Конструирование и расчет нежестких дорожных одежд

Федеральное агентство по образованию

Братский Целлюлозно-бумажный колледж

Государственного образовательного учреждения

Высшего профессионального образования

«Братский государственный университет»

Контрольная работа № 1

По дисциплине Транспорт леса

Конструирование и расчет нежестких дорожных одежд

2009г

Содержание

I.                  Теоретическая часть

1.1 Естественные каменные и другие дорожно-строительные материалы

1.2 Отделка и обустройство дорог

1.3 Технический контроль на строительстве лесовозных дорог. Сдача и приемка дорог в эксплуатацию

1.4 Требования к лесным дорогам

1.5 Экологические и эстетические аспекты проектирования строительства и эксплуатации дорог

II.               Расчетная часть. Конструирование и расчет нежестких дорожных одежд

2.1 Методика расчета дорожной одежды на прочность

2.2 Методика расчета нежесткой дорожной одежды по сдвигу

Введение

Транспорт леса – это технологический процесс перемещения по лесным дорогам и дорогам общего пользования лесных грузов от мест их погрузки на тяговый или прицепной состав до мест доставки потребителю.

Эффективная работа лесного комплекса, в который входят лесохозяйственные, лесозаготовительные лесоперерабатывающие предприятия, невозможна без развитой сети лесных дорог. Повышение плотности дорожной сети в лесном комплексе позволяет снизить затраты на заготовку лесной продукции, повысить продуктивность леса, обеспечить выполнение лесовосстановительных работ, проведение рубок ухода и санитарных рубок, а так же улучшить условия охраны леса от вредителей и пожаров.

I.                  Теоретическая часть

1.1 Естественные каменные и другие дорожно-строительные материалы

В основу классификации дорожно-строительных материалов (ДСМ) положен технологический признак, представляющий вид сырья, из которого изготовлены материалы или приемы, обеспечивающие получение материала. На базе этого ДСМ делят на следующие группы: грунты, естественные каменные материалы, вяжущие материалы, бетон, железобетонные изделия, лесные материалы, стальной прокат, полимерные материалы, искусственные каменные материалы (щебень) и химические реагенты.

Естественные каменные материалы

В значительных количествах на строительстве дорог используют песок, песчано-гравийные смеси и гравий. Характерной особенностью, которых является большая объемная масса. Поэтому строители с целью удешевления стоимости строительства, стремятся, как можно шире использовать местные строительные материалы. В зимний период в качестве дорожно-строительных материалов используют снег, снеголед, и лед. Материалы, привозимые издалека, называются привозными – гранитная щебенка и др.

Все ДСМ имеют разные физические, механические и химические свойства, физические свойства, которые должны отвечать требованиям ГОСТов или ведомственных ТУ (местные материалы).

Удельная масса – масса единицы объема не считая пор. Для ее определения необходимо массу сухого материала Q разделить на абсолютный объем V_а, занимаемый материалом Q = j/V_а

Удельная масса – каменных материалов составляет 2200-3300 кг/м³, органических (дерево, битум и т. д), 900-1600 кг/м³ , черных металлов 7250-7850 кг/м³.

Объемная масса YY_о – это масса единицы объема материала в естественном состоянии. Ее определяют по формуле Y_о= Q/V; Для большинства ДСМ объемная масса меньше - удельной. Для щебня насыпного Yо- 1500-1800 кг/м³ , а удельная масса 3000 кг/м³. Абсолютные плотные (безвоздушных пор и прослоек) vатериалы: металл, битумы, жидкости имеют равные объемные и удельные массы Y=Y_о. У некоторых ДСМ объемная масса тесно связана с влажностью – дерево, песок и т.д.

Влажность W – есть отношение массы воды, содержащейся в материале к массе сухого материала.

W = (100 (Q_в – Q_с))/Q_с

Где Q_в – масса, образца в естественном состоянии; Q_с - масса образца в абсолютно сухом состоянии.

Влажность материала колеблется в широких пределах. Влажность камня 0.5-1%; а торфа от 86-96%. То есть в верховых торфах малой степени разложения содержится всего 4% абсолютно сухого вещества.

Пористость - степень заточения объема материала порами. Определяется по формуле:

П = V_п/V = (V-V_а)/V = (Y-Y_о)/Y = (1–Y_о)/Y; где

Vп – объем пор в образце материала; V_а – объем твердых частиц.

