Міцнісні та деформаційні характеристики

Матеріалів конструктивних шарів дорожнього одягу

Матеріали, що містять органічне в'яжуче, мають пружно-в'язко-пластичні властивості. Модулі пружності цих матеріалів, як і їх міцнісні характеристики, значною мірою залежать від температури і режиму навантаження – швидкості прикладення навантаження, тривалості її дії і т. ін. Міцність таких матеріалів залежить, крім того, від повторності навантаження і умов роботи в конструкції.

Оскільки конструкції дорожнього одягу на перегінних ділянках піддаються в основному впливу рухомих навантажень, а на стоянках, зупинках, перехрестях і т.п. – статичному впливу від засобів транспорту, орієнтовні значення модуля пружності асфальтобетону та інших матеріалів наведені нижче в таблицях Д4.1 – Д4.5.

 

Таблиця Д4.1

Матеріал Марка в'яжучого Характеристики для розрахунку на згин
Модуль пружності Е, МПа Коефіцієнт варіації, СЕ RЛаб, МПа Коефіцієнт варіації, CR Показник втоми m knp
І, II, III ДКЗ
Щільний полімер-асфальто-бетон (термопласти) 0,09 14,0 0,10 7,0 3,1
(термоеласто-пласти) 0,09 12,0 0,10 6,5 2,9
Щільний асфальтобетон І – II марки БНД-40/60 0,09 10,0 0,10 6,0 3,7
БНД-60/90 0,10 9,8 0,10 5,5 4,0
БНД-90/130 0,10 9,5 0,10 5,0 4,5
БНД-130/200 0,11 9,3 0,12 4,5 5,1
БНД-200/300   9,1     5,8
СГ-130/200 0,13 9,0 0,14 4,3 6,8
Пористий асфальтобетон БНД-40/60 0,10 8,3 0,12 4,5 7,2
БНД-60/90, 0,11 8,0 0,12 4,3 8,2
БНД-90/130 0,12 7,8 0,14 4,0 8,6
БНД-130/200 0,12 7,6 0,15 3,75 9,0
БНД-200/300   7,0     9,6
Високопористий щебеневий асфальтобетон БНД-40/60 0,11 6,0 0,15 4,3 8,8
БНД-60/90 0,12 5,8 0,15 4,0 9,3
БНД-90/130 0,12 5,5 0,15 3,75 9,8

Таблиця Д4.2

Матеріал Марка бітуму Розрахункові значення короткочасного модуля пружності Е, МПа, при температурі покриття, °С  
 
+10 +20 +30 +40  
Полімерасфальтобетон Щільний асфальтобетон Термопласти  
Термоеластопласти  
БНД-40/60  
БНД-60/90  
БНД-90/130  
БНД-130/200  
СГ-130/200  
СГ-70/130  
МГ-70/130  
Пористий і високо-пористий асфальтобетон БНД-40/60  
БНД-60/90  
БНД-90/130  
БНД-130/200  
Примітка 1. Якщо даних безпосередніх регіональних спостережень за температурою покриття немає, можна застосовувати як розрахункову температуру асфальтобетону в дорожньо-кліматичних зонах У-І та У-ІІ – 20 °С, у зоні У-ІII –30 °С, в У-IV – 40 °С. Примітка 2. Модулі пружності щільного асфальтобетону подані в таблиці стосовно до сумішей типу Б. При температурах від 30 до 40 °С модулі пружності для сумішей типу А слід збільшити, а типів В, Г, Д – зменшити на 20 %. Примітка 3. Модулі пружності пористого і високопористого асфальтобетону подані в таблиці стосовно до піщаних сумішей. При температурі від 30 °С до 50 °С модулі пружності для дрібнозернистих сумішей слід збільшити на 10 %, а для крупнозернистих сумішей – на 20 %. Примітка 4. Розрахункові значення короткочасного модуля пружності Е приведені для використання в розрахунках конструкцій за пружнім прогином і зсувом в ґрунті та проміжних шарах одягу.  

При розрахунку асфальтобетонного покриття на міцність необхідно мати дані про його розрахункову температуру, тобто температуру, при якій покриття в конкретних умовах працює найбільш напружено. В районах сезонного промерзання дорожніх конструкцій незалежно від того, у якій дорожньо-кліматичній зоні вони знаходяться, найбільш несприятливі умови для роботи покриття настають на початку весни при низькій позитивній температурі покриття, з урахуванням якої складено таблицю Д4.1.

