Н.10 Оцінка міцності дорожнього одягу за пружним прогином

Н.10.1Для оцінки міцності дорожніх одягів за виміряною величиною пружного прогину застосовують методи статичної і динамічної дії навантаження на конструкцію дорожнього одягу. Для статичного навантаження використовують автомобілі, що належать до групи А₂. Прогин поверхні покриття вимірюють за допомогою важільних прогиномірів. Для динамічного (короткочасного) навантаження дорожнього одягу застосовують установки «Дина –ЗМ», УДВО «Універсальне дорожнє вимірювальне обладнання» (НТУ) та інші прилади, показання яких приведені до величин статичних прогинів покриття під дією розрахункового навантаження.

Н.10.2Випробування дорожніх одягів слід виконувати навесні при відтаванні ґрунтів земляного полотна, а також влітку й восени, коли температура покриття коливається в межах від 10 °С до 25 °С.

Температуру покриття вимірюють контактними термометрами на глибині 3 – 5 см від поверхні покриття з періодичністю в одну годину.

Вимір пружного прогину при лінійних випробуваннях роблять на зовнішній смузі накату через кожні 50м.

На ділянках доріг, де деформації покриття пов'язані з недостатньою несучою здатністю основи (сітки тріщин, колійність), виміри слід виконувати в місцях найбільших руйнувань через кожні 10 – 15 м з тим, щоб одержати найбільші значення прогину, встановити межі слабкої ділянки і накопичити необхідну для статистичної обробки кількість вимірів.

Н.10.3Вимір пружного прогину методом статичного навантаження за допомогою важільного прогиноміра виконують у такий спосіб. Для випробувань дорожнього одягу готують навантажений автомобіль, в якого навантаження на заднє колесо і тиск на покриття близькі до розрахункового для автомобілів групи А₂. Автомобіль встановлюють на точці виміру і заводять важільний прогиномір між задніми спареними колесами автомобіля так, щоб підп'ятник щупа опирався на покриття в центрі між коліс. Після стабілізації положення стрілки індикатора (показник за індикатором годинникового типу змінюється не більше 0,01 мм за 10 – 15 с) знімають відлік і записують його в журнал. Потім автомобіль від'їжджає вперед на відстань не менш 5 м від точки виміру. Після загасання деформації покриття в такий самий спосіб, як зазначено вище, знімають повторний відлік за індикатором. Різниця у відліках відповідає величині пружного прогину в точці виміру.

Н.10.4При проведенні випробувань динамічними установками короткочасне навантаження дорожнього одягу створюють за допомогою вантажу, що падає.

В установці „Дина – ЗМ" для прикладення навантаження на дорожній одяг вантаж скидають на круглий металевий штамп діаметром 33 см. Зусилля на штамп передається через пружину. Величина прогину поверхні покриття вимірюється за допомогою датчика, що закріплюється на реперній балці. Опори балки розташовуються за межами чаші прогину, що виникає при навантаженні. При вимірюваннях установка ставиться над точкою виміру. Штамп опускають на покриття та вручну встановлюють реперну балку з датчиком. Вантаж піднімається й автоматично зупиняється на заданій висоті. Скидають вантаж і одночасно реєструють величину динамічного прогину покриття. Обробку результатів вимірювання здійснюють на основі кореляційної залежності між динамічним і статичним прогином покриття під дією розрахункового навантаження.

Вузол вимірювання міцності УДВО включає ударник, який піднімається на певну висоту гідравлічною системою. При вимірюванні ударник скидають на поверхню покриття, і за допомогою спеціального датчика отримують сигнал про кінематичні характеристики системи „ударник – дорожній одяг". Обробка сигналу здійснюється автоматично комп'ютером на основі кореляційної залежності між кінематичними характеристиками системи „ударник – дорожній одяг" і статичним прогином покриття під дією розрахункового навантаження.

Порядок виконання операцій з визначення загального модуля пружності при використанні установок „Дина – ЗМ" та УДВО наведено в експлуатаційній документації на це обладнання.

