2. Назначение макрошероховатости покрытия по условиям удаления воды из зоны контакта шин с покрытием.

Шероховатость поверхности проезжей части – один из важнейших транспортно-эксплуатационных показателей дороги, обуславливающий надежность контакта шины автомобиля с покрытием. Характеристикой надежности контакта автомобильной шины с дорожным покрытием служит величина сопротивления скольжению шины по поверхности проезжей части, оцениваемая определенным значением коэффициента сцепления.

На мокрых покрытиях величина коэффициента сцепления снижается, что может повлечь за собой ухудшение условий движения.

Появляющийся на покрытии во время дождя тонкий слой воды оказывает при высокой скорости движения автомобиля (более 80 км/час) гидродинамическое подъемное действие на колеса, уменьшая площадь непосредственного контакта шин с покрытием. При определенных условиях может возникнуть явление глиссирования («аквапланирования»), когда передние колеса автомобиля скользят по водной прослойке, не касаясь дорожной поверхности. В следствие потери сцепления шин с дорожным покрытием и невозможности торможения, появляется опасность потери управления и высокая вероятность ДТП. Явление глиссирования особенно опасно при шинах с отсутствием рисунка протектора, так как гидродинамическая подъемная сила воды увеличивается в 2 – 2,5 раза, а критическая скорость снижается в 1,5 раза [1].

Основным условием увеличения коэффициента сцепления шины с мокрым покрытием и предотвращения образования во время дождя водяной прослойки под колесом является создание шероховатой поверхности. Шероховатость создается за счет выступов и впадин, образуемых минеральными материалами, а также за счет собственной шероховатости зерен минерального материала. Шероховатость, создаваемую минеральным материалом, называют макрошероховатостью. Собственную шероховатость зерен материала называют микрошероховатостью [1].

По макрошероховатости поверхности дорожные покрытия разделяют на следующие типы:

• гладкие, средняя высота выступов не более 0,3 мм;

• мелкошероховатые, средняя высота выступов от 0,3 до 1,0 мм;

• среднешероховатые, средняя высота выступов 1 – 2 мм;

• крупношероховатые, средняя высота выступов 2 мм.

В процессе эксплуатации дороги макрошероховатость и микрошероховатость поверхности постепенно уменьшается. Уменьшение шероховатости идет тем быстрее, чем выше интенсивность движения по дороге и больше в транспортном потоке грузовых автомобилей и автобусов. В результате снижается коэффициент сцепления мокрых покрытий. С целью обеспечения надлежащего сопротивления скольжению в течение всего срока службы шероховатой поверхности следует назначать такую макрошероховатосьть, чтобы она обеспечивала допускаемые значения коэффициента сцепления и в последний год службы [1].

Начальная макрошероховатость покрытия при сдаче в эксплуатацию, в зависимости от условий движения по степени опасности, категории дороги и климатического района приведена в таблице 2.1. [9] .

Таблица 2.1.

Начальная макрошероховатость покрытия при сдаче в эксплуатацию, в зависимости от условий движения по степени опасности, категории дороги и климатического района.

	Начальная макрошероховатость покрытия, мм, не менее
Условия движения	Для дорог I и II категории для II дорожно-климатической зоны	Для дорог III и IV категории для II дорожно-климатической зоны
1	2	3
Легкие	1,5	1,0
Затрудненные	2,0	1,5
Опасные	3,5	2,5

Примечания.

1. Наибольшая макрошероховатость покрытия не должна превышать 7 мм.

2. При создании шероховатой поверхности путем поверхностной обработки на асфальтобетонных и усовершенствованных облегченных покрытиях начальная макрошероховатость покрытия должна быть: на дорогах I и II категории – 5 – 6 мм, на дорогах III и IV категории - 3,5 – 4 мм.

В зависимости от скорости движения и характеристик участков требуются различные минимально допустимые значения коэффициентов сцепления (таблица 2.2.).

Таблица 2.2..

Значение коэффициента сцепления на мокром покрытии при сдаче в эксплуатацию, в зависимости от характеристики участков дорог, условий движения по степени опасности, скорости движения.

