Диагностика автомобильных дорог

При падении на амортизатор тележки груз передает динамическое усилие дорожной одежде через траверсу и пневматические сдвоенные колеса, которые одновременно играют роль основного амортизатора и гибкого штампа. Для определения эквивалентного диаметра площади отпечатка штампа под колеса укладывают лист миллиметровой бумаги. После сбрасывания груза по отпечатку колес определяют эквивалентный диаметр по формуле

D 1,13S ,

где S – площадь отпечатка штампа, м2.

Операцию по определению площади отпечатка гибкого штампа повторяют пять раз и рассчитывают среднее значение эквивалентного диаметра.

Величину динамической нагрузки (в ньютонах), развиваемой установкой динамического нагружения, определяют ежегодно при мет-рологической аттестации по формуле

2H

Qд К М g a ,

где К – коэффициент потерь энергии, возникающих вследствие неполной упругости тел, входящих в соударение (принимается равным 0,9);

М – масса сбрасываемого груза, кг;

g – ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с2; Н – высота сбрасывания груза, м; а – жесткость амортизаторов, м.

Жесткость амортизаторов равна величине их сжатия под статическим действием веса груза. Определять ее рекомендуется не реже одного раза за сезон измерений.

Установку ставят штампом на ровную площадку и измеряют расстояние от верха площадки до верха амортизатора, воспринимающего удар сбрасываемого груза. На амортизатор опускают груз. Измеряют расстояние от верха площадки до верха амортизатора. Разница высот, определенная с точностью до 0,5 мм, и есть жесткость амортизаторов. Величина динамического усилия должна составлять 50 ± 5 кН. Она также может быть определена с помощью тензометрического датчика, устанавливаемого в штампе.

95

Величину удельного давления штампа на покрытие под действием динамической нагрузки рассчитывают по формуле

PQд 10 6 ,

S

где Qд – динамическое усилие установки, Н; S – площадь отпечатка штампа, м2.

Величина удельного давления должна составлять 0,6 ± 0,05 МПа.

Проведение испытаний и обработка результатов. При обследо-

вании сети дорог общего пользования установками динамического нагружения количество измерений на характерном участке должно быть не менее 13; для обеспечения надежной оценки прочности на каждой точке выполняют по три измерения. В расчет принимается среднее арифметическое из трех измерений. Расхождение между результатами измерений по одной точке не должно превышать 10 %. При измерении прогибов фиксируют температуру на глубине 3–4 см от поверхности покрытия, для чего в покрытии делают отверстие диаметром 5–10 мм, заполненное смесью глицерина с водой в соотношении 1:1.

При измерении упругих прогибов установкой с жестким штампом для стабилизации его положения на каждой точке выполняют первое измерение.

Результаты измерений группируют по каждому километру или характерному участку. За характерный участок принимается однотипный участок дороги, в пределах которого не наблюдается существенных изменений конструкции дорожной одежды и земляного полотна, интенсивности, состава движения, состояния покрытия по видам дефектов и изменения значений упругих прогибов в пределах коэффициента вариации 0,15. Длина характерного участка принимается равной 0,5–3,0 км. Рекомендуется оценивать каждый километр.

Среднеквадратическое отклонение прогибов на характерном участке рассчитывают по формуле

96

где l – среднеарифметическое значение прогиба на характерном участке, мм;

li – среднее из трех значений прогиба на i-й точке, мм;

n – количество измерений прогибов на характерном участке. Прогиб, характеризующий участок дороги с заданной надежно-

стью, определяют по формуле

lд l t ,

где t – коэффициент нормированного отклонения, зависящий от требуемого уровня надежности дорожной одежды (принимается по табл. 4.10);

– среднеквадратическое отклонение, мм.

Таблица 4.10

Коэффициент нормированного отклонения

97

Основными недостатками установки являются низкая надежность механической части оборудования, невозможность измерить чашу прогиба и невысокая производительность.

Установка ДИНА-3М. Саратовским филиалом ГипродорНИИ разработана и изготовлена автоматизированная установка динамического нагружения ДИНА-3М с жестким штампом (рис. 4.16, табл. 4.11).

Рис. 4.16. Установка ДИНА-3М

Таблица 4.11

Основные характеристики установки ДИНА-3М

98

Принцип работы. Установка представляет собой серийный прицеп ГАЗ-704, на шасси которого смонтирована динамическая установка. В процессе измерения создается кратковременное (0,2–0,4 с) динамическое нагружение, близкое к нагрузке от движущегося автомобиля. Светофотодиод, закрепленный на пружине, регистрирует прогиб и передает его значение на микропроцессор. По результатам измеренного прогиба определяется модуль упругости дорожной одежды.

В комплект установки входит пульт дистанционного управления процессом нагружения, устройство подхвата груза после отскока, датчик измерения прогиба и электронное устройство с цифровой индексацией для обработки данных.