До кінця весни при значному відтаюванні земляного полотна модуль пружності асфальтобетону зменшується, що несприятливо позначається на опорі зсуву ґрунту земляного полотна і проміжних шарів одягу. Оскільки інтенсивність підвищення температури повітря у весняно-літній час різна в різних дорожньо-кліматичних зонах, то й розрахункова температура покриття також неоднакова. У таблиці Д4.2 приведені значення короткочасного модуля пружності асфальтобетону при різних температурах. Розрахункові значення температури в даному випадку бажано уточнювати за результатами регіональних спостережень.

Дані таблиць Д4.1 і Д4.2 відносяться до асфальтобетону на бітумах марок БНД.

У таблицях Д4.1, Д4.2 і Д4.4 приведені значення деформаційних і міцносних характеристик асфальтобетону, що використовуються в розрахунках за критерієм опору розтягу при згині (таблиця Д4.1), опору зсуву в ґрунті і шарах із зернистих та малозв'язних матеріалів (таблиці Д4.2 і Д4.4), пружного прогину поверхні покриття конструкції (таблиця Д4.2).

 

Таблиця Д4.3

Вид асфальтобетону Вид суміші Розрахунковий модуль пружності Е при статичній дії навантаження, МПа, при розрахунковій температурі, °С
+20 +30 +40
Щільні суміші, тип Б Крупнозерниста
Щільні суміші, типи Г, Д Дрібнозерниста
Пористі і високопористі суміші Піщана
Крупнозерниста
Дрібнозерниста
Піщана
Примітка. Модулі пружності асфальтобетону типу А збільшують на 20 %, а типу В зменшують на 20 %

Таблиця Д4.4

№ п/п Матеріал Розрахункові характеристики матеріалів і ґрунтів, укріплених в'яжучими
Модуль пружності Е, МПа Коефіцієнт варіації, се Міцність на розтяг при згині, R, МПа
Щебінь і гравій, оброблені цементом, марок:      
0,15 0,7
0,15 0,6
0,16 0,5
Крупноуламкові ґрунти і гравійно-піщані суміші оптимального чи близьких до оптимального складів, укріплені комплексними в'яжучими:      
І клас міцності 900 – 700 0,15 0,55 – 0,45
II клас міцності 650 – 500 0,17 0,42 – 0,35
III клас міцності 450 – 300 0,19 0,32 – 0,25
Те саме, укріплені цементом:      
І клас міцності 800 – 550 0,16 0,46 – 0,34
II клас міцності 530 – 350 0,18 0,33 – 0,25
III клас міцності 320 – 280 0,20 0,22 – 0,20

Продовження табл. Д4.4

Те саме, укріплені активною золою-виносу або гранульованим шлаком, вапном, фосфатними в'яжучими та іншими композиційними в'яжучими з них з добавками чи без добавок ПАР, дьогтем і т. п.:      
І клас міцності 700 – 530 0,17 0,40 – 0,32
II клас міцності 500 – 330 0,18 0,31 – 0,22
III клас міцності 300 – 250 0,20 0,20 – 0,18
Крупноуламкові ґрунти і гравійно-піщані суміші оптимального чи близьких до оптимального складу, укріплені в'язким бітумом або емульсією на в'язкому бітумі 350 – 250 0,20 0,35 – 0,30
Крупноуламкові ґрунти і гравійно-піщані суміші неоптимального складу, піски (крім дрібних, пилуватих і однорозмірних), супісок легкий, крупний, щебінь маломіцних порід і відходи каменедроблення, укріплені комплексними в'яжучими:      
І клас міцності 800 – 650 0,16 0,50 – 0,42
II клас міцності 600 – 450 0,17 0,40 – 0,32
III клас міцності 420 – 280 0,19 0,31 – 0,24
Те саме, укріплені цементом:      
І клас міцності 700 – 500 0,17 0,40 – 0,30
II клас міцності 480 – 330 0,18 0,28 – 0,22
III клас міцності 300 – 250 0,20 0,19 – 0,18
Те саме, укріплені в'яжучими, зазначеними в порядковому номері 4:      
II клас міцності 450 – 300 0,19 0,25 – 0,17
III клас міцності 280 – 200 0,21 0,16 – 0,12
Те саме, укріплені в'язким бітумом або      
емульсією на в'язкому бітумі 300 – 200 0,21 0,30 – 0,25
Піски дрібні і пилуваті, супісок легкий і пилуватий, укріплені комплексними в'яжучими:      
І клас міцності 750 – 600 0,16 0,47 – 0,40
II клас міцності 550 – 400 0,18 0,37 – 0,30
III клас міцності 380 – 250 0,20 0,28 – 0,22
Те саме, укріплені цементом:      
І клас міцності 650 – 480 0,17 0,35 – 0,26
II клас міцності 450 – 300 0,19 0,25 – 0,18
III клас міцності 260 – 220 0,21 0,16 – 0,13
Те саме, укріплені в'яжучими, що зазначені у поз. 4 цієї таблиці:      
II клас міцності 430 – 280 0,19 0,22 – 0,11
III клас міцності 230 – 180 0,22 0,08 – 0,07
Те саме, укріплені в'язкими бітумами або емульсіями на в'язких бітумах 300 – 220 0,21 0,25 – 0,20
           

