Требования к ровности дорожных покрытий.

При разработке требований к ровности покрытий исходят из допустимых амплитуд и ускорений колебаний автомобилей при расчетной скорости движения. Выделяют четыре критерия, по которым оценивается допустимость тех или иных колебаний автомобиля:

• удобство езды и комфортность для водителя и пассажиров;

• устойчивость грузов в кузове автомобиля;

• надежность и долговечность работы рессор, шин и других частей автомобиля;

• надежность и долговечность работы дорожной конструкции.

Установлено, что решающим является критерий обеспечения удобства и комфортности для водителя и пассажиров.

Исследованиями Р.В. Ротенберга и другими учеными установлено, что при движении по неровной поверхности ощущение колебаний водителем начинается с момента, когда ускорения колебаний достигнут . По мере возрастания скорости движения автомобиля и неровностей ездового профиля возникают беспокоящие колебания. Этому состоянию ориентировочно соответствуют ускорения . При длительном действии колебания переходят в неприятные и непереносимые. Единичные большие и длительные среднего значения колебания влияют на функциональное состояние водителя, снижают его работоспособность.

Существенное влияние на состояние человека оказывает и частота колебаний автомобиля. Установлено, что при колебании кузова автомобиля с частотой 0,7…4 Гц пассажиры испытывают неприятные ощущения, а при 5…20 Гц - создается критическое состояние для человека.

Практическое значение имеют линейные вертикальные колебания кузова (покачивание), его угловые колебания в продольной плоскости автомобиля (галопирование), угловые колебания в поперечной плоскости (пошатывание), колебание осей (мостов) в вертикальной плоскости.

Частота возмущающей силы при периодическом воздействии неровностей дороги на колёса автомобиля

,

где v - скорость движения, км/ч; S - длина неровности, м.

Связь между частотой возмущающей силы, размерами неровностей проезжей части и скоростью движения Р.В. Ротенберг рекомендует устанавливать по характеристике плавности хода автомобиля.

С учетом влияния ускорения и частоты колебаний автомобиля на функциональное состояние водителей разработаны нормативные требования к продольной ровности эксплуатируемых дорог с учетом интенсивности движения, категории дороги и типа покрытия для каждого метода и измерительного прибора.

В табл. 3.5 приведены требования к ровности при проведении измерений динамометрическим прицепом ПКРС -2У и толчкомером ТХК-2.

Система оценки ровности дорожного покрытия по международному индексу ровности IRI в м/км приведена в таблице 3.6

Таблица 3.5. Требования к ровности при проведении измерений динамометрическим прицепом ПКРС-2У и толчкомером ТХК-2

Поперечная ровность определяется наличием неровностей или отклонений фактической поверхности от проектной в поперечном сечении дороги.

К неровностям и отклонениям, формирующим характеристики продольной ровности в поперечном направлении, добавляется ещё один специфический вид дефектов - колейность.

Таблица 3.6. Система оценки ровности дорожного покрытия по международному индексу ровности IRI.

Колея - это особый вид деформирования дорожной конструкции (земляного полотна, дорожной одежды с покрытием), в результате которого на поверхности проезжей части образуются углубления вдоль дороги по полосам наката без гребней выпирания или с гребнями выпирания по одной или обеим сторонам этих углублений.

Колея может охватывать как слой покрытия, так и все другие слои дорожной одежды и грунты активной зоны земляного полотна.

Колеи могут образоваться на всех видах покрытий и дорожных одежд, но интенсивность их образования и глубина колей различны.

По форме поперечного профиля проезжей части можно выделить колеи в виде углублений по полосам наката; углублений по полосам наката с одним гребнем или горбом выпирания; углублений по полосам наката с двумя и тремя гребнями выпирания; углублений по полосам наката с общим проседанием поверхности проезжей части и др. (рис. 3.10). Общая глубина колеи может колебаться в широких пределах - 2…150 мм и более.

При прочном земляном полотне и основании на асфальтобетонном покрытии колея может образоваться за счет ускоренного износа материала верхнего слоя покрытия по полосам наката и за счёт накопления пластических деформаций в слоях асфальтобетона. В реальных условиях результат этих процессов колееобразования суммируется.

Наиболее часто колея образуется на нежёстких дорожных одеждах с покрытием из асфальтобетона и других битумоминеральных смесей, однако колея истирания может формироваться и на цементобетонных покрытиях.

