Проектування дорожнього одягу

1. Загальні вимоги до дорожнього одягу

Згідно із ДБН В.2.3.-4-2000:

1. Дорожній одяг повинен відповідати загальним вимогам, що ставляться до дороги як транспортної споруди. Ці вимоги необхідно забезпечувати вибором конструкції всього дорожнього одягу, відповідних покриттів проїзної частини, конструкції поєднання проїз­ної частини, з обочинами і розділеної полоси і типів закріплення обочин, створенням рів­ної і широкої поверхні проїзної частини і таке інше.

2. Конструкцію дорожнього одягу і тип покриття необхідно приймати виходом з транспортно-експлуатаційних вимог та категорії проектованої дороги з урахуванням інте­нсивності руху і складу автотранспортних засобів, кліматичних та грунтово-гідрологіч­них, санітарно-гігієнічних вимог, а також забезпечення району будівництва дороги місце­вими будівельними матеріалами.

3. Дорожній одяг може складатися із одного або декількох шарів. При наявності декількох шарів дорожній одяг складається із покриття, основи і додаткових шарів ос­нови – морозозахисних, теплозахисних та ін.

По опору навантаженням від автотранспортних засобів та по реакції на кліматичні впливи дорожній одяг класифікують на:

а) одяг з жорстким покриттям і шарами основи (умовно далі – жорстке дорожнє покриття);

б) одяг з нежорстким покриттям і шарами основи (нежорсткі дорожні покриття).

4. Типи дорожнього одягу, основні види покриття та область їх застосування наве­дені в табл.. (див. нижче).

5. Загальна товщина дорожнього одягу і товщини окремих шарів повинні забезпе­чувати міцність і морозостійкість всієї конструкції.

6. При розрахунку дорожнього одягу на міцність необхідно враховувати перспективну інтенсивність руху автомобілів різних типів, яку необхідно приводити до інтенсивності впливу розрахункового навантаження на одну найбільш завантажену смугу проїзної частини.

Для автомобільних доріг з багатослуговою проїзною частиною дорожній одяг всіх смуг руху необхідно проектувати на однакове найбільше розрахункове навантаження.

2. Жорсткі дорожні покриття

До жорстких дорожніх покриттів відносять покриття, до складу яких входять:

- цементобетонні монолітні покриття;

- асфальтобетонні покриття на основі із цементобетонна;

- збірні покриття із залізобетонних; армобетон них;

Товщину бетонних покриттів визначають за розрахунком з урахуванням основи, але фактичні значення приймають не менше величин, на ведених в таблиці (див. наст. сто­рінку)

В бетонних покриттях необхідно передбачати повздовжні і поперечні шви. До по­перечних відносяться шви розширення, стиску, короблення; робочі. Повздовжні і попере­чні шви повинні, як правильно перетинатися під прямим кутом. Відстані між швами сти­ску визначають розрахунком.

Дозволяється призначати довжину плит в залежності від товщини покриття і з ура­хуванням клімату згідно з нижче наведеною таблицею:

На автомобільних дорогах I – IV категорій покриття із збірних залізобетонних плит необхідно передбачати в складах природних умовах або при високих насипах, де важко забезпечити стійкість (стабільність) земляного покриву.

Для забезпечення тріщиностійкості асфальтобетонного перекриття при інтенсивно­сті руху більше 10 000 од/добу товщину бетонних основ і асфальтобетонних покриттів не­обхідно призначати розрахунком.

В основах із бетону класу В12, 5 і вище необхідно передбачити поздовжні і попере­чні деформаційні лави.

Конструкція дорожнього одягу із збірним покриттям із залізобетонних і армобетон них плит допускається приймати на основі техніко – економічних обґрунтувань в районах із складними інженерно – геологічними, гідрогеологічними та кліматичними умовами де відсутні місцеві дорожньо – будівельні матеріали, придатні для влаштування рівноміцних покриттів іншого типу.

Плити збірного покриття необхідно приймати за типовими проектами або проекту­вати за умовами міцності і тріщиностійкості на дію колісного навантаження і власної ваги плит при підйомі їх за монтажні петлі та при укладанні в штабелі і на транспортні засоби.

На дорогах IV категорії під збірним покриттям, що укладається на піщану основу, доцільно передбачити прошарки із геотекстильного матеріалу на всю ширину покриття з запасом по 0, 5м з кожної сторони і випусками шириною 0, 75м від поперечних швів по­криття на відкоси.

На дорогах I –III категорії з написами із скольних ґрунтів висотою більше 3м, на­сипали на болотах при частковому ви торфуванні висотою більше 5м із любих грантів, де очікуються нерівномірні осадки земляного полотна, рекомендується влаштовувати цемен­тобетонні покриття, армовані сітками.

Розрахунок товщини монолітного цементнобетоного покриття необхідно викону­вати з урахуванням величини і повторюваності сумарних напружень автомобілів і темпе­ратури.

