2015-08-21
2319
Тема 3.2
1. Вплив міцності дорожнього покриття на працездатність дороги
2. Види деформацій дорожнього покриття
3. Причини виникнення деформацій
4. Обладнання для виявлення деформацій
Міцність дорожнього одягу є найбільш важливим показником транспортно-експлуатаційного стану автомобільної дороги, який необхідно регулярно оцінювати протягом усього строку її служби.
Прочностні якості дорожнього одягу визначаються, насамперед, опірністю ґрунту, що підстилає, стиску. Дорожній одяг повинна розподіляти діючу на неї навантаження від колеса автомобіля по можливості на більшу площу й попереджати проникання води, яка значно послабляє міцність ґрунтової підстави.
Можливі три випадки деформації дорожнього покриття залежно від, що прикладається навантаження.
Якщо навантаження невелике, а шари дорожнього одягу й земляного полотна добре ущільнені, дорожній одяг не руйнується й відбуваються тільки пружні деформації, тобто дорожній одяг під дією навантаження прогинається й після проїзду автомобіля вертається в колишнє положення.
|
|
|
При зростанні навантаження або при тимчасовому зниженні міцності ґрунтів підстави у весняний або осінній періоди виникають малі деформації, що поступово накопичуються пластичні.
У випадку, якщо сумарне значення деформацій за період ослабленого стану дорожнього одягу перевищить деякі граничні значення, дорожній одяг зруйнується.
Міцність дорожнього одягу залежить від гранично припустимого прогину (табл. 3.2), а також від кількості додатків навантаження за період ослаблення дорожнього одягу.
При дуже більших навантаженнях або значному ослабленні міцності ґрунту підстави спочатку уповільнено накопичуються деформації, які надалі швидко зростають, у результаті чого відбувається повне руйнування дорожнього одягу.
При дії тиску від колеса підстава дорожнього одягу стискується в межах активної зони (зони, у якій можливе переміщення ґрунту) і відбувається прогин дорожнього одягу по деякій криволінійній поверхні з утвором так званої чаші прогину 2 (мал. 3.4).
Тиск, передане на ґрунтову підставу, залежить від площі, на яку розподіляється навантаження. Зі збільшенням товщини дорожнього одягу ця площа збільшується, а тиск відповідно зменшується. У весняний або осінній період, коли внаслідок великого перезволоження знижується міцність ґрунту, існуюча товщина дорожнього одягу не забезпечує безпечний тиск, і при проїзді дуже важких автомобілів можуть виникнути пролами дорожнього одягу.
У зв'язку із цим протягом двох-трьох найбільш несприятливі тижнів шляховики закривають рух важких автомобілів.
|
|
|
При дії навантаження відбуваються стиск і доуплотнение верхньої частини дорожнього одягу (зона 3), а в нижній частині дорожнього одягу - розтягання (зона 1).
При перевищенні граничної міцності матеріалів верхніх або нижніх шарів дорожнього одягу утворюються тріщини 4.
По периметру зони контакту шини колеса з дорожнім покриттям діють напруги, що зрізують, які можуть
| Інтенсивність руху, авт./сут, наведена до розрахункового автомобіля й навантаженню 105 Н | Гранично припустимий прогин дорожніх покриттів, мм | ||
| капітальних | полегшених | перехідного типу | |
| 1,15 | 1,45 | 1,85 | |
| 1,03 | 1,27 | 1,68 | |
| 0,92 | 1,1 | - | |
| 0,85 | - | - | |
| 0,78 | - | - | |
| 0,73 | - | - | |
| 0,69 | - | - |
Рис. 3.4. Види деформацій і руйнувань дорожнього одягу:
1 - зона розтягання; 2 - чаша прогину; 3 - зона стиску одягу; 4 - тріщини в дорожньому одязі;
5 - поверхня зрізу одягу; 6 - деформація дорожнього одягу; 7 - напрямок випирання ґрунту;
8 - напрямок стиску ґрунту; 9 - ущільнення ґрунту в підставі дорожнього одягу;
10 - площа передачі тиску на ґрунт
приводити при слабкій підставі й тонкому дорожньому одягу до її проламу або виколювання окремих її частин.
У нижніх шарах дорожнього одягу з малосвязных і незв'язних матеріалів і в ґрунтових підставах можуть виникати необоротні деформації (так звані пластичні плини), розвиток яких приводить до нагромадження деформацій дорожнього одягу і її руйнуванню.
Імовірність появи деформацій пов'язана з одночасною дією навантаження від колеса й кліматичних факторів (вологості й температури). При експлуатації автомобільних доріг усі деформації протікають спочатку потай, і важко передбачити їхній розвиток. Тому необхідно проводити профілактичний контроль міцності дорожнього одягу в несприятливі періоди року з метою розробки заходів щодо попередження руйнування дорожнього одягу.
Міцність дорожнього одягу характеризують модулем тривалої пружності
E = p D (1 - μ2)/l, (3.12)
де р - питомий тиск колеса на поверхню дорожнього покриття, МПа, для транспортних засобів групи А р = 0,6 МПа, для транспортних засобів групи Б р = 0,5 МПа; D - діаметр кола, рівновеликого відбитку колеса, м, для транспортних засобів групи A D = 0,33 м, для транспортних засобів групи Б D = 0,28 м; l - пружний прогин, м; μ - коефіцієнт бічного розширення (коефіцієнт Пуассона), μ = 0,3.
