Указания по оценке прочности и расчету усиления нежестких дорожных одежд

; (3.1)

, (3.2)

где А и В ¾ эмпирические параметры, зависящие от типов покрытия, расчетной нагрузки, а также грунтово-гидрологических и погодно-климатических факторов. А и В определяют в соответствии с разделом 4;

т — количество расчетных состояний дорожной конструкции в расчетный период года;

— продолжительность состояния дорожной кон­струкции с модулем Е_i в расчетный период (определяют по графику прогиб - время), сут;

Е_i — модуль упругости дорожной конструкции на контрольной точке в рассматриваемый момент времени, МПа; например, по рис. 3.1 для состояния дорожной конструкции с модулем e₁ имеем:

.

Модули упругости Е_i рассчитывают по величинам прогибов l_кi, измеренных на контрольной точке в соответствии с формулой

, (3.3)

где l_кi — прогиб, см.

3.1.3. Для определения величины Е_ср по формуле (3.1) необходимо знать границы расчетного периода, Эти границы в общем виде определяют следующим условием:

Е_т = Е_тр + В lg(0,2 N_ф), (3.4)

где Е_т — максимальный модуль упругости дорожной конструкции, при котором еще требуется учет воздействия фактического движения на дороге, МПа (см. рис. 3.1);

Е_тр — требуемый по условиям движения модуль упругости дорожной конструкции, определяемый с использованием формул, учитывающих снижение несущей способности конструкций по времени, Mпa (см. раздел 4.4);

N_ф — приведенная к расчетному автомобилю фактическая интенсивность движения на полосу на момент проведения полевых испытаний, авт/сут:

N_ф = N × (3.5)

где N — интенсивность движения транспортного потока на полосу в момент испытания дорожной конструкции, ав/сут (рассчитывают по прил. 9);

w — количество типов автомобилей в транспортном потоке;

a_j — коэффициент приведения рассматриваемого автомобиля к расчетному (см. прил. 5);

P_j — доля j-го типа автомобиля в составе транспортного потока (по данным учета движения на дороге).

В случаях, когда нет раздельного учета движения по отдельным полосам, интенсивность движения на полосу:

N = N^* × f_п, (3.6)

где N* — суммарная интенсивность движения транспортного потока на дороге, авт/сут (определяют по прил. 9);

f_n — коэффициент, учитывающий количество полос движения на обследуемой дороге (определяют по табл. 3.1).

Таблица 3.1

Число полос движения

1

2

3

4

6

f_n

1

0,55

0,50

0,35

0,30

При отсутствии данных о фактическом периоде эксплуатации на момент проведения полевых испытаний величину модуля упругости Е_т и количество расчетных состояний можно определять для условий П-Ш дорожно-климатических зон по данным 25-суточного периода наибольшего ослабления конструкции, т.е. когда расчетный период Т_р (см. рис. 3.1) принимается равным 25 сут.

Календарные дни

Рис. 3.1. Пример зависимости прогиб-время для приведения результатов линейных испытаний к сопоставимому виду:

1 ¾ изменение состояния дорожной конструкции во времени на контрольной точке; 2 ¾ предельное состояние дорожной конструкции, при котором воздействие автомобилей еще существенно; Е₁, Е₂ и т.д. ¾ модули упругости при различных расчетных состояниях дорожной конструкции

3.1.4. Корректировку результатов линейных испытаний дорожных конструкций путем их приведения к сопоставимому виду выполняют по следующей формуле:

, (3.7)

где — величина прогиба, приведенная к сопоставимому виду, мм;

¾ коэффициент изменения прогиба во времени;

l_cp — прогиб дорожной конструкции на контрольной точке при характерном для всего расчетного периода состояния, мм. Определяют его по формуле (3.3) при подстановке E_i = E_ср и l_cр вместо l_кi;

l_кi — прогиб дорожной конструкции на контрольной точке в момент проведения линейных испытаний, мм;

l_i — прогиб дорожной конструкции, измеренный в процессе линейных испытаний, мм.

