Расчет дорожных одежд.

 

а) Определение приведенной интенсивности движения:

, (15)

где - коэффициент приведения автомобилей к расчетным нормативным нагрузкам

(16)

б) По зависимости определяем .

в) Проектирование дорожных одежд для дороги категории:

1. 1.             Предварительно намечаем конструкцию дорожной одежды.

1. 2.             Определяем требуемый коэффициент прочности проектируемой дорожной одежды;

2. 3.             Принимаем расчетные характеристики материалов и грунта по инструкции по проектированию дорожных одежд нетестного типа.

3. 4.             Подбираем определенное количество слоев и их толщины таким образом, чтобы на поверхности дорожного покрытия был бы приблизительно равен .

4. 5.             Подбираем конструкцию на сопротивление сдвигу в грунте.

 

 

Расчет объемов земляных работ.

 

а) Построение графиков зависимости площади поперечного сечения от высоты насыпи и глубины выемки.

б) Используя график, определяем площадь поперечного сечения земляного полотна на каждом пикете и объем земляных работ.

 

Практическое занятие №5 Прочность дорожной одежды и определение допустимой нагрузки.

С точки зрения строительной механики дорожные одежды являются частным случаем многослойных плит на нелинейно-деформируемых основаниях. При расчетах дорожных одежд используют приближенные решения для двухслойных плит на линейно-деформируемых основаниях, к которым приводят дорожные одежды. Это дает возможность условно заменять при расчетах двухслойную систему - слой прочного материала на грунте - эквивалентным по деформируемости слоем условного однородного материала.

Рис. 1. Схема к определению понятия об эквивалентном модуле упругости: а) многослойная система после деформации; б) эквивалентное однородное пространство.

Дорожные одежды обычно состоят не из двух, а из большего числа слоев. Для оценки их прочности их приводят к эквивалентным двухслойным, последовательно определяя эквивалентные модули конструктивных слоев, начиная с подстилающего грунта вверх, по направлению к покрытию.

Рис. 2. Последовательность определения эквивалентного модуля упругости двухслойной дорожной одежды: а) конструкция одежды; б) первый этап расчета - определение эквивалентного модуля второго и третьего слоев; в) второй этап расчета - определение эквивалентного модуля всей одежды.

Вначале определяют эквивалентный модуль упругости двухслойной системы из подстилающего грунта и расположенного на нем слоя основания. Затем, рассматривая эти два слоя как основание, характеризующееся найденным значением модуля упругости, определяют эквивалентный модуль системы из этого основания и лежащего на нем слоя дорожной одежды. Расчеты по указанной схеме повторяют до тех пор, пока не будут учтены все слои одежды.

Эквивалентный модуль упругости всей системы может рассматриваться как показатель прочности всей одежды. Для облегчения расчетов составлена номограмма 1.

Рассмотренная схема деформации нежесткой дорожной одежды исходит из однократного статического приложения нагрузки. Однако, в действительности, по дорогам движется большое количество автомобилей. В процессе службы дороги под влиянием многократно прилагаемых нагрузок и температурных колебаний в дорожных одеждах возникает явление усталости. и постепенное накопление пластических деформаций, нарушение внутренних связей материалов и разрушение дорожной среды при нагрузках, меньше расчетных.

С целью ускорения расчетов построена номограмма, связывающая расчетные нагрузки, количество их приложения и предельно допустимый прогиб.

На загородных дорогах расчет одежд ведут на статическое давление колес автомобилей с нагрузкой на ось 100 кН (10 тонн - автомобили группы А) и 60 кН (6 тонн - автомобили группы Б). Данные о нагрузках даны в табл. 1.

Таблица 1 Нагрузки на ось

Тип расчетной нагрузки	Наибольшая нагрузка на одиночную ось, кН.	Среднее давление на покрытие, МПа	Расчетный диаметр следа колеса, см
Группа А: Автомобили Автобусы	100 115	0,8 0,8	44 35
Группа Б: автомобили автобусы	80 70	0,5 0,5	28 30
Н-30	95	0,5	33
Н-10	120	0,5	38

Нагрузки от автомобилей группы А используют при расчетах одежд на дорогах I и II категорий. Дороги более низких категорий проектируют на автомобили группы Б.

Городские скоростные дороги рассчитывают на нагрузку Н-30, магистральные улицы общегородского и районного значения на Н-10 и Н-3, улицы в жилых кварталах на Н-10.

Осредненные значения коэффициентов приведения автомобилей к расчетным даны в таблице 2.

