Приложение А. Расчетные характеристики армирующего слоя и армированного асфальтобетона

Приложение А
Расчетные характеристики
армирующего слоя и армированного асфальтобетона

А.1 Определение расчетных характеристик армирующего слоя следует начинать с определения характеристики жесткости армирующей сетки. В качестве характеристики жесткости армирующей сетки принимается эквивалентный модуль упругости расчетной континуальной модели сетки в виде тонкой сплошной однородной пластины, характеризующейся толщиной и эквивалентной продольной жесткостью .

В качестве толщины модели стальной армирующей сетки с поперечными стержнями принимается высота сечения поперечного стержня. Для других типов армирующих сеток в качестве толщины принимается толщина прядей, ребер или проволок сетки.

Расчетное значение определяется по формуле:

, (А.1)

где - модуль упругости материала сетки (принимается по данным производителя или по справочным данным), МПа;

и - суммарная площадь сечения всех прядей, ребер, стержней или проволок в расчете на один погонный метр сетки, соответственно в продольном и поперечном направлении рулона (площадь прядей, ребер, стержней или проволок сетки принимается в сечении, перпендикулярном к продольной оси этих элементов), ;

K - коэффициент перехода от линейного к плоскому напряженно-деформированному состоянию (для стальных сеток с поперечным стержнем принимается K=1,6, в остальных случаях принимается K=1,25).

Расчетные значения , в зависимости от вида материала и типа армирующей сетки, допускается принимать по таблице А.1.

Таблица А.1 - Значения эквивалентного модуля упругости армирующей сетки

N п/п	Вид материала сетки	Модуль упругости материала сетки , МПа	Тип сетки	Модуль упругости сетки , МПа	Примечания
1.	Стальная проволока	210000	Тяжелая, мм	7500
2.	Стальная проволока	210000	Средняя, мм	6000
3.	Стальная проволока	210000	Легкая, мм	4500
4.	Стекловолокно	27700	Размер ячейки 50х50 мм, разрывная нагрузка 100 кН/м, относительная деформация при разрыве 3%, толщина прядей сетки  мм	3450	Для технико-экономического сравнения с вариантами асфальтобетонных слоев, армированных стальной сеткой
5.	Поливинилалкоголь (PVA)	4750	Размер ячейки 40х40 мм, разрывная нагрузка 50 кН/м, относительная деформация при разрыве 5%, толщина прядей сетки  мм	590	Для технико-экономического сравнения с вариантами асфальтобетонных слоев, армированных стальной сеткой
6.	Полиэфир	3000	Размер ячейки 50х50 мм, разрывная нагрузка 100 кН/м, относительная деформация при разрыве 13%, толщина ребер сетки  мм	370	Для технико-экономического сравнения с вариантами асфальтобетонных слоев, армированных стальной сеткой

А.2 Определение расчетных характеристик материала, заполняющего ячейки армирующей сетки.

В том случае, когда закрепление сетки на основании осуществляется с использованием ЛЭМС, расчетные характеристики заполняющего ячейки сетки материала (матрицы) принимаются по таблице А.2.

В том случае, когда асфальтобетонная смесь укладывается непосредственно на сетку (без предварительного закрепления сетки с использованием ЛЭМС), расчетные характеристики заполняющего ячейки сетки материала принимаются на основании данных нормативной справочной базы ПНСТ 265-2018, [13] в зависимости от типа укладываемого на сетку асфальтобетона (ГОСТ 9128, ГОСТ 31015, ГОСТ Р 58401.1-2019, ГОСТ Р 58401.2-2019 и др.). Для литого асфальтобетона расчетные характеристики допускается принимать по таблице А.2.

А.3 Определение расчетных характеристик композитного армирующего слоя.

Композитный армирующий слой состоит из армирующей сетки и заполняющего ее ячейки материала (ЛЭМС или асфальтобетон). В данных методических рекомендациях применена расчетная континуальная модель армирующего слоя, характеризующаяся толщиной и эквивалентной жесткостью .

