
- عدم چرخاندن چرخها (استفاده از فرمان) در مسیرهای مستقیم
هنگام وقوع آب پیمایی نباید به طور ناگهانی ترمز گرفت یا فرمان را پیچاند که این اعمال می تواند باعث سرخوردن و انحراف وسیله نقلیه شود. بایستی پدال گاز را رها کرده تا سرعت وسیله نقلیه کم شده و هدایت ماشین و چرخ های جلو به حالت نرمال باز گردد. چنانچه نیاز به ترمزگیری باشد انجام آن بایستی با حرکات پمپی (لحظه لحظه ترمز گرفتن یا اصطلاحاً نیش ترمز) به آرامی انجام شود. چنانچه امکان بهره گیری از سیستم ترمزهای ضد قفل (ABS) وجود داشته باشد، ترمزگیری طبیعی نیز می تواند موثر باشد.