Вопрос Работа грунтовых оснований ДО. Сезонные изменения прочности. Характеристики деформируемости.Значения характеристик.ОДН – таблицы по грунтам

Надежные результаты расчетов толщины дорожных одежд могут быть получены только при использовании достоверных значений параметров, характеризующих материалы конструктивных слоев одежды и подстилающего грунта. При проектировании новых дорог обычно пользуются приводимыми в нормативных документах таблицами модулей упругости грунтов и материалов. При разработке проектов реконструкции дорог, когда возникает вопрос об усилении изношенной существующей дорожной одежды, ее модули упругости определяют экспериментально, измеряя прогиб под колесом расчетного автомобиля и вычисляя по нему модули расчетом.

Модули упругости грунтов можно определять опытным путем, вдавливая в грунт круглый штамп. Суммирование деформаций грунтового массива от затухающих по глубине напряжений приводит в этом случае к зависимости. При определении модуля упругости учитывается только восстанавливающаяся после снятия нагрузки упругая часть деформации, при определении модуля деформации — полная ее величина.

Наряду с описанным весьма трудоемким методом значения модулей для уточнения их нормативных значений определяют также так называемым методом обратного пересчета, вычисляя их по формулам для расчета дорожных одежд по измеренным прогибам от тяжелого грузового автомобиля (см. § ХХУП.8).

В связи с тем что для грунтов нет прямой пропорциональности между давлением и деформацией, модуль упругости изменяется при различных величинах погружения штампа. Малым деформациям соответствуют несколько большие значения модулей.

Для каждого типа дорожной одежды существует своя критическая величина прогиба. Для жестких одежд она в 3—4 раза меньше, чем для нежестких. Поэтому, строго говоря, условиям работы каждого типа одежд соответствует свое индивидуальное значение модуля упругости подстилающего грунта. Наиболее значительно величина модуля упругости грунта изменяется при очень малых деформациях, характерных для прогиба монолитных цементобетонных одежд. Это обстоятельство учитывают при расчетах бетонных покрытий взлетно-посадочных полос на аэродромах. В интервале больших деформаций, соответствующих разрушающим прогибам для дорожных одежд, обладающих малым сопротивлением изгибу (нежесткие одежды), изменения величины модуля упругости сравнительно невелики. Поэтому при расчетах в запас надежности для всех типов дорожных одежд как жестких, так и нежестких, принимают одинаковые значения модулей упругости.

Водно-тепловой ре>йим земляного полотна изменяется в течение года. Соответственно изменяются в течение года и модули упругости и деформации грунта основания (рис. X \Л6). Чем меньше возможность переувлажнения грунта в основании дорожной одежды, тем выше их расчетные значения.

Особенно сильно значения модуля упругости снижаются в период весеннего переувлажнения. К этому периоду относятся расчетные значения модуля, приводимые в инструкциях по расчету нежестких одежд. В сухое время года, а также зимой, когда грунт находится в замерзшем состоянии, модуль грунта много выше табличных значений, что должно учитываться при оценке возможности пропуска по дороге тяжелых нагрузок в соответствующие сезоны года.

В результате изучения водно-теплового режима земляного полотна автомобильных дорог в разных районах страны были установлены характерные влажности верхних слоев земляного полотна под дорожной одеждой (табл. XV.5) при возвышении земляного полотна над источниками увлажнения, соответствующем требованиям табл. VII.З.

В табл. XV.6 приведены расчетные значения параметров прочности грунтов, из которых исходят при расчетах толщины дорожных одежд; в табл. XV.7, XV.8 — значения модулей упругости и другие расчетные характеристики для основных материалов конструктивных слоев дорожных одежд.

Изменение модуля деформации грунта. 1 – талый, 2- мерзлый, 3 - переувлажненный дорожных одежд (асфальтобетон, уплотненный щебень и т.п.), еще не найдено теоретических решений, позволяющих рассчитать напряжения, передающиеся на грунтовое основание. Поэтому с некоторой долей условности при расчетах дорожных одежд исходят из закономерностей распределения напряжений в многослойных системах, разработанных в теории упругости. Применимость этих схем к дорожным одеждам обосновывается тем, что в условиях работы одежд при малых прогибах они деформируются как линейно деформируемые материалы.

