Аналіз видів та частості тріщиноутворення в залежності від регіональних умов

Регіональні умови розміщення ділянок автомобільної дороги мають безпосередній вплив на умови експлуатації автомобільних доріг. Взагалі на умови експлуатації великий вплив мають кліматичні умови: перепади температури повітря, кількість опадів які в свою чергу впливають на вибір асфальтобетонної суміші при будівництві автомобільних доріг, виникнення та наявність тріщин на покритті і інших видів деформацій та руйнувань.

Не менш важливе значення на умови експлуатації чинять грунтово-геологічні умови і рельєф місцевості: вид ґрунту земляного полотна, умови зволоження земляного полотна, переломи повздовжнього профілю автомобільної дороги.

Регіональні умови пов’язані з наявністю місцевого будівельного матеріалу який використовується при будівництві шарів дорожнього одягу: мартенівські та доменні шлаки, різновиди кам’яних матеріалів та пісків.

Всі перераховані фактори в тій чи іншій мірі будуть впливати на тенденцію утворення тріщин на дорожніх покриттях.

Для проведення аналізу використовувались дані обстеження автомобільної дороги Київ – Харків - Довжанський, а зокрема її ділянок з 396км по 440км в Харківській області, з 647км по 697км в Донецькій області і з 760км по 810км в Луганській області. Обстеження проводились в 2005 році ходовою дорожньою лабораторією кафедри Будівництва та експлуатації автомобільних доріг Харківського національного автомобільно-дорожнього університету.

Кліматичні особливості та основні види руйнувань у вигляді тріщин на вибраних ділянках дороги приведені нижче:

Харківська область розташована на північному сході України, на вододілі річок систем Дона та Дніпра, у степовій та лісостеповій зонах та відноситься до У-ІІ і У-ІІІ кліматичних зон. Поверхня – хвиляста рівнина, розчленована річними долинами, ярами й балками.

Клімат помірно континентальний. Влітку переважають вітри західних та північно-західних напрямків, а взимку – східних та південно-східних, що зумовлює значне похолодання взимку та різке підвищення температури в літні місяці; жарке літо поєднується зі значними опадами у вигляді злив. Виразною особливістю зими є часті відлиги, викликані переміщенням циклонічних утворень з Атлантики, Середземного або Чорного морів. При цьому мають місце завірюхи та ожеледі. Середньорічна кількість опадів від 457 мм на сході до 536 мм на заході, причому до 50% загальної кількості опадів випадає влітку.

Періоди без опадів, тривалістю до 20 днів, можливі 1-2 рази на рік, до 30 днів – 1 раз на рік, до 40 днів – 1 раз у 2-3 роки.

Зима триває в середньому близько 4 місяців й наступає у другій декаді листопада.

Середня висота снігового покрову – 23 см, а один раз в 20 років складає 50 см. В період завірюх, які відзначаються в середньому на протязі 22 днів, максимальний об’єм снігового приносу складає 200 см³ на погонний метр. Стійкий сніговий покров, в середньому, з’являється 17 грудня й сходить 14 березня. Середня багаторічна глибина промерзання - 105см. Максимальна глибина промерзання оголеного ґрунту - 125см. Наприкінці березня настає потепління. У окремі роки заморозки спостерігаються й наприкінці квітня.

Середньомісячна температура повітря найбільш холодного місяця (січня) -7,3⁰С,а найбільш теплого (липня) +28⁰С. Абсолютний мінімум -36⁰С, а абсолютний максимум (у липні) +39⁰С.

Середньомісячна швидкість вітрів в зимовий період, маючи переважно східний та південно - східний напрямок - 5^м/_сек,а в літній період, маючи переважно західний та північно - західний - 4,4^м/_сек.

Живлення горизонту здійснюється за рахунок інфільтрації атмосферних опадів, підтока з нижче лежачих водоносних горизонтів та русел річок. В основному, ґрунтовий потік має ухил в бік річок. Глибина рівня ґрунтових вод воліється від 0 до 3-4 м.

