Разные способы введения вяжущего в процессе строительства определяют различия в структуре получающихся покрытий.

Смешение в специальных установках (стационарных или подвижных смесителях) обеспечивает хорошее обволакивание каменных частиц вяжущим материалом. При этом способе расход вяжущего меньше, чем, например, при способе пропитки или смешения на дороге.

Принудительное перемешивание даёт возможность использовать для покрытия материал, подобранный по крупности таким образом, чтобы получить плотную смесь, структура которой приближается к оптимальной. Битумоминеральные смеси образуют прочные покрытия, хорошо сопротивляющиеся нагрузкам.

Пропитка и полупропитка – введение разогретых вязких битумов или эмульсий в покрытие путём розлива по поверхности недоукатанного слоя щебня одинаковых размеров. После проникания разлитого битума в глубь россыпи, поверхность покрытия засыпают мелким щебнем и закатывают. Устойчивость покрытия по типу пропитки обеспечивается главным образом заклинкой щебня, создаваемой в процессе укатки. Недостатком этого типа покрытий является относительно большой расход вяжущих материалов. Битум, просачиваясь по пустотам россыпи каменных материалов, не проникает в точки контакта между щебёнками, где его действие было бы особенно эффективно, и образует сгустки в этих пустотах.

Поверхностная обработка – тонкий защитный слой, создаваемый на поверхности дорожной одежды путём розлива битума с последующей засыпкой очень мелким щебнем. В зависимости от количества розливов битума различают одиночную и двойную поверхностную обработку. Поверхностная обработка повышает сопротивление покрытия износу и делает его водонепроницаемым, в результате чего во влажные периоды года покрытие остаётся сухим и имеет повышенный модуль деформации.

При использовании щебня твёрдых пород увеличивается коэффициент сцепления и значительно повышается безопасность движения.

Щебёночные покрытия и основания устраивают из щебёнок одинаковых, определённых размеров. Прочность щебёночных покрытий обеспечивается заклинкой, создаваемой при укатке. Решающим фактором в устойчивости покрытия служит внутреннее трение между щебёнками, а также связывающее действие каменной пыли, появляющейся при истирании щебёнок во время укатки. Истирание кромок и дробление щебёнок, а также проникание с поверхности грязи в процессе эксплуатации щебёночных покрытий приводит к появлению в них песчаных, пылеватых и глинистых частиц и к потере покрытием связности, особенно во влажные периоды года.

Щебёночные покрытия обладают малым сопротивлением износу при проезде автомобилей, так как касательные усилия, возникающие в контакте пневматических шин и покрытия, нарушают эффект укатки. Поэтому, чаще всего щебёночные покрытия используют для устройства слоёв основания.

В покрытиях из естественного гравия или из искусственно подобранных по составу гравийных смесей прочность обеспечивается подбором скелета по принципу оптимальной смеси, в которой поры между крупными частицами заполнены частицами более мелкими и смесь обладает малой пористостью. Связность обеспечивается мелкими частицами пыли и глины, входящими в состав материала. В сырое время года прочность покрытий снижается.

Мостовые – покрытия и основания, устроенные из отдельных, установленных вплотную друг к другу естественных и искусственных камней. Усовершенствованные мостовые, устраиваемые из брусчатки или клинкера, отличаются ровной поверхностью.

Дорожные покрытия и основания из укреплённых грунтов. Грунты, обработанные органическими вяжущими (битумами или эмульсиями) или цементом, приобретают прочность и устойчивость против воздействия влажности, что позволяет использовать их как материал для конструктивных слоёв дорожных одежд. Для придания грунтам прочности их укрепляют введением скелетных добавок.

Лекция 10

Тема: "Основы расчёта дорожных одежд"

Прочность дорожной одежды – способность сопротивляться процессу развития остаточных деформаций и разрушений под воздействием нормальных и касательных напряжений, возникающих в конструктивных слоях и подстилающем грунте от расчётной нагрузки (кратковременной, многократной, или длительно действующей однократной), приложенной к поверхности нагрузки.

