Реконструкция автомобильных дорог (стр. 10 )

Шероховатость характеризуется равномерно чередующимися выступами скелетных частиц каменного материала (щебенок) и впадинами между ними а также собственной шероховатостью материала (зерен). Шероховатость которая создается скелетными частицами (или специально нарезанными бороздками на цементобетонных покрытиях) принято называть макрошероховатостью, а собственную шероховатость минеральных зерен микрошероховатостью. Сцепные качества покрытия обеспечиваются их совместным действием, но нормируется только макрошероховатость, которая и принимается за общую.

Таблица 8

Предельно допустимые показатели продольной ровности, см/км

Интен-сивность движения, авт/сут	Кате-гория дороги	Тип дорож-ной одежды	Предельно допустимые показатели продольной ровности, см/км	Допустимое количество просветов под 3-метровой рейкой, превышающих указанные в СНиП 3.06.03-85, %
по прибору ПКРС-2У	по толчкомеру ТХК-2, установленному на автомобиле
УАЗ - 2206	ГАЗ-31022 «газель»
Более 7000	I	Капитальный	540	100	220	6
3000-7000	ΙΙ	660	120	270	7
1000-3000	III	Капитальный	860	170	350	9
Облегченный	1100	240	460	12
500-1000	IV	Облегченный	1200	265	500	14
200-500	Переходный	-	340	510	-
До 200	V	Низший	-	510	720	-

Макрошероховатость покрытия характеризуется тремя основными параметрами (см. рис.3):

- средней высотой выступов Rz , мм;

- средней глубиной впадин Нср, мм;

- коэффициентом шага шероховатости .

Шероховатость покрытия не вызывает низкочастотных колебаний автомобиля на подвеске, так как их воздействие поглощают шины. Но увеличение макрошероховатости покрытия приводит к росту коэффициента сопротивления качению в среднем на 4 % на 1 мм высоты выступов на асфальтобетонных покрытиях и на 13 % на цементобетонных, что является одной из причин снижения скорости движения на неровных покрытиях.

Требуемые сцепные свойства дорог обеспечиваются путем устройства макрошероховатых покрытий; поверхность последних состоит из выступов и впадин (средняя высота выступов Rz > 0,5 мм).

Рис. 3. Макрошероховатость покрытий:

I-а - макрошероховатый слой до эксплуатации;

I-б - то же после эксплуатации;

II-а - шероховато-шипованная поверхность до эксплуатации;

II-б - то же после эксплуатации

Макрошероховатая поверхность дорожного покрытия представляет собой поверхностный каркасный слой из щебня смеси (или других каркасных частиц) толщиной, равной их максимальному размеру, пустоты в котором вровень с вершинами или частично закрыты заполняющим материалом, образуя соответственно дорожные покрытия с открытой или закрытой поверхностью.

К макрошероховатости как эксплуатационному показателю покрытия предъявляются противоречивые требования. С одной стороны, она должна быть по возможности меньшей, чтобы обеспечивалась наибольшая площадь контакта протектора шины с поверхностью покрытия. С другой стороны, дорожная поверхность должна быть достаточно грубой, чтобы обеспечить быстрый отвод воды из площадки контакта для предотвращения явления аквапланирования [20].

В зависимости от средней высоты выступов (Rz, мм) макрошероховатые поверхности подразделяются на [21]:

- на крупные при Rz свыше 6,0 до 9,0 мм;

- средние при Rz свыше 3,0 до 6,0 мм;

- мелкие при Rz свыше 0,5 до 3,0 мм.

По характеру текстуры, определяемой коэффициентом шага шероховатости Кш, поверхности подразделяют:

- на шероховатые при Кш от 0,1 до 0,3;

- шероховато-шипованные при Кш св. 0,3 до 0,5.

В процессе эксплуатации по мере истирания выступов текстура поверхности переходит из крупношероховатой в средне - и мелкошероховатую, из шероховато-шипованной в шероховатую и т. д.

При относительно небольшой высоте выступов ( = 2,5-5 мм) неровности макрошероховатости фактически полностью внедряются в резину («чистое» внедрение); тогда сцепление обеспечивается за счет адгезионной и гистрезисной составляющих силы трения. Причем адгезионная составляющая значительно превышает гистерезисную вследствие относительно большой фактической площади контакта шины с покрытием (рис. 4).

