Воздействия погодно–климатических факторов на состояние поверхности дороги и условия движения автомобилей

Условия движения в период действия неблагоприятных метеорологических явлений значительно сложнее, чем при сухом чистом покрытии и обочинах. Различия определяются рядом факторов, основными из которых являются:

• снижение сцепных качеств покрытия, изменение взаимодействия автомобиля с дорогой, ухудшение ровности покрытия под влиянием осадков, гололеда, тумана, повышенной влажности воздуха и других факторов;

• увеличение сопротивления движению из-за отложений снега, грязи, гололеда, неровностей на дороге, в результате чего снижается свободная мощность двигателя автомобиля;

• изменение очертания и внешнего вида проезжей части и обочин, параметров поперечного профиля из-за снежных отложений и образования полос наката, что приводит к изменению восприятия дороги водителем;

• уменьшение метеорологической видимости в период туманов, осадков, пурги, пыльных бурь, слепящего действия солнца, изменяющих восприятие условий движения водителем;

• ухудшение эксплуатационно-технических качеств автомобиля, прежде всего систем, обеспечивающих удобство и безопасность движения, к которым относятся тормоза, рулевое управление, обзорность, видимость, сигнальная система.

Дорожно-эксплуатационные организации должны внимательно анализировать изменения условий движения автомобилей в различных условиях погоды. Этот анализ позволяет обоснованно принимать долгосрочные и оперативные меры по обеспечению требуемого транспортно-эксплуатационного состояния дорог и безопасности движения автомобилей.

Степень влияния метеорологических явлений на режим и безопасность зависит от интенсивности метеорологического явления и скорости движения автомобиля (табл. 4.3).

Каждому периоду года соответствуют свои характерные условия погоды, оказывающие существенное влияние на формирование состояния поверхности дороги и условий движения.

К зимнему относят период, характеризующийся устойчивой средней суточной температурой воздуха ниже 0 ^оС (рис. 4.8). В некоторых случаях под зимним подразумевают период с начала образования устойчивого снежного покрова до момента его схода. На большей части территории России зимний период самый длительный, продолжительность его колеблется от 20 - 260 дней в году.

Переходные периоды - весенний и осенний с неустойчивой погодой, при которой наблюдаются осадки всех видов (твердые, жидкие и смешанные). Весенним считается период со средней суточной температурой воздуха от 0 до +15 ^оС. В целом этот период, отличающийся резкими переходами от потепления к похолоданиям, длится от 30 - 80 сут.

Осенним принято считать период, характеризующийся понижением температуры от +15 ^оС до 0 ^оС. Общее количество осадков осенью меньше, чем летом, но продолжительность их выпадения значительно больше. Длительность осеннего периода на территории страны колеблется в широких пределах (70 - 120 сут).

Летний период ограничен датами перехода средней суточной температуры через +15 ^оС. Летом увеличивается количество осадков, но сокращается продолжительность их выпадения.

В разные периоды года состояние дорог и условия движения значительно отличаются друг от друга.

Таблица 4.3. Метеорологические факторы и условия движения на автомобильных дорогах

