РАЗДЕЛ 2
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ ОЦЕНКИ ЭКСПЛУАТАЦИОННОГО СОСТОЯНИЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
2.1. Анализ причин неравномерного изменения ровности и сцепных качеств по всей площади покрытий в процессе эксплуатации автомобильных дорог
Для выяснения причин неравномерного изменения эксплуатационных характеристик покрытия автомобильных дорог по площади проведем анализ факторов, влияющих на формирование неровностей и зон с различными сцепными качествами (рис. 2.1 и 2.2).
Анализируя рис. 2.1 и 2.2 приходим к выводу, что на формирование неровностей и зон с пониженным коэффициентом сцепления влияет множество факторов, из которых можно выделить две основные группы: в первую очередь воздействие автомобильной нагрузки [13], климатических факторов и условий увлажнения земляного полотна; вторую группу факторов составляют физико-механические характеристики дорожной конструкции [119-121]: сдвигоустойчивость слоев, структурное состояние материала, прочность слоев дорожной одежды и земляного полотна, тип грунта и его свойства, однородность и качество устройства конструктивных слоев дорожной конструкции.
Если неровности, связанные с особенностями технологического устройства слоев дорожных одежд или неоднородностью грунтов земляного полотна носят чаще всего локальный характер, то дефекты, связанные с автомобильным движением, напрямую зависят от интенсивности, состава транспортного потока, а также распределения транспортных средств по ширине проезжей части.
Проанализируем распределение транспортных средств по ширине проезжей части более подробно [13].
Сравнивая данные о поперечной ровности автомобильных дорог с данными о распределении колес транспортных средств, особенно грузовых автомобилей, можно сделать вывод о том, что именно распределение транспортных средств по ширине дороги оказывает влияние на формирование колей, что видно из приведенных рисунков (рис. 2.3 - 2.5). Однако, при любом распределении транспортных средств образование колей может и не происходить при обеспеченности необходимой прочности всех составляющих дорожной конструкции. Зачастую, дорожные конструкции испытывают гораздо большие усилия, чем те, на которые были рассчитаны. Причиной тому является стремительное увеличение количества автомобильного транспорта и нагрузок на ось в Украине и во всем мире [19,118,121,122].
Рис. 2.3. Кривые распределения следов правых и левых колес по ширине половины проезжей части при ширине дороги 7м [13]
Рис. 2.4. Кривые распределения правых колес грузовых автомобилей в разное время суток [13]
Рис. 2.5. Распределения проходов колес автомобиля по проезжей части дороги
Вследствие этого на автомобильных дорогах наблюдаются не только колеи, но и наплывы. Наплывы могут образовываться в местах торможения транспорта или же между колеями движения. Образование наплывов увеличивает неровности в поперечном направлении.
Рис. 2.6. Результаты изменение ровности участка магистральной автомобильной дороги с интенсивностью движения 10 000 авт/сут (Малайзия):
а - результаты измерения ровности через 2 недели после проведения капитального ремонта;
б - результаты измерения ровности через 1 год после первого наблюдения.
На участке автомобильной дороги, изображенном на рис. 2.6.а показан начальный этап формирования колеи. В таком случае колея формируется в основном за счет уплотнения материала по полосам движения автомобилей. На рис. 2.6.б показан тот же участок через 1 год после первого наблюдения. Высокая температура покрытия и интенсивное движение вызвали увеличение колеи и образование наплывов между ними, существенно исказив поперечный профиль дороги.
Движение транспорта также способствует неравномерному изменению сцепления по ширине дороги. По полосам наката происходит более интенсивное истирание покрытия, т.е. постепенно уменьшается шероховатость. Следствием является уменьшение сцепления колеса автомобиля с покрытием, особенно на влажном покрытии.
На сухих и чистых дорожных покрытиях практически независимо от модели шин и степени их износа коэффициент сцепления довольно высок - от 0,6 и до 0,9 - 0,95 [6], что обеспечивает при необходимости быстрое торможение автомобиля и его высокую боковую устойчивость. На заснеженных и обледенелых покрытиях он колеблется в значительно более низких пределах - от 0,05 до 0,25 [5,6]. Но может возникнуть ситуация, когда дорожные службы не в состоянии во время снегопада очищать проезжую часть от снега по всей ширине. В таком случае по полосам наката вследствие движения транспорта дорога очищается гораздо быстрее, чем, скажем, на оси или ближе к обочине. В таком случае в результате маневра одни колеса автомобиля неизбежно оказываются на очищенной транспортом полосе, а другие - на заснеженной. Разница коэффициентов сцепления - значительная. Противоположная ситуация может наблюдаться в случае дождя. По полосам наката, как отмечалось выше, может образовываться колея, в которой скапливается вода. В таком случае сцепление на полосах наката существенно ниже, чем на оси или между полосами наката [119, 123-125]. Такая ситуация может оказаться гораздо более опасной, чем в случае заснеженной дороги.
На мокрых покрытиях особенно резко меняются значения коэффициента сцепления - от 0,00 до 0,75 [6, 127]. Кроме того, оценить состояние проезжей части во время дождя бывает сложно даже опытным водителям, не говоря уж о начинающих. Для того чтобы стало понятнее поведение автомобиля и характер изменения коэффициента сцепления шин на мокрой дороге, рассмотрим некоторые основные процессы, протекающие в зоне контакта колеса с покрытием в тот момент, когда оно катится или скользит по мокрой проезжей части.
Во время дождя на поверхности дорожного покрытия всегда образуется пленка воды. Ее толщина может быть от одного до нескольких миллиметров, а иногда и сантиметров и зависит от интенсивности осадков, уклона полотна дороги, его