Глава 7. Деформации и разрушения дорожных покрытий

§ 20. Виды деформаций и разрушений. Дорожное покрытие должно выдерживать движение автомобилей расчетной интенсивности и воздействие природных факторов, характерных для данной местности. В поперечном профиле покрытие имеет вид двух плоскостей, сопряженных плавной кривой с определенными величинами уклонов. В продольном профиле и плане проектная линия должна представлять сочетание плавных кривых специального очертания (клотоид), по возможности без прямых участков.

Технические правила требуют, чтобы поверхность покрытия была ровной, но не гладкой, шероховатой и нескользкой, а материал покрытия – однородный по всей площади по качеству, составу и степени уплотнения. Он должен иметь заданную прочность и хорошо сопротивляться воздействию природных условий (температурные изменения, модификация воды и др.).

Покрытие как самый верхний слой дорожной одежды особенно сильно подвергается истирающим и другим воздействиям колес автомобилей и природных факторов.

Распространенные деформации дорожного покрытия описаны ниже.

И з н о с (и с т и р а н и е) - основной вид разрушения дорожного покрытия, определяет условия и сроки его службы. Износом называют уменьшение толщины покрытия за счет потери им материала в процессе эксплуатации под воздействием колес автомобилей и природных факторов.

Износ покрытия происходит под влиянием касательных сил, действующих в плоскости следа автомобильных колес и вызванных работой шин по преодолению сил трения. Касательные напряжения в плоскости следа вызывают истирание дорожного покрытия и покрышки колеса автомобиля на всем пути его следования. Такие напряжения увеличиваются от комплекса воздействий, вызывающих проскальзывание покрышки колеса в плоскости следа в условиях нормального ее качения (§ 10). Кроме того, усилению износа способствуют природные факторы, так как материал покрытия ослабляется при насыщении водой, а зимой под действием ее замерзания.

Износ покрытия происходит по всей ширине проезжей части, но больше всего на полосах наката, где чаще проходят колеса автомобилей в один след. При исследованиях условно принимают величину износа равномерно распределенной по всей площади покрытия. При этом средняя величина износа h_ср, мм, составляет

h_ср=kh_н,

где k– коэффициент неравномерности износа, в среднем составляющий величину 0,6-0,7;h_н– определенная величина износа в полосе наката, мм.

Для усовершенствованных покрытий износ измеряют в миллиметрах, а для покрытий переходного и простейшего типа также и по объему потери материала, м³/км.

Помимо износа дорожные покрытия подвержены деформациям и разрушениям, описанным ниже и показанным на рис. 25 и 26.

Ш е л у ш е н и е - обнажение поверхности покрытия, отделение поверхностных тонких пленок и чешуек материала покрытия, деформированного под воздействием воды и мороза, а также колес автомобилей. Этот процесс особенно интенсивно протекает в весенний период при частом нагревании верхних слоев покрытия солнечными лучами днем и замерзании ночью. Шелушение происходит тем интенсивнее, чем выше пористость и меньше прочность материала покрытия. Процесс шелушения развивается также от действия хлоридов, применяемых при борьбе с гололедом. Особенно вредны они для цементобетонных покрытий с большим содержанием поверхностных пор. Хлориды усиливают шелушение покрытий косвенно, снижая морозостойкость бетона. Эти воздействия способствуют выделению скрытой теплоты плавления льда на покрытии, в результате чего оно оттаивает, а потом снова замерзает. Для прекращения шелушения необходимо уменьшать пористость верхней части покрытия, обрабатывая ее летом битумом с россыпью мелкого минерального материала.

В ы к р а ш и в а н и е - последующий после шелушения процесс разрушения покрытия, при котором от покрытия отделяются более крупные зерна минерального материала. Выкрашиваются не только покрытия переходного типа, но и все усовершенствованные из-за потери связи между зернами материалов. Из пористых цементобетонных покрытий материал выкрашивается в результате усиления процессов шелушения. Из асфальтобетонных покрытий выпадают зерна щебня, плохо сцепленные с битумом (зерна кремния). Причинами выкрашивания покрытий служит также низкое качество смесей из-за перевозки их в самосвалах (остатки песка попадают в покрытие), недоукатки покрытия в холодную и дождливую погоду и т.п. Приостановить этот процесс можно путем укладки защитного слоя.

О б л а м ы в а н и е к р о м о к – разрушение покрытий в местах их сопряжения с обочинами, происходящее чаще всего в случаях переезда тяжелых грузовых автомобилей через кромки покрытий. На цементобетонных покрытиях, кроме того, кромки обламываются вдоль температурных швов при низком качестве бетона или когда нет связи между плитами. При движении автомобиля через шов плита прогибается и, если нет хорошей связи между плитами, колесо ударяет о кромку следующей плиты. При строительстве дороги кромки покрытия нужно предохранять от обламывания, для чего на обочинах устраивают укрепительные (краевые) полосы. На тех дорогах, где таких полос нет, их необходимо сделать при ремонтных работах.