Закінчення табл. Д4.4

Побічні продукти промисловості (кам'яні матеріали і крупноуламкові ґрунти, які відповідають рудним копалинам, золошлакові суміші, формувальні суміші, фосфоритні „хвости" і т.п.), укріплені комплексними в'яжучими:      
І клас міцності 700 – 550 0,16 0,45 – 0,37
II клас міцності 530 – 350 0,18 0,36 – 0,28
III клас міцності 320 – 200 0,21 0,26 – 0,12
Те саме, укріплені цементом:      
І клас міцності 600 – 420 0,17 0,30 – 0,22
II клас міцності 400 – 250 0,20 0,20 – 0,14
III клас міцності 220 – 180 0,22 0,12 – 0,09
Те саме, укріплені в'яжучими, зазначеними у поз. 4 цієї таблиці:      
II клас міцності 350 – 220 0,20 0,15 – 0,09
III клас міцності 200 – 130 0,23 0,08 – 0,06
Те саме, укріплені в'язкими бітумами      
або емульсіями на в'язкий бітумах 250 – 180 0,22 0,20 – 0,15
Супіски важкі і пилуваті, суглинки легкі, укріплені комплексними в'яжучими:      
І клас міцності 600 – 500 0,17 0,40 – 0,35
II клас міцності 450 – 300 0,19 0,32 – 0,25
III клас міцності 280 – 150 0,22 0,24 – 0,10
Те саме, укріплені мінеральними в'яжучими – цементом, золою-виносу, гранульованим шлаком:      
І клас міцності 500 – 350 0,18 0,22 – 0,16
II клас міцності 350 – 230 0,20 0,16 – 0,12
III клас міцності 200 – 120 0,24 0,09 – 0,07
Те саме, укріплені в'яжучими, зазначеними у поз. 4 цієї таблиці:      
II клас міцності 300 – 200 0,21 0,12 – 0,08
III клас міцності 180 – 100 0,24 0,06 – 0,05
Те саме, укріплені емульсіями на в'язких бітумах 250 – 180 0,22 0,17 – 0,10
Суглинки важкі і пилуваті, глини піщанисті і пилуваті, укріплені мінеральними і комплексними в'яжучими:      
II клас міцності 330 – 200 0,21 0,12 – 0,08
III клас міцності 180 – 80 0,25 0,06 – 0,05
Примітка 1.Під комплексними в'яжучими розуміють цемент + в'язкий бітум або емульсії на в'язкому бітумі; цемент + полімерне в'яжуче, цемент (вапно) + активні золи-виносу або гранульовані шлаки і т.п. Примітка 2. Більші значення розрахункових характеристик приймають при: а) використанні більш якісних мінеральних матеріалів і активних в'яжучих; б) укріплення матеріалів і ґрунтів неорганічними в'яжучими в дорожньо-кліматичних зонах У‑ІII та У-IV; в) укріпленні в'язким бітумом і бітумною емульсією на в'язкому бітумі в дорожньо-кліматичних зонах У-І та У-ІІ. Примітка 3. Коефіцієнт варіації міцності на розтяг при згині CR визначається за формулою CR=CE – 0,05.
           

