ОДМ 218.3.092-2017

     

ОТРАСЛЕВОЙ ДОРОЖНЫЙ МЕТОДИЧЕСКИЙ ДОКУМЕНТ

Методические рекомендации по измерению и прогнозу изменения температуры во времени и по глубине дорожной одежды с учетом её конструктивных особенностей

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН ООО "СПбГАСУ-Дорсервис"

2 ВНЕСЕН Управлением научно-технических исследований и информационного обеспечения Федерального дорожного агентства

3 ИЗДАН на основании распоряжения Федерального дорожного агентства от 15.05.2017 N 943-р

4 ИМЕЕТ РЕКОМЕНДАТЕЛЬНЫЙ ХАРАКТЕР

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

     1 Область применения

Настоящий отраслевой дорожный методический документ (далее - методический документ) определяет методические рекомендации по измерению и прогнозу изменения температуры во времени и по глубине дорожной одежды для учета дополнительных параметров, оказывающих влияние на качество проектирования дорожных одежд, обработку результатов обследования дорожных конструкций с целью оценки их прочности для конкретных условий дорожно-климатического зонирования.

В рекомендациях уделено внимание обеспечению надёжной эксплуатации уже существующей сети автомобильных дорог.

Применение методических рекомендаций в практике дорожного хозяйства позволит использовать дополнительные параметры, оказывающие влияние на качество проектирования дорожных одежд с обеспечением направленности на увеличение межремонтных сроков до 12 лет.

     2 Нормативные ссылки

В настоящем методическом документе использованы нормативные ссылки и следующие документы:

СП 34.13330.2012 Автомобильные дороги. Актуализированная редакция СНиП 2.05.02-85. М., 2013.

СП 78.13330.2012 Автомобильные дороги. Актуализированная редакция СНиП 3.06.03-85. М., 2013.

ГОСТ 9128-2013 Смеси асфальтобетонные, полимер-асфальтобетонные, асфальтобетон, полимерасфальтобетон для автомобильных дорог и аэродромов. Технические условия.

     3 Термины и определения

В настоящем методическом документе применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 деформация поверхности проезжей части: плавное искажение поперечного профиля покрытия, локализованное вдоль полос наката. Наличие излишка вяжущего на поверхности покрытия с изменением текстуры и цвета покрытия, наличие на покрытии дорожной одежды трещин произвольного очертания и расположения, а также деформационных швов, не заполненных мастикой, разрушение покрытия в виде углублений разной формы с резко выраженными краями, выступы лишнего материала или углубления (ямы) относительно поверхности покрытия в местах заделки выбоин.

3.2 коэффициент прочности: отношение допускаемого при нагружении прогиба к фактическому либо измеренного модуля упругости к требуемому.

3.3 коэффициент теплопроводности: способность к теплообмену между более нагретыми слоями дорожной одежды к менее нагретым.

3.4 коэффициент температуропроводности: физическая величина, характеризующая скорость изменения (выравнивания) температуры в неравновесных тепловых процессах.

3.5 коэффициент теплоусвоения: способность дорожной одежды воспринимать теплоту при колебании температуры на ее поверхности.

3.6 объемная теплоемкость: способность данного объёма данного конкретного вещества увеличивать свою внутреннюю энергию при изменении температуры вещества.

3.7 прогнозирование изменения температуры покрытия: научное исследование конкретных перспектив дальнейшего изменения температуры покрытия автомобильной дороги.

3.8 покрытие: верхняя часть дорожной одежды, устраиваемая на дорожном основании и предназначенная для восприятия нагрузки от транспортных средств и защиты дорожной одежды от атмосферных воздействий.

3.9 расчетный период года: наиболее неблагоприятный для дорожной одежды период года (обычно весенний), когда вследствие разуплотнения при оттаивании и переувлажнения грунта земляного полотна дорожная одежда работает с максимальными прогибами.

3.10 синусоида колебания среднемесячных температур: плоская кривая, отображающая на графике изменение средних температур месяцев.

3.11 температурный режим дорожных одежд: показатели температуры различных дорожных одежд.

3.12 тепловая инерция: способность к сопротивлению изменениям температуры за определённое время.

     4 Обозначения и сокращения

- коэффициент теплопроводности;

- коэффициент температуропроводности;

- коэффициент теплоусвоения;

b - тепловая инерция;

g - максимальная плотность теплового потока;

(c) - объемная теплоемкость.

     5 Рекомендации по измерению температуры во времени и по глубине дорожной одежды

5.1 Информация о температуре дорожного покрытия требуется для оценки прогиба дорожного покрытия, для обоснованного подбора битума с деформативными свойствами, соответствующими реальным температурным условиям работы покрытий, а также для того, чтобы оценить устойчивость дорожного покрытия к образованию трещин и колеи в холодный период года.

5.2 При повышении температуры в соответствии с ОДН 218.1.052-2002 [1], наблюдается значительное снижение модуля упругости материалов, выполненных с применением органических вяжущих. В процессе эксплуатации необходимо регистрировать в каждом конструктивном слое дорожной одежды и грунте земляного полотна накопление остаточных деформаций под воздействием реальных динамических нагрузок и погодно-климатических факторов.

