Аннотация.  В статье рассматриваются вопросы, связанные с сцепными и  тормозными качествами дорожного покрытия. Эти факторы напрямую влияют качественный уровень автомобильных дорог, а значит, и на уровень безопасность дорожного движения.  В статье анализируются  нормативно-правовая база по данному вопросу с учётом сложившейся практики дорожного строительства.

Ключевые слова: сцепные качества, тормозные качества, дорожное покрытие, автомобильные дороги, безопасность,  нормативно-правовые акты.

Chernushenko Yulia Valeryevna, undergraduate of the department of automobile and railways,

Belgorod State Technical University named after V.G. Shukhov

e-mail: 2293247@mail.ru

COUPLING AND BRAKING QUALITY OF ROAD COVERING: APPLICABLE REGULATIONS AND PRACTICE OF APPLICATION

Abstract. The article discusses issues related to the coupling and braking qualities of the road surface. These factors directly affect the quality level of roads, and therefore the level of road safety. The article analyzes the regulatory framework on this issue, taking into account the prevailing practice of road construction.

Key words: coupling qualities, braking qualities, road surface, automobile roads, safety, regulatory legal acts.

Актуальность темы  исследования вызвана тем обстоятельством, что сцепные и тормозные качества дорожных покрытий являются основой безопасности дорожного полотна и пригодности его к использованию. Недостаточное сцепление протектора шины колеса с покрытием является главной причиной различных дорожно-транспортных происшествий с тяжелыми последствиями  [5; 6].  Большая роль в обеспечении безопасности движения принадлежит основным технико-эксплуатационным показателям автомобильных дорог. К числу таких показателей, в частности, относится ровность и шероховатость дорожного покрытия, влияющие на коэффициент сцепления. Существенное влияние на величину коэффициента сцепления оказывают скорость движения транспортного средства, состояние протекторов шин, неровности дороги, давление и температура в шинах и т.д. После ввода дороги в эксплуатацию на нее действует много различных факторов, которые уменьшают нормативные характеристики дорог. В первую очередь дорожные покрытия подвергаются воздействию колес различных типов транспортных средств. Исследователи отмечают, что количество и вид транспортных средств на дорогах России имеет постоянную тенденцию к увеличению  [4, c. 62]. Рост интенсивности движения дает возможность исследовать технологические факторы, влияющие на сцепные качества дорожных покрытий

Целью статьи является определение и установление сцепных и тормозных качеств асфальтных покрытий в рамках эксплуатационного периода дорожного полотна.

Требования к качеству дорожного покрытия регламентируются нормативно-правовыми актами РФ [1; 2].  При сдаче дорожного полотна в эксплуатацию, коэффициент () сцепления на всем протяжении автомагистрали при измерениях со скоростью V = 60 км/ч на мокрых покрытиях должен быть  > 0,45, а на участках со сложными условиями движения (скоростные полосы, рампы пересечений в разных уровнях, участки разделения и слияния потоков) -  > 0,5. При этом снижение коэффициента сцепления с увеличением скорости с 60 до 80 км/ч не должно превышать 0,05 на основном протяжении автомобильной дороги и 0,10 на участках со сложными условиями движения. Коэффициенты сцепления в процессе эксплуатации автомобильной дороги (включая покрытия остановочный полос) должны быть  > 0,4 при измерениях на скорости V = 60 км/ч и мокром покрытии. Вне зависимости от числа полос движения и средних скоростей транспортных потоков сцепные качества покрытия в поперечном профиле должны быть одинаковыми [2]. Разница коэффициентов сцепления не должна превышать (0,05 - 0, 10) в пределах проезжей части и (0,10 - 0, 15) на краевых укрепленных полосах по сравнению с проезжей частью. Коэффициент сцепления шин автомобиля с дорожным покрытием определяет максимальное значение сил, возникающих в плоскости контакта шины с поверхностью дороги. Он является переменной величиной и зависит от: состояния и типа покрытия; температуры окружающей среды; режима движения и торможения; боковых сил, действующих на колесо автомобиля; рисунка протектора и давления воздуха в шине; геометрических элементов продольного и поперечного профиля проезжей части дороги. Сцепные качества также можно оценивать по параметрам шероховатости дорожного покрытия. Эти параметры характеризуют структуру неровностей, которые образуются на поверхности покрытия выступающими частицами каменного материала. Параметры шероховатости служат исходными данными для определения коэффициента сцепления. Исследованиями была установлена значительная разница значений коэффициента сцепления по ширине проезжей части дороги. Появление большого количества различных транспортных средств вызывает загрязнение и замасление полос движения и наката. Это негативно влияет на сцепление колес автомобиля с дорожным покрытием и на возможность экстренного торможения. При резких изменениях режима движения происходит отрыв колеса автомобиля от поверхности дороги, в следствие чего ухудшается реализация коэффициента сцепления. Автомобиль выезжает на встречную полосу, и в таких случаях увеличивается вероятность столкновения с встречным автомобилем (см. рис. 1) [4, c. 63].

