Нижнему слою модели присваивают следующие характеристики: 
МПа (п. 3.32); j = 27° и с = 0,004 МПа (табл. П.2.6).
Модуль упругости верхнего слоя модели вычисляем по формуле (3.12), где значения модулей упругости материалов, содержащих органическое вяжущее, назначаем по табл. П.3.2 при расчетной температуре +20 °С (табл. 3.5).
МПа.
По отношениям 
и 
и при j = 27° с помощью номограммы (рис. 3.2) находим удельное активное напряжение сдвига: 
= 0,017 МПа.
По формуле (3.13): Т = 0,017×0,6 = 0,102 МПа.
Предельное активное напряжение сдвига Тпр в песчаном слое определяем по формуле (3.14), где СN = 0,004 МПа, Ко = 4,0.
Zоп = 4 + 8 + 22 + 15 = 49 см.
jст = 32° (табл. П.2.6)
ycp = 0,002 кг/см2
Тпр = 0,002×4 + 0,1×0,002×49×tg 32° = 0,0141
По табл. 3.1 
, следовательно, условие по сдвигоустойчивости в песчаном слое основания выполнено.
6. Рассчитываем конструкцию на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе.
Расчет выполняем в следующем порядке:
а) Приводим конструкцию к двухслойной модели, где нижний слой модели - часть конструкции, расположенная ниже пакета асфальтобетонных слоев, т.е. щебеночное основание и грунт рабочего слоя. Модуль упругости нижнего слоя модели определяем по номограмме рис. 3.1, как общий модуль для двухслойной системы.
Ен = 
= 122 МПа
К верхнему слою относят все асфальтобетонные слои.
Модуль упругости верхнего слоя устанавливаем по формуле (3.12)
МПа.
б) По отношениям 
и 
по номограмме рис. 3.4 определяем 
= 0,75.
Расчетное растягивающее напряжение вычисляем по формуле (3.16):
= 0,75 0,6 0,85 = 0,38 МПа.
в) Вычисляем предельное растягивающее напряжение по формуле (3.17):
при Ro = 5,65 МПа для нижнего слоя асфальтобетонного пакета (табл. П.3.1)
vR = 0,10 (табл. П.4.1)
t = 1,71 (табл. П.4.2)
- (формула 3.18)
SNp = 4818452 авт.; m = 4; a = 6,3 (табл. П.3.1);
k2 = 0,85 (табл. 3.6)
RN = 5,65×0,122×0,85(1 - 0,1×1,71) = 0,49 МПа.
г) 
= 1,28, что больше, чем 
= 1,0 (табл. 3.1).
Следовательно, выбранная конструкция удовлетворяет всем критериям прочности.
Проверка конструкции на морозоустойчивость
| Материал | Толщина слоя hод(i), м | Коэффициент теплопроводности lод(i), Вт/(мК) (Табл. П.5.1) |
| Плотный асфальтобетон | 0,04 | 1,40 |
| Пористый асфальтобетон | 0,08 | 1,25 |
| Высокопористый асфальтобетон | 0,22 | 1,05 |
| Укрепленная щебеночно-гравийно-песчаная смесь | 0,15 | 2,02 |
| Песок средней крупности | 0,30 | lср = (lм ± lт)/2 = (2,44 + 1,91)/2 = 2,18* |
* Поскольку в период промерзания дорожной конструкции песок находится сначала в талом, а затем в мерзлом состоянии, в расчет вводят среднеарифметическое значение коэффициентов теплопроводности lт и lм.
1. В соответствии с п.п. 1-2 Проверки на морозоустойчивость Примера 1 определяем глубину промерзания Zпp = 2,0 м и величину пучения для осредненных условий lпуч.ср = 6,2 см.
По таблицам и графикам находим коэффициенты Кугв = 0,61 (рис. 4.1); Кпл = 1,2 (табл. 4.4); Кгр = 1,1 (рис. 4.5); Кнагр = 0,92 (рис. 4.2); Квл = 1,1 (рис. 4.6). По формуле 4.2 находим величину пучения для данной конструкции:
lпуч = lпуч(ср)×Кугв×Кпл×Кгр×Кнагр×Квл = 6,2×0,61×1,2×1,1×0,92×1,1 = 5,0 см.