В о л н ы - это деформации, образующиеся на покрытиях с излишней пластичностью. Верхний слой асфальтобетонных покрытий под действием касательных сил, особенно при торможении, сдвигается на уклонах и в местах остановок общественного транспорта. Волны, или складки, образуются преимущественно в жаркую солнечную погоду, когда покрытие нагревается до 60⁰и более. На чрезмерно пластичных грунтовых и гравийных покрытиях, обработанных органическими вяжущими, волны могут достигать таких размеров, что движение по дороге станет невозможным, из-за них автомобили переходят на обочины. Образование волн можно приостановить путем россыпи мелкого остроугольного минерального материала с последующей укаткой его тяжелыми катками на металлических вальцах. Разновидностью являются наплывы, при которых материал сдвигается в поперечном направлении. Например, в местах остановок общественного транспорта материал смещается на бордюры.

Г р е б е н к а - вид разрушения покрытий переходного типа, преимущественно гравийных, а иногда – покрытий облегченных усовершенствованного типа. Гребенка имеет вид правильных, более или менее четко выраженных поперечных выступов, чередующихся с углублениями. Для устранения этого недостатка необходимо провести кирковку покрытия с последующим направлением дорожного профиля автогрейдерами и укаткой.

С д в и г и - деформации покрытия, возникающие при действии касательных сил от колес автомобилей, особенно в местах их торможения. Сдвиги образуются главным образом при отсутствии надлежащей связи покрытия с основанием или верхнего слоя покрытия с нижним. Сдвиги сопровождаются трещинами. В местах сдвига, особенно в трещинах, покрытие начинает разрушаться.

В м я т и н ы - углубления в пластичных покрытиях в виде отпечатков рисунка покрышек автомобилей или следа гусеничных машин, образующиеся в жаркую погоду.

Т р е щ и н ы, образующиеся на цементобетонных покрытиях, служат обычно признаком недостаточной прочности и начала разрушения. Поперечные температурные трещины образуются при больших расстояниях между швами и в тех случаях, когда произошло сцепление бетонных плит с основанием и они лишились возможности перемещаться при температурных изменениях.

Продольные трещины возникают при неоднородно уплотненном земляном полотне – когда края его, уплотненные меньше середины, начинают давать осадки. Косые трещины появляются над местными пустотами – осадками земляного полотна и при недостаточно прочных покрытиях.

На покрытиях, обработанных органическими вяжущими, поперечные температурные трещины образуются при резком снижении температуры воздуха осенью и при больших перепадах температуры зимой. Они закономерно распределяются на определенных расстояниях друг от друга (6-10 м). Образуются они из-за недостаточной сопротивляемости материала покрытия температурным напряжениям.

Осевые трещины на асфальтобетонных покрытиях появляются вследствие плохого сопряжения асфальтобетонной смеси двух соседних полос, когда горячая смесь примыкает к ранее уложенной холодной полосе. Косые трещины являются развитием поперечных и продольных трещин при недостаточной прочности покрытия.

С е т к а т р е щ и н возникает на дорожном покрытии, как правило, при недостаточной прочности основания. Особенно часто сетка трещин образуется в весенний период когда переувлажненный грунт вызывает под нагрузкой большие прогибы основания. Более жесткий материал покрытия не выдерживает таких прогибов, в результате чего и появляются трещины (см. рис. 26).

На асфальтобетонных покрытиях трещины могут образовываться из-за частого приложения повышенных нагрузок, вызывающих значительные прогибы, при недостаточно прочных основаниях. Многие трещины образуются над швами основания, которые они как бы воспроизводят.

Трещины на асфальтобетонных покрытиях во многих случаях считают основным видом их разрушения и более опасным, чем износ покрытия; при сильном развитии трещин даже на недостаточно изношенных покрытиях необходимо перекрыть их новым слоем асфальтобетона. Надо учитывать, однако, что укладка тонких слоев не устраняет трещин. Уже через год после укладки тонкого слоя покрытия (4-5 см) на нем образуются трещины, дублирующие трещины нижнего слоя. В результате такого наслоения асфальтобетона на некоторых улицах Москвы толщина асфальтобетона превышает 1 м. По исследованиям профессора Н.Н. Иванова, трещины на покрытии могут не появляться, если укладывать слой асфальтобетона не менее 12-15 см. В зарубежных странах асфальтобетонные покрытия укладывают слоями большей толщины (до 0,5 м).

Опытные работы кафедры строительства и эксплуатации дорог МАДИ показали, что при толстослойных покрытиях значительно улучшается водно-тепловой режим земляного полотна и почти исключается пучинообразование.

