Законодательная база Российской Федерации

"ВЕДОМСТВЕННЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ НОРМЫ ВСН 49-86. УКАЗАНИЯ ПО ПОВЫШЕНИЮ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА И ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД С ПРИМЕНЕНИЕМ СИНТЕТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ" (утв. Минавтодором РСФСР от 02.04.86)

А. Определение механических характеристик СМ в условиях одноосного растяжения (упрощенная методика). Механические характеристики СМ определяют растяжением образца СМ прямоугольной формы размером 5Х20 см (рис. 1). Испытуемый образец закрепляют в двух зажимах, один из которых установлен неподвижно, а через второй ступенями прикладывают нагрузку. Расстояние между зажимами (длина деформируемой части образца) 10 см. По боковым граням подвижного зажима установлены направляющие, служащие для предотвращения его перекоса в процессе испытаний. Направляющая снабжена шкалой, по которой замеряют перемещения зажима после каждой ступени нагружения и разгрузки (общая и остаточная деформации). При небольших перемещениях (3 - 5 мм при нагрузках 25 - 30 Н/см) необходимо применять более точную аппаратуру, например прогибомеры типа ПМ-130 с ценой деления не менее 0,1 мм.

Общее число ступеней нагружения принимается равным 8 - 10, причем 4 - 5 из них должны приходиться на диапазон нагрузок до 25 - 30 Н/см, а первую из них назначают равной 3 Н/см. Время выдержки на каждой ступени 15 с.

Для оценки надежности закрепления вдоль кромок подвижного и неподвижного зажимов на СМ любым красителем наносят полосы. При правильном закреплении полосы не должны отходить от зажима, а разрыв образца происходит в средней его части.

Рис. 1. Схема испытаний СМ по методу одноосного растяжения (упрощенный вариант):

Испытывают не менее 6 образцов: 3 в продольном и 3 в поперечном направлениях по отношению к направлению раскатки рулона.

Механические характеристики CM (п. 2.2.5) определяют из следующих выражений:

где

R', Дельта l - общая нагрузка, Н, и перемещение зажима, см, при разрыве образца;

эпсилон' и эпсилон' - общая и упругая относительные деформации при у нагрузке R_1 = 25 - 30 Н/см (вычисляют аналогично эпсилон_0);

Дельта l_н - перемещение зажима на первой ступени нагружения, см;

l_0 и b - соответственно длина и ширина образца, см.

Б. Определение механических характеристик СМ в условиях сложного напряженного состоянии методом сферического растяжения. Испытания СМ по методу сферического растяжения заключаются в нагружении жидкостью (маслом) защемленного по контуру круглого образца СМ диаметром 12 см (рис.2, а) через резиновую предварительно оттарированную мембрану. Для оценки механических свойств CM, как правило, достаточно 5 образцов. Испытания проводятся путем приложения к образцу ступенчатой нагрузки (5 - 6 ступеней) с разгрузкой на каждой ступени. Выдержка нагрузки на каждой ступени 15 с.

Рис. 2. Схема прибора для оценки механических свойств СМ по методу сферического растяжения (а), расчетная схема (б) и графики результирующих зависимостей (в) по этому методу:

Величину прогиба мембраны S_п замеряют на каждой ступени приложения нагрузки. Определение восстанавливающей части прогиба мембраны S_у осуществляют также на каждой ступени при разгрузке образца. Общую относительную деформацию и растягивающее усилие R_n (рис.2, б, в) рассчитывают на каждой ступени нагружения по формулам:

	(3)
	(4)

где

q - удельное давление жидкости на испытываемый образец, МПа;

r - радиус испытываемого образца, см.

Величину восстанавливающейся части относительной деформации рассчитывают по формуле (4), но при значении S_п = S_п(у) (S_п(у) - величина восстанавливающейся част общего прогиба мембраны).

Значения условных модулей упругости и деформации СМ рассчитывают по формуле (2).

В. Определение механических характеристик СМ по методу длительного растяжения. Испытания состоят в замере через определенные промежутки времени деформаций образцов, к которым приложены длительно действующие постоянные нагрузки R. Испытаниям подвергают образцы прямоугольной формы шириной 50 и длиной 20 см при длине свободно растягиваемой части l_0 = 10 см (рис. 3, а). Для примерной предварительной оценки допустимо уменьшение ширины образцов до стандартной - 5 см (приложение 1А), но с дополнительной установкой накладок, препятствующих их сужению (рис. 3, б). Конструкцию накладок назначают в зависимости от вида СМ таким образом, чтобы его структура не нарушалась. На рис.3,в представлены различные варианты накладок.

