Классификация автомобильных дорог. Общие понятия о дорогах.

1. УЧЕБНЫЙ МАТЕРИАЛ 2.1. Общие понятия о дорогах Автомобильные дороги представляют собой комплекс инженерных сооружений для непрерывного, удобного и безопасного движения автомобилей с расчетной нагрузкой и установленными скоростями. В этот комплекс входят: земляное полотно, дорожная одежда, мосты, защитные сооружения, здания и сооружения автосервиса, дорожных и автотранспортных служб. Параметры элементов дороги подразделяют на 2 вида: - постоянные; - переменные. К постоянным параметрам относят ширину проезжей части, длину прямых и кривых участков, крутизну подъемов и спусков, высоту насыпей и др. Степень соответствия постоянных параметров автомобильной дороги нормативным требованиям называют техническим уровнем дороги. К переменным параметрам относят характеристики дороги, изменяющиеся под воздействием транспортных средств и метеорологических условий, таких как: прочность дорожной одежды, состояние поверхности дорог, сцепные качества, ровность покрытия, состояние разметки. Степень соответствия переменных параметров дороги нормативным требованиям называют эксплуатационным состоянием дороги. Потребительскими свойствами дороги называются транспортно-эксплуатационные качества (ТЭК АД), которые непосредственно отвечают интересам пользователей и оцениваются транспортно-эксплуатационными показателями. К потребительским свойствам АД относят: - обеспеченная скорость движения по АД; - пропускная способность АД; - безопасность движения; - допустимая осевая нагрузка и грузоподъемность (или общая масса) автомобилей и автопоездов и др. От транспортно-эксплуатационных качеств дороги зависят технико-экономические показатели работы автомобильного транспорта на данной дороге (ТЭП АД). К ТЭП АД относятся: - себестоимость перевозок; - расход топлива и др. 2.2. Классификация автомобильных дорог Классификация автомобильных дорог: Европейские маршруты — часть единой европейской транспортной системы, имеют префикс E и номер, частично совпадают с участками федеральных автомагистралей. Автомобильные дороги федерального значения — имеют префикс M и номер, финансируются из федерального бюджета. Автомобильные дороги регионального значения — имеют префикс A и номер, финансируются из бюджетов субъектов федерации. Автомобильные дороги межмуниципального значения — имеют префикс P и номер, финансируются из муниципальных бюджетов. Прочие дороги местного значения — имеют префикс H и номер. Перечень автомобильных дорог общего пользования федерального значения, а также перечень автомобильных дорог, необходимых для обеспечения обороны и безопасности Российской Федерации (имеющих оборонное либо специальное значение), утверждается Правительством Российской Федерации. В настоящее время, с 28 сентября 2009, года действуют «Правила классификации автомобильных дорог в Российской Федерации и их отнесения к категориям автомобильных дорог», утверждённые постановлением Правительства России от 28 сентября 2009 г. № 767. В этом стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями: Техническая классификация автомобильных дорог — разделение множества автомобильных дорог по классификационным признакам на классы и категории: Класс автомобильной дороги — характеристика автомобильной дороги по условиям доступа на неё. Категория автомобильной дороги — характеристика, отражающая принадлежность автомобильной дороги соответствующему классу и определяющая технические параметры автомобильной дороги. Доступ на автомобильную дорогу — возможность въезда на автомобильную дорогу и съезда с неё транспортных средств, определяемая типом пересечения или примыкания. Классы автомобильных дорог. Автомобильные дороги по условиям движения и доступа на них транспортных средств разделяют на три класса: 1. Автомагистраль, 2. Скоростная дорога, 3. Дорога обычного типа (нескоростная дорога). К классу «автомагистраль» относят автомобильные дороги: имеющие на всем протяжении многополосную проезжую часть с центральной разделительной полосой; не имеющие пересечений в одном уровне с автомобильными, железными дорогами, трамвайными путями, велосипедными и пешеходными дорожками; доступ на которые возможен только через пересечения в разных уровнях, устроенных не чаще, чем через 5 км друг от друга. К классу «скоростная дорога» относят автомобильные дороги: имеющие на всем протяжении многополосную проезжую часть с центральной разделительной полосой; не имеющие пересечений в одном уровне с автомобильными, железными дорогами, трамвайными путями, велосипедными и пешеходными дорожками; доступ на которые возможен через пересечения в разных уровнях и примыкания в одном уровне (без пересечения потоков прямого направления), устроенных не чаще, чем через 3 км друг от друга. К классу «дороги обычного типа» относят автомобильные дороги, не отнесённые к классам «автомагистраль» и «скоростная дорога»: имеющие единую проезжую часть или с центральной разделительной полосой; доступ на которые возможен через пересечения и примыкания в разных и одном уровне, расположенные для дорог категорий IB, II, III не чаще, чем через 600 м, для дорог категории IV не чаще, чем через 100 м, категории V — 50 м друг от друга. Категории автомобильных дорог. Автомобильные дороги по транспортно-эксплуатационным качествам и потребительским свойствам разделяют на категории в зависимости от: количества и ширины полос движения; наличия центральной разделительной полосы; типа пересечений с автомобильными, железными дорогами, трамвайными путями, велосипедными и пешеходными дорожками; условий доступа на автомобильную дорогу с примыканий в одном уровне. Таблица 2.1 Категории автомобильных дорог Класс автомобильной дороги Категория автомобильной