В связи со сложностью задачи о напряженном состоянии многослойных систем разработаны решения лишь для некоторых частных случаев. Трудность задачи возрастает с увеличением числа рассматриваемых слоев и поэтому большинство опубликованных решений относится к двухслойным системам, у которых верхний слой имеет больший модуль упругости, чем нижний В основу решений, используемых в СССР, положены разработанные проф Б. И. Коганом таблицы для напряжений и вертикальных перемещений двух- и трехслойных систем под действием вертикальной нагрузки, равномерно распределенной по круглой площадке (рис. XVI.3). Таблицы дают величины смещений поверхности полупространства и напряжений в слоях для-разных соотношений модулей упругости Еу/Е2, толщин слоев и диаметра площадки, через которую передается нагрузка, НЮ при разных коэффициентах Пуассона.

Конструкции применяемых дорожных одежд весьма разнообразны. Для обеспечения их равнопрочности и возможности сопоставления разных вариантов по прочности их оценивают эквивалентным модулем упругости (общим модулем упругости) — модулем такого однородного полупространства, который при приложении расчетной нагрузки имеет такую же деформацию, как многослойная дорожная одежда (рис. XVI.4).

Для двухслойной системы эквивалентный модуль упругости по приближенной формуле Е. Барбера Модуль упругости эквивалентного однородного полупространства, при котором деформации от расчетной нагрузка не превышают заданной величины, может быть определен по формуле Буссинеска для- просадки поверхности упруго-изотропного полупространства от нагрузки, равномерно распределенной по кругу.

При назначении величины эквивалентного модуля упругости для расчета толщины нежестких дорожных одежд необходимо учитывать, что под воздействием многократно прилагаемых нагрузок и температурных колебаний в дорожных одеждах возникают явления усталости. Зерна минеральных материалов истираются и дробятся, трение и сцепление между ними уменьшаются, а органические вяжущие материалы, которыми они связаны, становятся хрупкими. Наблюдения на дорогах и лабораторные испытания моделей показали, что одежды, имевшие значительную прочность при расчете на однократное приложение нагрузки, разрушались после многократных воздействий нагрузок, меньших расчетной Чем больше число приложений нагрузки, тем интенсивнее снижается прочность дорожной одежды, подчиняясь эмпирической зависимости.

Значение параметров а и Ь, а также требуемая величина эквивалентного модуля упругости были определены на основании данных многочисленных экспериментов в СССР по испытанию дорожных одежд пробными нагрузками и анализа причин их разрушений в условиях эксплуатации, а также на основании зарубежных данных, в том числе обширных опытов американской ассоциации сотрудников дорожных организаций штатов (АА5НО). Для назначения расчетных значений модулей проф. Н. Н. Ивановым была предложена номограмма (рис. XVI.5). Интенсивность движения, приведенного к расчетным нагрузкам от автомобилей групп А и Б, еледут принимать на одну полосу движения на последний год срока службы покрытия

Поскольку по дорогам происходит движение разных автомобилей, при расчетах их приводят к эквивалентному по воздействию на дорожную одежду количеству расчетных автомобилей

Пусть необходимо найти коэффициент для перехода от автомобилей с давлением ру и диаметром отпечатка О, к автомобилям с соответствующими показателями р2 и 02.

Согласно уравнению XVI.4 при движении этих автомобилей требуются эквивалентные модули упругости дорожной одежды:

Использование этой зависимости дает значения коэффициентов приведения автомобилей с различными осевыми нагрузками к расчетным Теоретическую величину модуля упругости-намечаемой конструкции дорожной одежды определяют по номограмме, составленной на основе разработанного проф. Б. И. Коганом решения о напряжениях и деформациях в двухслойной системе (рис. XVI.6). Она связывает значение модулей упругости верхнего и нижнего слоев Е1 и Ег, относительную толщину верхнего слоя ^ и величину общего модуля упругости на поверхности двухслойной системы Еабш. Зная четыре из этих величин, можно иайти любую пятую.

1.6.18 – ОДН п.3.18