Рис. 3. Схемы испытаний по методу длительного растяжения:

Испытания выполняют в следующем порядке:

проводят предварительные испытания трех образцов СМ по методике приложения 1А, при времени выдержки на каждой из ступеней нагружения 10 мин. По их результатам назначают нагрузку R для основных испытаний. При этом если деформация эпсилон = 5% (без учета начальной - см. приложение 1А) достигается до разрыва образцов значения R в основных испытаниях принимают равными 30, 50, 70, 90% от R_5 (где R_5 - нагрузка при эпсилон = 5%). В противном случае значения принимают в долях нагрузки при разрыве R_y: для полиамидных, полиэфирных тканых и нетканых (исключая нетканые из коротких волокон при химическом способе упрочнения полотна) - 30, 45, 60, 75% от R_р; для полипропиленовых - 5, 10, 15, 20% от R_р; для остальных при отсутствии данных о свойствах - 20, 30, 40, 50, 60, 70% от R_p;

к образцам основных испытаний (см. рис.3а, б) прикладывают начальную нагрузку R_н = 3 Н/см и через t_н = 10 мин замеряют величину удлинения образца Дельта t_н с помощью прогибомеров ПМ-130 или других устройств с точностью отсчета не ниже 0,1 мм;

нагрузку R_н дополняют для каждого из образцов до одной из нагрузок R, ранее принятых по результатам предварительных испытаний. Через определенные промежутки времени проводят замер удлинении образцов Дельта l, Время замеров назначают равным 1, 2, 4, 6, 24, 48 ч. Время последующих замеров назначают в зависимости от хода деформирования образцов. Если значения R_5 <= 0,3R_p для полиамидных и полиэфирных, R_5 <= 0,05 R_р для полипропиленовых и R_5 <= 0,2 R_р для других видов материалов, а удлинение за последние 24 ч меньше 10% удлинения за первые 24 ч, испытания прекращают. В других случаях испытания проводят до достижения удлинения Дельта l = (0,1 l_0 + Дельта l_н) или до начала роста скорости деформирования образца, но не более 60 сут, время между замерами 24 ч (для примерной оценки можно ограничиться временем испытаний 48 ч).

Обработку данных выполняют в следующем порядке:

по результатам испытаний строят график зависимости относительных деформации образца (эпсилон, %) от времени наблюдении (lg t, ч) для каждого из значений постоянно действующих нагрузок R (рис. 4), где эпсилон = 100 (Дельта l - Дельта l_н)/l_0;

вычисляют значения конечных деформаций эпсилон_н при каждом из значений R, исключая те, при которых наблюдается рост скорости деформирования образца (рост угла наклона альфа прямой на рис.4 к оси lg t),

где

эпсилон_1 - относительная деформация образца за время наблюдения, равное 1 ч;

к = tg альфа;

Т - требуемый срок службы.

строят график зависимостей эпсилон_к от R (рис.5). Величину допустимой нагрузки на растяжение СМ R_д принимают равной нагрузке R, соответствующей на графике эпсилон_к = f (R) значению эпсилон_к = 5%. Если на данном графике все значения эпсилон_к < 5%, то R_д принимают равным минимальному из значений R, при котором наблюдается рост скорости деформирования образца (R_4 рис. 4);

Рис. 4. График деформирования образцов СМ при длительном растяжении

определяют расчетное значение допустимого растягивающего напряжения сигма_д для CM из выражения сигма_д = R_д/дельта.

График эпсилон_к = f(R) должен быть построен не менее чем по трем точкам. Если же по результатам испытаний может быть вычислено меньше трех значений эпсилон_к, проводят дополнительные испытания (одно или два) при значениях R, меньших максимального, для которого вычислено значение эпсилон_к.

При определении величины R_дл для расчетов устойчивости откосов насыпи, возводимых на слабых основаниях (пп. 3.2.7, 3.2.8), испытания проводят при R, назначаемых в долях от R_р, как сказано ранее, в любом случае (независимо от величины эпсилон). За R_д принимают минимальное значение R при котором наблюдается рост скорости деформирования образцов (R_дл = R_д/дельта).

