2020-04-12
227
Важным этапом оценки состояния автомобильных дорог при эксплуатации является определение прочностных свойств дорожной одежды, которые влияют на ровность покрытия, а следовательно, на обеспеченную дорогой скорость и эффективность функционирования автомобильного транспорта.
Деформация – изменение относительного положения частиц тела, связанное с их перемещением. При деформации происходит изменение размеров и форм тела без изменения его массы и потери сплошности. Различают упругие и остаточные (пластические) деформации. Упругие деформации исчезают почти мгновенно после снятия (прохождения) нагрузки. Остаточные деформации после снятия нагрузки не исчезают и при многократных нагружениях способны накапливаться.
Разрушения – изменение размеров, формы и массы тела с потерей сплошности.
К основным видам разрушений и деформаций дорожных одежд и покрытий следует отнести: трещины (поперечные, продольные, косые), сетку трещин, обламывание (скол) кромок, износ (истирание), шелушение, выкрашивание, выбоины, просадки, проломы, пучины, колею, волны.
|
|
|
Если дорожная одежда запроектирована и построена с соблюдением всех норм, то на ней не должно быть разрушений (кроме износа покрытия), но под совместным воздействием транспортных нагрузок и природно-климатических факторов могут возникать деформации, не превышающие допустимого предела. Прочность дорожной одежды представляет собой 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.
В качестве относительного показателя прочности дорожной конструкции используют коэффициент прочности:
где 
- фактический модуль упругости дорожной одежды в момент обследования, МПа;
- требуемый модуль упругости дорожной одежды, на который она запроектирована, МПа.
При необходимости увязки состояния покрытия, отражающего в конечном итоге состояние всей дорожной конструкции, со скоростью движения как одиночного легкового автомобиля, так и средней скоростью средней скоростью транспортного потока может быть использован показатель фактической степени деформации дорожной одежда (поверхности покрытия):
где 
- площадь повреждений на рассматриваемом участке, м2;
- общая площадь обследуемого участка дороги, м2.
Дорожную одежду следует проектировать с учетом требуемого уровня надежности (
), под которым понимают вероятность безотказной работы в течение межремонтного периода. В качестве количественного показателя отказа дорожной одежды используют предельный коэффициент разрушения (
), физическое толкование которого соответствует понятию предельного риска (темпа) разрушения. Допустимая степень деформирования покрытия составляет:
|
|
|
где - требуемый уровень надежности дорожной одежды.
Практическая работа включает в себя визуальное обследование покрытия с составлением дефектной ведомости, обработку результатов обследования с последующим вычислением фактической степени деформированности, определение вероятных причин возникновения деформаций и разрушений, назначение мероприятий по их устранению.
Проведение обследования.
На обследуемой дороге выбирают характерный участок (однотипный участок, в пределах которого не наблюдается существенных изменений дорожной конструкции, интенсивности и состава движения, а также состояния покрытия по видам дефектов) протяженность 1 км. Участок разбивают на микроучастки через 100 м.
Каждой группе (2-3 студента или индивидуально) назначается свой 100-метровый участок (вариант), на котором фиксируются деформации и разрушения с привязкой к участкам (на одном микроучастке их может быть несколько). Результаты заносят в дефектную ведомость (табл.1)
Таблица 1
Дефектная ведомость
| Номер деформации на участке | Вид разрушения (деформации) и размер дефекта (ширина b; глубина h; длина l; площадь S) | Ожидаемый коэффициент прочности, 
| Описание деформации или разрушения | Протяжен-ность участка 
|
| 1 | ||||
| 2 | ||||
| 3 | ||||
| 4 | ||||
| … | ||||
| m |
Обработка результатов обследования (исходных данных) предполагает определить коэффициент прочности нежесткой дорожной одежды по характеру и степени повреждений покрытия, используя методику проф. Ю.М. Яковлева (табл. 2). Далее производится статистическая обработка полученных результатов, вычисления фактической степени деформации поверхности и сопоставление с допустимой степенью деформации.
