При розрахунках на величину допустимого пружного прогину

( +10 ^о С), при розрахунках на зсув ( +20 ^о С)

Матеріал	Марка бітуму	Розрахункові значення короткочасного модуля пружності Е, МПа, при температурі покриття, оС
		+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	6000 5000 4400 3200 2400 1500 900 800 800	4000 3800 2600 1800 1200 800 400 350 350	2700 2500 1300 900 660 560 350 300 300	1200 1000 690 550 440 380 300 250 250
Пористий і високо-пористий асфальтобетон	БНД-40/60 БНД-60/90 БНД-90/130 БНД-130/200	2800 2000 1400 1100	1700 1200 800 590	900 700 510 410	540 460 380 340
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 оС, у зоні У-ІІІ –30 оС, в У-ІV – 40 °С. Примітка 2. Модулі пружності щільного асфальтобетону подані в таблиці стосовно до сумішей типу Б. При температурах від 30 до 40 оС 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.

Полімерасфальтобетон, щільний асфальтобетон – рекомендується використовувати у верхніх шарах дорожнього одягу;

пористий та високопористий асфальтобетон - рекомендується використовувати у нижніх шарах покриття.

Таблиця 5.17 - Характеристики матеріалів для розрахунку на згин

Матеріал	Марка в’яжучого	Характеристики для розрахунку на згин
		Модуль пружності Е, МПа	Коефіцієнт варіації, СЕ	Rлаб, МПа	Коефіцієнт варіації, СR	Показник втоми т	kпр
							І, ІІ, ІІІ ДКЗ
1	2	3	4	5	6	7	8
Щільний полімер-асфальтобетон	(термопласти)	7000	0,09	14,0	0,10	7,0	3,1
	(термоеласто-пласти)	5500	0,09	12,0	0,10	6,5	2,9
Щільний асфальтобетон I – II марки	БНД-40/60 БНД-60/90 БНД-90/130 БНД-130/200 БНД-200/300 СГ-130/200	6000 4500 3600 2600 2000 1500	0,09 0,10 0,10 0,11 0,13	10,0 9,8 9,5 9,3 9,1 9,0	0,10 0,10 0,10 0,12 0,14	6,0 5,5 5,0 4,5 4,3	3,7 4,0 4,5 5,1 5,8 6,8
Пористий асфальтобетон	БНД-40/60 БНД-60/90, БНД-90/130 БНД-130/200 БНД-200/300	3600 2800 2200 1800 1400	0,10 0,11 0,12 0,12	8,3 8,0 7,8 7,6 7,0	0,12 0,12 0,14 0,15	4.5 4.3 4,0 3,75	7,2 8,2 8,6 9,0 9,6
Високопористий щебеневий асфальтобетон	БНД-40/60 БНД-60/90 БНД-90/130	3000 2100 1700	0,11 0,12 0,12	6,0 5,8 5,5	0,15 0,15 0,15	4,3 4,0 3,75	8,8 9,3 9,8

Таблиця 5.18 - Розрахунковий модуль пружності Е при статичній дії навантаження

Вид асфальтобетону	Вид суміші	Розрахунковий модуль пружності Е при статичній дії навантаження, МПа, при розрахунковій температурі, °С
		+20	+30	+40
Щільні суміші, тип Б Щільні суміші, типи Г, Д Пористі і високопористі суміші	Крупнозерниста Дрібнозерниста Піщана Крупнозерниста Дрібнозерниста Піщана	400 300 200 360 290 250	350 270 180 320 250 225	300 220 160 280 220 200
Примітка. Модулі пружності асфальтобетону типу А збільшують на 20 %, а типу В зменшують на 20 %

Таблиця 5.19 - Розрахункові характеристики матеріалів і ґрунтів, укріплених в’яжучими