К о л е и образуются в основном на покрытиях переходного типа на сравнительно узких проезжих частях при движении автомобилей след-в-след и при ослабленном основании. Колеи бывают резко выражены на покрытиях переходного типа, где они появляются вследствие просадки всего основания.

На усовершенствованных покрытиях (например, асфальтобетонных) колеи искажают поперечный профиль в местах наката. Такие колеи, образующиеся на асфальтобетонных покрытиях также при большем уплотнении асфальтобетона, измеряются долями миллиметра. При широком применении автомобильных шин с шипами противоскольжения (например, в ФРГ и Италии) в полосах наката под ударами шипов образуются глубокие колеи. В некоторых случаях колеи на всю толщину верхнего слоя образуются в течение одной зимы. Поэтому встревоженные дорожники-эксплуатационники этих стран добиваются запрещения применения шин с шипами.

В ы б о и н ы - разрушения покрытий в виде углублений со сравнительно крутыми краями, образующиеся в покрытиях вследствие местного разрушения материала покрытия.

Причинами образования выбоин считают некачественное выполнение строительных работ (недоуплотнение материала в данном месте и др.), применение некачественного , более слабого, чем на остальной площади, материала, загрязненного примесями, а также появление неровностей, вызывающих повышенное динамическое воздействие колес автомобилей.

Выбоины и причины их возникновения необходимо устранять немедленно после их обнаружения, иначе разрушение ослабленного участка может захватить большую площадь покрытия, затронуть основание и вызвать большие ремонтные работы.

§ 21. Определение износа покрытия. Износ является основным видом разрушения покрытия, по размеру которого оценивают состояние покрытия и даже возможный срок его службы. Поэтому необходимо ежегодно определять на характерных участках размеры износа дорожного покрытия.

При конструировании и расчете дорожного покрытия учитывают его неравномерность и рассчитывают часть толщины покрытия (для двухслойных – только часть верхнего слоя) на износ.

Во многих случаях более целесообразно укладывать на готовое покрытие слой износа из более прочных и нешлифующихся материалов, чтобы создать более устойчивую и шероховатую поверхность покрытия и защитить основное покрытие. Общеизвестно, что свежее асфальтобетонное покрытие из мелкозернистой смеси обладает повышенной скользкостью, о чем предупреждают технические указания Минавтодора РСФСР по организации и обеспечению безопасности движения на автомобильных дорогах ВСН-25-71. В связи с этим строительные правила требуют на асфальтобетонных покрытиях, не обладающих достаточной шероховатостью, немедленно после укладки смеси, до ее уплотнения, втапливать в нее щебень или после уплотнения проводить поверхностную обработку. Толщину слоя износа части покрытия Н₀ устанавливают в зависимости от типа покрытия, интенсивности и состава движения, а также качества применяемых для него материалов. Рекомендуют на основе опыта следующие размерыН₀ для различных покрытий (мм):

Асфальтобетонное………………………………………………………………………………….10-20

Цементобетонное…………………………………………………………………………………...30-40

Щебеночное или гравийное, обработанное вяжущим……………………………………...……40-50

То же, необработанное……………………………………………………………………………..50-80

Учитывая сравнительно высокие значения Н₀, при расчете дорожных одежд полученную толщинуНпокрытия необходимо увеличивать на значениеН₀, так как неучет ее приводит к снижению сроков службы покрытий.

Предполагаемый ежегодный износ покрытия h, мм/год, на дорогах СССР принято определять по формуле

h = а+бВ´,

где а– величина износа покрытия в год под воздействием природных условий;б – коэффициент, величина которого зависит от типа и прочности покрытия;В– грузонапряженность движения, млн. т брутто в год.

Анализ данных учета движения позволяет считать, что в среднем В´= nN, гдеn~0,001. Тогда износ в год составит

h = a + бnN,

где n– безразмерный коэффициент,N– интенсивность движения. При определении износа заТлет необходимо учитывать рост интенсивности движения за это время, а также возможное изменение расчетной нагрузки при новом типе грузового автомобиля.

Принято считать, что интенсивность движения растет в геометрической прогрессии со знаменателем q. Износ покрытия за времяТ в общем случае определяют по формуле

h_Т=аТ+бnβN_Т,

где h_Т– износ покрытия заТлет;β– отношение предстоящей нагрузкиp_нD_нк начальнойpD, равноеp_нD_н/ pD;N_Т=ΣN₁q^Т-1 – интенсивность движения заТлет;N₁– то же, в первый год. Для ориентировочных расчетов значенияа иб можно принять по таблице 1, составленной на основе опытных данных.

