Вертикальний прогин зразка вимірюють за допомогою пристрою, що дозволяє з фіксованого індикатором вертикального переміщення виключати локальні деформації матеріалів на опорах (зминання). Пристрій являє собою начіпну рамку, що закріплюється в місцях передбачуваної нейтральної лінії згину (посередині висоти балочки) над опорами або на торцях зразка.
Підготовлений до випробування зразок навантажують, при цьому фіксують пружний прогин. Для визначення короткочасного модуля пружності використовують значення пружного прогину, що вимірюється після 10-30 циклів попередніх повторних ущільнюючих навантажень. Модуль пружності лабораторний:
,(М.1)
де Kl,Kt-поправки, що визначаються за формулами М.2 і М.З;
Р –вертикальне навантаження;
l –розрахунковий проліт балочки ();
f –пружний прогин балочки;
J – момент інерції перетину зразка (J = bh3/12, a b, h – ширина і висота балочки).
Якщо начіпна рамка вимірювального пристрою закріплена на торцях зразка довжиною L, у розрахунки за формулою (М.1) уводиться поправка:
.(М.2)
При випробуванні з тривалістю навантаження tn, що відрізняється від розрахункової t p= 0,1 с, у розрахунки за формулою (Е.1) слід ввести поправку:
.(М.3)
Для визначення короткочасного модуля пружності випробовують, як вказувалося, не менше, ніж три зразки. За значення модуля пружності приймають середнє арифметичне. Розбіжності між даними паралельних випробувань не повинні перевищувати 15 %.
Якщо немає начіпної рамки вимірювального пристрою, то пружне зминання на опорах зразка, що деформується, і пружну піддатливість опор враховують слідуючим чином. Після випробування на згин (рисунок М.5) і вимірювання загального вертикального переміщення
|
|
|
|
Рисунок М.5 – Схеми для врахування зминання балочки на опорах при випробуванні її на згин: |
|
|
а – для загального вертикального переміщення середини балочки; б –для вертикального переміщення від зминання балочки на опорах |
fвипp низу зразка, обумовленого не тільки згином, але й пружним зминанням зразка в зонах контакту з опорами, податливістю опорних стійок і т. д., проводять додаткове випробування. На балочку на двох опорах вкладають досить тверду сталеву пластинку і навантажують її тією самою силою Р; при цьому асфальтобетонна балочка не згинається, а тільки зворотньо зміщується у вертикальному напрямку щодо опорної станини. Це додаткове переміщення fдод теж фіксують індикатором. Розрахунковий пружний прогин f = fвипр – fдод.
Спосіб підготування зразків до випробування на міцність по розтягу при згині і схема їх навантаження ті самі, що і при випробуванні з метою визначення модуля пружності. Зразки випробовують на механічному пресі УММ – 5 із швидкістю деформування 100 мм/хв при розрахунковій температурі асфальтобетону. Руйнівне навантаження Рр вимірюють силовимірювальним пристроєм, що забезпечує точність відліку до 5 %, зокрема, механічним динамометром ДОСМ – 5 чи ДОСМ – 3, що закріплюється у верхньому захваті преса.
При згині одноразовим навантаженням лабораторна межа міцності на розтяг дорівнює:
.(М.4)
Випробовують не менше, ніж три зразки. За нормативне приймають середнє арифметичне значення показника.
Для визначення модуля пружності при підвищених температурах, тобто від 30 °С до 60 °С, суміш готують відповідно до вимог стандартних методик. Циліндричні зразки виготовляють у сталевій формі діаметром і висотою не менше за . Форма складається з окремих кілець, верхнє з яких служить для розміщення у формі всього заданого об'єму матеріалу в пухкому стані і знімається після пресування.
Суміш пошарово вкладають у форму, ретельно штикують і потім ущільнюють на 150-тонному гідравлічному пресі. Навантаження підбирають так, щоб щільність асфальтобетону, контрольована щодо товщини ущільненого шару, була стандартною, тобто ущільнююче навантаження при формуванні зразків орієнтовно повинно знаходитися в межах 5-15 МПа для ґрунтових сумішей, 15 – 25 МПа для піщаних і дрібнозернистих сумішей і до 40 МПа для середньозернистих і крупнозернистих сумішей. Зразки випробовують через 12 – 42 години після виготовлення й не раніше, ніж через 4 години після їхнього витримування в термокамері при заданій температурі. Випробовують у термокамері чи в лабораторному приміщенні, підтримуючи температуру зразка електрообігрівачами. Навантаження на зразок від важільного преса передають через сталевий штамп D = ; деформації вимірюють індикаторами годинникового типу (рисунок М.6).
