 . (13)
Результати теоретичних досліджень дозволили запропонувати метод розрахунку асфальтобетонних шарів армованих синтетичними матеріалами на тріщиностійкість (рис. 4) від дії транспортних засобів.
Третій розділ містить експериментальні дослідження та чисельний аналіз розрахунку асфальтобетонних шарів армованих синтетичними матеріалами. Наведено методики лабораторних та натурних досліджень впливу армування на міцність асфальтобетонних шарів, матеріали, прилади та обладнання, прийняті для дослідження.
Лабораторні дослідження. Для визначення геометричних розмірів активної зони армування виготовлялись балочки з розмірами 160 мм × 40 мм × 20 мм та 160 мм × 40 мм × 30 мм, в яких армуюча сітка закладалась на ½ їх висоти, тобто посередині.
Також виготовлялись балочки з розмірами 160 мм × 40 мм × 40 мм, в яких армуюча сітка розташовувалась на різній висоті від нижньої грані балочки, в тому числі і посередині. Конструктивно армовані синтетичною сіткою балочки мали вигляд, зображений на рис. 5.
Величина захисного шару а змінювалась за законом
 , см
Технологія виготовлення зразків-композитів була наступною. В процесі підготовки зразків спочатку виготовлялись нижні шари композиту, що мали однакові розміри в плані та різну висоту. Заздалегідь нарізалась синтетична сітка необхідних розмірів в плані.
Для того, щоб унеможливити просковзування сітки в композиції, її торці по 10 мм обробляли епоксидною смолою, створюючи, таким чином упори, які в композиції зачіплюються за кам’яні матеріали. Потім для зчеплення сітки з асфальтобетоном виконувалась підґрунтовка нижніх шарів бітумною емульсією з розрахунку 0,6 л/м2. На підґрунтовані нижні шари вкладалась заздалегідь підготовлена синтетична сітка.
Далі підготовлена основа поміщалась у підігріту форму. Після цього в форму досипалась наважка асфальтобетону необхідної маси та з необхідною температурою, форма ставилась під прес, де остаточно формувався і ущільнювався зразок-композит. Після чого зразок виймали з форми і готували для випробування.
Отримані результати лабораторних досліджень дозволили встановити закономірності впливу армування на деформаційні та міцнісні характеристики асфальтобетону (табл. 1) та залежності, отримані в результаті статистичної обробки експериментальних даних (рис. 6–8). Найбільший вплив на міцнісні та деформаційні характеристики армованого асфальтобетону здійснюють синтетичні матеріали на основі поліестерних волокон (Armatex, Hatelit). Так, їх модулі пружності збільшуються в порівнянні з базовим асфальтобетоном при Т = 0 °С та а = 0 відповідно в 1,14 та 1,10 рази, а міцність – в 1,37 та 1,32 рази. Базальтоволоконна сітка майже не підвищує модуля пружності та міцності асфальтобетону базового складу.
Таблиця 1
Міцнісні та деформаційні характеристики армованих асфальтобетонів
В якості підтвердження достовірності отриманих результатів було визначено найбільше напруження від розтягу при згині в нижньому волокні двохшарової балочки за відомою формулою:
 , (14)
Наприклад для балочок з величиною захисного шару 1 см армованих сіткою Armatex руйнуюче навантаження становило Р = 2640,8 Н, при l = 14 см, b = 4 см, h = 2 см і експериментально отриманих Ев = 4630 МПа та Ен= 4300 МПа можна отримати теоретичне значення максимального напруження від розтягу при згині за (14) при якому повинно відбутися руйнування  МПа, що практично співпадає з експериментально отриманим значенням R = 8,68 МПа (табл. 1)
На основі отриманих експериментальних даних щодо міцності та модуля пружності для армованого асфальтобетону, була розроблена методика визначення цих характеристик за допомогою аналітичних залежностей з використанням коефіцієнтів ефективності армування.
Для визначення характеристик втоми направлено-армованого асфальтобетону виконувались випробування зразків-балочок на міцність при згині в режимі зростаючого з постійною швидкістю навантаження.
При випробуванні на довготривалу повзучість при постійному навантаженні фіксували час до руйнування зразка, після чого визначали параметри функції довговічності  та  .
В табл. 2 наведено результати випробувань дрібнозернистого асфальтобетону типу Б на бітумі БНД-60/90.
Таблиця 2
Експериментальні дані з оцінки довговічності дрібнозернистого асфальтобетону типу Б при постійній швидкості навантаження
В результаті обробки експериментальних даних отримані наступні апроксимуючі залежності:
- для неармованого асфальтобетону
 ,
- для асфальтобетону армованого базальтовими сітками
 ,
- для асфальтобетону армованого поліестерними сітками
 .
