Перспективная интенсивность движения по полосе составляет 2300 авт./сут, в том числе: автобусов ЛАЗ-4202 340 авт./сут, Икарус-250 380 авт./сут; троллейбусов ЗИУ-9В 200 авт./сут, ЗИУ-682В 210 авт./сут; автомобилей ГАЗ-53А 320 авт./сут, ЗИЛ-130-76 420 авт./сут, МАЗ-500А 430 авт./сут.
Поскольку в составе движения имеются троллейбусы ЗИУ-9В и ЗИУ-682В, нагрузка на заднее колесо которых превышает нормированную нагрузку для автомобиля группы А, а число троллейбусов составляет более 5% общей интенсивности движения, за расчетную нагрузку следует принять автобус группы А. По данным табл. 1, расчетное давление на покрытие р=0,6 МПа и расчетный диаметр следа колеса движущейся нагрузки DД = 39 см.
Конструирование и расчет в данном случае слагается из семи этапов:
а) модули упругости асфальтобетона покрытия (асфальтобетон плотный I марки, на битуме БНД-60/90) при +40°С Е1=550 МПа, а при +10°С Е1=3200 МПа, в расчете на изгиб Е1=4500 МПа;
б) асфальтобетон верхнего слоя основания (асфальтобетон высокопористый I марки, на битуме БНД-60/90). Его модуль упругости при +40°С Е2=460 МПа, а при +10°С Е2=2000 МПа, в расчете на изгиб Е2=2100 МПа, сопротивление растяжению при изгибе
МПа;
Таблица 22
№ слоя
|
Материал слоя
|
Е, МПа
|
h, см
|
|
Общий модуль упругости на поверхности слоев, МПа
|
1
|
Асфальтобетон покрытия
|
3200
|
5
|
0,128
|
=352 |
2
|
Асфальтобетон основания »v
|
2000
|
15
|
0,385
|
=300 |
3
|
Щебень известняковый
|
350
|
23
|
0,590
|
=144 |
4
|
Песок крупный
|
130
|
28
|
0,718
|
=76 |
5
|
Грунт — суглинок, пылеватый
|
46
|
—
|
—
|
— |
в) модуль упругости фракционированного щебня из прочных осадочных пород (см. табл. 17) Е3=350 МПа;
г) расчетные характеристики крупного песка (см. табл. 17): Е4=130 МПа, °, с4=0,007 МПа;
д) расчетная относительная влажность грунта земляного полотна (см. приложение 2, табл. 6)
.
При этой расчетной влажности расчетные характеристики грунта: Егр=46 МПа, гр =18°, сгр = 0,016МПа.
4. При расчете одежды по упругому прогибу требуемый модуль упругости конструкции в соответствии с указаниями п 3.31 настоящей инструкции составляет Етр =2651,1 =292 МПа.
Подбирают толщины слоев одежды так, чтобы общий модуль упругости на поверхности покрытия был не менее Етр с учетом заданной надежности. Этому условию отвечает конструкция (рис. 11), результаты расчета которой приведены в табл. 22; Еобщ>Етр; Еобщ/Етр = 352 : 292 = 1,21 > Кпр = 1,0.
5. Определяют, не достигается ли предельное равновесие по сдвигу в подстилающем одежду грунте. Вычисляют средний модуль упругости дорожной одежды:
МПа
Отношения: Еср / Егр = 301/46 = 6,54;
По этим данным с помощью номограммы (см. рис. 3.5) при гр = 18° находят ; активное напряжение сдвига от временной нагрузки МПа. Активное напряжение сдвига от веса вышележащих слоев одежды (см. рис. 3,7) МПа. Полное активное напряжение сдвига: Т = 0,0109 - 0,0003 = 0,0106 МПа. Допускаемое активное напряжение сдвига в грунте:
МПа.
Таким образом, Т < Тдоп, Тдоп / Т = 0,0108:0,0106=1,02>Кпр ==1,0.
6. Определяют, не достигается ли предельное напряженное состояние в песчаном слое. Для этого вычисляют средний модуль упругости слоев лежащих выше песчаного:
МПа
отношения:
и
Рис. 11 Деталь конструции к примеру 2:
1 – плотный асфальтобетон; 2 – высокопористый асфальтобетон; 3 – известняковый щебень; 4 – песок крупный; 5 – суглинок легкий пылеватый
Активное напряжение сдвига в песчаном слое от движущейся нагрузки при этих отношениях по номограмме (см. рис. 3.5) составляет , откуда МПа. Напряжение сдвига от веса слоев одежды, лежащих выше песчаного по номограмме (см. рис. 3.7): МПа.
