Дипломная работа: Аналіз впливу різноманітних чинників на тріщиноутворення нежорстких дорожніх одягів
Метою даної магістерської роботи є аналіз факторів які впливають на тріщиноутворення та оцінка його негативного впливу на дорожні одяги нежорсткого типу, обґрунтування методів ремонту даного виду руйнування.
1. Огляд негативного впливу тріщиноутворення на транспортно -експлуатаційний стан автомобільних доріг
Найбільш поширеними на території України є покриття, які влаштовують з використанням асфальтобетону. Поряд з високими технологічними та експлуатаційними показниками таке покриття володіє суттєвими недоліками – високою чутливістю до температурно-зволожувальної дії, безперервним змінам міцності та деформативних характеристик в часі у зв’язку з природним старінням в’яжучого, що суттєво ускладнює прогнозування їх довговічності.
Багаточисельні досліди показують, що умови роботи дорожніх одягів з такими покриттями в значній мірі визначаються фізико-хімічними, механічними та погодно-кліматичними факторами, в результаті спільної дії яких відбувається зміна якісних характеристик покриття в процесі експлуатації. При вивченні особливостей роботи дорожніх покриттів з асфальтобетонних сумішей неможливо розглядати ізольовано вплив на них тільки однієї окремої групи факторів, вони повинні розглядатися комплексно, так як в комплексі результат з впливу буде різко відрізнятися від впливу кожного з факторів окремо. Асфальтобетон в конструкції дорожнього одягу абсолютно завжди знаходиться в напруженому стані, дана обставина зв’язана з тим, що виникаючі в ньому напруження ніколи повністю не релаксують. При постійній наявності в асфальтобетоні залишкової напруги, покриття під впливом даної напруги буде руйнуватися. Руйнування у вигляді тріщин відбудеться, коли сумарна, яка накопилася в покритті, деформація асфальтобетону прирівняється до граничного значення з тривалості для даного матеріалу.
Тріщини найбільш небезпечний вид руйнування дорожнього покриття з точки зору порушення його суцільності.
Відомо, що самі по собі тріщини не мають значного впливу на безпеку і комфортабельність руху по дорогам. Серйозну небезпеку для транспорту і великі додаткові затрати, пов’язані з утриманням доріг, викликають наслідки цих тріщин. За даними різних джерел першопричиною виникнення від 70% до 90% вибоїн є наявні в дорожніх покриттях тріщини.
Особливо активно процес виникнення вибоїн розвивається у весняний період, чому сприяє чергування додатних і від’ємних температур повітря та покриття, наявність води в порах покриття. Проникаючи в раковини та мікро тріщини покриття, вода здійснює розклинюючи дію, яке значно збільшується при її замерзанні. Зв’язки між частками матеріалу послаблюються і під впливом коліс автомобіля утворюється вибоїна , яка може швидко збільшитися.
Наїжджаючи на вибоїну, колесо отримує поштовх, що призводить по повторного динамічного удару на деякій відстані за вибоїною. При багаторазовому повторенні цього навантаження утворюється наступна раковина або тріщина, які потім зливаються в одну велику вибоїну.
Іншим аспектом проблеми тріщино утворення є негативний вплив крізних тріщин на водно-тепловий режим земляного полотна. Деструктивний характер води, яка поступає крізь такі тріщини проявляється, перш за все, в перезволоженні ґрунту основи, витрати його несучої здатності та, як наслідок, у руйнуванні асфальтобетонних покриттів у прилягаючих зонах.
Тріщини на покриттях бувають різних розмірів і форми. На асфальтобетонних та інших покриттях, побудованих з використанням органічного в’яжучого, тріщини можуть бути одиночні поперечні, повздовжні, косі та у вигляді сітки.
Утворення тріщин є головною причиною передчасного руйнування дорожнього одягу: існує закономірність зниження міцності дорожнього одягу нежорсткого типу в залежності від наявності тріщин. Також при обстеженні дорожніх конструкцій було встановлено, що найбільша неоднорідність вологості та щільності, а також і міцність спостерігається у верхній частині земляного полотна в місцях де є або відремонтовані тріщини. В цих місцях середня вологість ґрунту полотна на 15-30% вища, ніж в місцях де немає порушення поверхні покриття, що веде до значного зниження щільності і міцності ґрунту і ослаблення в цих місцях дорожніх конструкцій в цілому( в місцях наявності тріщин на перезволожених ділянках під динамічною дією важкого автомобільного транспорту можуть виникати просадки).