Для определения фактического износа покрытий необходимо периодически измерять его на дорогах. К сожалению, до настоящего времени не созданы приборы, позволяющие определять величину износа покрытий в любой точке при движении лабораторного прибора по дороге, и все известные способы измерения основаны на определении износа только в определенной заранее установленной точке.

Для определения величины износа покрытия h (рис. 27), если известна первоначальная толщина покрытияН, измеряют существующую (оставшуюся) толщину покрытияН_ост. При этом

h=H-H_ост.

Т а б л и ц а 1. Расчетный износ покрытий за 1 год

Тип покрытий	а, мм	б, мм
Асфальтобетонные Щебеночные и гравийные, обработанные вяжущим со слоем износа: двойная поверхностная обработка одиночная поверхностная обработка Щебеночные: из прочных горных пород из пород небольшой прочности Гравийные: из прочного гравия из гравия небольшой прочности	0,4-0,6 1,3-2,7 1,4-2,8 4,5-5,5 5,5-6,5 3-4 4-6	0,25-0,55 3,5-5,5 4,0-6,0 15-20 19-25 - 20-30

Ежегодный износ покрытий усовершенствованных типов небольшой, и для определения его необходимы приборы достаточной точности. Самый простой и наглядный способ определения износа – заделывание в покрытие пластин трапецеидальной формы из мягкого металла или известняка, истирающихся одновременно с покрытием (рис. 28). Измерив длину ребра l₁, выходящего на поверхность покрытия, и зная его первоначальную длинуl, можно определить износ покрытия заТлет:

h_T=(l₁-l)/2.

Однако на покрытиях из битумных и дегтевых материалов от движущихся автомобилей пластины затираются и найти их становится трудно. Поэтому износ определяют путем измерения толщины Н_ост различными приборами.

При строительстве покрытия на определенных поперечниках, на которых намечено проводить измерения, их отмечают на обочинах столбами, закладывают реперы в виде металлических стаканчиков или металлических колец. Реперы закладывают в покрытие на глубину, несколько большую Н₀, и отверстие до их уровня закрывают резиновыми пробками или цветной пластической мастикой.

При измерении износа покрытия пробку или мастику вынимают, очищают стаканчик или кольцо от пыли и остатков материалов и над ними устанавливают прибор – износомер. Прибор МАДИ (рис. 29) устанавливают над репером, ориентируя его по компасу (пока стрелка компаса 2не совпадет с направлением север-юг). Затем опускают в репер мерную рейку прибора и делают по мессуре отсчет. Разница между отсчетами в данный момент и полученным при предыдущем определении даст величину износа за этот период (с точностью до 0,01 мм).

А.И. Исмаилходжаев (Узминавтодор) предложил определять износ покрытия на половине проезжей части. Для этого реперы капитального типа заделывают в бетон по оси и краям проезжей части. Рейку устанавливают на реперах всегда в одном положении; на рейке нанесено несколько мессур, по которым делают отсчеты от постоянного уровня. Такой способ дает более точные результаты, так как на них не влияют местные просадки одежды в местах установки реперов.

В ФРГ для определения износа применяют электромагнитный прибор «Стратотест», работающий по принципу отражения электромагнитных волн (рис. 30). При Устройстве покрытия между слоями его в определенных местах укладывают металлическую пленку (фольгу), служащую рефлектором. При определении износа над тем местом, где расположена фольга, устанавливают прибор и включают обмотку возбуждения. Электромагнитное поле под влиянием рефлектора, в зависимости от расстояния между ним и зондом, вызывает различную величину тока, фиксируемую индикатором. По шкале индикатора сразу определяют толщину покрытия (Н_ост); точность измерения 0,2-0,4 мм.

Г.с. Бахрах (Гипродор-НИИ РСФСР) предложил закладывать в покрытие репер в виде столбика шайб одинаковой толщины (0,5-1 мм) диаметром 2-3 см. В каждой шайбе просверлено определенное число отверстий, соответствующее положению в наборе. Высота столбика шайб соответствует толщине измеряемого слоя износа. По мере износа покрытия шайба изнашивается и выпадает из покрытия. По числу отверстий на верхней оставшейся шайбе устанавливают размер износа.

В настоящее время ведут разработки приборов и способов определения Н_ост, основанных на отражении ударных и ультразвуковых волн от поверхности нижних слоев, на изменении ослабления и рассеивания радиоактивного излучения слоями дорожного покрытия, изменений электрического сопротивления слоев дорожной одежды и др.

§ 22. Измерение неровностей покрытий. С увеличением количества и размеров деформаций дорожных одежд и покрытий постепенно нарушается их первоначальная ровность и плавность продольного и поперечного профилей проезжей части дороги. Наступает время, когда от плохого состояния поверхности покрытия начинает уменьшаться скорость движения из-за динамических ударов на неровностях, боковых раскачиваний автомобилей и т.п.

