3.2. Ровность покрытия

Ровность является одним из основных показате­лей, характеризующих удобство движения по до­роге и оказывающих решающее влияние на ско­рость автомобилей и транспортную работу дороги в целом.

Плохое состояние покрытия дороги значитель­но ухудшает условия движения: появляются вред­ные для водителя и автомобиля вибрации, суще­ственно усложняются условия работы водителя, так как он длительное время вынужден следить за состоянием проезжей части, часто изменять траекторию движения, тормозить и разгоняться. Все это отвлекает его вни­мание от других важных с точки зрения безопасно­сти движения элементов дороги и автомобиля. По­этому ухудшение ровно­сти приводит к повыше­нию аварийности.

Существуют три груп­пы приборов для измере­ния ровности дорожных покрытий: упрощенные приборы для оценки ров­ности поверхности покры­тий (рейки различных конструкций); приборы, позволяющие измерять продольный профиль до­рожных покрытий (профилографы); приборы, основанные на оценке динамического воздействия покрытия на автомобиль (толчкомер, акселерометр).

Ровность измеряют при строительстве с помощыо рейки длиной 3 м. Максимальный просвет под такой рейкой допускается не более 5 мм.

Наиболее распространенный прибор для измерения ровности - толчкомер, впервые предложенный в 30-х годах проф. А.К. Бируля. Последняя конструкция этого прибора состоит (рис. 3.3) из установленной в кузове автомобиля храповой муфты 4, соединенной с задним мостом 8 гибким тросом 6 , который намотан на барабан 5, жестко соединенный с храповой муфтой. Конец троса через пружину 7 прикреплен к станине прибора на полу автомобиля. При сжатии рессор и при колебаниях кузова автомобиля натянутый трос проворачивает барабан и храповую муфту. Поворот хра­повой муфты передается счетному механизму 9. При обратном движении во время разжатия рес­соры храповая муфта выходит из зацепления со счетным механизмом и показания его не меняются. Показания счетного механизма печатаются на бу­мажной ленте, которая прижимается к цифрам электромагнитным механизмом, включаемым в нужный момент (например, при проезде километ­рового знака) нажатием на кнопку 1 и включени­ем электродвигателей 2 и 3.

Е. И. Поповым установлена устойчивая корре­ляционная зависимость между средним размером просвета под трехметровой рейкой Н (мм) и показанием толчкомера S (см/км):

S = 20 + 7,1 h^1,7 (3.5)

Прибор для измерения ровности более совер­шенной конструкции разработан в МАДИ под ру­ководством проф. А. А. Хачатурова (рис. 3.4). Этот прицепной прибор, выполненный в виде рамы, «медленного маятника» и колеса, записывает мик­ропрофиль покрытия на магнитную ленту. Резуль­таты измерений обрабатывают во время измерений аналоговым спектрометром-анализатором.

Для оценки ровности покрытия применяют также акселерометр ХАДИ, позволяющий фикси­ровать вертикальные ускорения. Акселерометр ус­танавливают на полу кузова автомобиля. Исследование вертикальных ускорений показали, что при колебаниях кузова автомобиля беспокоящими яв­ляются систематические ускорения 2 - 2,5 м/с² и единичные 3 - 4 м/с². Неприятным колебаниям со­ответствуют систематические ускорения 3 - 4 м/с² и единичные 5 - 7 м/с².

Союздорнии предложен многоколесный профилометр, позволяющий записывать продольный профиль поверхности дорожного покрытия. Однако этот прибор очень громоздок и имеет низкую производите л ьность.

В Союздорнии разработан также быстроход­ный ровномер (ПКРС) в виде прицепной тележки с одним колесом.

Ровность оказывает большое влияние на ско­рость движения. По данным Ю. В. Слободчикова, но мере ухудшения ровности происходит сниже­ние скорости автомобилей всех типов (рис. 3.5, а). Эту зависимость с достаточной точностью можно описать уравнениями:

для легковых автомобилей при 5< S <8000

V = 70,0 - 0,016 S ; (3.6)

для грузовых автомобилей при 5< S <8000

V = 55,0 - 0,023 S , (3.7)

где S - показания толчкомера, см/км.

