Конструирование и расчет дорожных одежд.

Дорожные одежды, как было указано ранее, делятся на капитальные и переходные. Выбор типа одежды зависит от категория улицы и дороги, состава и размеров движения, особых условий эксплуатации. Выбор производится по вариантам с учетом экономической эффективности конструкций равной прочности. Сроки службы отдельных дорожных одежд: асфальтобетон – 17 лет, цементобетон – 35 лет, брусчатые и мозаиковые -50 лет, грунтовые - 5 лет.

При проектировании следует учитывать возможность использования местных материалов, наличие предприятий сборных элементов и т.д. Основной составляющей стоимости дорожных одежд является стоимость материалов (в т. ч. транспортные расходы). В большинстве случаев применяют типовые конструкции дорожных одежд. Возможно устройство комбинированных покрытий на полосах основного движения, второстепенного, тротуарах.

Конструктивные типы дорожной одежды:

· жесткие или упруго-жесткие (бетон железобетон);

· нежесткие (необработанные минеральные материалы).

Расчетная схема конструкции – слоистое упругое пространство, равномерно нагруженное по площади круга. При многослойной одежде напряжения, возникающие в нижних слоях и влияние динамических воздействий резко снижаются. Поэтому их можно устраивать из менее прочных материалов, чем верхние слои. Грунтовые основания играют важную роль в обеспечении прочности дорожной одежды, поэтому при проектировании рассматривается прочность комплексной конструкции «одежда – земляное полотно». В многослойной конструкции различают следующие элементы:

· покрытие – верхняя часть дорожной одежды, воспринимающая усилия от колес автомобилей и подвергающаяся непосредственному воздействию атмосферных факторов;

· основание – несущая часть дорожной одежды, обеспечивающая совместно с покрытием перераспределение и снижение давления на расположенные ниже дополнительные слои или грунт земляного полотна. Основания должны быть монолитными, сдвигоустойчивыми и хорошо сопротивляться растяжению при изгибе;

· нижние слои основания (подстилающие слои) менее прочны, но морозо- и водостойкие. Подстилающий слой воспринимает нагрузку от основания, перераспределяет её и передает на грунт;

· дополнительные слои основания устраивают между основанием и грунтом на участках с неблагоприятными климатическими и грунтово-гидрологическими условиями. Они обеспечивают морозоустойчивость и дренирование конструкций. В соответствии с основной функцией их называют морозозащитными, теплоизоляционными, дренирующими; могут быть также прослойки гидро-пароизоляционные, капиллярно-прерывающие, противозаиливающие. В основном – это песок, прослойки из дренирующих тканей типа «геотекстиль». В районах вечной мерзлоты теплоизоляционные слои устраивают из современных высокоэффективных материалов.

Задачи конструирования дорожной одежды:

· назначение типа покрытия;

· выбор материалов и размещение их в конструкции так, чтобы лучше проявились их грузораспределяющая и деформативная способность, прочностные и теплофизические свойства;

· установление числа слоев и их ориентировочных толщин;

· назначение морозо- или теплозащитных мер, мер по повышению трещиностойкости и сдвигоустойчивости.

Принципы конструирования:

· тип покрытия, конструкции дорожной одежды должны удовлетворять транспортно-эксплуатационным требованиям в соответствии с категорией улицы;

· конструкцию выбирают типовую или разрабатывают вновь, но предпочтение отдается проверенной на практике конструкции;

· использование местных материалов с улучшением их свойств добавками вяжущих;

· максимальная механизация и индустриализация работ;

· для предотвращения появления «копирующихся» трещин на покрытии минимальную допустимую толщину слоев из материалов на органических вяжущих и укладкой на основание из материалов укрепленных цементом, принимают 10… 16 см.

Общую толщину дорожной одежды назначают по расчету на прочность и морозоустойчивость. Если толщина дорожной одежды по прочности меньше толщины дорожной одежды по морозоустойчивости, то предусматривают дополнительный слой. Необходимо предусматривать как можно меньше число слоев (от 2 до 4 без учета дополнительных слоев) из разных материалов. Прочность и устойчивость дорожных одежд должна быть достаточной для предотвращения возможностей превышения допустимых деформаций с учетом многократного приложеня нагрузок, создаваемых проходящим автомобильным транспортом. Деформативная способность дорожных одежд характеризуется модулями их деформаций. Многослойную одежду приводят условно к эквивалентной по прочности однослойной одежде. При этом принимают:

Е - модули деформации материала дорожной одежды;

Еэкв- эквивалентный модуль деформации на поверхности каждого слоя.

Рис. 2.11 Конструкция дорожной одежды: 1 слой - мелкозернистый асфальтобетон; 2 слой - крупнозернистый асфальтобетон; 3 слой – щебеночные основания; 4 слой – песчаный подстилающий слой; 5 слой – грунт.

Наряду с прочностью дорожной одежды должно обеспечиваться условие необходимой её устойчивости, для чего нагрузки на грунт земляного полотна не должны превышать допускаемых. Упругие свойства грунтов характеризуют модулем упругости. Если модуль упругости меньше 40 МПа – рекомендуется укрепление верхней части земляного полотна небольшим количеством вяжущего (цемент 3 - 4 %, зола уноса 10…15%, шлаки, и т.п.). Это стабилизирует физико-механические свойства и повышает его модуль упругости.