Ч.ч.	Матеріал	Розрахункові характеристики матеріалів і ґрунтів, укріплених в’яжучими
		Модуль пружності Е, МПа		Коефіцієнт варіації, СЕ	Міцність на розтяг при згині, R, МПа
1	2	3	4		5
1	Щебінь і гравій, оброблені цементом, марок: 75 60 40	1000 900 700		0,15 0,15 0,16	0,7 0,6 0,5
2	Крупноуламкові ґрунти і гравійно-піщані суміші оптимального чи близьких до оптимального складів, укріплені комплексними в’яжучими: І клас міцності II клас міцності III клас міцності	900 – 700 650 – 500 450 – 300		0,15 0,17 0,19	0,55 – 0,45 0,42 – 0,35 0,32 – 0,25
3	Те саме, укріплені цементом: І клас міцності II клас міцності III клас міцності	800 – 550 530 – 350 320 – 280		0,16 0,18 0,20	0,46 – 0,34 0,33 – 0,25 0,22 – 0,20
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 II клас міцності III клас міцності	700 – 530 500 – 330 300 – 250		0,17 0,18 0,20	0,40 – 0,32 0,31 – 0,22 0,20 – 0,18
5	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
6	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 II клас міцності III клас міцності	800 – 650 600 – 450 420 – 280		0,16 0,17 0,19	0,50 – 0,42 0,40 – 0,32 0,31 – 0,24
7	Те саме, укріплені цементом: І клас міцності II клас міцності III клас міцності	700 – 500 480 – 330 300 – 250		0,17 0,18 0,20	0,40 – 0,30 0,28 – 0,22 0,19 – 0,18
8	Те саме, укріплені в’яжучими, зазначеними в порядковому номері 4: II клас міцності III клас міцності	450 – 300 280 – 200		0,19 0,21	0,25 – 0,17 0,16 – 0,12
9	Те саме, укріплені в’язким бітумом або емульсією на в’язкому бітумі	300 – 200		0,21	0,30 – 0,25
10	Піски дрібні і пилуваті, супісок легкий і пилуватий, укріплені комплексними в’яжучими: І клас міцності II клас міцності III клас міцності	750 – 600 550 – 400 380 – 250		0,16 0,18 0,20	0,47 – 0,40 0,37 – 0,30 0,28 – 0,22
1	2	3		4	5
11	Те саме, укріплені цементом: І клас міцності II клас міцності III клас міцності	650 – 480 450 – 300 260 – 220		0,17 0,19 0,21	0,35 – 0,26 0,25 – 0,18 0,16 – 0,13
12	Те саме, укріплені в’яжучими, що зазначені у поз. 4 цієї таблиці: II клас міцності III клас міцності	430 – 280 230 – 180		0,19 0,22	0,22 – 0,11 0,08 – 0,07
13	Те саме, укріплені в’язкими бітумами або емульсіями на в’язких бітумах	300 – 220		0,21	0,25 – 0,20
14	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 II клас міцності III клас міцності	700 – 550 530 – 350 320 – 200		0,16 0,18 0,21	0,45 – 0,37 0,36 – 0,28 0,26 – 0,12
15	Те саме, укріплені цементом: І клас міцності II клас міцності III клас міцності	600 – 420 400 – 250 220 – 180		0,17 0,20 0,22	0,30 – 0,22 0,20 – 0,14 0,12 – 0,09
16	Те саме, укріплені в’яжучими, зазначеними у поз. 4 цієї таблиці: II клас міцності III клас міцності	350 – 220 200 – 130		0,20 0,23	0,15 – 0,09 0,08 – 0,06
17	Те саме, укріплені в’язкими бітумами або емульсіями на в’язкий бітумах	250 – 180		0,22	0,20 – 0,15
18	Супіски важкі і пилуваті, суглинки легкі, укріплені комплексними в’яжучими: І клас міцності II клас міцності III клас міцності	600 – 500 450 – 300 280 – 150		0,17 0,19 0,22	0,40 – 0,35 0,32 – 0,25 0,24 – 0,10
19	Те саме, укріплені мінеральними в’яжучими - цементом, золою-виносу, гранульованим шлаком: І клас міцності II клас міцності III клас міцності	500 – 350 350 – 230 200 – 120		0,18 0,20 0,24	0,22 – 0,16 0,16 – 0,12 0,09 – 0,07
20	Те саме, укріплені в’яжучими, зазначеними у поз. 4 цієї таблиці: II клас міцності III клас міцності	300 – 200 180 – 100		0,21 0,24	0,12 – 0,08 0,06 – 0,05
21	Те саме, укріплені емульсіями на в’язких бітумах	250 – 180		0,22	0,17 – 0,10
22	Суглинки важкі і пилуваті, глини піщанисті і пилуваті, укріплені мінеральними і комплексними в’яжучими: II клас міцності III клас міцності	330 – 200 180 – 80		0,21 0,25	0,12 – 0,08 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-ІІІ та У-ІV; 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 СR визначається за формулою СR = CE – 0,05.

Результати конструювання зводимо у таблицю 5.20

Таблиця 5.20 – Конструкція дорожнього одягу

№ п/п.	Матеріал шару	h шару, см	Розрахунок за
			пружним проги-ном, Е, МПа	опором зсуву, Е, МПа	опором розтягу при згині
					Е, МПа	Rлаб, МПа	m	Kпр
1	Асфальтобетон щільний на бітумі БНД-60/90	5	3200 (табл.5.16, +10 о С )	1800 (табл.5.5, +20 о С )	4500 (табл.5.5.3)	9,8 (5.17	5,5 (5.17)	4,0 (5.17)
2	Асфальтобетон пористий на бітумі БНД-60/90	10	2000 (табл.5.16, +10 о С )	1200 (табл.5.5.2, +20 о С )	2800 (табл.5.17)	8,0 (5.17)	4,3 (5.17)	8,2 (5.17)
4	Щебінь І класу міцності, укріплений комплексними в’яжучими	15	800 (табл.5.16)	800 (табл.5.16)	800 (5.16)	–	–	–
5	Суглинок легкий, укріплений комплексним в’яжучим (ІІ клас міцності)	?	330 (табл.5.16)	330 (табл.5.16)	330 (5.16)	–	–	–
6	Суглинок легкий пилуватий з Wp = 0,6 5WT	–	64 (табл.5.14)	64 (табл.5.14)	64 (5.14)	–	–	–

5.6 Розрахунок дорожнього одягу за допустимим пружним прогином

5.6.1 Конструкція дорожнього одягу відповідає вимогам надійності і міцності за критерієм пружного прогину, якщо:

(5.10)

де - коефіцієнт міцності дорожнього одягу, знайдений за рисунок таблицею 5.9 у залежності від допустимого рівня надійності; загальний модуль пружності конструкції; - потрібний модуль пружності конструкції з урахуванням капітальності дорожнього одягу, типу покриття й інтенсивності дії навантаження.

Розрахунок конструкції дорожнього одягу за допустимим пружним прогином проводиться за допомогою номограми, рис.5.5.

Розрахунок проводиться зверху – вниз.

Схема розрахунку:

Асфальтобетон щільний h=5 Е=3200

Асфальтобетон пористий h=10 Е=2000

Щебінь, оброблений в’яжучим h=15 Е=800

Суглинок, укріплений в’яжучим h= ? Е=330

Суглинок легкий пилуватий Е=64

=5 см,

=10 см,

=15см

= ?

( Рис.5.5 )

( Рис.5 .5 )

МПа

( Рис. 5.5 )

МПа

( Рис. 5.5 )

МПа

( Рис. 5.5 )

см

Таким чином, загальна товщина дорожнього одягу за розрахунком складає:

Н = 5 + 10 + 15 + 28 = 58 см

Рисунок 5.5 – Номограма для визначення загального модуля пружності для двошарової системи

5.7. Розрахунок за умовою зсувостійкості земляного полотна та шарів із малозв’язних матеріалів

5.7.1 Дорожній одяг проектують із розрахунку, щоб під дією короткочас-них чи довгострокових навантажень в підстилаючому ґрунті та малозв’язних шарах за строк служби не виникали неприпустимі залишкові деформації.