Аналіз результатів показує, що армування асфальтобетону базальтовими сітками незначно збільшує його міцність на втому, навіть при температурі 0 °С показники втоми для неармованого асфальтобетону та армованого базальтовою сіткою відрізняються між собою в межах розкиду експериментальних даних. Більш суттєвий вплив на довготривалу міцність армованого асфальтобетону при температурі 0 °С здійснюють поліестерні сітки.
Отримане експериментальним шляхом значення n для асфальтових бетонів як армованих (п = 6,23), так і неармованих (п ≈ 6,0), узгоджується із результатами випробувань на втому, проведених А.О. Саллем (п = 6,25), Т.Н. Калашниковою (п = 6,27), Хіменсоном і Галауеєм (п = 6,25), Пеллом (п = 6,1), Бейкером і Папазяном (п = 6,28).
З метою прогнозування стану асфальтобетонних шарів за допомогою методу акустичної емісії в натурних умовах були досліджені спеціально влаштовані конструкції дорожнього одягу нежорсткого типу. Для реєстрації та аналізу акустичної емісії використовувався програмний комплекс “АКЕМ”.
Результати досліджень показують, що армування асфальтобетонних шарів синтетичними матеріалами підвищує їх міцність та подовжує час до початку фізичного руйнування. Зафіксовані сигнали акустичної емісії підтверджують, що процес накопичення мікродефектів в армованих асфальтобетонних шарах відбувається в 2–3 рази повільніше в порівнянні з неармованими. Застосування армованих асфальтобетонних шарів дозволяє підвищити момент тріщиноутворення і отримати меншу ширину розкриття тріщини. Це підтверджується нижчим рівнем енергії акустичної емісії процесів в момент утворення тріщини в порівнянні з неармованими асфальтобетонними шарами.
Для встановлення моменту тріщиноутворення в асфальтобетонних шарах можна використовувати параметр акустичної емісії – коефіцієнт Кр (рис. 9–10).
В результаті проведених досліджень встановлено, що в асфальтобетонних шарах дорожнього одягу нежорсткого типу за момент утворення мікротріщин можна приймати навантаження, при якому Кр > 3.
Четвертий розділ присвячений практичним розробкам і впровадженню результатів досліджень.
Розроблений метод розрахунку асфальтобетонних шарів нежорстких дорожніх одягів армованих синтетичними матеріалами та аналіз їх тріщиностійкості дозволили виділити найбільш ефективні перспективні напрямки та технологічні заходи забезпечення необхідної довговічності асфальтобетонних шарів.
На підставі запропонованого методу розроблено інженерну методику розрахунку армованих асфальтобетонних шарів та практичні рекомендації щодо підвищення їх міцності та довговічності з оцінкою економічної ефективності від застосування армуючих матеріалів при будівництві, реконструкції та капітальному ремонті дорожніх одягів автомобільних доріг.
Розроблено і впроваджено рекомендації для підвищення тріщиностійкості асфальтобетонних шарів за рахунок їх армування.
Результати дисертаційних досліджень реалізовані при проектуванні реконструкції автомобільної дороги Київ-Одеса (км 232+000 – км 236+000, км 266+000 – км 272+000) та капітального ремонту автомобільної дороги Київ Бориспіль.
Висновки
В дисертації отримано наступні основні наукові та практичні результати
1. На основі аналізу існуючих методів розрахунку та досвіду роботи армованих асфальтобетонних шарів нежорсткого дорожнього одягу на автомобільних дорогах досліджено та узагальнено механізм взаємодії армуючого синтетичного прошарку з асфальтобетонними шарами нежорсткого дорожнього одягу з обґрунтуванням фізичної моделі даного процесу.
2. Розроблено моделі роботи армуючих прошарків в асфальтобетонних шарах дорожнього одягу нежорсткого типу з їх експериментальним підтвердженням, що дозволяє визначати розтягуючі напруження в активній зоні армування та горизонтальні нормальні напруження в армованому асфальтобетонному шарі від дії транспортних засобів.
3. Запропоновано метод розрахунку армованих асфальтобетонних шарів на основі реалізації розроблених моделей з обґрунтуванням та оцінкою умови граничного стану та функції довговічності, що описують розтріскування асфальтобетонних шарів з урахуванням їх армування.
4. На основі лабораторних досліджень встановлено закономірності впливу армування на деформаційні та міцнісні характеристики армованого асфальтобетону та показник втоми. Визначено, що найбільше підвищення модуля пружності (в 1,14 рази) та міцності (в 1,37 рази) відбувається при застосуванні в якості армуючого матеріалу поліестерних сіток. Адекватність запропонованих моделей та методу розрахунку підтверджується співставленням теоретичних результатів з експериментальними даними.
