Приложение Б. Методика расчета асфальтобетонного покрытия, армированного стальной сеткой, на устойчивость к образованию отраженных трещин

Приложение Б
Методика
расчета асфальтобетонного покрытия, армированного стальной сеткой, на устойчивость к образованию отраженных трещин

Б.1 В рамках данной расчетной модели рассматриваются отраженные трещины, которые возникают в асфальтобетонном покрытии над трещинами (деформационными швами) в основании по механизму усталостного трещинообразования после многократного приложения транспортной нагрузки. При этом, в результате ослабления (снижения общего модуля упругости) дорожной одежды в зоне влияния существующей в основании трещины или деформационного шва, на подошве вышележащего слоя а/б над трещиной возникает высокое ("пиковое") растягивающие напряжение. Многократное возникновение высоких растягивающих напряжений в этой зоне асфальтобетонного покрытия приводит к быстрому наступлению состояния "усталости" материала и к быстрому образованию отраженной трещины.

Б.2 Используемая расчетная модель предполагает, что после "зарождения" отраженной трещины на подошве нижнего слоя расчетной схемы в результате приложения определенного числа расчетных нагрузок, требуется дополнительное число расчетных нагрузок, в результате приложения которых трещина развивается и "прорастает" вверх сквозь дорожное покрытие. Учитывая, что транспортная нагрузка прилагается к дорожному покрытию во времени закономерно, процессы "зарождения" и "прорастания" отраженной трещины можно выразить не только в координатах числа приложенных расчетных нагрузок, но также и в координатах времени, т. е. в виде продолжительности срока службы дорожной одежды до выхода отраженной трещины на поверхность асфальтобетонного дорожного покрытия.

Наиболее медленно этот процесс "зарождения" и "прорастания" отраженных трещин протекает в армирующем слое, обладающем повышенными деформативными и прочностными характеристиками. Существенным трещинопрерывающим эффектом обладают также и смежные с армирующим слоем слои армированного асфальтобетона - вышележащий и нижележащий (в том числе выравнивающий слой). При достаточно высокой прочности армирующего материала и прилегающего к нему асфальтобетона, продолжительность "зарождения" и "прорастания" трещины через армированное асфальтобетонное покрытие может достигать нескольких десятков лет.

Б.3 Расчетная схема (см. таблицу Б.1) включает армирующий слой толщиной (см. Приложение А), нижележащий асфальтобетонный слой при условии отсутствия в нем трещин (в том числе, выравнивающий слой при его наличии) и все вышележащие слои асфальтобетона.

Таблица Б.1 - Пример расчетной схемы для проверки асфальтобетонного покрытия на образование отраженных трещин

Верхний слой а/б покрытия	Слои дорожной одежды, включаемые в расчетную схему
Нижний слой а/б покрытия
Армирующий слой
Выравнивающий слой (при наличии)
Верхний а/б слой основания с трещиновато-блочной структурой	Слои дорожной одежды, не включаемые в расчетную схему
Основание дорожной одежды

Б.4 Дополнительная проверка на устойчивость к образованию отраженных трещин в асфальтобетонном покрытии проводится для дорожных одежд, прошедших стандартную проверку по другим критериям прочности. Исходными данными для расчета служат следующие данные, принимаемые на основании результатов расчета дорожной одежды на прочность. В том числе:

- диаметр расчетного отпечатка движущегося колеса D, см;

- расчетное давление колеса р, МПа;

- суммарное расчетное число приложений расчетной нагрузки по рассматриваемой полосе движения (ед.) в первый год после завершения работ по армированию асфальтобетонного покрытия, определяемое по формуле:

, (Б.1)

где - средняя суточная интенсивность расчетной нагрузки по автомобильной дороге в первый год после завершения работ по армированию асфальтобетонного покрытия (принимается по данным проекта или по результатам натурных наблюдений, ед./сут.;

- число расчетных дней в году (принимается по ПНСТ 265-2018), дни;

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

- коэффициент неравномерности движения, принимаемый по табл. 9 ПНСТ 265-2018.

Б.5 В армированных асфальтобетонных покрытиях на устойчивость к образованию отраженных трещин проверяется армирующий слой и прилегающие к нему снизу и сверху слои из армированного асфальтобетона, не имеющие трещин. В том числе выравнивающий слой, при его наличии.

Б.6 Расчет выполняется при значениях нормативных кратковременных модулей упругости асфальтобетонов и других расчетных параметрах, соответствующих температуре 0°С. Эти расчетные характеристики принимаются в соответствии с нормативной справочной базой и рекомендациями Приложения А.

