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 .

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 .

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 макрошероховатость, чтобы она обеспечивала допускаемые значения коэффициента сцепления и в последний год службы .

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.

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
Легкие	1,5	1,0
Затрудненные	2,0	1,5
Опасные	3,5	2,5

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.

Исходные данные:

1. Район расположения дороги – Свердловская область.

2. Дорожно-климатическая зона – ΙΙ

3. Категория дороги – Iб

4. Условия движения – Лёгкие

5. Тип покрытия – асфальтобетон

6. Продольный уклон участка – 10 ^О/_ОО

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.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
Легкие	0,35	0,26
Затрудненные	0,40	0,28
Опасные	0,45	0,30

2) Определение коэффициента гидравлической шероховатости.

Коэффициент гидравлической шероховатости n определяют в зависимости от назначенной минимально допустимой макрошероховатости дорожной поверхности по графику (рис. 2.1) .

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.

2) Определяем коэффициент гидравлической шероховатости. По графику коэффициент гидравлической шероховатости (n) равен 0,009, так как высота выступа шероховатости (Δ) равна 0,4 мм.

3) Определяем интенсивность расчетного движения:

,мм/мин

где: А, В – климатические параметры района положения дороги. Для Свердловской области А=3; В=3,5;

N – вероятность появления расчетного дождя. Для Свердловской области равна 1,5.

,мм/мин

4) Определяем толщину водной пленки на покрытии:

,мм

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

n – коэффициент гидравлической шероховатости;

L – длина участка стока воды по покрытию, мм;

i – уклон стекания воды по покрытию, доли ед.

, м

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

i_ПР,i_ПОП – продольный и поперечный уклоны проезжей части дороги, доли ед.

м

доли ед.

мм

5) Определяем скорость начала глиссирования автомобильных шин:

, м/с

где: G_к – вертикальная нагрузка на колесо, Н;

r – 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 в зависимости от показателя Ψ .

При , К=205

, м/с

км/ч=7,56 м/с

Т.к. V_ГЛ > V_85% (32,16 >7,56), следовательно, минимально допустимая макрошероховатость дорожного покрытия удовлетворяет требованиям удаления воды из зоны контакта шины с покрытием.

K

200

160

120

0 0,5 1,0 1,5 Ψ

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

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

Если v_гл ³ 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_ск³ v 85 %-ной обеспеченности не достигается при макрошероховатости до 2,5 – 3 мм, необходимо ограничить скорость движения при мокром покрытии на рассматриваемом участке дороги.

Справочные данные для выполнения работы.

Ширина проезжей части для одного направления движения b₁. Для дорог 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‰.

III.Съезды автомобилей с дороги и наезды на препятствия.

Цель работы – определение характеристик съезда и наезда на препятствие.

Работа проводится на основе полученных теоретических и практических знаний при изучении дисциплины «Изыскание и проектирование автомобильных дорог». В качестве исходных данных используются: геометрические параметры автомобильной дороги (ширина проезжей части, ширина обочин, заложение откоса, средняя высота насыпи); транспортно-эксплуатационные (категория дороги, интенсивность движения, состав транспортного потока, расчетная скорость, допустимая скорость в сложных условиях, количество полос движения), параметры расчетного автомобиля (ширина кузова, колея, расстояние от переднего бампера до центра тяжести автомобиля).

При отсутствии данных составе транспортного потока, можно принять следующее распределение Т.С.: 20 – 30% легковые автомобили; 2 – 5% мотоциклы и другие 2 – х колесные Т.С.; 15 – 25% грузовые автомобили грузоподъемностью до 1 т; 20 – 30% грузовые автомобили грузоподъемностью 1 – 6 т; 10 – 20% грузовые автомобили грузоподъемностью > 6 т; 5 – 10% автобусы.

Анализируя продольный профиль автомобильной дороги, студент отмечает характерные участки, на которых возможна серьезная опасность возникновения ДТП средней и тяжелой тяжести (участки совмещения вертикальных кривых и кривых в плане; затяжные спуски с кривыми в плане; участки с необеспеченной видимостью, участки с кривыми малого радиуса; участки с резкими переломами продольного профиля; участки с высокой насыпью; участки в зоне действия искусственных сооружений, тоннелей, путепроводов и т.д.).В реальных условиях данные участки назначают при выполнении комплексной оценки обеспеченности расчетной скорости, оценки шероховатост

3. Съезды автомобилей с дороги и наезды на препятствие

I II

l_бок (l_оп)

l_бок (b_оп)

край проезжей

части b_куз

l_a

S

R

m

R

У_пр

f₁

f₂ = f₁ +l_оп

I II

Рис. 3.1. Расчетная схема для определения угла съезда Т.С. с дороги и вероятности наезда на препятствие.

Состав транспортного потока:

30% - легковые автомобили;

2% - мотоциклы и другие двухколесные транспортные средства;

25% - грузовые автомобили грузоподъемностью до 1 т;

20% - грузовые автомобили грузоподъемностью от 1 до 6т;

13% - грузовые автомобили грузоподъемностью свыше 6т;

10% - автобусы.

Определяем угол съезда с дороги αf₁

а) При направлении съезда с дороги во внешнюю сторону закругления.