Н.10.5Випробування дорожніх одягів методом динамічного навантаження може бути виконане й іншим устаткуванням і приладами, що забезпечують вимір прогинів із припустимою похибкою 0,02 мм. У цьому випадку необхідно зробити кореляцію між вимірюваним пружним прогином і отриманим методом статичного навантаження. При цьому слід враховувати, що кореляційні коефіцієнти в такій залежності будуть змінюватися для різних конструкцій дорожнього одягу, товщин шарів і властивостей ґрунтів земляного полотна, тому застосовувати їх можна тільки до аналогічних типів одягів.

Н.10.6Оскільки оцінювання міцності дорожніх одягів при масовому обстеженні доріг не може бути виконане в розрахунковий період, необхідно дані випробувань та значень пружного прогину привести до розрахункового стану конструкцій з урахуванням відміних властивостей ґрунту земляного полотна й шарів дорожніх одягів.

Час випробування конструкцій на контрольній точці, а також на характерній ділянці не збігається з часом, коли температура шарів, що містять органічне в'яжуче, дорівнює розрахункової, тобто 10 °С. Тому обмірювані прогини l варто приводити до вирівняного за температурою виду l^c:

, (Н.2)

де l – виміряний прогин;

К₀ – температурний коефіцієнт, прийнятий за графіком (рисунок Н. 1).

Оскільки час проведення лінійних випробувань в окремих місцях характерних ділянок звичайно теж не збігається з часом найбільшої втрати міцності конструкцією в розрахунковий період, то результати й цих випробувань також слід приводити до вирівняного виду. Таке коригування здійснюють за допомогою графіка зміни прогину конструкції в часі (графік «прогин – час»), побудованого за результатами щоденних вимірів прогину на контрольній точці, приведених до порівнянного виду щодо температури.

Рисунок H.1 – Залежність температурного коефіцієнта К0 від температури Т асфальтобетонного покриття в момент випробування

Цифри на кривих – сумарна товщина асфальтобетонних шарів конструкції. Пунктирними кривими показані дані для випробувань під колесом автомобіля, суцільними – під жорстким штампом.

Приведений до вирівняного виду прогин покриття на характерній ділянці лінійних випробувань обчислюється за залежністю:

, (Н.3)

де, – середні значення прогинів покриття за даними вимірювання прогинів відповідно в різних місцях j на довжині характерної ділянки, виконаний у і-ий день розрахункового періоду і на контрольній точці в різні дні всього розрахункового періоду, приведених до вирівняного виду за температурою ;

– середні квадратичні відхилення прогинів відповідно для характерної ділянки і для контрольної точки;

t_ji, t_k – коефіцієнти нормованих відхилень, значення яких приймають для заданого рівня проектної надійності посиленої конструкції (таблиця Н.3) і числа випробувань відповідно на характерній ділянці і на контрольній точці;

l_ki – визначений на контрольній точці прогин у і-й день, тобто в день лінійних випробувань на характерній ділянці;

і – порядковий номер дня від початку розрахункового періоду;

j – порядковий номер місця випробувань на характерній ділянці.

Таблиця Ж.3 – Коефіцієнти нормованих відхилень для заданого рівня проектної надійності

Величини l, σ і t визначають за загальновідомими методами статистики. Приведені до вирівняного виду фактичні значення модулів пружності дорожнього одягу (у МПа):

, (H.4)

де К_q – коефіцієнт, що залежить від характеру передачі навантаження на покриття: так при випробуванні за допомогою жорсткого штампа K_q = 0,25π, а за допомогою спареного колеса і прогиномірів – K_q 1,0;

р – тиск на покриття, 0,6 МПа;

D – діаметр кола, еквівалентного сліду колеса, 33 см;

– коефіцієнт Пуассона ( = 0,30).

Якщо дорожні одяги випробувані автомобілями, вагові параметри яких значно відрізняються від параметрів навантаження групи А₂, то діаметр кола, еквівалентного сліду колеса D і тиск на покриття р визначаються за формулами:

, (Н.5)

, (H.6)

де Q – навантаження на колесо, кгс;

р_ш – тиск повітря в шинах, кгс/см².