Метеорологические факторы	Коэффициент обеспеченности расчетной скорости	Степень опасности метеорологических условий	Интенсивность метеорологических факторов различной степени опасности для расчетных скоростей, км/ч
Метель, м/с	1,0…0,75	МО	0…3	0…3	0…3	0…3	0…3
0,7…0,5	О	3…9	3…9	3…9	3…9	3…9
Менее 5	ОО	Более 9	Более 9	Более 9	Более 9	Более 9
Гололед	1,0…0,75	МО	-	-	-	-	-
0,75…0,5	О	-	0,2…0,4	0,15…0,35	0,20…0,30	0,20
Менее 5	ОО	Менее 0,3	Менее 0,2	Менее 0,15	Менее 0,15	Менее 0,15
Осадки:
дождь	1,0…0,75	МО	-	-	-	-	Менее 0,2
0,75…0,5	О	Менее 0,2	Менее 0,2	Менее 0,2	Менее 0,2	0,2…1,2
Менее 5	ОО	Более 0,2	Более 0,2	Более 0,2	Более 0,2	Более 0,2
снегопад	1,0…0,75	МО	-	-	Менее 0,1	Менее 1,5	Менее 1,5
0,75…0,5	О	Менее 0,1	Менее 0,1	0,1…1,0	0,15…1,5	1,5…2,5
Менее 5	ОО	Более 0,1	Более 0,1	Более 1,0	Более 1,5	Более 2,5
Туман, видимость, м	1,0…0,75	МО	Более 350	Менее 500	Более 250	Более 200	Более 100
0,75…0,5	О	170…350	200…500	150…250	100…200	70…100
Менее 0,5	ОО	Менее 170	Менее 200	Менее 150	Менее 100	Менее 70
Ветер, м/с	1,0…0,75	МО		Менее 10	Менее 15	Менее 20	Менее 30
0,75…0,5	О	7…12	10…20	15…20	20…30
Менее 0,5	ОО	Более 12	Более 20	Более 20	Более 30	Более 30

Окончание табл. 4.3.

Метеорологические факторы	Коэффициент обеспеченности расчетной скорости	Степень опасности метеорологических условий	Интенсивность метеорологических факторов различной степени опасности для расчетных скоростей, км/ч
Температура воздуха, оС
положительная	1,0…0,75	МО	0…30	0…30	0…30	0…30	0…30
0,75…0,5	О	30…40	30…40	30…40	30…40	30…40
Менее 0,5	ОО	Более 40	Более 40	Более 40	Более 40	Более 40
отрицательная	1,0…0,75	МО	10…30	10…30	10…30	10…30	10…30
0,75…0,5	О	0…10	0…10	0…10	0…10	0…10
Менее 0,5	ОО	Менее 40	Менее 40	Менее 40	Менее 40	Менее 40
Относительная влажность воздуха, %	1,0…0,75	МО	50…90	50…90	50…90	50…90	90…100
0,75…0,5	О	90…100	90…100	90…100	90…100	90…100

Примечания: 1. МО – малоопасные; О – опасные; ОО – очень опасные;

2. Для гололеда вместо величины К_рс даны значения коэффициента сцепления К_сц.

Рис. 4.8. Продолжительность характерных периодов года:

1 – зимний период; 2 – осенний и весенний переходные периоды; 3 – летний период

Наиболее удобные и безопасные условия движения автомобилей на дороге приняты за эталонные. Под эталонными условиями движения понимают сочетания таких параметров, транспортно-эксплуатационных характеристик дорог, их состояния, параметров расчетного автомобиля, характеристик климата и погоды, которые обеспечивают благоприятные и безопасные условия движения с расчетной скоростью при оптимальной нервно-эмоциональной напряженности водителя.

За эталонные условия для двухполосных дорог принято движение одиночного автомобиля на прямом горизонтальном участке дороги с шириной проезжей части 7,5 м, укрепленной обочиной шириной 2,5 м, видимостью встречного автомобиля

750 м, с шероховатым покрытием, коэффициент сцепления которого в мокром состоянии для шин без протектора не ниже 0,45, ровность по ПКРС -2 не больше 300 см/км, а коэффициент сопротивления качению 0,01…0,02.

Состояние погоды при этом сухое, летнее время, температура воздуха 20 ⁰С, ветер отсутствует, а метеорологическая дальность видимости больше 750 м.

Любое ухудшение условий движения по сравнению с эталонным ведет к снижению максимально возможной или максимально допустимой скорости движения.

Для большинства районов страны наиболее трудные условия движения наблюдаются в зимний и осенне-весенний периоды, а для районов с жарким и сухим климатом - в летний период. Наиболее трудные периоды года и должны быть приняты за расчетные при выборе методов и средств обеспечения удобства и безопасности движения.

В летний период наиболее часто наблюдается сухое чистое покрытие, сухие обочины и в целом благоприятные условия движения.

