84727 Strona2

Nawierzchnie drogowe z betonu cementowego

22. Obciążenie kołem

Obciążenie z nadwozia przekazywane jest poprzez oś na kolo, które jest ostatnim ogniwem w systemie przekazywania obciążeń na nawierzchnię drogową. Kolo może znajdować się w różnym stanie:

-    statycznym,

-    ruchu jednostajnym,

-    ruchu przyśpieszonym (lub zwolnionym).

Każdy z tych stanów powoduje, że wywierane są różne wpływy na nawierzchnię. Przy długotrwałym obciążeniu występuje pełzanie statyczne. W przypadku nawierzchni betonowych nie jest to stan niebezpieczny. Długotrwale obciążenia występują w miejscach postojowych oraz przed skrzyżowaniami.

Przy ruchu jednostajnym powierzchnia styku opony z nawierzchnią jest poddana obciążeniu krótkotrwałemu przez ok. 0,01 s (przy prędkości ruchu ok. 80 km/h). W takim przypadku nawierzchnia obciążana jest naciskiem pionowym i siłami poziomymi, które pojawiają się wskutek istnienia sczepności pomiędzy oponą a powierzchnią jezdni.

Ruch przyśpieszony lub zwolniony powoduje dodatkowo występowanie zwiększonych sił poziomych pomiędzy oponą i nawierzchnią, które mogą dochodzić w sporadycznych przypadkach do 60% obciążeń pionowych. Zjawiska te występują przed skrzyżowaniami oraz na znacznych pochyleniach terenu.

Najbardziej charakterystyczny jest ruch jednostajny, w czasie którego konstrukcja nawierzchni jest poddawana działaniu krótkotrwałych obciążeń powtarzalnych od poruszających się po niej pojazdów. Częstotliwość obciążeń zależy od natężenia i prędkości ruchu.

Na rys. 2.1 pokazano układ sil, działających na napędowe kolo pojazdu [2.12]. W wyniku ruchu kola na konstrukcję nawierzchni działają następujące obciążenia:

-    pionowe P, działające prostopadle do powierzchni jezdni,

-    styczne U, działające równolegle do powierzchni jezdni.

Rys. 2.1. UWad sH działających na nawierzchnię od obciążenia kołem

Oba rodzaje obciążeń są rozłożone na powierzchni styku opony z nawierzchnią. Składową pionową można opisać zależnością (2.1):

Ś2

P = G + C(t + m_kż

(2.1)

gdzie:

G - oddziaływanie nadwozia,

G_k - ciężar koła,

ż - przyśpieszenie koła w kierunku osi z, m_kż - siła dynamiczna pochodząca od masy koła.

Siła G jest spowodowana oddziaływaniem nadwozia i składa się z dwóch składowych. Jedna składowa statyczna pochodzi od przypadającego na dane koło ciężaru nadwozia (wraz z ładunkiem), druga składowa dynamiczna G_dj/n wynika z oddziaływania przyśpieszenia na masę nadwozia. Ogólnie można zapisać, że obciążenie pionowe nawierzchni wynosi:

+    H

gdzie:

Paal I ^Gsnu § °k

H| j ggn ⁺

Na rys. 22 pokazano przebieg obciążenia pionowego w funkcji czasu t i drogi x

Rys. 2.2 Przebieg zmiany obciążenia kola P w funkcji czasu 11 drogi *

Zmienna w czasie składowa dynamiczna P_dl/n może być dodatnia lub ujemna. W szczególnym przypadku, gdy P_dj/n = - P_aa,, chwilowy nacisk koła na nawierzchnię wynosi P = 0. Gdyby to zjawisko wystąpiło równocześnie na wszystkich kołach pojazdu, zaniknęłaby możliwość prowadzenia go.

Obciążenie statyczne jest wywołane naciskiem nadwozia wraz z ładunkiem oraz ciężarem koła. Rozkład tych obciążeń na poszczególne koła zależ)’ od liczby i układu osi napędowych.

Obciążenie dynamiczne występuje na skutek oddziaływania na pojazd przyśpieszeń lub opóźnień, skierowanych zgodnie z osią podłużną samochodu oraz przyśpieszeń pionowych w następstwie wymuszeń przez nierówności drogi. Obciążenie przekazywane przez kolo na nawierzchnię rozkłada się na powierzchni śladu F. W miejscu styku kola z nawierzchnią działa tzw. ciśnienie stykowe. Powierzchnia