14.4. Расчет нежестких дорожных одежд по сдвигу

Прочность дорожной одежды по сдвигу обеспечена при условии

, (14.9)

где Т – активное напряжение сдвига, Па; Т_доп – допускаемое напряжение сдвига, обусловленное сцеплением в грунте или материале, Па; К_пр – коэффициент прочности (табл. 14.4).

Последовательность расчета на прочность по сдвигу следующая:

1. Активное напряжение сдвига в грунте и слоях малосвязных материалов (песчаный, гравийный материал) зависит от активных напряжений сдвига от временной нагрузки _ам и от веса вышележащих слоев _ав

. (14.10)

Наиболее неблагоприятные условия работы грунта и малосвязных материалов на сдвиг возникают при высокой положительной температуре покрытия, наблюдаемой в период большего ослабления дорожной одежды (обычно весной). Это связано со снижением жесткости и распределяющей способности слоев, содержащих органическое вяжущее. В Инструкции ВСН 46-83 рекомендована расчетная температура 20°С.

2. Многослойную конструкцию, лежащую выше слоя, в котором определяют напряжение сдвига, заменяют однослойной и вычисляют средний модуль упругости Е_ср

, (14.11)

где Е_i – модуль упругости, Па; h_i – толщина i-го слоя, м; n – число слоев.

При расчете на воздействие движущихся нагрузок в формулу (14.11) подставляют значения модулей упругости, соответствующие продолжительности действия нагрузки 0,1 с, а при расчете на действие стоящего автомобиля – значения модулей упругости, соответствующие длительному действию нагрузки (не менее 10 мин).

Таким образом, многослойную дорожную одежду приводят к двухслойной, имеющей толщину слоя .

3. Определив отношения Е₁/Е₂= Е_ср/Е₂ (где Е₂ – модуль упругости грунта земляного полотна или модуль упругости на поверхности слоя из малосвязных материалов, для которого определяют прочность на сдвиг) и , а также  (угол внутреннего трения грунта или малосвязного материала), по номограмме на рис. 14.11 находят отношение (ключ для пользования номограммами показан прерывистыми линиями) и вычисляют _ам. В процессе расчета диаметр следа колеса D и модуль упругости грунта либо малосвязного материала принимают в соответствии с характером воздействия нагрузки (подвижный автомобиль или движущийся).

Рис. 14.11. Номограмма для определения активных напряжений сдвига от временной нагрузки _ам в нижнем слое двухслойной системы: р – среднее расчетное удельное давление от колеса

4. По общей толщине вышележащих слоев и углу внутреннего трения  определяют активное напряжение сдвига от веса вышележащих слоев _ав (рис. 14.12).

Рис. 14.12. График для определения активных напряжений сдвига от веса вышележащих слоев _ав

5. Вычисляют активное напряжение сдвига T по формуле (14.10). При этом значение _ав подставляют с тем знаком, с каким оно получено по графику (см. рис. 14.12).

6. Рассчитывают допускаемое напряжение сдвига Т_доп

, (14.12)

где с – сцепление в грунте активной зоны земляного полотна в расчетный период или в материале малосвязного слоя, Па; К₁ – коэффициент, учитывающий снижение сопротивления грунта или малосвязного материала сдвигу под агрессивным воздействием подвижных нагрузок, колебаний и т. п. (0,6 при расчете на действие движущихся автомобилей, 0,9 при расчете на действие неподвижной нагрузки); К₂ – коэффициент запаса на неоднородность условий работы дорожной одежды, связанный с недоучетом неблагоприятных природных воздействий, с технологическими и другими причинами; влияние этих факторов зависит от интенсивности движения и может быть определено по графику (рис. 14.13); К₃ – коэффициент, учитывающий особенности работы грунта и малосвязных материалов (табл. 14.7).

Рис 14.13. График для определения коэффициента запаса К₂ для грунтов и зернистых материалов, рассчитываемых по сдвигу от расчет ной интенсивности движения N_р

Таблица 14.7. Коэффициент К₃ для различных грунтов земляного полотна

Грунты	Значение К3
Связные (глины, суглинки, супеси, кроме крупной)	1,5
Пески пылеватые, супеси крупные	3,0
Пески мелкие	5,0
Пески средней крупности	6,0
Пески крупные	7,0

7. Проверяют обеспечение условия (14.9). Если оно не обеспечено, то необходимо:

– увеличение толщины одного или нескольких вышележащих слоев;

– замена материалов одного или нескольких слоев более жестким материалом, имеющим более высокий модуль упругости;

– замена либо укрепление грунта или малосвязного материала с целью повышения их сдвигоустойчивости.

Для уменьшения количества попыток при корректировке дорожной одежды удобно использовать график (рис. 14.14).

Рис. 14.14. График относительного изменения активного напряжения сдвига в нижележащем полупространстве _ам/_ам при изменении толщины слоя дорожной одежды на 1 см

Расчет сдвигоустойчивости асфальтобетона ведут на длительное действие нагрузки при расчетной температуре во всех дорожно-климатических районах +50⁰С. Допустимое активное напряжение сдвига

, (14.13)

где К – комплексный коэффициент, учитывающий зацепление зерен асфальтобетона и условия его работы (табл. 14.8); с – сцепление (см. табл. 14.8).

Таблица 14.8. Характеристики асфальтобетона для расчета на сдвиг

Асфальтобетонная смесь	Комплексный коэффициент К	Сцепление с, МПа
Крупнозернистая	1,6	0,30/0,27
Мелкозернистая	1,1	0,20/0,17
Песчаная	0,9	0,15/0,13

Примечание. В числителе дано сцепление для горячих смесей, в знаменателе – для теплых. Если асфальтобетон изготовлен с применением дробленого песка, то сцепление нужно увеличить а 1,2 раза.

Порядок расчета асфальтобетон на сдвиг:

1. вычисляют средний модуль упругости его слоен Е_{ср асф.} по формуле (14.11);

2. определяют общий модуль упругости на поверхности нижележащих слоев Е_{общ.осн.}, используя номограмму (см. рис. 14.8), и вычисляют отношения Е_{ср асф.}/Е_{общ.осн.} и  h_i /D ( h_i – суммарная толщина слоев из асфальтобетона);

3. по номограмме (рис. 14.15) определяют активное напряжение сдвига от единичной нагрузки  / р;

4. умножая это отношение на среднее давление от колеса расчетного автомобиля на покрытие р (см. табл. 14.1), определяют активное напряжение сдвига Т. Если отношение Е_{ср асф.}/Е_{общ.осн.} < 2, то расчеты ведут для Е_{ср асф.}/Е_{общ.осн.} = 2;

5. определив значение Т_доп по формуле (14.13), устанавливают соблюдение условия (14.9). Если это условие не обеспечено, необходимо заменить материал верхнего слоя на более сдвигоустойчивый или изменить конструкцию дорожной одежды с целью снижения активного напряжения сдвига Т.

Рис. 14.15. Номограмма для определения активных напряжений сдвига в слое асфальтобетона