дороги Общее количество полос движения Ширина полосы движения, м Центральная разделительная полоса Автомагистраль IA 4 и более 3,75 Обязательна Скоростная дорога IБ 4 и более 3,75 Дорога обычного типа (нескоростная дорога) IB 4 и более1) 3,75 Обязательна II 4 3,5 Допускается отсутствие 2 или 33) 3,75 Не требуется III 2 3,75 IV 2 3,0 V 1 4,5 и более Кроме того, АД подразделяют по народнохозяйственному значению и административному подчинению: магистральные общегосударственного значения, в том числе для международного сообщения; магистральные республиканского значения для сообщения между областями и центрами республиканского значения; областного значения, обеспечивающие связь районов и крупны предприятий с областными центрами, станциями ж/д, пристанями; районного значения, связывающие районные центры, населенные пункты и крупные местные промышленные станции и пристани; городские дороги и дороги населенных пунктов; дороги промышленных предприятий и дороги предназначенные для внутрихозяйственных перевозок. 2.3. Транспортно-эксплуатационные показатели автомобильных дорог Транспортно-эксплуатационное состояние дороги характеризуется комплексом показателей, от которых зависит эффективность работы как АД, так и АТ. Выделяют 4 группы переменных во времени показателей: 1) Показатели, характеризующие транспортную работу АД; 2) Показатели, характеризующие технико-эксплуатационные качества дорожной одежды и земляного полотна; 3) Показатели, характеризующие общее состояние АД и условий движения по ней; 4) Показатели, характеризующие эффективность транспортной работы дороги. К показателям, характеризующим транспортную работу АД можно отнести: - интенсивность движения; - состав движения; - объем движения; - пропускную способность АД; - провозную способность АД; - скорость движения и др. Интенсивность движения (N) – количество автомобилей, проходящих через некоторое сечение дороги за единицу времени (час, сутки). Интенсивность движения может меняться в зависимости от времени суток, месяца, года. Объем движения – суммарное количество автомобилей, прошедшее через данный участок дороги за определенный период времени. Объем движения измеряют путем непрерывных наблюдений. Состав движения (р) – распределение в процентном соотношении всего транспортного потока по видам транспортных средств. Состав движения зависит от района расположения дороги, наличия промышленных предприятий, дня недели и сезона. Состав движения оказывает существенное влияние на выбор мероприятий по организации движения. Грузонапряженность дороги (брутто G) – суммарная масса грузов и ТС, прошедших по данному участку дороги в обоих направлениях в единицу времени. Измеряется в т/год или т/мес. Грузонапряженность дороги (нетто) – общая масса грузов, перевезенных по данному участку дороги в обоих направлениях в единицу времени. Показатели грузонапряженности чаще всего применяют для оценки работоспособности дорожной одежды. Пропускная способность АД (Р) – максимальное количество автомобилей, которое может пропустить данный участок дороги в единицу времени. Обычно измеряется в авт/час. Этот показатель является важнейшим при проектировании поперечного профиля и геометрических элементов дороги. Провозная способность дороги (М) – максимальная масса грузов или количество пассажиров, которые могут быть перевезены через данный участок дороги в единицу времени. Измеряется в пасс/ч или т/ч. Уровень загрузки дороги (z) – отношение интенсивности движения к пропускной способности рассматриваемого участка дороги. Этот показатель является одним из основных при расчете числа полос движения. Кроме того, важнейшим качественным показателем транспортной работы АД и ее состояния является скорость движения. Различают несколько видов скоростей. Расчетная скорость – максимальная безопасная скорость движения одиночного автомобиля на сухом покрытии при достаточных условиях видимости. Значение расчетной скорости устанавливается на основании технико-экономических расчетов. Конструктивная скорость – максимальная скорость, развиваемая автомобилем данной конструкции. Эта скорость зависит от типа автомобиля и удельной мощности его двигателя. Мгновенная скорость – это фактическая скорость, измеренная в конкретных створах дороги, поэтому это обычно скорости движения одиночных автомобилей. Значение мгновенной скорости характеризует фактические условия движения в конкретном месте дороги и в данный момент времени. Техническая скорость - показывает среднюю на данном маршруте скорость без учета задержек, которая определяется в основном размерами геометрических элементов дороги. Оптимальная скорость - обеспечивает наиболее эффективные условия работы дороги и АТ, а также благоприятные условия для водителей. Нормируемые скорости – это значение скоростей, принимаемые при технических или технико-экономических расчетах. Расчетная скорость является одной из разновидностей нормируемой скорости. К показателям, характеризующим технико-эксплуатационные качества дорожной одежды и земляного полотна относят: - прочность дорожной одежды и земляного полотна; - ровность и шероховатость покрытия; - сцепление шины с покрытием; - износостойкость покрытия; - работоспособность дорожной одежды. Прочность дорожной одежды – характеристика несущей способности дорожной одежды, рассматриваемой конструкции. Оценивается модулем упругости (МПа). Шероховатость – наличие на поверхности покрытия малых неровностей, не отражающихся на деформации шины и обеспечивающих повышения коэффициента сцепления. Ровность – качественное состояние поверхности проезжей части, обеспечивающее высокие транспортно-эксплуатационные свойства дороги (комфортабельность, безопасность). Оценивается по сравнению с установленной