		Значения коэффициента сцепления на
Условия движения	Характеристика участков дорог	мокром покрытии при сдаче в эксплуатацию при скорости
		60 км/час	80 км/час
1	2	3	4
Легкие	Прямые участки или закругления радиусом1000 м и более, горизонтальные или с продольными уклонами более 30‰, с элементами поперечного профиля для соответствующей категории и с укрепленными обочинами. Без пересечений в одном	0,45	 0,36
(группа 1)
Опасные (группа 3)	Участки с видимостью менее расчетной (для соответствующей категории дорог). Участки на спусках и подъемах с уклонами более 30‰ при длине более 100 м. Участки в зонах пересечений в одном уровне или слияния потоков, остановки автобусов, разделения пешеходных переходов, прорывов бокового ветра, местного увлажнения покрытия, местного увлажнения поверхности покрытия, в местах образования тумана. Участки 1 и 2 групп при уровнях загрузки более 0,5	0,60	³0,40

Примечание. Коэффициент сцепления при скорости 80 км/час относится к дорогам I и II категорий (за исключением участков в пределах населенных пунктов, а также мест ограничения скорости до 60 км/час). При скорости 60 км/час к дорогам III категории и IV категории с усовершенствованным облегченным покрытием, а также участки дорог II категории в пределах населенных пунктов и места ограничения скорости до 60 км/час.

Методика выполнения работы.

1. Назначение минимально допустимой макрошероховатости дорожного покрытия.

Минимально допустимая макрошероховатость дорожного покрытия назначается в зависимости от скорости движения автомобилей и минимально допустимого коэффициента сцепления на мокром покрытии (табл. 2.3., 2.4.).

Таблица2.3.

Минимально допустимая макрошероховатость дорожной поверхности в зависимости от скорости движения и коэффициента сцепления

Минимально допускаемые значения	Скорость движения
	60 км/час		80 км/час
1	2	3	4	5	6
1. Коэффициент сцепления на мокром покрытии.	0,35 – 0,40	0,45	0,26	0,28	0,30
2. Макрошероховатость дорожной поверхности, мм.	0,4	0,8	1,0	1,5	2,0

Таблица 2.4.

Минимально допустимые значения коэффициента сцепления покрытий в процессе эксплуатации для различных скоростей и условий движения

Условия движения	Минимально допускаемые значения коэффициента сцепления на мокром покрытии при скорости движения, км/час, не менее
	60	80
1	2	3
Легкие	0,35	0,26
Затрудненные	0,40	0,28
Опасные	0,45	0,30

2. Определение коэффициента гидравлической шероховатости.

К оэффициент гидравлической шероховатости n определяют в зависимости от назначенной минимально допустимой макрошероховатости дорожной поверхности по графику (рис. 2.1) [1].

0,015

0,014

0,013

0,012

0,011

к 0,010

0,009

0,008

0 1 2 3 4 5 6 ∆, мм

Рис. 2.1. График для определения коэффициента гидравлической шероховатости.

3. Определение интенсивности расчетного дождя

Интенсивность расчетного дождя а (мм/мин) определяется по зависимости:

(2.1)

где: А и В – климатические параметры района проложения дороги. Для свердловской области можно принять значения: А = 2÷3;

В = 3÷3,5.

N – вероятность появления расчетного дождя.

Для свердловской области можно принять N – 1÷1,5.

4. Определение толщины водной пленки на покрытии

Толщина водной пленки на покрытии h (мм) определяется по зависимости:

, мм (2.2)

где: а – интенсивность расчетного дождя, мм/мин;

n – коэффициент гидравлической шероховатости поверхности покрытия;

L – длина участка стока воды по покрытию, мм;

i – уклон стока воды по покрытию, тыс.

; м (2.3)

где: b₁ – ширина проезжей части для одного направления движения, м;

I_прод и i_поп – продольный и поперечный уклоны проезжей части, тыс.;

, тыс. (2.4)

5. Определение толщины активного слоя жидкости.

Толщина активного слоя жидкости, оказывающего гидродинамическое подъемное действие на автомобильные шины h_акт (мм) определяется по зависимости:

h_акт= h – Δ + 2мм (2.5)

где: h – полная толщина водной пленки, мм;

Δ – минимально допустимая макрошероховатость дорожной поверхности, мм.

При Δ ≤ 2мм, h_акт = h

6. Скорость начала глиссирования автомобильных шин.