Полное активное напряжение сдвига:
Тпес=0,0174-0,0031=0,0140 МПа, что меньше Тдоп =.
7. Рассчитывают асфальтобетон на растяжение при изгибе. Для этого вначале определяют средний модуль упругости асфальтобетонных слоев дорожной одежды:
МПа.
При =144 МПа (см. табл. 22) отношение Еср /=2775:144=19,27. Относительная толщина асфальтобетонного слоя
(h1+ h2) : D = 20 : 39 = 0,513
По номограмме (см. рис. 3 11) инструкции = 1,59 и МПа. Коэффициент прочности Rизг /= 0,812:0,811 =1,00, что равно минимальному требуемому коэффициенту прочности Кпр=1,0.
Согласно расчетам, принятая конструкция удовлетворяет всем критериям прочности.
Пример 3. Требуется запроектировать дорожную одежду для дороги IIIп категории, проходящей в IV дорожно-климатической зоне при 2-м типе местности по условиям увлажнения, при следующих исходных данных: расчетная интенсивность воздействия нагрузки группы А—500 ед.сут. на полосу; параметры нагрузки: давление р=0,6 МПа, диаметр нагруженной площади движущегося автомобиля Dд =37 см; материалы для сооружения основания—щебень известняковый песок, а грунт земляного полотна — суглинок пылеватый.
Конструирование и расчет слагается из семи этапов.
а) для материала усовершенствованного капитального покрытия — плотного асфальтобетона I марки (битум БНД-60/90) динамические модули упругости (см. табл. 12, 13); при +40°С, Е1 =550 МПа, при +10°С Е1 =3200 МПа и при расчете на изгиб Е1 =4500 МПа;
б) для верхнего слоя основания — пористого асфальтобетона из известнякового щебня марки 700 (битум БНД-60/90) модуль упругости (см. табл. 12. 14): при +40°С, Е2=460 МПа; при +10°С, Е2=2000 МПа, а при расчете на изгиб Е2=2800 МПа, причем допускаемое напряжение на растяжение при изгибе по формуле (5):
МПа
в) для нижнего слоя основания — фракционированного щебня 2-го класса прочности из осадочных пород, укладываемого с расклинкой (см. табл. 17) Е3=350 МПа;
г) модуль упругости и характеристики прочности песка (табл. 17).
Е4=120 МПа, °, с4=0,006 МПа;
д) расчетные характеристики грунта земляного полотна — суглинка пылеватого при расчетной влажности (см. табл. 6, формулу (4):
Wp=Wт=0,75 Wт,
Егр=38 МПа; гр =15°; сгр=0,013МПа;
допускаемое напряжение сдвига в грунте по формуле (3.12)
Tгр = МПа.
4. Требуемый модуль упругости при заданной интенсивности воздействия нагрузки составляет 245 МПа.
5. Подбирая толщины слоев одежды так, чтобы общий модуль упругости на поверхности покрытия был близок к Eтр, устанавливают, что этому условию отвечает конструкция, результаты расчета которой приведены в табл. 23. Отсюда имеют Еобщ/Етр=272:245=1,11>Кпр=1.
6. Проверяют конструкцию на сопротивление сдвигу в грунте. Находят, что
МПа
а и
При этих отношениях и гр =15° по номограмме (см. рис. 3.6) находят =0,0167, откуда МПа. Составляющая от веса одежды (см. рис. 3.7) равна МПа. Действующее в грунте сдвигающе напряжение
МПа
Таблица 23
№ слоя
|
Материал слоя
|
Е, МПа
|
h, см
|
|
Общий модуль упругости на поверхности слоев, МПа
|
1
|
Асфальтобетон покрытия
|
3200
|
4
|
0,108
|
=272 |
2
|
Асфальтобетон основания »v
|
2000
|
8
|
0,216
|
=240 |
3
|
Щебень известняковый
|
350
|
30
|
0,81
|
=159 |
4
|
Песок крупный
|
120
|
30
|
0,81
|
=70 |
5
|
Грунт — суглинок, пылеватый
|
38
|
—
|
—
|
— |
Коэффициент прочности по сдвигу в грунте
Тдоп/Т = 0,0103 : 0,0102 = 1,01 > Кпр = 1,00.
