4. Современные исследования износа дорожной одежды в скандинавских странах

4.1 Финляндия

В период 1982 – 1988 г.Lampinen (1993, [34]) изучал данные по температуре и атмосферным осадкам и измерял глубину колеи на финских автомобильных дорогах общей протяженностью от 8000 до 10000 км. Он исследовал факторы, влияющие на образование колеи, и определил их относительную значимость. Он также исследовал экономический аспект колейности и моделировал процесс образования колеи.

Исследования Lampinen показывают, что основной объем колеи (70- 80%) образуется вследствие износа шипованной резиной. Пластические деформации материалов дорожной одежды при движении тяжелых автомобилей создают 10-20% объема колеи. Обычно один тяжелый автомобиль образует такую же колею как 3 – 5 пассажирских автомобилей с шипованной резиной. В Финляндии с декабря по февраль шипованной резиной оборудуется 85-90% легковых автомобилей и менее 50% тяжелых автомобилей. Исходя из этих данных, Lampinen пришел к выводу о возможности частичного снижения колейности путем регламентации требований к шипованным шинам и ограничения сезона их разрешенного применения.

В период 1982-1988 г.г. колейность на финских автомобильных дорогах равномерно снижалось. Это снижение весьма велико. В 1982 г. средняя глубина колеи составляла 9,5 мм, а в 1988 г. только 5,9 мм. Снижение колейности обусловлено увеличением объемов перекладки верхнего слоя покрытий, а также внедрением эффективной системы управления содержанием дорожной одежды (PMS). Согласно требованиям PMS участки дорог с наиболее глубокой колеей должны своевременно перекрываться новым верхним слоем покрытия. Результаты измерений показали, что среднегодовой прирост колейности (увеличение площади поперечного сечения) составил около 487 мм2 на 1000 автомобилей ССИД. Среднегодовое увеличение глубины колеи составило около 0,36 мм на 1000 автомобилей ССИД. Один легковой автомобиль изнашивает за 1 км пробега около 24 г материала покрытия, а износ одним шипом – 100 микрограмм. Ежегодные издержки оцениваются суммой $35 млн.

Исследованиями на опытных участках дорог и лабораторными испытаниями установлено, что на образование колеи сильно влияет тип шипа (Lampinen, 1993, [34]). Износ является следствием удара шипа и соскабливания материала при выходе шипа из контакта с покрытием (напоминает работу дорожной фрезы). Энергия удара зависит от массы шипа и вертикальной скорости. Вертикальная скорость составляет 10 – 15 % скорости автомобиля и зависит от типа шины и размера выступа шипа над поверхностью протектора. Сила удара зависит от размера выступа шипа и конструкции шипа. На абразивный эффект также влияет скорость и стиль вождения автомобиля, т.е. движение по прямой или кривой, ускорение и торможение.

Дальнейшие исследования направлены на уточнение размера выступа и определение силы воздействия шипа (Lampinen, 1993, [34]). Часто можно встретить ссылки на оригинальные анализы, т.е. (Unhola, 1997, [58]), (Saarela, 1993, [47]), (Lampinen, 1993, [34]), (Kurki, 1998, [31]), выполненные Sistonen and Alkio (1986, [50]) c использованием метода “run-over”. Суть данного метода заключается в следующем. В асфальтобетонное покрытие заделывается металлическая рама. В раму вставляется фанерный лоток с 44 кернами цилиндрической формы, отобранными из скальной породы: 22 – из гранита и 22 из кварцита. Керны прочно закреплены от смещения. Пассажирский автомобиль с шипованной резиной проезжает по ним по 100 раз туда и обратно (всего 200 проходов). На переднеприводном автомобиле шипованная шина монтируется на передней оси, слева. Остальные шины – летние. Каменные образцы увлажняются, температура варьируется от 4 до 8 С0. Для объективного сравнения разных щебней износ измеряется общей потерей веса, которая переводится в объем (см3). Каждый из типов шипов массой 1,0, 2,3 и 4,1 г испытывался при скорости автомобиля 100 км/ч. В другом исследовании испытывались шипы массой 2,3 г. при скорости автомобиля 60, 80, 100 и 120 км/ч. Из рисунка 4.1.1 видно, что чем легче шип – тем меньше износ. Выявлено, что на износ сильно влияет тип каменного заполнителя (щебня). Влияние скорости движения на износ показано на рис. 4.1.2. Величина выступа шипа и сила его воздействия влияют на износ меньше, чем тип каменного заполнителя, масса шипа и скорость движения автомобиля (Sistonen and Alkio 1986, [50]).