Таблица 2
Ожидаемый коэффициент прочности дорожной одежды по характеру и степени повреждений покрытия
| № п/п | Состояние покрытия и характер повреждения | Ожидаемый коэффициент прочности, 
|
| 1. | Без дефектов и отдельные трещины на расстоянии более 40 м | 1,0 |
| 2. | Отдельные трещины на расстоянии 20…40 м | 0,98…1,0 |
| 3. | То же на расстоянии 10…20 м | 0,95…0,98 |
| 4. | Редкие трещины на расстоянии 8…10 м | 0,9…0,95 |
| 5. | То же 6…8 м | 0,88…0,9 |
| 6. | То же 4…6 м | 0,85…0,88 |
| 7. | Частные трещины на расстоянии 3…4 м | 0,8…0,85 |
| 8. | То же 2…3 м | 0,78…0,8 |
| 9. | То же 1…2 м | 0,75…0,78 |
| 10. | Сетка трещин при относительной площади, занимаемой сеткой менее 30% | 0,7…0,75 |
| 11. | То же от 60 до 30% | 0,68…0,7 |
| 12. | То же 90…60% | 0,65…0,68 |
| 13. | Искажение продольного микропрофиля и поперечного профиля (волны, колейность) | 0,68…0,7 |
| 14. | Просадки при их относительной площади до 20% | 0,6…0,65 |
| 15. | То же от 50 до 20% | 0,58…0,6 |
| 16. | То же более 50% | 0,55…0,58 |
| 17. | Проломы дорожной одежды при относительной площади проломов менее 10% | 0,6…0,65 |
| 18. | То же от 30 до 10% | 0,58…0,6 |
| 19. | То же более 30% | 0,5…0,58 |
Примечания: 1. В пределах одного пункта, для более существенных повреждений меньшие значения .
2. При сочетании поперечных трещин с косыми и продольными трещинами, а также при наличии выбоин значения , указанные в табл. 2, следует понижать на 10…30% в зависимости от тяжести повреждения (разрушения).
По табл. 2 в зависимости от характера и степени повреждения определяется ожидаемый коэффициент прочности дорожной одежды для каждого микроучастка. Площадь сетки трещин, просадок и проломов измеряется по отношению ко всему участку, подверженному данному виду дефекта (см. табл. 6). При наличии на одном микроучастке различных дефектов или разрушений, например, колейности и поперечных трещин коэффициент прочности назначают по дефекту, дающему наименьший коэффициент прочности (в данном случае по колее).
|
|
|
Получение значения коэффициентов прочности, описания дефектов или разрушений и протяженности микроучастков с данным коэффициентом прочности заносят в табл. 1, столбцы 3, 4 и 5.
Заполнив таблицу, вычисляют средневзвешенный коэффициент прочности по формуле:
где 
- значение коэффициента прочности на i -м микроучастке;
- протяженность i -го микроучастка, м.
Среднеквадратическое отклонение коэффициента прочности рассчитывают по формуле:
Для расчета среднеквадратического отклонения заполняют табл. 3.
Таблица 3
Отклонение коэффициента прочности
| i |
| 
| 
|
| 1 | |||
| ….. | |||
| m | |||
|
По распределению коэффициентов прочности на разрушенных или деформированных микроучастках можно судить о фактической степени деформирования поверхности, вычисляемой из выражений:
где
- средневзвешенный коэффициент прочности;
- среднеквадратическое отклонение коэффициента прочности.
где Ф(х) – табулированная функция Лапласа (табл. 4).
