Методика розрахунку водно-теплового режиму.

Рисунок 4.8 - Заміна багатошарової дорожньої конструкції однорідним масивом грунту відкритого поля введенням еквівалентного шару: а - дорожня конструкція; б - відкрите поле.

Для умов відкритого поля середньомісячна або середньодекадна температура грунту t_г для глибини (рис. 4.8) може бути прийнята за початкову. Зведення полотнини й устрій дорожнього одягу порушують тепловий режим грунтів відкритого поля, і температура t_г буде спостерігатися в полотні на новій глибині Н. Величина зсуву Н' - Н залежить від теплових властивостей дорожнього одягу, від розходження в щільності і вологості грунтів відкритого поля і полотна, що впливають на теплофізичні характеристики.

Для стаціонарних умов теплопередачі витрата тепла за 1 час через шар ∆h дорівнює Q=(t₁- t₂)-λ/∆h (t₁і t₂ температури, відповідно, на нижній та на верхній межі шару ∆h).

Величина, зворотня тепловому потокові Q, при t₁- t₂=1⁰ являє собою тепловий опір R, м²∙ч∙град/ккал:

. (4.21)

За аналогією з рівнянням (3.21) загальний тепловий опір дорожньої конструкції дорівнює

(4.22)

де h₁ …, h_n - товщини прошарків неоднорідної дорожньої конструкції, м;

λ₁ …, λ_n - коефіцієнти теплопровідності відповідних прошарків дорожньої конструкції.

- опір теплопереходу покриття одягу, м²∙ч∙град/ккал.

Замінимо багатошаровий дорожній одяг однорідним масивом грунту відкритого поля шляхом введення еквівалентного шару і запишемо рівняння балансу теплових опорів для одягу і грунту відкритого поля (див. рис. 3.7):

, (4.23)

де h_c, h΄_c - товщини шару снігу відповідно на проїзній частині й у відкритому полі з коефіцієнтами теплопровідності λ_с і λ΄_c;

h_ек. – шар грунту відкритого поля з коефіцієнтом теплопровідності λ_відк.п., рівний по тепловим властивостям дорожньому одягу;

R_oд. - тепловий опір одягу.

З аналізу рівнянь (4.16), (4.19), (4.20) і (4.22) витікає, що R_пок. і R΄_пок. близькі між собою. Приймаючи R_пок. ≈ R΄_пок. із рівння (3.23) маємо

(4.24)

На дорогах вищих технічних категорій сніг, як правило, прибирають, і величину h_c можна опустити. Маючи це на увазі, рівняння (4.24) можна переписати так: для районів із стійким сніговим покровом

; (4.25)

для районів із нестійким сніговим покровом

. (4.26)

Розподіл температур у полотні в шарі Я і у відкритому полі в шарі H΄-h_ек. внаслідок розходження теплових властивостей буде різним. Грунт полотна має підвищену щільність і відмінну від грунту відкритого поля вологість. У зв'язку з цим приймемо різні значення коефіцієнта теплопровідності λ_зп у шарі Н полотна і λ_відк.п. у шарі Н' відкритого поля. На основі рівняння (4.22) запишемо

(4.27)

звідки

. (4.28)

Маючи дані з кліматологічних довідників (або метеостанцій) t_г для грунтів відкритого поля на глибині Н' для різноманітних географічних пунктів України, їх можна прийняти за початкові температури грунтів полотна, але для нової глибини Н (нульова площина). Знаючи температури повітря t_пов. і грунту t_г, можна обчислити початкову температуруt_nу будь-якій площині n полотна або одягу.

Кількість тепла, що проходить за 1 год. через 1 м² дорожньої конструкції, дорівнює

. (4.29)

Кількість тепла, що втрачається за 1 год. із 1 м² поверхні покриття, дорівнює

. (4.30)

При стаціонарних умовах теплопередачі Q₁=Q₂,звідки

(4.31)

Рівняння для обчислення температури в будь-якій площині п дорожньої конструкції або відкритого поля за аналогією з рівнянням (4.31) прийме такий вид:

, (4.32)

- сумарний тепловий опір вищерозташованих n-них шарів.