нормой колебаний по высоте в поперечном и продольном профилях. Измеряется по размеру просвета между поверхностью покрытия и рейкой в продольном и в поперечном направлениях или с помощью специальных приборов; при использовании толчкомера, суммирующего сжатие задних рессор автомобиля на пути в 1 км. Ровность измеряют в сантиметрах на километр. Коэффициент сцепления шины с дорожным покрытием – показатель, характеризующий сцепные качества дорожного покрытия. Представляет собой отношение окружного тягового усилия на ободе ведущего колеса к вертикальной нагрузке на колесо, при котором начинается проскальзывание (пробуксовывание) колеса. Работоспособность дорожной одежды – эксплуатационный показатель дороги, показывающий суммарную массу пропущенных по дороге транспортных средств между капитальными ремонтами в брутто тоннах. Износостойкость – показатель, характеризующий сопротивляемость дорожных покрытий воздействию автомобильного движения, измеряется в мм/год. К показателям, характеризующим общее состояние автомобильной дороги относят: - надежность; - проезжаемость; - срок службы; - относительную аварийность и безопасность; Надежность – показатель, характеризующий вероятность безотказной работы. Проезжаемость – возможность движения по дороге с заданной скоростью в различные периоды года. Показатели аварийности и безопасности дороги подробно рассмотрены в л/р № 4. Обеспеченность видимости на дороге – показатель, характеризующий количество участков с необеспеченной видимостью по отношению к протяженности дороги (в %). Показатели, характеризующие эффективность транспортной работы дороги включают в себя: - себестоимость перевозок; - транспортную составляющую себестоимости перевозок; - дорожную составляющую себестоимости перевозок; - потери от ДТП. Себестоимость перевозок – показатель эффективности работы АТ в рассматриваемых условиях (т/км). Дорожная составляющая себестоимости перевозок- условный показатель, характеризующий долю расходов на ремонт и содержание дорог в общей себестоимости. Транспортная составляющая себестоимости перевозок – условный показатель, характеризующий расходы АТ по обеспечению перевозок грузов и пассажиров. Потери от ДТП – показатель, характеризующий потери народного хозяйства страны от гибели и ранения людей, порчи грузов и автомобилей. 2.4. Элементы дороги и дорожные сооружения Элементы плана дороги. Автомобильная дорога как симметричное инженерное сооружение имеет геометрическую ось. Положение геометрической оси дороги на земной поверхности называется трассой. В силу ряда причин (рельеф местности, водные преграды, сельскохозяйственные угодья) трасса постоянно меняет свое направление в плане и профиле и представляет собой пространственную линию. Графическое изображение проекции трассы на горизонтальную плоскость, выполненное в уменьшенном масштабе называется планом трассы. План трассы состоит из прямолинейных и криволинейных участков, каждый из которых имеет свои характеристики. Характеристики прямолинейных участков дороги: 1) длина участка; Установлено, что оптимальной является длина прямолинейных участков дороги 4-4,5 км. Это связано с тем, что движение по длинным прямым сопряжено с прогрессирующей усталостью, притуплением внимания, потерей контроля за скоростью, что ведет к повышенной аварийности. 2) румб. Румбом называется угол (в пределах 900), образуемый между линией трассы и северным или южным меридианом, проходящим через начальную точку участка. Румб также влияет на безопасность движения. Считается, что дороги, проложенные в направлении с запада на восток или с востока на запад, более опасны, чем проложенные в других направлениях. Характеристики криволинейных участков: 1) угол поворота; Углом поворота называется угол между прежним и новым направлением трассы. Углы поворота изменяются в пределах от 0 до 1800 и различаются по направлениям: вправо и влево. 2) радиус кривой; На криволинейных участках действует ряд отрицательных факторов, таких как: возможность опрокидывания и заноса, усложненное управление, пониженная комфортабельность вследствие действия центробежной силы, а также деформирование и износ шин, повышенный расход топлива. Кроме того, на криволинейных участках ухудшается видимость дороги в дневное и ночное время. Действие приведенных отрицательных факторов тем сильнее, чем меньше радиус кривой в плане. Рекомендуемый радиус кривой в плане не должен быть меньше 3000 м, при этом условия движения практически не отличаются от условий на прямолинейных участках. При неблагоприятных для проложения трассы условиях допускается отклонение от рекомендуемых радиусов кривых, но не ниже установленных нормативами. Таблица 2.2 Наименьшие радиусы кривой в плане Категория дороги Расчетная скорость, км/ч Наименьший радиус кривой, м. l 150 1200 ll 120 800 lll 100 600 lV 80 300 V 60 150 При этом должны быть обеспечены минимально допустимые расстояния видимости поверхности дороги на кривых в плане. Таблица 2.3 Расстояние видимости поверхности дороги в зависимости от радиуса кривой Радиус кривой в плане, м Расстояние видимости поверхности дороги при ширине проезжей части, м 6,0 7,0 7,5 > 9 100 100 115 120 120 150 120 140 160 180 200 130 160 180 200 250 140 170 200 240 300 160 190 220 250 400 175 220 250 250 500 190 240 250 250 600 200 250 250 250 800 220 250 250 250 1000 250 250 250 250 Основные элементы поперечного профиля дороги. Поперечным профилем дороги - называется изображение сечения ее вертикальной плоскость, перпендикулярной к оси дороги. Профиль дороги представлен такими основными элементами, как: 1) ось дороги (если проезжая часть одна, то она же ось проезжей части); 2) проезжая часть; 3) кромка проезжей части; 4) обочина; 5) откос канавы; 6) дно канавы. Проезжая часть представляет собой полосу дорожной одежды, ограниченную кромками. Дорожная одежда располагается на земляном полотне. Дорожная одежда представляет собой укрепленную часть автомобильной дороги. В общем случае дорожная одежда состоит из нескольких конструктивных слоев. Верхний слой – покрытие, воспринимает атмосферные воздействия и нагрузку от подвижного состава. Это наиболее ответственная часть дорожной одежды, состоящая из слоя износа и основного слоя. Слой износа – это восстанавливаемый в процессе эксплуатации слой, который может отсутствовать. Покрытие обеспечивает необходимые эксплуатационные качества дороги: ровность, износостойкость, прочность, высокий коэффициент сцепления. Кроме того, покрытие способствует удовлетворению санитарно-гигиенических требований, т.