2. Поскольку для данного типа дорожной одежды допустимая величина морозного пучения согласно табл. 4.3 составляет 4 см, следует назначить морозозащитный слой и выполнить расчет его толщины. Предварительно ориентировочно определяем необходимую толщину морозозащитного слоя при допустимой величине морозного пучения lдоп = 4 см.
Для этого предварительно определяем величину морозного пучения для осредненных условий, при которой морозное пучение для данной конструкции не превышает 4 см:
lпуч.ср = l(доп)/(Кугв×Кпл×Кгр×Кнагр×Квл = 4:(0,61×1,2×1,1×0,92×1,1) = 4,9 см.
По номограмме рис. 4.3 определяем требуемую толщину дорожной одежды hод = 0,92 м, отсюда толщина морозозащитного слоя hмрз = 0,92 - 0,79 = 0,13 м.
3. Для уточнения требуемой толщины морозозащитного слоя выполняем расчеты с учетом теплофизических характеристик отдельных слоев (Табл. П.5.1). По формуле (4.7) определяем термическое сопротивление дорожной одежды без морозозащитного слоя
= 0,04: 1,40 + 0,08: 1,25 + 0,22: 1,05 + 0,15: 2,2 + 0,30: 2,18 = 0,51 (м2 К/Вт).
4. По карте изолиний рис. 4.5 определяем номер изолинии - V.
5. По табл. 4.9 находим Спуч = 1,35.
6. По табл. 4.10 при общей толщине дорожной одежды hод = 0,90 м для сильнопучинистого грунта при помощи интерполяции определяем Ср = 0,61.
7. Вычисляем отношение lдоп/(Спуч×Ср) = 4/(1,35×0,61) = 4,9 см.
8. По номограмме рис. 4.6 определяем методом интерполяции приведенное термическое сопротивление Rпp = 0,60 (м2К/Вт).
9. По табл. 4.7 Код = 1,0; Кувл = 1,0 (п. 4.11); d = 0.95.
По формуле (4.8) Rод(тр) = Rпр×Код×Кувл×d = 0,57 (м2К/Вт).
10. По формуле (4.6) hмз = (Rод(тр) - Rод(о))×lмрз = (0,57 - 0,51)×2,18 = 0,13 м.
Поскольку разница между полученным и заданным значениями hмз не превышает 5 см, принимаем hмз = 10 м.
Пример 3.
Требуется запроектировать дорожную одежду при следующих исходных данных:
- дорога располагается во II дорожно-климатической зоне, в Московской области;
- категория автомобильной дороги - II;
- заданный срок службы дорожной одежды - Тсл = 15 лет;
- приведенная к нагрузке типа А (Приложение 1 табл. П.1.1) интенсивность движения на конец срока службы Np = 1800 авт/сут; приращение интенсивности q = 1,04;
- грунт рабочего слоя земляного полотна - супесь пылеватая с расчетной влажностью 0,7 Wт, которая относится к сильнопучинистым грунтам;
- схема увлажнения рабочего слоя земляного полотна - III;
- глубина залегания грунтовых вод - 0,6 м.
- высота насыпи составляет 1,5 м;
- материал для основания - щебеночная смесь С3.
1. Вычисляем суммарное расчетное количество приложений расчетной нагрузки за срок службы:
Для расчета по допускаемому упругому прогибу и условию сдвигоустойчивости по формуле (3.6)
, где Кс = 20 (Приложение 6 табл. П.6.3).
Трдг = 125 дней (табл. П.6.1),
Кn = 1,49 (табл. 3.3)
авт.