Чтобы определить критический момент, когда необходимо безотлагательно проводить ремонтные работы, ежегодно проверяют состояние поверхности покрытий. При этом измеряют деформации и разрушения или определяют степень влияния их на условия движения, - как говорят, оценивают степень проезжаемости дороги.

Для измерения размеров неровностей покрытия, вызываемых деформациями и разрушениями, а также отклонений форм поперечных и продольных профилей от первоначальных или проектных применяют разнообразные приборы.

По СНиП III-Д. 5 – 78 оценивают неровности покрытия по просвету между его поверхностью и нижней плоскостью рейки (деревянной или алюминиевой) длиной 3 м. Рейку укладывают в продольном направлении и, укладывая под нее в различных местах клиновидные подкладки, определяют размер просвета (рис. 31). При приемке покрытия в эксплуатацию, просвет не должен превышать: 5 мм на асфальтобетонных и цементобетонных покрытиях; 7 мм на усовершенствованных облегченного типа; 15 мм на покрытиях переходного типа. В поперечном направлении укладывают шаблон и также определяют размер просвета. Однако этот способ измерений несовершенен, весьма трудоемок и дает приближенное значение ровности.

Изменение поперечного профиля можно определить точнее с помощью профилографоф. На рис. 32 показан образец одного из таких типов приборов. Поперек проезжей части устанавливают на опорах доску 1на ребро. По этой доске вручную прокатывают тележку профилографа, соприкасающуюся роликами с доской в вертикальной2и в горизонтальной3плоскостях. Колесо4прикреплено к рейке5, двигающейся вертикально вверх и вниз между роликами6. При движении колеса4поперек покрытия его колебательные движения, вызванные неровностями, воспроизводит рейка5. На верхнем конце рейки прикреплен самописец7, который вычерчивает поперечный профиль в масштабе 1:10 натуральной величины на миллиметровой бумаге, намотанной на барабан8. Во время движения тележки барабан вращается.

На рис. 32 внизу показаны примеры получаемых с помощью профилографа поперечных профилей.

Для характеристики износа продольных профилей дорог применяют приборы, отмечающие неровности покрытия – профилометры, виаграфы, волнографы и т.п. Простейший профилометр – прибор в виде рейки, укрепленной по концам на двух колесах. В середине рейки установлено третье колесо, регистрирующее изменения поверхности и с помощью передающего рычага вычерчивающее продольный профиль. Такой прибор, сконструированный СоюздорНИИ ПКР-1, применяют для быстрой и приближенной оценки неровностей продольного профиля.

Созданы приборы, устанавливаемые на базе велосипеда, а также моторизованные самоходные для съемки поперечных и продольных профилей. Получаемые профили лишь условно изображают действительный профиль дороги, показывая только амплитуды отклонений его от среднего базиса. Этот недостаток прибора объясняется отклонением траектории точки отсчета от линии отсчета, вызываемым обкатыванием неровностей профиля колесами приборов. База приборов непрерывно меняет свое положение относительно поверхности проезжей части, в связи с чем прибор отмечает одну и ту же неровность как одно возвышение на покрытии и два понижения.

Для получения продольных профилей с более точным измерением неровностей применяют виаграфы многоколесные (рис. 33) и профилографы с балансирной подвеской. Такие приборы соприкасаются с поверхностью покрытия во многих точках, из-за чего положение главной жесткой рамы в пространстве мало изменяется при проезде опорных колес по неровному покрытию и служит базой для измерения неровностей. Такие приборы позволяют снимать несколько параллельных продольных профилей на расстоянии 20-25 см один от другого. Благодаря этому можно получать более точную характеристику продольного профиля проезжей части в различных местах по ширине.

Продольные профили снимают с учетом точности вертикальных неровностей до 0,1 и даже 0,01 мм. Неблагополучными по ровности являются те участки дорог, на которых «пики» выходят за пределы, установленные для данной дороги или типа покрытия (рис. 34).

Недостаток описанных приборов заключается в медлительности их работы, особенно при передвижении вручную, из-за чего задерживается автомобильное движение по дороге.

Более современный прибор ПКРС-2У, сконструированный в СоюздорНИИ, снимает профиль для оценки неровностей с помощью осциллографов, отмечающих колебания при движении колеса прицепной тележки (рис. 35). В МАДИ был предложен прибор, действующий по принципу безконтактного измерения неровностей ультразвуковым эхолотом. Однако безконтактный способ измерения расстояния от прибора до поверхности проезжей части несколько искажает результаты, поскольку изменения электропроводных свойств покрытия (например, мокрые, загрязненные участки) приборы могут фиксировать тоже как неровности. При размещении приборов в кузове автомобиля также искажаются результаты измерений из-за колебаний кузова автомобиля при его движении.

