Шорсткість дорожнього покриття

дорожнього

Шорсткість дорожнього покриття та її роль у забезпеченні зчіпних якостей

Шорсткість дорожнього покриття — сукупність мікро- і макронерівності на поверхні дорожнього покриття, що забезпечує його зчіпні якості (ступінь зчеплення дорожнього покриття з колесом автомобіля), але при цьому не викликає низькочастотних коливань і поштовхів на підвісці транспортного засобу.

Поверхня будь-якого дорожнього покриття (як асфальтованого, так і цементобетонного) завжди має нерівності різних форм і розмірів: від мікроскопічних, невидимих ​​неозброєним оком і не відчуваються в процесі руху автомобіля, до великих після проїзду через які автомобіль відчуває поштовхи і коливання.

На відміну від нерівностей утворених внаслідок зношування та/або пошкодження дорожнього покриття (тріщини, сколи, колійність, проломи, вибоїни та ін.), шорсткість не є дефектом покриття та відіграє істотну роль у забезпеченні безпеки дорожнього руху.

Типи шорсткості та її основні параметри

Залежно від геометричних параметрів, шорсткість дорожнього покриття буває двох типів:

  • Макрошорсткості — нерівності на поверхні дорожнього покриття (довжиною понад 2 мм і висотою понад 0,2 мм), що формуються зернами великого мінерального заповнювача (щебеню, гравію та ін.), що входить до складу асфальтобетонної, щебенево-мастичної, цементобетонної або іншої суміші, що застосовується для пристрою верхнього шару дорожнього покриття (шару зносу або тонкого шорсткого шару).
  • Мікрошорсткості — нерівності на поверхні дорожнього покриття (істотно меншого в порівнянні з макронерівностями розміру), обумовлені власноюшорсткістю поверхні зерен мінерального матеріалу (щебеню, гравію та ін.). При асфальтуванні та поверхневій обробці верхніх шарів дорожнього покриття перевага, як правило, надається асфальтобетонним сумішам приготованим з використанням кам'яного матеріалу, що має більшу мікрошорсткість.

Коефіцієнт зчеплення дорожнього покриття забезпечуються поєднанням макро- і мікрошорсткості, але так як мікрошорсткість має менші розміри і відіграє істотно меншу роль у забезпеченні зчіпних якостей, то нормується тільки макрошорсткість, яку, у практиці дорожнього будівництва зазвичай і приймають за загальну шорсткість дорожнього покриття.

Шорсткість дорожнього покриття характеризується трьома основними параметрами:

  • середня висота виступів, мм;
  • середня глибина западин, мм;
  • коефіцієнт кроку шорсткості.

Класифікація дорожніх покриттів в залежності від параметрів шорсткості

Суміжні виступи і западини шорсткого покриття хоча і можуть бути приблизно однакового розміру і створювати рівномірно шорстку поверхню, в більшості випадків все ж таки значно відрізняються один від одного так, що окремі виступи виділяються над середньою поверхнею як шипи. Виходячи з параметрів шорсткості, асфальтовані дорожні покриття класифікують наступним чином:

  • гладкі - середня висота виступів 0,1 ... 0,5 мм, середня глибина западин - 0,02 ... 0,25 мм;
  • дрібношорсткі - середня висота виступів 0,5 ... 3,0 мм, середня глибина западин - 0,25 ... 2,5 мм;
  • середньошорсткі - середня висота виступів 3,0 ... 6,0 мм, середня глибина западин - 1,0 ... 5,0 мм;
  • великошорсткі — середня висота виступів 6,0…9,0 мм, середня глибина западин — 2,0…7,0мм.

При коченні коліс автомобіля, нерівності шорсткості не збільшують зношування протектора автомобільних шин, проте при різкому прискоренні або гальмуванні такі нерівності крім деформації шини здатні викликати її пошкодження. Також, зі збільшенням шорсткості покриття збільшується рівень шуму (мінімальний рівень шуму спостерігається при середній глибині западин до 1 мм) та рівень вібрацій у салоні автомобіля.

