З приведеного видно, що існує комплекс об’єктивних причин, які не дозволяють реально розраховувати на досягнення проектних термінів служби на більшості існуючих автомобільних доріг. Важливо підкреслити, що міра відповідальності за передчасне руйнування на кожній стадії інвестиційного циклу: проектування, будівництво, експлуатація являється невизначеною, що не може бути визнано задовільним, так як не дозволяє цілеспрямовано усувати причини, викликаючи руйнування.
Отримавши в останні роки широке розповсюдження роботи по діагностиці автомобільних доріг покликані фіксувати поточний стан об’єктів і лише край обмеженому обсязі отримувати інформацію про процеси в конструкції.
Для усунення невизначеності необхідні нові підходи, які дозволятимуть розрізняти де причини в сполученні несприятливих природних факторів, а де в порушенні технології будівництва, в нехтуванні вимог державних стандартів на матеріали, в не дотриманні нормативних умов експлуатації або порушенні правил руху транспортних засобів з осьовими навантаженнями, перевищуючими гранично допустимі для доріг загального користування.
Все це стає особливо важливим в умовах ринкової економіки, коли любі додаткові витрати по усуненню передчасних пошкоджень повинні фінансуватися за рахунок фактичних винуватців, а не списуватись за рахунок загальнодержавних витрат.
Таким чином, виникає потреба в новій методології оцінки впливу самих різноманітних відхилень технічних рішень, технологій і якості будівництва, нормальних умов експлуатації і усереднених атмосферних впливів на інтенсивність процесу руйнування покриття. Саме дорожнього покриття, так як пошкодження земляного полотна, основи або дренуючих шарів являються в більшості випадків лише прискорювачами процесу руйнування покриття і чинять безпосередній вплив на погіршення умов руху автомобілів.
Додатковим аргументом на користь такої постановки задачі являється постійно виникаюча необхідність розглядати пропозиції по удосконаленню конструкції дорожніх одягів і земляного полотна, позастосуваннюнових нетрадиційних матеріалів або впровадженню нових технологій.
Як правило, всі ці заходи вимагають додаткових витрат і їх тривалий ефект полягає в сповільненні процесу накопичення пошкоджень і відповідно в збільшенні терміну служби. Для обґрунтування ефективності інвестицій або техніко-економічного порівняння і вибору варіантів потрібна кількісна оцінка позитивних якостей, тобто необхідні кількісні показники ступеня сповільнення процесу накопичення пошкоджень і на цій об’єктивній основі визначення економічного ефекту.
Розглянемо які явища і зміни мають або можуть мати місце в системі “дорожній одяг – земляне полотно” на протязі терміну служби в процесі експлуатації.
Земляне полотно в залежності від конструкції суттєво змінює свої важливі характеристики: модуль пружності, кут внутрішнього тертя і зчеплення внаслідок зміни вологості, щільності і стану (мерзлий, відталий) ґрунту. Однак розвиток методів розрахунку привів до необхідності враховувати накопичення деформацій і постала задача оцінювати і інші стани.
Розвиток теорії тепловологопереносу в шарованих капілярно-пористих системах дозволяє отримувати кількісне описання процесів зміни вологості ґрунту, глибини промерзання і відтавання земляного полотна в залежності від зміни атмосферного впливу. Враховуючи, що величина залишкових деформацій залежить також від навантаження і часу його дії потрібне накладення процесу зміни параметрів транспортного потоку на процес зміни фізико-механічних властивостей конструкції системи.
Дренуючий шар в процесі експлуатації втрачає початкові властивості завдяки комплексу причин, основними з яких є:
1. Зниження фільтруючої здатності матеріалу в результаті кольмутації пор глинистими частинками, змиваними з поверхні дороги і проникаючими в дренуючи шари; взаємне проникнення матеріалу дренуючого шару і ґрунту земляного полотна; зменшення розміру частинок матеріалу дреную чого шару в результаті перетирання під впливом динамічних навантажень від транспортних засобів.
2. Збільшення притоку вологи в дренуючий шар через тріщини, зруйновані і розгерметизовані деформаційні шви, не зміцнені обочини, в результаті незадовільного поверхневого водовідводу і надходження води із земляного полотна.
3. Зниження фільтраційної здатності матеріалів і ґрунтів для зміцнення укосів земляного полотна і забруднення дренажних труб і вихідних влаштувань дренажної системи, перешкоджаючий видаленню вологи з дреную чого шару.
