Взаимодействие автомобиля и дороги

Под воздействием транспортных нагрузок на асфальтобетонном покрытии возникают различные виды деформаций и разрушений, которые снижают сроки службы покрытий и приводят к дорожно-транспортным происшествиям. Движение по деформированным покрытиям сопровождается ударами и вертикальными колебаниями колес, кузова и других частей автомобиля. Механизмы автомобиля изнашиваются, водители и пассажиры испытывают неудобства. Средняя скорость движения автомобилей нередко уменьшается до 50%, что снижает производительность и повышает себестоимость перевозок. Работы по содержанию дорог, в частности, по очистке дорожных одежд от пыли, грязи, снега и льда усложняются.

Под влиянием давления колеса автомобиля дорожная одежда прогибается (рис.1). Наибольший прогиб - в центре следа колеса 1 с уменьшением по мере удаления. Прогиб распространяется от колеса тяжелого грузового автомобиля во все стороны на расстояние 3+4 м, образуя упругую чашу 5. Чаши прогиба от всех колес автомобиля, частично перекрывая одна другую, могут полностью охватывать проезжую часть дороги.

Рис.1. Схема прогиба дорожной одежды под колесом автомобиля в поперечном направлении (а) и продольном (б) направлениях

1 - колеса автомобиля; 2 - прогиб покрытия; 3 - покрытие; 4 - основание; 5 - чаша прогиба.

Кроме того, деформируются все слои дорожной одежды. Зерна минеральных материалов (особенно не обработанных вяжущими) стираются, раскалываются и таким образом измельчаются. Между частицами мельче 3 мм вода поднимается по капиллярам и длительно в них удерживается. Зерна с водой образуют пластичную массу, которая действует как смазка и увеличивает размеры прогиба одежды под колесами автомобилей. Например, если основание и построено из известнякового щебня низкой марки, содержащего свыше 16% мелких частиц размером до 2 мм, то оно может полностью потерять несущую способность.

В асфальтобетонных покрытиях под влиянием прогибов материалы также измельчаются, хотя и с меньшей интенсивностью. При этом увеличивается суммарная поверхность зерен и вяжущего становится недостаточно. Кроме того, так как вяжущее стареет, то покрытие делается более жестким. В нем образуются сначала волосные, затем более широкие трещины, в которые проникает вода, замерзающая зимой и постепенно разрушающая покрытие.

В зависимости от погодных условий, скорости движения транспорта и других причин изменяется удельное давление на покрытие от колес автомобилей. В жаркую погоду темное асфальтобетонное покрытие нагревается до температуры свыше 60 °С при температуре воздуха около 30°С. Колеса автомобилей нагреваются также и в результате работы, трения и ударов о неровности покрытия. При нагреве колес увеличивается в объеме воздух в камере, уменьшается площадь следа и дополнительно возрастает давление на покрытие.

3. Виды деформаций и разрушений на а/д: пучинистость земполотна, просадки дорожной одежды, проломы, колеи.

Пучинами называют деформации земляного полотна и дорожных одежд, проявляющиеся зимой во взбугривании и потере ровности покрытия, а в период оттаивания при проезде автомобилей - в проломах одежды, вызванных снижением прочности переувлажненных грунтов.

Внешними признаками пучинистых мест в зимний период являются неравномерное поднятие участков покрытия, образование отдельных бугров или группы бугров на покрытии, развитых по площади проезжей части с различной степенью интенсивности. Значительная часть из них, как правило, имеет сетку трещин, концентрирующуюся у вершины бугров пучения, которые разрушают покрытие на отдельные куски различной величины и формы.

Просадки это впадины глубиной 50-100 мм и более с пологой поверхностью, но без образования трещин на прилегающих участках. Возникают в местах с пониженной прочностью слоев дорожной одежды и грунтов земляного полотна при их увлажнении. Просадки могут образовываться в первые годы эксплуатации дороги при неблагоприятных грунтово-гидрологических условиях вследствие недостаточного уплотнения грунтов земляного полотна и слоев дорожной одежды, а также при проходе тяжеловесных автомобилей, на которые не была рассчитана дорожная одежда.

Проломы возникают в периоды переувлажения подстилающего грунта. Проломы бывают мокрые и сухие. Мокрые проломы образуются вследствие переувлажнения и пластического течения материала слоев основания дорожной одежды и грунта земляного полотна, сухие - вследствие "прорезания" всех слоев дорожной одежды под действием вертикальной силы при недостаточной толщине конструкции и слабом уплотнении слоев и грунтов земляного полотна.

Наиболее распространенный дефект покрытий, вызываемый увеличением удельного давления сверх нормативного, - образование колеи (рис.3). На дорогах общего пользования – на крайней правой полосе, где едет в основном большегрузный транспорт, а также и в условиях повышенных летних температур воздуха. В городах такие деформации можно наблюдать у остановок общественного транспорта даже в слоях 1, 2, построенных на жестком основании 3.

Рис.3. Образование колеи в асфальтобетонном дорожном покрытии

1, 2 - верхний и нижний слои покрытия; 3 - жесткое основание; 4 - дополнительный слой основания.

4. Виды деформаций и разрушений на а/д: износ (истирание), выбоины, вмятины, сдвиги.

Износ (истирание) – равномерное или неравномерное уменьшение толщины покрытия в результате потери материала под воздействием движения и природных факторов. Величину износа измеряют в мм уменьшения толщины покрытия в год или в м³ износившегося материала на 1 км дороги в год.

На дорогах с интенсивным движением автомобилей не только образуются колеи, но покрытие шлифуется и даже истирается, т.е. изнашивается (рис.4). В этом случае снижается прочность дорожной одежды, уменьшается шероховатость и покрытие (особенно влажное) становится скользким, что вызывает дорожно-транспортные происшествия. Износ покрытий увеличивается при их обработке в зимнее время растворами противогололедных реагентов.

Рис.4. Износ дорожного покрытия

1 - верхний слой; 2 - нижний слой; 3 - уменьшение толщины верхнего слоя.

Выбоины – местные разрушения покрытий в виде углублений разной формы.

Вмятины – отпечатки, возникающие на пластичном покрытии в жаркое время года.

Сдвиги – смещения покрытия в направлении движения. Неровности, вызванные смещением материала покрытия при устойчивом основании, которые образуют складки и наплывы. Образуются под действием касательных сил, которые способствуют сдвигу верхнего слоя, либо его сдвигу по поверхности нижнего слоя с образованием поперечных трещин на полосах наката. Чаще всего появляются в местах торможения автомобилей (остановок, участков разгона и торможения). Основная причина возникновения - избыток вяжущего или недостаточная теплоустойчивость при высокой температуре и низкая сдвигоустойчивость

5. Виды деформаций и разрушений на а/д: волны, шелушение, выкрашивание, трещины .