Unhola (1995 и 1997b, [56, 59]) продолжил исследования, выполнявшиеся Sistonen и Alkio, применив аналогичную методику испытаний (метод “run – over”). Его исследования подтвердили, что в основном износ покрытия определяется массой шипа и типом каменного заполнителя. Также подтвердилось, что размер выступа и сила воздействия шипа не оказывают заметного влияния на износ. Исследования производились при скорости автомобиля 100 км/ч.

Износостойкость покрытия значительно повышается при увеличении размера крупной фракции щебня и процентного содержания фракции крупнее 8 мм. Удельная площадь минерального заполнителя должна быть по возможности меньшей (Lampinen, 1993, [34]).

Обобщив данные обширных наблюдений, выполненных при обследовании финских дорог в 1982-1988 г.г., Lampinen (1993, [34]) исследовал влияние погодных условий на образование колеи. Процесс образования колеи ускоряется (по сравнению с сухой поверхностью) при повышении влажности покрытия и снижении температуры ниже 0 С0. Влажность поверхности влияет на образование колеи сильнее, чем низкая температура.

Lampinen (1993, [34]) считает, что образование колей на покрытиях может быть снижено уменьшением количества ударных воздействий шипов (т.е. уменьшением количества автомобилей с шипованной резиной и уменьшением количества шипов, заделанных в протектор); снижением начальной колейности за счет совершенствования технологии устройства покрытий; совершенствованием конструкции шипов для снижения их абразивных свойств (при сохранении сцепных характеристик) и путем разработки типов покрытий менее чувствительных к образованию колеи.

В итоговом отчете, озаглавленном “Проектирование асфальтобетонных покрытий”, выполненном группой исследователей совместно с финской национальной нефтяной компанией (Saarela, 1993, [47]), констатируется, что наиболее важной характеристикой покрытия, влияющей на износ шипо- ванной резиной, является износостойкость асфальтобетона. К важнейшим факторам, влияющим на износ, относятся также интенсивность движения автомобилей и влажность поверхности покрытия. В некоторых случаях при проектировании следует учитывать скорость движения автомобилей и холодный климат.

Для определения износостойкости покрытия к воздействию шипован- ной резины применяются лабораторные испытания методом SRK (“SRK” me- thod). При испытаниях методом SRK три миниатюрные шипованные шины при температуре 5 С0 в течение двух часов вращаются на поверхности влажного образца асфальтобетона диаметром 100 мм, применяемого при проектировании асфальтобетонной смеси по Маршаллу. Показатель абразивного из- носа по методу SRK (SRK-value) оценивается по потере объема образца в см3 (Европейский стандарт 2000).

Используя показатель SRK можно определить срок службы покрытия при известной интенсивности движения. Наиболее важным фактором, влияющим на износ покрытия, является качество применяемого каменного заполнителя (рис. 4.1.3). Например, применение качественного щебня (при прочих одинаковых факторах) может обеспечить срок службы слоя покрытия 5 лет, плохого качества – 2 года.