 

Таблиця 3.1- Характеристики погодно-кліматичних факторів

Місяці	Середньо місячна температура повітря t	Переважні напрямки вітру	Швидкість вітру середньо місячна, м/с	Середньо місячна кількість опадів, мм	Число днів з опадами більше 5мм	Висота снігового покрову, см	Кількість днів з грозами	Число днів з хуртовинами
1	2	3	4	5	6	7	8	9
I	-7,4	Сх	3,0	34	2,0	15	0,04	4
II	-7,0	Сх	3,2	26	1,4	20	0	3
III	-1,6	Сх	3,0	32	2,1	13	0,1	2
IV	7,1	Сх	3,0	39	2,5	0	0,8	0,2
V	15,0	Сх	2,6	49	3,2	0	4	0
VI	18,1	ПнЗх	2,3	69	4,6	0	7	0
VII	20,3	Зх	2,1	62	4,0	0	7	0
VIII	18,9	Зх	2,2	55	3,3	0	5	0
IX	13,5	Зх	2,3	35	2,0	0	1	0
X	7,2	ПдСх	2,7	43	2,7	0	0,3	0,1
XI	0,4	ПдСх	2,9	40	2,7	1	0	0,3
XII	-5,2	Сх	2,9	38	2,0	7	0	3

 

Харківська область знаходиться за грунтово – геологічними умовами у районах ІІІР.4 (суглинок) і IVP.9 (важкий суглинок, глина). За умовами роботи асфальтобетонів вона знаходиться в районах А-3 (асфальтобетон типу А, Б, Г і бітум марки БНД 60/90, 90/130) на півночі і А-6 (асфальтобетон типу А, Б, Г і бітум БНД 40/60, 60/90) на півдні.

Конструкція дорожніх одягів на всій протяжності автомобільної дороги і міцність показана на лінійному графіку (лист..)

По результатам обстеження ділянки автомобільної дороги Київ – Харків – Довжанський в Харківській області були одержані наступні результати на кожних 10 кілометрах обраної ділянки в відсотках від довжини, таблиця 3.2.

 

Таблиця 3.2 – Дані обстеження по Харківській області

Ділянка дороги Київ – Харків – Довжанський в Харківській області
КМ	Міра ураження ділянки і протяжність в % від довжини
	Поперечні тріщини			Сітка тріщин			Повздовжні тріщини			Косі тріщини
	Рі-вень 1	Рі-вень 2	Рі-вень 3	Рі-вень 1	Рі-вень 2	Рі-вень 3	Рі-вень 1	Рі-вень 2	Рі-вень 3	Рі-вень 1	Рі-вень 2	Рі-вень 3
396-406	15,5	6	0	0	0	0	10,15	3,5	0	0	0	0
406-416	2,5	0	0	0	0	0	7,5	2,5	0	0	0	0
416-426	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
426-436	27	4,5	0	0	0	0	4,5	0,3	0	0	0	0
436-446	14	6	0	4,5	1	0	26,25	0	0	0	0	0

 

По даним обстеження можна зробити наступні висновки, що на даній ділянці автомобільної дороги в Харківській області переважають наступні види ушкоджень – поперечні і повздовжні тріщини усіх 3-х рівнів ураження. Лише на ділянці 436км-446км мають місце руйнування у вигляді сітки тріщин 1-го і 2-го рівнів ураження. Поперечні тріщини могли з’явитись у наслідок старіння асфальтобетону чи використання надто в’язкого бітуму, температурних перепадів, втомленість дорожнього одягу, неякісне ущільнення; повздовжні тріщини - порушення технології укладання асфальтобетону, втомленість дорожнього одягу; сітка тріщин - недостатня несуча здатність дорожнього одягу через недоущільнення або перезволоження хитливих ґрунтів, утома дорожнього одягу, пучиноутворення, крихкість в’яжучого.

Донецька область розташована на Пд. Сх., відноситься до У-ІІІ дорожно-кліматичної зони. Поверхня - переважно хвиляста рівнина (висота до 200 м), розчленована ярами й балками. Північно-східна частина зайнята Донецьким кряжем: до Пд. він переходить у Приазовську височину, що знижується до Азовського моря, обриваючись до нього помітним уступом (до 20 м). Клімат помірно континентальний. Середня температура січня від –7,8°С на Пн. Сх. до –5,4°С на Пд., липня відповідно 20,8°С и 22,8°С. Опадів за рік від 450 мм на Пд. до 500 мм у межах Донецького кряжа. Навесні бувають суховії, влітку посухи, іноді пилові бурі, град, взимку заметілі. Головні ріки: Сіверський Донець, Самара, Вовча, Кальмиус, Грузский Еланчик та ін. Багато річок улітку пересихають. Глибина промерзання 0,95 метра