5. ШЕРОХОВАТОСТЬ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ

5.1. Общая характеристика шероховатости

Шероховатость – это наличие на поверхности дорожного покрытия неровностей, образуемых чередующимися выступами и впадинами, а также собственной шероховатостью каменных материалов или искусственно созданными бороздками на поверхности дорожного покрытия. В зависимости от диапазона длины волн и амплитуды между пиками различают микрошероховатость, макрошероховатость и мегашероховатость. Соответственно бывает и различная текстура дорожного покрытия.

Микрошероховатость – это собственная шероховатость частиц каменного материала, характеризующаяся длиной волн менее 2–3 мм и высотой выступов 0,2–0,3 мм. Неровности такого характера зрительно не воспринимаются, но ощущаются на ощупь.

Макрошероховатость – это неровности поверхности покрытия длиной волны от 2 до 100 мм и высотой от 0,2 до 10 мм. Эти неровности создаются выступающими частицами каменного материала покрытия или в результате обработки его поверхности (нарезка борозд).

Мегашероховатость – это характеристика шероховатости покрытия, имеющего длину волн того же порядка, что и размер контакта шины с дорогой. Она определяется как отклонение покрытия дорожной одежды от истинной плоской поверхности. Для мегаструктуры характерной является амплитуда высоты неровности 0,1–50 мм при длине волн 50–500 мм.

99

В соответствии с ВСН 38–90 шероховатость поверхности покрытия разделена на семь групп (табл. 5.1).

Таблица 5.1

Классификация дорожных покрытий в зависимости от значений параметров шероховатости

5.2. Терминология по теме шероховатости дорожного покрытия

При анализе шероховатости дорожного покрытия и разработке мер по ее обеспечению в требуемых пределах необходимо пользоваться следующими терминами и определениями.

Реальная поверхность покрытия – поверхность, которая отделя-

ет покрытие автомобильных дорог от окружающей среды.

Шероховатость поверхности покрытия – совокупность неров-

ностей реальной поверхности покрытия, расстояние между вершинами которых не превышает 40 мм.

Базовая линия поверхности покрытия – линия пересечения ре-

альной поверхности покрытия с вертикальной поверхностью.

Выступ шероховатости поверхности покрытия – участок про-

филя, который находится между двумя локальными соседними минимумами профиля (рис. 5.1).

Рис. 5.1. Выступ шероховатости поверхности покрытия

100

Впадина шероховатости поверхности покрытия – участок про-

филя, который находится между двумя локальными соседними максимумами профиля (рис. 5.2).

Рис. 5.2. Впадина шероховатости поверхности покрытия

Линия выступов профиля поверхности покрытия – прямая, ко-

торая проходит через две самые высокие вершины выступов профиля (рис. 5.3).

Рис. 5.3. Линия выступов профиля поверхности покрытия

Линия впадин профиля поверхности покрытия – прямая, которая проходит через самую низкую точку профиля параллельно линии выступов (рис. 5.4).

Рис. 5.4. Линия впадин профиля поверхности покрытия

Наибольшая высота неровностей профиля поверхности покры-

тия hmax – параметр шероховатости, который определяется как расстояние между линией выступов и линией впадин профиля в границах базовой длины lb (рис. 5.5).

Рис. 5.5. Наибольшая высота неровностей профиля поверхности покрытия

Глубина i-й точки профиля поверхности покрытия hi – расстоя-

ние от линии выступов до i-й точки профиля (рис. 5.6).

101

Секущая прямая – прямая, которая пересекает профиль поверхности покрытия параллельно линии выступов (рис. 5.8).

Рис. 5.8. Секущая прямая

Уровень пересечения профиля p – расстояние между линией выступов профиля поверхности покрытия и секущей прямой (см. рис. 5.8).

Опорная длина профиля р – сумма длин bi отрезков, в границах которых секущая прямая проходит через материал профиля (см. рис. 5.8):

k

рbi .

i1

Относительная опорная длина профиля tр – отношение опорной длины профиля к базовой длине lb.

Относительная опорная кривая профиля – графическое изобра-

жение зависимости относительной опорной длины профиля tp от уровня пересечения профиля p (рис. 5.9).

Рис. 5.9. Относительная опорная кривая профиля

Коэффициент сцепления ψ – отношение средней за время торможения касательной реакции покрытия Tср (рис. 5.10) к его нормальной реакции N:

103

шТср ,

N

где

t2

T (t)dt

Тср t1t2 t1 .

На рис. 5.10 показана зависимость касательной реакции покрытия T = T(t) от времени t при торможении колеса.

Рис. 5.10. Зависимость касательной реакции покрытия от времени

5.3. Методы измерения шероховатости покрытия

Измерение шероховатости покрытия обычно производится в полевых условиях на действующих автомобильных дорогах. Для этого выбираются характерные участки, которые по своему состоянию можно считать репрезентативными для оценки всей диагностированной дороги. Методы измерения весьма разнообразны. Непосредственно шероховатость измеряют методом «песчаного пятна» или методом вытекания воды из-под цилиндрической трубы, установленной вертикально на поверхность покрытия. Этими методами определяется средняя глубина шероховатости.

Косвенные методы определения шероховатости базируются на измерении коэффициента сцепления (трения). Информация об этих методах приведена в разделе 6.

104