М.2 Пример расчета мероприятий по предотвращению образования отраженных трещин

Исходные данные: эксплуатируемое дорожное асфальтобетонное покрытие состоит из трех асфальтобетонных слоев: 1 — средней толщиной h = 0,063 м, 2 — средней толщиной h = 0,079 м, 3 — средней толщиной h = 0,101 м. Общий вид конструкции дорожного покрытия представлен на рисунке М.4.

Рисунок М.4 — Общий вид эксплуатируемой дорожной одежды

На рисунке М.5 указаны модули упругости асфальтобетонных слоев при температуре минус 15 °С.

При ремонте эксплуатируемой дорожной одежды предусмотрено дорожное покрытие, состоящее из двух слоев, как показано на рисунке М.5:

– нижний слой 1 — из щебеночного мелкозернистого горячего пористого асфальтобетона марки I (ЩМПг — I по СТБ 1033) толщиной h = 0,06 м, R_c = 7,5 МПа по СТБ 1033;

– верхний слой 2 — из щебеночного мелкозернистого горячего плотного асфальтобетона марки II типа Б (ЩМБг — II /2,33 СТБ 1033-2004) толщиной h = 0,05 м.

Рисунок М.5 — Общий вид ремонтируемой дорожной одежды

Проверка условия необходимости мероприятий по предотвращению образования отраженных трещин выполняется в следующем порядке.

Определяют предельное напряжение при растяжении:

= 0,2 × 7,5 = 1,5 МПа.

Определяют средневзвешенный модуль упругости материала покрытия при температуре минус 15 °С — при толщине покрытия h = 0,243 м Е _в = 9906 МПа.

По графику, представленному на рисунке Л.1 (см. приложение Л), в зависимости от толщины старого покрытия h = 0,243 м и среднего модуля упругости Е _в = 9906 МПа при температуре минус 15 °С определяют значение растягивающих напряжений в нижней части слоя s _r = 5,93 МПа.

Проверяют условие устойчивости к образованию отраженных трещин (Л.1): 5,93 МПа £ 1,5 МПа, т. е. условие не выполнено, следовательно необходимо предусмотреть мероприятия по предотвращению образования отраженных трещин.

Выполняют расчет глубины фрезерования покрытия и ширины разделки трещин.

Снижают толщину покрытия на 0,01 м (т. е. общая толщина покрытия h = 0,233 м), в этом случае растягивающие напряжения в нижней части слоя s _r = 5,45 МПа. Проверяют условие (Л.1), т. е. 5,45 МПа £ 1,5 МПа. Условие не выполнено. Снижают толщину покрытия еще на 0,01 м и т. д., до выполнения условия (Л.1). Результаты расчета приведены в таблице М.3.

Таблица М.3 — Результаты определения глубины фрезерования

Шаг вычислений	Толщина старого асфальтобетонного покрытия h, м	Средний модуль упругости старого покрытия Е _в, МПа	Напряжения в нижней части слоя, если разделка трещины не производится s _r, МПа
	0,243		5,93
	0,233		5,45
	0,223		4,97
	0,213		4,48
	0,203		4,00
	0,193		3,62
	0,183		3,28
	0,173		3,02
	0,163		2,86
	0,153		2,64
	0,143		2,39
	0,133		2,14
	0,123		1,99
	0,113		1,72
	0,103		1,46

Таким образом, для предотвращения отраженных трещин необходимо фрезерование старого асфальтобетонного покрытия на глубину 0,10 м, так как при данной глубине выполняется условие (Л.1) — 1,46 МПа ≤ 1,5 МПа.

Определяют ширину разделки трещин для рассматриваемого примера.

Как установлено выше, растягивающие напряжения в нижней части слоя s _r = 5,93 МПа.

Коэффициент снижения растягивающих напряжений равен 5,93/1 = 5,93.

По графику, представленному на рисунке Л.2 (см. приложение Л), определяют отношение ширины разделки трещин к толщине старого слоя асфальтобетона (в нашем случае — 1,79). Определяют ширину разделки трещин путем умножения полученного коэффициента на общую толщину покрытия: 1,79 · 0,243 = 0,43 м, т. е. 0,45 м.

В ходе расчетов установлено, что для предотвращения образования отраженных трещин на новом покрытии необходимо произвести фрезерование старого покрытия на глубину 0,10 м или произвести разделку трещин на ширину 0,45 м.

