Лекция № 9 и 10

Источник(1,гл.4)

Роль сцепных качеств покрытия в обеспечении устойчивости автомобиля при боковом заносе.

Не однородность состояния верхнего слоя покрытия, особенно по его ширине является одной из важнейших причин приводящей к потери боковой устойчивости автомобиля и следовательно к заносу.

Колесо, катящееся по скользкой полосе, при торможении будет заблокировано раньше, чем колесо, катящееся по полосе с более высоким сопротивлением скольжению.

Чаще всего заносы происходят при блокировке задних колес раньше, чем передних, причем достаточно интервала в 0,5 сек. между этими моментами, чтобы произошел занос.

На шероховатых покрытиях вероятность потери боковой устойчивости достаточно велика при торможении на скорости больше 90-100 км/ч.

Например, в Англии 24-26% от общего числа ДТП это занос при торможении, в США эта цифра составляет 58%. Везде в основном фиксировали влажное покрытие.

Боковая устойчивость автомобиля зависит от соотношения между силой сцепления колес с покрытием и усилием, стремящимся вызвать боковое смещение.

Силу сцепления колес автомобиля с покрытием, снижает æ тяговые усилия, приложенные к ведущим колесам.

Примером может служить разворот мотоцикла на месте при блокировке переднего колеса и чем больше скорость вращения ведущего колеса тем быстрее разворот на месте.

Чем больше скорость автомобиля, тем меньше запас его боковой устойчивости и тем более высокими сцепными качествами должно обладать покрытие.

Опасным является чередование участков покрытия с различными коэффициентами сцепления.

При этом могут наблюдаться четыре случая:

1 и 2. Два колеса по покрытию, два по обочине. Коэффициент сцепления покрытия и обочин – разные и автомобиль разворачивается, в сторону проезжей части или обочин, в зависимости – где больше сцепление (например, летом или зимой).

3. Автомобиль съехал двумя передними колесами на обочину, круто

разворачивается и съезжает в кювет или опрокидывается. Причина – разница сопротивления качению покрытия и обочины. У асфальтобетона Á = 0,01¸0,02, а у рыхлой обочин

Á = 0,06¸0,1.

4. Разворот при разных коэффициентах сцепления на покрытие

(обледенения части дороги или лужа на покрытии).

Для того чтобы сократить количество заносов автомобилей, нужно установить допуск в изменении сцепных качеств покрытия по ширине и на обочинах.

Основные мероприятия по повышению сцепных качеств покрытия.

Необходимо:

· удаление смазывающей пленки из зоны контакта колеса автомобиля с покрытием;

· увеличение поперечного уклона покрытия дороги;

· устройство краевых полос;

· устройство покрытий, способных дренировать и отводить воду с дороги.

Помните из предыдущих лекций, что в Италии используют материал с пористой структурой с высокой дренирующей способностью, а в Англии – используют черный щебень с большим водопоглощением, который укладывают поверх обычного, вода при этом отводится в ливневую канализацию.

Также добавляют резиновую крошку повышая когезионные свойства покрытия, которые улучшают сцепные качества покрытия.

Что такое когезия и почему именно резиновая крошка ее повышает?

В США получила распространение конструкция, состоящая из трех слоев дорожной одежды, нижний – водонепроницаемый, который укладывается на основание с поперечным уклоном для отвода дренирующих и талых вод, и два дренирующих слоя без поперечного уклона. В нижний слой около кромки дорожной одежды втоплены на половине дороги перфорированные трубы для приема просачивающейся воды и отвода её за пределы земляного полотна. Дренирующий слой делают из дробленных материалов, в верхнем – обязательно присутствие вулканический шлак.

Пористость верхнего слоя больше нижнего. Минеральный материал полимеризуют эпоксидным клеем или другими подобными ему по свойству веществом.

Достоинство такого дренирующего покрытия заключается:

· в быстром удаление воды;

· высоким коэффициентом сцепления;

· отсутствие необходимости в поперечных уклонов (кроме виражей), так как высокая дренирующая способность самого покрытия;

· отсутствие брызг на покрытии от проходящего транспорта.

Недостаток – дороговизна, и вряд ли возможно применение их в условиях наших суровых зим.