Деформації зсуву в конструкції не будуть накопичуватись, якщо забезпечена умова:

, ( 5.11 )

де		–	необхідне мінімальне значення міцності, що визначається з урахуванням заданого коефіцієнта надійності ( табл. 5.9)
	Та	–	розрахункове активне напруження зсуву (частина зсувного напруження, непогашена внутрішнім тертям) в розрахунковій (найбільш небезпечній) точці конструкції від діючого тимча-сового навантаження;
	Тгр	–	гранична величина активного напруження зсуву (в тій самій частині), перевищення якої викликає порушення міцності на зсув

5.7.2 При практичних розрахунках багатошарову дорожню конструкцію приводять до двохшарової розрахункової моделі.

При розрахунку дорожньої конструкції на міцність щодо зсувостійкості ґрунту земляного полотна за нижній шар приймають ґрунт (з його характеристиками), а за верхній – увесь дорожній одяг.

Товщину верхнього шару h_в приймають рівною сумі товщини шарів одягу .

Модуль пружності верхнього шару моделі розраховують за формулою:

, (5.12 )

де	n	–	кількість шарів дорожнього одягу;
	Ei	–	модуль пружності і-го шару;
	hi	–	товщина і-го шару.

Рис. 5.6 – Номограма для визначення активного напруження зсуву від тимчасом-вого навантаження в нижньому шарі двохшарової системи (при h_n /D = 0 ÷ 2,0)

Рисунок 5.7 – Номограма для визначення активного напруження зсуву від тимчасового навантаження в нижньому шарі двохшарової системи (при h_n /D = 0 ÷ 4,0)

При користуванні номограмами ( Рис. 5.7, 5.8) для визначення величину  приймають для випадку впливу динамічного навантаження (з врахуванням числа прикладення) за даними таблиць 5.12, 5.13, 5.14.

5.7.3 При розрахунку за умови зсувостійкості в піщаному шарі основи за допомогою номограми (Рис 5.6, 5.7) умовно присвоюють звичайні характеристики піщаного шару (c_n, _n), а модуль пружності приймають рівним загальному модулю на поверхні піщаного шару; товщину верхнього шару моделі приймають рівною загальній товщині шарів, що лежать над піщаним, а модуль пружності Е_в розраховують як середньозважене значення для цих шарів за формулою 5.12.

5.7.4 При розрахунку нижніх шарів дорожніх одягів за умовою зсувостійкості значення модулів пружності матеріалів, що містять органічне в’яжуче, визначають за температурами, що вказані в таблиці 5.21

Таблиця 5.21 – Розрахункова температура для визначення модулів пружності матеріалів, що містять органічне в’яжуче

Дорожньо-кліматичний район	У-І	У-ІІ; У-ІV зах.	У-ІІІ	У-ІV півд.
Розрахункова температура С	20	25	30	35

Значення динамічного модуля пружності асфальтобетонів відповідно до складу, марок бітуму та температури наведено в таблиці 5.5.2, а статичного – у таблиці 5.18.

При розрахунку на статичну дію навантаження приймають модулі пруж-ності матеріалів, що відповідають довготривалості дії навантаження не менше за 600 секунд.

5.7.5 Розрахункове активне навантаження зсуву (Т_а), що діє в ґрунті чи в піщаному шарі, визначається за формулою:

, ( 5.13 )

де		–	питоме активне напруження зсуву від одиничного навантаження, що визначається за допомогою номограм (Рис. 5.6 та 5.7);
	р	–	розрахунковий питомий тиск від колеса на покриття ( табл. 5.2)
		–	напруга від ваги дорожнього одягу, що визначається по номограмі (рис. 5.8).

Рисунок 5.8 - Номограма для визначення активного напруження зсуву від власної ваги дорожнього одягу ( по вертикальній осі відкладено значення , Па; по горизонтальній осі - , см; на променях – значення кута внутрішнього тертя для грунта , град )

5.7.6 Граничне активне напруження зсуву Т_гр в ґрунті робочого шару (чи в піщаному матеріалі проміжного шару) визначається за формулою:

, (5.14)

де	с	–	зчеплення в ґрунті земляного полотна (чи в проміжному піщаному шарі ), МПа;
	kNC	–	коефіцієнт, що враховує повторність навантажень за добу (Nдб), коефіцієнт kNC визначається за таблицею (табл. 5.22), при розрахунку на тривалу дію навантаження kNC = 1,23); величина Nдб визначається за формулою: (5.15)
	kд	–	коефіцієнт, що враховує особливості роботи конструкції на межі піщаного шару з нижнім шаром несучої основи. При влаштуванні нижнього шару з укріплених матеріалів, а також при укладанні на межі “основа – піщаний шар” геотекстильного прошарку, потрібно приймати значення kд рівним: 7,0 – при використанні в піщаному шарі крупного піску; 6,0 – при використанні в піщаному шарі піску середньої крупності; 5,0 – при використанні в піщаному шарі дрібного піску; 3,0 – піски пилуваті, крупні; 1,5 – у всіх інших випадках.

