Принципы технического регулирования при проектировании дорожных одежд нежесткого типа с применением геоматериалов (на основе теории риска) Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 625.731.1.042

Н.Е. КОКОДЕЕВА, канд. техн. наук,

Саратовский государственный технический университет (СГТУ) (Саратов)

Принципы технического регулирования при проектировании дорожных одежд нежесткого типа с применением геоматериалов (на основе теории риска)

В соответствии с Федеральным законом «О техническом регулировании» № 184-ФЗ в настоящее время в дорожном хозяйстве создается система технического регулирования, в своем развитии опережающая аналогичные системы других отраслей. Определены приоритеты в разработке технических регламентов и национальных стандартов, требующих первоочередной разработки и переработки.

Согласно анализу Закона «О техническом регулировании», проведенному проф. В.В. Столяровым по иерархии целей трехуровневого технического регулирования, во главе угла всех разрабатываемых документов находятся положения о безопасности продукции, процессов производства, эксплуатации, хранения, перевозки, реализации и утилизации. При этом требуется обеспечивать приемлемый уровень технической безопасности для людей, окружающей среды, животных и растений. В качестве измерителя требуемого уровня безопасности Закон «О техническом регулировании» предусматривает один универсальный показатель — допустимый риск причинения вреда.

В связи с этим при проектировании дорожных одежд нежесткого типа необходимо стремиться избегать недопустимого риска разрушения дорожных конструкций в период эксплуатации автомобильной дороги. Известно, что отказ дорожной одежды, связанный с недостаточной прочностью, может возникнуть по многим причинам, и в частности в результате усталостных разрушений монолитных слоев под воздействием растягивающих напряжений от многократного приложения транспортной нагрузки. Как следствие этого — интенсивное ухудшение транспортно-эксплуатационных свойств дорожной одежды до истечения ее срока службы. В соответствии с этим расчет на прочность выполняют по трем критериям, в том числе и по допускаемым напряжениям на растяжение при изгибе в монолитных слоях.

Для повышения трещиностойкости в покрытиях могут быть предусмотрены специальные трещинопреры-вающие прослойки, в том числе на основе геосеток и геотекстиля.

В настоящее время разработан отраслевой документ «Методические рекомендации по применению геосеток и плоских георешеток для армирования асфальтобетонных слоев усовершенствованных видов покрытий при капитальном ремонте и ремонте автомобильных дорог» [1]. Данный документ носит рекомендательный характер и может быть использован при армировании (усилении) дорожных одежд городских улиц, автомо-

бильных дорог промышленных и сельскохозяйственных предприятий, при проектировании дорожных одежд на участках строительства и реконструкции. Особый интерес [1] представляет расчет дорожных одежд нежесткого типа с армированным асфальтобетонным покрытием. На сегодняшний день при проектировании нежестких дорожных одежд на вновь сооружаемых дорогах и на новых участках реконструируемых руководствуются документом [2]. Анализ данного документа показал, что при выполнении расчета конструкции на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению от растяжения при изгибе по [2] внесены дополнения в [1], касающиеся особенностей расчета на прочность дорожных одежд с асфальтобетонным покрытием, армированным геоматериалами. Наличие армирующей прослойки в асфальтобетонном покрытии рекомендуется учитывать введением в базовые расчетные формулы двух коэффициентов, величина которых зависит от прочности и де-формативности геосетки (табл. 1):

— коэффициент ^ учитывает повышение сопротивления растягивающим температурным напряжениям и сопротивления растяжению при изгибе;

— коэффициент kNp учитывает уменьшение влияния усталостных процессов на прочность вследствие армирования асфальтобетонного покрытия.

Как отмечается в [1], эти дополнения получены в результате комплексных испытаний геосеток, плоских георешеток и асфальтобетона, армированного этими геоматериалами, с учетом условий работы, повреждаемости и длительной прочности геосеток и плоских георешеток.

Таким образом, документом [1] рекомендуется прочность материала монолитного слоя при многократном растяжении при изгибе RN определять по формуле (6, б11Л) в зависимости от:

— нормативного значения предельного сопротивления растяжению (прочность) при изгибе при расчетной низкой весенней температуре при однократном приложении нагрузки (табл. П.3.1 [2]);

— коэффициента учитывающего снижение прочности вследствие усталостных явлений при многократном приложении нагрузки (формула б11'2 [1]);

— коэффициента учитывающего снижение прочности во времени от воздействия погодно-климатических факторов (табл. 3.6 [2]);

— коэффициента вариации л^ прочности на растяжение (прил. 4 [2]);

— коэффициента нормативного отклонения ? (прил. 4 [2]).

