АВТОМОБИЛЬНАЯ ДОРОГА

Полезная модель относится к строительству автомобильных дорог и может быть использована при прокладке новых и реконструкции действующих дорог общего пользования, городского и промышленного транспорта.
Известна конструкция автомобильной дороги (RU 2040626, E01C 9/00 и E01C 7/00, 25.07.1995 г.), содержащая земляное полотно, подстилающий слой из песка и дорожное покрытие. Чистый песок при отсутствии каких-либо связующих добавок обладает сравнительно невысокими адгезионными и когезионными свойствами. Силы трения, возникающие между его отдельными песчинками внутри материала и по плоскостям его контакта с соседними слоями, почти не сопротивляются сдвигу дорожного материала под действием повторно-переменных и вибрационных нагрузок, передаваемых на дорогу от колес подвижного состава. Когда на соседних участках происходит накопление сдвигов взаимно противоположного направления на поверхности дороги начинают развиваться трещины усталостного характера. Проникающая в трещины вода беспрепятственно просачивается сквозь слой песка, и по мере насыщения водой грунт земляного полотна постепенно теряет свою несущую способность. Просадки земляного полотна и самой дороги еще больше ускоряют развитие трещин в дорожном покрытии, которые определяют частоту отказов в работе дороги, ведут к сокращению межремонтных сроков и сроков службы всей конструкции в целом.
Главным недостатком конструкции является относительно низкий эксплуатационный ресурс дорог на песчаном основании, свидетельствующий о несовершенстве дорожной одежды.
Наиболее близкой к предлагаемому техническому решению является конструкция автомобильной дороги (RU 2492290, E01C 3/04 и E01C 21/00, 10.09.2013 г.), включающая естественное грунтовое земляное полотно, подстилающий и основной слои, содержащие связующие добавки, и асфальтовое дорожное покрытие. Связующие добавки повышают прочность дорожной одежды как за счет усиления связей между отдельными конструктивными слоями, так и между частицами самого материала внутри каждого слоя. Но закономерность распределения напряжений по высоте сечения дорожной одежды в данной дороге такая же, как и в конструкции вышерассмотренного аналога. В наиболее напряженном состоянии работает материал в верхней зоне асфальтобетонного покрытия, которая воспринимает нагрузки непосредственно от колес автомобилей, смягчает их и передает на нижележащие слои, а сама растрескивается и выкрашивается раньше других слоев.
Недостаток конструкции прототипа заключается в относительно невысоком сроке ее службы, так как принятые в ней мероприятия по усилению дорожной одежды не в полной мере учитывают особые условия работы ее покрытия, как конструктивного элемента, непосредственно взаимодействующего с колесами транспортных средств и определяющего эксплуатационный ресурс всей конструкции в целом.
При работе над полезной моделью решалась задача увеличения срока службы автомобильной дороги за счет повышения несущей способности и износостойкости дорожного покрытия, вступающего во взаимодействие с колесами обращающегося по ней подвижного состава.