 

Таблиця 3.3 Характеристики погодно-кліматичних факторів

Місяці	Середньо місячна температура повітря t	Переважні напрямки вітру	Швидкість вітру середньо місячна, м/с	Середньо місячна кількість опадів, мм	Число днів з опадами більше 5мм	Висота снігового покрову, см	Кількість днів з грозами	Число днів з хуртовинами
1	2	3	4	5	6	7	8	9
I	-6,4	Сх	4,9	30	2,0	8	0	4
II	-5,8	Сх	5,5	24	1,3	10	0	5
III	-0,6	Сх	4,9	30	1,8	4	0,1	2
IV	8,3	Сх	4,9	34	2,5	0	0,7	0,1
V	16,0	Сх	4,4	49	3,5	0	4	0,0
VI	19,2	ПдЗх	4,0	61	3,8	0	8	0
VII	22,0	ПнЗх	3,3	58	2,9	0	8	0
VIII	20,7	ПнЗх	3,8	40	2,1	0	5	0
IX	15,4	ПнСх	4,2	34	2,3	0	1	0
X	8,6	ПнСх	4,6	31	2,3	0	0,4	0
XI	1,2	Сх	5,3	38	2,2	3	0	2
XII	-3,7	ПнСх	5,3	38	2,2	3	0	2

 

Донецька область знаходиться за грунтово – геологічними умовами у районі IVP.10 (важкий суглинок, глина). За умовами роботи асфальтобетонів вона знаходиться в районі А-6 (асфальтобетон типу А, Б, Г і бітум БНД 40/60, 60/90).

Конструкція дорожніх одягів на всій протяжності автомобільної дороги і міцність показана на лінійному графіку (лист..)

По результатам обстеження ділянки автомобільної дороги Київ – Харків – Довжанський в Донецькій області були одержані наступні результати на кожних 10 кілометрах обраної ділянки в відсотках від довжини, таблиця 3.4.

 

Таблиця 3.4 – Дані обстеження по Донецькій області

Ділянка дороги Київ – Харків – Довжанський в Донецькій області
КМ	Міра ураження ділянки і протяжність в % від довжини
	Поперечні тріщини			Сітка тріщин			Повздовжні тріщини			Косі тріщини
	Рі-вень 1	Рі-вень 2	Рі-вень 3	Рі-вень 1	Рі-вень 2	Рі-вень 3	Рі-вень 1	Рі-вень 2	Рі-вень 3	Рі-вень 1	Рі-вень 2	Рі-вень 3
647-657	10,5	9	0	0	0	0	8,5	8,5	1,5	0	0	0
657-667	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
667-677	26	19,5	0	0	0	0	10,5	7	0,3	0	0	0
677-687	19,5	14	0	0	0	0	2,5	1,5	0	0	0	0
687-697	0	0	0	0	0	0	2,5	3,5	0	0	0	0

 

По даним обстеження можна зробити наступні висновки, що на даній ділянці автомобільної дороги в Донецькій області переважають наступні види ушкоджень – поперечні тріщини 2-х рівнів ураження і повздовжні тріщини усіх 3-х рівнів ураження. Третій рівень ураження спостерігається лише на ділянках з 647км по 657км та 667км по 677км. Поперечні тріщини могли з’явитись у наслідок старіння асфальтобетону чи використання надто в’язкого бітуму, температурних перепадів, втомленість дорожнього одягу, неякісне ущільнення, дорожній одяг складається із шарів з різним коефіцієнтом температурного розширення; повздовжні тріщини - порушення технології укладання асфальтобетону, неякісний стик спряження двох смуг укладки асфальтобетонного покриття, втомленість дорожнього одягу.

Луганська область розташована у східній частині, відноситься до У-ІІІ дорожно-кліматичної зони. Територія області долиною Сіверського Дінця поділяється на дві частини. Північна частина – хвиляста,розчленована густою яружно-балковою сіткою рівнина, що поступово підвищується на Північ до 200м і вище. По ширині також форми рельєфу пов’язані з діяльністю людини: кургани-могильники, терикони, кар’ єри тощо. Всього в області –123 річки завдовжки понад 10км, близько 60 озер, понад 320 водоймищ і ставків. Клімат помірно континентальний з прохолодною зимою та жарким літом. Пересічна температура січня – 6,8˚, липня +22˚. Опадів 410-550мм на рік. Глибина промерзання 0,95 метра.

 

Таблиця 3.5 - Характеристики погодно-кліматичних факторів

Місяці	Середньо місячна температура повітря t	Переважні напрямки вітру	Швидкість вітру середньо місячна, м/с	Середньо місячна кількість опадів, мм	Число днів з опадами більше 5мм	Висота снігового покрову, см	Кількість днів з грозами	Число днів з хуртовинами
1	2	3	4	5	6	7	8	9
I	-6,8	В	6,45	23	1,2	7	0	3
II	-6,3	В	6,8	26	1,2	9	0	4
III	-0,3	В	6,7	30	1,6	0	0,1	1
IV	8,4	В	6,0	34	2,4	0	0,7	0,1
Місяці	Середньо місячна температура повітря t	Переважні напрямки вітру	Швидкість вітру середньо місячна, м/с	Середньо місячна кількість опадів, мм	Число днів з опадами більше 5мм	Висота снігового покрову, см	Кількість днів з грозами	Число днів з хуртовинами
V	15,9	В	5,2	50	3,3	0	4	0,0
VI	19,3	З	4,5	57	3,5	0	8	0
VII	22,0	З	4,1	59	3,3	0	7	0
VIII	20,7	З	4,1	45	2,4	0	4	0
IX	14,7	В	4,2	34	2,0	0	2	0,0
X	8,3	В	5,2	34	2,3	0	0,4	0,0
XI	1,3	В	6,0	38	2,2	0	0,02	0,2
XII	-4,0	В	6,3	34	1,8	3	0	2

 

Луганська область знаходиться за грунтово – геологічними умовами у районі IVP.11 (важкий суглинок). За умовами роботи асфальтобетонів вона знаходиться в районі А-6 (асфальтобетон типу А, Б, Г і бітум БНД 40/60, 60/90).

Конструкція дорожніх одягів на всій протяжності автомобільної дороги і міцність показана на лінійному графіку (лист..)

По результатам обстеження ділянки автомобільної дороги Київ – Харків – Довжанський в Луганській області були одержані наступні результати на кожних 10 кілометрах обраної ділянки в відсотках від довжини, таблиця 3.6.

 

 

Таблиця 3.6 – Дані обстеження по Луганській області

Ділянка дороги Київ – Харків – Довжанський в Луганській області
КМ	Міра ураження ділянки і протяжність в % від довжини
	Поперечні тріщини			Сітка тріщин			Повздовжні тріщини			Косі тріщини
	Рі-вень 1	Рі-вень 2	Рі-вень 3	Рі-вень 1	Рі-вень 2	Рі-вень 3	Рі-вень 1	Рі-вень 2	Рі-вень 3	Рі-вень 1	Рі-вень 2	Рі-вень 3
760-770	8,3	2,3	0	3	0	0	0	0,5	0	0	0	0
770-780	21	25	0	11	6	0,5	1,5	0,5	0	0	0	0
780-790	15	22	0	3	0,5	0	0	0,5	0	0	0	0
790-800	13	13,5	2,3	7	8	0	3	2,5	0	3	1	0
800-810	15	9	0	12	3	0	0	0	0	0	0	0

 

По даним обстеження можна зробити висновок, що на даній ділянці автомобільної дороги в Луганській області переважають наступні види ушкоджень – поперечні тріщини 2-х рівнів ураження на кожній ділянці і 3-го рівня ураження на ділянці з 790км по 800км; сітка тріщин 2-х рівнів ураження на кожній ділянці і 3-го рівня ураження на ділянці з 770км по 780км. Лише на деяких ділянках мають місце руйнування у вигляді повздовжніх та косих тріщин 1-го і 2-го рівнів ураження. Поперечні тріщини могли з’явитись у наслідок старіння асфальтобетону чи використання надто в’язкого бітуму, температурних перепадів, втомленість дорожнього одягу, неякісне ущільнення, дорожній одяг складається із шарів з різним коефіцієнтом температурного розширення; повздовжні тріщини - порушення технології укладання асфальтобетону, неякісний стик спряження двох смуг укладки асфальтобетонного покриття, втомленість дорожнього одягу; сітка тріщин - недостатня несуча здатність дорожнього одягу через недоущільнення або перезволоження хитливих ґрунтів, утома дорожнього одягу, пучиноутворення, крихкість в’яжучого; косі тріщини - відбиття тріщин, що виникли в шарах із застосуванням мінеральних в’яжучих через недостатню несучу здатність ґрунтів, втомленість дорожнього одягу, неміцна основа.