В рассматриваемом примере для уменьшения глубины фрезерования и ширины разделки трещин можно предусмотреть комплекс мероприятий, где совместно будет применена разделка трещин и фрезерование покрытия.

С этой целью принимают глубину фрезерования 0,06 м. В этом случае по таблице М.3 растягивающие напряжения в нижней части слоя s _r = 3,28 МПа. Коэффициент снижения растягивающих напряжений равен 3,28/1 = 3,28. Отношение ширины разделки трещин к толщине старого слоя асфальтобетона 0,18. Ширина разделки трещин равна 0,05 м (0,18 · 0,243 = 0,04 м). Таким образом, при совместном выполнении комплекса мероприятий по фрезерованию покрытия на глубину 0,06 м и разделке трещины на ширину 0,05 м, отраженные трещины на новом покрытии не образуются.

М.3 Расчет дорожной одежды на действие группы нагрузок А₂

Задание: запроектировать дорожную одежду во 2-м дорожно-климатическом районе для III категории дорог с заданным сроком службы 12 лет на действие группы нагрузок А₂. Расчетная интенсивность движения приведенных автомобилей на последний год службы — 400 автомобилей в сутки на 1 полосу движения. Прирост интенсивности движения — 5 % в год. Грунт рабочего слоя земляного полотна — супесь легкая. Средняя высота насыпи — 1,5 м. Дорога проходит по I типу местности.

Вычисляют число накопленных осей за срок службы по 6.2.10 при К_с = 17,71 (см. таблицу Г.2 приложения Г); Т_рдг = 130 сут (см. таблицу Г.1); К_n = 1,38 (см. таблицу 6.8).

Тогда шт.

Определяют расчетную влажность и расчетные характеристики грунта земляного полотна по формуле (А.1) (см. приложение А).

Расчетная влажность:

;

W_таб = 0,60 (см. таблицу А.2);

t = 1,71 (см. таблицу 6.13).

Тогда W_p = 0,60 · (1 + 0,1 · 1,71) = 0,8 %.

Тогда по таблице А.1 принимаем: Е _у = 62 МПа; j = 25°; С = 0,007 МПа.

Назначают расчетную конструкцию дорожной одежды, как указано в таблице М.4.

Таблица М.4 — Параметры конструкции дорожной одежды

Номер слоя	Материал	h, м	Е ₁₀, МПа	Е ₂₀, МПа	Е ₀, МПа	R _и, МПа	φ	С, МПа
	Асфальтобетон плотный м/з на битуме БНД 90/130	0,06				R _и= 9,5 m = 5,0a = 4,8	—	—
	Асфальтобетон пористый к/з на битуме БНД 90/130	0,08				R _и= 7,8 m = 4,0a = 8,6	—	—
	Щебень по способу заклинки	0,30		—	—	—	42°	0,04
	Песок к/з	0,30		—	—	—	35°	0,004
	Супесь легкая	—		—	—	—	25°	0,007
Примечание — Расчетные характеристики приняты по приложению Б.

По приложению В определяют для группы нагрузок А₂ расчетный диаметр и давление: D = 0,37 м; р = 0,6 МПа.

Выполняют расчет по допускаемому упругому прогибу.

Расчет по допускаемому упругому прогибу выполняют послойно, начиная с подстилающего грунта, по номограмме (см. рисунок 6.2).

Слой основания из к/з песка (слой 4):

;

По номограмме (см. рисунок 6.2):

;

Слой основания из щебня по способу заклинки (слой 3):

;

Тогда ; .

Нижний слой покрытия из пористого асфальтобетона (слой 2):

;

Тогда ; .

Верхний слой покрытия из плотного асфальтобетона (слой 1):

;

Тогда ; .

Определяют по 6.4.2 значение минимально требуемого модуля упругости:

Е _тр = 98,65·[lg() – c ] = 98,65 × [lg(520 404) – 3,23)] = 245 МПа.

Требуемый коэффициент прочности = 1,1.

Определяют соблюдение условия по 6.4.1.

274 > 245 × 1,1 = 269,5 МПа, т. е. условие выполнено.

Выполняют расчет конструкции монолитных слоев на сопротивление усталостному разрушению при растяжении при изгибе:

1 Определяют полное растягивающее напряжение при изгибе s _r.

где МПа; .

Для определения используют номограмму (см. рисунок 6.7). Для этого необходимо знать отношение значений и . Расчетная температура — 0 °С. Толщина монолитного слоя h = 0,14 м.