5. Вперше для прогнозування стану армованих асфальтобетонних шарів застосовано метод акустичної емісії з використанням програмного комплексу АКЕМ. Результати експериментальних та натурних досліджень показують, що в армованих конструкціях дорожнього одягу кількість сигналів АЕ в 2–3 рази менша в порівнянні з неармованими. На підставі цих досліджень встановлено, що в асфальтобетонних шарах дорожнього одягу нежорсткого типу за момент утворення мікротріщин можна приймати навантаження, при якому Кр > 3.
6. На основі запропонованих моделей та методу розрахунку розроблено інженерну методику проектування армованих асфальтобетонних шарів нежорсткого дорожнього одягу з урахуванням типу армуючого матеріалу та його розрахункових характеристик.
7. Результати виконаних досліджень використані при розробці методики розрахунку МР-218-02070915-322-2003 “Методика розрахунку нежорстких дорожніх одягів з армуючими прошарками” та відомчих будівельних норм ВБН В.2.3-218-186-2004 “Споруди транспорту. Дорожній одяг нежорсткого типу”. Розроблено і впроваджено практичні рекомендації щодо підвищення тріщиностійкості асфальтобетонних шарів за рахунок їх армування при проектуванні реконструкції автомобільної дороги Київ-Одеса (км 232+000 – км 236+000, км 266+000 – км 272+000) та капітального ремонту автомобільної дороги Київ Бориспіль, що підтверджується актами впровадження результатів дисертаційних досліджень.
Основні положення дисертації опубліковані в роботах
1. Савенко В.Я., Василевич О.В. Акустична емісія – перспективний метод контролю без руйнування // Автомобільні дороги і дорожнє будівництво: Міжвідомчий наук.-техн. збірник – К.: НТУ, 2001. Вип. 62. – С. 243-246.
2. Савенко В.Я., Василевич О.В. Застосування методу єдиного пакета шарів при розрахунках дорожніх одягів // Автомобільні дороги і дорожнє будівництво: Міжвідомчий наук.-техн. збірник – К.: НТУ, 2001. Вип. 63. – С. 229-233.
3. Савенко В.Я., Василевич О.В. Теоретичні основи розрахунку асфальтобетонних шарів, армованих синтетичними прошарками // Автошляховик України. – 2002. – № 4. – С. 37-39.
4. Савенко В.Я., Василевич О.В. Методика розрахунку нежорстких дорожніх одягів з армуючими прошарками // Автошляховик України. – 2003. – № 3. – С. 37-38.
5. Василевич О.В. До питання взаємодії геосинтетичного армуючого прошарку у вигляді сітки із асфальтобетонним шаром // Вісник НТУ, ТАУ. – 2002. № 7. – С. 125-126.
6. Василевич О.В. Узагальнена математична модель взаємодії синтетичних прошарків із конструктивними шарами дорожнього одягу // Автомобільні дороги і дорожнє будівництво: Міжвідомчий наук.-техн. збірник – К.: НТУ, 2003. Вип. 63. – С. 156-160.
7. Savenko V.Ya., Vasylevych A.V. Technique of account of unrigid road clothes with reinforced layers // X International Conference “Durable and safe road pavements”. Kielce, 11–12 May 2004. – P. 441-446.
8. Василевич О.В. Методика експериментального моделювання роботи армованих асфальтобетонів, постановка задачі, проведення експерименту та основні результати // Зб. тез 60 ювілейної наукової конференції професорсько-викладацького складу і студентів НТУ. – К., 2004. – С 73.
9. Іваниця Є.В., Василевич О.В. Розробка математичної моделі взаємодії геосинтетиків із конструктивними шарами дорожнього одягу // Зб. тез 61 наукової конференції професорсько-викладацького складу і студентів НТУ. – К., 2005. – С 90-91.
Анотація
Василевич О.В. Моделі та метод розрахунку асфальтобетонних шарів нежорстких дорожніх одягів армованих синтетичними матеріалами. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.11 – автомобільні шляхи та аеродроми. – Національний транспортний університет, Київ, 2005.
Дисертація присвячена розробці моделей та методу розрахунку асфальтобетонних шарів нежорстких дорожніх одягів армованих синтетичними матеріалами. Проведено аналіз існуючих методів розрахунку армованих асфальтобетонних шарів на міцність. Досліджено та узагальнено механізм взаємодії армуючого синтетичного прошарку з асфальтобетонними шарами нежорсткого дорожнього одягу з обґрунтуванням фізичної моделі даного процесу. Розроблено моделі роботи армуючих прошарків в асфальтобетонних шарах нежорстких дорожніх одягів, що дозволяють визначати нормальні напруження від дії транспортних засобів. Розроблено метод розрахунку армованих асфальтобетонних шарів, вибрано та обґрунтовано умову граничного стану, що описує розтріскування армованих асфальтобетонних шарів. На основі проведених експериментальних досліджень було запропоновано методику визначення розрахункових характеристик для асфальтобетону армованого різними синтетичними матеріалами за допомогою аналітичних залежностей. Вперше для прогнозування стану армованих асфальтобетонних шарів використано метод акустичної емісії. На основі узагальнення результатів дослідження обґрунтовано і розроблено інженерну методику проектування дорожніх одягів нежорсткого типу з асфальтобетонними шарами армованими різними синтетичними матеріалами Наведені результати виробничої апробації.