Не рекомендуется выбирать щебень по его минералогическому составу т.к. в этом случае, в зависимости от процентного содержания разных минера- лов, пригодность щебня к применению в покрытии изменяется в широких пределах. Щебень должен выбираться по результатам лабораторных испытаний. Существует несколько методов испытаний щебня, однако основным, используемым в настоящее время в Финляндии методом лабораторных испытаний, является испытание в шаровой мельнице (Ball Mill Test), именуемое в США “Скандинавский метод испытания абразивного износа” (Nordic Abrasion Test) (Alkio, 2001, [1]). Образец каменного заполнителя (щебня) весом 1000 г. в течение одного часа вращается со скоростью 90 об./мин. в стандартной мельнице совместно с 7 кг стальных шаров диаметром 15 мм в присутствии примерно 2 л. воды. Испытанию подвергается щебень фракции 11,2 – 16 мм. Результат испытания (показатель Ball Mill Value) оценивается по процентному содержанию частиц мельче 2 мм, остающихся по окончании испытания. На рисунке 4.1.4 показана зависимость между результатами испытаний в шаровой мельнице и результатами испытаний методом SRK.

Установленные Финской Дорожной Администрацией нормативы применения результатов испытаний в шаровой мельнице (Ball Mill Value = Nordic Abrasion Value) приведены в таблицах 4.1.1 и 4.1.2 (Alkio, 2001, [1]). Каменный заполнитель (щебень) в зависимости от прочности подразделяется на четыре класса. Наиболее прочный щебень рекомендуется применять на дорогах с интенсивностью движения ССИД > 5000 авт./сут. при скорости движения более 60 км/ч и ССИД > 10000 авт./сут. при скорости движения менее 60 км/ч.

В Финляндии обычно применяется и другой метод испытания каменного заполнителя (Saarela, 1993, [47]). Доводится до разрушения керн из скальной породы, размещенный между двумя пирамидальными (угол 600, радиус 5 мм) головками. Головки изготовлены из стали с твердостью по Виккерсу более 1200. Индекс прочности при точечной нагрузке вычисляется из уравнения 4.1.1. Натурные испытания показали, что величина колейности коррелируется с величиной этого индекса. Проведение данного испытания входит в состав финских требований к асфальтобетонным покрытиям (Fin- nish Asphalt Pavement Specifications).

Уравнение 4.1.1:

PLI = (D/50)0,45F/D

где:

PLI = индекс прочности при точечной нагрузке, МПа;

В = диаметр керна;

F = разрушающая сила, N.

 

Таблица 4.1.1 Классификация качества каменного заполнителя
(щебня) (Alkio 2001 [1]).

Класс	I	II	III	IV
Показатель испытаний в шаровой мельнице	≤ 7,0	≤ 10,0	≤ 15,0	≤ 18,0

 

Таблица 4.1.2 Выбор качества минерального заполнителя (щебня) (Alkio 2001 [1]).

Класс	I	II	III	IV
Интенсивность (ССИД, авт/сут) на дорогах со скоростью движения >60 км/ч	> 5000	2500-5000	1500-2500	500-1500
Интенсивность (ССИД, авт/сут) на дорогах со скоростью движения <60 км/ч	> 10000	5000-10000	2500-5000	500-2500

 

Следующим по важности после качества минерального заполнителя фактором, влияющим на износ покрытия, является состав асфальтобетонной смеси. Результаты полевых испытаний показали, что покрытие из плотного мелкозернистого асфальтобетона с максимальной крупностью щебня 20 мм (АВ20) изнашивается на 10% быстрее, чем покрытие из ЩМА с крупностью щебня 16 мм (SMA16). По этой причине на дорогах с большой интенсивностью движения Министерство автомобильных дорог Финляндии (FINRA) рекомендует использовать ЩМА. Характеристики состава смесей АВ16 и SMA16 согласно Финским Нормам на Асфальтобетон 2000 (Finnish Asphalt Specifications 2000) приведены в таб. 4.1.3 и на рис. 4.1.5. На рис. 4.1.6 приведена зависимость между процентным содержанием в щебне частиц крупнее 8 мм и показателем абразивного износа (SRK-value), определенного методом SRK. Чем крупней щебень, применяемый в асфальтобетонной смеси, тем меньше износ.