5.2.1 Конструкция измерительных устройств (зондов) для гарантии их бесперебойной работы в течение длительного срока должна соответствовать следующим требованиям:

- устойчивость в тяжелых условиях эксплуатации (ударное воздействие автотранспорта, вибрация, сезонное колебание температуры в широком диапазоне, влажность);

- обеспечение возможности поэтапного монтажа устройств (зондов) параллельно с возведением земляного полотна и устройством конструктивных слоев дорожной одежды, без нарушения технологии строительства;

- оказание минимального влияния на напряженно-деформированное состояние дорожной конструкции;

- обеспечение считывания информации в максимально короткие сроки;

- обеспечение возможности отслеживания общих вертикальных перемещений устройств (зондов), в том числе и геодезическими методами;

- обеспечение высокой точности измерений (не менее 0,1 мм).

5.2.2 Принцип работы измерительных устройств (зондов) заключается в преобразовании уровня магнитного поля в электрический сигнал, который в свою очередь расшифровывается и отображается в виде относительных деформаций каждого конструктивного слоя дорожной одежды и грунта земляного полотна.

5.2.3 Технология установки измерительных устройств (зондов):

а. определение положения устройства (зонда) в плане;

б. бурение скважины специальным буром, обеспечивающим строго вертикальное положение скважины;

в. установка устройства (зонда) в скважину заподлицо с верхом насыпи;

г. распределение очередного слоя дорожной конструкции;

д. рытье лунки в распределенном слое до его уплотнения, подъем заглубленного устройства (зонда) на проектную толщину слоя в уплотненном состоянии с помощью специальной установки, контролирующей вертикальность зонда и высоту его подъема;

е. укладка межслойного металлического диска с магнитной сборкой;

ж. засыпка лунки материалом соответствующего слоя с последующим уплотнением.

Далее операции г-ж повторяются циклически. Количество повторов зависит от количества слоев дорожной конструкции.

С помощью устройств (зондов) осуществляется мониторинг остаточных деформаций в элементах дорожных конструкций с целью уточнения фактического влияния каждого конструктивного слоя и грунта земляного полотна на общий объем необратимых деформаций с последующей разработкой (по мере накопления экспериментальных данных) предложений по уточнению расчета дорожных одежд под воздействием реальных динамических нагрузок и погодно-климатических факторов.

5.2.4 Абсолютные деформации слоев дорожной конструкции (в том числе и скрытые от визуального наблюдения) рассчитываются с использованием дополнительных данных (деформации поверхности проезжей части), полученных путем высокоточного нивелирования поверхности.

5.3 На дорогах высоких технических категорий информация о накоплении остаточных деформаций, о динамическом влиянии транспортных средств и изменении температурного режима должна накапливаться на долгосрочной беспрерывной основе всепогодного автоматического наблюдения за состоянием дорожных конструкций.

5.3.1 Для использования в информационно-измерительных системах неразрушающего контроля дорожных одежд рекомендуется применять методику, основанную на измерении (прогнозе изменения) температур на наружной и внутренней поверхности и измерении плотности теплового потока на наружной поверхности, что позволяет определять весь комплекс теплофизических свойств дорожной одежды: - коэффициент теплопроводности ; - коэффициент температуропроводности ; - коэффициент теплоусвоения ; - тепловую инерцию b; - объемную теплоемкость (c).

5.3.2 С этой целью используют переносной тепломер, устанавливают датчики температур и теплового потока, выполняют замеры плотности теплового потока на поверхности дорожной одежды в течение суток, а также температуры в отдельных слоях.

5.3.3 Датчики измерения температур должны иметь прочную и долговечную конструкцию. Сам измерительный датчик должен быть надежно предохранен защитным корпусом от прямых солнечных лучей, снега и дождевых брызг. Учитывая различия дорожно-климатического районирования РФ датчики должны быть адаптированы к условиям окружающей среды (например, экстремальный холод, жаркие климатические условия) и иметь диапазон измеряемых температур не менее минус 40°C до плюс 50°C. Предел допускаемой основной погрешности измерения температуры не должен превышать ±0,5°C.

5.3.4 Для определения коэффициента теплопроводности , объемной теплоемкости (c) и коэффициента температуропроводности замеряется расстояние В между датчиками температур. Датчиками температур замеряют температуры в течение суток. Далее замеряют плотность теплового потока в течение суток. Выявляют максимальную плотность теплового потока g и для этого периода времени определяют разность температур между внутренней T и наружной T поверхностью.

Используя закон теплопроводности Фурье, определяют коэффициент теплопроводности по формуле:

.                                           (5.1)

Максимальную амплитуду колебаний температурной полуволны на наружной поверхности определяют по формуле:

,                     (5.2)

где T, T - максимальная и минимальная температуры на наружной поверхности по амплитуде колебаний в течение суток.

Коэффициент теплоусвоения определяют по формуле:

.                                           (5.3)

Для практического применения коэффициент теплоусвоения:

,                                          (5.4)

где (c) - объемная теплоемкость материала; - частота колебаний температуры; z - полный период колебаний температурной волны.