В переходные периоды года наиболее часто наблюдается влажное и мокрое покрытие и грязные, деформированные обочины.

При выпадении осадков в виде дождя на поверхности покрытия образуется слой воды, который начинает заметно влиять на сцепные свойства уже при толщине пленки более 0,2 мм, снижая адгезионную составляющую силы трения. Коэффициент сцепления резко снижается в начальный период дождя, когда образуется густая смазка на поверхности. После того как грязь с поверхности покрытия смыта дождем, коэффициент сцепления несколько увеличивается.

В зимний период года состояние поверхности дороги может колебаться в наибольших пределах.

Поверхность дороги зимой может быть сухой и чистой от снега, покрыта слоем сухого рыхлого снега (заснеженной), снежным накатом, мокрым снегом или коркой в виде гололеда или искусственной скользкости, образующейся путем уплотнения и оплавления снега под влиянием движущихся автомобилей.

Изменение ширины проезжей части и обочин по сезонам года. Фактически используемая для движения автомобилей ширина проезжей части и ширина обочин на одном и том же участке дороги является величиной переменной и колеблется в широких пределах в различные сезоны года в зависимости от погодно-климатических условий, конструктивных особенностей земляного полотна, проезжей части, краевых полос, обочин, а также от уровня содержания дороги (рис. 4.9).

Фактически используемую ширину чистой укрепленной поверхности определяет по формуле

где - проектная ширина проезжей части, м; - ширина краевой укрепленной полосы, м; - ширина полосы загрязнения краевой укрепленной полосы или прикромочной полосы проезжей части, м.

Летом в сухую погоду во всех климатических зонах в основном сохраняются проектные параметры поперечного профиля дорог, и движение происходит по всей ширине проезжей части. Обочины в этот период находятся в сухом плотном состоянии.

В переходные периоды года и особенно осенью изменения фактической ширины проезжей части начинаются с выпадением дождей, понижением и увеличением относительной влажности воздуха, а весной - при таянии снега. Это происходит за счет загрязнения проезжей части, которое зависит от типа грунта обочин, их ширины и типа укрепления, общей ширины проезжей части, наличия въездов и съездов без твердого покрытия. Занесенная транспортом на проезжую часть грязь под действием движения перемещается к кромкам и откладывается на прикромочной полосе проезжей части (рис. 4.10).

Рис. 4.9. Характерные поперечные профили дорог в различные периоды года:

а – летом; б – осенью и весной при неукрепленных обочинах; в – зимой на участках, не имеющих помех для снегоочистки; г – зимой на участках, имеющих помехи для снегоочистки; д, е – при неполной очистке снега; 1 – уплотненный снег; 2 – рыхлый снег; 3 – колеи наката; а_о – ширина загрязненных полос осенью и весной; а₁ – ширина обочин; а₂ – фактическая ширина обочин зимой; b₁ – ширина проезжей части; b₂ – ширина чистой проезжей части; b₃ – используемая ширина проезжей части; с – ширина полос наката из снега или льда; В₁ – ширина земляного полотна;

В₂ - ширина дороги зимой

Рис. 4.10. Характерные состояния обочин в переходные периода года:

а – при наличии краевых укрепляемых полос; б – укрепление на всю ширину; в – без укрепления; 1 – чистая поверхность; 2 – слой пыли или грязи; 3 – колеи и неровности на обочине

Рис. 4.11. Параметры и состояние обочин зимой:

а – при тщательной очистке снега; б – при образовании вала снега на участках ограждений, сигнальных столбиков; а_п – проектная ширина обочины; а_ф – фактическая ширина обочины