Рис. 1. Зависимость коэффициента сцепления от скорости автомобиля для покрытий с различной шероховатостью: 1 - песчаный асфальтобетон; 2 - многощебенистый асфальтобетон; 3 - поверхностная обработка

При определении транспортно-эксплуатационных свойств автомобильных дорог важным параметром является состояние дорожного покрытия, характеризуемое его сцепными качествами [8]. В процессе эксплуатации автодороги поверхность покрытия подвергается воздействию колес транспорта, движущегося по автомобильным дорогам. Коэффициент сцепления измеряют на каждой полосе движения при различных состояниях покрытия и температуре воздуха. Делают не менее трех измерений.

Происходит интенсивный износ покрытия по всей ширине проезжей части и в пределах полосы наката. Пространство между полосами наката постепенно загрязняется, замасливается, также на разрушения влияют экологические факторы. Степень разрушения износа и замасливание зависит от срока службы дорожного покрытия, от состава, а также от интенсивности движения транспортных средств и места расположения дороги.

На рисунке 2 показано снижение коэффициента сцепления в течение первых 2-х лет эксплуатации дороги.

мес.

                     ______________________  Первый год

                       __ __ .  Второй год

Рис. 2. Изменение коэффициента сцепления дорожного покрытия при эксплуатации дороги в течение 2-х лет

По данным наблюдений, на дорогах I и II-ой категорий с увеличением интенсивности движения транспортных средств износ дорожного покрытия увеличивается пропорционально интенсивности движения транспорта и составляет 1,3 - 1,6 мм в год, без учета экологических факторов [3, c. 115].

Итак, на условия сцепления колес автомобиля с дорожным покрытием влияет срок службы покрытия, интенсивность движения, количество вредных выбросов промышленных предприятий и природно-климатические факторы. При этом оказывается неравномерное изменение условий сцепления в поперечном и продольном профиле автомобильной дороги.

Анализируя природно-климатические факторы, можно установить, что различные погодные условия имеют разное влияние на состояние дорожного покрытия (рис. 3). В летний период года состояние покрытия является сухим и чистым, поэтому условия движения транспортного средства являются безопасными. При этом коэффициент сцепления составляет максимальное значение для данной дороги. В переходный период состояние  покрытие ухудшается за счет возникновения загрязнения и увлажнения дорожного покрытия. Сцепные характеристики покрытия резко снижаются. Зимний период характеризуется снежными и гололедными отложениями, которые очень существенно ухудшают сцепление колеса автомобиля с дорожным покрытием [7].

                           ____________  лето

                           __ . __ переходный период

Рис. 3. Изменение коэффициента сцепления в поперечном профиле дороги в разные периоды года

В летнее время покрытие сухое и чистое и на участке, по которой происходит движение транспорта без обгона, коэффициент сцепления будет максимальным и равен 0,70. При получении сигнала «Обгон» транспорт, двигающийся с меньшей скоростью, может иногда съезжать вправо без боязни бокового износа, поскольку коэффициент сцепления на обочине выше и равен 0,80. Машина, обгоняющая, находится в таких же условиях безопасности, как и машина, обгоняемая [7].

Обгон сложнее в зимнее время потому, что на покрытии образуются снежные наносы и накаты, частичные или полные обледенения проезжей части. По данным постов ГИБДД, в зимнее время ДТП при обгоне происходит в 10 - 20 раз больше, чем в такой же промежуток летнего времени. Поэтому обгон при таких условиях, с точки зрения условий безопасности движения, требует особой осторожности и сноровки водителя. Накатанный участок в среднем имеет коэффициент сцепления 0,45 [4, c. 64].

В промежуточном положении, когда колеса автомобиля будут расположены с одной стороны на разрушенной или накатанной полосе обочины проезжей части, а с другой - на менее изношенной части с намного лучшими условиями сцепления резкое торможение может привести к заносу автомобиля в левую сторону движения и возникновения ДТП. Таким образом, неравномерные сцепные качества покрытия в поперечном профиле являются одной из причин дорожно-транспортных происшествий [4; 5; 6].

Наблюдения на автомобильной дороге при неоднородных условиях сцепления показали, что однородные, на первый взгляд, смежные участки покрытия имеют различные степени скольжению. Во время движения по данным участкам наибольшая скорость движения автомобиля зависит от расстояния, которое необходимо водителю для полной остановки автомобиля в случае экстренного торможения.

Опытные водители интуитивно оценивают степень сцепления покрытия от 0,2 до 0,75 и пытаются поддерживать движение согласно условиям сцепления и безопасной скорости движения на данном характерном участке. Однако при интенсивном встречном движении и обгонах водитель не всегда может сосредоточить внимание на состоянии дорожного покрытия и допускает необоснованное превышение скорости движения.

Верхний слой покрытия под воздействием колес автомобиля постепенно стирается. Снижение коэффициента сцепления происходит закономерно, независимо от технологии строительства. Однако слой износа теряет свои сцепные качества не одинаково, и это зависит от типа уплотнителя. Применение виброкатков улучшает структуру асфальтобетонного слоя, увеличивает микропрофиль покрытия до 4,2 мм, тем самым повышает сцепные качества колеса автомобиля с покрытием.

