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