Ключові слова: армовані асфальтобетонні шари, синтетичні матеріали, армуючі сітки, напружено-деформований стан, граничний стан, довговічність.
АННОТАЦИЯ
Василевич А.В. Модели и метод расчета асфальтобетонных слоев нежестких дорожных одежд армированных синтетическими материалами. – Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.22.11 – автомобильные дороги и аэродромы. – Национальный транспортный университет, Киев, 2005.
Диссертация посвящена разработке моделей и метода расчета асфальтобетонных слоев нежестких дорожных одежд армированных синтетическими материалами.
Проанализировано существующие методы расчета армированных асфальтобетонных слоев на прочность от действия транспортных средств. Исследовано и обобщено механизм взаимодействия армирующей синтетической прослойки с асфальтобетонными слоями нежесткой дорожной одежды с обоснованием физической модели данного процесса. Дано определение активной зоны армирования, в пределах которой армирующий материал влияет на общее напряженно-деформированное состояние асфальтобетонных слоев.
Разработано модели работы армирующих прослоек в асфальтобетонных слоях нежестких дорожных одежд, которые позволяют на основе теории композитов с использованием фундаментальных законов теории упругости и приближенного решения М.Б. Корсунского определять горизонтальные нормальные напряжения в армированных асфальтобетонных слоях от действия транспортных средств.
Выбрано и обосновано условия предельного состояния, которые описывают растрескивание асфальтобетонных слоев армированных разными синтетическими материалами, растрескивание активной зоны армирования и неармированных асфальтобетонных слоев. Также получены аналитические зависимости для оценки влияния горизонтальных растягивающих напряжений на прочность асфальтобетонных слоев с учетом их армирования. На основе разработанных моделей и условий предельного состояния предложен метод расчета асфальтобетонных слоев армированных синтетическими материалами.
На основе выполненных натурных (метод акустической эмиссии) и лабораторных исследований подтверждена достоверность теоретических разработок, установлены геометрические параметры активной зоны армирования и влияние наличия армирующего материала в асфальтобетонных слоях на деформационные и прочностные характеристики асфальтобетона. Анализ и обработка лабораторных данных позволили разработать методику определения расчетных характеристик для асфальтобетона армированного различными синтетическими материалами с помощью аналитических зависимостей.
На основании предложенного метода разработана инженерная методика расчета армированных асфальтобетонных слоев и практические рекомендации повышения их прочности и долговечности с оценкой экономической эффективности, ожидаемой от применения армирующих синтетических материалов.
Приведены результаты научной и производственной апробации при проектировании реконструкции и капитального ремонта автомобильных дорог Украины.
Ключевые слова: армированные асфальтобетонные слои, синтетические материалы, армирующие сетки, напряженно-деформированное состояние, предельное состояние, долговечность.
Abstract
Vasylevych O.V. Models and a method of calculation of asphalt-concrete layers nonrigid road clothes by reinforced synthetic materials. – Manuscript.
The dissertation on reception of a scientific degree of the candidate of technical science speciality 05.22.11 – Roads and Aerodromes. – National Transport University, Kiev, 2005.
The thesis has been devoted to the development of models and a method of calculation asphalt-concrete layers of nonrigid road clothes reinforced by synthetic materials. The analysis of existing methods of calculation reinforced asphalt-concrete layers on durability is carried out (spent). It is investigated and is generalized the mechanism of interaction reinforced a synthetic layer with asphalt-concrete layers of nonrigid road clothes with a substantiation of physical model of the given process. Models of work reinforced layers in asphalt-concrete layers of nonrigid road clothes which allow to define (determine) normal pressure (voltage) from action of vehicles are developed. The method of calculation reinforced asphalt-concrete layers is developed, is chosen and the condition of a limiting condition which describes of crack resistance reinforced asphalt-concrete layers is proved. On the basis of the carried out (spent) experimental researches the technique of definition of settlement characteristics for asphalt-concrete reinforced by different synthetic materials with the help of analytical dependences was offered. For the first time for forecasting a condition reinforced asphalt-concrete layers the method of acoustic issue is used. On the basis of generalization of results of research the engineering technique of designing of road clothes of nonrigid type with asphalt-concrete layers the reinforced different synthetic materials is proved and developed Are given results of industrial approbation.
Key words: reinforced asphalt-concrete layers, synthetic materials, reinforced grids, stressed and deformed state, a limiting condition, durability, boundary state.
| 