Н.10.7Польові випробування дорожніх одягів можуть бути виконані не у розрахунковому році. У такому разі отримані дані не дадуть об'єктивної характеристики стану дорожнього одягу і вимагатимуть відповідного коригування. Коригувати доцільно з урахуванням багаторічних спостережень за зміною вологості ґрунтів земляного полотна, з урахуванням того, що приблизно 80 % вертикальної деформації конструкції під навантаженням обумовлюється деформаційними характеристиками ґрунтів, що підстилають дорожній одяг. На ділянці обстежуваної дороги з різним ґрунтом земляного полотна відриваються шурфи на узбіччі безпосередньо поблизу контрольних точок і відбирають проби ґрунту з-під проїжджої частини для виявлення зміни відносної вологості ґрунту в часі (графік «вологість – час»). Зіставляючи графіки «прогин – час» і «вологість – час», визначають відносну вологість W ґрунту земляного полотна на характерній ділянці, що відповідає типовому для всього розрахункового періоду стану дорожнього одягу. Отриману вологість W зіставляють з вологістю ґрунтів розрахункового року й у разі розходження коригують результати лінійних випробувань дорожніх одягів.

За вологість ґрунту розрахункового року доцільно приймати найбільш ймовірну вологість у розглянутому перспективному періоді; з огляду на різноманіття випадкових факторів, що визначають водно-тепловий режим земляного полотна й обмеженість статистичних даних про розподіли вологості ґрунтів за різні періоди різних років експлуатації дороги, можна розрахункову відносну вологість W_p зa періоди 5 – 15 років приймати з урахуванням ґрунту земляного полотна за такими даними:

супісок легкий (0,76 ± 3) %

суглинок пилуватий (0,86 ± 2,5) %.

З огляду на вірогідний характер виміру пружного прогину за довжиною дороги, яка обстежується, а також необхідності оцінювання несучої здатності конструкції з визначеним ступенем надійності слід обробляти вимірювані і приведені до розрахункового стану значення пружного прогину для кожної з виділених за ступенем руйнування ділянок дороги методом математичної статистики. Межі виділених ділянок доріг за даними візуальної оцінки стану конструкції слід уточнити на основі отриманих значень пружного прогину, особливо стосовно тих ділянок доріг, де руйнування на покритті пов'язані, головним чином, з недостатньою несучою здатністю дорожнього одягу.

Н.10.8За результатами візуального обстеження й оцінки міцності дорожнього одягу виділяють ділянки дороги, що характеризуються визначеним станом покриття і близькими за величиною виміряними прогинами дорожнього одягу. При виділенні характерних ділянок дороги необхідно, щоб кількість вимірів була достатньою для надійного оцінювання міцності. На окремих ділянках доріг можуть мати місце окремі локальні руйнування, пов'язані, наприклад, з перезволоженням ґрунтів земляного полотна і неукріплених шарів основи, які слід виділяти незалежно від їхньої довжини.

Для кожної з виділених характерних ділянок дороги величини l_р виписують у єдині статистичні ряди і визначають середнє арифметичне значення l_срσ, середньоквадратичну помилку σ_l. Прогин l_q , що характеризує ділянку дороги з заданою надійністю при даному числі точок n > 12 на ділянці, у яких вимірюється прогин, визначається із залежності:

, (H.7)

де t – коефіцієнт нормованого відхилення, що залежить від заданого рівня надійності і числа точок, на яких зроблені випробування (таблиця Н.3).

За обчисленим значенням прогину l_q і параметрами навантаження визначають фактичний модуль пружності одягу за формулою (Н.4). Потім будують епюру міцності дорожнього одягу, на яку наносять фактичний модуль пружності Е_ф і необхідний, у залежності від інтенсивності руху в момент випробувань і на перспективу.

УДК УКНД

*) Шар 13 влаштовується у випадку, коли не задовольняються умови щодо морозостійкості.

Поиск по сайту: