УЧЕТ ПРИНЦИПОВ ТЕХНИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД НЕЖЕСТКОГО ТИПА С ПРИМЕНЕНИЕМ ГЕОМАТЕРИАЛОВ (НА ОСНОВЕ ТЕРИИИ РИСКА)

Лекция 3

УЧЕТ ПРИНЦИПОВ ТЕХНИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД НЕЖЕСТКОГО ТИПА С ПРИМЕНЕНИЕМ ГЕОМАТЕРИАЛОВ (НА ОСНОВЕ ТЕРИИИ РИСКА)

В соответствии с Федеральным законом «О техническом регулировании» №184-ФЗ в настоящее время в дорожном хозяйстве создается система технического регулирования, в целом 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» №184-ФЗ, 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 к недостижению 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. И как следствие этого – последующее 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 покрытия могут быть предусмотрены специальные трещинопрепрывающие прослойки, в том числе на основе геосеток и геотекстиля.

В настоящее время разработан отраслевой дорожный методический документ «Методические рекомендации по применению геосеток и плоских георешёток для армирования асфальтобетонных слоёв усовершенствованных видов покрытий при капитальном ремонте и ремонте автомобильных дорог» ОДМ 218.5.001-2009 [1]. Данные методические рекомендации носят рекомендательный характер и могут быть использованы при армировании (усилении) дорожных одежд городских улиц и дорог, автомобильных дорог промышленных и сельскохозяйственных предприятий, при проектирование дорожных одежд на участках строительства и реконструкции. Особый интерес в ОДМ 218.5.001-2009 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 дорог руководствуются ОДН 218.046-01 [2]. Анализ данных документов показал, что при выполнении расчёта конструкции на сопротивление монолитных слоёв усталостному разрушению от растяжения при изгибе по ОДН 218.046-01 внесены дополнения в ОДМ 218.5.001-2009 [1], касающиеся особенностей расчёта на прочность дорожных одежд с асфальтобетонным покрытием, армированным геоматериалами. При этом наличие армирующей прослойки в асфальтобетонном покрытии рекомендуют учитывать за счёт введения в базовые расчётные формулы двух специальных коэффициентов, величина которых зависит от прочности и деформативности геосетки (табл. 1):

- коэффициент kа 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 ОДМ 218.5.001-2009 [1], эти дополнения получены в результате комплексных испытаний геосеток, плоских георешёток и асфальтобетона, армированного этими геоматериалами, с учётом условий работ, повреждаемости и длительной прочности геосеток и плоских георешёток.

Таким образом, ОДМ 218.5.001-2009 [1] рекомендует прочность материала монолитного слоя при многократном растяжении при изгибе RN определять по формуле (6 бII.1) 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 (бII.2) [1]);

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

- коэффициента вариации () прочности на растяжение (прил.4 [2]);

- коэффициента нормативного отклонения () (прил. 4 [2]).

В ОДМ 218.5.001-2009 [1] коэффициент k1, отражающий влияние на прочность усталостных процессов предложено вычислять по выражению (6 бII.2) 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 (), зависящего от свойств материала рассчитываемого монолитного слоя (табл. П.3.1 [2]);

- коэффициента , 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 , учитывающего уменьшение влияния усталостных процессов на прочность, вследствие армирования асфальтобетонного покрытия геосеткой (см. табл. 1).

Таблица 1

Значения коэффициентов армирования

Прочность геосетки (плоской георешётки) RLR (RTR), кН/м	Относительная деформация при разрыве LRmax (TRmax), %	kа	kNp
Менее 50	не более 4	1,00	1,00
	более 4	1,00	1,00
50	не более 4	1,05-1,10	0,80 -0,90
	более 4	1,00-1,05	0,90-1,00
100	не более 4	1,10-1,20	0,50-0,75
	более 4	1,05-1,10	0,75 -0,90
150 и более	не более 4	1,20-1,50	0,25-0,50
	более 4	1,10-1,20	0,60 -0,75

Как отмечено в ОДМ 218.5.001-2009 [1] такой подход позволит увеличить межремонтные сроки проведения капитального ремонта и ремонта дорожных одежд, предусмотренные приказом Минтранса России от 01.11.2007 № 157. Это увеличение обосновано замедлением темпов трещинообразования, колееобразования и образованием 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 N 184-ФЗ «О техническом регулировании» и N 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), которая бы учитывала обозначенную законами проблему.

Настоящая статья затрагивает с научной точки зрения подобные задачи, решения которых основаны на деятельности научной школы проф. Столярова В.В., который является руководителем нового научного направления: «Проектирование, строительство и эксплуатация автомобильных дорог по условию обеспечения безопасности движения с учетом теории риска» в Саратовском государственном техническом университете (СГТУ).

Данное направление является продолжением ранее выполненных исследований, представленных в работах [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

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

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

- коэффициента , учитывающего особенности напряженного состояния покрытия конструкции под спаренным баллоном. Принимают равным 0,85 (при расчете на однобаллонное колесо = 1,00);

- расчетного давления (табл. П.1.1 [2]).

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

. (1)

где EH - общий модуль упругости на поверхности основания, МПа;

- средний модуль упругости слоев асфальтобетона, МПа;

- суммарная толщина слоев асфальтобетона, см. Уравнение (1) справедливо при , D - расчетный диаметр следа колеса движущегося автомобиля, см;

- коэффициента вариации общего модуля упругости на поверхности основания;

- коэффициента вариации среднего модуля упругости;

- коэффициента вариации суммарной толщины асфальтобетонных слоев.

Определяют среднее квадратическое отклонение наибольшего растягивающего напряжения в рассматриваемом слое

. (2)

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

5. Определяют среднее квадратическое отклонение допустимого растягивающего напряжения материала

=0,1, (3)

где 0,1 - коэффициент вариации прочности асфальтобетона на растяжение при изгибе. Величина этого параметра определяется по табл. П. 4.1. [2]

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

- при 0,2

; (4)

- при =0,2

, (5)

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

. (6)

Определяют с учетом теории риска [3,4,5] среднее квадратическое отклонение критического растягивающегося напряжения

. (7)

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

. (8)

Таким образом, в рамках выполнения федерального закона N 184-ФЗ «О техническом регулировании», разработана математическая модель, позволяющая производить расчет дорожных одежд нежесткого типа с оценкой степени риска возникновения трещин в монолитном слое при изгибе.

ЛИТЕРАТУРА

Методические рекомендации по применению геосеток и плоских георешёток для армирования асфальтобетонных слоёв усовершенствованных видов покрытий при капитальном ремонте и ремонте автомобильных дорог (ОДМ 218.5.001-2009)/ Федеральное дорожное агентство (Росавтодор).-М.:2010.-85с.
Проектирование нежестких дорожных одежд (ОДН 218.046-01)/ Гос. служба дор. хоз. Министерства транспорта РФ. – М.: Транспорт, 2001.- 145с.
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 / Н. Е. Кокодеева // Актуальные проблемы эксплуатации транспорта : межвуз. науч. сб. / СГТУ. - Саратов, 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) / Н. Е. Кокодеева // Дорожная держава, №19 -2009. – С. 72-75.
Семенов В.А. Качество и однородность автомобильных дорог. М.: Транспорт, 1989.–125с.

УЧЕТ ПРИНЦИПОВ ТЕХНИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД НЕЖЕСТКОГО ТИПА С ПРИМЕНЕНИЕМ ГЕОМАТЕРИАЛОВ (НА ОСНОВЕ ТЕРИИИ РИСКА)