Приложение В. Методика проверочного расчета асфальтобетонного покрытия, армированного стальной сеткой, на сдвигоустойчивость

Приложение В
Методика
проверочного расчета асфальтобетонного покрытия, армированного стальной сеткой, на сдвигоустойчивость

В.1 Настоящая методика предназначена для предотвращения недопустимых сдвиговых деформаций асфальтобетонных покрытий в виде наплывов, гребенки и разрывов на участках автомобильных дорог, где могут иметь место высокие сдвигающие усилия под действием колес разгоняющихся, тормозящих или совершающих поворот автомобилей. В том числе на участках спусков и подъемов, на участках поворотов, на участках остановок общественного транспорта, на участках регулируемых пересечений с автомобильными и железными дорогами, на участках контроля доступа и т. д. Проверка проводится для условий жаркого летнего периода, когда, в результате нагревания до +50°С и выше, асфальтобетоны имеют минимальную сдвигоустойчивость.

В.2 Сдвигоустойчивость асфальтобетонного покрытия считается обеспеченной при выполнении в каждом слое условия:

, (В.1)

где - требуемый коэффициент прочности по критерию сдвига, принимаемый в соответствии с действующими нормативными требованиями ПНСТ 265-2018;

- предельное напряжение сдвига неармированного или армированного асфальтобетона в плоскости асфальтобетонного покрытия на глубине "Z" от поверхности покрытия (вычисляется в соответствии с п. В.3), МПа;

- напряжение сдвига в плоскости асфальтобетонного покрытия на глубине "Z" от поверхности покрытия (вычисляется в соответствии с п. В.4), МПа.

В.3 Величина вычисляется по формуле:

, (В.2)

где - предельное напряжение сдвига в плоскости "Z", действующее в центре проекции отпечатка колеса, МПа;

- сцепление при сдвиге в материале дорожного покрытия, расположенного в плоскости "Z" (определяется по Приложению А), МПа;

- угол внутреннего трения в материале дорожного покрытия, расположенного в плоскости "Z" (определяется по Приложению А), градусы;

- нормальное (сжимающее) напряжение, возникающее в плоскости "Z" дорожного покрытия в центре проекции площадки нагружения в результате действия нормального давления и сдвигающего усилия :

, (В.3)

где - нормальное (сжимающее) напряжение, возникающее в плоскости "Z" дорожного покрытия в центре проекции площадки нагружения в результате действия нормального давления (вычисляется в соответствии с п. В.7), МПа;

- нормальное (сжимающее) напряжение, возникающее в плоскости "Z" дорожного покрытия в центре проекции площадки нагружения в результате действия сдвигающего усилия (вычисляется в соответствии с п. В.7), МПа.

При динамическом нагружении (движущийся автомобиль) в расчете учитываются оба компонента сжимающего напряжения - и . При статическом нагружении (автомобиль длительное время, 1 минута и более, стоит на месте) в формуле В.3 учитывается только .

- коэффициент усталости асфальтобетона под воздействием сдвиговых напряжений при температуре +50°С, при отсутствии фактических данных может быть вычислен по формуле:

, (В.4)

где - продолжительность нагружения образца асфальтобетона при стандартных лабораторных испытаниях по определению характеристик сдвигоустойчивости (п.18 ГОСТ 12801-98) при температуре +50°С и скорости перемещения плиты пресса 50 мм/мин, с. При отсутствии фактических данных допускается принимать с;

- длительность воздействия транспортной нагрузки под колесом автомобиля, с. При отсутствии фактических данных допускается принимать для движущегося автомобиля по таблице В.4, либо рассчитывать по формуле:

, (В.5)

где , км/ч;

и - соответственно максимальная и минимальная скорости при движении автомобиля в режиме разгона или торможения. При торможении до полной остановки или при начале движения после остановки, ;

- диаметр отпечатка колеса движущегося автомобиля по ПНСТ 265-2018, м.

