РОЗДІЛ 2
ТЕОРЕТИЧНІ АСПЕКТИ РОЗРАХУНКУ АРМОВАНИХ АСФАЛЬТОБЕТОННИХ ШАРІВ НА ТРІЩИНОСТІЙКІСТЬ ВІД ДІЇ ТРАНСПОРТНИХ ЗАСОБІВ
2.1. Фізична модель взаємодії армуючих прошарків з асфальтобетонними шарами
На дорогах із асфальтобетонним покриттям при виникненні вертикальних чи горизонтальних деформацій можуть з'являтися тріщини, які в цілому дуже згубно впливають на експлуатаційний стан дорожньої конструкції.
Причинами цього являються:
* горизонтальні деформації, що виникають в наслідок коливань температури в бетоні та в стабілізованих основах, які використовують як несучі шари. При високих температурах вони розтягуються та стискаються при охолодженні;
* неоднакові вертикальні деформації в наслідок нерівномірної осадки в основі із бетону та в стабілізованому несучому шарі;
* горизонтальні деформації асфальтобетону (ділянки постійного гальмування чи розгону вантажних автомобілів, боковий тиск в місцях поворотів з маленьким радіусом, тощо).
При появі тріщин вода атмосферних опадів попадає в асфальтобетонний шар та згодом в основу дорожнього одягу.
Підвищений вміст води в неукріплених шарах знижує їх несучу здатність. Крім того, замерзаючи, вода в дорожній конструкції може призвести як до відшарування асфальтобетонного покриття та місцевого руйнування структури асфальтобетону в шарах покриття, так і до здимань в нижніх шарах дорожнього одягу в зимово-весінній період.
Збитки, спричинені згубною дією води, як правило пов'язані з ремонтом асфальтобетонних шарів або навіть із повним відновленням дорожньої конструкції.
Крім того, вода та кисень, що проникнули в тріщини, прискорюють процес старіння бітуму.
Метою застосування синтетичних матеріалів в якості армування асфальтобетонних шарів є перерозподіл горизонтальних та зниження активних напружень в асфальтобетонному шарі та в результаті не допущення утворення тріщин.
Взаємодія асфальтобетону як матеріалу із синтетичним прошарком являє собою складний процес, що потребує ретельного вивчення в процесі теоретичних та практичних досліджень.
В даному випадку ми маємо справу з матеріалами абсолютно різними за своїм походженням, складом та властивостями, що ускладнює механізм їх взаємодії. Якщо представити собі цей механізм на першому етапі, то можна виділити слідуюче: в процесі укладки асфальтобетонного шару на прошарок формується система "армуючий прошарок - асфальтобетонний шар" і нерозривний контакт між ними утворюється завдяки клеючій здатності асфальтов'яжучого та механічному зчепленню та зацепленню окремих частин прошарку із мінеральним остовом асфальтобетону. Якщо застосовувати в якості армуючого прошарку геосітку, то її вузли в асфальтобетоні працюють як анкери спільно з її ланками, що являються опорою для крупного заповнювача (щебеню, гравію).
Зчеплення армуючого прошарку із асфальтобетоном забезпечується слідуючим чином [107]: збільшення опору асфальтобетону зусиллям зминання, що обумовлено нерівностями та періодичним профілем арматури, тобто механічним зчепленням армуючого прошарку із асфальтобетоном; утворенням тертя на поверхні армуючого прошарку завдяки обтискуванню його асфальтобетоном при укатці; склеювання асфальтобетону з прошарком, обумовлене наявністю бітума, та адгезійних добавок.
Рис. 2.1. Зчеплення армуючого прошарку із асфальтобетоном:
а) - механічне; б) - силами тертя
При витягуванні прошарку із асфальтобетону (рис. 2.1) зусилля в армуючому прошарку передаються на асфальтобетон через дотичні напруження зчеплення , які розподіляються вздовж прошарку нерівномірно. Для оцінки зчеплення можна використати середнє на довжині х напруження
, (2.1)
деР-периметр одного ровінгу армуючої сітки;n-кількість ровінгів. Тобто, стосовно реальної роботи армуючого прошарку в асфальтобетоні, можна сказати, що знаючи зусилля в прошарку можна знайти зчеплення і навпаки.
Під час спільної роботи "системи" в асфальтобетонному шарі нижче нейтральної осі від дії зовнішнього навантаження виникають розтягуючі напруження, які частково передаються та сприймаються армуючим прошарком та намагаються його розтягнути. При цьому в прошарку виникають реактивні зусилля, обумовлені порушенням стану рівноваги в результаті дії навантаження.
На рисунку 2.2. зображена лінія впливу реактивних напружень в армуючому прошарку на асфальтобетонні шари. Початок її знаходиться на нейтральній осі верхнього шару, а кінець - в нижньому шарі на відстані, що дорівнює величині відрізку від нейтральної осі до армуючого прошарку.
Розглядаючи верхній та нижній асфальтобетонні шари між якими укладено армуючу сітку на певній відстані вище та нижче від сітки утворюється зона, де загальний напружено-деформований стан визначається не тільки властивостями асфальтобетону, а й наявністю армуючого матеріалу. Тобто в межах цієї зони сітка змінює напружено-деформований стан в асфальтобетоні, причому біля самої сітки він змінюється максимально, а на деякій відстані від сітки ця зміна дорівнює нулю.
Ділянку, що знаходиться в межах лінії впливу, будемо називати активною зоною армування.
"Система" буде діяти найбільш ефективно за умови абсолютного зчеплення її складових, тобто асфальтобетонного шару із армуючим прошарком, так як в цьому випадку площа контакту буде максимальною і не буде місць розриву напружень.
Припустимо, що при влаштуванні армованого асфальтобетонного шару під час будівництва прошарок максимально можливо контактує із асфальтобетоном. Але в процесі експлуатації в силу дії різних факторів площа контакту, де не можливі переміщення прошарку відносно шару (абсолютний контакт) зменшується в результаті часткового відриву армуючого прошарку від асфальтобетонного шару. Тому, в даному випадку, можна виділити дві контактуючі ділянки:
* ділянка з абсолютним контактом;
* ділянка де можливі переміщення прошарку відносно асфальтобетонного шару.
В другому випадку розтягуючі напруження від асфальт