Методы и приборы оценки прочности дорожных одежд, ровности, шероховатости и сцепных качеств покрытий

Для оценки прочности дорожных одежд проводят полевые испытания, как правило, в расчетный неблаго­приятный по условиям увлажнения период года. Во II и III дорожно-климатических зонах это обычно апрель, когда происходит оттаива­ние грунта земляного полотна на глубину не более z_к = 0,75 z_пр (где z_np – глубина промерзания, м).

К полевым относят испытания ли­нейные и на контрольных точках. На каждом характерном участке, имею­щем одинаковые состояния покрытия по видам дефектов, конструкцию дорожной одежды, грунт земляного полотна, тип местности по условиям увлажнения, интенсивность движе­ния, назначают одну контрольную точку, на которой испытания начи­нают несколько раньше, чем линей­ные - в самом начале расчетного пе­риода.

Испытания на контрольных точ­ках осуществляют ежедневно, чтобы выявить закономерности изменения модуля упругости дорожной кон­струкции в расчетный период и при­вести результаты линейных испыта­ний, выполненных в различные дни, к сопоставимому виду.

Линейные испытания ведут равно­мерно вдоль обследуемой дороги по внешней полосе наката (1 — 1,5 м от кромки покрытия) по наиболее на­груженной полосе движения. Их на­чинают, когда по результатам испы­таний на контрольных точках станет видна общая тенденция увеличе­ния изо дня в день прогиба пок­рытия.

Характерный участок разделяют на отрезки длиной от 500 до 1000 м. На каждом отрезке проводят по 20 измерений, чтобы обеспечить доста­точную точность. Для дорожных одежд нежесткого типа, рассчитан­ных на работу в стадии упругих деформаций, методы оценки проч­ности основаны на измерении уп­ругого прогиба.

Методы измерения прочности одежд можно классифицировать: по условиям передачи нагрузок на одеж­ду через измеряемое устройство – статические и динамические; по ус­ловиям измерения прочности – диск­ретные с записью прогиба в одной точке и непрерывные с записью про­гибов при движении в автоматичес­ком режиме через некоторое рас­стояние, например 3-6 м.

К статическим относят метод штамповых испытаний и методы ис­пытаний колесом автомобиля, к ди­намическим - методы испытаний падающими, ударными или вибра­ционными нагрузками.

Большее распространение получил метод статического дискретного из­мерения прогиба под сдвоенным ко­лесом стоящего автомобиля с при­менением прогибомеров. В качестве нагрузки исполь­зуют автомобили марок МАЗ-200, -205, -500, -503 и др., относящиеся к группе А. Прогиб покрытия измеряют на полосе нака­та проезжей части по центру между скатами сдвоенного колеса автомобиля. В каждом месте выполняют два-три измерения через 5-10 м.

Разновидностью статического ме­тода является измерение упругого прогиба с помощью высокоточного нивелира, установленного на расстоя­нии около 5 м от испытуемого ме­ста. Прогиб покрытия фиксируют по светящейся точке-марке, укладыва­емой между сдвоенными колесами автомобиля.

В МАДИ разработана методика измерения прогиба одеж­ды с применением фотоэлектропрогибомеров с использованием лазер­ного луча.

В последние годы широкое рас­пространение получили дискретные методы динамического нагружения. В установках динамического нагружения (УДН) груз сбрасывается с определенной высоты на амортиза­ционное устройство из жесткой пру­жины или колеса. При этом создает­ся кратковременное (0,2-0,4 с) дина­мическое нагружение, близкое к на­грузке от движущегося автомобиля.

Для оценки ровности и сцепных качеств покрытий применяют сплош­ной или выборочный контроль.

Сплошной контроль осуществляет­ся с применением высокопроизводи­тельных передвижных лабораторий для обследования участков большой протяженности (более 1 км) при приемке построенных дорог в экс­плуатацию, перед выполнением и после каждого ремонта.

Выборочный контроль используют при оценке ровности и сцепных свойств покрытий на сравнительно коротких участках (менее 1 км), на которых в процессе визуального осмотра установлено наличие неров­ностей и скользкости; применяют как передвижные лаборатории, так и портативные приборы.

