ГлавнаяВеличина модуля упругости материала в конструктивном слое, как и других прочностных парам, в большой степени зависит от расчетного состояния слоев. Расчетное состояние характеризуется гранулометрическим составом материала, его влажностью, количеством и видом вяжущего, температурой и другими показателями, и должно устанавливаться для наиболее неблагоприятного периода работы дорожной одежды с учетом расположения слоев и особенности технологии их постройки.
Определение модулей упругости материала слоев дорожных одежд, устраиваемых с применением местных каменных материалов, возможно тремя способами: путем испытания моделей или образцов при расчетном состоянии в лабораторных условиях; путем испытания конструктивных слоев и всей дорожной одежды непосредственно на дороге; с помощью таблиц, содержащих обобщенный статистический материал по величинам модулей упругости разных материалов в различных условиях их работы.
Для местных материалов, отличающихся большим различием свойств, а во многих случаях и недостаточной надежностью, последний способ является весьма приближенным, не гарантирующим достоверность расчетов дорожной одежды на прочность.
Наиболее точно значения модулей упругости могут быть получены при их определении в расчетный (наиболее неблагоприятный) период работы непосредственно на дороге.
В лабораторных условиях определение модулей упругости слоев из щебня, гравия и грунтощебня, не обработанных вяжущими, можно производить на моделях, используя статический или динамический способы.
При статическом способе модуль упругости материала определяют в цилиндрической металлической форме диаметром 30 см на гидравлическом прессе. Для этого навеску материала массой 25 кг помещают в форму, сверху вставляют цилиндрический пуансон, через который передается давление от пресса на материал. Заполненную материалом форму с вставленным пуансоном помещают на пресс, с помощью которого прикладывается статическая нагрузка 25 кгс/см2.
По истечении 2 мин нагрузку снимают и производят отсчет показаний по трем индикаторам, фиксирующим осадку слоя материала в форме.
После этого вновь повторяют циклы загрузки до тех пор, пока не прекратится осадка материала в форме. Затем производят последнее загружение нагрузкой 5 кгс/см2, которую также выдерживают в течение 2 мин. После снятия нагрузки замеряют упругую деформацию слоя и вычисляют модуль упругости по формуле
где — коэффициент Пуассона, равный 0,25—0,35; P — нагрузка, приложенная к слою перед измерением упругой деформации, кгс/см2; h — толщина слоя в уплотненном состоянии, см; ly — величина упругой деформации слоя, вычисляемая по показаниям трех индикаторов перед приложением и после снятия последней ступени нагрузки, см.
При динамическом способе модуль упругости для материала определяется в металлическом ящике с размерами 0,70x0,70x0,70 м с помощью прибора динамического контроля уплотнения ПДК-3, разработанного XAДИ (рис. 36).
Материал перед испытанием насыпают в форму слоями 0,15—0,20 см и тщательно уплотняют металлической трамбовкой. Штамп прибора устанавливают на поверхность слоя, предварительно выравненного песком. Рядом со штампом устанавливают опорную балку, к которой крепится самопишущий виброграф BP-1. Через отверстие в штампе рабочий наконечник вибрографа устанавливают на поверхность слоя.
На вертикальный направляющий стержень прибора, соединенный со штампом, надевают пружину и падающий груз. Устойчивое вертикальное положение прибора в процессе испытаний фиксируется треногой. Высоту сбрасывания груза И при испытании рассчитывают по формуле
где D — диаметр штампа прибора, равный 18,5 см; Q — масса падающего груза, кгс; S — сжатие пружины при статическом действии нагрузки Q, см; σ — напряжение, принимаемое для крупнозернистых материалов равным 5 кгс/см2.
Величину сжатия пружины S определяют из условия равенства времени воздействия автомобиля на слой при его движении по дороге и времени действия нагрузки на штамп при ударе по формуле
где g — ускорение силы тяжести, см/с2; T — время воздействия расчетного автомобиля, движущегося по дороге, на слой материала, с.
После установки прибора включают виброграф и производят удар по штампу падающим грузом. По ленте самописца прибора определяют величину упругой деформации слоя Sy при ударе, после чего вычисляют величину динамического модуля упругости слоя Ед по формуле
Статический модуль упругости вычисляют по формуле
где К — коэффициент перехода, определяемый экспериментальным путем.