Ы ®

научно-технический и производственный журнал

январь 2011

25

Прочность геосетки (плоской георешетки) Яш (Ятя), кН/м Относительная деформация при разрыве Е1втах (£ТЯтах), % ка ^р

Менее 50 Не более 4 1 1

Более 4 1 1

50 Не более 4 1,05-1,1 0,8-0,9

Более 4 1-1,05 0,9-1

100 Не более 4 1,1-1,2 0,5-0,75

Более 4 1,05-1,1 0,75-0,9

150 и более Не более 4 1,2-1,5 0,25-0,5

Более 4 1,1-1,2 0,6-0,75

В [1] коэффициент отражающий влияние на прочность усталостных процессов, предложено вычислять по выражению (6, б112) в зависимости от:

— расчетного суммарного числа приложений расчетной нагрузки за срок службы монолитного покрытия с учетом числа расчетных суток за срок службы (формулы 3.6 или 3.7 [2]);

— показателя степени т, зависящего от свойств материала рассчитываемого монолитного слоя (табл. П.3.1 [2]);

— коэффициента а, учитывающего различие в реальном и лабораторном режимах растяжения повторной нагрузкой, а также вероятность совпадения по времени расчетной (низкой) температуры покрытия и расчетного состояния грунта рабочего слоя по влажности (табл. П.3.1 [2]);

— коэффициента kNp, учитывающего уменьшение влияния усталостных процессов на прочность вследствие армирования асфальтобетонного покрытия геосеткой. Значения коэффициентов армирования приведены в таблице.

Как отмечено в [1], такой подход позволит увеличить межремонтные сроки проведения капитального ремонта и ремонта дорожных одежд, предусмотренные приказом Минтранса России от 01.11.2007 № 157. Это обосновано замедлением темпов трещинообразования, колее-образования и образования выбоин на армированном покрытии, что, в свою очередь, способствует сохранению ровности покрытия и его распределяющей способности. Уменьшается количество влаги, проникающей через покрытие и снижающей несущую способность земляного полотна.

Однако предложенный материал не в полной мере обеспечивает выполнение законов № 184-ФЗ «О техническом регулировании» и № 257-ФЗ «Об автомобильных дорогах и о дорожной деятельности в Российской Федерации», требующих эксплуатационные характеристики оценивать с учетом технических регламентов на основе оценки степени риска и оценки степени причинения ущерба. Поэтому необходима разработка нормативно-методического обеспечения (сводов правил, отраслевых норм и рекомендаций, стандартов организаций), которое учитывало бы обозначенную законами проблему.

Данная статья затрагивает с научной точки зрения подобные задачи, решения которых основаны на деятельности научной школы проф. В.В. Столярова, являющегося руководителем нового научного направления «Проектирование, строительство и эксплуатация автомобильных дорог по условию обеспечения безопасности движения с учетом теории риска» в СГТУ.

Это направление является продолжением ранее выполненных исследований, представленных в [3, 4, 5], и

позволяет определять вероятность возникновения трещин в монолитном слое при изгибе дорожных одежд с асфальтобетонным покрытием, армированным геоматериалами.

Последовательность расчета вероятности возникновения трещин в монолитном слое при изгибе

1. Устанавливают наибольшее растягивающее напряжение в рассматриваемом слое по формуле (3.16) [2] в зависимости от:

— растягивающего напряжения от единичной нагрузки (<—.) при расчетных параметрах площадки, передающей нагрузку (рис. 3.4 [2]);

— коэффициента кв, учитывающего особенности напряженного состояния покрытия конструкции под спаренным баллоном, принимают равным 0,85 (при расчете на однобаллонное колесо к^ = 1);

— расчетного давления р (табл. П.1.1 [2]).

2. Определяют с учетом теории риска [3, 4, 5] значение коэффициента вариации растягивающих напряжений при изгибе в монолитном слое:

Са/= 0,35(С^ - 0,15)+ 0,4 (Сун- 0,2)+ 0,75 (С£ - 0,15)+ + 4,79 • Ю"5-^ -1,05 ■ 10 ~Ъ-ЕН+1,64 • 10"2й,

(1)

где Ен — общий модуль упругости на поверхности осно-

вания, МПа; Е-.

В

средний модуль упругости слоев

асфальтобетона, МПа; h — суммарная толщина слоев асфальтобетона, см. уравнение (1), справедливо при ^ = 0,32+0,51; Б — расчетный диаметр следа колеса движущегося автомобиля, см; С^ — коэффициент вариации общего модуля упругости на поверхности основания; СЕ" — коэффициент вариации среднего модуля упругости; СЕ — коэффициент вариации суммарной толщины асфальтобетонных слоев.

3. Определяют среднее квадратическое отклонение наибольшего растягивающего напряжения в рассматрива-

емом слое:

тг=Су'аг.

(2)

4. Вычисляют предельное растягивающее напряжение материала слоя с учетом усталостных явлений по формуле (6, б ) [1].