При отсутствии укрепленных обочин сокращение проезжей части из-за загрязнения составляет 0,6…1,2 м. На участках с укрепленными на всю ширину обочинами сокращения ширины проезжей части почти не происходит. Характерным для зимних условий является исчезновение четких очертаний границ земляного полотна и сглаживание его форм. В районах с длительным зимним периодом, частыми снегопадами и метелями при регулярной снегоочистке на прикромочных полосах обочин и проезжей части образуется ровный плотный слой снега шириной 0,2…0,6 м и толщиной 2…10 см, по которому может происходить движение автомобилей (рис. 4.11). Фактическая ширина проезжей части, используемая для движения на дорогах с хорошим зимним содержанием, как бы увеличивается. Поэтому на отдельных участках дорог зимой могут быть лучшие условия для движения, чем летом. Средняя ширина фактически используемой полосы движения составляет 8…8,5 м, т.е. больше, чем ширина проезжей части. Интересно отметить, что эту ширину водители выбирают в течение всей зимы и, по-видимому, она является наиболее предпочтительной для двухполосного движения. Ширина прикромочных полос уплотненного снега колеблется от 0,2…2,5 м с каждой стороны. При отсутствии регулярной снегоочистки фактическая (чистая) ширина проезжей части резко сокращается или исчезает полностью и движение осуществляется по слою рыхлого или уплотненного снега.

В районах, где зимы теплые, малоснежные, снег зимой часто тает и полосы наката на кромках проезжей части не образуются.

Характерной особенностью состояния дорог в зимний период является значительное колебание ширины чистой проезжей части по длине дороги и во времени.

Большие сужения происходят на снегозаносимых участках дорог, участках установки ограждений, парапетов и направляющих столбиков, которые способствуют образованию снежных отложений и мешают уборке снега. Особенно неблагоприятные условия создаются на кривых малого радиуса (до 300 м) в плане, на которых устанавливаются ограждения, затрудняющие и без того сложные условия снегоочистки, на развязках дорог в одном и разных уровнях.

Продолжительность различных состояний дорог. Продолжительность различных состояний дорог в течение года зависит от климата данного района, технического уровня дороги и уровня ее содержания.

Каждый метеорологический фактор характеризуется вероятностью появления (повторяемостью), продолжительностью действия и последействия. Продолжительность действия - это продолжительность самого метеорологического явления (дождя, снегопада и т.д.). Продолжительность последействия - это время с момента прекращения данного метеорологического явления до прекращения или ликвидации действия его последствий на состояние дорог и условия движения (например, время просыхания поверхности дороги после прекращения дождя). Продолжительность последействия может быть получена только путем наблюдений за состоянием дорог в различные периоды года.

Ряд метеорологических факторов практически не обладает последействием. Это температура и влажность воздуха, ветер и туман. Средняя продолжительность их действия составляет: положительная температура воздуха определенной величины - 4…6 ч; отрицательная - 10…12 ч; относительная влажность воздуха - 8…10 ч; ветер 8…12 ч; туман - 4…8 ч. Продолжительность того или иного состояния поверхности дороги вычисляют по формуле

где - вероятность появления климатического фактора, определяющего характерное состояние поверхности дороги (дождь, снегопад, метель, гололед);

- продолжительность действия, ч; - продолжительность последействия, ч.

В осеннее - весенний период время просыхания покрытия и обочин во много раз больше времени выпадения дождя или мокрого снега, особенно при температуре воздуха от 0 до +7 ^оС. В этот период дожди даже небольшой интенсивности имеют последействие в 3-5 раз больше, чем ливневые дожди летом.

Большой разброс продолжительности последействия метеорологических факторов наблюдается в зимний период, что объясняется разнообразием условий снегозаносимости на дорогах и уровней содержания дорог.

Средние значения продолжительности действия и последействия метеорологических факторов на состояние дорог приведены в табл. 4.4.

Продолжительность различных i-х состояний поверхности дороги в течение года можно определять по формуле

,

где - коэффициенты длительности состояний (сухого, мокрого, заснеженного, снежного наката, гололеда) в летний, осеннее - весенний и зимний периоды; - продолжительность этих периодов в данной зоне, сут.

Коэффициент комплексно учитывает влияние климатических факторов, интенсивности движения, технического уровня и качества содержания дороги (табл. 4.5).