Таблица 4.1.3 Характеристики состава смесей АВ16 и SMA16 (Финские Нормы на Асфальтобетон 2000)

	AB16	SMA16
Минимальное  содержание щебня, %	50-70	85
Битум	Пенетрация от 35/50 до 160/220 или ПМБ КВ65 или КВ75	Пенетрация от 35/50 до 100/150  или  ПМБ КВ65 или КВ75
Содержание  битума,  % по весу	От 5 до 6	От 6 до 7
Содержание  стабилизатора, % по весу	Не используется	0,3 – 0,5
Максимальная пористость, %	5	5

Битумное вяжущее не оказывает значительного влияния на износ. Применение более вязкого битума несколько увеличивает износостойкость. На величину износа непосредственно не влияет введение добавок в битумное вяжущее. Добавки обычно применяются для улучшения иных характеристик. Однако, в некоторых случаях, введение добавок может повысить износостойкость, т.е. в случаях, когда применяется щебень более крупной фракции, чем в типовой плотной асфальтобетонной смеси. Такую смесь можно изготовить, только вводя добавки. В качестве добавок могут применяться фибра, природный битум и полимеры. Введение полимерных добавок улучшает износостойкость в экстремально холодные зимы (Saarela, 1993, [47]).

Результаты натурных обследований 14 опытных автодорог подверг анализу Kurki (1998, [31]). Эти опытные дороги включали участки покрытий с разными характеристиками: тип щебня, зерновой состав, битумное вяжущее, адгезионная добавка, минеральный порошок, фибра, гилсонит и природный битум. В начале и конце каждой опытной дороги устраивался контрольный участок. Покрытия на контрольных участках устраивались из плотного асфальтобетона (AB20/IV) с максимальным номинальным размером частиц 20 мм. Применялся щебень из гранодиарита. В качестве битумного вяжущего использовался остаточный битум с пенетрацией 120, полученный при перегонке тяжелой арабской нефти. Поперечный профиль покрытия и глубина колеи измерялись профилометром. Величина износа оценивалась площадью (см2) или коэффициентом износа. Коэффициент износа определяется как частное от деления износа на опытном участке на средний износ двух контрольных участков. Износ также можно оценивать глубиной колеи, однако такой метод менее точен, чем оценка по площади износа или по коэффициенту износа.

Результаты испытаний показали, что по сравнению со средним износом за три зимы 1990-91, 91-92 и 92-93 г.г. износ покрытий за зиму 1996-1997 г.г. уменьшился на 20%. Это целиком объясняется переходом на легкие шипы. В 1997 г. резина с легкими шипами устанавливалась на 43% легковых автомобилей, в то время как в 1990 г. легкие шипы вообще не использовались. В холодные зимы износ был примерно на 10% меньше, чем в теплые. Во внутренних районах Финляндии, где климат холодней и суше, износ оказался меньше, чем в прибрежных.

Соотношение между площадью износа и глубиной колеи зависит от ширины дороги. Глубину колеи в зависимости от площади износа и ширины дороги можно определить из уравнений 4.1.2 – 4.1.5

Глубина колеи (мм) = 0,071 * площадь износа (см2) – 3 ширина

4.1.2

Глубина колеи (мм) = 0,089* площадь износа (см2) – 9 10 м >ширина > 6,5 м

4.1.3

Глубина колеи (мм) = 0,077* площадь износа (см2) – 8 ширина > 12 м

4.1.4

Глубина колеи (мм) = 0,071* площадь износа (см2) – 3 правая полоса многополосной дороги

4.1.5

Глубина колеи хорошо коррелируется с показателем износа, определенным методом SRK. Из этого следует, что на образование колейности сильно влияет качество каменного заполнителя (Kurki, 1998, [31]). Взаимозависимость между глубиной колеи и показателем SRK отражена в уравнении 4.1.6