е. легкости удаления пыли, грязи, бесшумности движения. Основание дорожной одежды является несущей нижней частью конструкции (устраивается из каменных материалов или грунта, обработанного вяжущими материалами). Основание может состоять из нескольких слоев (верхний, нижний и дополнительный). Дополнительный слой основания состоит из одного или нескольких слоев и является элементом конструкции дренирующим, теплоизоляционным, антипучинным и гасящим вибрации от воздействия ПС. Через дополнительный слой основания нагрузка передается на грунт. Отдельные слои одежды могут отсутствовать в зависимости от необходимой прочности. Третий слой дорожной одежды – грунт земляного полотна представляет собой тщательно уплотненные верхние слои земляного полотна. ТЭК дорожной одежды определяются в первую очередь видом покрытия. Дорожные одежды в зависимости от вида покрытия делятся на три типа: 1) Усовершенствованные - капитальные (цементобетонные и асфальтобетонные); - облегченные (дегтебетонные, могут быть из щебня и гравия, обработанных вяжущим). 2) Одежды переходного типа (щебеночные и гравийные). 3) Низшие покрытия (грунты, укрепленные или улучшенные добавками). Элементы продольного профиля дороги. Продольным профилем дороги называют развернутую в плоскости чертежа проекцию оси дороги на вертикальную плоскость. Продольный профиль характеризует крутизну отдельных участков дороги, измеряемую продольным уклоном и расположение ее проезжей части относительно поверхности земли. Продольный уклон дороги является одной из важнейших характеристик транспортных качеств АД. Естественные уклоны местности часто превышают для эффективного использования автомобилей. В таких случаях уклон дороги делают более пологим, чем уклон поверхности земля, срезая часть грунта на возвышенностях или, наоборот, подсыпая его в местах перехода через пониженные участки рельефа. Места, где поверхность дороги в результате срезки грунта расположена ниже поверхности земли, называют выемками. Участки, где дорога проходит выше поверхности земли по искусственно насыпанному грунту называют насыпями. При высоте насыпей менее 1 м говорят, что дорога проходит в «нулевых» отметках. Из-за устройства насыпей и выемок отметки дороги не совпадают с отметками поверхности земли. Разница между отметкой поверхности земли по оси дороги и отметкой бровки дороги, определяющая высоту насыпи или глубину выемки называют рабочей отметкой. В качестве основных элементов продольного профиля дороги следует отметить: горизонтальные участки, характеризуемые длиной; подъемы и спуски, характеризуемые длиной и крутизной. Крутизна подъемов и спусков выражается тангенсом угла, образуемого осью дороги на данном участке и горизонтальной поверхностью. Эта величина называется продольный уклон и выражается в тысячных долях – промилле. С одной стороны уклоны продольного профиля могут ограничивать скорость движения автомобиля, вызывают увеличение расхода топлива при выполнении перевозок. Поэтому для достижения наиболее высоких показателей работы автомобилей продольные уклоны должны быть как можно более пологими. С другой стороны, строительство дорог с пологими продольными уклонами приводит к увеличению объема земляных работ, т.е. к возрастанию стоимости строительства. Поэтому при подходе к нормированию продольных уклонов в расчет принимаются суммарные затраты народного хозяйства, включающие стоимость строительства и эксплуатационные затраты на выполнение перевозок.. оптимальным будет такое значение продольного уклона, которому соответствует минимум суммарных затрат. СНиП 2.05.02-85 предписывается, когда по условиям местности это технически возможно и экономически целесообразно, назначать продольные уклоне не более 30 промилле. В иных случаях устанавливаются следующие наибольшие продольные уклоны при разных расчетных скоростях. Таблица 2.4 Наибольшие продольные уклоны на дорогах Категория дороги Расчетная скорость, км/ч Наибольший продольный уклон, l 150 30 ll 120 40 lll 100 50 lV 80 60 V 60 70 V 50 80 V 40 90 В особо трудных условиях при соответствующем обосновании разрешается увеличивать продольный уклон, но не более чем на 20 промилле против норм, приведенных в таблице 4. 