2 Определение допустимой нагрузки на дорожную ось

Допустимую нагрузку на дорожную одежду определяют для различных периодов эксплуатации дороги в течение года. Наиболее неблагоприятными условиями для конструкций дорожных одежд являются:

• весенний период, когда грунты земляного полотна имеют максимальную влажность и соответственно наиболее разуплотнены;

• летний период, когда слои, содержащие органическое вяжущие, наиболее пластичны.

В летний период при температуре воздуха 25°С и выше максимально допустимая осевая нагрузка (Q) на асфальтобетонных покрытиях составляет не более 60 кН, исходя из условий предупреждения образования колейности.

В весенний период допустимую осевую нагрузку (Q) на участке определяют с точностью до 10 кН по формуле

, (2.1)

где Z – коэффициент допустимой нагрузки, эквивалентной расчетной, определяют по формуле

, (2.2)

где ∑N_Т – суммарное количество приложений расчетной нагрузки на рассчитываемый период определяют по формуле

, (2.3)

где N₁ – суточная интенсивность движения расчетных нагрузок на текущее время, равная 750 авт/сут;

К_с - коэффициент суммирования равный 6,5 для заданной дороги.

(2.4)

N – общее количество допустимых приложений расчетной нагрузки, определяют по формуле

, (2.5)

где Е_р – расчетный модуль упругости на текущее время, рассчитанный рание 80 МПа;

98,31 – эмпирический коэффициент, МПа.

_{≈ 100 кН}

В результате проведенных расчетов установили, что в весенний период максимально допустимая осевая нагрузка (Q) на асфальтобетонных покрытиях составляет не более 100 кН, исходя из условий предупреждения образования колейности.

3 Оценка продольной ровности покрытия

Измерение ровности -- процесс определения как самих неровностей, так и характера воздействия неровностей на измерительную установку. В мировой практике известно множество конструкций приборов для измерения ровности покрытий. По принципу действия различают приборы: регистрирующие геометрические параметры неровностей -- рейки, профилографы, виаграфы, уклономеры, профилометры, нивелиры и др.; импульсного действия, измеряющие колебания или перемещения отдельных элементов автомобиля -- различные толчкомеры (приборы с обратной реакцией), акселерометры; инерционного действия, динамически преобразующие продольный профиль дороги.

Методы определения продольной ровности дорожных покрытий делят на 3 класса. Согласно ТКП 140- 2008 к 1 классу относят профилометрический метод и метод высокоточного нивелирования; ко 2 классу относят метод определения продольной ровности прибором типа APL; к 3 классу метод определения ровности приборами типа толчкомер и прибором ПКРС- 2У.

При применении методов 3 класса значения должны быть приведены к результатам методов 1-2 класса. Для этого устанавливают корреляционные зависимости между показателем ровности используемого прибора и показателем ровности IRI прибора классом выше.

Для определения ровности методами 3 класса используют толчкомеры, измеряющие при движении автомобиля сумму прогибов рессор; акселерометры, регистрирующие вертикальные ускорения; динамометрические прицепы.

При установке толчкомера на микроавтобусе (легковом автомобиле, легком грузовике) или на буксируемом прицепе с одним или двумя колесами измеряется обратная реакция дороги, а не сами ее неровности. Известными и популярными устройствами этого типа являются толчкомер ХАДИ, модифицированная конструкция этого прибора ТХК-2, толчкомер ТЭД-2М, толчкомер ИВП-1М, динамометрический прицеп ПКРС-2У, зарубежные — дорожный измеритель Мэйза, измеритель РСА, измеритель Коха, измеритель ровности BPR, измеритель ровности Bump Integrator и др.

Принципиальная схема измерительной установки на базе легкового автомобиля представлена на рис. 3.1 (толчкомер ТХК-2).Результаты измерений в наиболее старых моделях толчкомеров фиксировались электромеханическим способом. При этом для регистрации использовались счетчики на бумажной ленте (ТХК-2, рис. 3.2) и оптоэлектронные устройства с записью в бортовой компьютер (ТЭД-2М, ИВП-1М).

Рисунок 3.1- Измерительная система, оборудованная толчкомером ТХК-2:

1- кузов автомобиля; 2- шкала замера неровностей; 3- трос; 4-задний мост автомобиля

Процесс определения ровности покрытия толчкомером ТХК-2 состоит из трех этапов: подготовка к измерениям, полевые измерения, обработка результатов. На первом этапе проверяют техническое состояние автомобиля; проверяют надежность работы толчкомера, для чего раскачивают автомобиль путем периодического нажатия на задний бампер, и берут пробные отсчеты по толчкомеру; инструктируют по технике безопасности всех участников измерения; совершают 20-километровый холостой пробег, во время которого должна стабилизироваться работа подвески испытательного автомобиля; проверяют работу спидометра.