В местах остановок транспортных средств (регулируемые пересечения с автомобильными или железными дорогами, остановочные площадки общественного транспорта, зоны контроля доступа) допускается принимать с, в местах стоянки транспортных средств (парковки и т. п.) допускается принимать с;

- суммарное, за период эксплуатации дорожного покрытия, число приложений расчетной нагрузки, приводящей к накоплению сдвиговых деформаций формоизменения асфальтобетона. Вычисляется по формуле:

, (В.6)

где - расчетное количество дней в году, сдвигоопасных для асфальтобетонного покрытия (приведенное к температуре асфальтобетонного покрытия +50°С и выше), дни. Определяется по методике п. 5.1 части 2 ОДМ "Рекомендации по выявлению и устранению колей на нежестких дорожных одеждах. М.: Росавтодор, 2002 г" [6]. Допускается принимать значение по аналогии с ближайшим населенным пунктом по таблице В.5;

- среднесуточная интенсивность расчетной нагрузки по автомобильной дороге в первый год после ее строительства или ремонта, ед/сут. Принимается на основании натурных наблюдений, данных проекта, справочных данных или определяется по методике ПНСТ 265-2018;

- коэффициент полосности для рассматриваемой полосы движения (принимается по ПНСТ 265-2018);

- коэффициент неравномерности движения по ПНСТ 265-2018;

- безразмерный коэффициент приведения расчетной нагрузки к расчетным условиям по сдвигоустойчивости, вычисляется по формуле:

, (В.7)

где - нагрузка на ось расчетного автомобиля (А), т;

- коэффициент суммирования расчетной нагрузки за период срока службы дорожного покрытия, определяется по формуле:

, (В.8)

где q - показатель изменения интенсивности движения, доли единицы (принимается на основании результатов натурных наблюдений, по данным проекта или по справочным данным);

- срок службы дорожного асфальтобетонного покрытия, принимается равным сроку службы дорожной одежды, межремонтному сроку, периодичности замены верхнего слоя дорожного асфальтобетонного покрытия или в соответствии с заданием на проектирование, год;

- коэффициент повторяемости (смещения) расчетной нагрузки относительно рассматриваемой при расчете точки на поверхности дорожного покрытия, определяется по результатам натурных наблюдений. При отсутствии фактических данных допускается для движущегося автомобиля принимать и для остановившегося или начинающего движение после остановки автомобиля ;

- коэффициент транзитности, отражающий долю транспортного потока, которая будет участвовать в режиме движения, создающем повышенные сдвиговые усилия (например, доля автомобилей, которые будут останавливаться на включенный запрещающий сигнал светофора, в отличие от автомобилей, проходящих транзитом через пересечение а/д в фазе включенного разрешающего сигнала светофора). Коэффициент транзитности может определяться по результатам натурных наблюдений, на основании данных проекта или на основании справочных данных. При отсутствии фактических данных допускается для полос движения основного хода автомобильной дороги в зоне регулируемого пересечения с другой равнозначной а/д принимать , в зоне регулируемого пересечения с ж/д допускается принимать . В остальных случаях допускается принимать .

- коэффициент пластичности асфальтобетона, при наличии фактических данных вычисляется по формуле:

, (В.9)

где и - определенные по стандартной лабораторной методике показатели прочности асфальтобетона при сжатии, соответственно при скорости деформирования 50 и 3 мм/мин, МПа. При отсутствии фактических данных допускается принимать .

В.4 Величина вычисляется как сумма сдвигающих напряжений, действующих в плоскости "Z" в центре проекции отпечатка колеса:

, (В.10)

где - напряжение сдвига в плоскости "Z" (вычисляется в соответствии с п. В.8), обусловленное действием на дорожное покрытие нормального, распределенного по площади контакта колеса с покрытием, давления , МПа;

- напряжение сдвига в плоскости "Z" (вычисляется в соответствии с п. В.9), обусловленное действием на дорожное покрытие горизонтального, распределенного по площади контакта колеса с покрытием, усилия , МПа.

В.5 Давление (МПа) равно расчетному давлению колеса р по ПНСТ 265-2018. Сдвигающее усилие (МПа), в зависимости от режима движения автомобиля, допускается принимать в соответствии с таблицей В.1.

В.6 Используемые для дальнейших расчетов значения сдвигающего усилия должны соответствовать условию:

, (В.11)

где - коэффициент сцепления колеса с дорожным покрытием, при отсутствии фактических данных допускается принимать .

