Оценка прочности дорожной одежды, ровности и определение коэффициента службы

Прочность (несущая способность) эксплуатируемых, дорожных одежд оценивается коэффициентом прочности Кпр. Нежесткие дорожные одежды оцениваются по трем критериям прочности:

· упругому прогибу под нагрузкой всей конструкции дорожной одежды, включая грунтовое основание:

(6)

где где Еф – фактический общий модуль упругости всей конструкции; Етр.т – требуемый расчетный модуль упругости всей конструкции;

· по прочности на сдвиг в грунте земляного полотна и в малосвязных слоях основания:

(7)

где Тдоп – допускаемое напряжение сдвига в грунте или в малосвязных слоях основания, обусловленное сцеплением; Т – активное напряжение сдвига в грунте или малосвязных слоях основания от автомобильной нагрузки и собственного веса дорожной одежды;

· по прочности на растяжение при изгибе в слоях из монолитных

материалов:

KПР=Rpu/σr (8)

где Rpu – предельно допустимое растягивающее напряжение материала слоя с учетом усталостных явлений, σr – растягивающее напряжение от автомобильной нагрузки в рассматриваемом слое.

Инструментальная оценка по второму и третьему критериям представляет собой сложную задачу, поэтому эксплуатационная оценка прочности нежестких дорожных одежд производится по первому критерию прочности (упругому прогибу) с введением поправочных коэффициентов, учитывающих условия прочности по двум другим критериям. Инструментальная оценка прочности нежестких дорожных одежд по упругому прогибу заключается в измерении упругого прогиба всей конструкции под нагрузкой и определении фактического общего модуля упругости на основе данных измерений.

Рис. 3. Расчетная схема испытаний нежесткой дорожной одежды.

Расчетная схема испытаний приведена на рис. 3. Прочностные испытания дорожных одежд производятся двумя методами:

1. измерением упругого прогиба при статическом нагружении дорожной одежды;

2. измерением упругого прогиба при динамическом нагружении дорожной одежды.

Испытания дорожных одежд при статическом нагружении производятся либо с использованием жесткого штампа, через который на дорожную одежду передается нагрузка (рис. 4), либо нагружением дорожной одежды колесом грузового автомобиля, с измерением деформаций под нагрузкой (при наезде колеса автомобиля на испытываемую точку) и без нагрузки (после съезда автомобиля с этой точки) (рис. 5). Статические испытания с использованием жесткого штампа дают возможность создать довольно большую нагрузку, а также передавать нагрузку на дорожную одежду ступенями, что позволяет определить разрушающую нагрузку для данной конструкции. Однако эти испытания трудоемки, поэтому чаще используется менее трудоемкий метод нагружения дорожной одежды колесом грузового автомобиля, близкого к автомобилю группы А;

Нормированная статическая нагрузка, передаваемая колесом автомобиля на дорожную одежду, – 50 кН. Расчетный диаметр следа автомобиля D=0,33 м. Однако при этом методе прогиб нельзя измерить непосредственно под колесом, а также нельзя передавать нагрузку ступенями. Кроме того, этот способ не дает возможности испытывать конструкции дорожных одежд магистральных, карьерных, нефтепромысловых и других дорог, имеющих большую интенсивность движения и предназначенных для эксплуатации тяжелых нагрузок.

При испытаниях дорожных одежд методом динамического нагружения используются установки с падающим грузом (установки динамического нагружения); генераторы колебаний (различные вибраторы); также, применяется нагружение дорожной одежды колесом движущегося автомобиля.

В практике Российской Федерации, в основном, применяются установки динамического нагружения с жёстким штампом (типа ДИНА) и с гибким штампом (например, УДН–НК). Принципиальная схема установок динамического нагружения приведена на рис. 6. Установки динамического нагружения используются только на нежестких дорожных одеждах, т. к. не дают возможности измерять чашу прогиба, что необходимо на жестких дорожных одеждах.

Испытания дорожных одежд колесом движущегося автомобиля проводятся редко, т. к. измерения прогиба при этом способе очень сложны и автомобиль должен, двигаться со скоростью 2–5 км/час, что не соответствует распространенным скоростям