Важнейшим аспектом дорожной деятельности являются испытания материалов и конструкций, которые гарантируют их соответствие нормативным требованиям и обеспечивают возможность долгосрочной безопасной эксплуатации. На сегодняшний день наиболее эффективными в мировой практике признаны ускоренные испытания дорожных конструкций. Первая в России установка для проведения таких тестов появится в ФАУ «РОСДОРНИИ» в рамках реализации задач нацпроекта «Безопасные качественные дороги».
Ускоренные испытания дорожных конструкций
Ускоренные испытания дорожных конструкций или accelerated pavement testing (APT) начали активно применяться в 70-х годах XX века. За минувшие 50 лет эта технология убедительно показала свою эффективность и сегодня используется для решения теоретических и прикладных задач более чем в 30 ведущих научно-исследовательских центрах и университетах по всему миру. Ускоренные испытания дорожных конструкций гарантируют высокую точность и актуальных данных, обеспечивая при этом:
-
- минимальные сроки получения результатов при внедрении новых технологий;
-
- понимание особенностей работы материалов дорожной одежды в различных условиях;
-
- возможность исследования причин преждевременного разрушения дорожных покрытий;
-
- эффективную оценку и валидацию новых механико-эмпирических зависимостей;
-
- возможность получения натурных результатов при использовании новых методов расчёта дорожных конструкций.
Для российской транспортной отрасли это направление является важной составляющей развития дорожной науки, необходимой для решения задач обеспечения нормативных сроков службы и увеличения периодов межремонтных сроков эксплуатации автомобильных дорог. Полномасштабные ускоренные испытания позволяют сопоставить результаты лабораторного исследования материалов, используемых в слоях дорожных одежд, с поведением этих материалов в реальных условиях эксплуатации.
Разработки Российского дорожного научно-исследовательского института позволят уже в самое ближайшее время использовать технологию APT в отечественной практике, в том числе для совершенствования методики конструирования и расчёта дорожных одежд и для оценки эффективности инновационных технологий и материалов, применяемых в дорожном строительстве.
Испытательная установка «Циклос»
Первой российской разработкой в области ускоренных испытаний дорожных конструкций стала разработанная в рамках национального проекта специализированная испытательная установка с рабочим наименованием «Циклос». Такое название она получила благодаря наличию функциональных возможностей симуляции циклического динамического приложения нагрузки к элементам дорожной конструкции. Установка имитирует однонаправленный трафик путём циклического перемещения четырёх кареток, оснащённых односкатным или двускатным колесом с регулируемой нагрузкой на ось.
Вес установки составляет около 20 тонн, ширина 2,5 метров, а длина – более 9 метров. За месяц четыре колеса «Циклос» способны приложить расчётную нагрузку на полосу наката суммарно около 2,5 миллионов раз. Это соответствует приведённой расчётной нагрузке интенсивности движения за весь срок службы автомобильной дороги I категории.
– Применение такого решения позволяет за непродолжительное время испытать конструкцию, которая рассчитана на 24 летний период непрерывной эксплуатации, - объясняет заместитель генерального директора института по развитию транспортных систем Екатерина Брязгина. – Подобный подход к методологии исследований открывает новые возможности для разработки или актуализации методов расчета и конструирования дорожных одежд. Полученные данные могут привести к синергии в различных областях дорожной отрасли.
В частности, установка позволит проводить ускоренные испытания полноформатных дорожных конструкций в специальных испытательных секциях на базе дорожного полигона, оборудованного измерительными системами для мониторинга состояния дорожной одежды. Это поможет разобраться в причинах ускоренного разрушения конструктивных слоев на разных стадиях эксплуатации автодороги.
Недавно производство посетила группа специалистов Управления перспективных методов исследований и испытаний РОСДОРНИИ.
Научные исследования будут проходить на испытательных секциях на специальном дорожно-испытательном полигоне РОСДОРНИИ. Стратегической целью его создания является поиск наиболее экономичных и долговечных конструкций и материалов дорожных одежд при проведении ускоренных испытаний в течение уменьшенного периода времени по сравнению с реальными сроками службы.
Мировой опыт
На сегодняшний день ускоренные испытания дорожных конструкций проводятся в большинстве развитых стран мира, включая США, Канаду, государства Евросоюза, Великобританию, Австралию, Новую Зеландию, Японию, Китай, Южную Корею и другие страны, где на проведение таких испытаний ежегодно тратится от одного до пяти и более миллионов долларов США.
К примеру, в Америке реализуется более пяти масштабных программ APT, в которых принимают участие свыше десяти университетов, охватывающих все научные направления. В частности, начиная с 2000 года действует программа полномасштабных и ускоренных испытаний дорожных покрытий AFD40 в рамках которой проводятся многочисленные лабораторные и полевые испытания с целью ассимилировать наиболее важные мировые достижения в области дорожного строительства. В программе участвуют двадцать две официальных организации, включая правительственные структуры, промышленные предприятия и академические институты.
В Евросоюзе с целью разработки европейского кодекса для оптимизации использования ускоренного нагрузочного тестирования в 2000 году была учреждена стратегия COST 347. В этой инициативе приняли участие 18 стран, а также Комитет TRB по полномасштабным и ускоренным испытаниям дорожных конструкций при сотрудничестве с центрами ALT в Южной Африке, Австралии и Новой Зеландии.
В Китае в рамках одиннадцатой пятилетки был разработан новый объект f-sAPT. Наибольших успехов в получении информации о структурном поведении дорожных одежд, подверженных повышенным нагрузкам, добился Харбинский технологический институт.
Более половины всех мировых изысканий в сфере APT посвящено изучению остаточных деформаций дорожных конструкций. Наиболее исследуемые факторы – усталостное трещинообразование и колейность. Так, за последние 20 лет изучению этих критериев было посвящено соответственно 125 и 27 тыс. научных публикаций в рецензируемых изданиях. Среди других направлений доминируют исследования механизмов замораживания и оттаивания, морозного пучения дорожных одежд, тесты на полное разрушение и др.
Наиболее часто исследуемые материалы – асфальтобетон, зернистые и укреплённые цементом материалы, глина и песок, цементобетон, композитные материалы и ремонтные составы. Среднее время, необходимое для проведения одного испытания, зависит от характера исследования и поставленной задачи и может варьироваться от одного-трёх месяцев до двух и более лет.
Немного истории
Первые опыты в области ускоренного испытания дорожных конструкций стали проводиться ещё в начале XX века. К числу первых установок для таких тестов относятся испытательное кольцо в Детройте (США, 1909 г.), стенд Road Machine (Великобритания, 1911 г), испытательный стенд Голландской ассоциации восточно-индийских автомобильных дорог (Индонезия, конец 1920-х гг.), а также экспериментальные участки дорог The American Association of State Highway and Transportation Officials (США, начиная с 1914 г.).
Первые установки APT современного типа были построены в Южной Африке (1968 г.), в Австралии и Новой Зеландии (1970 г.), в Нидерландах, Испании и Великобритании (1980 г.) и во Франции (1984 г.). К 1996 году в мире насчитывалось 35 действующих установок APT.