Пористость может быть выражена в процентах:

П = (100 (1- Y_о))/V;

Пористость значительно варьирует, для песка она составляет 35-45, а для торфа доходит до 90%.

Песок (ГОСТ 8736-85) – предназначен для бетона, строительных растворов, балластного слоя железнодорожного пути и строительства автомобильных дорог (для сооружения земляного полотна, подстилающего и балластного слоя, в качестве заполнителя для бетонов и в качестве добавок в материалы оснований и покрытий дорожных одежд). Крупность его может быть до 5 мм.

По модулю крупности песок разделяется на крупный – более 2,5, средний - 2,5-2,0, мелкий - 2,0-1,5 и очень мелкий – 1,5-1,0.Модуль крупности определяется по формуле:

 

Где А_2,5; А_1,25; А₀₆₃; А₀₃₁₅; А₀₁₄ – полные остатки на сите с круглыми отверстиями d 2.5мм. и на ситах с сетками № 1,25; 063; 0315; 014.

Пески так же разделяются по способность пропускать воду на хорошо фильтрующие – коэффициент фильтрации 6-10 м/сут., среднефильтрующие – 3-6 м/сут. и слабофильтрующие – 1-3 м/сут.

Гравийные материалы – это рыхлые природные скопления более или менее скатанных обломков горных пород и минералов различного размера. В горном деле и промышленности строительных материалов фракции размером (мм) до 5 относят к пескам, 5-70 - к гравию, крупнее 70 - к валунам. Различают гравий сортовой, оптимальную гравийную смесь и песчано-гравийный материал. Сортовой гравий (ГОСТ 8268-82) получают рассевом природных песчано-гравийных смесей; предназначен для армированного и неармированного бетона, балластного слоя железнодорожного пути, строительства автомобильных дорог и других строительных работ. Качество гравия характеризуется маркой по дробимости (Др8, Др12, Др16), истираемости (И-I, И-II, И-III, И-IV), сопротивлению удару на копре ПМ (У75, У50, У10) и морозостойкостью (Мрз 15, 25, 50, 100, 150, 200, 300).

Оптимальная гравийная смесь (ОГС) – это смесь частиц гравия, песка, пыли и глины в таком соотношении, которое обеспечивает максимальную плотность и прочность возможную для этого материала. ОГС в природе встречается редко и такую смесь чаще создают путем отгрохотки ненужных крупных частиц или перемешиванием двух материалов. Песчано-гравийный материал. К песчано-гравийному сырью относят смеси, содержащие не менее 10% гравийных фракций и не менее 5% песчаных. К пескам относят смеси с содержанием гравийных фракций до 10%, а к гравию (галечнику) - с содержанием песка от 5 до 90%. Широко распространен во многих лесных районах. Составляющие песчано-гравийных материалов используются на предприятиях строительных индустрии. После фракционирования, дробления песчано-гравийные материалы применяют в строительном производстве, в качестве крупного заполнителя в бетонах и асфальтобетонах, для различных отсыпок, нивелировок, дамб, где не предъявляют строгих требований к качеству материала. Песок-отсев после дробления используют в строительных растворах, вместе с крупным заполнителем в тяжелых бетонах. Обогащенную песчано-гравийную смесь или гравий применяют в качестве балластных дорожных отсыпок, балластировки железнодорожных путей, фильтрационных экранов, для отсыпки земляного полотна, строительства оснований и покрытий дорожных одежд. Щебень – это продукт дробления горных пород, гравия и валунов. Средняя плотность щебня от 2 до3 г/см³. Предназначен для всех видов строительных работ. Рассев по фракциям: 40-70мм – крупный щебень, 20-40мм – средний, 10-20мм – мелкий, 5-10мм – очень мелкий (щебень-клинец), 0-5мм – высевка. Щебень характеризуется прочностью при дробимости в цилиндре (марки 1200, 1000, 800, 600, 400, 300 200), аналогично сортовому гравию истираемостью, сопротивляемостью удару на копре ПМ и морозостойчивостью.

Асфальтобетон (ГОСТ 9128-84) – строительный материал, получаемый в результате затвердевания уплотненной асфальтобетонной смеси, состоящей из

·                   минеральных заполнителей (высушенных и подогретых): песка, щебня, тонкодисперсного минерального порошка;

·                   органического вяжущего материала: битума (разогретого до150⁰-170⁰), его содержание 2,5-9% от массы минеральной части смеси (раньше также использовался деготь, но был запрещен).

