Материал: 2308

ДОРОЖНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Опыт эксплуатации автомобильных дорог показывает, что в процессе эксплуатации на покрытиях появляются дефекты, являющиеся следствием пластического и хруп-

кого разрушения. Наиболее распространенными дефектами являются неровности и трещины.

В настоящем разделе авторами предпринята попытка обоснования методики расчета пластических перемещений, накапливаемых слоистыми дорожными конструкциями:

- в процессе воздействия кратковременных повторяющихся нагрузок различной ве-

личины и продолжительности;

- в условиях изменения показателей физических свойств материалов и грунтов в те-

чение эксплуатации конструкции;

- с учетом факторов старения и усталости.

7.1. Причины появления неровностей и критерии расчета

дорожных конструкций по продольной и поперечной ровности

В настоящее время многие ученые сходятся во мнении, что продольные неровности формируются в результате неоднородности распределения показателей физических и механических свойств материалов и грунтов по длине дорожной конструкции. По мнению авторов учебного пособия, эта причина имеет место, но не является главной.

Основная причина появления неровностей состоит в неоднородном характере при-

ложения нагрузок как в продольном, так и поперечном направлениях. Поэтому в

первую очередь авторы приведут свое мнение о причинах формирования неровно-

стей в продольном и поперечном направлениях автомобильной дороги.

Покрытия дорожных одежд испытывают внешние воздействия со стороны транс-

портных нагрузок и погодно-климатических факторов. Эти воздействия приводят к возникновению пластических и вязкопластических перемещений в слоях дорожных конструкций. Величина этих перемещений зависит от параметров нагрузки (сила,

площадь распределения нагрузки, продолжительность воздействия и общее число реализованных нагрузок), показателей реологических свойств материалов конструк-

тивных слоев дорожной одежды и грунтов земляного полотна. При этом необрати-

мое перемещение поверхности каждого слоя из упруговязкопластического материа-

ла определяется суммой остаточных перемещений в этом слое и во всех нижележа-

щих слоях, материалы которых способны испытывать пластические деформации.

Кроме того, поверхность покрытия изнашивается под воздействием шин автомоби-

лей. Природу изнашивания покрытия при воздействии шин транспортных нагрузок можно пояснить с позиций теории разрушения поверхностей трения [1]. Тогда под износом покрытия следует понимать процесс отделения частиц материала, размер которых изменяется от долей микрометров до нескольких микрометров. По мнению большинства специалистов в области расчетов износа материалов, при трении про-

цесс отделения частиц подготавливается многократным воздействием нагрузок и температурных импульсов на единичные неровности. Анализируя различные клас-

сификации видов износа, предложенные А.К. Зайцевым [2], Е.М. Швецовой и И.В.

Крагельским [3], В.Ф. Лоренцом [4] и др. учеными, можно установить виды износа,

характерные для дорожных покрытий, и дать им определения.

Адгезионное отделение частиц материала покрытия происходит в результате не-

достаточной адгезии органического вяжущего и минерального материала.

Когезионный отрыв частиц материала покрытия происходит в результате недоста-

точной когезии вяжущего.

Микрорезание происходит в случае превышения контактными напряжениями разру-

шающих значений с формированием задира в начале процесса разрушения и после-

дующим отделением вещества при этом же воздействии. Этот вид разрушения ха-

рактерен для воздействия шипованных шин.

Пластическое оттеснение материала возникает в случае превышения контактны-

ми напряжениями предела текучести. При этом материал обтекает внедрившиеся выступы (шипы) контртела (шины), не отрываясь от покрытия при первых воздейст-

виях. В этом случае причиной износа является усталость адгезионных и когезионных связей.

Упругое оттеснение материала возникает в том случае, если контактные напряже-

ния не превышают предел текучести. В этом случае износ возможен только в резуль-

тате усталости адгезионных и когезионных связей.

В редких случаях разрушение проявляется в испарении (диссоциации) твердого тела

(абляционный износ) [1]. Такой вид износа характерен для покрытий автозимников и ледовых переправ, когда протекают процессы сублимации льда и метаморфизма сне-

га.

Оценивая степень влияния необратимого деформирования материалов дорожных конструкций и видов износа покрытий на величину неровностей, следует основы-

ваться на данных экспериментов. Эксперименты авторов показывают, что степень влияния этих двух факторов на величину неровности покрытия зависит от материа-

лов конструктивных слоев и их толщины. Например, инструментальные обследова-

ния асфальтобетонных покрытий нежестких дорожных одежд со слоями из упруго-

вязкопластических и зернистых материалов показали, что изменение параметров шероховатости составляет от 1 до 3 % глубины колеи. При использовании в основа-

нии дорожных одежд цементогрунтов степень влияния износа увеличивается. При этом изменение параметров шероховатости составляет от 2 до 5 % глубины колеи.

Износ асфальтобетонных покрытий, уложенных на сборные основания из железобе-

тонных плит, составляет 5–15 % от глубины колеи. Все эти данные получены со-

трудниками СибАДИ на автомобильных дорогах Омской, Тюменской, Новосибир-

ской областей, Алтайского края, а также на городских дорогах и улицах в Омске,

Новосибирске, Барнауле, Ханты-Мансийске, Сургуте, Нижневартовске, Новом Урен-

гое.

На основании этого авторы могут утверждать, что величина неровностей покрытий дорог Сибири и Алтая в первую очередь обуславливается необратимым (пластиче-

ским и вязкопластическим) деформированием материалов и грунтов дорожных кон-

струкций.

Физическая природа формирования неровностей в продольном направлении заклю-

чается в том, что поступательное движение автомобиля сопровождается колебания-

ми подрессоренной массы. Это явление приводит к тому, что вдоль траектории дви-

жения транспортного средства силовая нагрузка не одинаковая. В условиях колеба-

ний подрессоренной массы ее перемещение вниз относительно точки покоя приво-

дит к увеличению силовой нагрузки. И наоборот, перемещение подрессоренной мас-

сы вверх вызывает уменьшение силовой нагрузки. Базируясь на экспериментальных исследованиях [5–7], можно утверждать, что значения динамических коэффициен-

тов, характеризующих значение нагрузки от движущегося колеса автомобиля в до-