Рис.4. Шероховатость и взаимодействие колеса автомобиля

с мокрым покрытием:

hст - толщина слоя воды, мм; hвд - глубина вдавливания, мм;

hакт - активная толщина слоя воды, мм; Rz - высота выступа, мм

При большой высоте неровностей Rz фактическая площадь контакта существенно уменьшается, т. к. неровности не вдавливаются в резину а колесо перекатывается по ним (рис.5). Тогда адгезионная составляющая сил трения уменьшается, а сцепление обеспечивается практически за счет деформации шины. На сухих чистых покрытиях суммарная сила трения (сцепление) достаточна для безопасного движения, даже если адгезия относительно мала. Но на мокрых грязных или заснеженных покрытиях, когда снег или грязь забивают впадины между выступами шероховатости и поверхность покрытия становится гладкой, ее сцепные качества не обеспечивают безопасности движения автомобилей.

Рис. 5 Влияние неровностей покрытия на контакт

автомобильных шин: а - мелкошероховатое покрытие;

б - крупношероховатое; в - микронеровности большого размера

Температура воздуха и скорость движения – факторы, влияющие на реализацию сцепных качеств покрытия. При высоких температурах снижается вязкость битума (асфальт «плавится»), что приводит к уменьшению сопротивления поверхности тормозной силе, а следовательно и коэффициента сцепления φсц. При высокой скорости площадь контакта колеса с покрытием уменьшается, что также приводит к уменьшению сил трения (сцепления).

Сцепные качества покрытия, выраженные коэффициентом сцепления φсц, нормируются ГОСТ Р 50097 согласно которому предельно допустимая величина φсц должна быть не менее 0,3 – при измерениях шиной без рисунка протектора и 0,4 – при измерении шиной, имеющей рисунок протектора.

Измерения и оценка продольной ровности и сцепных

свойств покрытия

Для оценки продольной ровности и сцепных свойств покрытия выполняют сплошные или выборочные измерения в соответствии с ГОСТ 30412-96 и ГОСТ 30413-96 [22 – 23].

Сплошные измерения проводят при обследовании участков дорог протяженностью более 1 км. Выборочные выполняют при обследовании участков концентрации ДТП и опасных участков дорог, на которых произошло ДТП.

Измерения продольной ровности (δ) и сцепных свойств покрытия (φсц) рекомендуется проводить с использованием передвижной лаборатории КП-511, которая состоит из специально оборудованного автомобиля типа УАЗ и одноколесного прицепа с мягкой подвеской ПКРС-2У (рис.6). На прицепе установлены датчик ровности (для измерения суммы вертикальных колебаний δ, см/км) и датчик сцепления (для измерения тормозной силы).

Продольную ровность (δ см/км) измеряют по правой полосе наката (1-1,5 м от кромки покрытия) каждой полосы движения, при постоянной скорости автомобиля – лаборатории ν = 50 ± 5 км/ч.

Коэффициент сцепления (φсц) измеряют по левой полосе наката каждой полосы движения путем полного затормаживания измерительного колеса прицепного прибора при скорости ν = 60±5 км/ч.

При невозможности измерений φсц по левой полосе (двухполосная дорога, крайняя левая полоса многополосной дороги) допускается производить их по правой полосе наката.

Рис. 6 . Лаборатория КП-511 для оценки ровности и коэффициента сцепления: 1 - прицеп ПКРС - 2У; 2 - датчик сцепления; 3 - датчик ровности; 4 - бак для воды; 5 - ручка управления поливом; 6 - блок записи измерений; 7 - педаль тормоза

Кроме того, при измерении φсц необходимо обеспечить дополнительно следующие условия:

- покрытие должно быть увлажненным с помощью автономной системы искусственного увлажнения, смонтированной на автомобиле-тягаче. Толщина пленки воды на покрытии должна быть не менее 1 мм;

- не допускается измерять φсц во время дождя и в течение 2-3 ч. после него;

- шина должна быть без рисунка протектора или с рисунком глубиной менее 1 мм, или изношенная шина с остаточной глубиной канавок не более 1 мм;

- температура воздуха должна фиксироваться в процессе измерений. Измеренные значения φсц необходимо привести к расчетной температуре ţ=200С путем суммирования полученных величин с поправкой ∆φсц, зависящей от температуры окружающего воздуха в момент измерения:

Температура воздуха в момент измерений, 0С...	0	5	10	15	20	25	30	35
Поправка ∆φсц ………..	-0,06	-0,04	-0,03	-0,02	0	0,01	0,02	0,02

Для измерения продольной ровности допускается использовать электронный толчкомер с дистанционным управлением ТЭД-2М, передвижные лаборатории, оборудованные толчкомерами типа ТХК-2 или ИВП – 1 на базе автомобилей УАЗ – 2206, ГАЗ 331022 и других автомобилей семейства «Газель» с колесной формулой 4x2 (рис.7).