книги / Техническое нормирование макрошероховатости дорожных покрытий автомобильных и лесовозных дорог

добное представление неплохо отражает геометрические особенности макрошероховатых дорожных покрытий. Получается рельеф, представляющий собой многогранную поверхность, грани которой описаны полиноминальной поверхностью или линейной функцией (многоугольная или полиэдральная модель). Коэффициенты полиноминальной поверхности определяются значениями в вершинах треугольников.

Рис. 1.20. Результаты работы автоматизированного комплекса и 3D-моделирования неровностей и макрошероховатости дорожных покрытий [34]

Эта сеть при правильном построении не имеет ни наложений, ни разрывов. Для построения модели поверхностей нужно соединять пары точек по ребрам особым способом, который называется триангуляция Делоне. Информация о поверхности дорожного покрытия представлена в виде списка параметров треугольных фасет, описывающих этот объект. Используются определенные правила нумерации треугольников (по часовой стрелке).

В большинстве ранних приложений строились аппроксимации с использованием TIN-поверхностей. Например, приложение к двумер-

41

ному пространству (триангуляция Делоне) определяется так: система неперекрывающихся взаимосвязанных треугольников имеет меньший периметр в случае, когда ни одна вершина не входит внутрь ни одной из окружностей описанной вокруг построенных треугольников (рис. 1.21).

Рис. 1.21. Геометрическое представление процесса 3D-моделирования

Особенность и преимущество триангуляционных моделей в том, что в них нет преобразования исходных значений. Это не дает возможности использовать такие модели для подробного анализа; известно, что в этих моделях нет ошибок округления, которые получаются в других интерполяционных моделях.

В настоящее время наибольшее распространение получила модель, которая использует регулярную матрицу значений высот.

STL – это формат, который применяется для хранения информации о трехмерных моделях объекта и представления 3D-моделей различных поверхностей. Он использует унифицированный способ аппроксимации любых поверхностей моделей, которые могут стыковать друг с другом плоские треугольники.

Основное достоинство STL-формата его универсальность и простота по сравнению с другими форматами.

Построение горизонтальных сечений и вычислительных процедур в прототипировании заключается в построении треугольников, которые заданная горизонтальная поверхность пересекает. Вершина каждого треугольника имеет координату Z по другой стороне от горизонтальной плоскости, чем две другие вершины. Далее по двум линейным уравнениям определяют линию пересечения с плоскостью (граница контура).

42

Витоге граница горизонтальных сечений будет состоять из прямых отрезков. Отметим, что изменение угловой ориентации при описании поверхности объекта при использовании TIN-поверхностей требует простой предварительной стандартной операции преобразования координат вершин всех треугольников и направляющих косинусов нормалей.

По результатам прототипирования и печати на 3D-принтере объемной модели можно проводить физическое моделирование различных прикладных задач, например, в аэродинамической трубе или в гидравлическом лотке.

3D-модели макрошероховатых дорожных покрытий рекомендуется получать в форматах Wavefront OBJ, 3DS models, VRML, Stanford PLY, Autodesk DXF, COLLADA, U3D, Adobe PDF.

На основе результатов 3D-моделирования проводится статистический анализ и математическое моделирование.

Внаучно-техническом отчете ФГУП «РосдорНИИ» по теме «Совершенствование методов оценки эксплуатационного состояния дорожных покрытий бесконтактными способами на основе применения технологии дистанционного зондирования» представлены предложения по практическому использованию фотографического метода для определения параметров макрошероховатости [79]. Предложены способы фотографирования дорожной поверхности и построения цифровой модели. Фотографирование может производиться со стационарной установки, из передвижной дорожной лаборатории (рис. 1.22) и с беспилотного летательного аппарата.

Рис. 1.22. Схема компоновки дорожной лаборатории для определения шероховатости

вдвижении: а – вид сзади; б – вид сбоку; 1 – компьютер; 2 – пульт управления фотокамерами; 3 – датчик пути, скорости и времени движения; 4 – стойка; 5 – опоры; 6 – кабели; 7 –рама; 8 – фотокамеры; 9 – ширина захвата

43

Макрошероховатость, согласно ВСН 38-90, оценивают по трем основным параметрам:

–средние высоты выступа Rz, мм;

–средние глубины впадины Hср, мм;

–коэффициент шага шероховатостей Кш = Hср / Rz [11].