Влияние природно-климатических факторов на транспортно-эксплуатационные характеристики дорог и условия движения автомобиля.

Наибольшее влияние на состояние автомобильной дороги, а в

дальнейшем и на движение транспортных средств оказывают три основные группы, рассмотрим их и их составляющие.

I. группа включает в себя

- грунтово-геологические и гидрологические факторы;

- рельеф и ландшафт местности;

- тип и характеристики грунтов земляного полотна;

- глубина и характеристика залегания грунтовых вод;

- условия стока поверхностных вод.

II. К погодно-климатическим факторам относят:

- атмосферное давление;

- солнечную радиацию;

- температура и влажность воздуха;

- осадки, ветер, туман и гололед.

III. Влияние факторов климата по периодам года

- летний период, может происходить изменение коэффици-

ент сцепления на 10%;

- весной и осенью, с кромки земляного полотна на проез-

жую часть попадает грязь;

- в зимний период гололед и снежный накат.

Сужение поверхности дороги за счет неблагоприятных факторов (к примеру грязь на покрытии или не ровный край дорожной одежды в результате разрушения), увеличение коэффициента сопротивления качению и уменьшение коэффициента сцепления. Все это приводит к ухудшению транспортно эксплуатационных показателей дороги.

Если количество гололедов в году более 11, то виражи на дорогах должны проектироваться с минимальным уклоном.

При недостаточной очистке от снега на дороге, идет уплотнение снега на проезжая часть, в результате образуется довольно плотный накат, ровность которого сильно зависит от температуры воздуха.

Все перечисленные выше факторы в целом формируют водно-тепловой режим земляного полотна.

Формирование водно-теплового режима земляного полотна. Пути проникновения влаги в тело земляного полотна и дорожной одежды.

Основное влияние на состояние дорог и условия движения автомобиля оказывают:

· Рельеф и ландшафт местности;

· Грунтово-геологические условия;

· Гидрологические условия;

· Природно-климатические условия.

Наибольшее отрицательное воздействие на транспортные сооружения оказывает вода.

Если для одних вода это жизнь, то для служб занимающихся строительством, ремонтом и содержанием дорог вода главный враг.

Пути проникновения влаги в тело земляного полона и далее к верхним слоям дорожной одежды достаточно разнообразны.

Рельеф и ландшафт местности: Обеспечивает сток воды и отвод ее от конструкции транспортных сооружений либо наоборот приток.

Если не обеспечен сток, то велика вероятность подтопления насыпи и вместе с ней увеличивается вероятность преждевременного разрушения конструкции ТС.

Грунтово-геологические условия: Могут обеспечить или наоборот ухудшить инфильтрацию воды из тела земляного полотна. Кроме того, от характеристик грунтов находящихся под земляным полотном будет зависеть глубина промерзания конструкции транспортных сооружений и следовательно морозное пучение приводящее к дальнейшему разрушению.

Гидрологические условия: Глубина залегания грунтовых вод. Чем ближе подходит грунтовые воды к дороге, тем больше вероятность, поднятия воды по капиллярам в теле земляного полотна.

Природно-климатические условия:

Ø Атмосферное давление;

Ø Солнечная радиация;

Ø Температура воздуха;

Ø Влажность;

Ø Осадки (дождь, туман, снег);

Ø Ветер;

Ø Метель;

Ø Гололед.

Эти, перечисленные природно-климатические факторы способствуют притоку воды к транспортным сооружениям из атмосферы.

Количество и интенсивность атмосферных осадков влияют на уровень грунтовых вод. Ландшафт и грунтово-геологические условия либо создадут возможность быстрого удаления воды от дороги, либо аккумулируют ее в тела земляного полотна.

В совокупности эти факторы формируют водно-тепловой режим земляного полотна.

Процессы, протекающие в теле дороги достаточно сложные, и не до конца изучены.

Есть еще поле деятельности для научных исследований.

Колебания влажности, температуры, испарения, конденсации, сублимации, облимации и т.д., зависят от периода года и многих других факторов и условий.

Кстати, а что такое сублимация и облимация?

Сублимация (от лат. Sublimo – высоко поднимаю, возношу) это возгонка, а точнее переход вещества из кристаллического состояния в газообразное минуя жидкую стадию.