Влияние ровности на аварийность еще недоста­точно изучено. Общий анализ данных о происшествиях показывает, что с ухудшением ровности число дорожно-транспортных происшествий возра­стает (рис. 3.5, б).

Однако число дорожно-транспортных происшествий растет до некоторого предела, затем происходит резкое снижение числа происшествий в связи с уменьшением скорости движения автомобилей из-за плохой ровности.

А. Я. Эрастовым и В. И. Бородиным предло­жена следующая зависимость для оценки числа происшествий на 1 млн. авт-км:

А = 0,0915 S^0,5 при 80 < S < 300 см /км, (3.8)

где S - показание толчкомера, см/км при скорости 50 км/ч.

Основными причинами происшествий на участ­ках дорог с неудовлетворительной ровностью явля­ются взаимное столкновение автомобилей, движу­щихся на малой дистанции, при резком торможе­нии переднего автомобиля перед неровностью (или выбоиной), а также столкновения автомобилей при внезапных заездах на полосу встречного движения при объезде неровностей.

Возможны также происшествия в ночное вре­мя вследствие ослепления водителей отраженным светом фар от поверхности воды, заполняющей неровности.

Практика показывает, что при очень высокой ровности покрытия водители склонны к превыше­нию безопасных скоростей движения. Поэтому в настоящее время наряду с решением проблемы обеспечения высокой ровности покрытия ставится задача разработки мероприятий по предупрежде­нию водителей о превышении безопасной скоро­сти движения.

Одним из таких мероприятий является устрой­ство шумовых и трясущих полос.

Кафедрой проектирования дорог МАДИ в 1970 г. впервые в СССР (А. Садырходжаевым) были проведены опыты снижения скоростей дви­жения на опасных участках дорог путем устрой­ства поперечных полос поверхностной обработки c крупностью щебня 5 - 15 и 15 - 25 мм. При обес­печенной видимости средняя скорость автомобилей па кривой радиусом 75 м после устройства полос снизилась на 10 км/ч. Расстояние между полоса­ми принималось неодинаковым - для первых трех 15 - 18 м, а затем постепенно уменьшалось до 10 - 3 м.

В Англии для резкого снижения скоростей дви­жения на территории парков, подъездах к админи­стративным, больничным и другим зданиям устраивают специальные возвышающиеся на 5 - 10 см поперечные полосы шириной 0,5 - 1,0 м из асфаль­тобетона.

Необходимо сочетать создание хорошей ровно­сти покрытия с обустройством дороги, обеспечивающим оптимальную эмоциональную напряжен­ность водителя.

Конечным результатом ухудшения ровности по­крытий является рост себестоимости автомобиль­ных перевозок. Для дорожных условий Казахской ССР, по данным Ю. В. Слободчикова, себестои­мость автомобильных перевозок следующим обра­зом меняется в зависимости от ухудшения ровно­сти покрытий:

Показания толчкомера, см/км ......................... 20 100 250 500 1000 Относительная себестоимость перевозок, %.. 100 110 127 156 227

Ухудшение ровности покрытий, характеризуе­мое показаниями толчкомера 5 (см/км), связано с количеством грузов Q (млн. т брутто), которое может пропустить дорога, линейной зависимостью. Для битумоминеральных покрытий

S = Q + . (3.9)

Значения коэффициентов и в уравнении (3.9) зависят от типа покрытий:

Усовершенствованные:

капитальные (нежесткие) ……………….. 9,0 60,0

облегченные…………………………………… 23,5 90,0

Переходные :

обработанные вяжущими ………………… 47,0 140,0

необработанные …………………..110,0 270,0

При продолжении эксплуатации покрытий, для которых показания толчкомера превысили 500 см/км, начинается прогрессирующее ухудше­ние их ровности, появление выбоин вплоть до раз­рушения покрытий.