Большая часть приборов для оценки ровности и шероховатости покрытия действует путем обкатывания поверхности покрытия специальным колесом: груз прижимает колесо к поверхности покрытия и осциллографы регистрируют его вертикальное перемещение. При этом некоторые дополнительные приборы усиливают сигнал и уменьшают возможные искажения, вызываемые колебаниями автомобиля, тележки, деформацией шин и др.

Профессор А.А. Хачатуров (МАДИ) разработал способ записи микропрофиля дороги. При этом изображение формы дорожного профиля производит система записи, состоящая из динамического преобразователя профиля, электронного блока записи и магнитофона.

Во Франции для оценки ровности покрытий и обнаружения мест, подлежащих ремонту, используют киносъемку дороги. На автомобиле устанавливают антивибрационную кинокамеру с протягиванием пленки синхронно движению. При проезде в темное время низко расположенные фары автомобиля освещают дорожное покрытие. Неровности на покрытии (рис. 36) образуют тени, фиксируемые на пленке. Покадровая расшифровка позволяет составить ведомость дефектов, включающую неровность и даже трещины. Общий характер съемки, чередование и высота теневых выступов позволяют достаточно точно оценивать ровность покрытия. Но описанные приборы применяют пока при опытных и научно-исследовательских работах.

§ 23. Оценка шероховатости покрытий. Важной характеристикой дорожных покрытий является степень их шероховатости, оцениваемая в основном по величине сцепления покрышки колеса автомобиля с покрытием данного участка дороги. Коэффициент сцепления шин с покрытием, находящимся в сухом и мокром состояниях, определяют при движении автомобиля с разными скоростями.

Оценивать шероховатость покрытия можно величиной коэффициента сцепления φ при продольном скольжении (§ 7). Наиболее правильную оценку условий проезжаемости и степени шероховатости (или скользкости) можно получить при использовании автомобиля как передвижной лаборатории, а еще лучше – приборов на прицепных тележках к автомобилю, дающих объективные показатели.

В нашей стране и за рубежом разработано много различных приборов для определения коэффициентов сцепления и степени шероховатости покрытия.

Самый простой способ определения коэффициента сцепления, не требующий специальных приборов, - это измерение тормозного пути. В этом случае коэффициент сцепления определяют по формуле

φ=

где υ – скорость, при которой определяютφ;S_T – длина пути торможения;ί– продольный уклон.

Длина торможения соответствует расстоянию, проходимому автомобилем с момента включения при данной скорости υтормозов до полной остановки автомобиля.

Необходимым условием для определения пути торможения является экстренная остановка автомобиля при блокировке всех колес, после чего автомобиль перемещается до полной остановки при продольном скольжении. Для фиксации начала тормозного пути применяют так называемые стреляющие устройства, которые оставляют на покрытии белое пятно, обозначающее начало тормозного пути. Скорость движения, при которой хотят определить коэффициент сцепления, контролируют по спидометру автомобиля. Этот способ, вредно отражающийся на механизмах автомобиля, применяют при дорожно-транспортных происшествиях.

При скорости движения 60 км/ч по влажному покрытию автомобиль с гладким протектором имеет тормозной путь не менее 15 м, а при худших условиях – более 30 м.

Определять тормозной путь на высоких скоростях опасно, так как автомобиль при торможении может опрокинуться.

Коэффициент сцепления, определяемый по формуле (24), изменяется непрямолинейно, в зависимости от скорости. Поэтому более точно определяют коэффициент сцепления по величине наибольшего замедления движения

φ=а/g,

где а– отрицательное ускорение, м/с²;g– ускорение свободного падения, 9,8 м/с²~10 м/с².

С некоторым приближением можно считать, что φ=0,1 а.

Для измерения ускорений при торможении используют деселерометры, измеряющие силу инерции при помощи инертной массы. Метод торможения вызывает повышенный износ шин и его нельзя применять при скорости более 50 км/ч. Поэтому более целесообразно использовать динамометрические прицепные тележки. Применение их позволяет избежать воздействий торможения на автомобиль, их воспринимает тележка.

Динамометрическая лаборатория МАДИ (рис. 37), состоящая из двухколесного динамометрического прицепа и автомобиля ЗИЛ-130, предназначена для определения коэффициентов продольного и поперечного сцепления их при различных режимах движения. Установленный в прицепе осциллограф регистрирует продольные усилия, возникающие в площади следа на правом и левом колесах прицепа, а также поперечные усилия на каждом колесе при качении их под углом к направлению движения, интенсивность увлажнения покрытия, угол отклонения плоскости колес прицепа и скорость их вращения, приведенную в линейную скорость движения.

Кроме неровностей, которые влияют на условия движения, не менее важен характер поверхности покрытия (даже совсем недеформированного), влияющий на степень сцепления с ним колес автомобилей.