Процесс идет с поглощением тепла. Наиболее вероятно, что вы в полной мере столкнетесь с явлением сублимации, если будете спускаться с орбитальной станции находящейся на околоземной орбите на землю. А вообще явление сублимации используют для выращивания чистых кристаллов в газовой среде.

В нашем случае это переход кристаллов льда в газообразное состояние миную жидкую фазу, естественно при определенных условиях.

Можно сказать, что перечисленное выше процессы происходящие в теле земляного полотна это диффузионные процессы тепла и влаги, характеризующие тепло-влаго обмен, который в свою очередь влияет на прочность дорожной одежды и соответственно продолжительность срока службы транспортного сооружения.

Значит, источниками увлажнения земляного полотна автомобильной дороги являются:

1. Атмосферные осадки;

2. Вода со стороны откосов и застаивающаяся на поверхности земляного полотна;

3. Капиллярное увлажнение от грунтовых вод;

4. Парообразное увлажнение.

Атмосферные осадки проникают сверху через покрытие при нарушении целостности покрытия и обочин (сетка трещин и различные разрушения верхней части покрытия). Это менее опасный фактор.

Вода со стороны откосов. Тоже не опасный фактор при коэффициенте уплотнения насыпи ³ 0,95 и при наличии связанных грунтов при отсыпке или укреплении откосов земляного полотна.

Увлажнение от капиллярного поднятия грунтовых вод в тело земляного полотна. Степень опасности этого явления достаточно высока по сравнению с предыдущими перечисленными способами. Так как при уплотнении земляного полотна формируется система капилляров, по которым и идет диффузия воды практически круглый год.

Парообразное увлажнение. Процесс происходит при перераспределении паро-воздушных масс, т.е. движение их из мест с повышенным давлением в места с пониженным давлением, и с большей температурой в места с меньшей температурой. Процессы зависят от сезонных колебаний.

Процессы тепло-массо обмена и тепло-водообмена протекают до тех пор пока в теле земляного полотна остается свободное пространство т.е. если влажность грунта меньше полной влагоемкости грунта. (Полной влагоемкость грунта станет, когда все поры в земляном полотне будут заполнены водой).

Недавно, на защите дипломного проекта, студен авторитетно утверждал, что грунт земляного полотна, рассчитанной им дороги, будет оптимально уплотнятся при влажности 60% от его предела текучести.

Ему корректно указали на ошибку, и дали наводящий вопрос, но он решительно отверг помощь и заявил, что об этом сказано в проекте, откуда он списывал материалы. Чем вызвал единодушное не неудовольствие государственной экзаменационной комиссии.

Представьте сами воды больше чем грунта.

Полная влагоемкость грунта все же когда грунта больше чем воды.

Тепло обмен в теле земляного полотна и конструкции дорожной одежды происходит благодаря:

Ø Явлению кондукции, передачи тепла от частицы к частице за счет их теплопроводных свойств;

Ø Явлению тепло фазовых перемещений (замораживание оттаивание, конденсация испарение, облимация сублмация и т.д.);

Ø Явлению конвекции (этот тепло обмен практически не значительный и составляет всего 2-3%).

Водно-тепловой режим земляного полотна и его влияние

на состояние дорог от времени года.

Это весьма важный вопрос в курсе эксплуатации автомобильных

дорог.

Водно-тепловой режим земляного полотна также связан с вопросами проектирования и расчета дорожных одежд.

Теплообмену в слоях дорожной одежды и земляного полотна сопутствует также и влагообмен по этой причине их надо рассматривать как единое целое.

Земляное полотно это не абсолютно плотная конструкция, она содержит большое количество пор, по которым идет передвижение

влаги, а вместе с ней и тепла.

Даже с самое холодное время при -20...-50°С в грунте земляного полотна часть влаги находится в жидком состоянии (это связано с присутствием различных солей и молекулярных сил, так температура замерзания воды в песка -0,5°С, а в глине -2,5°С).

Вода и водяной пар, в теле земляного полотна, передвигаются от более холодных мест к более теплым, а также из мест с повышенным давлением в места с меньшим давлением.