2. Предварительно назначаем конструкцию и расчетные значения расчетных параметров:
- для расчета по допускаемому упругому прогибу (Приложение 2 табл. П.2.5, Приложение 3 табл. П.3.2 и Приложение 3 табл. П.3.8);
- для расчета по условию сдвигоустройчивости (Приложение 2 табл. П.2.4, Приложение 3 табл. П.3.2 и Приложение 3 табл. П.3.8);
- для расчета на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе (Приложение 3 табл. П.3.1 и Приложение 3 табл. П.3.8);
- высота насыпи составляет 1,5 м;
- схема увлажнения рабочего слоя земляного полотна - III;
- глубина залегания грунтовых вод - 0,6 м.
| № | Материал слоя | h слоя, см | Расчет по допустимому упруг. прогибу, Е, МПа | Расчет по усл. сдвигоустойчивости, Е, Па | Расчет на растяжение при изгибе | |||
| Е, МПа | Ro, МПа | a | m | |||||
| 1. | Асфальтобетон плотный на БНД марки 60/90 | 9,80 | 5,2 | 5,5 | ||||
| 2. | Асфальтобетон пористый на БНД марки 60/90 | 8,0 | 5,9 | 4,3 | ||||
| 3. | Асфальтобетон высокопористый на БНД марки 60/90 | 5,65 | 6,3 | 4,0 | ||||
| 4. | Щебеночная смесь | - | - | - | ||||
| 5. | Супесь пылеватая Wp = 0,7Wт | - | - | - | - |
3. Расчет по допускаемому упругому прогибу ведем послойно, начиная с подстилающего грунта по номограмме рис. 3.1:
1) 
по Приложению 1 табл. П.1.1 р = 0,6 МПа, D = 37 см
МПа
2) 
МПа
3) 
МПа
4) 
МПа
5) Требуемый модуль упругости определяем по формуле (3.9):
Етр = 98,65[lg(SNp) - 3,55] = 98,65[lg 2710379 - 3,55] = 284 МПа
6) Определяем коэффициент прочности по упругому прогибу:
.
Требуемый минимальный коэффициент прочности для расчета по допускаемому упругому прогибу 1,20 (табл. 3.1).
Следовательно, выбранная конструкция удовлетворяет условию прочности по допускаемому упругому прогибу.
4. Рассчитываем конструкцию по условию сдвигоустройчивости в грунте.
Действующие в грунте активные напряжения сдвига вычисляем по формуле (3.13):
Т = 
Для определения 
предварительно назначенную дорожную конструкцию приводим к двухслойной расчетной модели.
В качестве нижнего слоя модели принимаем грунт (супесь пылеватая) со следующими характеристиками: (при Wp = 0,7Wт и SNp = 2710379 авт.) Ен = 46 МПа (табл. П.2.5); j = 12° и с = 0,004 МПа (табл. П.2.4).
Модуль упругости верхнего слоя модели вычисляем по формуле (3.12), где значения модулей упругости материалов, содержащих органическое вяжущее, назначаем по табл. П.3.2 при расчетной температуре +20 °С (табл. 3.5).
МПа.
По отношениям 
и 
и при j = 12° с помощью номограммы (рис. 3.3) находим удельное активное напряжение сдвига: = 0,012 МПа.
По формуле (3.13): Т = 0,012×0,6 = 0,0072 МПа.
Предельное активное напряжение сдвига Тпр в песчаном слое определяем по формуле (3.14), где СN = 0,004 МПа, Кд = 4,0.
Zоп = 4 + 8 + 14 + 34 = 60 см.
jст = 35° (табл. П.2.6)
ycp = 0,002 кг/см2
Тпр = 0,004 + 0,1×0,002×60×tg 35° = 0,0124,
где 0,1 - коэффициент для перевода в МПа
, что больше 
(табл. 3.1).
5. Рассчитываем конструкцию на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе.
Расчет выполняем в следующем порядке:
а) Приводим конструкцию к двухслойной модели, где нижний слой модели - часть конструкции, расположенная ниже пакета асфальтобетонных слоев, т.е. щебеночное основание и грунт рабочего слоя. Модуль упругости нижнего слоя модели определяем по номограмме рис. 3.1.
Ен = 122 МПа
К верхнему слою относят все асфальтобетонные слои.
Модуль упругости верхнего слоя устанавливаем по формуле (3.12)
МПа.
Модули упругости асфальтобетонных слоев назначаем по табл. П.3.1.
б) По отношениям 
и 
по номограмме рис. 3.4 определяем 
= 1,1 МПа.
Расчетное растягивающее напряжение вычисляем по формуле (3.16):
= 1,1 0,6 0,85 = 0,56 МПа.