Требования к предельно допустимому сниже­нию ровности покрытия нормируют по минимуму суммарных приведенных расходов автомобильного транспорта на перевозки грузов и дорожного хозяйства, на ремонты дорожных покрытий. При этом учитывают ежегодный прирост интенсивности движения, снижение ско­рости на неровных покрытиях и ряд других факто­ров. Дифференцирован­ные требования к предель­ным допустимым показа­ниям толчкомера в пери­од эксплуатации дороги, установленные по мини­муму суммарных приве­денных расходов, указа­ны в табл. 3.1.

Таблица 3.1

Покрытия	Предельно допустимые показания толчкомера, см/км, при интенсивности движения, авт./сут
	Менее 500	500-1000	1000-2000	2000-3000	Более 3000
Асфальтобетонные и цементобетонные… Гравийные и щебеночные, обработанные органическими вяжущими материалами………..	- 400	220-270 290-400	160-220 220-290	130-160 180-220	130 -

В ХАДИ разработаны рекомендации (табл. 3.2), позволяющие по показа­нию толчкомера оценить состояние дорожного пок­рытия. При нормирова­нии межремонтных сроков необходимо учитывать уменьшение срока службы покрытия до очередного ремонта в связи с ростом интенсивности движения. С учетом этого задача нормирования может быть решена как возвращение ровности дорожного покрытия путем проведения среднего ремонта к исходному уровню до достижения некоторого предельного значения ровности S_пред. Ю. М. Ситников установил зависимость сроков службы Т_сл дорожного покрытия между средними ремонтами от S_пред (рис.3.6) при ежегодном приросте интенсивности движения, характеризуемом показателем q = 1,05.

Таблица 3.2

Покрытия	Показания толчкомера, см/км, для дорог		Состояние покрытия
	І-ІІ категории	ІІІ категории
Асфальтобетонные Цементобетонные	Менее 50 50-100 100-200 Более 200 Менее 50 50-100 100-200 Более 200	Менее 50 50-100 150-300 Более 300 Менее 75 75-200 200-300 Более 300	Отличное Хорошее Удовлетворительное Неудовлетворительное Отличное Хорошее Удовлетворительное Неудовлетворительное

Поддержание ровности дорожного покрытия позволяет существенно снизить расходы как на ремонт автомобилей, так и на ремонт дорожной одежды.

з.з. скользкость и шероховатость покрытия

Скользкость дорожного покрытия - важнейшая характеристика транспортно-эксплуатационного со­стояния дороги. Критерием скользкости покрытия является коэффициент сцепления. Недостаточное сцепление шины колеса с покрытием является, как правило, первопричиной дорожно-транспорт­ных происшествий с тяжелыми последствиями (рис. 3.7). Статистика показывает, что вследствие низкого значения коэффициента сцепления в ве­сенний и осенний периоды происходит до 70% всех происшествий, в летний период 30%. Вместе с тем коэффициент сцепления оказывает малозаметное влияние на скорости движения. Так, снижение скорости при увлажнении покрытия не превышает 10 - 12 км/ч. Проведенные и США опыты на участке автомобильной магистра­ли показали, что после увлажнения покрытия средние скорости движе­ния изменились незначи­тельно и уменьшились всего на 3 - 5 км/ч. На­иболее резкое снижение скорости (на 20 км/ч) наблюдается при появлении гололеда, когда водители особо осторожны.

Для рекомендации водителям безопасных ре­жимов движения, а также для выявления участков дорог с низкими сцепными качествами необходимо иметь данные о значении коэффициента сцепления.

Коэффициент сцепления измеряют портативными (малогабаритными) приборами или динамо­метрическими тележками.