Модули упругости материалов, обработанных органическими вяжущими, можно определять ка цилиндрических образцах с площадью 100 см2 и высотой 5 см в условиях свободного бокового расширения. Для этого изготовленные по стандартной методике образцы доводят до расчетного состояния (насыщают водой, нагревают или охлаждают до необходимой температуры) после чего помещают на стол рычажного пресса.
Сверху образец накрывают металлической пластинкой толщиной 10—20 мм, поверх которой устанавливают индикаторы. После этого на образец прикладывают нагрузку 5 кгс/см2 и выдерживают ее в течение 5 мин, а затем замеряют упругую деформацию образца/
Статический модуль упругости вычисляют по формуле
где P — нагрузка на образец, кгс; h — высота цилиндрического образца, см; d — диаметр образца, см; ly — упругая деформа-
ция образца, см.
Для того чтобы можно было учесть вязкие свойства асфальтобетонных смесей, их необходимо испытывать в условиях быстрого нагружения.
При использовании серийно выпускаемых прессов, на которых задается лишь скорость деформирования (гидравлический пресс ПСУ-10, механический пресс УМ-5М), скорость нагружения определяют по формуле
где R — напряжение в конце прямолинейного участка диаграммы деформирования образца, кгс/см2; tл — время, за которое достигается напряжение R, с.
Расчетный модуль упругости в этом случае вычисляют по формуле
где Kv — коэффициент, учитывающий соотношение скорости нагружения в реальных условиях работы материала на дороге и при испытании в лаборатории;
где vp — скорость нагружения образца при испытании в лаборатории, кг/см2*с; vн — скорость нагружения материала в конструктивном слое дорожной одежды на дороге, кг/см2*с (vн≈0,5 кг/см2*с).
Определение модулей упругости различных конструктивных слоев дорожных одежд с применением местных каменных материал лов непосредственно на дорогах производят в расчетный период местным нагружением с помощью специальных передвижных или навесных прессов.
При испытании местным нагружением поверхность конструктивного слоя перед, установкой штампа тщательно выравнивают с помощью песка, просеянного через сито с отверстием 0,5 мм, или быстротвердеющего цементного раствора.
Площадь штампа с диаметром Д должна быть равна или приближаться к площади следа колеса расчетного автомобиля, Осадку штампа при испытании фиксируют двумя индикаторами, установленными по диаметру штампа на равных расстояниях от центра. Нагружение штампа производят в три-четыре ступени вплоть до достижения расчетной нагрузки.
Первую ступень нагрузки выдерживают до тех пор, пока скорость роста осадки штампа под нагрузкой станет меньше 0,02 мм/мин. После этого, записав показания индикаторов, производят разгрузку штампа. В разгруженном состоянии штамп оставляют до полного восстановления упругой деформации и, записав снова показания мессур, прикладывают следующую ступень нагрузки.
По результатам измерений упругой деформации при каждой ступени загрузки строят график зависимости величины упругой деформации от удельного давления штампа на материал, имеющий вид прямой линии.
Общий модуль упругости слоистой конструкции вычисляют по формуле
где п/4 поправочный коэффициент, вводимый в тех случаях, когда верхние слои дорожной одежды не обладают достаточной жесткостью (слои из гравия, топочного шлака, грунтощебня и других подобных материалов без обработки их вяжущими); р — удельная нагрузка, под действием которой получена упругая деформация ly, кгс/см2; D — диаметр жесткого штампа, см. Для определения модулей упругости каждого конструктивного слоя в слоистой конструкции необходимо последовательно снять сначала верхний, а затем и последующие слои дорожной одежды, модули упругости которых требуется определить. После снятия каждого слоя производят определение общих модулей упругости, остающихся нижележащих слоев в описанном выше порядке.
Модуль упругости соответствующего конструктивного слоя определяют с помощью специальной номограммы для определения модуля упругости верхнего слоя двухслойной системы, используя для его определения измеренные значения общих модулей упругости до и после снятия конструктивного слоя.
Определение модулей упругости слоев, устраиваемых с применением органических вяжущих материалов, для возможности учета их вязких свойств необходимо производить с помощью специальных прессов, позволяющих прикладывать кратковременные нагрузки длительностью 0,1—0,2 с и записывать автоматически деформации на ленту записывающего устройства осциллографа.
Ориентировочные значения модулей упругости конструктивных слоев из различных местных каменных материалов приводятся в табл. 40.