Жорсткість кріплення індикаторів перевіряють легким постукуванням металевим предметом по краях форми; стрілки індикаторів повинні ледве помітно тремтіти, але після припинення постукування повертатися у своє первинне положення. Постукувати по формі потрібно також і в процесі випробування перед зняттям з індикаторів робочих відліків.
|
|
|
1 – індикатори годинникового типу; 2 – штамп із заплечиками; 3 – форма із зразком. |
|
Рисунок М.6 – Схема встановлення штампа та індикаторів при визначенні модуля пружності матеріалу на важільному пресі |
Зразок випробовують двічі при навантаженні р = 0,5 МПа з тривалістю дії 5 і 300 с (5 хв); тривалість дії навантаження і відпочинку після розвантаження приймають однаковими. Показання індикаторів знімають наприкінці навантаження й наприкінці відпочинку, а потім за різницею відліків розраховують зворотне вертикальне переміщення (у сантиметрах) штампа f.
Модулі пружності (у мегапаскалях):
,(М.5)
де μ – коефіцієнт Пуассона;
D – діаметр штампа.
Маючи значеннями модуля пружності асфальтобетону, що отримані в результаті випробування моделей у лабораторії при тривалості дії навантаження 5 с (Е5) і 300 с (Е300), визначають модуль пружності Ел цього матеріалу, що працює в умовах, близьких до натурних:
.(М.6)
Ця формула враховує відмінності в процесах формування матеріалу, в опорі його деформуванню, а також у режимах навантаження в лабораторії і натурних.
М.2Випробування зразків з матеріалів, що містять неорганічне в'яжуче
До таких матеріалів належать цемент, вапно, гранульований шлак, золи виносу і т. ін. Опір на розтяг при згині і модуль пружності ґрунтів і матеріалів, укріплених неорганічним в'яжучим, визначають на зразках-балочках, що виготовляють і зберігають до випробувань за стандартною методикою. Для кожного виду випробувань готують по три зразки. Зразки в залежності від розміру випробовують на пресах важільних, гідравлічних чи з механічною подачею поршня, здатних передавати навантаження 5 – 100 кН. Точність відліку показань силовимірювального пристрою пресу до 5 %.
Преси для випробувань зразків-балочок повинні бути обладнані додатковими пристосуваннями – спеціальними столами (підставками) чи траверсами, що мають циліндричні опори для балочок, при цьому одна з опор повинна бути рухомою. Радіус заокруглення опорних поверхонь повинен бути в межах 10 – . У підставці є отвір для кріплення індикатора годинникового типу (див. рисунок М.5).
Зразок, що випробовується, після виймання з води витирають м'якою тканиною і поміщають на двох опорах підставки, відстань між якими дорівнює для балочок розміром х х і для балочок розміром х х . Зразок встановлюють на опори тією гранню, що при виготовленні зразка була вертикальною. Поверхня балочки повинна прилягати до опор щільно на всій ширині. Зразок навантажують посередині прольоту на всю ширину балочки. Під зразок поміщають прикріплений до підставки індикатор годинникового типу для визначення вертикального переміщення (прогину). Після встановлення зразка приступають до випробування. Швидкість навантаження зразків повинна складати 2 – 4 мм/хв.
Межу міцності на розтяг при згині обчислюють за формулою (М.4), як середнє арифметичне результатів випробування трьох зразків, розбіжність між результатами окремих випробувань не повинна перевищувати 15 %. Орієнтовні значення межі міцності на розтяг при згині можна одержати за результатами випробування циліндричних зразків на розтяг Rрозк при розколі. У цьому випадку межа міцності на розтяг при згині дорівнює:
Rлаб ≈ 2Rрозк.(М.7)
При визначенні модуля пружності зразок навантажують рівнями, з розвантаженням після кожного рівня. Значення рівня навантаження вибирають так, щоб мати три – п'ять рівнів у процесі випробування. Вертикальний прогин fcyм балочки вимірюють індикатором годинникового типу. Час дії кожного рівня навантаження 1 хв, розвантаження – 30 с. Для виключення місцевого пружного зминання зразка в зоні його контакту з опорами випробування роблять за схемою рисунка М.5.
Модуль пружності визначають при навантаженні 0,5 – 0,7 від руйнівного навантаження за формулою (М.1) при Kt = 1,0.
За допомогою того самого зразка-оболонки можна одночасно з визначенням модуля пружності знайти межу міцності на розтяг при згині. У цьому випадку випробовують навантаженням, що ступінчасто зростає, до руйнування балочки. Рівень навантаження ∆Р призначають у залежності від граничного навантаження Ргр, при якому фіксується руйнування, виходячи з умови ∆Р 0,1Ргр.
За розрахункове руйнівне навантаження Рр приймають різницю між граничним навантаженням, при якому зафіксоване руйнування даної балочки, і половиною останнього рівня ∆Р.