Способи оцінки шорсткості дорожнього покриття

Найбільш поширеним, хоч і недосконалим методом оцінки геометричних показників шорсткості дорожнього покриття, чи це асфальтоване або цементобетонне покриття, є метод «піщаної плями». Суть його полягає в тому, що невелика кількість дрібного сухого піску (з крупністю частинок менше 0,3 мм), об'єм якого точно заміряний, розсипають по поверхні дорожнього покриття купкою і розрівнюють так, щоб весь пісок розмістився між виступами кам'яних частинок.

Середнє значення шорсткості визначається за формулою Hср = V / S де V - обсяг піску, а S - площа плями. На кожній однотипній ділянці дорожнього покриття проводять кілька вимірювань (5 вимірів на 1000 м однієї смуги накату по кожній смузі руху) і приймають їхнє середнє значення. Усереднена глибина западин між виступами шорсткості повинна становити 0,3...0,35 мм для легенів та 0,4...0,45 мм для небезпечних ділянок.

Існує ряд інших способів вимірювання шорсткості покриття, які використовуються переважно в дослідних цілях (гіпсові зліпки, голчасті профілактографи та ін.).

Роль шорсткості дорожнього покриття у забезпеченні його зчіпних якостей

Саме шорсткість дорожнього покриття значною мірою визначає фактичну площу контакту шини.транспортного засобу з поверхнею, а через це загальний коефіцієнт зчеплення коліс транспортного засобу з асфальтованим або цементобетонним дорожнім покриттям.

Контурна площа контакту – площа контакту колеса автомобіля з покриттям по виступах протектора шини. Контурна площа контакту залежить від конструкції шини, її жорсткості, тиску повітря в шині та навантаження на колесо.

Фактична площа контакту - реальна площа контакту шини з поверхнею, що визначається ступенем макрошорсткості покриття. Чим більше нерівності макрошорсткості, через які виступи протектора не скрізь стосуються матеріалу покриття, тим менша фактична площа контакту.

Збільшення нерівностей макрошорсткості призводить не лише до кількісної, а й до якісної зміни процесу контактування шини з дорожньою поверхнею (змінюється характер деформації шини). Так, при малих значеннях висоти виступів нерівностей макрошорсткості відбувається рівномірне їх впровадження в гуму без на сам каркас шини. Але, починаючи з деякої висоти нерівності, при впровадженні її в шину вона починає впливати не тільки на протектор, але і на вагу каркас шини. Більш того, при великій висоті нерівностей вони вже не вдавлюються в гуму протектора, а шина просто перекочується по них. Таким чином, зі збільшенням висоти виступів шорсткості, зменшується площа контакту з шиною і відбувається зниження загального коефіцієнта зчеплення (знижується сумарна сила тертя).

Незалежно від висоти виступів нерівностей, на чистих сухих покриттях коефіцієнт зчеплення практично завжди знаходиться на достатньому для безпечного руху автомобілів рівні. Однак зі зростанням швидкості руху коефіцієнт зчеплення знижується через те, що зменшуєтьсяфактична площа контакту. На нерівній дорожній поверхні ця площа зменшується ще більше. Крім зниження коефіцієнта зчеплення, на сухому покритті збільшення шорсткості призводить до зростання коефіцієнта опору коченню в середньому на 4 % на 1 мм висоти нерівностей шорсткості на асфальтобетонних покриттях та на 13 % на цементобетонних покриттях, а також до збільшення шуму, підвищення зносу шин та витрати палива .

На мокрих, брудних чи засніжених покриттях зчіпні якості знижуються, особливо із збільшенням швидкості. В цьому випадку не допомагає навіть макрошорсткість, оскільки бруд або сніг забивають западини між виступами і така поверхня вже мало відрізняється від гладкого покриття.

Важливість рівномірного розподілу шорсткості за шириною дорожнього покриття

За наявності на поверхні дороги шару води або снігу на безпеку руху істотно впливає рівномірність розподілу коефіцієнта зчеплення по ширині проїзної частини. Для безпечного руху значення коефіцієнта зчеплення під лівими та правими колесами автомобіля має бути приблизно однаковим. В іншому випадку при різкому гальмуванні відбудеться розворот автомобіля, при цьому зі зростанням різниці коефіцієнтів зчеплення під лівими і правими колесами кут розвороту буде збільшуватися. Занесення автомобіля на високій швидкості може статися через різкий переход з однієї смуги руху на іншу при обгоні, повороті, пориві вітру або нерівності покриття. Калюжі на покритті також є частою причиною заметів. Небезпечним є чергування ділянок покриття з різними коефіцієнтами зчеплення. Таким чином, дуже важливо, щоб дорожнє покриття по всій ширині мало однорідну шорсткість.