Скорость начала глиссирования автомобильных шин определяется по зависимости:

м/с (2.6)

где: G_к – вертикальная нагрузка на колесо, Н;

 – плотность жидкости, находящейся на покрытии, кгсм²/м⁴ (для воды - 102, слякоти - 80);

h_акт – глубина активного слоя жидкости, м/см;

b –- ширина беговой дорожки шины, м;

K – коэффициент, определяемый по графику (рис. 2) в зависимости от показателя Ψ .

(2.7)

где: v_гл скорость начала глиссирования (скольжения) шин, м/с.

K

2 00

1 60

1 20

80

0 0,5 1,0 1,5 Ψ

Рис. 2.2. График для определения коэффициента К в зависимости от показателя .

2.7. Уравнение скорости начала скольжения решается подбором: задается скорость, определяется показатель , коэффициент К и подсчитывается скорость начала скольжения по формуле (2.6). Заданная скорость не должна отличаться от расчетной скорости более чем на ±5 %.

Если v_гл  v 85 %-ной обеспеченности, то назначенная минимально допустимая макрошероховатость дорожной поверхности удовлетворяет требованиям удаления воды из зоны контакта шины с покрытием. При v_гл < v 85 %-ной обеспеченности это условие не выполнено. В этом случае назначают новую большую минимально допускаемую макрошероховатость дорожной поверхности и расчет повторяют, пока v_гл не станет равной скорости движения автомобилей 85 %-ной обеспеченности¹ (допускается превышение этой скорости не более чем на 5-10 %) [1].

¹ Скорость движения автомобилей 85 %-ной обеспеченности на мокрых шероховатых покрытиях, определяется по данным натурных наблюдений. Для проектируемых дорог она может быть принята равной: для дорог I категории-90 км/ч; II категории - 85 км/ч.

В случае если соотношение v_ск  v 85 %-ной обеспеченности не достигается при макрошероховатости до 2,5 – 3 мм, необходимо ограничить скорость движения при мокром покрытии на рассматриваемом участке дороги.

1. Справочные данные для выполнения работы.

Ширина проезжей части для одного направления движения b₁. Для дорог I категории – 7,5 м, для 4 – х полос движения; – 11,25 м, для 6 полос движения; – 15 м, для 8 полос движения. Для дорог II категории – 3,75 м, III категории – 3,5 м, IV категории – 3,0 м. Поперечный уклон проезжей части для дорог I – IV категории, i_поп, в расчетах можно принять – 20‰. Для переходных покрытий уклон увеличивается до 25 – 30‰.

2. Расчетные скорости движения.

Таблица 2.5.

Расчетные скорости движения, в зависимости от категории дороги.

Категория дороги	Расчетные скорости движения, км/час
	основные	допускаемые на трудных участках местности
		пересеченной	горной
Iа	150	120	80
Iб	120	100	60
II	120	100	60
III	100	80	50
IV	80	60	40

3. Исходные данные для выполнения работы.

Таблица 2.6.

Исходные данные для расчета скорости начала глиссирования и назначения макрошероховатости дорожной поверхности.

Показатели	Значение показателя для варианта (в знаменателе для вариантов 16 ÷30)
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
1. Район расположения дороги	Свердловская область. II дорожно-климатическая зона
2. Категория дороги	Iа	Iб	II	III	IV	Iа	Iб	II	III	IV	Iа	Iб	II	III	IV
3.Условия движения	Легкие Затрудненные					Затрудненные Опасные					Опасные Легкие
5.Продольный уклон участка	5 32	10 35	15 40	20 45	25 50	31 34	38 39	43 46	49 57	60 65	33 7	37 12	41 17	46 21	62 28
6.Вертикальная нагрузка на покрытие, Gk , 104 Н	1,55 4,13	2,12 2,51	2,78 2,47	2,73 1,89	2,74 3,50	2,56 2,19	3,91 3,78	4,23 4,03	4,26 4,74	3,03 4,24	5,46 2,13	2,83 2,68	3,48 3,37	2,77 4,38	2,62 4,01
7.Ширина беговой дорожки, b, см	28,5 33,5	28,0 27,0	34,0 32,0	33,5 27,5	29,0 37,5	32,0 31,5	36,5 35,5	34,5 34,0	31,0 40,5	39,5 36,5	35,0 28,0	30,0 28,0	38,5 34,5	30,0 33,5	33,0 37,5