Розрахунок товщини основ жорсткого дорожнього одягу з монолітними і збірними покриттями необхідно виконувати з умови граничної рівноваги при зсуві в кожному шарі дорожнього одягу і земляного полотна. На дорогах III і IV категорій може допускатися робота жорстка дорожнього одягу за межами пружності. В цьому випадку розрахунок то­вщини основи з умов граничної рівноваги при зсуві не є обов’язковим.

Розрахунок асфальтобетонних покриттів на бетонній основі необхідно проводити за двома умовами:

- тріщиностійкості асфальтобетонного покриття в найбільш холодний місяць зими;

- міцності – граничного опору покриття і основи дії багатократно повторюваних навантажень від автотранспортних засобів.

Асфальтобетонні покриття і цементобетонні основи з умов міцності необхідно розрахувати для найбільш невигідного періоду року – спекотних літніх місяців, коли модуль пружності асфальтобетону мінімальний.

3. Не жорсткі дорожні покриття

1. Нежорсткі дорожні покриття на дорогах I –II категорії необхідно проектувати із умови недопущення накопичення залишкових деформацій на протязі періоду їх експлуа­тації до першого капітального режиму.

Дорожній одяг доріг III – V категорій необхідно проектувати з урахуванням мож­ливої появи залишкових деформацій, обмежених допусками по рівності проїзної частини.

Не жорсткий дорожній одяг на смугах проїзної частини необхідно розраховувати на міцність з урахуванням короткочасної багаторазової дії рухомих навантажень. Трива­лість дії навантаження необхідно приймати 0, 1 сек. і в розрахунки вводити відповідні цій тривалості значення модулей пружності і міцностних характеристик матеріалів і ґрунту.

Одяг на стоянках автотранспорту і обочинах доріг необхідно розраховувати на три­валу дію навантаження ( 10 хв.). Повторюваність навантаження не враховують.

Одяг на зупинках до залізниці необхідно розраховувати як на багаторазову дію ко­роткочасного навантаження, так і на тривалу дію, приймаючи більш інтенсивну конструк­цію.

Розрахунок нежорсткого дорожнього одягу при короткотривалій дії навантаження необхідно виконувати за трьома критеріями міцності:

1) пружній прогин всієї конструкції;

2) опір зсуву в ґрунті і в слабозв'язаних шарах одягу;

3)розтяг при згині шарів одягу із ґрунту і кам’яних матеріалів, оброблених неорганічними в’яжучими.

Розрахунок нежорсткого дорожнього одягу на довготривалу дію навантаження необхідно вишукувати по зсуву в ґрунті та в слабозв'язаних шарах

Незалежно від результатів розрахунку на міцність дорожнього одягу товщину конструктивних шарів в ущільненому стані необхідно приймати не менше величин, наведених в табл. 30 СниП 2.05.02.85 (3...15 см)

1, 2, 3}I – покриття;

4, 5}ІІ основа;

ІІІ – додатковий шар основи (20-50 см);

ІV грунт земляного полотна

(підстильний грунт)

1- шар зсуву (1-3 см);

2 – верхній шар покриття (4-6 см);

3 – нижній шар покриття (6-8 см);

4 – верхній шар основи (12-24 см);

5 – нижній шар основи (16-40 см).

Схема конструкції дорожнього одягу

Схема розподілу тиску від колеса по глибині

1 – однорідний ґрунтовий масив;

2 – багатошаровий ґрунтовий одяг

Епюра вертикальних напружень

Епюра горизонтальних напружень

Основні відомості про розрахунок нежорстких дорожніх одягів

Багатошарові дорожні конструкції при розрахунках зводять до дво- та тришаро­вих.

Дорожній одяг потрібно розраховувати з урахуванням надійності, тобто ймовірно­сті (можливості) роботи конструкції в період між капітальним ремонтом.

Відказ – це такий стан одягу і відповідний тому коефіцієнт міцності, при якому не­обхідний капітальний ремонт раніше терміну, встановленого даними нормами. Кількісним показником є рівень надійності, що є відношенням довжини міцних конструкцій які не потребують капітального ремонту, до загальної довжини ділянки з даним значенням за­пасу міцності.

Для основних випадків проектування допустимий (потрібний) рівень надійності К_н, що визначає мінімальне значення коефіцієнта міцності К_міц, яке дорожній одяг повинен мати в кінці періоду служби між капітальними ремонтами, нормований залежно від кате­горії дороги, капітальності одягу та тому покриття

Коефіцієнти надійності К_н і міцності К_міц

Розрахункові навантаження. Одяг автомобільних доріг, та міських вулиць розра­ховують, враховуючи склад та інтенсивність перспективного руху, оцінюваного на рік служби перед капітальним ремонтом. Строк служби до капітального ремонту визначають за відповідними нормативами: для доріг з капітальним покриттям він становить 15 років,

1) Розрахунок дорожнього одягу за допустимим пружним прогином (за першим критерієм міцності).