Толщина расчетной модели в случае стальной сетки с поперечными жесткими стержнями равна высоте сечения этого стержня (см. табл. 5.3). В остальных случаях толщина модели равна толщине прядей или ребер сетки (см. табл. А.1 или технические условия на соответствующие армирующие материалы).

В качестве характеристики жесткости армирующего слоя, принят модуль упругости расчетной континуальной модели . При отсутствии экспериментальных данных, допускается определять величину модуля по формуле:

, (А.2)

где - эквивалентный модуль упругости армирующего слоя, МПа;

- эквивалентный модуль упругости армирующей сетки по таблице А.1 или по формуле А.1, МПа;

- расчетный модуль упругости материала матрицы, заполняющего ячейки сетки, по таблице А.2 или по нормативной справочной базе (в соответствии с п. А.2), МПа.

Вследствие малой толщины армирующего слоя величина принимается постоянной по всей его толщине.

В расчетной модели принято, что армирование не изменяет физико-химическую природу структурных связей в ЛЭМС или асфальтобетоне. Поэтому, предельная относительная деформация растяжения или сжатия ЛЭМС и асфальтобетона в ячейках сетки сохраняется на уровне не армированного материала. Повышение жесткости и трещиностойкости материала матрицы в композитном армирующем слое происходит в результате механического бокового сдерживания арматурой материала матрицы при совместном деформировании и выражается в повышении эквивалентного модуля упругости и предельной разрушающей нагрузки для всего композитного армирующего слоя. Предельным состоянием по трещиностойкости для армирующего слоя является не разрыв армирующей сетки, а образование трещины в матрице из ЛЭМС или асфальтобетона в результате достижения недопустимой для матрицы предельной относительной деформации при совместном деформировании с арматурой (которая при этом может сохранять свою целостность).

Таблица А.2 - Расчетные характеристики ЛЭМС в ячейках армирующей сетки

Расчетные характеристики ЛЭМС	Температура, °С
	0	10	20	30	40	50 (60)
Кратковременный модуль упругости Ем, МПа	6000	4500	3000	1800	1000	700
Показатель "m"	6	-	-	-	-	-
Коэффициент "a" *	5,0/5,6	-	-	-	-	-
Нормативное сопротивление растяжению R0, МПа	10,0	-	-	-	-	-
Коэффициент, учитывающий снижение прочности во времени от воздействия погодно-климатических факторов k2	1,0	-	-	-	-	-
Модуль упругости при длительном нагружении, МПа	-	-	490	420	370	310
Сцепление при сдвиге С, МПа	-	-	-	-	-	0,55
Коэффициент внутреннего трения	-	-	-	-	-	0,8

Примечание: * - в числителе для II Д.К.З., в знаменателе - для III-V Д.К.З.

Соответственно, нормативное сопротивление растяжению армирующего слоя допускается определять по формуле:

, (А.3)

где - нормативное сопротивление растяжению материала, заполняющего ячейки сетки, в соответствии с п. А.2, МПа;

- эквивалентный модуль упругости армирующего слоя по формуле А.1, МПа;

- расчетный модуль упругости материала, заполняющего ячейки сетки, в соответствии с п. А.2, МПа.

Аналогично, сцепление армирующего слоя при сдвиге допускается определять по формуле:

, (А.4)

где - сцепление при сдвиге материала, заполняющего ячейки сетки, в соответствии с п. А.2, МПа.

Коэффициент внутреннего трения армирующего слоя допускается определять по формуле:

, (А.5)

где - коэффициент внутреннего трения материала, заполняющего ячейки сетки, в соответствии с п. А.2, МПа.

Показатель "m" и коэффициент "a" принимаются для армирующего слоя такими же, как и для материала, заполняющего ячейки сетки (в соответствии с п. А.2).

Следует различать расчетную толщину армирующего слоя , которая используется в прочностных расчетах и строительную толщину армирующего слоя , которая указывается в проектной и технологической документации.

