Основы теории. Традиционный, классический способ конструирования дорожной одежды предполагает применение материалов с убывающей жесткостью

Традиционный, классический способ конструирования дорожной одежды предполагает применение материалов с убывающей жесткостью, прочностью и другими свойствами материалов по толщине (рис. 3.2.1).

Рис. 3.2.1 – Традиционная дорожная конструкция

В верхних слоях применяют наиболее прочные и жесткие материалы. С увеличением расстояния от поверхности дорожной одежды до рассматриваемой точки, прочность и жесткость снижаются.

Данный подход оправдан с точки зрения учета распределения сжимающих напряжений по глубине, а также обоснования толщины конструктивных слоев по критерию упругого прогиба, или максимальных растягивающих напряжений, величина которых снижается с увеличением общей толщины слоев покрытия (рис. 3.2.1). Не на последнем месте находятся здесь и экономические показатели дорожной одежды.

Однако в реальных условиях распределение сдвигающих и растягивающих напряжений отличаются от схемы сжатия (рис. 3.2.2).

Рис. 3.2.2 – Распределение, действующих в дорожной конструкции, напряжений

С учетом таких отличий, оптимальными могут оказаться конструкции с экстремальным распределением жесткости слоев по глубине (рис. 3.2.3).

Рис. 3.2.3 – Конструкции дорожных покрытий с экстремальным

распределением жесткости и прочности материалов слоев по глубине

В США на дорогах с высокой интенсивностью тяжелого транспорта применя­ются, так называемые «Вечные дорожные одежды» (Perpetual Pavements), срок службы которых составляет свыше 20 лет.

Рис. 3.2.4 – Автомагистраль в районе Оклахомы (США)

На рис. 3.2.4 представлена автомагистраль, дорожная одежда которой служит уже более 30 лет (район г. Оклахомы). Интенсивность движения в расчетных осях составляет порядка 3-3, 5 миллионов в год. Покрытие находится в идеальном состоянии, явных дефектов нет уже долгий период вре­мени. Основной причиной такого большого срока службы является то, что при проектировании дорожной конструкции большое внимание уделялось разработке основания (выбора материалов, определения толщины слоев, определения оптимального соотношения свойств материалов конструктивных слоев).

В таких дорожных одеждах (в зависимости от интенсивности расчетных осей) толщина слоев из горячих асфальтобетонов может достигать порядка 40 см. Применяются конструкции, в которых в основании под асфальтобетонными слоями (их толщина тогда меньше) укладываются тощие бетоны. В этом случае разрабатываются мероприятия по предотвращению появления трещин, посредством устройства специальных прослоек.

Как отмечено выше, традиционно дорожные одежды проектируются таким образом, что наиболее плотный и прочный слой находится на поверхности (верхний слой покрытия), а наиболее слабый и менее плотный – внизу. Такая ситуация в большой степени отрицательно сказывается на долговечности многослойного дорожного покрытия и всей одежды в целом.

В результате анализа конструкций повышенной деформационной устойчивости, применяемых в ряде стран (США, Германия и др), нами разработаны основные направления по их проектированию. Предложены новые оптимальные составы материалов конструктивных слоев, обеспечивающих оптимальное соотношение свойств (физической и температурной жесткости) конструктивных слоев. Разработаны методики расчета дорожных одежд с неравномерным (экстремальным) изменением свойств материалов конструктивных слоев по толщине дорожной одежды.