Конструкції застосовуваних у даний час дорожніх одягів дуже різноманітний і зазначене вище розподіл на шари витримує не у всіх випадках. Нежорсткі одяги в цілому варто розглядати як багатошарову, у тім чи іншому ступені пружну-пластичну конструкцію, окремі шари якої розрізняються по своїх властивостях. Тверді одяги при розрахунках розглядають як пружні плити, що лежать на пружній основі; напруги і деформації цих покрить можуть бути знайдені з достатнім ступенем точності по методах будівельної механіки.
Дослідження привели до висновку, що граничний стан одягу по міцності виникає унаслідок виникнення осад такої величини, при якій порушується монолітність одягу. Початок плину ґрунту і руйнування одягу залежить не тільки від величини діючої навантаження, але і від кількості її додатків і їхньої тривалості. Хоча при короткочасній дії навантаження деформації одягу менше, ніж при тривалому, але часте повторення навантажень викликає поступове нагромадження пластичних деформацій і руйнування верхнього більш твердого шару. Нагромадження внутрішніх деформацій зосереджується головним чином у найбільш слабких шарах підстави й у ґрунті, що підстилає. Величина вертикальних напруг, що передаються на ґрунт через багатошаровий одяг, залежить від твердості її шарів, характеризуємій модулем деформації.
На величину напруг у покриттях помітний вплив робить швидкість руху автомобіля, оскільки для поширення напруженого стану в пружних-грузлих системах необхідно якийсь час.
Під дією звичайних на дорогах навантажень нежорсткі одяги виявляють більш-менш явно виражені пластичні властивості. При вертикальному тиску від колеса відбувається осад одягу, що закінчується не відразу, як у пружних тіл, а поступово загасає згодом, як у грузлих і пластичних тіл. Тільки при незначних навантаженнях (1,0—2,0 кГ/см2) і міцних одягах деформації бувають цілком пружні. Після зняття навантаження одяг поступово повертається в колишнє положення. При навантаженнях, що перевищують визначену величину і недостатньо міцних для даного руху одягах, осаду цілком не зникає. Таким чином, як загальне правило, на одягах нежорсткого типу одночасно виникають пружні і пластичні (необоротні) деформації.
Під рухом коліс порушується зв’язність нежорстких покрить і на їхнє поверхні виникають вибою, і з'являється хвилястість. Ці деформації торкаються лише покриття і роблять його поверхню нерівної [4].
Деформації поверхневого шару викликаються динамічними силами як вертикальними, так і горизонтальними. Розвитку цих деформацій сприяють атмосферні фактори, що послабляють міцність і зв’язність покрить - вивітрювання, розмивання водою, видування дрібних фракцій вітром, хімічні впливи. Схеми динамічного впливу автомобіля на дорожнє покриття приведені на листі 2.
5. Оцінка зниження несучої здатності дорожніх конструкцій під впливом скрізних поперечних тріщин
Аналіз тенденцій розвитку дорожнього господарства України дозволяє зробити висновок про те, що при обмежених фінансових ресурсах на перше місце виступають роботи по збереженню мережі існуючих доріг і забезпеченню потрібного транспортно – експлуатаційного стану. Аналіз літературних джерел свідчить про те, що на дорогах переважають деформації та руйнування, пов’язані з недостатньою деформативною здатністю асфальтобетонних покриттів при від’ємних температурах. В залежності від регіонів, а отже і від природно – кліматичних умов, тріщини в асфальтобетонних покриттях являються одним із основних факторів, які призводять до руйнування дорожніх покриттів. Значні температурні перепади являються однією із основних причин інтенсивного розвитку в дорожніх покриттях крізних поперечних тріщин, різко знижуючих жорсткість дорожніх одягів. З утворенням поперечних тріщин найбільш інтенсивне руйнування асфальтобетонних покриттів виникає в зоні переходу коліс автомобіля з одного краю тріщини на інший.
Іншим аспектом цієї проблеми являється негативний вплив крізних поперечних тріщин на водно-тепловий режим земляного полотна. Деструктивний характер води яка надходить через такі тріщини, проявляється перш за все у перезволожені ґрунту основи, втраті його несучої здатності і як наслідок, в руйнуванні асфальтобетонного покриття в прилеглих зонах [3].
Для прогнозування показників транспортно-експлуатаційних якостей дорожніх конструкцій необхідно знати закономірності їх зміни в залежності від концентрації на поверхні покриття крізних поперечних тріщин.
Головним навантаженням, діючим на дорожню конструкцію, являється тиск виникаючий під впливом транспортних засобів. Функція нежорстких дорожніх одягів полягає в розподілі навантажень, які передаються на підстилаючий грунт, на велику площу. При цьому загальна деформація усього дорожнього одягу являється результатом протікання наступних процесів. По-перше, ґрунтова основа дорожньої конструкції під навантаженням стискається, внаслідок чого виникає прогин дорожнього одягу по деякій криволінійній поверхні. При надмірно великій величині прогину може виникнути руйнування дорожнього одягу. З збільшенням товщини і жорсткості дорожнього одягу проходе розподіл тиску зовнішнього навантаження на велику площу, зменшується прогин і стискуюче напруження в підстилаючому ґрунті. По-друге, під навантаженням виникає стиск матеріалу верхніх шарів дорожнього одягу, а в нижній частині конструктивних шарів – розтяг. При перевищенні розтягуючими навантаженнями межі міцності матеріалу в покритті або основі виникають тріщини. По-третє, основа із незв’язних і малозв’язних матеріалів, а також підстилаючий грунт може випробовувати зони пластичного течіння, розвиток яких приводить до швидкого накопичення пластичних деформацій одягу в цілому і його руйнуванню.