Асфальтобетонные смеси подразделяются на:

щебеночные (содержание не менее20%);

гравийные (содержание не менее20%);

песчаные (гравия и щебня нет),

а в зависимости от вязкости битума и условий применения на три вида:

Горячие (с использованием вязкого битума и t0 не ниже 1200, с немедленным применением после приготовления). Могут быть крупнозернистыми (с зернами до 40мм.), мелкозернистыми (с зернами до 20мм) и песчаными (с зернами до 5мм.).

Теплые (с использованием как вязкого, так и жидкого битума и с t⁰ не ниже 70⁰, применять после приготовления).

Теплые смеси, так же как и горячие подразделяются на крупнозернистые, мелкозернистые и песчаные.

Холодные (с использованием жидкого битума и с t0 не ниже 50, сроком хранения до 8 мес.). Холодные смеси бывают только мелкозернистыми и песчаными.

Асфальтобетон из горячих и теплых смесей в зависимости от остаточной пористости подразделяют на:

плотные (с ост.пор. 2-7%)

пористые (с ост.пор. 7-12%)

высокопористые (с ост.пор. свыше 12-18%)

После уплотнения и затвердения асфальтобетон должен иметь предел прочности при сжатии при t⁰ 20⁰С – 1,6-2,5 МПа, объемную массу около 2200кг/м³, водопоглощение не более 2%.

Вяжущие материалы разделяют на минеральные (цементы, известь, гипс) и органические (битумы, дегти, смолы).

Цемент – это порошок, который, после смешивания с водой, способен переходить из жидкого или тестообразного состояния в камневидное как на воздухе, так и в воде (марка цемента для дорожных бетонов должна быть не ниже 300).

Битумы разделяют на природные (твердые - асфальтиты, вязкие – мальты, жидкие – тяжелые нефти) и нефтяные, получаемые при перегонке нефти (вязкие и жидкие). Вязкие битумы используют для приготовления горячих и теплых асфальтобетонных смесей, а жидкие применяют для приготовления холодных смесей.

Цементный бетон – затвердевшая смесь песка, щебня и цемента. Прочность для дорожных покрытий должна быть не менее 30 МПа. Используется для изготовления плит колейных дорожных покрытий, сборных элементов мостов и водопропускных труб. Древесина является местным материалом на лесовозных дорогах (хлысты, бревна, доски, лесосечные отходы) и широко используется для строительства лежневых и деревогрунтовых покрытий, а также для строительства мостов. Отходы промышленности и побочные продукты (металлургические и котельные шлаки, золы уноса ТЭЦ, красные бокситовые шламы, пеки, сульфитно-спиртовую барду, промывочные щелок, лигнин, нефтешламы, сульфитно-дрожжевую бражку, растворимую древесную смолу).

Снег и лед

Снег и лед представляет собой твердые атмосферные осадки. Физико-механические свойства снега – плотность (для движения лесовозных автомобильных поездов плотность 0,5-0,55г/см²), твердость (при плотности снега 0,55 г/см² -твердость его 1,2-1,5 Мпа, а при 0,64-0,68 г/см²-10-15 МПа) и влажность (наилучшая смерзаемость при влажности 8-10%). Используют для строительства покрытий зимних автомобильных дорог. На лесовозных дорогах широко применяют поливку снежно-уплотненных покрытий водой, при этом снег пропитывают водой и получают материал снеголед (плотность от 700 до 850 кг/м³).

Искусственные каменные материалы

К ним относятся керамзит, аглопорит, керамдор и дегитратированная глина. Получают их путем обжига из глины. Керамзит – пористый керамический материал в виде гравия (размер частиц 5 - 40 мм., t⁰ обжига 1250⁰С). У него незначительная объемная масса (150-800кг/м³) при достаточно высоких прочностных свойствах. Используется как наполнитель в теплоизоляционных, конструктивно-теплоизоляционных и конструктивных бетонов. Аглопорит тот же что и керамзит, только в виде щебня. Обладает той же универсальностью и используется для тех же целей. В опытном порядке применялся как основание дорожных одеждах. Керамдор, в отличии от вышеприведенных материалов, представляет собой плотный керамический материал в виде щебня или гравия (размером до 25мм). По прочности и морозостойкости не уступает самым прочным горным породам. Дегитратированная глина – продукт термической обработки глин и суглинков(t⁰ 500-1000⁰С) при которой они теряют природные свойства пластичности и превращаются в камневидный материал. Может использоваться для основания дорожных одежд.