Существуют три конструкции портативных приборов: маятникового и ротационного типов и ударного действия. Маятниковые приборы (рис. 3.8, а) очень широко распространены за рубежом. Они сравнительно просты в эксплуатации и позволяют достаточно быстро провести измерения. Наиболь­шее распространение из таких приборов получил прибор Транспортной и дорожной исследователь­ской лаборатории Великобритании. Недостатком портативного прибора маятникового типа являют­ся малая площадь контакта имитатора шины с покрытием, трение с переменными и малыми ско­ростями и малый путь трения.

Аналогичным недостатком обладает портатив­ный прибор ротационного типа (рис. 3.8, б), раз­работанный в МАДИ Р. Ф. Лукашуком. Основным преимуществом этого прибора, по сравнению с при­бором маятникового типа, являются большая дли­на пути контакта образца шины с поверхностью дороги и большая скорость движения образца, а также быстрота измерения (до 5 мин).

Прибор ударного действия, предложенный 10. В. Кузнецовым, основан на использовании энергии падающего груза для перемещения рези­новых имитаторов шин (рис. 3.8, в). Прибор сос­тоит из двух резиновых имитаторов 7, шарниров 5, соединяющих толкающие тяги 9 с резиновыми имитаторами, и подвижной муфты 10, опорной штанги 11, в верхней части которой закреплено устройство 12, сбрасывающее подвижной груз 13, регистрирующей пружинной шайбы 14, а также из трех пружин: двух стягивающих 15 и одной цен­тральной 17. При нажатии на кнопку сбрасыва­ющего устройства груз падает вниз и ударяется о подвижную муфту, которая при помощи шарниров и толкающих тяг передвигает имитаторы по до­рожному покрытию. Величина конечного переме­щения имитаторов характеризует скользкость по­крытия. На Всесоюзных корреляционных испыта­ниях 1981 г. этот прибор показал наиболее стабильные результаты из всех конструкций порта­тивных приборов. Поэтому он начинает все более широко применяться на практике. Отмечена очень хорошая связь показаний этого прибора с значе­ниями коэффициентов сцепления, полученных на мокром покрытии при помощи динамометрической лаборатории МАДИ-8 при скорости 60 км/ч и на­грузке на колесо 3000 Н.

Имеются динамометрические прицепы различ­ной конструкции для измерения коэффициента сцепления, разработанные в МАДИ, Союздорнии и других организациях. Наиболее универсальным является динамометрический прицеп МАДИ-8. созданный Ю. В. Кузнецовым (рис. 3.9). Этот прицеп позволяет измерять коэффициент сцепле­ния при разных углах установки колес, т. е. измерять коэффициент как продольного, так и попе­речного сцепления.

Динамометрический прицеп Союздорнии ПКРС-2у представляет собой одноколесный при­цеп с параллелограммной подвеской с нагрузкой на колесо 3000 Н. Этот прицеп предназначен для из­мерения только продольного коэффициента сцепле­ния при скоростях до 90 км/ч.

Перспективным является навесное динамомет­рическое колесо (НКД-МАДИ), монтируемое на поливочно-моечной машине. Такой прибор разра­ботанный в МАДИ Ю. В, Кузнецовым и Н. Кульмурадовым, показал высокую эффективность и возможность быстро в большом объеме выполнять замеры коэффициента продольного сцепления (рис. 3.1О).

Среди зарубежных приборов для оценки коэф­фициента сцепления следует выделить ходовую лабораторию SСRIМ, разработанную Транспортной и дорожной исследовательской лабораторией Великобритании. Ходовая лаборатория представляет собой автомобиль с цистерной, оборудованной пя­тым динамометрическим колесом, установленным под углом к направлению движения. Такое рас­положение навесного колеса обеспечивает изме­рение коэффициента поперечного сцепления в ре­жиме проскальзывания. Важнейшим преимущест­вом этого прибора является возможность непре­рывно измерять коэффициент сцепления, что дает точную картину состояния сцепных качеств покры­тия по длине дороги. Все существующие приборы позволяют выполнять измерения только в отдель­ных точках покрытия.

