Charakterystyka odkształceniowa destruktu asfaltowego poddanego obciążeniom cyklicznym

Moduł ten pozwala na określenie charakterystyki odkształceniowej mieszanek niezwiązanych oraz gruntów w jednym cyklu obciążenia [8]. W przypadku budownictwa drogowego obok parametrów wytrzymałościowych oraz nośności, która najczęściej charakteryzowana jest poprzez wartość wskaźnika nośności CBR, ważny jest także przebieg charakterystyki naprężeniowo-odkształceniowej. W celu jej wyznaczenia wykonuje się badania cykliczne, których zadaniem jest określenie charakterystyki odkształceniowej w jednym cyklu obciążenia oraz dla obciążenia długookresowego. Te dwa przypadki mają różny przebieg. W przypadku obciążenia w jedynym cyklu można wyróżnić fazę obciążenia i odciążenia. W wyniku takiego obciążenia powstaje pętla histerezy, która została przedstawiona na rys. 1.

Na podstawie analizy pętli histerezy można wyróżnić zakres odkształceń sprężystych i plastycznych w jednym cyklu obciążenia. Dodatkowo nachylenie pętli histerezy podczas odciążenia jest opisane poprzez wartość cyklicznego modułu sprężystości. Moduł ten pozwala na określenie reakcji mieszanek niezwiązanych na obciążenie cykliczne w przypadku, gdy wartość zakumulowanych odkształceń plastycznych stanowi mały, możliwy przy interpretacji wyników do pominięcia, udział odkształceń całkowitych w jednym cyklu.

W przypadku obciążeń długookresowych obserwuje się akumulację odkształceń plastycznych, która jest odpowiedzialna za zjawisko koleinowania. Wartość zakumulowanych odkształceń plastycznych w jednym cyklu jest zależna od stanu naprężenia oraz właściwości fizycznych materiału – gruntu antropogenicznego. Wpływ stanu naprężenia, a w szczególności naprężenia dewiatorowego, na akumulację odkształceń plastycznych można opisać przy pomocy zjawiska dostosowania. Dostosowaniem nazywa się reakcję gruntu na obciążenie cykliczne, które w zależności od stanu naprężenia w gruncie przy długookresowym obciążeniu powtarzalnym może doprowadzić do zniszczenia gruntu, cyklicznego pełzania lub dostosowania [9]. W przypadku mieszanek niezwiązanych cykliczne pełzanie nie występuje, ale w tym przypadku można obserwować na przykład zwiększone kruszenie się ziaren. Dostosowanie to taki stan naprężenia, w którym jest ono na tyle małe, że początkowo pojawiające się odkształcenia plastyczne w każdym cyklu obciążenia mają mniejszy udział w odkształceniach całkowitych do momentu, w którym w jednym cyklu obciążenia zaobserwuje się tylko odkształcenia sprężyste. Jeśli stan naprężenia w gruncie jest wyższy niż ten pozwalający na dostosowanie, to obserwuje się ciągły przyrost odkształceń plastycznych, także o coraz mniejszej wartości, jednak odkształcenia plastyczne będą się zawsze pojawiały [9].

Zgodnie z powyższym, do charakterystyki gruntu wykorzystywanego w budownictwie drogowym należy określić chwilową charakterystykę odkształceniową reprezentowaną przez cykliczny moduł sprężystości i długookresową charakterystykę odkształceniową reprezentowaną przez moduł degradacji lub kryterium dostosowania.

Materiały i metody

Materiał badawczy został przygotowany w taki sposób, aby spełniał wymagania dotyczące mieszanek niezwiązanych zgodnie z wymogami krajowymi, jak i zagranicznymi. Otrzymana mieszanka frakcji destruktu asfaltowego miała uziarnienie odpowiadające piaskowi ze żwirem (grSa). Krzywa uziarnienia mieszanki została przedstawiona na rys. 2.

Materiał badawczy składał się z pokruszonego destruktu asfaltowego pochodzącego z nawierzchni zerwanej z odcinka drogi powiatowej. Dodatkowo jako próbę kontrolną przygotowano dolomitowe kruszywo naturalne o takim samym uziarnieniu, które jest powszechnie stosowane jako materiał wbudowywany w podbudowy drogowe.

Laboratoryjna ocena właściwości fizycznych materiałów obejmowała charakterystykę zagęszczalności wykonaną metodą Proctora, określono także wartość gęstości właściwej mieszanki – gruntu antropogenicznego oraz próby kontrolnej. Wyniki badań przedstawiono w tab. 1.

Badania mechaniczne obejmowały badania cyklicznego trójosiowego ścinania wykonane w serii następujących po sobie obciążeń zgodnie z wytycznymi AASHTO T-307-93 (AASHTO 2007), stosując sekwencje badań przedstawione w tab. 2. Procedura badawcza obejmuje badania przy naprężeniu mniejszym σ₃ = 20,7 kPa i przy trzech rosnących poziomach naprężenia dewiatorowego q w obrębie naprężenia mniejszego. Obciążenia cykliczne prowadzone są przy częstotliwości obciążenia równej 1 Hz oraz dla liczby cykli równej 100. Badania przeprowadzono dla obydwu materiałów w warunkach wilgotności optymalnej. Zastosowano metodykę badania próbek bez nasączania i z odpływem, gdzie próbkę gruntu wstępnie poddano działaniu naprężenia głównego mniejszego wywołanego poprzez zadanie żądanego ciśnienia w komorze aparatu (σ₃ = 103,4 kPa) utrzymywanego przez godzinę, a następnie przystąpiono do wykonania procedury przedstawionej w tab. 2.

Wyniki badań

Wyniki badań przedstawiono poprzez podzielenie ich na dwie części, chwilową charakterystykę obejmującą pętlę histerezy w ostatnim, setnym cyklu obciążenia oraz długookresową charakterystykę obciążenia obejmującą analizę akumulacji odkształceń plastycznych podczas badania.

Galeria