plik pdf - Wydział Inżynierii Lądowej - Politechnika Warszawska

10Wstęp Wstęp 11Nawierzchnia drogowa powinna funkcjonować przede wszystkim w zakresieodkształceń sprężystych z uwagi na jej specyfikę. W przypadku nawierzchnibitumicznych nawierzchnie funkcjonują również w stanach po sprężystych,a więc plastycznych, wykazując silne własności lepkie. Lepkośćnawierzchni podatnej (asfaltowej) jest zasadniczym i podstawowym parametremmechanicznym. Nawierzchnia, zwłaszcza w polskich warunkach klimatycznych(liczba przejść przez temperaturę zerową, jak również ekstremalnychtemperatur w Polsce jest jedną z najbardziej niekorzystnych w Europie), funkcjonujew warunkach skrajnych obciążeń.Każda nawierzchnia drogowa spoczywa na podłożu gruntowym lub nakonstrukcji inżynierskiej (most, tunel, wiadukt, przepust). Podłoże gruntowejest zatem związane ze wszystkimi typami budowli i obiektów inżynierskichstosowanych w praktyce. Zasadniczymi składnikami gruntów są: szkieletgruntowy (mechaniczny), woda i pustki powietrzne w różnych proporcjachpomiędzy sobą w zależności od rodzaju gruntu. Od ponad wieku tworzy sięróżne fizyczne i matematyczne modele podłoża opisujące w sposób przybliżonyzachowanie rzeczywistego ośrodka gruntowego. Według pojęć mechaniki,podłoże sprężyste stanowi więzy i budowli, i nawierzchni. W skład gruntuwchodzą: szkielet mechaniczny, woda i pustki powietrza. Najbardziej interesującymkonstruktora jest szkielet ośrodka gruntowego jako podstawy konstrukcyjnejwszelkich nawierzchni. Modele podłoża możemy podzielić na:jednoparametrowe i jednokierunkowe, dwuparametrowe i jednokierunkowe,dwuparametrowe i dwu- lub trzykierunkowe, wieloparametrowe i wielokierunkowe,ciągłe i inne.Z kilkuset znanych modeli w literaturze przedmiotu "mechanika gruntówi fundamentowanie" przytoczymy kilka za (24, 51]:model podłoża Winklera liniowy, biliniowy, jednostronny, nieliniowy.model inercyjny Winklera,modele reologiczne WinkIera,model Wieghardta,model Fiłonienko-Borodicza,model Pasternaka,model Własowa,wieloparametrowe modele Kerra,model półprzestrzeni i półpłaszczyzny sprężystej,modele kombinowane Winkler-plus półpłaszczyzna sprężysta,modele podłoża ziarnistego i bryłowego (Kangurowa).Wszystkie te modele są wykorzystywane w dynamicznym i statycznym obliczaniui projektowaniu nawierzchni drogowych. Literatura przedmiotu liczykilka tysięcy pozycji w tym wiele monografii i prac przeglądowych. Jedenz pierwszych sposobów wymiarowania nawierzchni polegał na rozwiązaniuzadania statycznego płyty sprężystej (Kirchhoffa) spoczywającej na podłożuWinkiera. Schemat ten jest stosowany do dnia dzisiejszego w zakresie określeniastanów naprężeń, odkształceń i przemieszczeń w płytach pasów startowych,dróg do kołowania i płyt postojowych na lotniskach i drogowych nawierzchniachbetonowych (rys. 1.2).~Itkz {MN/m 3 ]Kt{MNlm]q(x)rnfilldB = Ph~; dx~aMXdX177;. " ( x\--rRys. 1.2. Schemat dynamiczny nawierzchni na jednokierunkowym i dwuparametrowym podłożuPasternaka z jednostkową warstwą przenoszącą ścinanie wg [50]Liczne prace Westergaarda (1923 i dalsze) polegały na znalezieniu rozwiązaniarównania równowagi statycznej płyty we współrzędnych biegunowych.W 1945 r. w J. Appl. Phisics ukazały się trzy prace Burrnistera (3], w którychrozpatrywano najpierw płytę dwuwarstwową, a następnie wielowarstwowąspoczywającą na modelu podłoża sprężystego typu półprzestrzeni sprężystej.Osiowo symetryczne obciążenie płyty modeluje zastępczy nacisk opony samochodowejlub samolotowej rozłożone na kole. Model ten przetrwał próbęczasu i jest stosowany do chwili obecnej. Z dwuwarstwowej nawierzchniwynika mniejsze naprężenie i odkształcenie w dowolnym jej punkcie w stosunkudo klasycznego zadania Bousinesqua, pod jednakże warunkiem większejsztywności warstwy górnej niż dolnej. Schematy na rys. 1.3 ilustrują ideeteorii Burmistera.W chwili obecnej dysponujemy pełnym oprogramowaniem teorii rozszerzonejo przypadek uwzględnienia lepkości w warstwach (Elsym, Bisar3 i inne).