Розрахунок швидкості та глибини промерзання земляного полотна

Відомо, що чим менша швидкість промерзання у першу половину зими, тим більше у другій стадії звололоження накопичується вологи на верхній частині земляного полотна. Таким чином, відповідно збільшується морозне вспучення, якому притаманна нерівномірність вздуття дорожнього одягу. Так при швидкості промерзання v_пр≤ 2 см/добу спостерігається значне морозне вспучення. Покриття у біля люків водоприймальних колодязів піднімається, внаслідок перезволоження грунту в основному поверхневою водою, яка стікає по бортовому каменю. Між бортовим каменем і покриттям завжди видно зазор, який утворюється в процесі експлуатації, через який проникає волога, що приводить до локального морозного вспучення. У місцях перетину проїзної частини різними підземними інженерно-технічними комунікаціями також спостерігається нерівномірне вздуття.

Швидкість промерзання залежить не тільки від погодно-кліматичних умов але і від профілю земляного полотна. У виїмках швидкість промерзання менша ніж на насипах. При наявності газонів і зелених смуг, швидкість промерзання суттєво менша ніж на вулицях де відсутні зелені насадження.

Найбільший вплив на швидкість промерзання здійснюють погодно-кліматичні умови, які циклічно діють тільки на земляне полотно у межах проїжджої частини та тротуарів. На протязі року зміна температурного режиму земляного полотна практично носить синусоїдальний характер. У цьому випадку при визначенні швидкості та глибини промерзання земляного полотна використовують рівняння гармонічних коливань у однорідному середовищі. Швидкість промерзання у загальному випадку оцінюють відношенням глибини промерзання (z_пр) до часу (Т), на протязі якого промерзав грунт

Якщо розв’язати дане рівняння у векторному виді для середньорічного теплового режиму земляного полотна, тоді розв’язок можна одержати у вигляді

Де в – теплова характеристика дорожнього одягу або грунту:

Де λ – коефіцієнт теплопровідності конструктивного шару дорожньої одежі або грунту г (г хВт/мхК); С_в – об’ємна теплоємність (Дж/кгхК); Т – час промерзання, у даному випадку дорівнює річному циклу, год; у – кліматичне число, яке дорівнює у = t/t_0мах; t_0мах – амплітуда річних коливань температури повітря;

t_мах – середня температура влітку; t_min – середня температура взимку.

Користуючись характеристиками погодних умов гідрометеослужби, з використанням даних теплофізичних властивостей типових грунтів кожної ділянки вулиці, по даному рівнянню можна оцінити очікувану швидкість промерзання.

Знаючи швидкість промерзання та величину морозного вздуття служба експлуатації може спрогнозувати можливі руйнування на ділянці вулиці, яка схильна до утворення даного типу дефектів.

Максимальну глибину промерзання (z_прмах) земляного полотна багатошарового дорожнього одягу

z_прмах

де L – декремент затухання температурних коливань на протязі календарного року (12 місяців, 8760 годин), виражений у лінійних одиницях;

А – коефіцієнт характеристики дорожнього одягу.

Значення декремента L визначають для кожного шару дорожнього одягу окремо по його теплофізичним властивостям

L =

А =

Де h₁, h₂, h_n – товщини конструктивних шарів дорожніх одягів;

L₁, L₂, L_n – деркременти затухання кожного конструктивного шару дорожнього одягу.