α^Ιf₁=α^Ι+α₀-γ

где: α^Ι – угол, образующийся при движении транспортных средств на кривой съездов, град;

α₀ – угол, образующийся при движении транспортных средств по кривой в плане, отсчитываемый от центра кривой, град;

γ – угол между линией центра тяжести транспортных средств и передним бампером отсчитываемый от центра кривой съезда, град.

где: f₁ – расстояние от центра тяжести автомобиля до линии съезда с откоса насыпи, м;

b_КУЗ – ширина кузова автомобиля, м;

R_К – радиус кривой в плане, м;

R – радиус поворота по линии действия центра тяжести, м

, м

где: С – колея автомобиля, м;

m – расстояние от края проезжей части до препятствия, м;

У_ПР – Правый зазор безопасности, м.

У_ПР=А₁+А₂·V+А₃·V², м

где: А₁,А₂,А₃ – коэффициенты регрессии;

V – скорость свободного движения транспортных средств, км/ч.

У_ПР=1, 07 +0,00582·100+0,000017 ·100²=1,822 м

м

, м

где: q – коэффициент, учитывающий поперечную устойчивость автомобиля при диапазоне скоростей от 50-100 км/ч.

q=0,0084+0,00003·V+0,0001(0,1·V-4)^1,9=0,0084+0,00003·100+0,001(0,1·100-4)^1,9=0,014

м

где: R^Ι – радиус поворота автомобиля по линии капота транспортных средств, м;

– расстояние от линии капота до линии съезда с откоса насыпи, м.

м

м

где: L_ЦТ – расстояние от переднего бампера до центра тяжести транспортных средств, м.

α^Ιf₁=10^О54^Ι+2^О29^Ι-1^О51^Ι=11^О32^Ι

б) Угол съезда автомобиля в направлении внешней стороны закругления.

α^ΙΙf₁=α^Ι-α₀-γ=10^О54^Ι-2^О29^Ι-1^О51^Ι=6^О34^Ι

Определяем число отчетных съездов с дороги.

где: n_Б – число ДТП для базового участка дороги, ДТП/1млн.авт.км;

N_С – суммарная интенсивность движения, тыс. авт./сутки;

К₁ – коэффициент учитывающий ширину проезжей части обочины;

К₂ – коэффициент учитывающий состав транспортного потока и характеристики проезжей части.

где: q_Б – число ДТП для базовой интенсивности движения.

ДТП/1млн.авт.км

где: Кⁱ – коэффициент, учитывающий вероятность повлечения ДТП соответствующей группы транспортных средств: К^М=2,6; К^Л=1,95; К^ЛГ=1,05; К^СГ=1,05; К^ТГ=0,40; К^А=0,60.

nⁱ – для каждой группы транспортных средств в составе транспортного потока.

т.к. N_Д=1,02 между 0,81 -1,2 – участок по степени опасности – опасный.

Определяем число наездов на препятствие отдельно для каждого вида транспортных средств с последующим суммированием (для съезда налево с правой полосы, Р_М3).

где: Р_М3 – вероятность съезда автомобиля с проезжей части принимаются для выбранной траектории съезда с учетом дорожных условий;

- вероятность наезда на препятствие.

где: е – основание натурального логарифма;

m – расстояние от края проезжей части до препятствия, м.

Расстояние между центрами опор определяем по формуле (прямоугольная форма препятствия):

, м

где: L_А – проекция ширины кузова автомобиля на линию 1-1 по траектории движения, м;

L_ОП – ширина опор, м;

L_БОК – проекция боковой стороны опоры на линию 1-1 по траектории движения, м.

м

м

В зависимости от S, b_оп,l_бок, d_оп и f₁ принимается число препятствий, с которыми может столкнуться автомобиль:

- удар только в одно препятствие возможен при выполнении неравенства – 0 ≤ b ≤ S - L_оп - L_бок;

4.Определение дислокации дорожных знаков на автомобильной дороге при составлении схемы обустройства автомобильной дроги.

Цель работы и исходные данные.

Студенту на практическом занятии предлагается построить схему дислокации дорожных знаков для обеспечения управления безопасностью движения автомобильного транспорта а основе разработанного продольного профиля автомобильной дороги в процессе обучения по дисциплине «Изыскания и проектирование автомобильных дорог». Назначение дислокации дорожных знаков осуществляется на основе нормативных требований ГОСТ 10807 – 78 и ГОСТ 23457 – 86 .

Исходные данные.

Продольный профиль автомобильной дороги (проектные и фактические данные продольного профиля и плана трасы, характеристика придорожной полосы, наличие съездов и пересечений). Основные транспортно-эксплуатационные характеристики (скорость движения, состав транспортного потока, видимость в плане и профиле и т.д.).

Основные требования к установке дорожных знаков.

1. Знаки должны быть установлены с видимостью в светлое время суток не менее 150 м.

2. В одном поперечном сечении дороги допускается устанавливать не более трех знаков без учета дублирующих и знаков дополнительной информации (табличек).

3. Расстояние между знаками по длине дороги должно быть не меньше рассчитанного на практическом занятии «Съезды автомобилей с дороги и наезды на препятствия».

Методика выполнения работы.

Проектирование системы дислокации дорожных знаков производится по принципу «от общего к частому». Сначала проектируются указательные знаки, передающие водителю общие сведения, затем последовательно проектируют знаки, сообщающие предупреждающую и запрещающую информацию.