Определение расчетных характеристик материалов конструктивных слоев дорожной одежды

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

Методика оценки прочности конструкции включает как оценку прочности конструкции в целом (с использованием эмпирической зависимости допускаемого прогиба от числа приложений нагрузки), так и оценку прочности с учетом напряжений, возникающих в отдельных конструктивных слоях и устанавливаемых с использованием решений теории упругости.

В качестве количественного показателя отказа дорожной одежды как элемента инженерного сооружения линейного характера используют предельный коэффициент разрушения . Значения на последний год службы в зависимости от капитальности дорожной одежды и категории дороги следует принимать в соответствии с табл. ОДН 218.046-01.

Конструкция дорожной одежды в целом удовлетворяет требованиям прочности и надежности по величине упругого прогиба при условии (формула 3.9, ОДН 218.046-01):

(6.3.4.1)

– общий расчетный модуль упругости конструкции, МПа;

– минимальный требуемый общий модуль упругости конструкции, МПа;

– коэффициент прочности дорожной одежды по критерию упругого прогиба, принимаемый в зависимости от требуемого уровня надежности (см.п.3.6 и табл. 3.1, ОДН 218.046-01)

Величину минимального требуемого общего модуля упругости конструкции вычисляют по эмпирической формуле 3.10, ОДН 218.046-01:

, МПа, (6.3.4.2)

– суммарное расчетное число приложений нагрузки за срок службы дорожной одежды, устанавливаемое в соответствии с п.3.23 (формулы 3.6 и 3.7);

с – эмпирический параметр, принимаемый равным для расчетной нагрузки на ось 110 кН – 3,25.

Независимо от результата, полученного по формуле, требуемый модуль упругости должен быть не менее 200 МПа для дорог III категории (табл. 3.4, ОДН 218.046-01)

МПа

В расчетах принимаем МПа.

Общий расчетный модуль упругости конструкции определяют с помощью номограммы рис. 3.1, ОДН 218.046-01, построенной по решению теории упругости для модели многослойной среды.

 

Расчет дренирующего слоя.

Полную толщину дренирующего слоя (в метрах), работающего по принципу осушения с периодом запаздывания отвода воды, достаточную для временного размещения в его порах поступающей в конструкцию в начальный период ее оттаивания воды, определяют по формуле:

(6.1)

где Т_зап – средняя продолжительность запаздывания начала работы водоотводящих устройств, принимаемая для II дорожно-климатической зоны равной 4-6 сут (большее значение - для мелких песков);

n – пористость материала в долях единицы (0.36);

φ_зим - коэффициент заполнения пор влагой в материале дренирующего слоя к началу оттаивания (табл.5.6 ОДН 218.046-01), для песка с пористостью n = 0.36 равен 0.4;

h_зап - дополнительная толщина слоя, зависящая от капиллярных свойств материала (для песков мелкой крупности 0,2 м);

q_p - расчетное значение воды, поступающей за сутки:

(6.2)

q_p = 3 * 1,5 * 1*1*0.1 / 1000 = 0,0045, [м /м ],

где q - осредненное (табличное) значение притока воды в дренирующий слой при традиционной конструкции дорожной одежды, отнесенное к 1 м² проезжей части, м³/м² (по табл.5.3 ОДН 218.046-01), q = 3 м³/м²;

К_п - коэффициент «пик», учитывающий неустановившийся режим поступления воды из-за неравномерного оттаивания и выпадения атмосферных осадков (табл.5.4 ОДН 218.046-01), К_п = 1,5;

К_г - коэффициент гидрологического запаса, учитывающий снижение фильтрационной способности дренирующего слоя в процессе эксплуатации дороги (табл.5.4 ОДН 218.046-01), К_г = 1;

К_вог - коэффициент, учитывающий накопление воды в местах изменения продольного уклона, определяемый при одинаковом направлении участков профиля у перелома по номограмме рис.5.3 ОДН 218.046-01, К_вог = 1;

К_р - коэффициент, учитывающий снижение притока воды при принятии специальных мер по регулированию водно-теплового режима (табл.5.5 ОДН 218.046-01), К_р = 1.

h_n = ((0.0045 * 6 / 0.36) + 0.3 * 0.2) / (1 – 0.4) = 0.23 м = 23 см.

Полная толщина дренирующего слоя, работающего по принципу поглощения, определяется по формуле:

(6.3)

где Q - расчетное количество воды в л/м², накапливающейся в дренирующем слое за весь расчетный период (табл.5.3 ОДН 218.046-01 = 35 л/м²);

h_n = ((35 /(1000 * 0.36)) + 0.3 * 0,2) / (1 – 0.4) = 0.26 м = 26 см.

Работа на осушение:

h_n =h_нас+h_зап

q’= q_p*B/2=0.0045*7/2=0.016 м³/м -т.к. двухскатный поперечный профиль.

В- ширина проезжей части,м

К_ф=3м/сут – коэффициент фильтрации

Затем находим отношение q’/ К_ф для того что бы найти по номограмме отношение 3,5 h_нас/L

q’/ К_ф =0.0053

3,5 h_нас/L=0.033

h_нас=0.033*3.5/3.5=0.033

h_n =0.20+0.033=0.23м=23см

 

Принимаю толщину песка h_n = 26 см

Расчет на морозное пучение.