Конструкція дорожнього одягу задовольняє потреби надійності та міцності за кри­терієм пружного прогину, якщо

К_міцн ,

де К_міцн – коефіцієнт міцності дорожнього одягу знайдений за вище приведеною таблицею або за спеціальним графіком;

Е_заг – загальний модуль пружності конструкції;

Е_потр – потрібний модуль пружності конструкції з урахуванням капітального одягу, тому покриття та інтенсивності дії навантаження.

При розрахунку одягів модуль пружності визначають за графіком, експеримента­льних даних в залежності від розрахункової кількості проїздів транспортних шляхів Nраз одиниць/добу.

2) Розрахунок дорожнього одягу на зсув у ґрунті земляного полотна.

Дорожній одяг проектують з таким розрахунком, щоб під дією тимчасового або статичних навантажень у підстильному ґрунті не виникали залишкові деформації, викли­кані пластичними зсувами. Зсуву ґрунті земляного полотна не виникне, якщо

,

де К_міц – мінімальний коефіцієнт міцності, який визначають за спеціальним графіком з урахуванням заданого рівня надійності;

Т_доп – допустиме напруження зсуву, що обумовлюється зчепленням у ґрунті, визначається за формулою:

де С_гр – зчеплення у ґрунті активної зони земляного полотна в розрахунковий період;

К₁ – коефіцієнт, який враховує зменшення опору ґрунту зсуву під агресивною дією рухомого навантаження;

К₂ – коефіцієнт захисту на неоднорідність умов роботи конструкції, пов’язаний з недоврахуванням несприятливих природних особливостей;

К₃ – коефіцієнт, який враховує особливості роботи ґрунту в конструкції, пов’язані із збільшенням фактичного зчеплення частинок.

Т – активне напруження зсуву в ґрунті від тимчасового або статичного навантаження:

Т= ,

де – активне напруження зсуву від тимчасового навантаження;

– те саме, від власної ваги дорожнього одягу.

і визначають за спеціальними формулами ()і номограмами ()

sin /(2cos )

де – кут внутрішнього тертя ґрунту:

і – максимальне і мінімальне головні напруження

Напруження і знаходять за допомогою формул теорії пружності для шаро­вих середовищ.

2а) Розрахунок проміжних шарів із слабозв'язаних матеріалів на стійкість проти зсуву

Шари одягів капітального і полегшених типів із слабо зв’язаних матеріалів – гра­війних, піщаних а також з матеріалів і ґрунтів, укріплених рідкими в’яжучими, розрахо­вують виходячи з умов, щоб під дією зсувального напруження в них не виникали залиш­кові деформації.

Розрахунок ведуть за вище наведеною методикою.

3) Розрахунок монолітних шарів на розтягання при згинанні (розтяг при згині)

В монолітних шарах дорожнього одягу (з асфальтобетону, дьогтебетону, матеріалів і ґрунтів, укріплених композиційними та неорганічними в’яжучими тощо) напруження, що виникає при згині під дією повторних короткочасних навантажень, не повинно спри­чинювати порушення структури матеріалів і призводить до утворення тріщин, тобто має виконуватись така умова:

К_міц

де К_міц – потрібний коефіцієнт міцності з урахуванням заданого рівня надійності (за табл. або графіком).

R_доп – гранично допустиме розтягу вальне напруження матеріалу шару з урахування явищ;

– максимальне розрахункове розтягальне напруження у розглядуваному шарі (визначається за спеціальними номограмами, побудованими за розвитком задач теорії пружності в шаровому на півпросторі).

Допустиме розтягальне напруження при згинанні асфальтобетону

R_доп = R_розр,

де R_розр – розрахунковий опір розтяганню при згинанні з урахуванням повторності прикладання навантаження:

Для асфальто- або дьогтебетону

R_розп – попереднє значення опору розтяганню асфальтобетону при згинанні (за спец. табл.)

T – коефіцієнт нормативного відхилення = 1 (Кн.)

= 0, 1 – коефіцієнт варіації міцності на розтягання при згинанні асфальтобетону

Ку – коефіцієнт утомленості, який враховує повторність навантаження

Кт – коефіцієнт зменшення міцності від впливу природно – кліматичних факторів.

4) Розрахунок шарів з асфальтобетону за опором зсуву

Суть розрахунку: напруження зсуву , яке діє в асфальтобетоні

,

- визначена раніше;

К – комплексний коефіцієнт, що враховує тип асфальтобетону: крупнозернистий К=1, 6; дрібнозернистий К = 1, 1; піщаний К = 0, 9.

С – зчеплення в шарі асфальтобетону.

[12] с. 39-87

Лекція № 15