2.5. Взаимодействие дороги и автомобиля Разрушающее воздействие автомобиля на дорогу Силы, передающиеся на дорожную одежду при движении автомобиля, оказывают разрушающее воздействие на дорогу. Под воздействием вертикальных сил происходит упругая деформация дорожной одежды. Повторное их действие на один и тот же участок дороги приводит к возникновению явлений усталости, появлению трещин и разрушению дорожной одежды. К характерным повреждениям дорожной одежды от действия вертикальных сил можно отнести: Выбоины – местные разрушения покрытия глубиной от 20 до 100 мм и более с резко очерченными краями. Они возникают прежде всего из-за недостаточной связи между минеральными органическими материалами, недоуплотнения покрытия, загрязнения, а также использования недоброкачественных материалов; Волны и гребенки – неровности в виде поперечных гребней и впадин с пологими краями. Они формируются в местах торможения автомобилей практически на всех типах покрытий, кроме цементобетонных. Основная причина волнообразования - излишняя пластичность материала, избыток вяжущего, недостатки уплотнения, а также систематическое воздействие на покрытие автомобилей одинаковой массы при одинаковой скорости; Просадки – впадины глубиной 50-100 мм и более с пологой поверхностью, но без выпучивания и образования трещин на прилегающих участках. Одной из причин появления просадки может быть проезд тяжелых автомобилей, на которые дорожная одежда не была рассчитана; Проломы – разрушение одежды в виде более или менее длинных прорезей глубиной до 100 мм по полосам наката и выпучиваний сбоку проломов высотой 50-100 мм. Причиной появления проломов может быть переувлажнение и пластическое течение материала слоев основания и грунта или прорезание слоев одежды под действием вертикальной силы; Колеи – деформации и разрушения дорожной одежды в виде небольшого углубления по полосам наката. При интенсивном тяжелом движении колеи могут превратиться в проломы. Горизонтальные силы возникают вследствие ударов колес при наезде на неровности покрытия, трения шины о верхний слой покрытия, при движении по кривой в результате действия центробежной силы и также оказывают разрушающее действие на дорогу. К характерным повреждениям дорожной одежды от действия горизонтальных сил можно отнести: Шелушение – отделение чешуек и частиц материала; Выкрашивание –отделение зерен минерального материала из покрытия и образование мелких раковин глубиной до 20 мм.; Сдвиги – неровности, вызванные смещением материала покрытия при устойчивом основании, чаще всего образуются в местах торможения автомобилей; Разрушение стыков – обламывание кромок и выбивание заполняющей мастики. Основными причинами являются удары колес автомобилей, недоброкачественная цементобетонная смесь, неудовлетворительная нарезка и отделка швов. Здесь же необходимо отметить, что разрушительное действие на дорогу вертикальных сил значительно выше, чем горизонтальных. Предельные размеры отдельных повреждений (просадок, выбоин и т.п.) не должно превышать по длине 15 см, ширине – 60 см, глубине – 5 см.\ Сопротивление качению. Сила тяги, развиваемая двигателем на ведущих колесах автомобиля, расходуется на преодоление сил сопротивления движению. В наиболее общем случае ускоренного движения на подъем на автомобиль действую следующие силы сопротивлений: сопротивление качению (трение качения), сопротивление движению на подъем, сопротивление воздуха, инерционные силы самого автомобиля и вращающихся масс его механизмов, возникающие при изменении скорости движения. Сопротивление качению вызывается затратой энергии на деформацию шин и дороги. Эта сила всегда действует на движущийся автомобиль. На ровных цементобетонных и асфальтобетонных покрытиях основным фактором, определяющим сопротивление качению, является обжатие шин. На менее ровных покрытиях (щебеночных, гравийных, булыжных мостовых) добавляются наезды колес на неровности покрытия. На грунтовых дорогах сопротивление создается затратой усилий на деформирование шины и грунта при образовании колеи. При движении по дорогам с твердым покрытием сила сопротивления качению определяется следующим образом: (1) Где: - нагрузка на дорогу от отдельных колес, - соответствующие коэффициенты сопротивления качению. Рис. 1 Реальное сопротивление качению. Сопротивление качению зависит от ровности покрытия, скорости и эластичности шины. Однако при скоростях движения ниже 50 км/ч сопротивление качению возрастает настолько медленно, что коэффициент сопротивления качению можно считать практически постоянным. При скоростях выше 50 км/ч коэффициент сопротивления качению высчитывается в соответствии со скоростью движения. (Подробнее на лабораторном занятии). Сцепные качества покрытия. Тип покрытия, его прочность, ровность, шероховатость, наличие разрушений, трещин, влаги, пыли, грязи, снега или гололеда существенно влияют на коэффициент сопротивления качению колеса автомобиля и коэффициент его сцепления с покрытием. Коэффициентом сцепления () называется отношение тягового усилия на колесе к вертикальной нагрузке на покрытие, при превышении которого начинается пробуксовывание ведущего колеса или проскальзывание заторможенного. В зависимости от направления сдвигающей силы, действующей на колесо, различают два вида коэффициента сцепления: - коэффициент продольного сцепления, соответствующий началу проскальзывания заторможенного или пробуксовыванию движущегося колеса при качении или торможении без действия на колесо боковой силы. Его используют при вычислении пути, проходимого автомобилем при экстренном торможении и при оценке возможности трогания автомобиля с места. Коэффициент поперечного сцепления – поперечная составляющая коэффициента сцепления при смещении ведущего колеса, катящегося под воздействием боковой силы под углом к плоскости качения, когда колесо, вращаясь, скользит вбок. Характеризует устойчивость автомобиля при проезду кривым малых радиусов. На сцепные качества покрытия, а соответственно и величину коэффициента сцепления, существенное влияние оказывают такие показатели, как: шероховатость (различают макрошероховатость – неровность поверхности покрытия, которая нормируется и микрошероховатость – собственная шероховатость частиц каменного материала), состояние покрытия, ровность покрытия, температура воздуха. Под действием влажности воздуха, осадков и других метеорологических факторов, а также в зависимости от интенсивности движения, уровня содержания и вида покрытие может находиться в различном состоянии. Сухим считают покрытие, микроповерхность материала которого не имеет сплошной пленки воды. Это наблюдается при относительной влажности воздуха до 90 %. К влажным относят покрытия, микроповерхность которых покрыта сплошной пленкой связанной воды. Такое состояние покрытия наблюдается при относительной влажности воздуха 90-100 % и положительной температуре. При отрицательной температуре в этих условиях образуется микрогололед. Мокрым считается покрытие, на микроповерхности материала которого имеется слой свободной воды. К заснеженному относят покрытие с наличием рыхлого снега на поверхности; снежный накат – наличие слоя снега, уплотненного колесами автомобилей; гололедица – все виды зимней скользкости на поверхности дороги. 