С учетом технологических особенностей укладки ЛЭМС, строительная толщина , армирующего слоя при любом типе стальной сетки с поперечными стержнями прямоугольного сечения принимается равной не менее 10 мм. Ввиду незначительно толщины армирующих геосинтетических материалов по сравнению с толщиной укладываемого на них слоя асфальтобетона, строительная толщина армирующего слоя при любом типе геосинтетического армирующего материала принимается равной 0,0 мм.

А.4 Определение толщины зоны влияния армирующего слоя на прилегающий к нему асфальтобетон

При нагружении транспортной нагрузкой или при не силовом деформировании дорожного покрытия, более прочный и более жесткий армирующий слой, через эффект бокового сдерживания, оказывает влияние на прилегающие к нему и прочно сцепленные с ним слои асфальтобетона. Это влияние (армирующий эффект) выражается в виде повышения жесткости и прочности асфальтобетона. Влияние армирующего слоя в асфальтобетоне постепенно затухает по мере удаления от плоскости контакта армирующего слоя и асфальтобетона. Поэтому, зона влияния армирующего слоя имеет хотя и достаточно условную "размытую" границу, но, тем не менее, может быть охарактеризована толщиной конечной величины. В качестве оценки толщины зоны влияния армирующего слоя на смежные с ним слои асфальтобетона, принимается эффективная зона депланации (т. е. зона депланации, где модуль упругости асфальтобетона повышается более, чем на 10%). Величина (отдельно для вышележащего и нижележащего слоев асфальтобетона) может быть определена по формуле:

, (А.6)

где - эффективная зона депланации, мм;

- расчетная толщина армирующего слоя в соответствии с п. А.3, мм;

- эквивалентный модуль упругости армирующего слоя по формуле А.1, МПа;

- расчетный модуль упругости асфальтобетона по нормативной справочной базе (в соответствии с п. А.2), МПа.

В том случае, когда в формуле А.6 принимается значение для асфальтобетона вышележащего слоя , получаем величину эффективной зоны депланации для вышележащего слоя . Если в формуле А.6 принимается значение для асфальтобетона нижележащего слоя , получаем величину эффективной зоны депланации для нижележащего слоя .

В том случае, если нижний слой представлен старым асфальтобетоном с неизвестными расчетными характеристиками, допускается значение принимать равным в случае, если этот слой имеет трещиновато-блочную структуру. При отсутствии в слое трещин допускается принимать . Где - нормативное значение модуля упругости соответствующего типа асфальтобетона по нормативной справочной базе (в соответствии с п. А.2).

Армирующий эффект в слое асфальтобетона, лежащем ниже армирующего слоя, учитывается только в случае армирования стальной сеткой, закрепляемой на слое основания ЛЭМС. В случае применения других геосеток, не закрепляемых на слое основания с помощью ЛЭМС, армирующий эффект в нижнем слое асфальтобетона незначителен и не учитывается в расчете.

В общем случае, армирующий эффект в асфальтобетоне проявляется при условии, что модуль упругости материала армирующей сетки превышает модуль упругости асфальтобетона при данной эксплуатационной температуре, т. е. (где величина может быть принята по п. А.2).

Зона депланации в слое асфальтобетона возникает при условии его эффективного сцепления с армирующим слоем. Такое сцепление обеспечивает слой ЛЭМС, обладающий высокой адгезионной и когезионной прочностью, а так же внутренним трением. В результате термического воздействия и уплотняющего давления при устройстве вышележащего асфальтобетонного слоя, прочностные характеристики ЛЭМС резко возрастают и достигают высоких значений (см. табл. А.2). В тоже время, сцепление между другими конструктивными слоями асфальтобетона в дорожной одежде обеспечивается, как правило, только за счет подгрунтовки. Которая представляет собой достаточно толстую прослойку битума, эффективно сцепляющую слои дорожной одежды за счет когезии при низких температурах. Однако в этих условиях зона депланации, как правило, не выходит за пределы конструктивного слоя асфальтобетона. В период же высоких летних температур, когда толщина зоны депланации может превышать толщину конструктивного слоя асфальтобетона, внутреннее сцепление в прослойке битумной подгрунтовки снижается и она может не обеспечивать эффективную передачу депланации в следующий слой асфальтобетона.