Поясним изложенное, воспользовавшись данными рис. 3.1. Результаты расчетов l_ср = 0,48 мм сведены в табл. 3.2.

Таблица 3.2

Дата

Время, ч

Место испытаний, км

l_i, мм

, мм

6.04

10.00

ПК 30+150

0,26

0,26´1,78 = 0,46

10.10

30+200

0,35

0,35´1,78 = 0,62

10.20

30+250

0,40

0,40´1,78 = 0,71

9.04

14.30

45+050

0,80

0,80´0,75 = 0,60

14.40

45+100

0,70

0,70´0,75 = 0,52

14.50

45+150

0,60

0,60´0,75 = 0,45

3.1.5. Распределение деформационных свойств дорожной конструкции в пределах характерного участка носит случайный характер. В этих условиях объективная оценка состояния дорожных конструкций может быть выполнена по величине фактического прогиба l_ф, соответствующего допускаемому проценту деформированной поверхности покрытия. Обработку результатов линейных испытаний проводит в соответствии с прил. 6.

3.1.6. При одновременном испытании дорожных одежд методами статического и кратковременного нагружения результаты линейных испытаний, проведенных методом кратковременного нагружения, приводят к сопоставимому виду с результатами, получаемыми статическим нагружением колесом автомобиля. Для этого используют данные сопоставительных испытаний, выполненных в соответствии с п. 2.4.8.

3.1.7. Полученные величины прогибов l_ф используют для расчета фактических модулей упругости дорожной конструкции на каждом характерном участке. Расчеты выполняют по формуле (2.1), заменяя l на l_ф и Е_А на Е_ф:

. (3.8)

3.1.8. Полевые испытания дорожных одежд могут быть выполнены не в расчетном году. В результате полученные данные не дадут объективной оценки состояния дорожной одежды, если не выполнить соответствующую их корректировку. Для корректировки используют график влажность — время, построенный по данным периодического (1 раз в 3 - 5 дней) измерения относительной влажности грунта земляного полотна на обследуемых участках (см. п. 2.4.9).

Сопоставляя графики прогиб — время и влажность — время, определяют относительную влажность W грунта земляного полотна на характерном участке, соответствующую типичному для всего расчетного периода состоянию дорожной одежды. Для этого находят значения влажности W_i, соответствующие по времени точкам пересечения линии, характеризующей типичное, состояние дорожной одежды l_ср, с графиком прогиб — время. Величину W определяют как среднее значение из W_i . Полученную влажность W сравнивают с влажностью грунтов расчетного года W_p . В качестве влажности грунта расчетного года принимают наиболее вероятную влажность за рассматриваемый перспективный период (5 - 15 лет):

супесь легкая, песок пылеватый: W_р = 0,76 ± 3%;

суглинок пылеватый, суглинок легкий, глина: W_р = 0,86 ± 2,5%.

При необходимости получения более детального решения, величины W_р определяют в соответствии с прил. 2 инструкции ВСН 46-83 Минтрасстроя СССР.

Фактические значения модулей упругости Е_ф, рассчитанных по формуле (3.6), в случаях различия влажностей W и W_р корректируют в следующей последовательности:

по прил. 7 (табл. 1) определяют модули упругости грунтов земляного полотна Е_о и Е_р соответствующие влажности W и W_р;

находят средний модуль упругости слоев дорожной одежды Е_с с помощью номограммы для послойного расчета (рис. 1 прил. 7) по известным фактическим модулям упругости дорожной конструкции Е_ф, толщине дорожной одежды и модулям упругости грунта земляного полотна Е_о при характерном состоянии конструкции.

определяют по номограмме для послойного расчета (рис. 2 прил. 7) при известных Е_с и Е_р модуль упругости дорожной конструкции Е_ф*, приведенный к расчетному году.