Покрытия должны быть ровными и иметь правильный геометрический профиль; они должны быть гладкими, но не настолько, чтобы эта гладкость переходила в скользкость. Скользкое покрытие, имея малый коэффициент сцепления. Небезопасно для движения. В настоящее время устройство шероховатых покрытий – одна из важных задач дорожников, так как число дорожно-транспортных происшествий, причинами которых была недостаточная шероховатость покрытий, составляет 30-40 % от общего числа происшествий результате неблагоприятных дорожных условий.

Новые покрытия вначале имеют достаточную шероховатость, но шероховатость их снижается и они могут быть опасными для движения даже в летний период. Считают, что этот предел наступает тогда, когда шероховатость покрытия снижается и коэффициент сцепления φ становится меньше 0,4. Поэтому при эксплуатации дороги необходимо периодически проводить оценку шероховатости – если не по всей дороге, то, по крайней мере, на наиболее опасных участках.

Поскольку степень шероховатости покрытия сильно влияет на безопасность движения, необходимо периодически восстанавливать ее на отдельных участках. Работники службы ремонта и содержания дорог в ходе приемки дорожных покрытий (новых или отремонтированных) должны проверять степень шероховатости и считать пригодными для эксплуатации только такие поверхности, которые обладают шероховатостью, характеризуемой коэффициентом сцепления не менее 0,5-0,6.

При обработке результатов измерений шероховатости на каждой осциллограмме выделяют величину тормозного усилия, соответствующего полному торможению колеса тележки. Для вычисления коэффициента сцепления принимают среднюю величину амплитуды осциллограммы между пиками начала и конца торможения.

Н. Кульмурадов сконструировал компактный подвесной прибор к поливомоечной машине, который можно применять как на сухом покрытии, так и политом водой из ПМ.

Разработанная СоюздорНИИ лаборатория (рис. 35) ПКРС-2У с прицепом позволяет оценивать коэффициент сцепления по величине реактивного тормозного момента на опорном диске тормоза колеса. Установка снабжена устройством нормированного увлажнения покрытия под колесом прицепа.

Для местной оценки шероховатости применяют различные портативные приборы. Прототипом их можно считать предложенный французским инженером Леру маятниковый прибор. Такой прибор устанавливают над местом, шероховатость которого хотят оценить, или над образцом, изготовленным в лаборатории. Действие прибора основано на том, что секторный маятник при опускании задерживается на покрытии трением о его поверхность. По углу, при котором остановился секторный маятник, можно определить коэффициент сцепления.

Прибор Г.П. Либерта (Латвийская ССР) представляет собой колес от мотороллера с укрепленной внутри пружиной, которая после завода вызывает качение колеса. По величине пути, проходимого колесом, можно судить о шероховатости покрытия. Разработан прибор игольчатого типа ПКШ-4, позволяющий измерять микронеровности на месте работ.

Портативный прибор ППК (рис. 38) Ю.В. Кузнецова (кафедра изысканий и проектирования дорог МАДИ) служит для оценки скользкости покрытий. При работе с прибором резиновые имитаторы 1находятся на 10-12 мм выше покрытия. При падении груза3 он ударяет о муфту4, последняя с помощью толкающих тяг5, преодолевая пружины2, заставляет имитаторы1 скользить по покрытию. Конечное перемещение имитаторов, характеризующее скользкость покрытия, определяют по измерительной шкале на опорной штанге6.

Наиболее простым, имеющим широкое признание является способ определения шероховатости с помощью песчаного пятна. Песок в объеме 0,25 м³рассыпают по участку покрытия, шероховатость которого определяют. Песок разглаживают в уровне с выступами шероховатости с помощью линейки. Площадь, на которой выровнен песок, измеряемая в см², характеризует шероховатость покрытия.

Практика последних лет показала, что существенно повысить коэффициент сцепления и длительность его сохранять невозможно лишь путем устройства шероховатого покрытия. Наука направляет свои усилия на совершенствование тормозных устройств автомобиля, применение шин с большей насыщенностью рисунка, с протекторами из высоко гистерезисной резины и т.п. Опыт создания шин с шипами противоскольжения показывает перспективность этого направления. Однако необходимо совершенствовать шины, чтоб они не оказывали разрушительного воздействия на покрытия.

§ 24. Оценка условий проезжаемости. Состояние дорожных покрытий оценивают по условиям проезжаемости, т.е. по величине и характеру влияния их на автомобили, водителей и пассажиров, что требуется для установления недостатков покрытий и принятия мер по их устранению.

В последние годы с помощью специальных приборов стремятся получить сразу комплексную оценку проезжаемости дороги. Условия проезжаемости при движении автомобиля можно оценить по величине амплитуд колебаний его кузова и колес. Для этого применяют приборы, устанавливаемые в кузове автомобиля.