Поэтому в расчетной схеме принято, что зона депланации локализуется только в пределах двух асфальтобетонных слоев, смежных с армирующим слоем (вышележащий и нижележащий слои). Эти слои рассматриваются как армированные.

А.5 Определение расчетных характеристик армированного асфальтобетона в зоне депланации.

В зоне депланации упругие (жесткость) и прочностные характеристики асфальтобетона увеличиваются. Максимальные значения они имеют в плоскости контакта асфальтобетона с армирующим слоем. По мере удаления от армирующего слоя, жесткость и прочность армированного асфальтобетона постепенно (как правило, не линейно) уменьшаются и приближаются к соответствующим характеристикам не армированного асфальтобетона. Для инженерного расчета дорожных одежд, в большинстве случаев, достаточно знать усредненный модуль упругости армированного асфальтобетона. В пределах армированного слоя расчетный (усредненный) модуль упругости армированного асфальтобетона , при отсутствии экспериментальных данных, допускается приближенно (в предположении линейного характера затухания эффекта армирования по толщине асфальтобетонного слоя) определять следующим образом.

Если , то вычисляется по формуле:

, (А.7)

Если меньше или равно , то вычисляется по формуле:

, (А.8)

где в формулах А.7 и А.8:

- расчетный модуль упругости армированного асфальтобетона, соответственно в вышележащем или нижележащем (при учете в нем армирующего эффекта) слое асфальтобетона, МПа;

- эквивалентный модуль упругости армирующего слоя по формуле А.2, МПа;

- расчетный модуль упругости асфальтобетона, соответственно в вышележащем или нижележащем (при учете в нем армирующего эффекта) слое асфальтобетона по нормативной справочной базе (согласно п. А.2), МПа;

- эффективная зона депланации, соответственно в вышележащем или нижележащем (при учете в нем армирующего эффекта) слое асфальтобетона, мм;

- толщина примыкающего к армирующему слою конструктивного слоя асфальтобетона, соответственно вышележащего или нижележащего (при учете в нем армирующего эффекта), внутри которого реализуется депланация асфальтобетона, мм.

При необходимости, величина усредненного по толщине слоя расчетного модуля упругости армированного асфальтобетона, более точно может быть определена с учетом не линейного характера затухания эффекта армирования путем численного интегрирования функций А.7 и А.8 по толщине конструктивного слоя с пределами интегрирования от 0 (место примыкания армированного асфальтобетонного слоя к армирующему слою) до (удаленная от армирующего слоя граница армированного слоя асфальтобетона). Для вычисления уточненного усредненного модуля упругости армированного асфальтобетона, результат интегрирования следует разделить на толщину конструктивного слоя .

Соответственно, нормативное сопротивление растяжению армированного слоя (вышележащего или нижележащего) допускается определять по формуле:

, (А. 9)

где - нормативное сопротивление растяжению асфальтобетона согласно п. А.2, МПа;

- эквивалентный модуль упругости армированного слоя по формуле А.7 или А.8, МПа;

- расчетный модуль упругости асфальтобетона, по п. А.2, МПа.

Сцепление армированного слоя при сдвиге допускается определять по формуле:

, (А.10)

где - сцепление при сдвиге не армированного асфальтобетона по п. А.2, МПа.

Коэффициент внутреннего трения армированного слоя допускается определять по формуле:

, (А.11)

где - коэффициент внутреннего трения не армированного асфальтобетона по нормативной справочной базе п. А.2, МПа.

Показатель "m" и коэффициент "а" принимаются для армированного слоя такими же, как и для исходного, не армированного асфальтобетона, по п. А.2, МПа.