Пластические деформации, связанные с потерей несущей способности материала под действием транспортной нагрузки.

Ответственным за появление пластических деформаций может быть любой конструктивный слой и земляное полотно. возможна ситуация когда ответственность несут несколько конструктивных слоев. В то же время наиболее часто накоплению пластических деформаций подвергнуты верхний и нижний слои покрытия. Связано это с повышенным нагревом данных слоев в летний период и достаточно высоким уровнем напряжения в них от действия транспортной нагрузки.

Пластические деформации можно разделить на следующие группы:

1. Продольные колеи различной конфигурации.

2 Поперечные деформации в виде гребенки.

3. Наплывы, отпечатки и сдвиги, возникающие в локальных местах перераспределения транспортных потоков и стоянках.

Более подробно о видах пластических деформаций и причинах их появления можно ознакомиться в [3].

Причинами появления пластических деформаций является несоответствие свойств материала, ответственных за появление пластических деформаций напряженному состоянию, возникающему при движении расчетного автомобиля. То есть:

, (1.11.1)

где - касательные напряжение в покрытии от расчетного автомобиля при расчетных условиях;

- прочность материала на сдвиг.

Для дискретных материалов сопротивление сдвигу однозначно связано с параметрами угла внутреннего трения и нормальной составляющей напряжения. То есть:

, (1.11.2)

где -нормальное напряжение в расчетном сечении;

- угол внутреннего трения материала.

Основным законом, отражающим зависимость сопротивления сдвигу от угла внутреннего трения является закон Кулона:

, (1.11.3)

где с- сила внутреннего сцепления материала.

На законе Кулона основана теория сдвигоустойчивости грунтов земляного полотна и несвязных слоев основания дорожных одежд, рассматриваемая в данном разделе. Для оценки сдвигоустойчивости по закону Кулона достаточно определить касательные и нормальные напряжения в конструктивном слое, силу внутреннего сцепления и угол внутреннего трения материала данного слоя.

Условие сдвигоустойчивости подобных материалов можно представить в виде измененной формулы (1.11.3):

, (1.11.4)

Асфальтобетон и другие материалы, включающие органические вяжущие, с одной стороны, проявляют свойства дискретных (зернистых) материалов с другой, свойства реологических, упруго-вязко-пластических систем.

Наличие дискретной среды минерального остова приводит к зависимости свойств от напряжения, соотношения главных напряжений, величины и знака деформаций и др.

В связи с наличием битумных пленок применительно к асфальтобетону данный закон требует корректировки.

Наличие реологических свойств, приводит к зависимости прочностных и деформационных параметров от температуры, времени действия нагрузки и скорости нагружения.

То есть, если судить по вышеприведенным формулам, параметр (С) является непостоянным и его значение однозначно определить невозможно.

Подобная ситуация приводит к сложной зависимости свойств от величины нагрузки и времени ее действия. Органическое вяжущее ведет к появлению зависимости сопротивления сдвигу от температурно - временных параметров, когезии вяжущего, силы сцепления и др.

В целом, для объективной оценки сопротивления материала пластическим деформациям необходимо знать две группы свойств:

1. Свойства, необходимые для расчета напряженно-деформированного состояния (деформационные свойства).

2. Свойства, необходимые для оценки устойчивости материала пластическим деформациям (прочностные свойства).

Деформационные свойства необходимы для получения зависимости напряженно-деформированного состояния от действия транспортной нагрузки. Наиболее оптимальным вариантом является получение зависимости ().

Прочность материала на сдвиг непостоянна и зависит от соотношения упругих и вязких связей в процессе нагружения.

Согласно [3] прочность асфальтобетона сдвигу можно определить из условия:

, (1.11.5)

где - величина нормального напряжения в расчетном сечении;

Et - модуль упругости (релаксации) материала при расчетной температуре и времени нагружения;

Rc- gредельная структурная прочность;

- угол внутреннего трения;

Едл - длительный модуль упругости;

Ес - максимальный модуль упругости;

С - сила внутреннего сцепления.

Подробно о вопросах сдвигоустойчивости асфальтобетона можно ознакомиться в [3]. Расчеты на сдвигоустойчивость конструктивных слоев, содержащих органическое вяжущее, производятся под нагрузку А3, и для городских улиц. Методика расчета приведена ниже в разделе расчет дорожных одежд при реконструкции и капитальном ремонте.