в) Вычисляем предельное растягивающее напряжение по формуле (3.17):
при Ro = 5,65 МПа для нижнего слоя асфальтобетонного пакета (табл. П.3.1)
vR = 0,10 (табл. П.4.1); t = 1,71 (табл. П.4.2)
- (формула 3.18)
m = 4; a = 6,3 (табл. П.3.1);
SNp = 2710379 авт.
k2 = 0,85 (табл. 3.6)
RN = 5,65×0,155×0,85(1 - 0,1×1,71) = 0,62
г) 
= 1,10, что больше, чем = 1,0 (табл. 3.1).
Вывод: выбранная конструкция удовлетворяет всем критериям прочности.
Проверка на морозоустойчивость
| Материал | Толщина слоя hод(i), м | Коэффициент теплопроводности lод(i), Вт/(мК) |
| Плотный асфальтобетон | 0,04 | 1,40 |
| Пористый асфальтобетон | 0,08 | 1,25 |
| Высокопористый асфальтобетон | 0,14 | 1,05 |
| Щебеночная смесь | 0,34 | 2,10 |
2. Аналогично п.п. 1-3 Проверки на морозоустойчивость Примера 1 предварительно ориентировочно определяем требуемую толщину дорожной одежды hод = 1,05 м и толщину морозозащитного слоя hмрз = 1,05 - 0,60 = 0,45 м. Для уточнения требуемой толщины морозозащитного слоя выполняем расчеты с учетом теплофизических характеристик отдельных слоев (Табл. П.5.1). Задаемся hмрз = 0,45.
Для использования в морозозащитном слое назначаем крупнозернистый песок с коэффициентами теплопроводности lг = 1,74 Вт/(мК) и lм = 2,32 Вт/(мК) соответственно в талом и мерзлом состояниях и определяем lср
lср = (1,74 + 2,32)/2 = 2,03 Вт/(мК)
3. По формуле (4.7) определяем термическое сопротивление дорожной одежды без морозозащитного слоя
= 0,04: 1,40 + 0,08: 1,25 + 0,14: 1,05 + 0,15: 2,2 + 0,34: 2,10 = 0,39 (м2 К/Вт).
4. По карте изолиний рис. 4.5 определяем номер изолинии - V;
5. По табл. 4.9 находим Спуч = 1,35;
6. По табл. 4.10 при общей толщине дорожной одежды hод = 1,05 м для сильнопучинистого грунта при помощи интерполяции определяем Ср = 0,645;
7. Вычисляем отношение lдоп/(Спуч×Ср) = 4/(1,35×0,645) = 4,59 см;
8. По номограмме рис. 4.6 определяем методом интерполяции приведенное термическое сопротивление Rпр = 0,79 (м2К/Вт);
9. По табл. 4.7 Код = 0,90; Кувл = 1,0 (п. 4.11); d = 0,95;
10. По формуле (4.7) Rод(тр) = Rпр×Код×Кувл×d = 0,68 (м2К/Вт);
11. По формуле (4.5) hмз = (Rод(тр) - Rод(о))×lмрз = (0,68 - 0,39)×2,03 = 0,59 м.
Разница между полученным и заданным значениями hмз превышает 5 см. Расчет продолжаем, задавшись hмз = 0,55 см.
12. По табл. 4.10 при общей толщине дорожной одежды hод = 1,35 м при помощи интерполяции определяем Ср = 0,615;
13. Вычисляем отношение lдоп/(Спуч×Ср) = 4/(1,35×0,615) = 4,82 см;
14. По номограмме рис. 4.6 определяем методом интерполяции приведенное термическое сопротивление Rпр = 0,79 (м2К/Вт);
15. По формуле (4.7) Rод(тр) = Rпр×Код×Кувл×d = 0,68 (м2К/Вт);
16. По формуле (4.5) hмз = (Rод(тр) - Rод(о))×lмрз = (0,68 - 0,39)×2,03 = 0,59 м.
Поскольку разница между полученным и заданным значениями hмз не превышает 5 см, принимаем hмз = 0,55 см.
Пример 4.