Глубина колеи (мм) = 3.31 SRK + 8,14 (R = 0,80)

4.1.6
На опытных дорогах для конвертирования глубины колеи в показатель SRK было использовано уравнение 4.1.6. Затем было произведено сравнение результатов испытаний минерального заполнителя с конвертированным показателем SRK. Результаты сравнения подтвердили, что на опытных дорогах показатель испытания в шаровой мельнице (Ball Mill value) и индекс точечной нагрузки (Point Load Index) хорошо коррелировался с величиной износа в то время, как результат испытаний абразивного износа методом Лос- Анджелес – коррелировался хуже (Kurki, 1998, [31]).

Битумное вяжущее оказывает на износ покрытия значительно меньшее влияние, чем щебень. Это затрудняет оценку влияния вяжущего на износ. Однако установлено, что применение полимерно-битумного вяжущего повышает износостойкость примерно на 10 % (Kurki, 1998, [31]).

Минеральный порошок не оказывает влияния на износостойкость. Адгезионные добавки повышают износостойкость при применении некоторых видов щебня. Вопрос применения адгезионных добавок рекомендуется рассматривать как составную часть проектирования (подбора) состава смеси (Kurki, 1998, [31]).

(Kurki, 1998, [31]) разработал модель прогнозирования показателя SRK в зависимости от свойств материалов. Он сообщает, что модель хорошо коррелируется с результатами измерений на опытных дорогах.

Эта модель описывается уравнением 4.1.7.

SRK = G * B* (1,15 BM – 1,25 * PLI + 33,01)

4.1.7
где:

ВМ – показатель испытания в шаровой мельнице,

PLI – индекс точечной нагрузки,

G – поправочный коэффициент, учитывающий зерновой состав (уравнение 4.1.8) и В – поправочный коэффициент, учитывающий битумное вяжущее (В = 0,9 для полимерно-модифицированных вяжущих и 1,0 – для всех остальных).

G = 0,0069 * А + 0,004 *В + 0,496

4.1.8
где:

А = процент прохода через сито 8 мм,

В = процент прохода через сито 16 мм.

Влияние на износ интенсивности движения, скорости и климатических условий на опытных дорогах не исследовалось (Kurki, 1998, [31]).

Влияние на износ методов зимнего содержания дорог изучила Leppänen (1995 [34]). Согласно ее отчету обработка солью ускоряет износ покрытия шипованной резиной т.к. поверхность обработанного солью покрытия дольше остается влажной, чем необработанного и, поэтому, влажное покрытие изнашивается сильней, чем сухое. Кроме того, предотвращение зимней скользкости путем обработки солью создает проблемы коррозии и негативно влияет на качество грунтовой воды. Затраты $3,5 млн. на программу исследований совместного влияния шипованных шин и соли при зимнем содержании дорог можно считать целесообразными, т.к. убытки от ДТП – значительно превышают эту сумму.

4.2 Швеция

По данным отчета (Jacobson, 1997, [24]) износ покрытий в Швеции в 1975 г. составил 100 г/машино-км, а в 1995 г.– только 20 г/машино-км. Ис- следования показали, что к способствующим снижению износа факторам от- носятся: применение покрытий с более высокой износостойкостью снижает износ на 20 г/машино-км, применение ЩМА – на 20 г/машино-км, внедрение метода испытаний щебня в шаровой мельнице (Ball Mill Test) – на 10 г/машино-км и введение ограничений по максимально допускаемому весу шипов – на 30 г/машино-км. Применение более качественного щебня позволило снизить общий износ на 38%. Применительно к щебню к факторам, влияющим на износ, относятся процентное содержание крупного щебня и максимальный размер щебенок. К прочим, влияющим на износ покрытий факторам, относятся: степень уплотнения асфальтобетона, интенсивность движения и количество шипов на шине, скорость движения автотранспорта, ширина дороги, влажность поверхности покрытия, тип шипа, размер выступа и сила воздействия шипа. Износ мокрого покрытия значительно превышает износ сухого (в зависимости от типа щебня). Износ покрытия легкими шипами весом 0,7 – 1,0 г вдвое меньше, чем стальными шипами весом 1,8 г Jacobson (1997, [24]); Jacobson and Hornwall (1999, [25]).