Второй этап — полевые измерения — начинается с того, что автомобиль, расположенный в 400 м от начального створа измерений, разгоняют до постоянной скорости. В момент пересечения автомобилем этого створа нажимают на кнопку включения печатающего механизма, благодаря чему на ленте фиксируется начальный отсчет толчкомера. При пересечении автомобилем створов, находящихся Друг от друга на расстоянии 1 км, нажатием кнопки регистрируют отсчеты толчкомера. По разнице отсчетов на смежных километрах определяют ровность на каждом километре. Проведя измерения, водитель сохраняет постоянными скорость автомобиля и траекторию его движения в пределах испытуемого участка. Оператор на заднем сиденье следит за спидометром и километровыми столбами, при пересечении створов которых включает печатающий механизм, считывает отсчет ленты и сообщает его оператору, находящемуся на переднем сиденье, который следит за соблюдением скорости движения и расстояниями между створами, записывает отсчеты толчкомера и вычисляет разность между ними, заносит в ведомость результаты измерений.

После первого проезда совершают второй, следуя по возможности по прежней траектории движения. Если разница между первым и вторым проездами превышает 25 см/км, выполняют третий проезд по участкам, на которых сходимость показателей оказалась неудовлетворительной. На третьем этапе — камеральная обработка результатов измерений — вычисляют средние значения равности на каждом километре и вычерчивают график.

Рисунок 3.2- Схема толчкомера ТХК-2 :

1- кнопка включения электродвигателей; 2, 3- электродвигатели; 4- храповая муфта; 5 — барабан; 6 — гибкий трос; 7 — натянутая пружина; 8 — задний мост автомобиля; 9 — счетный механизм

Определение ровности покрытий прибором Союздорнии ПКРС-2У также производят в три этапа. На первом проводят рекогносцировочный проезд со скоростью 60 км/ч, градуируют прибор и строят тарировочный график, отражающий зависимость отклонения пера самописца от суммарного вертикального отклонения поверхности дороги относительно траектории движения рамы прибора на километр дороги, на втором измеряют ровность во время проезда с постоянной скоростью в 60 км/ч.

На показания толчкомера влияют также состояние рессор и загрузка автомобиля-лаборатории. С тем, чтобы исключить это влияние, для измерений показателя ровности применяют прицепную установку ПКРС-2У. Установка моделирует (имитирует) работу подвески легкового автомобиля. Строго фиксирована нагрузка на колесо, составляющая 300 кг. Состояние подвески колеса прицепа (амортизатор, пружина) периодически контролируется. Перемещения колеса относительно рамы установки ПКРС-2У регистрируются цифровым датчиком, передаются на бортовой компьютер лаборатории, суммируются и записываются в привязке к местоположению на дороге.

Рекомендуются три режима работы ПКРС-2У: режим измерения среднего квадратичного показателя ровности; регистрация степени неравномерности показателя ровности; режим анализа отдельных неровностей. Первый режим применяют для измерения ровности на участках значительного протяжения с записью результатов в мелком масштабе. За показатель ровности принимают среднюю интенсивность воздействия неровностей на колесо прицепного прибора, выраженную суммарным перемещением этого колеса относительно рамы прицепа (на 1 км дороги). Второй режим дает возможность детальнее анализировать ровность в пределах того или иного километра, третий позволяет измерять глубину отдельных неровностей с использованием тарировочного графика.

Если участок длиннее 3 км, измерение ровности начинают с первого режима, а затем при необходимости выполняют измерения во втором режиме. На третьем этапе по результатам измерения прибором ПКРС-2У вычисляют средние отклонения и соответствующие им значения показателя ровности, по которым с помощью корреляционной зависимости получают показания по 3-метровой рейке с клином.

Рисунок 3.3- Динамометрический прицеп ПКРС-2У

Оценка продольной ровности покрытия проезжей части осуществляется по международному индексу ровности (IRI) по участкам длиной 100 м и 1 км.

Максимальные значения продольной ровности дороги с усовершенствованным покрытием, для IV категории составляет 6,70 мм/м.

Таблица 3.1 – Фактические значения ровности на заданных участках дорог

Участок	Фактические значения ровности IRI, мм/м	Максимальное значение ровности дорог IRI, мм/м	Сравнение значений (соответствие требованиям)
Км0- км1	6,50	6,70	Соответствует
Км1- км2	6,40		Соответствует
Км2- км3	5,90		Соответствует
Км3- км4	5,70		Соответствует

Сравнивая показатели ровности по участкам дороги, можно сделать вывод, что в общем ровность дороги соответствует международному индексу IRI на всех участках заданной дороги.