Б.7 Для каждого из слоев (с текущим номером i) расчетной схемы по методикам Приложения А определяются модуль упругости слоя или (далее по тексту ) и нормативное сопротивление растяжению или (далее по тексту ). Кроме того, по Приложению А определяются значения показателя , а также коэффициентов и .

Б.8 Расчет выполняется послойно, снизу вверх, по ходу "зарождения" и "прорастания" восходящей отраженной трещины. Первым рассчитывается самый нижний слой расчетной схемы.

Б.9 Для расчета времени (год), в течение которого на подошве нижнего i-го слоя может "зародиться" отраженная трещина, вычисляется общая толщина расчетной модели многослойной плиты дорожного покрытия (см), расположенной на трещиновато-блочном основании:

, (Б.2)

где - толщины асфальтобетонных слоев по п. Б.3 (номер конструктивного слоя i изменяется сверху вниз от 1 до номера нижнего слоя расчетной схемы), см.

Далее, вычисляется отношение .

Б.10 В качестве модуля упругости нижнего слоя расчетной модели плиты покрытия принимается модуль упругости проверяемого i-го нижнего слоя :

, (Б.3)

Б.11 На основании значений и , по номограмме на рисунке Б.1 [11], определяется растягивающее напряжение (МПа) от единичной нагрузки в нижнем слое расчетной модели многослойной плиты покрытия, лежащего над швом или трещиной блочного основания.

Для определения растягивающего напряжения от единичной нагрузки (при интерполяции или экстраполяции номограммы на рис. Б.1) допускается применять также зависимость:

, (Б.4)

где - растягивающее напряжение от единичной нагрузки в нижнем слое расчетной модели многослойной плиты покрытия, МПа;

- общая толщина расчетной модели многослойной плиты дорожного покрытия , см;

D - диаметр отпечатка колеса, см;

- модуль упругости нижнего слоя расчетной модели плиты, МПа;

t - коэффициент нормированного отклонения при заданном уровне надежности (принимается по ПНСТ 265-2018);

После чего, вычисляется расчетное растягивающее напряжение от расчетного давления колеса р на подошве проверяемого i-го слоя (МПа):

, (Б.5)

- коэффициент, учитывающий тип колеса (при однобаллонном колесе , при спаренном баллоне колеса );

- коэффициент, учитывающий условия работы асфальтобетонного покрытия на трещиновато-блочном основании (при расстоянии между трещинами в основании более 1,5 ... 2,0 м , при расстоянии между трещинами в основании менее 1,5 ... 2,0 м ).

Б.12 Определяется прогнозируемое суммарное расчетное число приложений расчетной нагрузки до зарождения отраженной трещины на подошве проверяемого i-го слоя:

, (Б.6)

где v и t - значения статистических параметров - коэффициент вариации и коэффициент нормированного отклонения (принимается по ПНСТ 265-2018);

- требуемый коэффициент прочности по критерию растяжения при изгибе;

и - коэффициенты, используемые для определения расчетной прочности асфальтобетона на растяжение с учетом усталости и влияния погодно-климатических факторов (принимаются по п. Б.7).

Б.13 Определяется прогнозируемый срок службы дорожного покрытия (год) до зарождения отраженной трещины на подошве проверяемого i-го слоя:

, (Б.7)

где q - показатель изменения интенсивности расчетной нагрузки;

- вычисленное ранее суммарное число приложений расчетной нагрузки по рассматриваемой полосе движения в первый год после завершения работ по армированию асфальтобетонного покрытия, ед.

Б.14 Далее определяется продолжительность периода времени (год), в течение которого образовавшаяся восходящая отраженная трещина "прорастает" вверх сквозь данный проверяемый конструктивный i-й слой. Для этого конструктивный слой толщиной условно разбивается на "n" более тонких подслоев толщиной (где номер подслоя j изменяется по ходу развития трещины снизу вверх от 1 до n, а номера границ между подслоями - от 0 до n).

Рис. Б.1 Номограмма для определения растягивающего напряжения в нижнем слое многослойной плиты покрытия, лежащего над швом или трещиной блочного основания, от единичной нагрузки: цифры у кривых - модуль упругости нижнего слоя многослойной плиты покрытия

Б.15 В данной расчетной модели принята рабочая гипотеза о том, что, в пределах рассматриваемого конструктивного слоя, продолжительность "прорастания" трещины через нижележащий подслой приближенно равна продолжительности времени, необходимого по формуле вида Б.7 для "зарождения" трещины в вышележащем подслое при условии, что в нижележащем подслое трещина уже образовалась на всю его толщину (т.е.