Таблица В.1 - Расчетные значения (МПа) для расчетных нагрузок в зависимости от режима движения

Режим движения	Скорость движения, км/ч				Продольный уклон,
	40	60	90	110
1. Начало движения, ускорение до заданной скорости (прямой участок, поворот)					Любой
2. Установившийся скоростной режим (прямой участок)	0,17 ------- 0,16	0,21 ------- 0,20	0,31 ------- 0,29	0,39 ------- 0,36	Горизонтальный участок
3. Подъем (прямой участок)	0,27 0,25	0,32 0,30	0,42 0,39		10
	0,38 0,35	0,42 0,39			20
					>30
4. Спуск (прямой участок)	0,0	0,0	0,0	0,0	<10
	0,04 0,04	0,0	0,0	0,0	20
	0,15 0,14	0,1 0,09	0,0	0,0	30
	0,25 0,23	0,21 0,20	0,11 0,10	0,03 0,03	40
	0,36 0,33	0,32 0,30	0,22 0,20	0,14 0,13	50
		0,41 0,38	0,32 0,30	0,24 0,22	60
					>70
5. Движение на повороте					Любой
6. Торможение (прямой участок, поворот)					Любой

Примечание: В числителе приведены значения для расчетной нагрузки А 11,5 т при давлении колеса р=0,8 МПа, в знаменателе - для расчетной нагрузки А 10 т при давлении колеса р=0,6 МПа.

В.7 Сжимающие напряжения в плоскости "Z" допускается вычислять по приближенным зависимостям, применимым при :

, (В.12)

, (В.13)

где Z - глубина расположения плоскости "Z" от поверхности дорожного покрытия, м;

D - диаметр отпечатка колеса, м.

В.8 Сдвигающие напряжения в плоскости "Z" допускается вычислять с использованием номограммы на рисунке В.1 .

Порядок расчета по номограмме следующий. По формуле (В.14) вычисляют средний модуль упругости (МПа) слоев асфальтобетона, расположенных выше плоскости Z (на номограмме глубина Z обозначена как h, м).

Рис. В.1 - Номограмма для определения напряжения сдвига в слое асфальтобетона от единичной нагрузки р=1

, (В.14)

где n - число слоев дорожной одежды выше плоскости Z (включая неполный слой, если проверяется сдвигоустойчивость внутри этого слоя);

- толщина i-го слоя (включая полную толщину слоя, если проверяется сдвигоустойчивость внутри этого слоя), м;

- модуль упругости i-го слоя, МПа.

В том случае, когда плоскость "Z" проходит внутри конструктивного слоя, с целью унификации расчетов с действующими методиками проектирования дорожных одежд, соответствующая толщина приближенно принимается, при вычислении , равной проектной толщине этого слоя.

При этом в условиях динамического нагружения (движущиеся автомобили), в расчете принимаются значения кратковременных модулей упругости асфальтобетонов при температуре +50°С по ПНСТ 265-2018. При статическом нагружении (остановки общественного транспорта, стоянки, зоны образования колонны стоящих автомобилей при остановке перед стоп-линией) - принимаются соответствующие значения модулей упругости асфальтобетонов при расчете на длительную нагрузку.

Далее, по стандартной методике ПНСТ 265-2018 (или аналогичной) определяют общий модуль упругости на поверхности подстилающего основания. При этом расчетные модули упругости материалов (в том числе - асфальтобетонов, расположенных ниже плоскости "Z") принимаются в зависимости от расчетного режима нагружения - при наличии информации о влиянии режима нагружения на расчетный модуль упругости конкретного материала. При отсутствии данных о фактической влажности грунтов в жаркий летний период, расчетная влажность подстилающих дорожную одежду грунтов принимается по стандартной методике ПНСТ 265-2018. По известным из предварительных расчетов данным, находят отношения и , где - суммарная толщина пакета проверяемых слоев асфальтобетона (соответствует глубине Z). В том случае, когда плоскость "Z" проходит внутри конструктивного слоя, с целью унификации расчетов с действующими методиками проектирования дорожных одежд, соответствующая толщина приближенно принимается, при вычислении , равной проектной толщине этого слоя. При , принимается .