Таблица 4
Табулированная функция Лапласа
| Х | Ф(Х) | Х | Ф(Х) | Х | Ф(Х) |
| 0,00 | 0,000 | 0,46 | 0,177 | 0,92 | 0,321 |
| 0,01 | 0,004 | 0,47 | 0,181 | 0,93 | 0,324 |
| 0,02 | 0,008 | 0,48 | 0,184 | 0,94 | 0,326 |
| 0,03 | 0,012 | 0,49 | 0,188 | 0,95 | 0,329 |
| 0,04 | 0,016 | 0,50 | 0,192 | 0,96 | 0,332 |
| 0,05 | 0,020 | 0,51 | 0,195 | 0,97 | 0,334 |
| 0,06 | 0,024 | 0,52 | 0,199 | 0,98 | 0,337 |
| 0,07 | 0,028 | 0,53 | 0,202 | 0,99 | 0,339 |
| 0,08 | 0,032 | 0,54 | 0,205 | 1,00 | 0,341 |
| 0,09 | 0,036 | 0,55 | 0,209 | 1,01 | 0,344 |
| 0,10 | 0,040 | 0,56 | 0,212 | 1,02 | 0,346 |
| 0,11 | 0,044 | 0,57 | 0,216 | 1,03 | 0,349 |
| 0,12 | 0,048 | 0,58 | 0,219 | 1,04 | 0,351 |
| 0,13 | 0,052 | 0,59 | 0,222 | 1,05 | 0,353 |
| 0,14 | 0,056 | 0,60 | 0,226 | 1,06 | 0,355 |
| 0,15 | 0,060 | 0,61 | 0,229 | 1,07 | 0,358 |
| 0,16 | 0,064 | 0,62 | 0,232 | 1,08 | 0,360 |
| 0,17 | 0,068 | 0,63 | 0,236 | 1,09 | 0,362 |
| 0,18 | 0,071 | 0,64 | 0,239 | 1,10 | 0,364 |
| 0,19 | 0,075 | 0,65 | 0,242 | 1,11 | 0,367 |
| 0,20 | 0,079 | 0,66 | 0,245 | 1,12 | 0,369 |
| 0,21 | 0,083 | 0,67 | 0,249 | 1,13 | 0,371 |
| 0,22 | 0,087 | 0,68 | 0,252 | 1,14 | 0,373 |
| 0,23 | 0,091 | 0,69 | 0,255 | 1,15 | 0,375 |
| 0,24 | 0,095 | 0,70 | 0,258 | 1,16 | 0,377 |
| 0,25 | 0,099 | 0,71 | 0,261 | 1,17 | 0,379 |
| 0,26 | 0,103 | 0,72 | 0,264 | 1,18 | 0,381 |
| 0,27 | 0,106 | 0,73 | 0,267 | 1,19 | 0,383 |
| 0,28 | 0,110 | 0,74 | 0,270 | 1,20 | 0,385 |
| 0,29 | 0,114 | 0,75 | 0,273 | 1,21 | 0,387 |
| 0,30 | 0,118 | 0,76 | 0,276 | 1,23 | 0,391 |
| 0,31 | 0,123 | 0,77 | 0,279 | 1,25 | 0,394 |
| 0,32 | 0,126 | 0,78 | 0,282 | 1,30 | 0,403 |
| 0,33 | 0,129 | 0,79 | 0,285 | 1,35 | 0,412 |
| 0,34 | 0,133 | 0,80 | 0,288 | 1,40 | 0,419 |
| 0,35 | 0,137 | 0,81 | 0,291 | 1,42 | 0,422 |
| 0,36 | 0,141 | 0,82 | 0,294 | 1,45 | 0,427 |
| 0,37 | 0,144 | 0,83 | 0,297 | 1,50 | 0,433 |
| 0,38 | 0,148 | 0,84 | 0,300 | 1,55 | 0,439 |
| 0,39 | 0,152 | 0,85 | 0,302 | 1,60 | 0,445 |
| 0,40 | 0,155 | 0,86 | 0,305 | 1,70 | 0,455 |
| 0,41 | 0,159 | 0,87 | 0,308 | 1,80 | 0,464 |
| 0,42 | 0,163 | 0,88 | 0,311 | 1,90 | 0,471 |
| 0,43 | 0,166 | 0,89 | 0,313 | 2,50 | 0,494 |
| 0,44 | 0,170 | 0,90 | 0,316 | 3,00 | 0,498 |
| 0,45 | 0,174 | 0,91 | 0,319 | 5,00 | 0,500 |
|
|
|
Для соответствующей величины «Х» по табл. 4 находят значение функции Лапласа (если «Х» отрицательное число, то Ф(Х) принимают также с минусом), после чего вычисляют фактическую степень деформирования по формуле (6).