5. Определяют среднее квадратическое отклонение допустимого растягивающего напряжения материала:

тм =

0,1 • R

N

(3)

где 0,1 — коэффициент вариации прочности асфальтобетона на растяжение при изгибе. Величину этого параметра определяют по табл. П. 4.1 [2].

научно-технический и производственный журнал С^ТЯиЯТ^.Ь.НЬ,!"

26 январь 2011

6. Устанавливают с учетом [3, 4, 5] критическое растягивающее напряжение в монолитном слое, при котором вероятность появления трещин равна 50%:

— при Суа * 0,2

aXP=2RN-

R>+

25

при С?" =0,2

(c^f-i

(4)

- _ RN-25mN

axp-zKN--—-

IKN >

где Су" — коэффициент вариации критического растягивающего напряжения, который определяют из условия, что однородность изучаемого слоя должна быть такой же, как однородность слоя, подверженного напряжению

■А-

(6)

7.

С учетом теории риска [3, 4, 5] определяют среднее квадратическое отклонение критического растягивающего напряжения:

т - Г°в

£Р V

(7)

8.

С учетом теории риска [3, 4, 5] вычисляют вероятность возникновения трещин в монолитном слое при изгибе на момент пуска автомобильной дороги в эксплуатацию:

г \

г =0,5 - Ф

Л

rnip+ml

Таким образом, в рамках выполнения Федерального закона «О техническом регулировании» разработана математическая модель, позволяющая производить расчет дорожных одежд нежесткого типа с оценкой степени риска возникновения трещин в монолитном слое при изгибе.

Ключевые слова: техническое регулирование, теория риска, геосетка, прочность, вероятность нарушения монолитного слоя при изгибе.

Список литературы

(5) 1. Методические рекомендации по применению геосеток и плоских георешеток для армирования асфальтобетонных слоев усовершенствованных видов покрытий при капитальном ремонте и ремонте автомобильных дорог (ОДМ 218.5.001-2009). М.: Федеральное дорожное агентство (Росавтодор), 2010. 85 с. Проектирование нежестких дорожных одежд (ОДН 218.046-01) / Гос. служба дор. хоз. Министерства транспорта РФ. М.: Транспорт, 2001. 145 с. Столяров В.В. Проектирование автомобильных дорог с учетом теории риска. Части 1, 2. Саратов: СГТУ, 1994. 184 с., 232 с.

Кокодеева Н.Е. Влияние влажности подстилающего слоя грунта на вероятности нарушения сплошности монолитного слоя при изгибе / Актуальные проблемы эксплуатации транспорта : межвуз. научн. сб. Саратов: СГТУ, 2000. С. 139-144. ISBN 5-7433-0533-1. Кокодеева Н.Е. Оценка качества существующих дорожных одежд нежесткого типа с учетом вариации влажности (с позиции теории риска) // Дорожная держава. 2009. № 19. С. 72-75. (8) 6. Семенов В.А. Качество и однородность автомобильных дорог. М.: Транспорт, 1989. 125 с.

3.

4.

5.

В издательстве «СТРОЙМАТЕРИАЛЫ»

вышел дайджест

«Материалы для дорожного строительства»

Млгег^ЛЛЬГ

«Материалы для дорожного строетельства»

В дайджест вошли статьи, опубликованные в журнале «Строительные материалы»® за 2004-2009 гг. -всего более 100 статей по тематическим разделам:

- нормативная и методическая база отрасли;

- материалы для дорожного строительства;

- ремонт дорог.

Для приобретения дайджеста следует направить заявку произвольной формы в издательство по факсу или электронной почте. Не забудьте указать наименование организации, почтовый адрес доставки, ФИО получателя.

Телефон/факс: (499) 976-22-08, 976-20-36

E-mail: [email protected]. [email protected]

12-15

апреля

XVI СПЕЦИАЛИЗИРОВАННА В ВЫСТАВКА

г.УФА

ДВОРЕЦ СПОРТА ул. Р.Зорге, 41

ВСЕ для

СТРОИТЕЛЬСТВА и РЕМОНТА-2011

AV ЮЬНПЁ^НАИ еМЦНАЛНЗИРЮЫННДА ЙЫСТАШ

КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ ОТОПЛЕНИЕ ЕЮ ДО СНАБЖЕ Н ИЕ-2 011

'ОРГКОМИТЕТ: ООО-Едщ iHplil) »ЫСГЯЩН»« «UIHHN»" iJP^

11.л t-üi'i'njия!71т*н ¡^ajiM.issusj

Теп. факгТТЗ

L -и1.. 1 rtft I ■ г |j Э.* и 11 v- rV I.■ htHpo.rij

'■Qt r1 Z)'/\'f s J lb r I v 13 научно-технический и производственный журнал

®

январь 2011 27