Если Kш>0,5, то такие покрытия называют макрошлифованными. Требованиями СНиП 2.05.02–85 регламентированы минимальные допустимые значения коэффициента сцепления и глубины впадин макрошероховатости на покрытиях автомобильных дорог [95], определяемые методом «песчаное пятно» с помощью прибора типа КП-1319. Согласно ВСН 38-90, типы шероховатых покрытий классифицируются в зависимости от средней глубины впадин и средней высоты

выступов макрошероховатости (табл. 1.3) [11].

Существуют различные способы увеличения макрошероховатости дорожного покрытия: втапливание щебня в покрытие, поверхностная обработка, устройство верхнего слоя покрытия из асфальтобетонной или битумоминеральнойсмесисповышенным содержанием щебня идр.

Поверхностная обработка поверхности одновременно служит слоем износа, защитным слоем, который периодически возобновляют в процессе службы дороги. При одиночной обработке за один проход машины на покрытие синхронно распределяют битум и щебень фракции 15–20 мм или 10–15 мм, или 5–10 мм с последующей прикаткой.

Одиночную обработку устраивают на дорогах всех категорий с верхним слоем из асфальтобетона, как при новом строительстве, так и на эксплуатируемых дорогах для восстановления шероховатости.

45

Щебеночные материалы, получаемые дроблением природных горных пород, должны отвечать требованиям, приведенным в табл. 1.4.

Зерна щебенки должны иметь кубическую форму, быть чистыми и трудношлифуемыми. При поверхностной обработке применяют щебень узкихфракций: 5–10, 10–15, 15–20, 20–25 мм [57].

Зерновой состав щебенки должен по размеру находиться в определенных пределах (табл. 1.5).

Таблица 1.4

Требования к каменным материалам [11]

46

Содержание в щебне выветренных и слабых зерен должно быть не больше 10 %, а щебня пластинчатых форм не больше 15 %.

Пылевато-глинистые частицы в щебне, которые определяются отмучиванием, не может быть больше 1,0 %, а включение глин, посторонних примесей (в виде комков) не допускается. В смеси разнопрочного щебня содержание слабого компонента не допускается больше 50 %.

Разнопрочный щебень не должен содержать больше 1 % пылеватых частиц и больше 15 % зерен игловатой и лещадной (пластинчатой) форм. Морозостойкость щебня для макрошероховатых покрытий должна удовлетворять определенным требованиям (табл. 1.6) [57].

При несоответствии показателей каменных материалов вышеуказанным требованиям применяют способы, улучшающие качество материалов: дробление, грохочение, промывка, чернение в установке.

Для устройства шероховатой поверхностной обработки применяются органические вяжущие материалы, вязкость которых зависит от климатической зоны, конструкции дорожной одежды и способа применения.

При неудовлетворительном сцеплении битума с поверхностью щебня применяют ПАВ и модификаторы. Дополнительно определяют сцепление вяжущего и щебня прибором Виалита.

47

Для выбранного щебня определяется минимально необходимый расход с помощью мерной коробки для щебня.

Битумы нефтяные дорожные вязкие должны удовлетворять требованиям ГОСТ22245–90, основные характеристикиприведеныв табл. 1.7.

Таблица 1.7

Битумы вязкие нефтяные дорожные

1.5. Современное состояние оценки качества макрошероховатости поверхности дорожных покрытий

Согласно проекту ГОСТа Таможенного союза, в котором изложены требования по проведению диагностики автомобильных дорог общего пользования и паспортизации, качество сцепления колеса с дорожным покрытием определяют по ГОСТ 30413–96 и оценивают по коэффициенту продольного сцепления, измеренному на увлажненном покрытии при расчетной температуре воздуха 20 °С. При этом не разрешается производить замеры сцепных свойств дорожных покрытий при дожде, а также после него в течение 2–3 ч.

Для замера сцепных свойств дорожных покрытий следует использовать приборы, применение которых удовлетворяет метрологическим

48

требованиям в соответствии с действующими нормативными документами.

