Концепции эксплуатационных характеристик

Необходимость количественного показателя эксплуатационных характеристик дорожных покрытий стала очевидной в начале 50-х годов 20-го века, после того, как членам Западной ассоциации государственных дорожных служащих (WASHO) не удалось достичь консенсуса по вопросу об определении условий «отказа» [параметров разрушения конструкций] для своих дорожных тестов (1). Когда в 60-х годах 20-го века разрабатывался дорожный тест Американской ассоциации государственных дорожных служащих (AASHO), специалисты в области статистики указали на то, что для вывода уравнений проектирования дорожных покрытий необходима какая-то объективная количественная мера их эксплуатационных характеристик. Для решения этой проблемы были предложены следующие концепции (2):

1. Автомобильные дороги проектируются и строятся для обеспечения комфорта и удобства поездок по ним. Следовательно, хорошая автомобильная дорога – это ровная и безопасная дорога.

2. Мнение одного пользователя о том, насколько эффективно автомобильная дорога выполняет эту функцию, является субъективным.

3. Существуют объективные характеристики дороги, которые можно измерить и соответствующим образом скомбинировать, а затем скоррелировать cо средней субъективной оценкой автомобильной дороги.

4. Эксплуатационное состояние дороги можно адекватно выразить через среднее арифметическое мнений группы пользователей автомобильных дорог. Отдельные рейтинги использовать не следует, так как истинные мнения слишком разнятся для того, чтобы на их основе можно было бы вывести надежный рейтинг.

5. Эксплуатационные характеристики определяется как площадь под кривой «эксплуатационное состояние – время», охватывающей период с момента строительства до момента проведения оценки эксплуатационных характеристик.

Концепция эксплуатационных характеристик впервые была использована в рамках дорожного теста Американской ассоциации государственных дорожных служащих. Эксплуатационные характеристики были представлены в виде зависимости между средним рейтингом эксплуатационного состояния по мнению группы экспертов и шероховатостью (неровностью) покрытия по результатам измерения с помощью профилометров Американской ассоциации государственных дорожных служащих и Бюро общественных дорог (Bureau of Public Roads – BPR) (2). Эти исследования показали, что около 95% информации об эксплуатационном состоянии дорожных покрытий поступает в виде данных о неровности профиля поверхности (3). Соответственно, лишь 5% данных, полученных путем объективных измерений, приходится на иные, чем неровность, параметры. В оригинальном уравнении для эксплуатационных характеристик акцент был сделан на неровность покрытия. Оригинальное уравнение регрессии, связывающее между собой индекс текущего эксплуатационного состояния и данные измерений на дорожном покрытии, выглядело следующим образом:

PSI = 5.03 – 1.91 log (1 + SV–) – 1.38 RD²– – 0.01√C + F

где

PSI = индекс текущего эксплуатационного состояния;

SV– = дисперсия уклона, измеренная на 6-дюймовой колесной базе с помощью профилометра CHLOE;

RD– = средняя глубина колеи, дюймы;

C    = трещины в дорожном покрытии в футах на 1000 кв. футов поверхности дорожного покрытия;

Р     = ямочный ремонт в кв. футах на 1000 кв. футов поверхности дорожного покрытия.

Для оценки эксплуатационного состояния дорожного покрытия в конкретный момент времени нужно осмотреть его и собрать объективные данные о параметрах, фигурирующих в уравнении для индекса PSI, далее подставить соответствующие значения в это уравнение и определить индекс PSI. Как уже говорилось выше, PSI – это средняя рейтинговая оценка, которую получила бы поверхность покрытия, если эксперты могли дать ее в тот же день, когда были собраны объективные данные. Обычно новое дорожное покрытие имеет индекс PSI в диапазоне между 4 и 5, а ремонт требуется, как правило, в том случае, когда он располагается между 1,5 и 2,5.

Данное соотношение было использовано для презентации концепции эксплуатационных характеристик, проиллюстрированной на рис. 8–1. Отметим, что по оси ординат отложено эксплуатационное состояние (PSI), а по оси абсцисс – совокупная интенсивность движения, хотя по оси абсцисс можно было бы отложить и время. Сначала эксплуатационное состояние находится на высоком уровне (как правило, между 4,0 и 4,5) и в течение какого-то времени изменяется незначительно. Затем индекс PSI начинает довольно быстро падать и в итоге достигает некоторого конечного уровня, на котором необходима определенная реабилитация дорожного покрытия, как правило, в форме нанесения поверхностного слоя из горячей асфальтбетонной смеси (HMA).  После такой реабилитации эксплуатационное состояние вновь поднимается до некоего более высокого уровня (пунктирная линия на рис. 8–1), с которого начинается второй эксплуатационный период. Эксплуатационные характеристики для первого периода представлены площадью под кривой, построенной в координатах «PSI – совокупная интенсивность дорожного движения». Выбор одной из возможных толщин наращиваемого слоя основывается на ретроспективных оценках эксплуатационных характеристик или данных соответствующих наблюдений.

Площадь под кривой для эксплуатационных характеристик в течение определенного периода времени, в основном, зависела от начального значения PSI для этого периода. Поэтому агентства во многих штатах делают серьезный акцент на исходный показатель PSI. Фактически, во многих штатах действуют нормативы по неровности или ровности дорожных покрытий, устанавливающие максимально допустимую неровность, которую может иметь дорожное покрытие для того, чтобы подрядчик получил 100%-ную оплату. Многие из этих агентств устанавливают максимально допустимый уровень неровности, при превышении которого от подрядчика могут потребовать провести ремонт дорожной одежды, чтобы довести ее состояние до нормативного уровня. В то же время такие нормативы во многих случаях предусматривают бонусы для подрядчика в том случае, если ровность покрытия значительно превышает нормативную.

Рис. 8–1. Типичная зависимость между PSI и совокупной интенсивностью движения