2.6. Условия движения по автомобильным дорогам Метеорологические факторы являются неопределенными показателями, которые оказывают существенное влияние на условия движения по АД. Состояние покрытия меняется в зависимости от периода года. Выделяют 3 вида периодов: - зимний; - летний; - переходный. Зимний – это период начала образования устойчивого снежного покрова до его схода, который характеризуется устойчивой температурой воздуха ниже 0 град. На большей части территории России этот период является самым длительным. В этот период состояние покрытия меняется в широких пределах: от сухого и чистого до покрытого слоем сухого рыхлого снега (заснеженное), мокрым снегом или ледяной коркой. Летний период характеризуется увеличением количества осадков, но сокращение их продолжительности. Состояние покрытия в этот период чаще всего сухое, также как и обочины. Переходный – весенне-осенний период с неустойчивой погодой, при которой наблюдаются осадки всех видов. Весенним считается период, характеризующийся повышением температуры от 0 до 15 град. Продолжительность этого периода от 30 до 60-80 дней. Осенний период характеризуется понижением температуры от 15 до 0 град. Состояние покрытия чаще всего мокрое, грязное с разрушенными обочинами. Наиболее удобные и безопасные условия движения автомобилей по дороге приняты за эталонные. Эталонными условиями называется сочетание параметров, которые обеспечивают благоприятные и безопасные условия движения с расчетной скоростью при оптимальном нервно-эмоциональном напряжении водителя. За эталонные условия для двухполосных дорог принято движение одиночного автомобиля на прямом горизонтальном участке с шириной проезжей части 7,5 м, укрепленной обочиной 2,5 м, видимостью встречного автомобиля 750 м, с шероховатым покрытием, коэффициент сцепления которого в мокром состоянии для шин с протектором не ниже 0,6. При этом погода сухая, время летнее, температура воздуха 20 град., ветер отсутствует. Любое ухудшение условий движения по сравнению с эталонными ведет к снижению максимально возможной или максимально допустимой скорости. Изменение ширины проезжей части и обочин по периодам года. Фактически используемая ширина проезжей части и обочин изменяется в широких пределах в зависимости от таких факторов, как: погодно-климатические условия, особенности земляного полотна и проезжей части, а также уровня содержания дороги. В летний период в основном сохраняются проектные параметры поперечного профиля дороги и проезд осуществляется по всей ширине покрытия, обочины сухие. В переходные периоды происходит изменение фактической ширины проезжей части в основном из-за загрязнения последней. При неукрепленных обочинах сокращение проезжей части из-за загрязнения достигает 0,6-1,2 м. На участках с укрепленными обочинами сокращение ширины проезжей части практически не происходит. Для зимнего периода характерно исчезновение четких очертаний границ земляного полотна и сглаживание его форм. На дорогах с хорошим зимним содержанием возможно улучшение условий движения по сравнению с летом. Это связано с тем, что фактически используемая ширина проезжей части становится равной 8-8,5м. Продолжительность различных состояний дороги. Каждый метеорологический фактор характеризуется вероятностью появления, продолжительностью действия и последействия. Продолжительность действия – это продолжительность самого метеорологического фактора (дождя, снегопада и т.д.). Продолжительность последействия – время с момента прекращения данного метеорологического фактора до прекращения или ликвидации его последствий на состояние дорог и условия движения (время просыхания поверхности дороги после прекращения дождя). Продолжительность последействия может быть получена путем наблюдений за состоянием дорог в различные периоды года. Последействие практически не обладают температура и влажность воздуха, ветер и туман. Средняя продолжительность действия метеорологических факторов: положительная температура воздуха – 4-6 часов, отрицательная температура воздуха – 10-12 часов, ветер - 8-12 часов, туман – 4-8 часов. 