Обеспечение надежности дорожных одежд

Содержание

Введение

1. Технологическая классификация дорожных одежд, покрытий и оснований
2. Обеспечение надежности дорожных одежд
3. Расчетная схема двухслойной системы (дорожной одежды)

Заключение

Список использованной литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Дорожная одежда должна иметь необходимый запас прочности, чтобы в течении нормативного срока службы выдерживать воздействие многократно повторяющихся нагрузок от авто и климатических факторов.

Покрытия, воспринимающие воздействие колес авто и природных факторов, должны иметь высокую прочность, быть износо и термостойкими, ровными и шероховатыми и обеспечивать безопасное движение авто с заданной скоростью при минимальном сопротивлении движения.

Покрытие не должно пылить, должно обеспечивать надежное сцепление с колесами авто.

Основание дорожной одежды – воспринимает нагрузку от покрытия, распределяет и передает ее на земляное полотно.

Нежесткой одежды основанием обычно является несущим слоем, обеспечивающим ее прочность и жесткость.

Дополнительный слой основания предназначен для дальнейшего распределения нагрузки на земляное полотно, для отвода избыточной воды, поступающей из верха земляного полотна и для предохранения дорожной одежды от деформации морозного включения. Для чего применяют пористые, морозостойкие материалы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.1. Технологическая классификация дорожных одежд, покрытий и оснований

Дорожная одежда должна иметь необходимый запас прочности, чтобы в течение нормативного срока службы выдерживать воздействие многократно повторяющихся нагрузок от автомобилей и климатических факторов (изменение температуры, влажности и т. п.). Покрытие, непосредственно воспринимающее воздействие колес автомобилей и природных факторов, должно иметь высокую прочность, быть износо- и термостойким, ровным и шероховатым и обеспечивать безопасное движение автомобилей с заданной скоростью при минимальном сопротивлении движению. Покрытие не должно пылить, оно должно обеспечивать надежное сцепление с колесами автомобилей. Основание дорожной одежды воспринимает нагрузку от покрытия, распределяет и передает ее на земляное полотно. В нежесткой одежде основание обычно является основным несущим слоем, обеспечивающим ее общую прочность и жесткость. Классификация дорожных одежд и покрытий приведена в табл. 1.1, классификация оснований приведена в табл. 1.2.

Дополнительный слой основания предназначен для дальнейшего распределения нагрузки на земляное полотно, для отвода избыточной воды, поступающей из верхнего слоя земляного полотна, и для предохранения дорожной одежды от деформации морозного пучения. Для него применяют пористые морозостойкие материалы (песок, щебень, шлак и т.д.).

 Таблица 1.1

Классификация дорожных одежд и покрытий

Дорожные одежды	Тип покрытия, материал и способы его укладки
Капитальные	Усовершенствованные покрытия из смесей:
	горячих асфальтобетонных
	цементобетонных
Облегченные	Облегчённые типы покрытий из смесей:
	а) горячих асфальтобетонных
	б) холодных асфальтобетонных
	в) органоминеральных с жидкими органическими вяжущими; с жидкими органическими вяжущими совместно с минеральными; с вязкими, в том числе эмульгированными органическими вяжущими; с эмульгированными органическими вяжущими совместно с минеральными; из каменных материалов и грунтов, обработанных битумом по способу смешения на дороге или методами пропитки; из каменных материалов, обработанных органическими вяжущими методом пропитки; черного щебня, приготовленного в установке и уложенного по способу заклинки; пористой и высокопористой асфальтобетонной смеси с поверхностной обработкой; прочного щебня с двойной поверхностной обработкой
	г) цементобетонных
Переходные	Покрытия переходного типа:
	из щебня прочных пород, устроенные по способу заклинки без применения вяжущих материалов; из грунтов и малопрочных каменных материалов, укрепленных вяжущими; булыжного и колотого камня (мостовые)
Низшие	из щебеночно-гравийно-песчаных смесей; малопрочных каменных материалов и шлаков; грунтов, укрепленных или улучшенных различными местными материалами; древесных материалов и др.