Рис. 3.5. Важільний прогиномір МАДИ - ЦНИЛ:
а - вид збоку; б - вид зверху; 1 - пробка; 2 - стійка для індикатору; 3 - індикатор;
4 - тримач індикатору; 5 - швелер; 6 - заднє плече важеля; 7 - піднімальні гвинти; 8 - сполучна муфта; 9 - опорний гвинт; 10 - стяжний болт; 11 - переднє плече важеля; 12 - вимірювальна голка;
13 - гвинт, що закріплює голку; 14 - підп'ятник, що охороняє врізання вимірювальної голки в дорожнє покриття; 15 - поперечна опорна балка
Величина pD - постійна для розрахункового автомобіля, тому для визначення модуля пружності дорожнього одягу Е и оцінки по його значенню міцності дорожнього одягу досить визначити прогин l.
Найбільш простим приладом для швидкого визначення прогину є важільний прогиномір МАДИ - ЦНИЛ (мал. 3.5).
Важільний прогиномір має складений важіль, що вільно обертається на осі рами. Переднє плече 11 важеля має вимірювальну голку 12 з підп'ятником 14. Заднє плече 6 важеля закінчується пробкою 1 з горизонтальним майданчиком, у який упирається стрижень індикатору 3, установлений на стійці.
Випробування дорожнього одягу роблять на обстежуваній ділянці через кожні 50 м. Прогин вимірюють на смузі накату (1...1,5 м від крайки дорожнього покриття).
Для підвищення продуктивності праці при визначенні прогинів дорожнього одягу розроблений длиннобазовый прогиномір (мал. 3.6).
Длиннобазовый важільний прогиномір складається зі збірного важеля, який повертається на осі, закріпленої в корпусі опори 5. Важіль 6 складається з переднього 7 і заднього 4 плечей. На передньому плечі розташований щуп 9, який за допомогою кульового шарніра з'єднано з підп'ятником 11. Щуп кріпиться до важеля затискним гвинтом 10. На задньому плечі на кронштейні 2 закріплений індикатор 3. Щуп з підп'ятником розміщають між скатами заднього здвоєного колеса 8 під центром задньої осі автомобіля.
|
|
|
Рис. 3.6. Длиннобазовый важільний прогиномір:
1 - опорна підбивка; 2 - кронштейн; 3 - індикатор; 4 - заднє плече
важеля; 5 - опора; 6 - важіль; 7 - переднє плече важеля; 8 - заднє здвоєне
колесо; 9 - щуп; 10 - затискної гвинт; 11 - підп'ятник
Похила поверхня клиноподібної опорної підбивки 1 контактує зі стрижнем індикатору.
Для оцінки міцності дорожнього одягу застосовують установки динамічного нагружения. До них, наприклад, ставиться установка з падаючим вантажем УДН-НК (мал. 3.7).
Установка УДН-НК змонтована позад кузова автомобіля. Нагружение здійснюється шляхом скидання вантажу. Зусилля на дорожнє покриття передається через здвоєні авіаційні пневматичні колеса, що забезпечують площу відбитка й питоме навантаження, еквівалентні відбитку й навантаженню розрахункового транспортного засобу групи А. Прогин вимірюють за допомогою сейсмоприймача. Вимірювальний датчик змонтований на спеціальному візку й перебуває між здвоєними авіаційними колесами.
Апаратура збору й первинної обробки даних випробувань розташована в кабіні водія. Нагружение дорожнього одягу роблять із зупинкою в кожній крапці випробування. Продуктивність установки при 20 випробуваннях на 1 км становить 20 км за зміну.
Пружний прогин дорожнього одягу можна виміряти також за допомогою установки динамічного нагружения ДИНА-3М (мал. 3.8), яка може працювати як в автономному режимі, так і в складі пересувної дорожньої лабораторії типу КП-514 МП (мал. 3.9).
На причепі встановлений механізований пристрій для підйому вантажу масою 160 кг на певну висоту з наступним скиданням його на штамп, що опускається на поверхню дорожнього полотна. У момент додатка динамічного навантаження виміряється пружний прогин дорожньої конструкції.
|
|
|
| Рис. 3.7. Установка динамічного нагружения (начіпна) УДН-НК: а - конструкція; б - схема випробування; 1 - несуча рама; 2 - электроталь; 3 - верхній кронштейн; 4 - обмежник підйому; 5 - зачіпний пристрій; 6 - нижній кронштейн; 7 - іспитовий вантаж; 8 - штамп; 9 - опорна рама; 10 - вимірювальний візок; 11 - лебідка для підйому штампа; 12 - прилад керування электроталью; 13 - віброграф для виміру прогину; 14 - пружина; G - вага вантажу; Н - висота скидання вантажу |
| Рис. 3.8. Установка динамічного нагружения ДИНА-3М | 
|
Рис. 3.9. Пересувна дорожня лабораторія типу КП-514 МП
При використанні установки в складі пересувної лабораторії вона оснащується модулем зв'язку з бортовим обчислювальним комплексом, що дозволяє повністю автоматизувати процес нагружения й вимірів. Діапазон вимірів прогину 0,1...3 мм, продуктивність 20 км/зміна.
За значенням прогину, обумовленому лабораторіями, одержують фактичний модуль пружності дорожньої конструкції і її міцність.
Міцність твердих дорожніх одягів оцінюють:
максимальним динамічним прогином l mах під впливом падаючого вантажу (амортизований удар) приладу ударного типу;
максимальним радіусом кривизни дорожнього покриття r при впливі динамічного навантаження (амортизований удар);
максимальною напругою σ у бетонній плиті, обумовленим згідно з теорією пружності по формулі
(3.13)
де h - товщина плити, м;
твердістю дорожнього одягу з, Н/м, обумовленої відношенням максимальної ударної сили F, Н, до максимального динамічного прогину l mах, м:
c = F/lmax.
Основною порівняльною характеристикою є статистична оцінка твердості дорожнього одягу.