Таблиця 5.22 – Коефіцієнти перерахунку величини зчеплення в залежності від розрахункової кількості прикладення навантажень

Розра-хункова відносна вологість	Значення у залежності від сумарної кількості прикладення навантажень (NP)					Значення у залежності від сумарної кількості прикладення навантажень (NP)
	1	103	104	105	106	1	103	104	105	106
Супіски
0,50	1,0	1,0	0,63	0,48	0,38	1,0	1,0	0,52	0,39	0,35
0,55	1,0	1,0	0,62	0,47	0,37	1,0	1,0	0,50	0,39	0,33
0,60	1,0	1,0	0,62	0,46	0,36	1,0	1,0	0,50	0,38	0,34
0,65	1,0	1,0	0,57	0,43	0,33	1,0	1,0	0,49	0,38	0,33
0,70	1,0	1,0	0,50	0,42	0,33	1,0	1,0	0,48	0,41	0,33
0,75	1,0	1,0	0,45	0,36	0,27	1,0	1,0	0,48	0,41	0,33
0,80	1,0	1,0	0,45	0,36	0,27	1,0	1,0	0,47	0,41	0,32
0,85	1,0	1,0	0,45	0,36	0,27	1,0	1,0	0,44	0,35	0,29
0,90	1,0	1,0	0,44	0,35	0,25	1,0	1,0	0,37	0,30	0,24
Суглинки і глини
0,50	1,0	1,0	0,60	0,48	0,45	1,0	1,0
0,55	1,0	1,0	0,57	0,47	0,43	1,0	1,0	0,60	0,48	0,41
0,60	1,0	1,0	0,53	0,46	0,41	1,0	1,0	0,58	0,45	0,37
0,65	1,0	1,0	0,52	0,45	0,38	1,0	1,0	0,52	0,38	0,33
0,70	1,0	1,0	0,48	0,37	0,32	1,0	1,0	0,47	0,36	0,30
0,75	1,0	1,0	0,45	0,33	0,27	1,0	1,0	0,50	0,33	0,27
0,80	1,0	1,0	0,44	0,28	0,20	1,0	1,0	0,38	0,23	0,19
0,85	1,0	1,0	0,43	0,25	0,15	1,0	1,0	0,38	0,23	0,19
0,90	1,0	1,0	0,42	0,20	0,13	1,0	1,0	0,30	0,19	0,17
Примітка. Значення зсувних характеристик при NP = 1 використовуються при розрахунку на статичну дію навантаження. При NP  106 розрахункові значення  і с потрібно приймати за стовпчиком “106”.

Таблиця 5.23 – Розрахункові значення кута внутрішнього тертя і зчеплення піщаних ґрунтів і пісків конструктивних шарів в залежності від розрахункової кількості прикладень навантаження ( )

Тип ґрунту	Зчеплення, МПа і кут внутрішнього тертя, град, при сумарному числі прикладення навантаження ( )
	1	103	104	105	106
1 Пісок крупний з вмістом пилувато- глинистої фракції: 0 % 5 %	35 0,004 34 0,005	33 0,003 31 0,004	32 0,003 36 0,004	31 0,003 29 0,003	29 0,003 28 0,003
2 Пісок середньої крупності з вмістом пилувато-глинистої фракції: 0 % 5 %	32 0,004 33 0,005	30 0,004 34 0,005	35 0,004 30 0,005	28 0,003 28 0,003	27 0,002 26 0,002
3 Пісок дрібний з вмістом пилувато-глинистої фракції: 0 % 5 % 8 %	31 0,003 31 0,005 31 0,006	28 0,003 27 0,004 27 0,005	27 0,002 26 0,004 26 0,004	26 0,002 25 0,004 25 0,003	25 0,002 24 0,003 23 0,002
Примітка 1. Значення характеристик подані для умов повного заповнення пор водою. Примітка 2. В чисельнику – кут внутрішнього тертя в градусах, в знаменнику – зчеплення в МПа. Примітка 3. При NP 106 розрахункові значення  і с слід брати зі стовпчика “106”.

5.7.7 У всіх випадках в якості розрахункового значення кута внутрішньо-го тертя ґрунту і малозв’язних шарів використовують його значення, що відповідає сумарній кількості впливу навантаження за міжремонтний строк Цю величину встановлюють за формулою (5.6).

Величина розрахункових днів за рік, що відповідає розрахунковому стану міцності й деформативності конструкції Т_рдр., що входить в формулу 5.6, визначається за даними табл. 5.6.

5.7.8 Розрахунок дорожнього одягу за критерієм опору зсуву в ґрунті земляного полотна, а також в піщаних матеріалах проміжних шарів дорожнього одягу проводять у такій послідовності:

а) за таблицею 5.17 призначаються розрахункові модулі пружності для шарів із асфальтобетону, що відповідають максимально можливим температурам у ранній весняний (розрахунковий) період (у відповідності з вказівками таблиці 5.21, таблиць 5.22 та 5.14, 5.23 – з урахуванням розрахункової вологості і загального числа впливу навантаження). Розрахункові характеристики міцності  і С ґрунту земляного полотна і піску проміжного шару одягу (якщо такі є) приймаються із врахуванням вимог 5.7.7. Інші розрахункові характеристики ґрунту і матеріалів залишаються тими самими, що й у розрахунку за пружним прогином;

б) за рисунками 5.6 або 5.7 визначаються активні напруження зсуву від одиничного тимчасового навантаження. Для цього приводять багатошарову конструкцію до двохшарових моделей ( пункти 5.7.2 та 5.7.3).

в) за формулою (5.13) визначається розрахункове напруження зсуву в ґрунті земляного полотна чи в піщаному шарі одягу;

г) за формулою (5.14) розраховуються граничні напруження зсуву;

д) за формулою (5.11) перевіряється виконання умов міцності (з урахуванням необхідної надійності);

е) змінюючи, при необхідності, товщини конструктивних шарів, підбирається відповідна конструкція.

Граничне активне напруження зсуву у ґрунті робочого шару визначається:

( Табл. 5.14)

( Табл. 5.22 при розрахунковій вологості 0,65 та , що відповідає 10⁵ )

( 5.7.6 )

Модулі пружності матеріалів в дорожньому одязі приймаються при температурі С за табл.5.16.

Конструкція дорожнього одягу приводиться до двошарової за формулою 5.12. Розраховується середній модуль пружності конструкції:

З допомогою номограми ( Рис. 5.6)знаходимо:

( при )

За рис. 5.8 знаходимо

Визначаємо розрахункове навантаження зсуву за формулою 5.13:

Визначаємо коефіцієнт міцності:

За табл. 5.9 коефіцієнт запасу міцності за критерієм граничного стану

Отже, запроектована конструкція дорожнього одягу є стійкою проти зсуву.