График 3.1

W_o - влажность нижнего слоя ЗП

W - влажность верхнего слоя ЗП

Годовой цикл можно разбить на 6-ть стадий имеющих общие признаки, по воздействию окружающей среды на земляное полотно:

I стадия - первоначальная.

Выпадение осадков и инфильтрация воды (также подъем уровня

грунтовых вод).

Влажность верхнего слоя земляного полотна увеличивается до

(0,65-0,70) Wt (Wt - влажность предела текучести грунта). Стадия

продолжается до установления среднесуточной температуры воздуха

до -5°С. Модульный коэффициент упругости Е_гр, Е_до грунта и ДО снижается на 10-15% по сравнению с летними величинами.

В это период могут происходить процессы образования поперечных температурных трещин за счет разности температур на покрытии и в ниже лежащих слоях дорожной одежды.

II стадия - это зимнее морозное влагонакопление, зависит от

скорости промерзания грунта. При скорости промерзания до 2,5 см/сут., происходит интенсивное влагонакопление и одновременное льдообразование в верхних части земляного полотна.

При большей скорости промерзания более 4 см/сут. вода из нижних слоев не успевает поступить в верхние и накопление ее не происходит. Влажность составляет (0,7-0,8)Wt.

III стадия - проходит при стабилизации температуры окружающего воздуха, что приводит к уравновешенному состоянию влаги на верхней части поверхности земляное полотно и вымерзание влаги из песчаного подстилающего слоя.

Глубина промерзания грунта увеличивается до максимальной величины, хотя нарастание величины происходит медленнее, чем во II стадии. Много линз и прослоек льда.

IV стадия - это насыщение грунта свободной водой. Очень

опасный период для дороги. Весной по мере оттаивания ледяных прослоек поры грунта заполняются водой, которая выжимает из них воздух.

Влажность доходит до 0,9 W_t. Часть воды отжимается в дренирующий слой и такая влажность может привести к разрушению дорожной одежды, если нет ее оттока.

Количество воды в порах зависит от скорости оттаивания грун-

та. При скорости оттаивания до 4см/сут. вода успевает отжиматься и испаряться.

При оттаивании боле 7 см/сут. происходит интенсивное накапливание воды в порах грунта и прочность дорожной одежды может упасть до 0,5-0,6 от летних показателей, что приводит к просадкам дорожной одежды особенно в местах пучинообразований.

Можно рассчитать продолжительность этого неблагоприятного периода Т_р в течение, которого наблюдается минимальная сезонная прочность конструкции дорожной одежды:

Т_р = h_кр / v_отт,

где h_кр – критическая глубина оттаивания (I-II тех.категор. – до

50 см, для III-IV тех.категор. – 70 см);

v_отт – средняя скорость оттаивания грунта земляного полотна, равная 2-5 см/сут.

Начало этого периода можно считать момент переход температуры воздуха через 0°С.

V стадия - это стадия высыхания грунта, за счет испарения

влаги, и за счет ухода воды в глубину. Восстанавливаются летние характеристики прочности и плотности земляного полотна. Влажность грунтов земляного полотна доходит до 0,5W_t.

VI стадия - это нормальный летний режим.

Пучины и пучинообразование.

Пучины это деформации и разрушения дорожной одежды, в виде взбугривания и сетки трещин, образующиеся за счет увеличения воды в объеме в порах земляного полотна при замерзании.

Явление пучинообразование характерно для весны и осени, причем наиболее опасно оно в весенний период, так как при этом идет потеря прочностных характеристик грунта за счет частичного и не равномерного его оттаивания.

Под пучинообразованием понимают неравномерное поднятие и взбугривание дорожной одежды, которое вызывается совместным действием трех факторов:

· Интенсивное морозное влагонакопление (максимальная относительная влажность грунта в верхней части полотна

W_max ³ 0,75W_t);

· Медленное и глубокое промерзание грунтов (более 0,5м);

· Наличие пылеватых тонкодисперсных грунтов.

·

Физическая сущность пучинообразования состоит в накоплении, перераспределении, замерзания и оттаивании воды в порах грунта при сезонных изменениях водно-теплового режима земляного полотна и дорожной одежды.

Дата добавления: 2015-08-20