Таблица 2 Определение значения коэффициентов приведения автомобилей к расчетным

Типы расчетной нагрузки	Коэффициенты приведения при нагрузке на ось приводимого автомобиля, кН.
	40	60	70	80	90	100	115	120
Группа А: автомобили автобусы	0,02 0,01	0,10 0,05	0,35 0,05	0,43 0,21	0,88 0,34	1,0 0,5	- 1,0	- -
Группа Б: автомобили автобусы	0,20 0,08	1,0 0,5	- 1,0	- -	- -	- -	- -	- -
Н-30	0,01	0,05	0,18	0,22	0,35	0,5	0,8	1,0
Н-10	0,03	0,15	0,55	0,65	1,0	-	-	-

Таким образом, например, проход 100 автомобилей ЗИЛ-130 с нагрузкой на заднюю ось 59.5 кН эквивалентен всего лишь 10 проходам расчетного автомобиля группы А.

Для оценки прочности дорожной одежды расчетным путем необходимо знать ее конструкцию и толщину отдельных слоев и значения расчетных параметров прочности дорожной одежды. Значения расчетных параметров может выражаться модулем упругости (МПа) различных материалов и грунтов, участвующих в конструктивных слоях дорожных одежд. Расчетные параметры приведены в таблице 3.

Таблица 3 Значения расчетных параметров.

Материалы и грунты	Модуль упругости Е, МПа
Асфальтобетон в верхних слоях
Асфальтобетон плотный на БНД марки 60/90	3200
Асфальтобетон пористый на БНД марки 60/90	2000
Асфальтобетон высокопористый на БНД марки 60/90	2000
Асфальтобетон в нижних слоях	800-900
Щебень, обработанный органическими вяжущими смешением на дороге	1000-1200
Гравий, обработанный органическими вяжущими смешением на дороге	700-900
Укрепленная щебеночно-гравийно-песчаная смесь	420
Грунтовые смеси, обработанные органическими вяжущими	150-280
Грунтовые смеси, укрепленные цементом	200-400
Булыжная мостовая	400-500
Щебень твердых пород	350-450
Гравийные оптимальные смеси	150-270
Песчаные грунты	100-130
Супесь легкая	80
Пылеватые пески	50
Суглинки	28-42
Глина	32-46
Суглинок тяжелый	32-48

Пример 1. Проверить, может ли гравийное покрытие на подъездном пути, конструкция которого показана на рис. 3. Обеспечить пропуск движения с суточной интенсивностью 60 автомобилей ГАЗ-53А (нагрузка на ось 80 кН) и 150 автомобилей ГАЗ-53-02 (нагрузка на ось 39 кН).

Решение. Для расчета можно принять следующие значения модулей упругости: гравийное покрытие – 210 МПа; песок мелкозернистый – 100 МПа; суглинистый грунт – 28 МПа.

Рис.3. Схема к определению допускаемого движения по гравийному покрытию.

Требуется найти эквивалентный модуль упругости дорожной одежды и затем определить интенсивность, которой он соответствует. Для решения используем номограмму 1. Вначале определяем эквивалентный модуль системы «песчаное основание – суглинистый грунт». Расчет ведем на нагрузку Б, для которой расчетный диаметр следа колеса D=28 см. Известны значения Е₁=Е_пес=100 МПа, Е₂=Е_сугл.=28 МПа и h=10 см.

Находим отношение Е_Н/Е_В=Е₂/Е₁=0,28 и h/D=10/28=0.35 (Е_Н – для нижнего слоя двухслойной системы, Е_В= – для верхнего). Находим на оси абсцисс точку, соответствующую отношению h/D=0,35, а на оси ординат точку для Е_Н/Е_В=Е₂/Е₁=0,28 и восстанавливаем из них перпендикуляры. Они пересекаются на поле номограммы в точке, для которой отношение Е₂/Е_экв.= Е_Н/Е_экв=0,72.

Отсюда Е_экв.= Е_{экв. пес. сугл.}=Е₂/0,75_.=Е_Н/0,75=28/0,72=39 МПа.

Следующий этап расчета – определение эквивалентного модуля всей дорожной одежды.

Известны значения Е₂=Е_грав.=210 МПа, Е₁=Е_{общ. пес. сугл.}=39 МПа и h_грав=18см.

Находим отношение Е_Н/Е_В=Е₂/Е₁=39/120=0,19 и h/D=18/28=0,57.

Аналогично предыдущему восстанавливаем перпендикуляры из точек на осях, соответствующим этим отношениям. Они пересекаются в точке, для которой Е₂/ Е_экв = Е₂/Е_экв=0,51.

Следовательно, эквивалентный модуль упругости дорожной одежды Е_экв=39/0,51=77 МПа.

Для определения допускаемой для дороги интенсивности движения используем номограмму 2.

