Kelio dangos konstrukcijos nesurištųjų pagrindo sluoksnių tamprumo modulio ir atsparumo liekamosioms deformacijoms priklausomybės nuo užpildų fizinių ir mechaninių savybių tyrimas

Abstract

Lietuvoje taikomi normatyviniai techniniai dokumentai nustato užpildų ir užpildų mišinių savybių kategorijas, siekiant medžiagas naudoti kelių ir gatvių dangos konstrukcijų skaldos pagrindo sluoksniuose. Lietuvoje kelio dangos konstrukcijos daugeliu atvejų projektuojamos taikant standartizuotas dangų konstrukcijų metodikas, sudarytas remiantis istoriniais empirinių stebėjimų duomenimis ir patirtimi. Nuo 2019 m. įteisinus mechanistinį empirinį dangų konstravimo metodą valstybinės reikšmės keliams, susidaro poreikis nustatyti skaldos pagrindo sluoksnių medžiagų tamprumo modulį, kuris yra pagrindinė skaičiuojamoji charakteristika. Užpildų mišinių mechaninės tamprumo savybės keičiasi priklausomai nuo užpildų geometrinių ir fizinių savybių, apkrovų pobūdžio bei lemia visos dangos konstrukcijos funkcionavimą. Disertacijoje nagrinėjamas užpildų mišinių, naudojamų kelio dangos konstrukcijos skaldos pagrindo sluoksniuose, užpildų dalelių formos bei atsparumo trupinimui savybių poveikis sluoksnio tamprumo moduliui ir liekamųjų deformacijų elgsenai, esant skirtingoms išorinėms apkrovoms. Užpildų mišinių tyrimo metodika pritaikyta ir bandymai laboratorijoje atlikti naudojant Lietuvoje iš karjerų išgaunamus ir rinkai tiekiamus gamtinių už-pildų nesurištuosius mišinius. Tamprumo moduliui nustatyti taikomi du tyrimo metodai: 1) periodinės apkovos triašis bandymas, gniuždant pastovia šonine ir mažomis ašinėmis apkrovomis – SS LSL MRT; 2) daugiaetapis pakartotinis gniuždymas MS RLT. Liekamosioms deformacijoms nustatyti taikytas MS RLT metodas. Tamprumo moduliui ir liekamųjų deformacijų vertėms apskaičiuoti taikyti skaitiniai laiko tikrinimo ir variacijų kvadratų priartėjimo metodai. Tirti užpildų mišiniai apkrauti išorinėmis horizontaliomis ir vertikaliomis apkrovomis, imituojant realius skaldos pagrindo sluoksnyje sukeltus įtempius. Disertacijos rezultatai pristato užpildų mišinių savybių įtakos tamprumo moduliui ir liekamųjų deformacijų elgsenai įvertinimo algoritmo sukūrimą. Disertaciją sudaro įvadas, trys skyriai, rezultatų apibendrinimas, naudotos literatūros ir autoriaus publikacijų disertacijos tema sąrašai. Pirmajame skyriuje aprašyti Lietuvoje ir užsienio šalyse taikomi skaldos pagrindo sluoksnio konstravimo metodai ir duomenų poreikis. Analizuojami užpildų mišinių tamprumo modulio nustatymo metodai. Antrajame skyriuje pateiktas užpildų mišinių ir jų sudedamųjų dalių eksperimentinis tyrimas ir rezultatų analizė. Trečiasis skyrius skirtas užpildų mišinių savybių įtakos tamprumo moduliui ir liekamųjų deformacijų elgsenos vertinimui. Pritaikyti k–θ ir Erlingsson–Rahman modeliai užpildų mišinių tamprumo moduliui ir liekamosioms deformacijoms apskaičiuoti. Tirtų užpildų mišinių savybės suranguotos pagal koreliacinį ryšį su tamprumo moduliu ir liekamosiomis deformacijomis nuo stipriausios sąsajos iki silpniausios.

The normative technical documents applied in Lithuania establish the categories of properties of aggregates and aggregate mixtures to apply the mate-rials in the pavement structure base layers. In Lithuania, road pavement structures, in many cases, are designed using standardized pavement structure methodologies, which are based on historical empirical observations and experience. From 2019, with the addition of the M-E pavement construction method for roads of national importance, there is a need to determine the resilient modulus of unbound base layers’ materials, which is the main computational characteristic. The mechanical resilient properties of aggregates change depending on their geometrical and physical properties, the nature of the loads, and the functioning of the entire pavement structure. The dissertation analyzes the effect of the shape and resistance to fragmentation properties of aggregate mixtures used in the base layers of the pavement structure on the resilient modulus and the formation of permanent deformations under different external loads. The research methodology of aggregate mixtures has been applied, and tests have been performed in the laboratory for unbound mixtures of natural aggregates extracted from quarries and placed on the Lithuanian market. Two test methods were used to determine the resilient modulus: the triaxial periodic crushing test with constant lateral and low axial compressions — SS LSL MRT, and the multistage repeated loading test MS RLT. The MS RLT method was used to determine the permanent deformations. The dissertation results include the development of an algorithm for estimating the effect of the properties of aggregate mixtures on the resilient modulus and the formation of permanent deflections. The dissertation consists of an introduction, three chapters, a summary of the results, lists of used literature, and the author’s publications on the dissertation’s topic. The first chapter describes the construction methods and data requirements of the unbound base layer used in Lithuania and ab-road. Methods for determining the resilient modulus of aggregate mixtures are analyzed. The second section presents an experimental study of aggregate mixtures and their components and an analysis of the results. The third chapter evaluates the influence of aggregate mixtures’ properties on the resilient modulus and the formation of residual deformations. The k–θ and Erlingsson–Rahman models were applied to calculate aggregate mixtures’ resilient modulus and permanent deformations. The tested filler mixtures’ properties were ranked from the strongest to the weakest according to the correlation with the resilient modulus and permanent deformations.