В районах сезонного промерзания грунтов земляного полотна при неблагоприятных грунтовых и гидрологических условиях, наряду с требуемой прочностью и устойчивостью должна быть обеспечена достаточная морозоустойчивость дорожных одежд.

Конструкцию считают морозоустойчивой, если соблюдено условие

, (6.4)

где l_пуч - расчетное (ожидаемое) пучение грунта земляного полотна;

l_доп - допускаемое для данной конструкции пучение грунта (табл.4.3 ОДН 218.046-01)

l_доп = 4 (капитальный тип дорожной одежды).

При предварительной проверке на морозоустойчивость величину возможного морозного пучения следует определять по формуле:

(6.5)

где l_пуч.ср - величина морозного пучения при осредненных условиях, определяемая по рис.4.4 ОДН 218.046-01 в зависимости от толщины дорожной одежды (включая дополнительные слои основания), группы грунта по степени пучинистости (табл.4.1 ОДН 218.046-01) и глубины промерзания (Z_пр);

Z_пр = Z_ср * 1.38 = 1.62 * 1.38 = 2,23 (м) (6.6)

Z_ср - средняя глубина промерзания для данного района, устанавливаемая при помощи карт изолиний (рис.4.4 ОДН 218.046-01).

К_УГВ – коэффициент, учитывающий влияние расчетной глубины залегания уровня грунтовых или длительно стоящих поверхностных вод (H_γ) (рис.4.1 ОДН 218.046-01); при отсутствии влияния грунтовых или длительно стоящих поверхностных вод следует принимать: для супеси тяжелой и пылеватой и суглинка К_УГВ = 0,53; для песка и супеси легкой и крупной К_УГВ = 0,43;

К_пл – коэффициент, зависящий от степени уплотнения грунта рабочего слоя (табл.4.4 ОДН 218.046-01) К_пл = 0,8;

К_гр – коэффициент, учитывающий влияние гранулометрического состава грунта основания насыпи или выемки (табл.4.5 ОДН 218.046-01) К_гр = 1.3;

К_нагр – коэффициент, учитывающий влияние нагрузки от собственного веса вышележащей конструкции на грунт в промерзающем слое и зависящий от глубины промерзания (рис.4.2 ОДН 218.046-01) К_нагр = 0.865;

К_вл – коэффициент, зависящий от расчетной влажности грунта (табл.4.6 ОДН 218.046-01) = 1.14.

Расчетная влажность грунта:

Расчет ведется в соответствии с прил2 ОДН 218,046-01

W_p = (W_таб+∆₁W-∆₂W)(1+0.1t)-∆₃ (6.7)

W_ср – среднее многолетнее значение относительной влажности грунта (т. П.2.1 ОДН 218.046-01) = 0.67;

t – коэффициент нормируемого отклонения (т. П.4.2 ОДН 218.046-01) = 1.32;

∆₁W – поправка на особенности рельефа территории (ОДН 218,046-01 табл П,2,1)=0

∆₂W – поправка на конструктивные особенности проезжей части и обочин(ОДН 218,046-01 табл П,2,3)=0,02

∆₃ – поправка на влияние суммарной толщины стабильных слоев дорожной одежды(ОДН 218,046-01 рис П,2,1)=0

W_p =0,74

При глубине промерзания дорожной конструкции от 2 до 3 метров l_пуч.ср вычисляется по формуле:

(6.8)

где l_{пуч.ср.2.0} - величина морозного пучения при Z_пр = 2,0 м при толщине дорожной одежды h = 0.89 м (с учетом поправки на дренирующий слой) по рис.4.3. гр.3 ОДН 218.046-01 (линия V) принимается равным 8.1 см;

a = 1,0; b = 0,16; c = 2,0 при 2,0< Z_пр < 2,5;

l_пуч.ср = 8.1 * |1 + 0.16 * (2.23 – 2)| = 8.3 см

l_пуч = 8.3 * 0.53 * 0.8 * 1.3 * 0.865 * 1.14 = 4.51 см

l_пуч ≤ l_доп

4.51< 4

Условие не выполнено, требуется устройство морозозащитного слоя!!!

Расчет на упругий прогиб.

Таблица 6.7.

№	Наименование слоя	Толщина слоя, см	Е, Мпа	Отношение Ен/Ев	Отношение h/D	Коэффициент a	Общий модуль упругости, Мпа
	Асфальтобетон плотный из горячей мелкозернистой смеси, тип Б, марки III на БНД 90/130, ГОСТ 9128-97			0,08	0,11	0,10	241,10
	Асфальтобетон пористый из горячей крупнозернистой смеси, марки II на БНД 90/130, ГОСТ 9128-97			0,10	0,16	0,14	193,48
	Щебень марки М1200, ГОСТ 25607-94			0,33	0,27	0,42	145,98
	Щебень марки М400, ГОСТ 25607-94			0,13	0,49	0,26	115,90
	Песок мелкий по ГОСТ 8736-95			0,40	0,70	0,60	60,00
	Грунт - суглинок пылеватыи по ГОСТ 25100-95	-	39,6	-	-	-	-

 

K_пр = E_общ / E_тр = 241.10 / 200 = 1,20

Требуемый минимальный коэффициент прочности по упругому прогибу 1.1. Следовательно, выбранная конструкция удовлетворяет условию прочности по допускаемому упругому прогибу.