Согласно проекту ГОСТа Таможенного союза показатель продольной ровности и коэффициент сцепления покрытия проезжей части автомобильных дорог должны соответствовать требованиям существующего ГОСТа по автомобильным дорогам общего пользования и требованиям по эксплуатационным состояниям. Специальных требований к оценке дефектов и повреждений макрошероховатости дорожных покрытий не предусматривается.

Наиболее близкими нормативными документами являются ГОСТ Таможенного союза по техническим требованиям к автомобильным дорогам общего пользования и цветным покрытиям противоскольжения и ГОСТ Таможенного союза по методам контроля автомобильных дорог общего пользования и цветных покрытий противоскольжения. Согласно этим ГОСТам цветное покрытие противоскольжения (ЦПП) – это покрытие с повышенным коэффициентом сцепления, образованное путем нанесения особо прочного фракционного минерального камня (кварца, фракционного боксита или гранитной крошки) различных цветов на холодный пластик или отверждаемое несформировавшееся связующее, а также образованное в результате нанесения смеси из минерального наполнителя и связующего.

Высоту выступания ЦПП над поверхностью, на которую оно нанесено определяют клиновым высотомером со следующими характеристиками: погрешностью измерения не более 0,1 мм; верхним пределом измерения не менее 8,0 мм; нижним пределом измерения 0 мм; шириной паза планки не менее 30 мм; размерами основания клина (устанавливают на поверхности проезжей части рядом с измеряемым участком ЦПП) не менее 200×15 мм; размерами основания планки (устанавливаемого на плоскость измеряемого участка ЦПП) не менее 150×5 мм.

Планку высотомера устанавливают на поверхность ЦПП так, чтобы ее основание легло к поверхности ЦПП по всему периметру, без люфта и покачивания при приложении вертикального переменного усилия, которое проецируется на поверхность ЦПП по всему основанию в любой точке. Паз должен заходить за контур покрытия, для ввода клина высотомера перпендикулярно планке как можно ближе к ЦПП, не касаясь последнего.

При измерении планка высотомера должна быть плотно прижатой к поверхности ЦПП. Внедрение планки высотомера в поверхность

49

ЦПП не разрешается. Вводят клин высотомера под паз до касания планки плотно с поверхностью покрытия, затем по шкале считывают показания, которые соответствуют точке касания – это высота выступания ЦПП над поверхностью, на которую оно нанесено, в месте измерения. Нельзя покачивать клином во время приложения к нему вертикального переменного усилия, которое проецируется на поверхность покрытия по контуру основания клина. Также не допускается наличие зазора между поверхностью покрытия и клином в месте касания планки. Окончательным результатом будет среднеарифметическое значение измерений, округленное до десятых долей и выраженное в миллиметрах.

Сплошность нанесения вяжущего и наполнителя (щебня) определяются визуально. Измерение коэффициента сцепления колеса автомобиля с ЦПП проводится в соответствии с ГОСТом «Дороги автомобильные общего пользования. Методы измерения сцепления колеса автомобиля с покрытием» [15].

Отечественными стандартами, определяющими технические требования к песку и щебню, являются ГОСТ 9757–90 и ГОСТ 8735–88 [22, 24].

Возможность использования ГОСТ 2789–73. Шероховатость поверхности. Параметры, характеристики и обозначения в дорожном строительстве известна давно. Однако практического применения показателей, которые реально бы отвечали за геометрию шероховатости и точно коррелировали с триботехническими характеристиками, не проводилось. Ранее были предложены параметры, которые не входили в ГОСТ 2789–73 – средние высоты выступов, средние радиусы кривизны, а также средние углы вершин [21, 39, 93].

Применение параметра средняя высота выступа в дорожном хозяйстве ранее вполне отвечало возможностям нормирования для обычных дорожных покрытий. На этих покрытиях колесо полностью контактирует с поверхностью дороги. Но для макрошероховатого дорожного покрытия колеса контактируют по-другому – по выступам макрошероховатых зерен щебня. Показатели глубин впадин и степень заполнения их вяжущим, снегом или водой и другими загрязнениями не являются доминирующими факторами. Значит, для достоверности результатов измерений и уменьшения зависимости их от выбранного сечения дорожного профиля необходимо считать не среднее значение, а переходить к определению дисперсии разброса высот выступов.

50