Допустимая степень деформирования вычисляется по формуле (3).
В выводе к практической работе студенты отмечают основные виды деформаций и разрушений и указывают вероятные причины их возникновения. При 
> 
намечают необходимые восстановительные мероприятия.
Мероприятия по усилению дорожной одежды проводятся всегда, когда ее фактический модуль упругости (
) оказывается меньше требуемого по условиям движения (
).
Если на момент проведения обследования фактический модуль упругости больше требуемого (
), а ровность покрытия неудовлетворительная, осуществляют укладку выравнивающего слоя с обеспечением сцепных свойств поверхности дорожного покрытия. Тип покрытия при назначении слоев усиления выбирают с учетом перспективной интенсивности движения автомобилей.
Верхний слой усиления дорожной одежды по прочностным характеристикам не должен уступать существующему покрытию. Например, при существующем асфальтобетонном покрытии верхний слой усиления также должен быть из асфальтобетона.
В результате технико-экономического обоснования вместо усовершенствованных облегченных или переходных дорожных покрытий могут быть назначены более совершенные покрытия. Материал дорожного покрытия должен обеспечивать требуемые сцепные свойства и обладать устойчивостью к возникновению сдвигов, наплывов, колейности и волн при высоких температурах.
Общая толщина слоев усиления не должна быть меньше величин, указанных в табл. 5. Во всех случаях толщина каждого слоя должна не менее чем в 1,5 раза превышать размер наиболее крупных частиц каменного материала, из которого изготовлен данный слой.
Таблица 5
Минимальные толщины слоев усиления дорожной одежды
| Материал слоев усиления | Толщина слоев усиления, см | Материал слоев усиления | Толщина слоев усиления, см | |
| Асфальтобетон: | Щебеночные и гравийные материалы, обработанные цементом на твердом основании | 8 | ||
|
крупнозернистый мелкозернистый песчаный холодный |
6-7 3-5 3-4 3 | |||
| Грунты, обработанные органическим вяжущим способом смешения на дороге | 6 | |||
| Щебеночные и гравийные материалы, обработанные органическим вяжущим в установке и смешением на дороге | 5 | |||
| Щебень, обработанный органическим вяжущим способом пропитки | 8 | Минеральные материалы, не обработанные вяжущим, на: - щебеночном слое - гравийном слое - песчаном слое | 8 10 15 |
Примечание. Большие из значений толщин асфальтобетонных покрытий даны для дорог I-II категорий, а меньшие - для дорог III-IV категорий.
Таблица 6
Дефекты покрытия
| Вид дефекта | Характерные особенности дефекта покрытия |
| А. Дефекты прочностного характера | |
| Трещины: - одиночные | Поперечные и косые трещины, расположенные на расстоянии более 15-20 м друг от друга |
| - отдельные | Поперечные и косые трещины, расположенные примерно на одинаковом расстоянии друг от друга. Расстояние между соседними трещинами – 10-15 м |
| - редкие | Поперечные и косые трещины (нередко с ответвлениями), не связанные между собой. Среднее расстояние между соседними трещинами – 4-10 м |
| - частые | Поперечные и косые трещины с ответвлениями, иногда связанные между собой, но, как правило, не образующие замкнутых фигур. Среднее расстояние меду соседними трещинами – 1-4 м |
| Сетка трещин | Поперечные и продольные трещины, развитые в зоне полос наката и образующие замкнутые, преимущественно четырехугольные фигуры с расстояниями между сторонами менее 1 м. Нередко сопровождаются просадками, колейностью и волнообразованием |
| Просадки | Резкое искажение профиля покрытия, имеющее вид впадины с округлыми краями. На покрытиях, устроенных с применением вяжущих, просадки сопровождаются сеткой трещин, нередко охватывающей также и зоны покрытия, непосредственно к ним прилегающие |
| Волны | Закономерное чередование (через 0,5-2,0 м) на покрытии впадин и гребней в поперечном направлении по отношению к продольной оси дороги. Как правило, имеют место на дорогах с переходными типами покрытий |
| Б. Дефекты, обусловленные влиянием нарушений в технологии производства работ | |
| Проломы | Полное разрушение дорожной одежды на всю ее толщину с резким искажением профиля покрытия |
| Выкрашивание и шелушение | Поверхностные разрушения покрытия за счет потери отдельных зерен минерального материала и отслаивания вяжущего |
| Выбоины | Местные разрушения дорожного покрытия, имеющие вид углублений с резко выраженными краями |
| Сдвиги | Смещение покрытия, наблюдающееся обычно на крутых спусках, в местах остановок и торможения автомобилей. Иногда в местах сдвига наблюдаются разрывы покрытия |
| Открытые пучины | Взбугривание покрытия с сеткой трещин. Сопровождается выдавливанием грунта на поверхность покрытия в момент проезда под колесом автомобиля |
В выводе по данной практической работе отмечают виды деформаций и разрушений, указываются вероятные причины их возникновения и намечают необходимые восстановительные мероприятия.