У випадку, коли умова не виконується, треба збільшувати товщину нижнього шару дорожнього одягу та повторювати розрахунок до того часу, доки умова не буде виконана.

5.8. Розрахунок монолітних шарів на розтяг при згині

5.8.1 У монолітних шарах дорожнього одягу – з асфальтобетону, полімер-асфальтобетону, матеріалів і ґрунтів, укріплених комплексними і неорганічними в'яжучими, та ін. – напруження, що виникають при прогині одягу під дією повторних короткочасних навантажень, не повинні викликати порушення структури матеріалу й призводити до утворення тріщин, тобто повинна бути забезпечена умова:

К_мц R_зг /_r , (5.16)

де	Кмц	–	необхідний коефіцієнт міцності з урахуванням заданого рівня надійності (таблиця 5.9);
	Rзг	–	гранично допустиме напруження розтягу матеріалу, шару з урахуванням втоми;
	r	–	найбільше напруження розтягу, у розглянутому шарі, що вста-новлюється розрахунком.

5.8.2 Найбільше напруження розтягу _r при згині в монолітному шарі обчислюють за допомогою номограм, побудованих на основі вирішення задачі теорії пружності про шаруватий напівпростір (рисунки 5.9, 5.10).

У проектуванні дорожніх одягів зустрічаються два характерних випадки:

1) монолітний шар або кілька суміжних шарів з однотипних монолітних матеріалів знаходяться у верхній частині дорожнього одягу – це асфальтобетонні і подібні їм покриття, асфальтобетонні основи, розташовані безпосередньо під асфальтобетонним покриттям;

2) монолітний шар розташований у товщі дорожнього одягу – різного роду монолітні основи.

5.8.3 Покриття з асфальтобетону розраховувати на розтяг при згині можна за допомогою номограми (рисунок 5.9). Номограма зв'язує відносну товщину покриття h₁ /D (горизонтальна вісь) і відношення модуля пружності матеріалу покриття до загального модуля на поверхні основи Е₁ /Е_{заг.осн} (криві на номограмі) з максимальним напруженням розтягу _r при згині в матеріалі покриття від місцевого навантаження рівного 1 МПа (вертикальна вісь). Номограма складена для найбільш небезпечного випадку, коли не забезпечене достатнє зчеплення покриття з основою.

5.8.4 При розрахунку на згин шарів асфальтобетонної основи, що підсти-лає асфальтобетонне покриття, слід увесь пакет шарів з асфальтового бетону приймати за один еквівалентний шар. У цьому випадку модуль пружності еквівалентного шару товщиною, що дорівнює загальній товщині пакета, необхідно визначати за формулою (5.12), а розраховувати на виконання нерівності (5.16) у нижньому шарі асфальтобетонної основи.

5.8.5 Проміжні монолітні шари дорожнього одягу можна розраховувати за номограмою (рисунок 5.8.2). При цьому багатошарову конструкцію попередньо слід привести до тришарової, де середнім буде монолітний шар, що розраховується (див. шар 3 на рисунку 5.10). Номограма пов’язує відносну товщину двох верхніх шарів тришарової системи (h₁+h₂)/D і розтягуючі напруження _r від разового навантаження в нижній точці шару, що розраховується, під центром навантаженої площі (де ці напруження досягають найбільшого значення) при різних співвідношеннях модулів пружності шарів E₁ /E₂ (криві на номограмі) і Е₂ /Е₃ (промені на номограмі). Повне значення розтягуючих напружень _r обчислюється за формулою (5.18), наведеною в 5.8.8.

5.8.6 Для визначення розтягуючих напружень у монолітних шарах, крім номограм (рисунки 5.9 та 5.10), можуть бути використані атестовані у відповідному порядку рішення та комп’ютерні програми. Такі програми та рішення повинні давати можливість виконувати розрахунки з необхідною точністю та узгоджуватися з результатами розрахунків за номограмами на рисунках 5.9 та 5.10.

5.8.7 Допустимі розтягуючі напруження при згині асфальтобетону:

R_доп = R_р , (5.17)

де R_р – розрахунковий опір розтягу при згині з урахуванням повторної дії навантажень ( формула 5.18 ).

5.8.8 Покриття (5.9.3) чи еквівалентний монолітний шар розраховуються на згин (5.9.4) у такій послідовності:

а) обчислюються h₁ /D при одношаровому покритті або h_і,а /D (асфальтобетонне покриття на основі з асфальтобетонних шарів), а потім за формулою (5.12) знаходиться середній модуль пружності пакета шарів з асфальтового бетону;

б) загальний модуль пружності Е_{заг.осн} на поверхні основи, що підстилає асфальтобетон, визначається за допомогою номограми шляхом послідовного приведення шарів;

в) за відношенням Е₁ /Е_{заг.осн} та h₁ /D або за допомогою номограми (рисунок 5.9) визначаються розтягуючі напруження у шарі, що розраховується, від разового навантаження.

Повне розтягуюче напруження:

( 5.18 )

де	р	–	розрахунковий тиск на покриття, МПа;
	K	–	коефіцієнт, що враховує особливості напруженого стану покриття під колесом автомобіля зі спареними балонами.

Як правило, K_ = 0,85, але при розрахунку покриття на особливі навантаження ( колесо з одним балоном) K_ = 1,0.

Рисунок 5.9 – Номограма для визначення розтягуючого напруження при згині від одиничного навантаження у верхньому монолітному шарі

дорожнього одягу

Рисунок 5.10 – Номограма для визначення розтягуючого напруження у проміжному монолітному шарі дорожнього одягу

г) обчислюють допустимі розтягуючі напруження за формулою (5.17). У пакеті асфальтобетонних шарів за розрахункове допустиме розтягуюче напруження R_доп приймається значення, характерне для матеріалу нижнього шару. Потім обчислюється відношення R_доп /_r ; якщо

R_доп /_r ≥ К_мц, (5.19)

де К_мц – мінімальний необхідний коефіцієнт міцності ( табл. 5.9),

то конструкцію вважають такою, що відповідає вимогам міцності на розтяг при згині. В іншому випадку потрібно коригувати товщини шарів.