Продолжительность периодов года определяют по многолетним данным изменения среднесуточной температуры воздуха, получаемым из климатических справочников.

Расчетные состояния поверхности дорог. Каждому периоду года соответствует характерное состояние поверхности. За расчетные могут быть приняты следующие состояния поверхности.

В зимний период:

а) слой рыхлого снега на покрытии и обочинах лежит только во время снегопадов и метелей в перерывах между проходами снегоочистительных машин;

б) проезжая часть чистая, без снега, уплотненный снег и лед имеется на прикромочных полосах, а рыхлый - на обочинах;

в) проезжая часть покрыта слоем плотного снежного наката, на обочинах - слой рыхлого снега;

г) на поверхности покрытия гололед;

д) поверхность дороги влажная, имеется рыхлый мокрый снег или слой снега и льда, растворенного хлоридами.

Схемы а), б), г), д) служат расчетными для дорог I-III категорий, схемы б), в) - для III и IV категорий. Расчетную толщину слоя рыхлого снега на покрытии принимают в зависимости от защищенности дороги от снежных заносов и оснащенности дорожной службы машинами для зимнего содержания, но не менее 10 мм.

В осенне-весенние переходные периоды:

а) вся поверхность мокрая чистая;

б) проезжая часть мокрая чистая, прикромочные полосы загрязнены;

в) проезжая часть мокрая загрязненная.

Таблица 4.4. Продолжительность действия и последействия метеорологических факторов на состояние дорог

Метеорологический фактор	Продолжи-тельность действия, ч	Продолжительность последействия1, ч, на дорогах
I и II категорий	III и IV категорий
на покрытии	на укрепленных обочинах	на неукрепленных обочинах	на покрытии2	на укрепленных обочинах	на неукрепленных обочинах
Снегопад (рыхлый снег, снежный накат)	4…12	6…10	6…10	Всю зиму		10…200	Всю зиму
Метель (рыхлый снег, снежный накат)	6…9	6…24	6…24	То же		40…250	То же
Гололед, искусственный лед	3…6	1…4	2…24	Не удаляется		24 и более	Не удаляется
Дождь, мокрый снег, мокрое состояние	2…6	2…12	2…12	3…10	3…12	4…15	6…30

¹ Продолжительность последействия принимают с учетом оснащенности дорожной службы машинами и оборудованием: минимальные значения при 100%-ной оснащенности, средние - при 60 %-ной, максимальные - при 30 %-ной оснащенности.

² В числителе условной дроби - для дорог III категории, в знаменателе - для дорог IV категории.

Таблица 4.5. Значения коэффициента длительности состояний l.

Примечания: 1. Бóльшие значения для сухого покрытия (соответственно меньшие - для мокрого) в летний и переходные периоды принимают при наличии краевых укрепленных полос или укрепленных обочин.

2. Для зимнего периода коэффициент назначают с учетом уровня оснащения службы эксплуатации машинами и оборудованием для зимнего содержания, принятого в проекте. Минимальное значение для мокрого покрытия, рыхлого снега, снежного наката и гололеда на покрытии принимают при 100 %-ной оснащенности по сравнению с нормативной, соответственно максимальные значения принимают при оснащенности, не превышающей 50 %.

Состояние а) принимают за расчетное для дорог I и II категорий с обочинами, укрепленными на всю ширину каменными материалами с применением минеральных или органических вяжущих. Состояния б) - для дорог или участков с укрепленными краевыми полосами и неукрепленными обочинами или имеющими обочины, укрепленные щебеночными и гравийными материалами без вяжущих. Состояние в) относится к дорогам без укрепленных краевых полос и обочин.

В летний период: сухие и чистые покрытие и обочины.

Каждому расчетному состоянию покрытия соответствует определенный коэффициент сопротивления качению и коэффициента сцепления, ширина чистой, фактически используемой для движения поверхности дороги, которые непосредственно влияют на скорость, удобство и безопасность движения автомобилей.