Gustafson (1997, [19]) подтвердил, что в идеальном покрытии асфальтобетон должен включать прочно скрепленный вяжущим износостойкий щебень с наибольшим, по возможности, содержанием крупной фракции. Однако наибольшая фракция щебня должна быть ограничена размером 16 мм т.к. применение более крупной фракции увеличивает сопротивление качению и неприемлемо повышает шумность. В настоящее время Шведской Национальной Дорожной Администрацией (SNRA) принята концепция применения щебеночно-мастичных смесей из качественного щебня для устройства верхнего слоя покрытия на автомагистралях с высокой интенсивностью движения при скорости движения 90 – 110 км / ч.

В своей статье Gustafson, ссылаясь на работу Jacobson, констатирует, что ежегодный износ покрытий из ЩМА, приготовленного на высококачественном щебне, в настоящее время составляет от 0,2 до 2 мм, в то время, как при применении чуть менее качественного щебня ежегодный износ возрастает до 3 – 4 мм. При большой интенсивности движения износ покрытия шипованной резиной составляет около 50 – 70% общего износа. Gustafson также ссылается на исследования выполненные Carlsson, согласно которым износ покрытий, выполненных из качественного ЩМА, составляет около 6 г/машино-км, а износ покрытий из обычного плотного асфальтобетона на местном щебне 37 г/машино-км. В заключение Gustafson констатирует, что в конце 1980х годов глубокая колея была скорее правилом, чем исключением, а в начале 1990х стала, в основном, исключением в результате применения износостойких покрытий, использования менее травматичных шипов и введения правил применения шипованной резины.

Показатель износостойкости покрытий включен в состав действующих в Швеции функциональных требований к дорожной одежде (Safwat and Sterjnberg, 2003 [48]). При лабораторных испытаниях асфальтобетонных сме- сей применяется метод Пралля (Prall test). Требуемая величина показателя Пралля зависит от уточненной интенсивности движения (ССИД), см. таб. 4.2.1. Уточнение интенсивности движения (ССИД) производится введением поправочных коэффициентов, которые учитывают относительное количество автомобилей с шипованной резиной, скорость движения, поперечное распре- деление легковых автомобилей (по полосам движения) и методы зимнего со- держания.

Таб. 4.2.1 Шведские требования к величине показателя Пралля в зависимости от интенсивности движения (Safwat and Sterjnberg, 2003 [48])

Уточненная интенсивность (ССИД), авт / сут	Показатель Пралля, (см3)
> 7000	< 25
3500 – 7000	25 – 32
1500 – 3500	33 – 39
500 – 1500	40 – 50
< 500	не нормируется

При испытании методом Пралля образец цилиндрической формы (рис. 4.2.1) диаметром 100 ± 1 мм, толщиной 30 ± 1 мм выдерживается при темпе- ратуре 5 ± 2 С0 и затем в течение 15 минут обрабатывается отскакивающими от образца стальными шариками (40 шт) при скорости вращения 950 об / мин. Образец постоянно омывается водой для удаления из испытательной камеры частиц изношенного материала. Показателем Пралля (показателем абразивного износа) является уменьшение объема образца в см3. Он опреде- ляется из отношения разницы в весе сухого образца до и после испытания к объемной плотности образца (Европейский стандарт 2000).

