Strona4

Nawierzchnie drogowe z betonu cementowego

Na rys. 2.14 pokazano schematycznie sposób obliczania prognozowanego obciążenia ruchem. Sumaryczny ruch niezbędny jest do określenia trwałości zmęczeniowej konstrukcji nawierzchni, co będzie omówione w następnych rozdziałach.

Nawierzchnie drogowe z betonu cementowego

Rys. 2.14. Prognozowane ob-1 ciążenie ruchem

Trwałość konstrukcji nawierzchni to przede wszystkim odporność materiałów wchodzących w jej skład (głównie nawierzchniowej warstwy betonowej) na niszcząc)' charakter ruchu drogowego, zespolone działanie czynników klimatycznych i środków chemicznych, stosowanych do odlodzenia powierzchni. Przeważający wpływ na trwałość konstrukcji nawierzchni ma jednakże wytrzymałość zmęczeniowa. Zmęczenie materiału polega na jego stopniowym niszczeniu pod wpływem wielokrotnych, okresowo zmiennych, obciążeń.

Każdy punkt na powierzchni jezdni podczas całej eksploatacji jest poddany wielokrotnym obciążeniom. Liczba tych obciążeń nie zawsze jest równa całkowitej liczbie obciążeń, którym poddany jest przekrój jezdni w okresie eksploatacji. Na rys. 2.15 pokazano wykres częstotliwości występowania śladów kół samochodów na pasie ruchu. Największe prawdopodobieństwo obciążenia jezdni jest równe polu odpowiadającemu szerokości śladu koła.

Z badań przeprowadzonych przez różnych autorów [2.8, 2.20] wynika, że w przekroju poprzecznym częstotliwość obciążenia danego punktu na jezdni zawiera się w przedziale 40-60% całkowitego natężenia ruchu. W przypadku pasów ruchu o mniejszych szerokościach ruch jest bardziej skanalizowany i w takich przypadkach częstotliwość obciążeń jest znacznie większa.

Do obliczenia łącznego wpływu różnych obciążeń, pojawiających się na jezdni wykorzystuje się najczęściej hipotezę zmęczeniową Minera [2.15]. W myśl tej hipotezy, konstrukcja poddana działaniu naprężeń a_v o₂, ... o_m i odpowiadającej im liczbie cykli obciążeń n,, ńj, ... n_m ulega zniszczeniu, gdy szkoda zmęczeniowa Djest równa 1:

Wpływ obciążenia

środek    krawędź

D = £■£■ = 1    (2.16)

W”l

gdzie:

N. - dopuszczalna liczba obciążeń, jaką może przejąć materiał przy obciążeniu a_v

Na rys. 2.16 przedstawiono graficznie krzywą zmęczeniową. Podstawowe założenia hipotezy Minera można przedstawić następująco:

-    każde naprężenie o; bierze udział w uszkodzeniu elementu,

-    uszkodzenia nie są zależne od lokalizacji naprężeń w całym cyklu obciążeń,

-    całkowite uszkodzenie jest równe sumie uszkodzeń wywołanych przez każde ą oddzielnie.

Na rys. 2.17 przedstawiono krzywą zmęczeniową betonu cementowego opracowaną przez PCA (2.171. Na osi pionowej naniesiono stosunek naprężeń powodujących zmęczenie (o) do wytrzymałości statycznej [fjt. na osi poziomej powtarzalną liczbę obciążeń (IV).

Na rys. 2.18 pokazano krzywe zmęczeniowe wg (2.9) dla różnych stosunków obciążenia minimalnego do maksymalnego. Parametr S oznacza stosunek naprężeń minimalnych do maksymalnych. Jak widać, stosunek ten ma duży wpływ na zmęczenie betonu cementowego, jeżeli zbliża się do zera, to szybciej występuje zmęczenie. Na osi pionowej naniesiono stosunek naprężeń powodujących zmęczenie (o) do wytrzymałości statycznej (fj), na osi poziomej powtarzalną liczbę obciążeń (N).

4S