Г. Методика оценки сопротивляемости СМ местным повреждениям. Оценка сопротивляемости СМ местным повреждениям проводится для выяснения возможности его укладки непосредственно под крупнофракционные материалы - щебень, гравий, шлак и другие, если в процессе строительства или эксплуатации возникают значительные нагрузки на уровне укладки СМ. Методика оценки сопротивляемости СМ местным повреждениям состоит в следующем:

Рис. 5. Результирующая зависимость метода длительного растяжения

в лабораторных условиях в жесткой прямоугольной обойме размером 15Х30 см создают трехслойную модель, верхний слой которой - крупнофракционный материал, средний - образец СМ размером 15Х20 см, нижний - грунт. Размер фракций и толщина материала верхнего слоя, вид и состояние (плотность, влажность грунта нижнего слоя) должны отвечать конкретным условиям строительства. Толщину слоя грунта принимают равной 10 см;

через прямоугольный штамп размером 150Х100 мм, устанавливаемый на поверхности модели, прикладывают давление, соответствующее расчетному (0,6 МПа при оценке сопротивляемости повреждениям в период строительства, не менее 0,1 МПа в других случаях). Общее число циклов приложения нагрузки 10, с выдержкой расчетной нагрузки в течение 1 мин и последующей разгрузкой;

образец СМ извлекают из модели и визуально оценивают степень его повреждения. При отсутствии явно выраженных нарушений структуры СМ, проколов образцы разрезают на три полосы размером 5Х20 см и испытывают их в соответствии с методикой приложения 1А. Укладку на поверхность СМ крупнофракциоиных материалов считают возможной при отсутствии явно выраженных нарушений его структуры и снижении прочности не более чем на 10% для нетканых иглопробивных и 5% для других видов СМ.

Д. Методика определения сопротивления сдвигу СМ по грунту. Для определения сопротивления сдвигу СМ по грунту используют прибор, схема которого представлена на рис. 6. Он состоит из верхней и неподвижной нижней жестких прямоугольных обойм размером 10х20 см. Обе обоймы заполняют грунтом, который пригружается через штамп.СМ располагают на контакте верхней и нижней обойм. Для того чтобы исключить поперечную деформацию СМ при действии нагрузки Р_г (исключение возможности изменения площади находящегося в грунте СМ), а также его смятие при движении, СМ закрепляют в специальной рамке с помощью винтов на половину длины обойм. Снижение величины сил трения при движении рамки достигают с помощью шариков, размещенных в канавках.

Испытания проводят в следующей последовательности:

заполняют подготовленным грунтом нижнюю обойму прибора и уплотняют его через металлическую прокладку (в том случае, если в испытаниях используется грунт нарушенного сложения), срезают грунт на 2 - 3 мм выше верхней плоскости нижней обоймы;

на нижнюю обойму устанавливают рамку с закрепленным в ней образцом СМ;

заполняют подготовленным грунтом верхнюю обойму и уплотняют его (если используется грунт нарушенного сложения);

устанавливают на рамку верхнюю обойму с грунтом, на поверхность грунта устанавливают штамп и прикладывают вертикальную нагрузку Q, имитирующую вес грунта (дорожной одежды) с выдержкой до начала опыта в течение 1 ч;

при каждом из значении вертикальных нагрузок Q (не менее трех), принимаемых таким образом, чтобы диапазон их изменения охватывал реально действующую в дорожной конструкции, проводят испытания. Для этого ступенями (не менее 6 - 8 за период испытаний) прикладывают горизонтальную нагрузку с фиксацией перемещений СМ в точках А и Б (в точке А - прогибомером с закреплением струны на образец).

Время выдержки на каждой ступени горизонтальной нагрузки выбирают из расчета выполнения испытания за время не более 4 мин причем время выдержки на каждой ступени нагружения должно быть достаточно лишь для выявления стабилизации перемещения. Опыт считается законченным, если перемещение в точке Б рамки с геотекстильным материалом приобретает незатухающий характер или величина перемещений в точке А превысит 5% длины обоймы.

Рис. 6. Схема испытаний по определению сопротивляемости сдвигу СМ по грунту

Соответствующее окончанию опыта значение горизонтальной нагрузки Р_г принимается за предельное. Обработка проводится путем построения зависимости тау = f(Q), где тау = P/2F (F - площадь части образца, закрепленной в грунте), и определения значений прочностных характеристик фи', C' подобно определению фи и С на диаграмме сдвига для грунта (ГОСТ 12248-78).

Приложение 2