3. Конструирование  и расчет дорожной  одежды нежесткого  типа 

      Определение требуемого модуля упругости дорожной одежды.

Етр = f (Nр), где Nр - приведенная расчетная интенсивность  и

Nр=fпол Nm*Smсум  , где

fпол - коэффициент, учитывающий число полос движения

      (4 полосы движения fпол=0,35)

n - общее число различных марок транспортных средств в составе

      транспортного потока.

Nm - число проездов в сутки в обоих направлениях транспортных средств m-й марки.

Smсум - суммарный коэффициент приведения воздействия на дорожную  одежду транспортного средства m-й марки. 

      Состав  транспортного потока 

  

  За  расчетную нагрузку принят автомобиль группы А со следующими параметрами: давление на покрытие р=0,6 МПа, расчетный  диаметр следа движущегося автомобиля Д=37см.

Nр=0,35 (1651*0,20+1390*0,27+505*1,04+582*0,08+185*0,40+145*0,21)=455 авт/сут. 

Етр(Nр=455)=240 Мпа 
 

       В соответствии c п.3.34 ВСН 46-83 общая толщина верхних слоев из материалов, содержащих органическое вяжущее, должно составлять не менее 12 cм.

  Расчет  дорожной одежды (1 вариант). 

  Проектируем  конструкцию  дорожной одежды с асфальтобетонным покрытием для дороги I категории,  проходящей в III дорожно-климатической зоне (Воронежская обл).

   Исходные  данные:  местность по условиям увлажнения  относится ко 2-му типу; грунт земляного  плотна - суглинок легкий непылеватый;

материалы для основания - известняковый щебень из изверженых пород.

Конструирование дорожной одежды.

  Намечаем  конструкцию дорожной одежды:  двухслойное  асфальто-бетонное покрытие о верхним  слоем толщиной б см из горячего щебеночного мелкозернистого плотного асфальтобетона  I марки  типа А на битуме  БНД-60/90 (1) и нижним слоем толщиной 8 ом из горячего щебеночного  крупнозернистого пористого асфальтобетона I марки на битуме  БНД-60/90 (2); слоя основания (3) из известнякового щебня I класса (толщина устанавливается расчетом); подстилающего слоя из песка средней крупности толщиной 30 см. (4) 

              P= 0,6 Мпа,  Д=37см

 
 
 
 
 

Расчетные характеристики грунта.

 

Wp = Wcp(1 + 1γw), где

Wcp - средняя влажность грунта в долях от Wт (Wcp=0,63 Wт);

γw - коэффициент вариации влажности, равный 0,1

t - коэффициент нормированного отклонения, принимаемый в

зависимости от заданного уровня проектной надежности конструкции дорожной одежды (Кн=0,95 ВСН 46-83 табл.3.1)

       t(Кн)=1,71

Wр=0,63Wт*(1+1,71*0,1)=0,74Wт

Егр(Wр)=35 МПа, где

Егр - модуль упругости грунта;

        φгр - угол внутреннего трения  грунта - φгр(Wp)=16˚        

        c гр - удельное сцепление грунта - c гр(Wр)=0,016 МПа     

Расчетные характеристики песка. Е=120 МПа, φ=40,° c=0,005 Мпа 

 

R - прочность на растяжение при изгибе 
 
 
 
 
 

       Расчет  дорожной одежды по упругому прогибу.

Етр=240 МПа > Етр min=230 Мпа

 Кпр<Еобш/Етр,  где Кпр - коэффициент прочности  по всем

критериям, соответствующему уровню надежности Кпр(Кн)=1,0

Еобщ=Етр=240 МПа

Для определения  толщины щебня дорожная одежда рассчитывается послойно как сверху вниз, так и  снизу верх. 

 

       Толщина слоя основания  составляет 20 cм.

Расчет  дорожной одежды по сдвигу в грунте зем. полотна.

Критерий  прочности: Кпр<Tдоп/Т

Тдоп - допустимое сдвигающее напряжение в грунте.

Т - суммарное  сдвигающее напряжение в грунте.