Основні способи створення шорсткого дорожнього покриття

Шорсткість поверхні асфальтобетонних покриттів створюється шляхом будівництва шорстких шарів зношування або будівництва покриттів з багатощебеневих асфальтобетонних сумішей. На цементобетонних покриттях шорсткість створюється у процесі будівництва шляхом відповідної обробки поверхні свіжоукладеного бетону.

Шорсткість асфальтованих дорожніх покриттів може досягатися кількома шляхами:

  • будову верхнього шару дорожнього покриття із щебенево-мастичної асфальтобетонної суміші;
  • будову верхнього шару дорожнього покриття з литої асфальтобетонної суміші з подальшим розподілом і втоплюванням у суміш, що ще не остигнула, чорного щебеню або необробленого щебеню фракції 5–10 мм;
  • будову тонкого поверхневого шару зносу товщиною до 3 см з відкритих бітумомінеральних сумішей (БМО);
  • обробка покриття литою емульсійно-мінеральною сумішшю (ЛЕМС), що виробляється шляхом синхронного розливу бітумного в'яжучого та розподілу кам'яного матеріалу по поверхні асфальтованого покриття (шорсткість якого є недостатньою);

Дорожні покриття влаштовані із щебенево-мастичного асфальту (ЩМА) характеризуються стійкими в часі показниками шорсткості та коефіцієнта зчеплення з колесом автомобіля. Щебенево-мастичне асфальтобетон забезпечує в 1,5 ... 1,8 рази більш високу шорсткість покриття в порівнянні зі звичайним асфальтобетоном типу А на щебені тієї ж крупності. Так, при використанні для влаштування верхнього шару дорожнього покриття суміші ЩМА-10 середня глибина западин шорсткості виявляється не менше 0,8 мм, ЩМА-15 - не менше 1,1 мм, ЩМА-20 - не менше 1,5 мм.

Створення шорсткості на цементобетонних дорожніх покриттях

У випадку з цементобетоннимдорожнім покриттям, шорсткість досягається шляхом обробки поверхні за допомогою спеціальних щіток. Фактура обробленого щітками покриття має бути однорідною, а середня глибина борозенок шорсткості має бути більше 1,0 мм. Напрямок борозенок від щітки має бути, як правило, перпендикулярним до осі покриття.

Також, шорсткість бетонного покриття може надаватися шляхом накатки або обробкою дорожньою фрезою холодного типу, обладнаної мікрофрезерним барабаном. Такий барабан має лінійну відстань між різцями від 3 до 6 мм, а максимальна глибина фрезерування не перевищує 3 мм.

Зміна шорсткості дорожнього покриття у процесі експлуатації

Так як в процесі експлуатації дороги відбувається поступове зношування верхнього шару дорожнього покриття, то відповідно зменшується і його шорсткість і, як наслідок, коефіцієнт зчеплення. Зниження шорсткості характеризується зменшенням висоти виступів та шліфуванням нерівностей шорсткості.

Зменшення шорсткості покриття викликане впливом коліс автомобілів, що проходять, і протікає в два етапи. На асфальтованих покриттях, після закінчення процесу асфальтування та відкриття руху транспорту макрошорсткість швидко зменшується в результаті занурення щебеню, що формує нерівності макрошорсткості. На другому етапі (після припинення процесу занурення щебеню) основною причиною зменшення шорсткості стає шліфування нерівностей макрошорсткості, в результаті якої обсяг виступаючої частини зерен щебеню поступово зменшується, а самі вони набувають обкатаної форми.

Характер та інтенсивність цих двох процесів знаходяться у прямій залежності від інтенсивності руху транспорту, складу транспортного потоку (переважання вантажного чи легковоготранспорту), погодно-кліматичних умов, а також характеристик самого дорожнього покриття (розміру та утримання щебеню в асфальтобетонній або цементобетонній суміші).