М.3Визначення модуля пружності ґрунтів і матеріалів у натурних умовах
Випробування проводять на реальних конструкціях, що є на дорогах, або на тих, що створюються у натурному масштабі на полігонах і в ґрунтових каналах. Модулі пружності ґрунтів земляного полотна та неукріплених кам'яних матеріалів шарів основ визначають випробуванням місцевим навантаженням. Навантаження на конструкцію, що випробовується, передають через круглий жорсткий штамп з діаметром, близьким до розміру усередненого сліду колеса розрахункового автомобіля ( D ). Конструкції із шарами з монолітних чи щільних малозв'язних матеріалів допускається випробувати за допомогою здвоєного пневматичного колеса з профілем обода 203В, 216В, 228В.
Найбільш точно модуль пружності ґрунту чи матеріалу встановлюють на однорідній напівпросторовій конструкції, влаштованій шляхом пошарового вкладання й ущільнення ґрунту чи матеріалів при загальній товщині, меншій за 4D. У цьому випадку модуль пружності обчислюють безпосередньо за результатами випробування.
Модулі пружності матеріалів шарів основи меншої товщини визначають за результатами пошарових штампових випробувань. При випробуванні штампом, встановленим на поверхні шару, що випробовується, визначають загальний модуль Езаг пружності конструкції, а при установлюванні штампа на шари Е2, що знаходяться нижче, потім за номограмою (рисунок 3.3) розраховують модуль пружності шару, що випробовувався.
Пошарово варто випробувати конструкції з основою, що має не більше, ніж два шари.
Ґрунти й шари одягу в конструкції, що випробовується, повинні бути покладені відповідно до діючих правил провадження й приймання робіт; вони повинні бути в усьому масиві однорідними за зерновим (гранулометричним) складом, за показниками щільності й вологості. При цих умовах випробування можна проводити на дорогах після влаштування й приймання земляного полотна та основи (до укладання покриття), а також у процесі експлуатації дороги при наявності достовірної інформації про умови її будівництва.
Одержувані в цих випадках дані випробування відносяться до стану конструкції в момент проведення випробування, як правило, при вологості ґрунту й матеріалів основи менше за розрахункову. Для того, щоб встановити значення модулів пружності, що відповідають розрахунковому періоду, випробування слід прив'язати до відповідного моменту часу – навесні, після дощів чи спеціального зволоження конструкції. У період випробування вологість зв'язних ґрунтів повинна відповідати розрахунковій; вологість кам'яних матеріалів, у яких містяться чи утворюються при ущільненні пластичні дрібні фракції (дрібніші за ), повинна бути не менше за розрахункові значення:
Wp =KkmWT+(1-m)Wk,(M.8)
де Кк – коефіцієнт, що залежить від кліматичних умов і приймається для дорожньо-кліматичної зони У-ІІ рівним 0,8, для У-ІII – 0,75, У-IV – 0,7;
m – вміст у суміші фракцій дрібніших за , у частках від одиниці;
WT – межа текучості цих дрібних фракцій, %;
Wк – водопоглинання щебеню (гравію), % від маси.
Модуль пружності конструкції визначають випробуваннями за допомогою установки (рисунок М.7).
|
|
|
Рисунок М.7 – Схема установки для штампових випробувань дорожнього одягу |
Навантаження на поверхню випробуваної конструкції передаються через круглий жорсткий штамп 6 і домкрат 4, що впирається в раму 2 навантаженого автомобіля чи опорну балку прес-рами на ґрунтовому каналі. Навантаження на штамп вимірюють за допомогою механічного динамометра 3. Вертикальне переміщення штампа фіксують прогиноміром важільного типу, вимірювальний стрижень якого встановлюють у центрі штампа. У цьому випадку домкрат на трьох опорних стійках 5 встановлюють на штампі. Вертикальне переміщення штампа можна також заміряти двома індикаторами годинникового типу, встановленими вздовж діаметра штампа на рівних відстанях від його центра. Індикатори надійно закріплюють на твердій реперній балці, опори якої повинні бути віддалені на відстань не менше, ніж 4D від штампа і коліс дослідного автомобіля. Розрахункове переміщення приймають рівним напівсумі відліків за цими індикаторами.
До випробування передні колеса автомобіля блокують гальмами й жорстко закріплюють на місці за допомогою опорних башмаків.
При випробуванні автомобілем середньої вантажопідйомності для забезпечення випробувального навантаження до 50 кН кузов і підресорну частину автомобіля „зважують" – піднімають за допомогою домкрата і під раму поруч із заднім мостом підставляють опори, на які після розвантаження домкрата передається вага автомобіля. Відстань між опорами та місцем випробування повинна бути не меншою за . При великій кількості випробувань бажано, щоб ресори автомобіля були блоковані. Штамп встановлюють на шар, що випробовується, після ретельного вирівнювання його поверхні тонким шаром (1 – ) із дрібного піску без порушення сформованої структури матеріалу, і ретельно притирають. Потім конструкцію витримують під максимальним випробним навантаженням протягом 2 хвилин і розвантажують.