Ускорение кузова автомобиля, соответствующее определенной частоте повторяемости на 1 км дороги, может характеризовать влияние дорожного покрытия на показатель проезжаемости. Ряд исследователей предложил для таких работ приборы, назвав их акселерометрами. По отсчетам приборов можно построить кривую динамической характеристики проезжей части в зависимости от скорости движения и свойств испытательного автомобиля.

Наиболее простым прибором для оценки ровности и проезжаемости является толчкомер. Действие его основано на измерении суммы сжатия рессоры автомобиля при движении на участке длиной в 1 км. При соблюдении определенных условий испытания (скорость 50 км/ч, нормальное состояние автомобиля и т.п.) можно получать устойчивые объективные цифровые показатели проезжаем ости.

В схеме толчкомера ХАДИ (рис. 39) на дифференциале автомобиля 1 укрепляют2 с вертикальной рейкой4 с помощью шаровых шарниров3. Рейка4имеет зубчатое зацепление с зубчатым колесом5. При колебаниях кузова автомобиля рейка движется вверх и вниз с амплитудой, равной вертикальной проекции сжатия рессоры. При движении рейка вращает зубчатое колесо5, которое передает величину поднятия рейки на счетчик8. Толчкомер регистрирует фактическую сумму измерения расстояния между дифференциалом и кузовом при колебаниях кузова и заднего моста. Благодаря храповой муфте6счетчик8 вращается только в одну сторону при движении рейки4вверх, регистрируя сумму сжатия рессоры.

При опускании рейки вниз отклоняется от зубчатого колеса, а при движении вверх снова сцепляется с ним под воздействием пружин 7. Отсчеты толчкомера (числа) отбивают на бумажной ленте поворотом рукоятки в момент проезда километрового столба. Отсчеты по счетчику (в сантиметрах) относят к 1 км дороги. На каждом километре получают два отсчета при движении туда по одной и при движении обратно по другой полосе проезжей части.

Километровый график (рис. 40) показателей толчкомера, называемый толчкограммой, характеризует проезжаемость всей дороги. В ХАДИ сконструирована ходовая дорожная лаборатория на базе автомобиля ГАЗ-51, в которой показания толчкомера регистрирует электромагнитный счетчик на ленте осцилографа.

Толчкомер ТХК-2 Казахского филиала СоюздорНИИ (рис. 41) несколько отличается от конструкции толчкомера ХАДИ. В нем жесткая тяга и рейка заменены на гибкий трос. Принципиальная же схема использования та же. В салоне лаборатории установлен толчкомер. Тормозная сила при заблокированном колесе и сила сопротивления качению от электрического датчика – динамометра – отражаются на осциллограмме или ленте самописца. Показания дифференциального датчика толчков регистрируют электромагнитные импульсные счетчики. Показатель по толчкомеру ТХК-2 Sи дифференциальному датчику толчковS₀имеет корреляционную зависимостьS₀=4,63-0,0084S, гдеS₀– средневзвешенная амплитуда толчков.

По исследованиям, проведенным в США, при установке рофметра (тип толчкомера) на его показания влияют собственные колебания автомобиля. Поэтому там применяют приборы, монтируемые на прицепы, буксируемые автомобилем. На прицепах имеются потенциометрические датчики профиля и неровностей, обеспечивающие непрерывную запись профиля неровностей и суммарной величины неровностей на ленте осциллографа.

При пользовании толчкомером ученые ХАДИ установили показатели ровности для оценки качества различных покрытий, выражаемые условной цифрой (см/км).

С помощью толчкомеров установлены нормативные показатели для различных типов покрытий. Например, за отличное состояние усовершенствованного покрытия считают показатель толчкомера S<50, для переходного типа покрытийS<200. При показателях, превышающихS>300 для усовершенствованных иS>800 для переходных, покрытия требуют ремонта.

Профессор А.К. Бируля на основании показаний толчкомеров считал возможным устанавливать величину допускаемой скорости движения из выражения υ_доп=850/S и величину коэффициента сопротивления движению

f=0,1=1,2·10^-8Sυ².

При оценке проезжаем ости (ровности) покрытия толчкомерами ХАДИ и ТХК-2 невозможно выделить отдельные деформации и разрушения, вследствие чего и получают усредненную оценку на 1 км.

На кафедре строительства и эксплуатации дорог МАДИ инженер Н.Н. Миронов разработал электротолчкомер. Этот прибор (рис. 42) регистрирует все перемещения кузова автомобиля относительно заднего моста по диаграмме самописца. При этом можно выделить отдельные разрушения и их влияние на плавность хода автомобиля, а также степень и характер разрушения покрытия.