Варианты заданий
Таблица 7
Таблица исходных данных
| Номер деформации на участке | Состояние покрытия и характер повреждения | Тип дорожной одежды | Категория дороги | Протяженность участка, м,
|
| Вариант 1 | ||||
| 1 | Трещины одиночные на расстоянии 15 м | капитальный | I | 100 |
| 2 | Трещины отдельные на расстоянии 10 м | |||
| 3 | Сетка трещин при относительной площади, занимаемой сеткой менее 30% | |||
| 4 | Сетка трещин при относительной площади, занимаемой сеткой менее 40% | |||
| 5 | Трещины редкие на расстоянии 8 м | |||
| Вариант 2 | ||||
| 1 | Трещины одиночные на расстоянии 15 м | капитальный | IV | 100 |
| 2 | Трещины отдельные на расстоянии 10 м | |||
| 3 | Сетка трещин при относительной площади, занимаемой сеткой менее 30% | |||
| 4 | Сетка трещин при относительной площади, занимаемой сеткой менее 40% | |||
| 5 | Трещины редкие на расстоянии 8 м | |||
| Вариант 3 | ||||
| 1 | Просадки при их относительной площади 10% | переходный | IV | 100 |
| 2 | Сетка трещин при относительной площади, занимаемой сеткой 10% | |||
| 3 | Колейность | |||
| 4 | Волны | |||
| 5 | Сетка трещин при относительной площади, занимаемой сеткой 5% | |||
| Вариант 4 | ||||
| 1 | Просадки при их относительной площади 25% | переходный | IV | 100 |
| 2 | Сетка трещин при относительной площади, занимаемой сеткой 10% | |||
| 3 | Колейность | |||
| 4 | Проломы 10% | |||
| 5 | Сетка трещин при относительной площади, занимаемой сеткой 5% | |||
| Вариант 5 | ||||
| 1 | Просадки при их относительной площади 25% | облегченный | III | 50 |
| 2 | Сетка трещин при относительной площади, занимаемой сеткой 10% | |||
| 3 | Колейность 15% | 50 | ||
| 4 | Проломы 15% | |||
| 5 | Сетка трещин при относительной площади, занимаемой сеткой 5% | |||
| Вариант 6 | ||||
| 1 | Просадки при их относительной площади 15% | облегченный | IV | 30 |
| 2 | Сетка трещин при относительной площади, занимаемой сеткой 10% | |||
| 3 | Колейность | 50 | ||
| 4 | Проломы 5% | |||
| 5 | Сетка трещин при относительной площади, занимаемой сеткой 35% | 20 | ||
| Вариант 7 | ||||
| 1 | Трещины одиночные на расстоянии 15 м | капитальный | I | 30 |
| 2 | Трещины отдельные на расстоянии 10 м | |||
| 3 | Сетка трещин при относительной площади, занимаемой сеткой менее 30% | 60 | ||
| 4 | Сетка трещин при относительной площади, занимаемой сеткой менее 40% | |||
| 5 | Трещины редкие на расстоянии 8 м | 10 | ||
| Вариант 8 | ||||
| 1 | Трещины одиночные на расстоянии 15 м | капитальный | IV | 40 |
| 2 | Трещины отдельные на расстоянии 10 м | |||
| 3 | Сетка трещин при относительной площади, занимаемой сеткой менее 30% | 50 | ||
| 4 | Сетка трещин при относительной площади, занимаемой сеткой менее 40% | |||
| 5 | Трещины редкие на расстоянии 8 м | 10 | ||
Таблица 8
Требуемый уровень надежности дорожной одежды