Если по технико-экономическим соображениям возникнет необходимость более точной оценки, состояния автомобильной дороги (например в случаях недостаточной изученности местных региональных условий), приведение модулей упругости к расчетному году можно осуществлять с использованием данных гидрометеостанций (прил. 8).

3.1.9. Полученные значения фактических модулей упругости Е_ф используют для построения графика (рис. 3.2) результатов линейных испытаний дорожных конструкций, на который выносят значения модулей упругости конструкций, требуемых по условиям движения Е_тр. В результате сопоставления фактических и требуемых модулей упругости решают вопрос об участках недостаточной прочности. Если фактический модуль упругости дорожной конструкции превышает или равен требуемому, то участок дороги можно отнести к прочным. Если фактический модуль упругости окажется меньше требуемого, то участок имеет недостаточную прочность.

Рис. 3.2. График результатов испытаний дорожной одежды:

1 ¾ границы характерных участков; 2 ¾ линия требуемого модуля упругости дорожной конструкции на характерном участке; 3 ¾ участки недостаточной прочности; Е ¾ модуль упругости дорожной конструкции; 4 ¾ Эпюра приведенных фактических модулей упругости (Е_ф*).

3.2. Испытание в нерасчетные периоды года

3.2.1. Результаты полевых испытаний обрабатывают методами математической статистики (см. прил. 6) и используют для построения графика температура покрытия — прогиб (рис. 3.3), необходимого для определения прогиба конструкции при расчетной температуре покрытия. В качестве расчетных температур покрытия из материалов, содержащих органическое вяжущее, принимают: +10° С ¾ в I дорожно-климатической зоне (ДКЗ); +20° С ¾ во II ДКЗ; +30° С — в III ДКЗ; +40° С — в IV ДКЗ и +50° С ¾ в V ДКЗ.

Рис. 3.3. Пример построения графика температура покрытия ¾ прогиб по результатам испытания дорожной одежды на контрольной точке. Стрелками показан порядок определения расчетного значения обратимого прогиба (l_o), соответствующего расчетной температуре покрытия ( ); l ¾ обратимый прогиб, см; t^п ¾ температура покрытия, °С

3.2.2. Предварительно обработанные результаты линейных испытаний приводят к требуемому расчетному состоянию дорожных одежд и земляного полотна. Приведенный фактический модуль упругости конструкции определяют по формуле:

, (3.9)

где Е_фл — фактический модуль упругости дорожной конструкции характерного участка, полученный по результатам испытаний в нерасчетный период года (определяют по формуле 3.8), заменяя Е_ф на Е_фл, МПа;

— температурный коэффициент, равный отношению прогиба l_p при расчетной температуре покрытия к прогибу l_о при температуре, соответствующей периоду проведения испытаний . Расчетную температуру покрытия определяют в соответствии с п. 3.2.1. Используя график температура покрытия — прогиб (см. рис. 3.3), по величине находят значение l_р, для переходных типов одежд =1;

Н_к — толщина дорожной одежды на контрольной точке, измеренная в шурфе при определении влажности грунта земляного полотна, см;

К_г — эмпирический коэффициент, зависящий от вида грунта земляного полотна в месте расположения контрольной точки; К_г = 1,5 — для супесей легких и песчаных грунтов; К_г = 2,15 — для суглинков, супесей пылеватых и тяжелых пылеватых;

W_фл — измеренная относительная влажность грунта земляного полотна на контрольной точке в период проведения испытаний. Определяют ее в соответствии с п. 2.4.10;

W_р — относительная расчетная влажность грунта земляного полотна, %. Находят ее в соответствии с п. 3.1.8;

D — расчетный диаметр следа колеса, см (см. прил. 5);

К_д — эмпирический коэффициент, зависящий от состояния покрытия в районе контрольной точки. При наличии сетки трещин К_д = 0,90; при отсутствии — К_д = 1,00;

К_т — эмпирический коэффициент приведения дорожной конструкции к типичному состоянию. Определяют в соответствии с табл. 4 прил. 8.