Як правило, причиною руйнування асфальтобетонних покриттів являється їх недостатня тріщиностійкість. Оскільки зони по обидві сторони від тріщини сприймають напруження від навантаження і температури незалежно одна від одної без передачі поперечної сили, підвищується небезпека подальшого руйнування покриття і втрати ним рівності.
Причин виникнення тріщин в асфальтобетонних покриттях багато, наведемо деякі з них: крихкість в’яжучого при від’ємних температурах навколишнього середовища і по мірі його старіння; різниця між коефіцієнтами температурного розширення асфальтобетону та матеріалів нижчих шарів, оброблених неорганічними в’яжучими; несприятливі грунтово-гідрологічні умови, викликаючи недопустимі по величині деформації морозного пучення на поверхні покриття; неоднорідність властивостей підстилаю чого ґрунту, що призводить до нерівномірних його просідань і інш.
Умовно усі тріщини, виникаючи в асфальтобетонному покриті, можуть бути розділені на три групи:
- втомленосні тріщини;
- відображені тріщини;
- деформативні тріщини.
Втомленосні тріщини в асфальтобетонному покритті розвиваються за рахунок впливу багаторазового прикладання навантаження, внаслідок старіння асфальтового в’яжучого і підвищення його крихкості.
Механізм утворення відображених тріщин пов’язаний з значними як горизонтальними, так і вертикальними переміщеннями нижче лежачих шарів.
Виникнення деформаційних тріщин пов’язане як з горизонтальними здвигаючими зусиллями, так і з вертикальними деформаціями морозного пучення. Такі тріщини також можуть виникати у місцях локальних деформацій основ.
Викладене вище свідчить про те, що температурні перепади призводять не тільки до виникнення великої кількості поперечних тріщин, а також до їх активного розвитку, коли збільшується ширина розкриття і руйнуються прилеглі зони. Попадання опадів в основу і земляне полотно через виникаючи пошкодження призводять до втрати несучої здатності дорожнього одягу, серйозним руйнуванням і до різкого збільшення витрат на ремонт і утримання доріг. Проникаюча через тріщини вода, замерзаючи, викликає відшарування покриття від основи в зоні тріщини і сприяє, таким чином, передчасному руйнуванню покриття і дорожнього одягу в цілому. В період боротьби із зимовою слизькістю хімічними способами утворюються водні розчини солей, які проникають через тріщини в конструктивні шари дорожнього одягу і земляне полотно, що призводить до локального додаткового зволоження даної зони соляними розчинами. Все це обумовлює виникнення неоднорідності нижніх шарів дорожнього одягу і ґрунту земляного полотна за однорідністю та щільністю, наслідком чого є зниження міцності верхньої частини земляного полотна і усієї дорожньої конструкції в зоні тріщини.
При обстеженні автомобільних доріг державного значення в Дніпропетровській і Луганській областях було виявлено, що найбільша вологість і найменша щільність ґрунту верхньої частини земляного полотна спостерігається в місцях явних крізних тріщин. Що обумовлює, в місцях тріщин, значне зниження міцності дорожньої конструкції (лист 13). В залежності від повздовжнього профілю дороги міцність в зоні тріщини змінюється від 20% до 35%, а в місцях перелому повздовжнього профілю, спостерігається зниження міцності дорожньої конструкції до 40-45%.
Зниження міцності дорожніх конструкцій залежить від властивостей ґрунту земляного полотна і матеріалу конструктивних шарів дорожнього одягу, якості ремонту тріщин, умов утримання дороги, способів боротьби із зимовою слизькістю, повздовжнього профілю, дорожньої ситуації, регіональних умов та ін. Комплексне урахування цих факторів дозволить, обґрунтовано призначити експлуатаційні заходи і прогнозувати рівень споживчих властивостей автомобільних доріг.
Для більш детального розгляду зниження несучої здатності дорожньої конструкції під впливом зволоження робочого шару через крізні поперечні тріщини був проведений розрахунок в програмі РАДОН Х40 за методикою ВБН В.2.3-218-186-2004. Метою даного розрахунку було дослідження падіння несучої здатності дорожньої конструкції при зміні характеристик ґрунту робочого шару. Для аналізу було використано дорожні конструкції на ділянках дороги Київ – Харків - Довжанський в Харківській та Донецькій областях отримані по результатам обстеження, які проводились в 2005 році ходовою дорожньою лабораторією кафедри „Будівництва та експлуатації автомобільних доріг” Харківського національного автомобільно-дорожнього університету.