Появление приборов, позволяющих измерять коэффициент поперечного сцепления, дало воз­можность нормировать значение этого коэффици­ента. В ряде стран (Великобритания, Франция и др.) коэффициент поперечного сцепления принят в качестве основного показателя сцепных качеств дорожного покрытия, так как он более точно от­ражает взаимодействие шины колеса автомобиля с покрытием в момент дорожно-транспортного происшествия.

Исследования показывают, что значение коэф­фициента сцепления зависит от большого числа факторов, связанных с состоянием покрытия, шины, условиями взаимодействия шины с покрытием. Существенное влияние на коэффициент сцеп­ления оказывают скорость движения, рисунок протектора, давление в шинах, нагрузка на колесо, режим торможения и особенно - тип покрытия, его состояние, температура и шероховатость (рис. 3.11).

Шероховатость покрытия определяется высотой и формой элементов микропрофиля поверхности I дороги, расстоянием между вершинами выступов, высотой выступов и собственной шероховатостью каменного материала (микрошероховатостью). Для оценки шероховатости разработьаны специальные приборы из ко­торых наиболее извест­ны приборы Э. Г. Подлиха и В. А. Астрова.

Высота выступов шероховатой поверхности должна быть достаточна для выжимания воды из зоны контакта шины с покрытием. Этим условиям удовлетворяют по­крытия, шероховатость которых образована час­тицами каменного материала, имеющими раз­меры 8 - 10 мм со средним шагом выступов 6,4 - 11,0 мм. Однако на практике применяют каменные материалы преимущественно раз­мером 15 - 25 мм, позволяющие упростить техно­логию устройства шероховатого слоя.

При движении по мокрому покрытию вода ока­зывает на колесо подъемное действие. С увели­чением скорости движения уменьшается площадь сухого контакта шины колеса с покрытием. При скорости более 80 - 100 км/ч подъемная сила может достигнуть наибольшего значения, при кото­ром полностью исчезнет сухой контакт с покры­тием. Колесо начинает скользить по слою воды. Это явление называют аквапланированием (или глиссированием). Происходит потеря управления автомобилем. С увеличением высоты выступов ше­роховатости на дорожном покрытии глубина ак­тивного (под шиной) слоя жидкости уменьшается, следовательно, уменьшается и гидродинамическая подъемная сила, поднимающая колесо над по­крытием. Поэтому для предупреждения явления аквапланирования необходимо устраивать крупно­шероховатые покрытия.

В СССР в СНиП П-Д.5-72 были впервые нор­мированы при сдаче дорог в эксплуатацию мини­мально допустимые значения коэффициента продольного сцепления, измеренные в режиме блоки­рованного колеса (табл. 3.3), который измеряют при скорости 60 км/ч, при толщине пленки воды 1 мм и нагрузке на колесо 3000 Н. На стадии экс­плуатации допускается минимальное значение ко­эффициента продольного сцепления 0,35.

Таблица 3.3

Условия движения	Характеристика участков дороги
Легкие Затрудненные Опасные	Прямые участки или кривые с радиусами 100 м и более, расположенные на уклонах не более 30 %, с Элементами поперечного профиля, соответствующими категории дороги, с укрепленными обочинами, без пересечений в одном уровне и при коэффициенте загрузки не свыше 0,3 от пропускной способности. Участки на кривых в плане с радиусами 250-1000м, на сусках и подъемах, с уклонами 30-60%, участки в зонах сужений проезжей части; участьки, отнесенные к легким условиям движения при коэффициенте загрузки 0,3 - 0,5. Участки с видимостью менее расчетной. Подъемы и спуски с уклонами, превышающими расчетные. Зоны пересечений и примыканий в модном уровне. Участки, отнесенные к легким и затрудненным условиям при коэффимциенте загрузки свыше 0,5.	0,45 0,45- 0,50 0,60

С целью повышения коэффициента сцепления устраивают поверхностную обработку, обеспечи­вающую высокую шероховатость, или устраивают покрытия, способствующие быстрому отводу воды с поверхности дороги (см. п. 10.3).