5.8.9 Проміжні монолітні шари доцільно розраховувати в такій послідовності. Спочатку за формулою (5.12) обчислюється середній модуль пружності конструктивних шарів, що розташовані вище розрахункового монолітного шару (шар h₂ на рисунку 5.10). Розрахункові модулі пружності шарів з матеріалів, що містять органічне в'яжуче, слід приймати при температурі 0 С. Шари, що підстилають монолітний шар, треба привести до еквівалентного за жорсткістю однорідного півпростору з модулем пружності Е₃, який можна одержати шляхом послідовного обчислення загальних модулів кожної пари суміжних шарів за номограмою (рисунок 5.5). Потім за номограмою (рисунок 5.10) треба знайти розтягуючі напруження у розрахунковому шарі від одиночного навантаження, що діє на поверхні покриття. Для цього з точки на верхній горизонтальній осі, що відповідає відношенню h_і /D, слід провести вертикаль до кривої з відомим відношенням Е₁ /Е₂, а з точки перетину провести горизонтальну пряму до променя, що відповідає відношенню Е₂ /Е₃, звідки опустити вертикаль на нижню горизонтальну вісь, де знайти значення . Розрахункове значення _r належить знайти за формулою (5.18) при K_ = 1,0. Далі послідовність розрахунку цілком збігається з послідовністю пункту 5.8.8.

Міцність матеріалу монолітного шару при багаторазовому розтягу при згині визначають за формулою:

(5.20)

де	Rлаб	–	лабораторне значення границі міцності на розтяг при згині за одноразового прикладання навантаження (приймається за табли-цею 5.17);
	km	–	коефіцієнт, що враховує зниження міцності в часі від дії погод-но-кліматичних умов (таблиця 5.24);
	kТ	–	коефіцієнт, що враховує зниження міцності матеріалу в кон-струкції в результаті температуро-усадкових впливів (таблиця 5.24);
	kкп	–	коефіцієнт, що враховує короткочасність та повторність наван-тажень на дорозі: , (5.21)
де	kпр	–	коефіцієнт, що враховує вплив повторних навантажень у нероз-рахунковий період (приймається за таблицею 5.17);
	m	–	показник втоми (приймається за таблицею 5.17);
		–	сумарна інтенсивність руху.

Таблиця 5.24 – Коефіцієнти km та kТ

№ шару	Матеріал шару, що розраховується	km	kТ
1 2 3 4	Полімерасфальтобетон Асфальтобетон щільний І марки ІІ марки Асфальтобетон пористий Асфальтобетон високопористий	1,00 0,95 0,90 0,75 0,70	0,90 0,85 0,80 0,80 0,75

Розраховуємо конструкцію дорожнього одягу на руйнування від розтягу при згині.

Коефіцієнт міцності -1,35.

Приводимо конструкцію дорожнього одягу до двошарової, де верхній шар - частина конструкції, розташована нижче шарів асфальтобетону з модулем пружності по першому розрахунку. Еосн=260МПа.

Модулі пружності асфальтобетону:

верхнього шару – 4500 МПа, нижнього шару - 2800 МПа ( табл. 5.20).

Середній модуль пружності двох шарів асфальтобетону:

Е/Еосн=3367/260=12,95

За номограмою визначаємо:

Розрахункове розтягуючи напруження ( формула 5.18):

Визначаємо допустиме напруження. Дані беремо з таблиць 5.17 та 5.24 - основних характеристик дорожньо-будівельних матеріалів.

m=4.3 Кпр=8,2

К_мц = 1,35 (табл. 5.9)

Умова стійкості проти розтягу в монолітних шарах виконана.

5.9 Забезпечення морозостійкості конструкції дорожнього одягу нежорсткого типу і земляного полотна

5.9.1 Метою розрахунку конструкції дорожнього одягу на морозостійкість є забезпечення необхідної стійкості дорожнього покриття проти порушення рівності при нерівномірному набуханні ґрунтів земляного полотна, тобто недопущення появи деформацій від морозного здимання, які перевищують допустимі.

5.9.2 Немає необхідності в спеціальних заходах щодо захисту конструкції від дії морозу:

а) у районах з глибиною промерзання менше 0,7 м;

б) при земляному полотні, яке укладено на всю глибину промерзання з ґрунтів, що не здимаються або слабо здимаються;

в) у випадках, коли необхідна за умовами міцності товщина дорожнього одягу перевищує 2/3 глибини промерзання;

г) на ділянках з 1-шим типом місцевості за зволоженням, за винятком ділянок з капітальним дорожнім одягом при пилуватих суглинистих і супіща-них ґрунтах земляного полотна, якщо не передбачено заходів щодо зменшення проникання води в дорожню конструкцію.

Розрахунок на морозне здимання обов’язково проводиться, якщо не виконується умова

Н > (Z_Р + h_кап) (5.22)

де Н – товщина стабільних шарів дорожнього одягу, Z_Р – розрахункова глибина промерзання згідно з пунктом 9.7, h_кап – висота капілярного підняття рівна для піску крупнозернистого – 0,10 м; піску середньозернистого – 0,15 м; піску дрібнозернистого – 0,20 м; піску одномірного - 0,30 м; піску пилуватого та супіску легкого пилуватого – 1,0 м; суглинку легкого пилуватого - 1,5 м.

При невиконанні даної умови ґрунтова вода не залягає на безпечній глибині і ділянка відноситься до 3-го типу місцевості за умовами зволоження земляного полотна.

5.9.3 Зимове здимання суттєво не впливає на рівність покриття і довговічність дорожнього одягу, якщо загальне підняття проїзної частини в процесі промерзання конструкції не перевищує таких значень (у сантиметрах), залежно від типу дорожнього одягу:

а) капітальний – 4;

б) полегшений – 6;

в) перехідний – 10.

