Приложение Г. Учет влияния вибрации на расчетные характеристики подстилающих дорожную одежду грунтов

Приложение Г

Учет влияния вибрации на расчетные характеристики подстилающих дорожную одежду грунтов

Данные методические рекомендации основываются на применении, для решения задач проектирования дорожных одежд, основных положений ОДН 218.2.068-2016 "Рекомендации по учету динамического воздействия от современных транспортных средств при расчетах прочности, устойчивости и деформативности земляного полотна" [13].

При проектировании конструкций дорожных одежд необходимо в максимальной степени обеспечить высокий уровень их надежности по прочности под действием всех возможных внешних и внутренних нагрузок и воздействий. Одним из воздействий, которое необходимо учитывать, является вибрация (колебания с частотой, измеряемой тысячами Гц), обусловленная динамическим характером подвижной транспортной нагрузки. Вибрация, в той или иной мере, проявляет себя во всех конструктивных слоях дорожной одежды и в слоях земляного полотна. При этом ее негативное влияние на дорожную конструкцию выражается, в частности, в том, что вибрационное воздействие может приводить к значительному снижению расчетных прочностных и деформативных характеристик, прежде всего, подстилающих грунтов.

Влияния вибрации на дорожную конструкцию постепенно затухает по глубине, но, тем не менее, может распространяться на глубину до 3 м от поверхности дорожной одежды [14]. Т.е. вибрационное воздействие, как правило, захватывает подстилающие дорожную одежду грунты земляного полотна в пределах рабочего слоя и глубже. В общем случае, распространение колебаний в дорожной одежде и в теле земляного полотна (а также за его пределами) происходит одновременно в вертикальном и горизонтальном направлениях. Однако, для случая проектирования дорожной одежды, можно ограничиться учетом только расчетных амплитуд вертикальных колебаний в пределах ширины дорожной одежды.

Для грунтов земляного полотна под дорожной одеждой вибрационное воздействие можно оценивать расчетной амплитудой результирующих колебаний, возникающих при движении транспортных средств с высокой скоростью. Расчетную амплитуду колебаний на поверхности грунта рабочего слоя земляного полотна допускается определять по зависимости:

, (Г.1)

где - расчетная амплитуда колебаний грунтов земляного полотна в пределах ширины дорожной одежды, мкм;

- нормативное значение модуля упругости грунта при расчетной влажности ( и принимаются по ПНСТ 265-2018 или на основании иных источников информации), МПа;

Q - нормативная статическая нагрузка на ось, кН; - сумма приведенных толщин слоев дорожной одежды, м.

Приведенная толщина слоя дорожной одежды вычисляется по зависимости [14]:

, (Г.2)

где - проектная толщина слоя, м;

- нормативное значение кратковременного модуля упругости материала слоя, принимаемое по ПНСТ 265-2018 или на основании иных источников информации для условий расчета дорожной одежды по критерию упругого прогиба (при температуре +10°С), МПа;

- нормативное значение кратковременного модуля упругости материала слоя, принимаемое по ПНСТ 265-2018 или на основании иных источников информации для расчета дорожной одежды в условиях приведения, МПа. Условиями приведения являются: расчетные температуры для асфальтобетонных слоев, отличающиеся от +10°С (например, +50°С), влажность грунта, отличающаяся от расчетной, а также действие других факторов, приводящее к увеличению модуля упругости слоя (например, армирование).

Расчетные параметры, характеризующие сопротивление сдвигу, а также деформативные свойства грунтов при вибрационном воздействии, в зависимости от расчетной амплитуды колебаний, определяются соотношениями:

(Г.3)

(Г.4)

(Г.5)

где

- максимальное относительное снижение удельного сцепления грунта при вибрационном воздействии;

- максимальное относительное снижение угла внутреннего трения грунта при вибрационном воздействии;

- максимальное относительное снижение модуля упругости грунта при вибрационном воздействии;

, , - нормативные (расчетные) значения удельного сцепления, угла внутреннего трения и модуля упругости материала с учетом числа приложения расчетных нагрузок (принимаются по справочной базе данных ПНСТ 265-2018);

, , - расчетные значения удельного сцепления, угла внутреннего трения и модуля упругости материала с учетом вибрационного воздействия;

- амплитуда колебаний (мкм), определяемая по формуле (Г.1);

K, К'- соответственно, коэффициенты виброразрушения и вибродеформирования материалов, при отсутствии экспериментально определенных значений могут приниматься в соответствии с таблицами Г.1 и Г.2.

Таблица Г.1 - Коэффициенты виброразрушения и вибродеформирования глинистых грунтов

Показатели	Наименование и относительная влажность грунта
	Супеси		Суглинки			Глины
K	0,006	0,025	0,006	0,011	0,02	0,005	0,010	0,015
K'	0,007	0,02	0,008	0,012	0,015	0,010	0,012	0,018

Таблица Г.2 - Коэффициенты виброразрушения и вибродеформирования песчаных грунтов

Показатели	Наименование материала
	Пески гравелистые, крупные, средней крупности	Пески мелкие	Пески пылеватые
K	0,006	0,012	0,019
K'	0,005	0,013	0,022

Основными показателями, определяющими чувствительность механических свойств материалов дорожных одежд и грунтов земляного полотна к вибрационному воздействию, являются:

- максимальное относительное снижение удельного сцепления материала при действии транспортной динамической нагрузки, ;

- максимальное относительное снижение угла внутреннего трения материала при действии транспортной динамической нагрузки, ;

- максимальное относительное снижение модуля упругости материала при действии транспортной динамической нагрузки, .