Указанные величины коэффициентов К_г, К_д и К_т получены применительно к наиболее распространенным конструкциям дорожных одежд (см. п. 2.4.8).

3.2.3. Соотношения между результатами испытаний методами кратковременного и статического нагружения зависят от состояния дорожных конструкций по сезонам года. По этой причине соответствующие корреляции устанавливают в соответствии с п. 2.4.8.

3.2.4. В случае, если полевые работы организованы таким образом, что испытания контрольных точек на характерных участках проводят в расчетный период, а линейные испытания этих участков осуществляют в нерасчетный период года, то корректировку результатов линейных испытаний дорожных конструкций путем их приведения к сопоставимому виду выполняют в соответствии с разделом 3.1.4.

3.2.5. Полученные значения выносят на линейный график в соответствии с п. 3.1.9.

3.2.6. При соответствующем технико-экономическом обосновании результаты испытаний обрабатывают с учетом местных погодно-климатических условий, используя данные гидрометеостанций (см. прил. 8).

4. НАЗНАЧЕНИЕ ТРЕБУЕМОЙ ПРОЧНОСТИ НЕЖЕСТКИХ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД

4.1. Требуемую прочность дорожных одежд назначают применительно к следующим задачам, решаемым в практической деятельности дорожных организаций:

1. Оценка прочности дорожной одежды:

при приемке дорог в эксплуатацию;

в процессе эксплуатации автомобильных дорог (в том числе для накопления банка данных.

2. Повышение прочности (усиление) дорожной одежды.

4.2. В общем случае требуемый модуль упругости дорожных одежд и земляного полотна определяют по формуле:

, (4.1)

где — коэффициент относительной прочности дорожной одежды, принимаемый по табл. 2 прил. 7;

— региональный коэффициент; = 1 — для дорог в I - IV дорожно-климатических зонах; = 0,85 — в V дорожно-климатической зоне;

D — коэффициент, учитывающий тип и толщину существующей дорожной одежды и особенности грунтово-гидрологических условий (табл. .4 прил. 7);

— коэффициент, учитывающий толщину песчаного слоя в существующей дорожной одежде (табл. 4 прил. 7);

X_i — параметр, зависящий от допускаемой вероятности повреждения покрытий (табл. 2 прил. 7);

К_s — коэффициент, учитывающий условие прочности покрытий, обработанных вяжущими, на растяжение при изгибе (определяют в соответствии с табл. 6 прил. 7).

Для случая роста интенсивности движения во времени в соответствии с законом геометрической прогрессии величину требуемого по условиям движения модуля упругости находят по формуле:

, (4.2)

где А и В ¾ эмпирические коэффициенты для расчетного автомобиля группы А. При динамическом нагружении дорожной конструкции А = 145 МПа; В = 77 МПа; при статическом нагружении А = 125 МПа; B = 68 МПа;

g — параметр, принимаемый для усовершенствованных капитальных, облегченных и переходных одежд соответственно: g = 0,12; g = 0,148; g = 0,171;

w^* ¾ коэффициент, учитывающий агрессивность воздействия расчетных автомобилей в разных погодно-климатических условиях (принимают по таблицам 5.1 и 5.2 прил. 7);

N₁ — среднесуточная интенсивность движения на полосу в 1-й год эксплуатации (в расчетный период), приведенная к расчетным автомобилям группы А, авт/cут.

N₁ = N_ф × q, (4.3)

где q — показатель роста интенсивности движения. Определяют его в соответствии с прил. 9;

t_i — расчетный период эксплуатации дорожной одежды, годы.

Для случаев изменения интенсивности движения во времени по линейной закономерности либо при постоянной интенсивности движения величину требуемого модуля определяют по формуле:

, (4.4)

При линейной закономерности изменения интенсивности движения автомобилей во времени временной параметр (У) выражают формулой:

, (4.5)

где z — показатель роста интенсивности движения при линейном изменении ее во времени.