Негативний вплив тріщин у шарі асфальтового одягу полягає в тому, що вода проникає в шар асфальтового одягу, а при тріщинах, що йдуть крізь весь дорожній одяг, і в основу. Проникнення води спричиняє поява наступних ефектів:
– підвищення вмісту води в неукріплених шарах знижує несучу здатність неукріпленого несучого шару й будівельної основи.
– замерзаючи, вода в дорожній конструкції може привести як до відшаровування асфальтобетонного покриття й місцевого руйнування структури асфальту в шарах покриття, так і до пучення у нижніх шарах, викликаних морозом.
Збиток, заподіюваний у результаті цього, зв'язаний, як правило, з ремонтом шару асфальтобетонного одягу, або навіть із повним відновленням дорожньої конструкції. Крім того, через проникнення кисню крізь тріщини прискорюється процес старіння бітуму.
Крім того, виконання ремонтних робіт на асфальтобетонних покриттях супроводжується частковим або повним перекриттям руху у даному напрямку. Це призводить до затримки транспортних засобів, що в свою чергу веде до подорожчання вартості перевезення вантажів та пасажирів. Часті ремонти ведуть до значних капітальних вкладень в експлуатацію автомобільних доріг.
Застосування сучасних технологій при ремонтах асфальтобетонних покриттів дозволяє відсунути строки дорогої реконструкції, одержати економію за рахунок зниження витрат на наступне утримання.
Шляховики знають, що для ремонту тріщин звичайно застосовується медичний термін «санація» – комплекс лікувально-профілактичних заходів, спрямованих на попередження й ліквідацію захворювань зубів. Тріщини на покритті подібні до хворих зубів, що роблять шкідливий вплив на весь організм людини. І чим раніш й надійніше їх почати «лікувати», тим здоровіше буде «організм» автомобільної дороги.
Тому рішення проблеми тріщиностійкості асфальтобетонів слід розглядати в якості однієї з головних для підвищення довговічності покриття.
2. Аналіз основних причин та факторів, впливаючих на утворенння тріщин
транспорт тріщина дорога покриття
Під надійністю дорожнього одягу розуміють ймовірність безвідмовної роботи конструкції на протязі всього періоду експлуатації до ремонту. Кількісно рівень надійності представляє відношення протяжності міцних (непошкоджених) ділянок до загальної протяжності одягу з відповідним значенням коефіцієнту міцності.
З характерних для асфальтобетонного покриття пошкоджень найбільш небезпечні поперечні тріщини. В усіх випадках утворення тріщин на дорожніх асфальтобетонних покриттях відбувається внаслідок скорочення (при охолодженні) їх розмірів, або при прогині покриття, викликаному в основному деформацією основи і земляного полотна. Тріщини виникають втому випадку, якщо гранично можливе для даного покриття розтягнення і подовження при даних температурах і навантаженні являється недостатнім для запобігання виникаючим критичним напруженням в покритті, перевищуючих його опір розриву.
З їх виникненням найбільш інтенсивне руйнування асфальтобетону виникає в зоні переходу коліс автомобіля з одного краю тріщини на другий – виникнення вибоїн.
Вибоїни – місцеві руйнування покриття глибиною від 20 до 100 мм і більше з різко викресленими краями. Вони виникають перш за все із-за недостатнього зв’язку між мінеральними та органічними матеріалами, недоущільнення покриття, забруднення, використання недоброякісних матеріалів (перепалення асфальтобетонної суміші, попадання необробленого щебеню або піску в суміш і т.д.).
Особливо активно процес виникнення вибоїн розвивається у весняний період, чому сприяє чергування додатних і від’ємних температур повітря та покриття, наявність води в порах покриття. Проникаючи в раковини та мікро тріщини покриття, вода здійснює розклинюючи дію, яке значно збільшується при її замерзанні. Зв’язки між частками матеріалу послаблюються і під впливом коліс автомобіля утворюється вибоїна , яка може швидко збільшитися.
Наїжджаючи на вибоїну, колесо отримує поштовх, що призводить по повторного динамічного удару на деякій відстані за вибоїною. При багаторазовому повторенні цього навантаження утворюється наступна раковина або тріщина, які потім зливаються в одну велику вибоїну.
Іншим аспектом проблеми тріщино утворення є негативний вплив крізних тріщин на водно-тепловий режим земляного полотна. Деструктивний характер води, яка поступає крізь такі тріщини проявляється, перш за все, в перезволоженні ґрунту основи, витрати його несучої здатності та, як наслідок, у руйнуванні асфальтобетонних покриттів у прилягаючих зонах.
Тріщини на покриттях бувають різних розмірів і форми. На асфальтобетонних та інших покриттях, побудованих з використанням органічного в’яжучого, тріщини можуть бути одиночні поперечні, повздовжні, косі та у вигляді сітки.