 

Таблица 1.2

Типы оснований дорожных одежд

Основания	Назначение
Цементобетонные, толщиной не менее 15 см	Основной слой основания для капитальных дорожных одежд
Из минеральных материалов (гравийных, щебеночных и др.), обработанных вяжущими в установках и на дороге, слоем не менее 5 см	Верхний слой основания для капитальных дорожных одежд
Из минеральных материалов, не обработанных вяжущими, слоем не менее 15 см	Нижние слои основания для капитальных дорожных одежд; верхние слои основания для облегченных дорожных одежд
Из грунтов, укрепленных органическими вяжущими, слоем не менее 5 см	Верхний и нижние слои оснований на дорогах III и IV категорий
Из грунтов, укрепленных минеральными вяжущими, слоем не менее 12-15 см
Из грунтов, укрепленных добавками различных веществ	Основания на дорогах IV категории

 

1.2. Обеспечение надежности дорожных одежд

Общие положения. Под надежностью дорожной одежды понимают вероятность того, что в течение заданного периода времени (срока службы) при заданных условиях эксплуатации она будет находиться в работоспособном состоянии, то есть обладать требуемыми транспортно-эксплуатационными показателями прочности, ровности и сцепления с колесом автомобиля. Общим количественным показателем надежности дорожной одежды является вероятность (обеспеченность) ее работоспособного состояния (по прочности, ровности и сцеплению) в течение установленного срока службы. Обеспеченность каждого отдельного свойства дорожной одежды - прочности, ровности или сцепления - является частным показателем ее надежности.

Наибольшие затраты обычно связаны с обеспечением надежности по прочности дорожной одежды. Чтобы уменьшить отрицательное влияние неизбежной изменчивости прочностных свойств возводимого земляного полотна и дорожной одежды, необходимо при строительстве дороги обеспечить, а при эксплуатации - поддерживать обоснованный (оптимальный) запас прочности. Запас прочности, необходимый для компенсации неравнопрочности (неоднородной прочности) строящейся дорожной одежды, зависит кроме других причин от степени изменчивости прочности, характеризуемой коэффициентом вариации.

Рассмотрим этот вопрос, используя нормальное распределение модуля упругости дорожной одежды. На рис. 1.1 и 1.2 показано в дифференциальной форме распределение модулей упругости дорожной одежды при разных значениях коэффициентов вариации. Заштрихованная площадь под кривой распределения соответствует вероятности r появления модуля ниже определенного значения. Как видно из графика, приведенного на рис. 1.1, величина r = 1 - р, где р - уровень значимости, существенно изменяется в зависимости от средней величины модуля упругости Е и его коэффициента вариации CvE .

Рис. 1.1. Зависимость надежности дорожной одежды по прочности от изменчивости ее модуля упругости при одном и том же среднем модуле упругости Е

Рис. 1.2. Зависимость надежности дорожной одежды по прочности от изменчивости ее модуля упругости при разных величинах среднего модуля упругости:   ( Cve = 0,15),   (Cve = 0,225)   ( Cve = 0,30)

Проводя организационно-технологические мероприятия, можно существенно снизить степень изменчивости прочности дорожной одежды, что позволяет обеспечить заданный уровень надежности при меньших затратах, то есть при меньшем расходе материалов на строительство дорожной одежды.