2.7. Зимнее содержание автомобильных дорог. Особенности проезда по автомобильной дороге зимой. Зимний период в России весьма продолжительный. На преобладающей части страны зимние осадки в основном выпадают в виде снега с образованием устойчивого снежного покрова, погодные условия зимнего периода суровы, они характеризуются низкой температурой воздуха, высокой скоростью ветра при метелях, большой частотой и длительностью метелей, низкие температуры способствуют большой подвижности снежного покрова, поэтому метели переносят огромное количество снега. Снегопады, метели и лавины образуют на дорогах снежныеотложения. При соответствующих погодных условиях зимой на дорогах появляются ледяные отложения разной толщины и структуры. В зимний период часты туманы. Помимо обычных туманов, образующихся при встрече холодного и теплого атмосферных фронтов, зимой в районах с устойчивыми низкими отрицательными температурами возникают морозные туманы, которые держатся по 5-8 суток и более. Видимость при таком тумане не превышает 100 м., а в отдельных случаях ограничивается 10 м. При снегопадах и метелях по мере накопления снега на покрытии скорость автомобилей сначала снижается, а потом движение прекращается совсем. В России максимальный дорожный просвет у автомобилей ограниченной проходимости составляет у грузовых автомобилей -220...300, у легковых - 170...210 мм. У автомобилей повышенной проходимости дорожный просвет 300...400, у легковых - 220...260 мм. При погружении автомобилей в рыхлый снег на глубину 1,5 дорожного просвета и более движение становится невозможным. Снежные отложения, образующиеся при снегопадах и метелях имеют разную толщину и плотность. Наименьшая толщина отложений бывает при спокойных (без ветра) снегопадах. Свежевыпавший снег недолго остается в рыхлом состоянии. Под влиянием колебаний температуры и под действием собственной массы снег оседает и плотность его повышается. Кроме того, в результате внутренних процессов снег, пролежавший некоторое время на дороге, превращается в твердую трудноразделимую массу. Если уплотнение снега происходило без надлежащего выравнивания, поверхность дороги покрывается снежными ухабами, а движение автомобилей по ней возможно лишь с малой скоростью вследствие сильной тряски. Образование ледяных отложений на поверхности дороги создает для автомобильного движения не меньшие трудности. При гололедице дорога становится скользкой, возрастает длина тормозного пути и увеличивается опасность заноса автомобилей вследствие уменьшения коэффициента сцепления шин с дорогой. Основная задача зимнего содержания - обеспечение бесперебойного, безопасного и удобного проезда автомобилей со скоростями, установленными для данной категории с одновременным поддержанием дороги в сохранности и благоустроенном состоянии. При этом необходимо максимально облегчить, ускорить и удешевить борьбу со снегом и льдом на дорогах. первоочередное внимание должно уделяться предупредительным мерам - недопущению образования на проезжей части снежных и ледяных отложений или скорейшему их удалению. Проезжую часть следует очищать от снега и льда, не допуская повреждения покрытий снегоочистителями. С дорог, имеющих усовершенствованные покрытия, а также некоторые покрытия переходного типа, снег необходимо удалять полностью с оставлением лишь тонкого выравнивающего слоя на обочинах.. С остальные покрытий снег полностью удалять нельзя. Разрешается оставлять выравнивающий слой толщиной 3-5 см. В районах с устойчивыми отрицательными температурами без зимних оттепелей или с редкими оттепелями снег иногда не удаляют, а уплотняют на покрытиях с толщиной уплотненного снега от 15 до 40 см и более в зависимости от интенсивности движения автомобилей. Этого делать не следует. В весенний период накопившийся на покрытии слой снега под действием положительных температур воздуха и солнечной радиации размягчается и теряет прочность. В результате дорога становится непроезжей. Удаление уплотненного слоя снега представляет значительные трудности, и период искусственно созданной распутицы может затянуться, что приведет к большим убыткам. Строительство временных зимних дорог (автозимников) и их содержание методом уплотнения снега широко практикуется в северных районах России. Однако трассы автозимников проходят вне пределов существующих дорог и пользование ими носит сезонный характер. Что касается дорог постоянного пользования (особенно с усовершенствованным покрытием), то снег с них необходимо удалять. Очищать дороги от снега нужно на всю ширину земляного полотна. Следует поддерживать поверхность дороги в ровном и обтекаемом для снеговетрового потока состоянии. Снежные валы, образующиеся при очистке, необходимо полностью удалять или разравнивать за бровкой земляного полотна. Факторы, влияющие на трудность зимнего содержания дорог. Под трудностью зимнего содержания следует понимать суммарную характеристику условий, в которых приходится вести борьбу со снегом ильдом на дорогах, чтобы обеспечить бесперебойный проезд зимой. От трудности зимнего содержания зависит потребность в затратах труда, материалов, энерго- и машиноресурсов, денежных средств на содержание дорог зимой. В свою очередь, трудность зимнего содержания зависит от большого количества факторов, которые можно объединить в три основные группы: природно-климатические, проектно-строительные и эксплуатационные. Метеорологические факторы - это продолжительность периода зимнего содержания дорог, метелевый режим, ветровой режим, температурный режим, количество и вид осадков, высота снежного покрова. Часть информации об этих факторах содержится в метеорологических справочниках, часть может быть определена расчетом по данным гидрометеослужбы, а часть определяется путем специальных измерений. От продолжительности периода зимнего содержания дорог зависят общий объем работ, их организация и суммарная величина материальных и денежных затрат на борьбу со снегом и льдом на дорогах. Метелевый режим в существенной мере определяет возможности образования снежных заносов на дорогах, их объем и характер. Ветровой режим - основной метеорологический фактору влияющий на снегазаносимость дорог. При ветрах, дующих вдоль дорог или под малыми углами к ним, снежные заносы образуются значительно реже, чем при ветрах, направление которых составляет ^направлением дорог прямой или близкий к нему угол. Ветры, имеющие высокую скорость, переносят много снега, вызывают опасность поломки снегозащитных устройств и затрудняют выполнение работ по снегоборьбе. Температурный режим определяет состояние снежного и ледяного