Тдоп=c*k1*k2*k3

       с - сцепление в грунте эем. полотна (c=0,016 МПа)

       k1 - к-т, учитывающий снижение сопротивления грунта сдвигу

под действием  подвижных нагрузок. (k1=0.6)

k2 - к-т запаса (k2=0,92)

k3 - к-т, учитывающий особенности работы грунта (k3=1,5) 
Тдоп = 0,016*0,6*0,92*1,5=0,013 МПа

Т = Гн * р + Гв

Гн - активное напряжение сдвига от временной нагрузки

Гв - напряжение от веса дорожной одежды

Eсp = ∑Ei * hi / ∑hi

 Еср= (1800*6+1200*8+350*20+120*30) / (6+8+20+30)=484 МПа

Еср/Егр=484/35=13,8;               h/Dn=64/37-l,73

Гн( h/Dд,φ,Еcр/Егр)=0,014;      (ВСН 46-83 рис 3.6)

Гв(∑h, φ)=0,0003 МПа;       (ВСН 46-83 рис 3.7) Т=-0,014*0,6+0,0003=0,0087 МПа

Тдоп/Т=0,013/0,0087=1,49 > Кпр       (1,94 >1,0) Условие  критерия выполнено.

Аналогичным образом рассчшгывается дорожная одежда на сдвиз в подсшдащем слое.

Еср=(1800*6+1200*8+350*20)/ (6+8+20)=80б Мпа

 Еср/Еп=805/120=6,72;                       h/Dд=34/37=0,92

 Гн(h/Dд,φ,Еcр/Егр)=0,026;                Гв(∑h, φ )=-0,0026 Мпа

 T=0,026*0,6-0,0026=0,013 Мпа;       Тдоп=0,005*0,6*0,92*6=0,017 МПа Тдоп/Т=0,017/0,013=1,31 > Кпр        (1,31<1,0)

 Условие  критерия выполнено. 

Расчет  монолитных слоев  на расширение при  изгибе. 
Расчет слоев из асфальтобетона.

 Критерий прочности:   Кпр<Rдоп/бр

Rдоп - допускаемое растягивающее напряжение при изгибе

 бр - наибольшее  растягивающее напряжение в сдое.

 бр=бг*р*Kб

бг - напряжение при изгибе от единичной нагрузки Кб - к-т баллоннооти (Кб=0,85)

Еср=(4500*6+2800*8)/(6+8)=3529 МПа

Еср/Еобщ2=3529/118=29,9; ∑h/Dд=(6+8)/37=0,38

бг(Еср/Еобщ, ∑h/Dд)=2,5; (ВСН 46-83 рис 3.11)

                   бр=2,5*0,6*O,85=1,27 Мпа

Rдоп=Rср*(l - t*γ_R)*Ky*KM; Ra/б=l,6 Мпа

 Ку - к-т  усталости (Ку=1,12)     (ВСН  46-83 рис 8)

Км - к-т  снижения прочности (Км=1,0)

Rдоп=1,6*(1-1,71*0,1)*1,12*1,0=1,49 МПа

Rдоп/бр=1,49/1,27=1,17 > Кпр      (1,17>1,0)

Условие критерия выполнено. 
 

Расчет  дорожной одежды на морозоустойчивость.

       Средняя глубина промерзания  грунта в Брянской области составляет 110 см (Zcp=110 см.), а с учетом поправки расчетная глубина промерзания грунта составляет Z=155 см.

       Расчет конструкции  дорожной одежды необходим, т.к. толщина  дорожной одежды не превышает 2/3 глубины  промерзания грунта:

62 см<2/3*Z=103,3 см.

Допустимое  зимнее вспучивание дорожной одежды капитального

типа с  а/б покрытием составляет lдоп=4 см.

Расчетный уровень залегания грунтовых  вод - 200 см.

Величина  морозного пучения lпуч=lдоп=4 см.

Определим отношение Z/H: (Z/H)=155/200=0,8

Вычислим  произведение: 1пуч αo/(B*Z), где αо- климатический показатель, см2/сут;

В - х-ка пучинистости грунта (В=3 см2/сут)

lпуч αо/(B*Z)=4*75/(3*155)=0,65; По номограмме ВСН 46-83 (рис. 4.2) определим отношение (Z1/Z)=0,23; где Z1 - толщина стабильных слоев дорожной одежды. Z1=0,23*155=37 см.

Морозоустойчивость конструкции дорожной одежды обеспечена, т.к. Нд.о.>Z1;  (62см > 37см)