Щебеневі шари в основі дорожніх одягів, не дивлячись на високі вимоги стандартів до щебеню, з часом суттєво змінюються завдяки стиранню, внаслідок високих контактних напруг між зернами, внаслідок багаторазового заморожування та відтавання в водонасиченому стані і внаслідок взаємопроникнення дрібних частинок нижче розташованого дренуючого шару. В результаті збільшення удільного вмісту пісчаних і глинистих частинок спостерігається зниження модуля пружності щебеневого шару і відповідно всієї конструкції. Очевидно, що ці явища будуть сказуватись в великій мірі в періоди підвищеної вологості конструкції. Для кількісної оцінки цих процесів необхідно враховувати співвідношення рівня контактних напруг з їх повторюваністю.
Шари з застосуванням органічних в’яжучих частіше за все у вигляді верхніх шарів покриття і шарів зносу суттєвим чином змінюють свої властивості при зміні температури. Оцінюючи виникнення утомлених або температурних тріщин, необхідно приймати до уваги процес зміни температури полів і на цій основі тривалість температурних станів різного рівня.
Важливу роль при прогнозуванні процесу розтріскування на певному етапі грає старіння бітуму, як наслідок процесів окислення і полімеризації, збільшуючи долю асфальтенів і смол і зменшуючи долю масел на основі бітуму. Це стало особливо важливим в останні роки, коли для сповільнення цього процесу стали широко застосовуватися спеціальні модифікатори. Слід підкреслити, що таке атмосферне явище як сонячне опромінення суттєво інтенсифікує цей процес і важливо оцінювати тривалість часу, на протязі якого верхній шар піддається цьому явищу в тих чи інших регіонах.
Виключно важко прогнозувати виникнення тріщин в результаті дії розтягуючих зусиль в дорожньому покритті для будь-якого сорту асфальтобетону, внаслідок того, що на утворення цих тріщин впливає велика кількість змінних складу суміші та умов будівництва дороги.
Для підвищення тріщиностійкості та стійкості в суміш необхідно добавляти волокнисті матеріали або полімери.
Розтріскування є результатом дезінтеграції структури асфальтобетону як крихкого матеріалу – тобто явище, яке протікає при низьких навколишніх температурах.
В місцях наявності тріщин на перезволожених ділянках під динамічною дією важкого транспорту можуть виникати просадки. Тому дуже важливим являється, особливо в весінній період, покращення водно-теплового режиму земляного полотна. В деяких випадках доцільно прибігати до обмеження швидкості та інтенсивності руху, закриття руху для важких автомобілів.
Багаторазові навантаження від коліс проїжджаючих транспортних засобів викликають в шарі асфальтобетону певний напружений стан. Радіальні напруження в верхніх „волокнах” шару зносу (стирання) викликають стиск. Якщо ми приймемо, що колеса, які навантажують покриття силами Р, знаходяться близько один до одного, то напружений стан у верхньому шарі покриття, в його верхніх і нижніх волокнах, можна представити так, як схематично показано на схемі в графічній частині роботи (лист 2).
В двох сусідніх перерізах, взаємно віддалених на малу відстань l, будуть почергово виникати розтягуюче та стискаюче напруження (при припущені, що розлядаємий шар не скріплений нижче лежачими та покоїться на пружному на півпросторі). Частота зміни напруження в сусідніх перерізах буде залежати від швидкості руху транспортних засобів і може суттєво впливати на механічну роботу асфальтобетонного шару, особливо на його втомленосну міцність та довговічність. Можна також прийняти, що швидкопротікаючі зміни напруження (по величині та знаку) здатні суттєво впливати на хід зміни структури асфальтобетону під час експлуатації дорожнього покриття.
Спостерігались циклічні зміни неоднорідності щільності, виміряної при низьких температурах (зимою) і при високих температурах (літом). Після приросту неоднорідності, викликаного дезінтеграцією структури при низьких температурах, настав період зниження рівня неоднорідності (консолідація структури) при високих, літніх температурах. Можна замітити, що в залежності від умов (температура, навантаження) процес консолідації в різній степені приводить до змикання тріщин, і структура має „дефекти”, хоча на нижчому рівні.
Відносне подовження асфальтобетону при розтязі, особливо при від’ємних температурах, називаєме в подальшому деформативністю, визначає тріщиностійкість покриття.
Механізм тріщиностійкості полягає в тому, що напруження, яке росте в безкінечній стрічці асфальтобетонного покриття при різкому падінні температури, зменшується внаслідок релаксації цього матеріалу. Якщо релаксація напруження протікає швидше, ніж їх ріст, то виникнення тріщин стає неможливим, і навпаки, при більш швидкому рості напруження тріщиноутворення неминуче. Чим менше в’язкість бітуму та асфальтобетонної в’яжучої речовини, тим релаксація протікає швидше.