Технический результат обеспечивается тем, что в конструкции автомобильной дороги, включающей естественное грунтовое земляное полотно, подстилающий слой, основной слой и асфальтовое дорожное покрытие, это покрытие опирается на основной слой через георешетку и состоит из двух конструктивных слоев. Нижний из этих слоев армирован вертикальными упругими элементами, каждый из которых имеет форму тела вращения гиперболы вокруг вертикальной центральной оси упругого элемента и закреплен своим нижним торцом на георешетке, выполненной так, чтобы в каждой точке закрепления упругого элемента пересекались стержни георешетки не менее, чем двух взаимно перпендикулярных направлений, а верхний неармированный слой имеет толщину, равную допуску на вертикальный износ дорожного покрытия. Сущность предлагаемого технического решения разъясняется с помощью чертежей: фиг. 1 - продольный разрез автодороги; фиг. 2 - вид георешетки в плане; фиг. 3 - схема работы дорожного покрытия под нагрузкой. Конструкция автомобильной дороги включает в себя естественное грунтовое земляное полотно 1, подстилающий слой 2 (напр., песчанный), основной слой 3 (напр., щебеночный с вяжущими добавками) и асфальтовое дорожное покрытие 4. Дорожное покрытие 4 опирается на основной слой 3 через георешетку 5 и состоит из двух конструктивных слоев 6 и 7. Нижний слой 6 дорожного покрытия 4 армирован элементами 8 из упругого материала (напр. полиуретана). Каждый из этих элементов 8 имеет форму тела вращения гиперболы вокруг вертикальной центральной оси 9 упругого элемента 8 и закреплен своим нижним торцом 10 на георешетке 5, выполненной так, чтобы в каждой точке закрепления упругого элемента 8 пересекались стержни 11 этой георешетки 5 не менее, чем двух взаимно перпендикулярных направлений. Это минимальное количество стержней 11, предотвращающее перемещение упругих элементов 8 в горизонтальной плоскости в момент укладки, уплотнения асфальта и в процессе эксплуатации дороги. Чем больше этих стержней 11 и чем больше диаметр е торцов 10 упругого элемента 8, тем устойчивее положение этого элемента 8 в пространстве. К примеру, на фиг. 2 приведена георешетка 5, у которой в местах закрепления упругих элементов 8 сходятся не менее десятка стержней. Уменьшение диаметра элемента 8 от торцов 10 к середине позволяет не распределять перемещения, связанные с изгибом элемента 8 по всей его высоте h, а сосредоточить их в пределах ограниченного среднего участка, чтобы эта деформация не приводила к нарушению связей асфальта с большей частью поверхности элемента 8, которые должны работать совместно с материалом покрытия 4.
Устройство работает следующим образом. Под вертикальной нагрузкой P от каждого проходящего колеса 12 происходит изгиб дорожного покрытия. Эпюра σ распределения нормальных напряжений от изгиба дана на фиг. 3. В верхнем слое 7 действуют сжимающие напряжения, которые работают только на уплотнение асфальта, а в нижнем слое 6 - растягивающие напряжения, которые могут приводить к образованию трещин 13, т.к. предел прочности асфальта при работе на растяжение значительно ниже, чем на сжатие. Однако, правильный подбор георешетки 5 по условию прочности позволит снять часть усилия с асфальта и избежать растрескивания нижнего слоя 6 дорожного покрытия 4. Кроме того, дорожное покрытие  4 находится в под действием касательных напряжений τ на сдвиг, которые передаются на него колесами 12 подвижного состава (на фиг. не показан). При разгоне под ведущими колесам напряжение τ действует противоположно направлению движения а при движении в режиме торможения оба эти направления совпадают. И в том и в другом случае при отсутствии упругих элементов 8 не исключено накопление остаточных деформаций сдвига. При отсутствии упругих элементов 8 они приводят к расслоению асфальтового слоя, увеличению трещин 13, вызванных изгибом дорожного покрытия, и в конечном счете к растрескиванию и выкрашиванию асфальта. Вертикальные упругие элементы 8 препятствуют расслоению асфальта по всей высоте слоя 6. Под колесами подвижного состава они изгибаются, отклоняясь в строну действия касательных напряжений, а после снятия нагрузки выпрямляются за счет собственных сил упругости, увлекая за собой массу взаимодействующего с ними материала асфальта. Поэтому накопления остаточных деформаций сдвига, приводящих к выкрашиванию асфальта, не происходит.
Верхний неармированный слой 7 имеет толщину, равную допуску на вертикальный износ дорожного покрытия. Пока в нем износ не достигает максимально допустимого значения, он предохраняет нижележащий слой 6 и упругие элементы 8 от воздействия колес 13, а в случае предельного износа должен восстанавливаться каждый раз в первоначальном объеме.
По предварительным подсчетам, указанные мероприятия позволят увеличить срок службы автомобильной дороги за счет повышения несущей способности и износостойкости ее покрытия не менее, чем в 1,5 раза.