5.9.4 Перевірку конструкції дорожнього одягу на морозостійкість проводять з використанням номограми (рисунок 5.11).

5.9.5 З урахуванням теплотехнічних властивостей матеріалів знаходять еквівалентну (по відношенню до щебеню з гранітних порід) товщину дорож-нього одягу:

, (5.23)

де	h1, h2, h3,...hn	–	товщини шарів дорожнього одягу із стабільних матеріалів, см;
		–	еквіваленти теплотехнічних властивостей матеріа-лів по відношенню до ущільненого щебеню (таб-лиця 5.26).

5.9.6 За рисунком 5.12 знаходять найбільшу за зиму нормативну глибину промерзання глинистих і суглинистих ґрунтів (см), визначену для ймовірності перевищення 5 %. Для супісків, дрібних та пилуватих пісків отримані за картою значення слід збільшити на 20 %.

5.9.7 При визначенні нормативної глибини промерзання багатошарового дорожнього одягу Z_H, до отриманого значення нормативної глибини промерзання ґрунту вводиться поправка, яка збільшує Z_H.

, см	70	80	90	100	110	120
Поправка ∆, см	10	15	20	30	40	45

5.9.8 За таблицею 5.25 для даного виду ґрунту й ступеня зволоження місцевості знаходять комплексну характеристику ґрунту за ступенем набрякання В:

. (5.24)

Таблиця 5.25 – Класифікація ґрунтів за ступенем здимання при замерзанні

Вид ґрунту	Ступінь здимання	Група за здиман-ням	Середнє значення відносного здимання при промерзанні до 1,5 м, , %
Пісок гравелистий, грубо і середньозернистий з вмістом часточок < 0,05 мм до 2 %	нездимальний	I	1 / 1
Пісок гравелистий, грубо і се-редньозернистий з вмістом часточок < 0,05 мм до 15 % та пісок дрібнозернистий з вмістом часточок < 0,05 мм до 2 %	слабоздимальний	II	1 – 2 / 2 – 4
Суглинок непилуватий і глина	здимальний	III	2 – 4 / 4 – 6
Пісок пилуватий; супісок пі-щанистий; суглинок важкий пилуватий	дуже здимальний	IV	4 – 6 / 6 – 8
Супісок пилуватий; суглинок легкий пилуватий	надмірно здимальний	V	6 – 8 / 8 – 10
Примітка 1. Над рискою наведено величину здимання при 1-му типі місцевості за зволоженням, під рискою – при 2-му та 3-му типах. Примітка 2. Таблиця 5.2.2 подана відповідно до таблиці 4.6 ДБН В.2.3-4.

Рисунок 5.11 – Номограма для розрахунку конструкцій на морозостійкість

5.9.9 Кліматичний показник (см²/д) визначають за картою ізоліній (рисунок 5.12) або використовуючи залежність:

. (5.25)

5.9.10 Визначивши розрахункову глибину залягання рівня ґрунтової води, за допомогою номограми (рисунок 5.11) можна знайти значення будь-якого з параметрів при інших відомих.

Так для знаходження загальної товщини шарів із стабільних матеріалів z₁ необхідно вирахувати відношення при , знайти його значення на вертикальній осі номограми, провести горизонтальну пряму до перетину з кривою, яка відповідає відношенню розрахункової глибини промерзання Z_p до розрахункової глибини залягання рівня підземної води H, тобто , і, перенісши цю точку на горизонтальну вісь, отримати значення , звідки, знаючи Z_p, визначити Z₁.

----- – кліматичний коефцієнт

Рисунок 5.12 - Нормативні глибини промерзання Z_н глинистих та суглинистих ґрунтів

5.9.11 Перевіряється морозостійкість дорожнього одягу, порівнюючи отримане необхідне значення загальної товщини шарів Z₁ із стабільних матеріалів з фактичною еквівалентною товщиною h_p (отриманою із залежності 5.23 за пунктом 5.26) за умовою:

( 5.26 )

5.9.12 Для існуючої дорожньої конструкції можливе підняття поверхні покриття , тобто деформацію морозного здимання знаходять за номогра-мою (рисунок 5.11) у зворотній послідовності, беручи замість відношення на осі абсцис відношення ; за відомим відношенням виз-начають , звідки знаходять . Отримане значення морозного здимання не повинно перевищувати допустимого для даного типу дорожнього одягу (пункт 5.9.3)

. (5.27)

5.9.13 Якщо для забезпечення потрібної морозостійкості необхідна загальна товщина дорожнього одягу перевищує товщину, отриману розрахунком на міцність, то конструкцію одягу слід відкоригувати і знову розрахувати за критеріями граничного стану.

5.9.14 Морозозахистний шар з фільтруючих матеріалів, як правило, служить і елементом дренажної конструкції, а тому він повинен бути розрахований також на своєчасне відведення води, що надходить до конструкції.

5.9.15 Якщо умови морозостійкості (5.22 або 5.23) не виконуються, необхідно передбачити заходи, які підвищують морозостійкість дорожнього одягу:

а) замінити ґрунти, які здимаються і надмірно здимаються, на ґрунти, які не здимаються або слабо здимаються при будівництві або реконструкції верхньої частини земляного полотна;

б) забезпечити необхідне підвищення покриття над рівнем ґрунтової води;

в) влаштовувати морозозахистні шари із стабільних матеріалів, що не змінюють свого об'єму при промерзанні у зволоженому стані (щебінь, гравій, шлак), або теплоізоляційних шарів, які зменшують глибину промерзання земляного полотна (керамзит, керамдор, пінопласт, полістирол);

г) понизити рівень ґрунтової води шляхом влаштування дренажів;

д) влаштовувати капіляроперериваючі і гідроізолюючі прошарки з синтетичних матеріалів (геотекстилю);

е) збільшити товщину дорожнього одягу або застосовувати в основі шари з шлаку чи пористих кам’яних матеріалів з малим коефіцієнтом теплопровідності.