Jacobson and Hornwall (1999, [25]) исследовали влияние шипованных шин на образование колейности на пяти опытных дорогах, имеющих слой износа из ЩМА или пористого асфальтобетона, и на шести контрольных участках – из плотного асфальтобетона или ЩМА. Поперечное сечение колей измерялось лазерным профилометром. Для сплошного обследования поверхностных дефектов применялось оборудование RST (Road Surface Tester) смонтированное на автомобиле. Восьмилетний мониторинг с 1990 до 1998 года показал, что износ покрытий шипованной резиной за эти годы значительно снизился. Это снижение Jacobson и Hornwall объясняют устройством более износостойких покрытий, применением высококачественных каменных заполнителей и использованием менее травматичной шипованной резины. Наибольшее влияние на износостойкость покрытий оказывает качество каменного заполнителя. Несколько меньше влияет содержание крупного щебня и применение легких шипов. Тип битумного вяжущего (обычное или ПМБ) не оказывает заметного влияния на износостойкость

Jacobson and Wågberg (2004, [27]) были разработаны модели прогнозирования колейности, формируемой шипованной резиной. Модели базируются на 10-летней работе, выполненной в 1990х годах Шведским Национальным Автодорожным НИИ (VTI). Разработанные модели состоят из трех частей:

• модель для вычисления величины износа в зависимости от количества автомобилей с шипованной резиной;
• модель для вычисления распределения износа поперек полосы движения (профиль износа);
• модель для вычисления ежегодных затрат, базирующаяся на стоимости материалов и сроке службы.

 

Установлено, что величина износа зависит от величины показателя испытаний в шаровой мельнице, размера максимальной фракции щебня, зерно- вого состава и относительной пористости. Разработано несколько моделей, две из которых представлены уравнениями 4.2.1 и 4.2.2.

Sd = 2,179 + KV * 0,167 – HALT4 * 0,047 + HM * 0,287 (R2 = 0,84)

4.2.1

Ss = 1,547 + KV * 0,143 – MS * 0,087 (R2 = 0,71)

4.2.2
где: Sd и Ss = относительный износ плотной асфальтобетонной смеси и ЩМА, соответственно;

KV = показатель испытания в шаровой мельнице;

HALT4 = содержание щебня крупней 4 мм;

HM = относительная пористость по Маршаллу;

MS = максимальная крупность щебня.

При использовании модели для вычисления срока службы покрытия очень важна информация о распределении величины износа поперек полосы движения (профиля износа) т.к. срок начала работ по текущему ремонту покрытия определяется глубиной колеи (Jacobson and Wågberg, 2004, [27]). Разработанные модели распределения износа поперек полосы движения базируются на распределении потока пассажирских автомобилей по полосам движения близкого к нормальному (гауссову). Стандартное отклонение распределения транспортного потока в поперечном направлении на дорогах с широкими полосами движения и на дорогах с обочинами примерно составляет 0,45 м, на дорогах с узкими полосами движения и многополосных скоростных дорогах и автомагистралях – 0,25 м. На дорогах с очень большой интенсивностью движения стандартное отклонение приближается к 0,20 м.

Комбинация этих двух моделей применена в компьютеризированной версии, используемой для прогнозирования глубины колеи, срока службы и ежегодных затрат. В программу водятся следующие данные:

• Свойства щебня: содержание фракции > 4 мм (%), номинальный размер крупной фракции (мм), показатель испытания в шаровой мельнице для крупной фракции.
• Параметры дороги и движения транспорта: шесть типовых поперечных сечений дороги с соответствующими стандартными отклонениями (мм), скорость движения (км/ч) в сочетании с соответствующими коэффициентами износа (от 0,65 при 50 км/ч до 1,5 при 110 км/ч), средне- годовая среднесуточная интенсивность движения ССИД (авт./сут.), количество зимних дней при которых применение шипованной резины составляет более 5% (обычно 180 дней), доля автомобилей с шипован- ной резиной (%), доля легких шипов в сочетании с соответствующими коэффициентами износа (от 1,4 для “тяжелых” шипов до 0,75 для 100 шт. легких шипов (на 1й шине), показатель ДА/НЕТ при применении соли и антигололедных реагентов, срок службы (количество зимних сезонов), допускаемая глубина колеи, прогнозируемая глубина колеи, образующейся по причинам, не связанным с шипованной резиной.
• Стоимостные данные: щебень, битумное вяжущее, добавки, производство смеси, мобилизация оборудования, транспортировка, укладка смеси, прочие возможные затраты (ед. стоимости / м2). Для вычисления ежегодных затрат стоимость производства смеси делится на срок службы. Кредитная ставка не рассматривается, но может быть добавлена.