Требуется запроектировать дорожную одежду при следующих исходных данных:
- дорога располагается во II дорожно-климатической зоне, в Московской области;
- категория автомобильной дороги - II;
- заданный срок службы дорожной одежды - Тcл = 15 лет;
- приведенная к нагрузке типа А (Приложение 1 табл. П.1.1) интенсивность движения на конец срока службы Np = 1800 авт/сут; приращение интенсивности q = 1,04;
- грунт рабочего слоя земляного полотна - супесь пылеватая с расчетной влажностью 0,7 Wт, которая относится к сильнопучинистым грунтам;
- материал для основания - щебеночно-гравийно-песчаная смесь, укрепленная цементом и песок средней крупности;
- высота насыпи составляет 1,5 м;
- схема увлажнения рабочего слоя земляного полотна - III;
- глубина залегания грунтовых вод - 0,6 м.
1. Вычисляем суммарное расчетное количество приложений за срок службы:
Для расчета по допускаемому упругому прогибу и условию сдвигоустойчивости по формуле (3.6)
, где Кс = 20 (Приложение 6 табл. П.6.3).
Трдг = 125 дней (табл. П.6.1),
Кn = 1,49 (табл. 3.3)
авт.
2. Предварительно назначаем конструкцию и расчетные значения расчетных параметров:
- для расчета по допускаемому упругому прогибу (Приложение 2 табл. П.2.5, Приложение 3 табл. П.3.2 и Приложение 3 табл. П.3.8);
- для расчета по условию сдвигоустойчивости (Приложение 2 табл. П.2.4, Приложение 2 табл. П.2.6, Приложение 3 табл. П.3.2 и Приложение 3 табл. П.3.6);
- для расчета на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе (Приложение 3 табл. П.3.1 и Приложение 3 табл. П.3.6).
| № | Материал слоя | h слоя, см | Расчет по допустимому упруг. прогибу, Е, МПа | Расчет по усл. сдвигоустойчивости, Е, Па | Расчет на растяжение при изгибе | |||
| Е, МПа | Ro, МПа | a | m | |||||
| 1. | Асфальтобетон плотный на БНД марки 60/90 | 9,80 | 5,2 | 5,5 | ||||
| 2. | Асфальтобетон пористый на БНД марки 60/90 | 8,0 | 5,9 | 4,3 | ||||
| 3. | Асфальтобетон высокопористый на БНД марки 60/90 | 5,65 | 6,3 | 4,0 | ||||
| 4. | Щебеночно-гравийно-песчаная смесь, укрепленная цементом | - | - | - | ||||
| 5. | Песок средней крупности | - | - | - | ||||
| 6. | Супесь пылеватая Wp = 0,7Wт | - | - | - | - |
3. Расчет по допускаемому упругому прогибу ведем послойно, начиная с подстилающего грунта по номограмме рис. 3.1:
1) 
по Приложению 1 табл. П.1.1 р = 0,6 МПа, D = 37 см
МПа
2) 
МПа
3) 
МПа
4) 
МПа
5) 
МПа
6) Требуемый модуль упругости определяем по формуле (3.9):
Етр = 98,65[lg(SNp) - 3,55] = 98,65[lg 2710379 - 3,55] = 284 МПа
7) Определяем коэффициент прочности по упругому прогибу:
.
Требуемый минимальный коэффициент прочности для расчета по допускаемому упругому прогибу 1,20 (табл. 3.1).
Следовательно, выбранная конструкция удовлетворяет условию прочности по допускаемому упругому прогибу.
4. Рассчитываем конструкцию по условию сдвигоустойчивости в грунте. Действующие в грунте активные напряжения сдвига вычисляем по формуле (3.13):
Т =
Для определения предварительно назначенную дорожную конструкцию приводим к двухслойной расчетной модели.
В качестве нижнего слоя модели принимаем грунт (супесь пылеватая) со следующими характеристиками: (при Wp = 0,7Wт и SNp = 2710379 авт.) Ен = 46 МПа (табл. П.2.5); j = 12° и с = 0,004 МПа (табл. П.2.4).
Модуль упругости верхнего слоя модели вычисляем по формуле (3.12), где значения модулей упругости материалов, содержащих органическое вяжущее, назначаем по табл. П.3.2 при расчетной температуре +20 °С (табл. 3.5).
МПа.