Рис. 3.10. Виды колеи:

1, 2 – углубления по полосам наката; 3, 4 – углубления с одним и двумя гребнями выпирания; 5 – углубления с общим проседанием поверхности проезжей части; 6 – ось дороги

Как и большинство других деформаций, колея образуется при неблагоприятном сочетании двух групп факторов:

• внешние факторы- воздействия нагрузки, климатические факторы, особенно температура воздуха и солнечная радиация, а также условия увлажнения грунта земляного полотна;

• внутренние факторы - физико-механические характеристики дорожной конструкции: сдвигоустойчивость, структурное состояние, прочность и степень уплотнения дорожной одежды и земляного полотна, тип грунта и его свойства. Самым важным из всех факторов образования колей является воздействие тяжелых многоосных автомобилей.

Рис. 3.11. Основные параметры колеи:

1, 2 – линия поверхности покрытия после образования колеи соответственно;

3 – измерительная рейка

Процесс образования колей начинается одновременно с открытием движения по дороге. Вначале он идет медленно, затрагивая только верхний слой покрытия, а затем распространяется на другие слои дорожной одежды и на земляное полотно.

Основной характеристикой колеи является её глубина . Общая глубина колеи может быть определена, исходя из схемы, приведённой на рис. 3.11.

где h_у.к - величина углубления на поверхности дорожной одежды за счёт накопления остаточной деформации в слоях дорожной одежды и в земляном полотне, мм; - средняя высота гребней выпора (h_л – высота выпора с левой и h_П - правой сторон), образующихся за счёт пластических деформаций в слое асфальтобетона и земляном полотне, мм.

Значение углубления в общем случае составляет

h_ду - глубина колеи за счёт доуплотнения дорожной одежды и грунта земляного полотна, мм; h_и - глубина колеи за счёт износа (истирания), мм; h_аб - глубина колеи за счёт пластических деформаций в слоях асфальтобетона, мм; h_o - глубина колеи за счёт структурных деформаций в слоях основания, мм; h_г - глубина колеи за счёт накопления остаточных деформаций в земляном полотне, мм.

Для измерения геометрических параметров колес применяется большое количество приспособлений, приборов и установок. Все они основаны на применении двух основных методов:

1) измерение просветов между низом рейки, лежащей на боковых краях или гребнях выпора, и дном колеи, так называемый упрощенный метод;

2) измерение отметок поверхности (глубины) колеи от горизонтальной линии на уровне краев (гребней) колеи - метод вертикальных отметок.

По первому методу измерительную рейку укладывают на поверхность гребней выпора колеи или на поверхность покрытия, если колея без гребней выпора, и от низа рейки измеряют просветы до дна колеи.

По второму методу рейку устанавливают в горизонтальное положение и от низа рейки определяют просветы (глубина колеи) относительного левого и правого края или гребня выпора колеи.

В последние годы проблема борьбы с колеями стала одной из важнейших на дорогах России.

Это объясняется тем, что в составе транспортного потока происходит увеличение доли тяжёлых многоосных автомобилей, которые ускоряют процесс образования колей и доли легковых быстроходных автомобилей, для которых колеи представляют наибольшую опасность.

Глубокая колея затрудняет маневры автомобиля при обгоне, вызывает поперечное скольжение, боковые колебания и потерю устойчивости при выезде из колеи, что приводит к снижению скорости движения и повышению аварийности.

Исследования А.Н. Нарбута и Ю.В. Кузнецова показывают, что опасным является смена полос движения автомобилей с переездом колеи в момент наезда колеса автомобиля на боковые стенки и гребни выпоров колеи. Особенно опасен момент, когда при высокой скорости движения передние колеса переезжают гребни выпора и движутся по одним стенкам колеи, а задние - наезжают на другие стенки, имеющие противоположный поперечный уклон (рис. 3.12). При этом передняя и задняя оси автомобиля движутся с углами к вектору скорости поступательного движения, направленными в разные стороны, а продольная ось автомобиля смещается на некоторый угол относительно продольной оси полосы движения дороги.

Наибольшее влияние на скорость и безопасность движения колеи оказывают в период дождей, снегопадов и метелей, когда них скапливается вода или снег. Исходя из условий движения автомобилей, в этих случаях допустимая глубина колеи строго ограничивается.

Рис. 3.12. Движение автомобиля с переездом гребней выпоров колеи передними колесами:

I, II - положение колес автомобиля перед переездом выпора колеи и после переезда выпора колеи соответственно; R – равнодействующие сил, действующих на колеса автомобиля до и после переезда через выборы колеи; R_х – направление горизонтальных сил, действующих на колесо автомобиля до и после переезда выпоров колеи; - углы наклона граней колеи.