 

Расчет по этим моделям позволяет получить на выходе профиль абразивного износа, срок службы и ежегодные затраты. Модель подтверждена натурными данными, полученными на 16 опытных дорогах зимой 1996-1997 г.г. Опытные дороги разных технических категорий с разной скоростью движения со сроком службы 1- 6 лет, имели слои износа разного типа и качества. Корректность модели подтверждена ее проверкой Jacobson and Wågberg (2004, [27]).

Исходные данные для построения моделей обоснованы большой программой лабораторных исследований, выполненных на дорожной моделирующей установке VTI. В отчет по исследованиям включены факторы, перечисленные в таб. 4.2.2, и их влияние на износ покрытий. Модели не учитывают долговечность материалов покрытия.

Таблица 4.2.2 Факторы, исследованные на дорожной моделирующей установке и их влияние (кроме интенсивности движения, применения шипов, распределения транспортного потока по ширине проезжей части и условий на поверхности (сухая / мокрая или по- крытая снегом), Jacobson and Wågberg, 2004, [27].

Материалы	Небольшое	Иногда большое	Большое	Очень большое
Щебень
Качество				Х
Содержание  крупной фракции				Х
Номинальный  размер крупной фракции		Х
Проект  смеси  (плотная или ЩМА)				Х
Тип битумного вяжущего	Х
Производство
Дробимость (лещадность)		Х
Степень уплотнения		Х
Внешние факторы
Скорость движения			Х
Климатические условия	Х
Тип шипов, сила воздействия шипа			Х

 

4.3 Норвегия

Согласно отчету Løberg (1997, [36]) на норвежских дорогах глубина колеи, образующейся в полосах наката, зависит от проекта смеси, качества строительства покрытия, типа автомобилей, скорости движения, климатических условий и параметров покрытия, причем наиважнейшее значение имеет качество щебня. Норвежская дорожная администрация дважды в год измеряет колейность на 63000 км автодорог. По результатам этих измерений определяется показатель износостойкости каждого участка дороги. В качестве показателя износостойкости принят вес материала покрытия (в граммах), из- нашиваемого за 1 км. пробега легкового автомобиля с четырьмя шипованными шинами. Эта величина зависит от качества примененного щебня.

Наиболее важной характеристикой норвежцы считают механическую прочность щебеночного заполнителя асфальтобетонной смеси. Для измерения механической прочности они применяют три метода, определяя ударную прочность, абразивный износ и установленный EN показатель износа шипо- ванными шинами (SRK test). Наиболее важной характеристикой они считают показатель абразивного износа. Он определяется количеством кубических сантиметров каменного материала (щебня), изнашиваемого при установленных методикой испытаний условиях. Результаты лабораторных испытаний согласуются с результатами измерений фактически существующей колейности на дорогах. В отчете Løberg (1997, [36]) констатируется, что даже при использовании качественного щебня покрытие будет недолговечным при несоблюдении правил производства работ.

Норвежскими правилами содержания дорог предусматривается укладка нового слоя покрытия на участках дорог с глубиной колеи более 25 мм при колейности превышающей 10%. На городских дорогах с разрешенной скоростью движения менее 60 км/ч допускается колея глубиной не более 35 мм.

< Предыдущая глава        Следующая глава >