В мировой практике известно бо­лее 50 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 – разные толчкомеры, акселерометры; инерционного действия, динамичес­ки преобразующие продольный про­филь дороги – динамический преоб­разователь продольного профиля.

Кроме того, методы измерения ровности можно разделить на контактные и бесконтактные, дискретные и непрерывные, простые и с анализирующий ми устройствами.

Наибольшее распространение получил метод непосредственных дискретных измерений микро-профиля с помощью 3-метровой рейки с клином. Его применяют для контроля ровности при строитель­стве и для выборочного контроля ровности при эксплуатации дорог. Для повышения производительности вместо переносных применяют передвижные рейки типов ПКР-1, -3, а также многоопорные рейки - профилографы типа ПКР-4М или профилометры типа ПКР-5.

Из приборов импульсного действия широкое распространение полу­чил прибор косвенного измерения ровности покрытия – толчкомер.

Более совершенны приборы инерционного действия - прицепные ровномеры.

Они имеют измерительное колесо, пригруженное сравнительно тяжелой массой и совершающее совместно с ним колебания относительно общего центра. Перемещения системы колесо - масса служат характеристикой ров­ности.

Лаборатория КП-511 предназначена для измерения ровности и коэффи­циента сцепления. Она состоит из специально оборудованного авто­мобиля (типов УАЗ, РАФ, ЕрАЗ) и одноколесного прицепа с мягкой подвеской, на котором установлены датчики для измерения ровности и тормозной силы. Ровность измеряют во время про­езда с постоянной скоростью в 60 км/ч с допустимым отклонением ± 2 км/ч. По результатам измере­ния вычисляют средние отклонения и соответствующие им значения по­казателя ровности.

Шероховатость дорожного покры­тия можно измерять различными приборами, основанными на лазер­ном, ультразвуковом, стереофотограмметрическом и других методах, простейшими приборами типа иголь­чатого прибора Союздорнии ПКШ-4, а также методом песча­ного пятна. При применении микропрофилографа или игольчатого прибора ПКШ-4 шероховатость покрытия оценивают по средней высоте вы­ступов, среднему расстоянию между вершинами и углам при вершине выступов. На каждом участке на­мечают не менее трех створов на расстоянии 5-10 м друг от друга и в пределах каждого выполняют не ме­нее трех измерений (на наружной и внутренней полосах наката, на оси проезжей части). Микропрофилографом или прибором ПКШ-4 измеря­ют шероховатость в каждом месте дважды: первый раз при установке прибора вдоль оси дороги и вто­рой – перпендикулярно к ней. При расхождении в результатах более чем на 10% выполняют еще одно из­мерение, располагая прибор под углом 45° к оси дороги.

Для измерения шероховатости ме­тодом песчаного пятна из мерного стаканчика на покрытие высыпают горкой 25 или 50 см³ мелкозерни­стого песка. Линейкой или плоским диском распределяют песок по кругу до тех пор, пока нижняя плоскость линейки не начнет касаться высту­пов шероховатости и весь песок не заполнит впадин в покрытии. Затем измеряют диаметр круга по четырем взаимно перпендикулярным направлениям и определяют средне­арифметический диаметр, по кото­рому находят среднюю глубину впа­дин шероховатости (см).

Приборы для определения коэф­фициента сцепления шины с покры­тием могут непосредственно изме­рять коэффициенты сцепления или косвенно оценивать по данным о шероховатости покрытия. Для непосредственного измерения в поле­вых условиях широко применяют различные динамометрические те­лежки – одно- или двухколесные при­цепы. Определение коэффициента сцепления в этом случае основано на измерении динамометром или дина­мографом максимальной тангенци­альной реакции, возникающей в зоне контакта шины заторможенного ко­леса с покрытием.

Коэффициент сцепления измеряют на каждой полосе движения при скорости автомобиля-лаборатории в 60 км/ч путем полного затормаживания измерительного колеса прицепного прибора. Измерительное колесо должно быть оборудовано шиной размером 6,45-13 с внутренним давлением воздуха 0,17 МПа и, иметь протектор без рисунка. Вертикальная нагрузка на измерительное колесо должна составлять 3 кН. B момент измерения толщина водной пленки на покрытии должна быть не менее 1 мм.