5.9.16 Під час реконструкції ділянок, які піддаються здиманню, крім заходів, передбачених у 5.9.15, необхідно забезпечити належне поверхневе водовідведення із прилеглої місцевості з необхідним поздовжнім (не менше за 5 %) і поперечним похилом водовідвідних споруд.

Таблиця 5.26 – Коефіцієнти приведення шарів дорожнього одягу

Ч.ч.	Матеріал	Коефіцієнт теплопровідності λ Вт/(м.к.)	Еквівалент за гранітним щебенем
1	2	3	4
1	Асфальтобетон щільний	2,4	1,15
2	Те саме, пористий	2,25	1,22
3	Те саме, високо пористий	2,2 – 1,9	1,30 – 1,36
4	Литий асфальтобетон	2,45	1,1
5	Цементобетон	2,4	1,88
6	Чорний щебінь	1,02	1,35
7	Щебінь з просочуванням в'язким бітумом	1,15	1,27
1	2	3	4
8	Шлаковий щебінь	1,6	1,76
9	Щебінь і гравій, оброблені цементом	2	1,96
10	Піски, укріплені комплексними в’яжучими	1,86	1
11	Піски укріплені цементом	1,75	1,03
12	Крупноуламкові ґрунти і ПГС, укріплені в’яжучими	1,9	0,99
13	Маломіцні вапняки, укріплені вапном	1,16	1,27
14	Суглинки, укріплені мінеральними і комплексними в'яжучими	1,45	1,13
15	Супіски укріплені мінеральними і комплексними в'яжучими	1,51	1,11
16	Щебінь гранітний	1,80	1
17	Щебінь вапняковий	1,39	1,15
18	Гравій	1,80	1
19	Пісок крупний	2,32	0,88
20	Пісок середньої крупності	2,44	0,87
21	Пісок дрібний	2,32	0,9
22	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 до-рожньо-будівельних матеріалів, що наведені в таблиці слід користуватися лише за від-сутності приладів та обладнання для експериментального визначення цих характеристик.

5.9.17. Розрахунок на морозостійкість

Вихідні дані:

=90см (глибина промерзання визначена по карті, рис. 5.12)

Н- глибина залягання ґрунтових вод -150см.

(кліматичний коефіцієнт визначається по карті, рис. 5.12)

h=58 см (товщина дорожнього одягу).

Поправка на глибину промерзання см (пункт 5.9.7)

Відносне здимання по таблиці 5.25: =8%

Комплексна характеристика В= / 2 = 8/2 = 4 (пункт 5.9.3)

Визначаємо відношення:

За номограмою ( Рис.5.11 ) визначається співвідношення:

см.

Еквівалентна товщина дорожнього одягу підраховується відповідно до коефіцієнтів приведення, що беруться з таблиці 5.26:

см

Отже, умова на морозостійкість виконана.

ІІ. Підсилення конструкції дорожнього одягу при реконструкції

При реконструкції автомобільних доріг чи при капітальних ремонтах потрібно виконувати розрахунок на посилення дорожнього одягу.

Вихідні дані для проектування

1.Район проектування дороги –Черкаська область;

2.Категорія дороги –I^б;

3.Перспективна інтенсивність руху на 20 – річну перспективу - 10104 авт/добу, склад вантажного руху – в табл. 5.2.4;

4.Термін експлуатації дорожнього одягу – 11 років (Таблиця 5.1);

5.Розрахункове навантаження групи А1 з розрахунковими параметрами

Р = 0,8 МПа, D=34,5см;

6. Щорічний приріст інтенсивності руху g=0,04;

7. Грунт земляного полотна – суглинок легкий пилуватий;

8. Матеріал для підсилення дорожнього одягу – асфальтобетон щільний (БНД 60/90) з модулем пружності Е = 3200 МПа

Порядок розрахунку

1. Визначається дорожньо-кліматична зона за Рис.5.1 – кліматична зона ІІІ Р-5

2. Інтенсивність руху на 11 років визначається за формулою 5.1:

, звідки:

= = 4612 авт/добу,

3.Склад транспортного потоку такий самий як в попередньому прикладі

Розрахункова кількість вантажних автомобілів

№ п.п	Марка автомобіля	Інтенсивність вантажних автомобілів Авт/добу	Коефіцієнти приведення до групи А1	Інтенсивність розрахункових автомобілів авт/добу
1	ЗІЛ 130	1695	0,20427	346
2	КАМАЗ 4326	2426	0,18364	445
3	КРАЗ 6510	61	3,16353	195
4	МАЗ 53326	715	1,13842	814
5	МАЗ533702+МАЗ8926-02	694	1,31767	914
6	МАЗ 54202-2120+МАЗ 93802	580	2,23504	1296
7	ЛАЗ 699	683	0,50784	347
8	ЛАЗ 4207	320	0,87001	278
	Вантажні автомобілі	7174		4440

3.Сумарна кількість прикладення навантажень за термін служби дорожнього одягу визначається за рівнянням ( 5.5), при цьому f_см=0,4 ( табл.5.5)

авт./доб

4.Визначається потрібний модуль пружності ( Рис. 5.2 ) : Е_пот = 330 МПа

5.Загальний модуль пружності визначається за формулою 5.9:

6. Посилення дорожнього одягу проектується на прикладі попередньої конструкції, вважаючи, що за час експлуатації дороги попередній модуль пружності знизився на 25% і становить: 458 х 0,75 = 344 МПа

7. Таким чином, розрахункова схема для посилення конструкції дорожнього одягу є наступною:

посилення

Існуючий дорожній одяг

5. Розраховується товщина шару посилення з використанням номограми на рис.5.5:

= 0,20 х 34,5 = 6,9 см 7 см

Отже, товщина шару посилення з щільного асфальтобетону становить 7 см.