Известны результаты исследования покрытия из плотной мелкозернистой смеси типа «А», в которой 68 % щебня, 22 % гранитного отсева и 10 % гидрофобного минерального порошка с битумом БНД 60/90 в количестве 4,9 %. Уплотнение делали одновременно несколькими видами катков: виброкатками, пневмокотками и жорсткобарабанними катками.

Максимальный эффект был получен при уплотнении вибрационным катком ДУ-99 при 6-8 проходах по одному следу с частотой вибрации до 100 Гц. При увеличении числа проходов смесь не подвергалась уплотнению, появлялись микротрещины и продольные сдвиги. На основании этого, для сглаживания поверхности, уплотнения необходимо продолжить с выключенным вибратором с числом проходов до 4 по одному следу. При таком выполнении работ высота микропрофиля покрытия составляла 4,5 мм.

Уплотняя пневматическим катком ДУ-101 при 13 - 14 проходах по одному следу, получили коэффициент сцепления 0,7 - 0,69. Смесь формировалась в хороших условиях, уплотнение проводили за высоких температур, со спадом температуры около 1,2 ° С в минуту. При этом получили высоту микропрофиля покрытия 3,5 мм [3, c. 117].

При уплотнении жорсткобарабанними катками статического действия получили коэффициент сцепление 0,65 - 0,68 только после 16 - 18 проходов по одному следу. Высота микропрофиля покрытия, в сравнении с виброкатками и пневмокотками, была минимальной - 2,5 мм.

Скоростные характеристики уплотнителей играют немаловажную роль в формировании верхних слоев дорожного полотна.

Применение в верхних слоях дорожного полотна разного типа асфальтобетонных смесий требует особого подбора уплотняющих средств, потому что при этом получается достаточно широкий диапазон изменений текстуры поверхности слоя.

Немаловажную роль в качестве покрытия играет применение щебня в составе асфальтобетона. При применении гранитного щебня с прочностью 1300 МПа, получили коэффициент сцепления 0,81 - 0,88. При уплотнении доломитного щебня с прочностью 500 - 600 МПа и при подобных условиях выполнения работ, получили коэффициент сцепления 0,6. Износ покрытия из доломитного щебня происходил в 3 раза быстрее, чем покрытия из гранитного щебня.

Изменение коэффициента сцепления происходит также на пораженных вредными выбросами участках дорог и улицах. Участки дорог, которые расположены вблизи химических и металлургических заводов, обогатительных фабрик, требует ремонта ранее указанного времени эксплуатации. Уже через 1 год эксплуатации на таких участках появляются дефекты и разрушения дорожного покрытия, дорога становится аварийно опасной. Во время выполнения ремонтных работ необходимо применять гранитный щебень или его отходы на вязком битуме с химическими добавками, которые будут защищать покрытие от быстрого разрушения.

Чтобы сохранить сцепные свойства слоя износа при постоянных агрессивных выбросах промысловых предприятий, необходимо промывать покрытие чистой технической водой с примесями 1% раствора щелочи каждые 10-15 дней.

Таким образом, на сцепные качества дорожного покрытия влияет совокупность различных факторов: состояние покрытия, время года, применение материалов, состояние транспортного средства и умение водителя. Влияние этих неблагоприятных факторов происходит по всей ширине проезжей части, особенно на полосе наката, которая работает с большей нагрузкой, чем зоны расположены рядом. Недооценка установленных факторов приводит к резкому снижению транспортно-эксплуатационного состояния дорог и повышению аварийной ситуации в различные периоды года.

 Список литературы:

1. Федеральный закон "О техническом регулировании" от 27 декабря 2002 г. № 184-ФЗ [Электронный ресурс] // http://www.consultant.ru (дата обращения: 12.02.2020).
2. Национальный стандарт РФ ГОСТ Р 50597-2017 «Дороги автомобильные и улицы. Требования к эксплуатационному состоянию, допустимому по условиям обеспечения безопасности дорожного движения. Методы контроля» (утв. и введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 26 сентября 2017 г. № 1245-ст) [Электронный ресурс] // http://www.consultant.ru (дата обращения: 12.02.2020).
3. Васильев А.П. Проектирование дорог с учетом влияния климата на условия движения. - М.: Транспорт, 1986.  – 248 с.
4. Евтюков С.А. Условия и вероятность возникновения ДТП // Мир дорог. 2010. № 45. – С. 62-64.
5. Евтюков С.А., Васильев Я.В. Дорожно-транспортные происшествия: расследование, реконструкция, экспертиза / Под общ. ред. С.А. Евтюкова. - СПб: ООО «Издательство ДНК», 2008. – 392 с.
6. Иларионов В.А. Экспертиза дорожно-транспортных происшествий.  – М.: Транспорт, 1986.  – 225 с.
7. Михайлов В.В. Строительство автомобильных дорог с учетом климатических условий. –  М.: Транспорт, 1981.  – 382 с.
8. Немчинов М.В. Сцепные качества дорожных покрытий и безопасность движения автомобилей.  – М.: Тран­спорт, 1985. –  231 с.