Методика оценки прочности конструкции включает как оценку конструкции в целом (с использованием эмпирической зависимости допускаемого упругого прогиба от числа приложения нагрузки), так и оценку прочности с учётом напряжений, возникающих в отдельных конструктивных слоях (усталостное напряжение от растяжения при изгибе, сдвигоустойчивость подстилающего грунта и малосвязных конструктивных слоёв).

Расчёт дорожной одежды по критерию упругого прогиба на основе зависимости требуемого общего модуля упругости конструкции от суммарного числа приложения нагрузки.

В качестве расчётной схемы нагружения конструкции принимается гибкий круговой штамп диаметром D, передающий равномерно распределённую нагрузку величиной P.

При проектировании дорожных одежд в качестве расчётных принимают нагрузки, соответствующие предельным нагрузкам на ось двухосного автомобиля.

D [см] – диаметр гибкого кругового штампа (в числителе – для движущегося колеса; в знаменателе – для неподвижного).

P [МПа] – давление воздуха в шинах.

Порядок расчёта дорожных одежд по допускаемому упругому прогибу

Необходимо вычислить суммарное расчётное количество приложений расчётной нагрузки за срок службы по формуле:

где: N_р – [авт/сут] – приведённая интенсивность на каждый год срока службы;

T_рдг [1] – расчётное число расчётных дней в году, соответствующее определённому состоянию деформируемости конструкции;

K_n [1] – коэффициент, учитывающий вероятность отклонений суммарного движения от среднего ожидаемого (табл. 3.3 ОДН 218.046-01);

K_c [1] – коэффициент суммирования (табл. 6.2 ОДН 218.046-01)

где: Т_сл [лет] – расчётный срок службы (табл. 6.2 ОДН 218.046-01);

q [1] – показатель изменения интенсивности движения данного типа автомобиля по годам (табл. 6.3 ОДН 218.046-01)

f_пол [1] – коэффициент, учитывающий число полос движения и распределение движения по ним (табл. 3.2 ОДН 218.046-01);

n [1] – общее число различных марок транспортных средств в составе потока;

N_m [авт] – число проездов в сутки в обоих направлениях транспортных средств m-й марки;

S_mсум [1] – суммарный коэффициент приведения воздействия на дорожную одежду транспортного средства m-й марки к расчётной нагрузке Q_расч;

, где

S_n [1] – коэффициент приведения номинальной динамической нагрузки от колеса каждой изn осей транспортного средства к расчётной динамической нагрузке;

где: Q_дп [kH] – номинальная динамическая нагрузка от колеса на покрытие;

β [1] – показатель степени:

-для капитальных дорожных одежд – 4,4;

-для облегчённых дорожных одежд – 3,0;

-для переходных дорожных одежд – 2,0;

Q_дин [1] – динамический коэффициент, принимаемый равным 1,3;

Q_n [kH] – номинальная статическая нагрузка на колесо данной оси.

Конструкция должна удовлетворять требованиям прочности и надёжности по величине упругого прогиба при условии:

E_об [МПа] – общий расчётный модуль упругости;

E_min [МПа]– минимальный требуемый общий модуль упругости;

- требуемый коэффициент прочности дорожной одежды по критерию упругого прогиба, принимаемый в зависимости от требуемого уровня надёжности (табл. 3.1 ОДН 218.046-01). В зависимости от категории автомобильной дороги [1,50 – 0,90].

Величину минимального общего требуемого модуля упругости конструкции вычисляют по эмпирической формуле:

- суммарное число приложений нагрузки за срок службы дорожной одежды;

с – эмпирический параметр, принимаемый равным для расчётных нагрузок на ось:

100 kH – 3,55;

110 kH – 3,25;

130 kH – 3,05;

Предварительно назначается конструкция и расчётные значения модулей упругости для каждого из материалов слоя (для грунтов по табл. 2.4 – 2.6; для материалов основания и покрытия по табл. 3.1 – 3.10):

Расчёт по допускаемому упругому прогибу ведут послойно, начиная с подстилающего грунта по номограмме

по табл. 1.1 ОДН 218.046-01 P = 0,6 МПа, D = 37 см;