| Тип дорожной одежды | Капитальный | |||||||||||
| Категория дороги | I | II | III | IV | ||||||||
| Предельный коэффициент разрушения | 0,05 | 0,10 | ||||||||||
| Заданная надежность | 0,98 | 0,95 | 0,98 | 0,95 | 0,98 | 0,95 | 0,90 | 0,98 | 0,90 | 0,85 | 0,80 | |
| Требуемый коэфф. прочности | упругого прогиба | 1,50 | 1,30 | 1,38 | 1,20 | 1,29 | 1,17 | 1,10 | 1,17 | 1,10 | 1,06 | 1,02 |
| сдвига и растя-жения при изгибе | 1,10 | 1,00 | 1,10 | 1,00 | 1,10 | 1,00 | 0,94 | 1,00 | 0,94 | 0,90 | 0,87 | |
| Тип дорожной одежды | Облегченный | |||||||||||
| Категория дороги | III | IV | V | |||||||||
| Предельный коэффициент разрушения | 0,15 | |||||||||||
| Заданная надежность | 0,98 | 0,95 | 0,90 | 0,95 | 0,90 | 0,85 | 0,80 | 0,95 | 0,90 | 0,80 | 0,70 | |
| Требуемый коэфф. прочности | упругого прогиба | 1,29 | 1,17 | 1,10 | 1,17 | 1,10 | 1,06 | 1,02 | 1,13 | 1,06 | 0,98 | 0,90 |
| сдвига и растя-жения при изгибе | 1,10 | 1,10 | 0,94 | 1,00 | 0,94 | 0,90 | 0,87 | 1,00 | 0,94 | 0,97 | 0,80 | |
| Тип дорожной одежды | Переходный | |||||||||||
| Категория дороги | IV | V | ||||||||||
| Предельный коэффициент разрушения | 0,40 | |||||||||||
| Заданная надежность | 0,95 | 0,90 | 0,85 | 0,80 | 0,95 | 0,90 | 0,80 | 0,70 | ||||
| Требуемый коэфф. прочности | упругого прогиба | 1,17 | 1,10 | 1,06 | 1,02 | 1,13 | 1,06 | 0,98 | 0,90 | |||
| сдвига и растя-жения при изгибе | 1,00 | 0,94 | 0,90 | 0,87 | 1,00 | 0,94 | 0,87 | 0,80 | ||||
Задание:
1. В соответствии с указанным преподавателем номером варианта исходных данных (табл. 7, 8) произвести обработка результатов обследования (исходных данных), определить коэффициент прочности нежесткой дорожной одежды по характеру и степени повреждений покрытия.
2. Произвести статистическую обработку полученных результатов, вычислить фактическую степень деформации поверхности и сопоставить с допустимой степенью деформации.
3. В выводе по данной практической работе отмечают виды деформаций и разрушений, указываются вероятные причины их возникновения и намечают необходимые восстановительные мероприятия.
Контрольные вопросы для самостоятельной подготовки:
1. Дайте определение деформации. Какие происходят изменения размеров и формы тела при деформации?
2. Дайте определение разрушению. Основные виды разрушений и деформаций дорожных одежд и покрытий.
3. Относительный показатель прочности дорожной одежды.
4. Показатель фактической степени деформации дорожной одежды.
5. Допустимая степень деформации покрытия.
6. Какие этапы работ включает практическая работа?
7. Средневзвешенный коэффициент прочности дорожной одежды.
8. Среднеквадратическое отклонение коэффициента прочности.
9. В каких случаях проводятся мероприятия по усилению дорожной одежды?
10. Требования, предъявляемые к слою усиления по прочностным характеристикам?