Эти показатели следует, как правило, определять по результатам непосредственных испытаний материалов в лабораторных условиях. Допускается для предварительных расчетов, а также при отсутствии или недостаточности опытных данных, использовать показатели , , и , приведенные в таблицах Г.3 и Г.4.

Таблица Г.3 - Показатели чувствительности механических свойств связных (глинистых) грунтов к вибрационному воздействию

Показатели	Наименование и относительная влажность грунта
	Супеси		Суглинки			Глины
	0,10	0,60	0,20	0,50	0,15	0,15	0,55	0,13
	0,07	0,40	0,10	0,40	0,08	0,09	0,45	0,10
	0,15	0,35	0,15	0,25	0,20	0,12	0,24	0,18

Таблица Г.4 - Показатели чувствительности механических свойств не связных (песчаных) грунтов к вибрационному воздействию

Показатели	Наименование материала
	Пески гравелистые, крупные, средней крупности	Пески мелкие	Пески пылеватые
	0,10	0,20	0,30
	0,15	0,18	0,20
	0,10	0,18	0,25

Применение данной методики учета вибрационного воздействия на грунты земляного полотна позволяет получить более точную оценку прочности дорожных одежд автомобильных дорог. С этой целью, вместо предусмотренных справочной базой ПНСТ 265-2018 стандартных расчетных характеристик грунтов , , , рекомендуется использовать при всех видах прочностных расчетов дорожных одежд, в условиях динамического нагружения, откорректированные с учетом вибрационного воздействия значения , , . Примеры применения методики представлены ниже

Пример 1. Определить уточненные, с учетом вибрационного воздействия, расчетные характеристики грунта для проверочного расчета на упругий прогиб следующей дорожной одежды:

1. Плотный м/з а/б тип А (БНД 60/90) - см

2. Пористый к/з а/б (БНД 60/90) - см

3. Пористый к/з а/б (БНД 60/90) - см

4. ЩПС С-5 - см

5. Песок средней крупности - см

Грунт з/п - суглинок легкий (Wp = 0,805 Wт).

Суммарное расчетное число приложений нагрузки на ось 115 кН - 7000000.

Нормативные и расчетные значения характеристик материалов при стандартном расчете на упругий прогиб (расчетная температура +10°С) [2]:

1. Плотный м/з а/б тип А (БНД 60/90) - МПа

2. Пористый к/з а/б (БНД 60/90) - МПа

3. Пористый к/з а/б (БНД 60/90) - МПа

4. ЩПС С-5 - МПа

5. Песок средней крупности - МПа

Грунт з/п - суглинок легкий - МПа, МПа, градус.

Условия приведения при заданной проверке совпадают со стандартными: расчетная температура асфальтобетона +10°С. Расчетная влажность грунта не меняется по сравнению с расчетной влажностью при проверке дорожной одежды по критерию упругого прогиба. Приведенная толщина дорожной одежды:

м

Результирующая амплитуда колебаний на поверхности грунта рабочего слоя земляного полотна:

мкм

К = 0,02

К' = 0,015

МПа

градуса

МПа

Вывод: Для выполнения прочностного расчета дорожной одежды по критерию упругого прогиба, с учетом вибрационного воздействия от движущихся транспортных средств, следует принять уточненный с учетом вибрационного воздействия расчетный модуль упругости грунта: Е = 25,9 МПа (вместо Е = 29,0 МПа).

Справочно, при данных условиях приведения грунт имеет следующие сдвиговые характеристики: С = 0,0018 МПа (вместо С = 0,002 МПа); (вместо ).

Пример 2. Определить уточненные, с учетом вибрационного воздействия, расчетные характеристики грунта для дополнительного проверочного расчета на сдвиг в подстилающем грунте дорожной одежды из примера 1 в условиях, приведенных к жаркому летнему периоду (температура а/б слоев +50°С, расчетная влажность грунта 0,6 Wi'). Расчетная нагрузка на ось и число приложений расчетной нагрузки принимается аналогично примеру 1. Нормативные и расчетные значения характеристик материалов слоев дорожной одежды (за исключением грунта) при стандартном расчете на упругий прогиб также принимаются по примеру 1.

Нормативные и расчетные значения характеристик материалов для условий приведения (расчетная температура +50°С, влажность грунта 0,6 Wт [2]:

1. Плотный м/з а/б тип А (БНД 60/90) - МПа

2. Пористый к/з а/б (БНД 60/90) - Е2 = 360 МПа

3. Пористый к/з а/б (БНД 60/90) - Е3 = 360 МПа

4. ЩПС С-5 - Е4 = 260 МПа

5. Песок средней крупности - Е5 = 120 МПа

Грунт з/п - суглинок легкий - Егр = Ест = 72 МПа, Сст = 0,012 МПа, градусов.

Приведенная толщина дорожной одежды:

м

Результирующая амплитуда колебаний на поверхности грунта рабочего слоя земляного полотна:

мкм

К = 0,011

К' = 0,012

КЕу = 0,25

МПа

градусов

МПа

Вывод: Для выполнения дополнительного прочностного расчета дорожной одежды по критерию сдвига в подстилающих грунтах в условиях жаркого летнего периода, с учетом вибрационного воздействия от движущихся транспортных средств, следует принять уточненные с учетом вибрационного воздействия расчетные значения грунта:

С = 0,0103 МПа (вместо С = 0,012 МПа);

(вместо );

Е = 66,6 МПа (вместо Е = 72 МПа).