Висновок:проаналізувавши данні можна зробити висновок, що на виникнення тих чи інших видів руйнувань в першу чергу будуть впливати конструкції дорожнього одягу які застосовані у даних областях, кліматичні особливості даних областей і безперечно рівень експлуатації даної ділянки дороги. Звертаючи увагу на кліматичні особливості зрозуміло, що Харківська область знаходиться північніше від двох інших і має біль прохолодний клімат (дата переходу температури через 0⁰С навесні 21.03, а восени 16.11) тоді, як Луганська і Донецька області, знаходячись східніше, мають поступливіші умови. За умовами зволоження всі ці області знаходяться відносно у однакових умовах.

До причин виникнення тріщин у Харківській області можна віднести недостатній експлуатаційний рівень ділянки автомобільної дороги, старіння асфальтобетону та неякісний рівень проведення робіт з укладки асфальтобетону. Всі ці причини привели до виникнення поперечних і повздовжніх тріщин високого рівня ураження. На ділянці 396 – 432 км (164-189 МПа) – виявлені поперечні і повздовжні тріщини, які виникли через недостатню міцність основи та дію температурних напруг. На ділянці 432 – 446 км (181-168 МПа) – виявлені поперечні, повздовжні тріщини та сітка тріщин, які утворилися стиг же причин, але ту має місце наявність в шарах конструкції бруківки яка впливає на міцність конструкції.

Ділянка розглядаємої автомобільної дороги в Донецькій області характеризується наявністю в конструкції дорожнього одягу шарів із шлаків, які в свою чергу і привели до виникнення поперечних тріщин 2-го рівня ураження. Також мають місце ділянки з повздовжніми тріщинами високого рівня ураження, виникнення яких пов’язане з неякісним виконанням робіт по укладці асфальтобетону. На ділянці 647 – 667 км (315-274 МПа) – спостерігається достатньо висока міцність конструкції, виявлені поперечні температурні тріщини зумовлені наявністю шару із шлаку і повздовжні тріщини зумовлені товщиною асфальтобетону (8 см). На ділянці 667 – 677 (253-273 МПа) – спостерігається падіння міцності дорожнього одягу, виявлені поперечні і повздовжні тріщини, які є наслідками температурних перепадів та втомленості дорожнього одягу.

Ділянка автомобільної дороги в Луганській області характеризується наявністю в дорожній конструкції шарів із шлаків, перезволоженням ґрунтів основи та скоріше за все втомленістю дорожнього одягу. Це привело до виникнення великої кількості поперечних тріщин і сітки тріщин по всій ділянці автомобільної дороги 2-го рівня ураження. На ділянці 760 – 788 км (256-342 МПа) – спостерігається висока міцність, виявлені поперечні тріщини та сітка тріщин в наслідок температурних перепадів та втомленості дорожнього одягу. На ділянці 788 – 794 км (236-275 МПа) – виявлені поперечні тріщини, які є наслідком втомленості дорожнього одягу, перепадів температури та використання в’язкого бітуму. На ділянці 794 – 800 км (287-266 МПа) – наявність в конструкції доменного шлаку, виявлені усі види руйнувань, що є наслідком втомленості дорожнього одягу. На ділянці 800 – 810 км (239-181 МПа) – найбільш слабка ділянка, виявлені поперечні тріщини та сітка тріщин, що є наслідком температурних перепадів та втомленості дорожнього обягу.

Для більш детального аналізу потрібно встановити марку використаного для робіт бітуму та тип асфальтобетону, дослідити умови зволоження земляного полотна та дорожнього одягу в цілому.