Затем по номограмме (см. рис. В.1) находят на вертикальной оси напряжение сдвига от единичной вертикальной нагрузки (МПа).

Расчетное напряжение сдвига в плоскости "Z" от действия нормального давления составит . Где - расчетное давление на покрытие, а - поправочный коэффициент, учитывающий условия контакта между слоями асфальтобетона. При наличии битумной подгрунтовки между слоями или при наличии в зоне контакта между слоями ЛЭМС , при сцеплении слоев только за счет трения - .

В соответствии с границами номограммы, данная методика расчета рекомендуется при .

В.9 Сдвигающие напряжения в плоскости "Z" допускается вычислять при по приближенной зависимости:

, (В.15)

где - сдвигающее напряжение на поверхности дорожного покрытия под колесом движущегося автомобиля (для неподвижно стоящего автомобиля ), МПа;

- поправочный коэффициент, учитывающий условия контакта между слоями асфальтобетона. При наличии битумной подгрунтовки между слоями или при наличии в зоне контакта между слоями ЛЭМС , при сцеплении слоев только за счет трения - ;

Z - глубина расположения плоскости "Z" от поверхности дорожного покрытия, м;

D - диаметр отпечатка колеса, м.

В.10 Рекомендуется обязательно проводить дополнительную проверку на сдвигоустойчивость асфальтобетонных покрытий на участках автомобильных дорог, указанных в таблице В.2. Дополнительная проверка на сдвигоустойчивость асфальтобетонных покрытий на других участках автомобильных дорог, в том числе на прямых участках с установившимся скоростным режимом дорожного движения, может проводиться по мере необходимости.

Таблица В.2 - Участки автомобильных дорог, рекомендуемые для дополнительной проверки на сдвигоустойчивость асфальтобетонных покрытий

Участок а/д	Параметр	Разрешенная скорость движения, км/ч
		40	60	90	110
1. Регулируемые пересечения с а/д и ж/д, пункты взимания платы за проезд, зоны контроля доступа а/т	Длина зоны разгона после стоп-линии по основному ходу а/д, м	20	70	240	435
	Длина зоны торможения перед стоп-линией по основному ходу а/д *, м	25	50	115	175
2. Регулируемые и не регулируемые пересечения автомобильных дорог в одном уровне	Переходно-скоростные полосы	По всей длине переходно-скоростных полос
3. Места остановки общественного транспорта	Останово чная площадка (ОП) и переходно-скоростные полосы (ПСП)	По всей длине ОП и ПСП
4. Участки подъема	С продольным уклоном более 20	По всей длине участка
5. Участки спуска	С продольным уклоном более 30	По всей длине участка
6. Участки поворота	Круговые кривые (КК) и переходные кривые (ПК)	По всей длине КК и ПК

Примечание ^*: Длина зоны торможения, в зависимости от категории дороги, увеличивается на длину колонны автомобилей, скапливающихся за время остановки перед стоп-линией. Рекомендуемая усредненная длина колонны приведена в таблице В.3.

Таблица В.3 - Длина колонны остановившихся автомобилей , на которую необходимо увеличить протяженность зоны торможения перед стоп-линией

Категория а/д	I	II	III	IV
Длина колонны, м	180	180	90	25

Таблица В.4 - Длительность воздействия транспортной нагрузки при движении на подъем

