4 Конструкция и расчёт дорожных одежд

4.1 Критерии прочности дорожного покрытия.

Дорожные одежды на прочность рассчитывают по трём критериям: сопротивлению сдвигу в грунтах и слоях из слабосвязных материалов; сопротивлению растяжению при изгибе монолитных слоёв; сопротивлению упругому прогибу всей конструкции.

Конструкцию дорожной одежды считают прочной, если коэффициент прочности по каждому из критериев больше или равен К_ПР, найденному с учётом требуемого уровня надёжности проектируемой одежды.

Рисунок 7 - Зависимость коэффициента прочности К_ПР от уровня надёжности К_Н

Согласно нормативным документам независимо от результатов расчёта на прочность минимальная толщина покрытия и других конструктивных слоёв одежды в уплотнённом состоянии должна быть для дорог IV категории не менее:

• асфальтобетон крупнозернистый– 6 см;

• асфальтобетон мелкозернистый – 3 см;

• асфальтобетон песчаный - 3 см;

• асфальтобетон мелкозернистый – 3 см;

• щебёночные материалы, обработанные органическими вяжущими – 8 см;

• щебень, обработанный методом пропитки – 8 см;

• щебёночные материалы, не обработанные вяжущими, на песчаном основании – 15см;

• щебёночные материалы, не обработанные вяжущими, на прочном основании – 8 см;

• грунты и малопрочные каменные материалы, обработанные органическими, комплексными или неорганическими вяжущими – 10 см;

• грунт повышенной прочности – 50 см.

4.2 Расчётные нагрузки.

При расчётах одежд автомобильных дорог в качестве параметров, характеризующих нагрузки, действующие на них, и повторяемость нагрузок, учитываем:

• воздействие неподвижного транспортного средства, при этом пользуемся средним расчётным давлением «Р, МПа», колеса и расчётным диаметром «D_Н, см», круга, равновеликого следу колеса неподвижного транспортного средства;

• воздействие движущегося транспортного средства, пользуясь давлением «Р, МПа», расчётным диаметром «D_Н, см» следа колеса движущегося транспортного средства, а также приведённой расчётной интенсивностью воздействия нагрузки N_Р, авт/сутки.

В курсовом проекте вид дорожного покрытия для дороги назначаем, исходя из категории проектируемой дороги, при перспективной интенсивности движения на i-й год Ni (авт/сут) и средним составом транспортного потока по типам автомобилей, согласно, данных задания.

Расчёт дорожного покрытия выполняем по упругому прогибу.

Грунт земляного полотна – берём из задания.

Тип местности по характеру увлажнения – определяется данными задания на проектирование.

Местный материал – щебень из прочных осадочных пород.

За расчётную нагрузку принимаем автомобиль группы «Б», максимальная нагрузка на ось – 60 кН; Р = 0,5 МПа; Д = 32 см.

Требуемый уровень надёжности для заданной категории дороги определяется типом дорожной одежды.

4.3 Конструирование и порядок расчёта дорожной одежды.

1. Определяем интенсивность движения по маркам автомобилей – N_М(без учёта легковых), число автомобилей в сутки:

N_Мi=N_i·Р_i авт/сут;

где N_i – интенсивность движения, авт/сут;

Р_i – относительная часть автомобилей разных марок в общем составе движения, в долях.

Вычисляем расчётную (приведённую к группе «Б» интенсивность движения на одну полосу):

N_{РАСЧ. ПР.}= ∑N_Мi·S_i,

где S_i– коэффициент приведения автомобилей разных марок к расчётному автомобилю.

Таблица 10 Коэффициенты приведения автомобилей разных марок

к расчётному автомобилю

Типы транспортных средств	Коэффициент приведения, Si
Легковые автомобили	1
Мотоциклы с коляской	0,75
Мотоциклы и мопеды	0,5
Грузовые автомобили грузоподъемностью, т:
2	1,5
6	2
8	2,5
14	3
св. 14	3,5
Автопоезда грузоподъемностью, т:
12	3,5
20	4
30	5
св. 30	6

Устанавливаем расчётные характеристики грунта земляного полотна и материалов конструктивных слоёв дорожной одежды:

Расчётная влажность грунта W_Р при заданном коэффициенте надёжности К_Н определится как:

W_Р = ·(1 + t·ν_W).

где = 0,7· W_Т - средняя влажность грунта, доли W_Т;

t - коэффициент нормативного отклонения, принимаемый в зависимости от заданного уровня проектной надёжности конструкции одежды (К_Н);

ν_W = 0,1 – коэффициент вариации влажности.

Характеристики грунта при расчётной влажности 0,72·W_Т будут:

Е_ГР, МПа; φ_ГР ; с_ГР , МПа.

По номограмме (рисунок 8) для определения требуемого модуля упругости при нагрузке автомобилей групп «А» и «Б» находим Е_ТР,МПа. Если он превышает минимальное значение требуемого модуля упругости для дороги IV категории с принятым типом одежды Е_min, МПа, то в расчёте используем его.

При учёте требуемого уровня надёжности коэффициент прочности К_ПР общий модуль упругости определится как:

Е_ОБЩ = Е_ТР·К_П, МПа.

Назначаем предварительную конструкцию одежды.

В соответствии с исходными данными, расчётной приведённой интенсивностью движения и требуемым модулем упругости принимаем конструкцию дорожной одежды.

Рисунок 8 – Требуемые модули упругости для нагрузок групп «А» и «Б»

В дипломном проекте при расчёте прочности дорожной одежды по упругому прогибу установим необходимую толщину третьего слоя из фракционированного щебня из прочных осадочных пород, уложенного по способу заклинки.

Расчёт выполняем с использованием номограммы, составленной на основании решения задачи теории упругости для двухслойного полупространства. Каждый слой дорожной одежды последовательно рассматриваем как верхний слой со своим значением модуля упругости (Е_В), а вся нижележащая конструкция, соответственно, для каждого слоя – как нижний слой с модулем упругости (Е_Н).

Грунт земляного полотна также рассматривается как конструктивный слой.

Определяем модуль упругости на поверхности второго слоя из зависимостей:

; ; по номограмме (рисунок 9) находим ; и

Определяем общий модуль упругости на поверхности третьего слоя из зависимостей: Рисунок 9 Номограмма для определения общего модуля упругости Е_ОБЩ

двухслойной системы

; ; по номограмме находим ; и

Определяем необходимую толщину третьего слоя из зависимостей:

; ; по номограмме находим , откуда определяем и h₃и общую толщину дорожной одежды как сумму слоёв.