7. Проверяют прочность конструкции на сопротивление сдвигу в песке. Допускаемое напряжение сдвига в песке
МПа
МПа
При Еср/Епес=390:120=3,25 и и при ° по номограмме (см. рис. 3.5) определяют =0,052, откуда МПа.
От веса вышележащих слоев при =42 см и ° составляющая напряжения сдвига МПа; действующее напряжение сдвига в песке
Т4 = 0,018 - 0,0028 = 0,0152 МПа.
Коэффициент прочности по сдвигу в песке Тдоп/Т = 0,0190:0,01 = 1,25. Условия прочности песка по сдвигу допускают корректировку конструкции, если это экономически целесообразно.
8. Выясняют прочность асфальтобетона на растяжение при изгибе
МПа.
При отношениях Еcp/Еосн = 3367:159=21,18 и по номограмме (см. рис. 3.11) находят, что = 2,5, откуда действуйщее растягивающее напряжение при изгибе МПа; R2 /= 1,31:1,28=1,02, что равно минимальному требуемому коэффициенту прочности.
Пример 4. Требуется запроектировать дорожную одежду с покрытием из гравийного материала на дороге IV категории во IIі дорожно-климатической зоне (1-я подзона) при следующих исходных данных: местность по условиям увлажнения относится ко 2-му типу; грунт земляного полотна — суглинок тяжелый; материал для основания — песок мелкий; расчетная нагрузка — автомобиль группы Б (Dд ==32 см, р=0,5 МПа), расчетная интенсивность воздействия нагрузки — 250 ед./сут. на полосу, заданный уровень надежности сооружения (см. табл. 3.1) Кн =0,60.
Конструирование и расчет слагается из четырех основных этапов.
1. Устанавливают расчетные характеристики грунта земляного полотна и материалов конструктивных слоев:
а) расчетная влажность грунта при заданном уровне надежности Кн = 0,60 (см. табл. 6) по формуле (4)
;
б) характеристики грунта при расчетной влажности 0,70Wт (см. табл. 10)
Егр=41 МПа; гр =18°; сгр=0,019 МПа;
в) расчетное значение модуля упругости материалов (гравийной смеси) при условии, что частиц менее 0,63 мм 15% и n=0,5 (см. приложение 3, рис. 8) E1=190 МПа, а мелкого песка (см. табл. 17) E2 = 100 МПа.
По графику (см. рис. 3.1) находят, что минимальное допустимое значение коэффициентов прочности при коэффициенте надежности Кн =0,60 составляет Кпр =0,63.
2. Предварительно намечают конструкцию одежды (рис. 12): гравийный материал h1=18 см; слой песка h2=28 см.
Рис. 12. Деталь конструкции к примеру 4:
1 — гравийный материал; 2 — песок мелкий;
3 — суглинок тяжелый
3. Рассчитывают конструкцию по упругому прогибу. При Np=250 ед./сут. требуемый модуль упругости Етр =165 МПа; он превышает минимальное значение для заданных условий (см. табл. 3.3). Поэтому в расчет вводят полученный по номограмме (см. рис. 3.2) требуемый модуль упругости. Результаты расчета (см. в табл. 24).
Коэффициент прочности по упругому прогибу Еобщ/Етр = 104:165=0,63, что равно минимально допустимому значению коэффициента прочности Кпр при заданном уровне надежности Кн = 0,60 дороги.
а отношения Еср/Егр = 135:41=3,29 и (h1+ h1)/DД = 46:32 = 1,44.
Для этих отношений по номограмме (см. рис. 3.5) находят, что = 0,049, откуда МПа. Составляющая активного напряжения сдвига за счет веса одежды (см. рис. 3.7) = - 0,0002 МПа. Полное активное напряжение сдвига в грунте
МПа
допускаемое активное напряжение сдвига в грунте
МПа
Коэффициент прочности по сопротивлению сдвигу в грунте составляет Тдоп/Тпр = 0,0169:0,0243=0,70, что превышает требуемое значение Кпр =0,63. По поскольку коэффициент прочности по упругому прогибу равен требуемому, нет необходимости перепроектировать конструкцию одежды.
Таблица 24
№ слоя
|
Материал слоя
|
Модуль упругости Е,МПа
|
Толщина h, см
|
|
Еобщ, МПа
|
1
|
Гравийный материал
|
190
|
18
|
0,56
|
= 104 |
2
|
Песок »v
|
100
|
28
|
0,88
|
= 68 |
5
|
Грунт
|
41
|
—
|
—
|
— |