Характер местности	Категория дороги	Длительность (с) воздействия транспортной нагрузки , при продольном уклоне
		<30	30 ... 40	41 ... 50	51 ... 60	61 ... 70	71 ... 80	>80
Равнинный	Iа	0,011	0,012	0,013	0,014	0,014	0,015	0,018
	Iб	0,013	0,014	0,016	0,017	0,018	0,019	0,022
	II	0,016	0,017	0,02	0,021	0,022	0,024	0,028
	III	0,02	0,021	0,024	0,025	0,027	0,029	0,035
	IV	0,025	0,027	0,03	0,033	0,035	0,039	0,047
	V	0,035	0,038	0,044	0,047	0,052	0,057	0,073
Пересеченный	Iа	0,013	0,014	0,016	0,017	0,018	0,019	0,022
	Iб	0,016	0,017	0,018	0,02	0,021	0,022	0,026
	II	0,02	0,021	0,024	0,025	0,027	0,029	0,035
	III	0,025	0,027	0,03	0,033	0,035	0,039	0,047
	IV	0,035	0,038	0,044	0,047	0,052	0,057	0,073
	V	0,062	0,067	0,08	0,089	0,101	0,116	0,165
Горный	Iа	0,019	0,02	0,023	0,024	0,026	0,027	0,032
	Iб	0,026	0,027	0,03	0,032	0,034	0,036	0,042
	II	0,035	0,038	0,044	0,047	0,052	0,057	0,073
	III	0,045	0,048	0,056	0,062	0,068	0,076	0,101
	IV	0,062	0,067	0,08	0,089	0,101	0,116	0,165
	V	0,101	0,110	0,14	0,165	0,197	0,244	0,471

Примечание: При движении на спуск, во всех случаях, значения принимают по столбцу "< 30" с понижением на 20% (умножив на 0,8).

Таблица В.5 - Расчетное количество дней в году , сдвигоопасных для асфальтобетонного покрытия

п/п	Географический пункт	, дни
	Майкоп	9
	Барнаул	4,5
	Благовещенск	6,5
	Архангельск	2
	Астрахань	13
	Уфа	4,5
	Белгород	8
	Брянск	4
	Улан-Уде	9,5
0	Владимир	3,5
1	Волгоград	14
2	Вологда	2,5
3	Воронеж	8
4	Махачкала	24,5
5	Иваново	2,5
6	Иркутск	5,5
7	Нальчик	12,5
8	Калининград	3,5
9	Элиста	16,5
0	Калуга	3,5
1	Петропавловск-Камчатский	1,0
2	Черкесск	7,5
3	Петрозаводск	3
4	Кемерово	2,5
5	Вятка	3
6	Ухта	2
7	Кострома	2,5
8	Краснодар	11,5
9	Сочи	11
0	Красноярск	9
1	Курган	4
2	Курск	5,5
3	Липецк	7,5
4	С-Петербург	2
5	Магадан	0,5
6	Йошкар-Ола	3
7	Саранск	5
8	Москва	3
9	Мурманск	1
0	Нижний Новгород	3,5
1	Новосибирск	3
2	Омск	3,5
3	Оренбург	12,5
4	Орел	4,5
5	Пенза	6
6	Пермь	3,5
7	Владивосток	2,5
8	Псков	2,5
9	Ростов-на-Дону	22
0	Рязань	4,5
1	Самара	8,5
2	Саратов	12,5
3	Южно-Сахалинск	2,5
4	Екатеринбург	2,5
5	Владикавказ	9
6	Смоленск	2
7	Ставрополь	16,5
8	Тамбов	7,5
9	Казань	4,5
0	Тверь	2,5
1	Томск	6,5
2	Кызыл	4
3	Тула	4,5
4	Тюмень	2
5	Ижевск	3
6	Ульяновск	5
7	Хабаровск	7,5
8	Челябинск	3,5
9	Грозный	8
0	Чита	6,5
1	Якутск	6,5
2	Ярославль	2,5
3	Симферополь	6,5
4	Ялта	12
5	Феодосия	12
6	Клепенино	7,5
7	Тихорецк	10
8	Миллерово	16
9	Братск	4,5
0	Ачинск	6
1	Сыктывкар	3,5
2	Ханты-Мансийск	3,5
3	Сургут	3
4	Абакан	3,5
5	В. Новгород	2
6	Тура	2
7	Дальнереченск	8,5
8	Оха	1
9	Ноглики	1
0	Поронайск	2
1	Александровск-Сахалинский	2
2	Советская Гавань	1,5
3	Комсомольск на Амуре	7,5
4	Николаевск на Амуре	2
5	Свободный	3,5
6	Сковородино	5,5
7	Ерофей Павлович	6
8	Тында	3,5
9	Алдан	3
00	Нера	2
01	Салехард	1
02	Игарка	1,5
03	Верхоянск	1,5
04	Бийск	3,5
05	Змеиногорск	4
06	Кош-Агачь	1,5