покрова, условия работы машин и водителей. В районах, где зимой устойчиво держатся отрицательные температуры, снег обычно бывает сухим и сыпучим. Колебания температуры могут вызывать превращение снежных отложений в ледяные или привести их к таянию. Низкие температуры отрицательно влияют на работу тормозной системы, снижают упругость резиновых частей, ускоряют их износ, вызывают образование льда на ветровых стеклах и видовых зеркалах. Работоспособность водителей при низких температурах падает, организм постепенно охлаждается даже при наличии теплой одежды, снижается выносливость мышц, повышается нервное напряжение и утомляемость. От количества и интенсивности зимних осадков зависят состояние дорог и условия работы рабочих и машин. При большой интенсивности выпадения осадков ухудшается видимость (иногда до нескольких метров). Рыхлый слой снега вызывает снижение скоростей, ледяной слой снижает коэффициент сцепления. Высота снежного покрова влияет на снегозаносимость дорог. Снежный покров, накапливаясь на местности, по которой проложена дорога, сглаживает рельеф местности, как бы создавая новый рельеф. Растительность, как правило является фактором уменьшающим трудность снегоборьбы. Деревья и кустарники тормозят воздушный поток, гасят его скорость и препятствуют переносу снега. Растительность также способствует сползанию снега со склонов под действием силы тяжести. 2.8. Способы борьбы с зимней скользкостью Виды зимней скользкости. Все отложения снега и льда на покрытии можно подразделить на 4 вида: стекловидный лед, зернистый лед, твердый снег, рыхлый снег. Стекловидный лед - это прозрачная стекловидная корка льда плотностью 0,7.. .0,9 г/ куб. см. и толщиной до 3 мм. Относится к наиболее опасному виду. Коэффициент сцепления шин автомобиля со стекловидным льдом 0,08-0,15. Этот вид зимней скользкости образуется в случае выпадения дождя при отрицательной температуре, замерзания жидких атмосферных осадков при быстро наступившей оттепели (если земля не прогрелась) или при похолодании. Зернистый лед - имеет зернистое строение, шероховатую поверхность и включения воздушных пузырьков. Этот наиболее редкий вид отложений имеет матово-белый цвет, неравномерную толщину (до 10 мм) и плотность 0,5...0,7 г/куб.см. Образуется в основном при плотном тумане с ветром, когда температура воздуха колеблется около 0 градусов. Твердый снег (снежно-ледяной накат) - это самый распространенный вид отложений на проезжей части дороги. Коэффициент сцепления 0,2...0,25, толщина колеблется в широких пределах, плотность 0,3...0,6 г/куб.см. Рыхлый снег - это снежный слой, образующийся во время слабых и умеренных снегопадов в безветренную погоду. Плотность 0,06...0,2 г/куб.см. Рыхлый снег может быть сухим, влажным и мокрым. С повышением влажности воздуха плотность его растет. При содержании влаги более 20 % снег не поддается уплотнению, сохраняясь в виде мокрой кашицевидной массы. В остальных случаях на дороге неизбежно образуется накат. Способы борьбы с зимней скользкостью. Способы борьбы с зимней скользкостью подразделяются на 3 вида: 1) химический; 2) фрикционный; 3)тепловой. Химический способ заключается в использовании в качестве противогололедного материала химических веществ. Эти вещества обладают способностью плавить лед при широком диапазоне отрицательных температур. Наиболее пригодными для борьбы с зимней скользкостью являются соли хлористого натрия NaCl (поваренная соль), кальция (СаС12) и смесь хлористого натрия и хлористого кальция (пропорции 92:8 или 88:12), которые используются в твердом и жидком виде. Также используется хлористый кальций фосфатированный (ХКФ). Количество материала, распределенного на дороге зависит от физико-химических свойств вещества, температуры воздуха, объема снежных отложений. Фрикционный способ заключается в рассыпке по поверхности дороги фрикционного противогололедного материала. Таким материалом является, например, песок, высевки каменных материалов или шлак. Этот метод имеет ряд существенных недостатков: - требуется большое количество пескоразбрасывателей; • необходимо производить большие объемы работ по заготовке и распределению материалов; • при интенсивном движении автомобилей с большой скоростью фрикционные материалы быстро смещаются с проезжей части дороги к обочине. Эффективность борьбы с зимней скользкостью фрикционным способом несколько повышается при введении в фрикционный материал хлоридов в твердом и жидком виде (8-10 % от массы песка). Без добавок хлоридов фрикционные материалы могут периодически применяться на дорогах с низшими и переходными типами покрытий. Тепловой способ заключается в применении стационарных систем и устройств, обеспечивающих обогрев покрытия. Также могут применяться самоходные тепловые машины, принцип действия которых основан на использовании горячих выхлопных газов газотурбинных двигателей. Конструкция нагнетательных устройств и систем подразделяется на два типа: -с глубинным обогревом; -с поверхностным обогревом. Глубинный обогрев производится при помощи системы трубопроводов или электронагревательных тепловых линий, которые укладываются на глубине 30-50 мм от поверхности покрытия. В качестве теплоносителя применяется горячая вода, нагретый воздух, различные жидкости с низкой температурой замерзания и электроэнергия. Недостатки метода: -усложняется технология строительства дорог; -увеличиваются затраты на материалы; -при применении в качестве теплоносителя воды или пара возможна коррозия металла труб или их разрыв при замерзании воды. В силу этих недостатков тепловой способ не нашел широкого распространения. Этот метод используется ограниченно в основном в городских условиях и, в частности, для обогрева ступеней подземных переходов.