Откладываем на оси ординат найденные значения Е_экв=77 МПа и проводим из этой точки перпендикуляр для пересечения с линией для покрытий переходного типа и нагрузок класса Б. Точка пересечения соответствует интенсивности 200 авт/сут.

Приводя заданную интенсивность движения к эквивалентной нагрузке 80 кН на ось получаем, согласно табл. 2, N_прив=150*1+150*0,20=180 авт/сут. < 200 авт/сут. Таким образом, дорожная одежда заданное движения выдержит.

Пример 2. Проверить достаточность толщины гравийного покрытия на временной дороге и рассчитать в случае необходимости толщину слоя необходимого усиления. Гравийное покрытие толщиной 20 см уложено непосредственно на суглинистый грунт (рис. 4).

Рис. 4. Схема к определению необходимого утолщения временной гравийной дороги.

Расчетное движение 12 авт/сут (МАЗ-500), нагрузка на ось 100 кН, что соответствует классу А.

Проверку прочности будем вести на минимальное значение модуля упругости суглинистого грунта 24 МПа (см. пример 1).

Так как дорогу строили из карьерного материала без сортировки и подбора по крупности, значение модуля упругости гравийного материала будем брать из наименьшего значения: Еграв=150 МПа.

Согласно номограмме 2, для заданной интенсивности движения необходим эквивалентный модуль упругости дорожной одежды Еэкв=65 МПа.

Определим способом, использованном в предыдущем примере, эквивалентный модуль упругости существующей дорожной среды.

Имеем Е_Н/Е_В=Е₂/Е₁=84/150=0,16 и h/D=20/33=0,61.

Откладываем эти значения на осях номограммы (приложение 5), получаем по кривой на поле графика Е_экв/Е₁=0,48 или Е_экв=0,24/0,48=62 МПа<55 МПа.

Таким образом, эквивалентный модуль существующей одежды меньше, чем требуемый, и необходимо его утолщение. Решение задачи сводится к определению по известным Е_{экв треб}., Е_{экв.сущ.} и Еграв отношения h/D.

Имеем Е₁/Е₂=0,16.

Восстанавливаем перпендикуляр к точке на шкале ординат, соответствующему этому значению и продолжаем его до линии на поле номограммы для отношения Е₁/Еэкв.=24/65=0,37.

Опуская из точки их пересечения перпендикуляр на ось абсцисс, находим искомое отношение h/D=1,01. Необходимая толщина гравийного покрытия 33*1,01=33 см и, следовательно, существующее покрытие должно быть утолщено на 13 см. учитывая, что коэффициент уплотнения гравия составляет 1,3, следует уложить слой 17 см.

Характеристики дорожной одежды
материал слоя, Е (МПа)		толщина слоя, см
		1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
Асфальтобетон	3200	5		4		6		4		4		6
Асфальтобетон	2000		5		4		6		4		4
Щебень, обработанный вяжущими	1200	8	10			8		12			14
Гравий, обработанный вяжущими	900			8	10		8		12	16		12
Щебень	450		12			14					14
Гравий	200				10			12		18		14
Песок	130	15		12			14		16
Грунт	100			*				*			*
Супесь	80		*				*		*			*
Глина	45	*			*	*				*
Характеристики движения по дороге
		1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
Автомобили с нагрузкой на ось, кН		80	90	85	60	100	90	80	70	80	75	100
Интенсивность, авт/сут		180	170	150	200	140	150	130	170	165	160	130
Автомобили с нагрузкой на ось, кН		55	40	60	50	40	50	60	60	60	55	60
Интенсивность, авт/сут		400	250	300	200	190	220	240	250	160	210	300

Характеристики дорожной одежды
материал слоя, Е (МПа)		толщина слоя, см
		12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22
Асфальтобетон	3200	4		5		5		4		5		4
Асфальтобетон	2000		6		6		5		7		7
Щебень, обработанный вяжущими	1200	8			10	8	6	10		16		14
Гравий, обработанный вяжущими	900		11	8					12		14
Щебень	450		12			20
Гравий	200	15		12	10				16	18		20
Песок	130						14	12			14
Грунт	100			*		*				*
Супесь	80		*		*		*	*			*	*
Глина	45	*							*
Характеристики движения по дороге
		12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22
Автомобили с нагрузкой на ось, кН		80	90	85	60	100	90	80	70	80	75	100
Интенсивность, авт/сут		160	170	150	210	150	130	140	160	170	180	150
Автомобили с нагрузкой на ось, кН		55	40	60	50	40	50	60	60	60	55	60
Интенсивность, авт/сут		370	230	320	220	190	230	230	240	180	220	310