Общий коэффициент вариации модуля упругости дорожной одежды определяется по известным коэффициентам вариации ее слоев. Для этой цели можно использовать формулу Барбера для двухслойной системы (рис. 1.3):

  где                         (1.1)

Е общ - общий модуль упругости двухслойной системы;

Е 1 - модуль упругости верхнего слоя;

Е 2 - модуль упругости на поверхности нижнего слоя;

h - толщина верхнего слоя двухслойной системы;

D - диаметр круга, равновеликого отпечатку колеса расчетного автомобиля;

  где          (1.2)

 ,   ,    - соответственно средние квадратические отклонения модуля упругости верхнего слоя Е1 , модуля упругости на поверхности нижнего слоя Е2, толщины верхнего слоя h ;

                        (1.3)

                         (1.4)

                                         (1.5)

                                                             (1.6)

Зависимости (1.3-1.9) позволяют определять общий коэффициент вариации многослойной одежды, производя расчет послойно.

Рис. 1. 3. Расчетная схема двухслойной системы (дорожной одежды)

Примерные значения коэффициентов вариации модулей упругости С E грунтов земляного полотна и некоторых материалов, а также толщины Ch слоев дорожных одежд даны в табл. 1.3. и 1.4.

Таблица 1.3

Коэффициенты вариации модулей упругости для грунтов

Грунты	Относительная влажность
	0,60	0,65	0,70	0,75	0,80	0,85	0,9
	Коэффициенты вариации модулей упругости С E
Супеси пылеватые, суглинки, глины	0,10-0,18	0,17-0,23	0,18-0,25	0,19-0,26	0,19-0,27	0,20-0,27	0,20-0,28
Супесь легкая	0,09-0,15	0,10-0,17	0,12-0,18	0,12-0,20	0,14-0,20	-	-

 

Таблица 1.4

Коэффициенты вариации модулей упругости и толщины слоев материалов

Материала	Коэффициенты вариации
	модулей упругости С E	толщины слоя С h
Асфальтобетон	0,11-0,19	0,10-0,25
Холодные смеси (смешение на месте)	0,13-0,21	0,15-0,30
Смеси, включая грунты, обработанные минеральным вяжущим	0,15-0,25	0,10-0,20
Слои из необработанных щебня или гравия	0,17-0,28	0,12-0,20
Песчаный	0,12-0,18	0,12-0,22

 

Зависимость коэффициента вариации общего модуля упругости двухслойной системы    от коэффициентов вариации модулей упругости верхнего слоя СЕ , модуля упругости на поверхности нижнего слоя    и толщины верхнего слоя C h имеет вид:

 (1.7)

В табл. 1.5 приведены величины коэффициента вариации   при различных значениях   . Как видно из табл. 1.5, наибольшее влияние на однородность модуля упругости двухслойной системы оказывает однородность нижнего слоя. Это подчеркивает целесообразность обеспечения высокой однородности (равнопрочности) в процессе строительства всех слоев дорожной одежды и особенно земляного полотна. Существенную роль при этом играет уплотнение грунта. Например, увеличение числа проходов катка с 8 до 16 снижает коэффициент вариации модуля упругости грунта на 20 %. С помощью табл. 1.5 можно установить изменение общей равнопрочности многослойной дорожной одежды, рассматривая ее послойно снизу вверх как двухслойную систему (см. рис. 1.3).

Таблица 1.5

Величины коэффициентов вариации 

Значения C h	Значения	Значения   при
		0,1	0,2	0,3	0,4
0,1	0,1	0,09	0,099	0,110	0,124
	0,2	0,164	0,168	0,175	0,184
	0,3	0,240	0,243	0,248	0,254
	0,4	0,318	0,320	0,323	0,328
0,2	0,1	0,117	0,123	0,132	0,143
	0,2	0,179	0,183	0,189	0,198
	0,3	0,251	0,254	0,259	0,264
	0,4	0,326	0,328	0,331	0,336
0,3	0,1	0,150	0,154	0,162	0,171
	0,2	0,202	0,206	0,211	0,219
	0,3	0,268	0,270	0,274	0,280
	0,4	0,339	0,341	0,344	0,349
0,4	0,1	0,186	0,190	0,196	0,204
	0,2	0,233	0,236	0,241	0,245
	0,3	0,290	0,292	0,296	0,301
	0,4	0,357	0,358	0,362	0,366