Таблиця Д4.5

 

Матеріал (ґрунт) Розрахункові характеристики Примітка
Модуль пружності Е, МПа Кут внутрішнього тертя φ, град Зчеплення см, МПа
Чорний щебінь, вкладений за способом заклинки за ВСН 123‑77 600 – 900 – – Більші значення – для покриття, менші – для основ
Шар із щебеню марок 1000 – 1400, влаштований за способом просочення в'язким бітумом за ВСН 123-77 400 – 600 – – Те саме
Щебінь фракційний марок 800 – 1400, вкладений за способом заклинки за ДСТУ Б В.2.7‑30:       –
з міцних осадових та метаморфічних порід 350 – 450 – –
з магматичних порід 250 – 350 – –
Фракційний щебінь, укріплений цементно-піщаною сумішшю за способом просочення за ВБН В.2.3-218-002 – –  
Шлак з підібраним гранулометричним складом за ГОСТ 3344:       Більші значення при стійкій структурі шлаку
активний 350 – 450 – –
слабоактивний 200 – 300 – –
Рядовий шлаковий щебінь 150 – 200 – – –
Кам'яна бруківка, пакеляж 400 – 500 – – –
Ґрунт, укріплений рідким бітумом за ВСН 123-77:       Більші значення – при змішуванні в установці і застосуванні бітумної емульсії
супісок піщанистий 150 – 200 25 – 35 0,02 – 0,035
суглинок, супісок пилуватий 80 – 150 15 – 25 0,02 – 0,035
Піщано-гравійні суміші за ДСТУ Б В.2.7-30 0,03  
Пісок, що відповідає вимогам ДСТУ Б В. 2. 7-32: 0,007 Показники см і Е, прийняті при залишковій пористості піску, ущільненого до максимальної щільності 26 % < n < 32 %, при n < 26 % збільшуються на 20 %, а при n > 32 % зменшується на 20 %
дуже крупний, підвищеної крупності та крупний 0,006
середній та дрібний 0,005
Додаток 5  
Рис. Д5.1. Номограма для визначення активного напруження зсуву від тимчасового навантаження в нижньому шарі двохшарової системи (при hn / D = 0 2,0)    
 
Рис. Д5.2. Номограма для визначення активного напруження зсуву від тимчасового навантаження в нижньому шарі двохшарової системи (при hn / D = 0 4,0)    
                 

 

Додаток 6

Теплофізичні характеристики матеріалів і ґрунтів

Таблиця 6.1

 

Ч.ч. Матеріал Коефіцієнт теплопровідності λ Вт/(м.к.) Еквівалент за гранітним щебенем ε1 =
Асфальтобетон щільний 2,4 1,15
Те саме, пористий 2,25 1,22
Те саме, високо пористий 2,2 – 1,9 1,30 – 1,36
Литий асфальтобетон 2,45 1,1
Цементобетон 2,4 1,88
Чорний щебінь 1,02 1,35
Щебінь з просочуванням в'язким бітумом 1,15 1,27
Шлаковий щебінь 1,6 1,76
Щебінь і гравій, оброблені цементом 1,96
Піски, укріплені комплексними в'яжучими 1,86
Піски укріплені цементом 1,75 1,03
Крупноуламкові ґрунти і ПГС, укріплені в'яжучими 1,9 0,99
Маломіцні вапняки, укріплені вапном 1,16 1,27
Суглинки, укріплені мінеральними і комплексними в'яжучими 1,45 1,13
Супіски укріплені мінеральними і комплексними в'яжучими 1,51 1,11
Щебінь гранітний 1,80
Щебінь вапняковий 1,39 1,15
Гравій 1,80
Пісок крупний 2,32 0,88
Пісок середньої крупності 2,44 0,87
Пісок дрібний 2,32 0,9
Піщано-гравійна суміш 1,9 1,00
Примітка 1. Характеристики, необхідні для розрахунку конструкцій на міцність, визначають, користуючись вказівками до додатка Е. Примітка 2. Розрахунковими значеннями теплофізичних характеристик різних дорожньо-будівельних матеріалів, що наведені в таблиці Г.1, слід користуватися лише за відсутності приладів та обладнання для експериментального визначення цих характеристик.

 

 

Для нотаток

Навчально-методичне видання