Исследователи Донского государственного технического университета во главе с д.т.н., доцентом кафедры «Автомобильные дороги» ДГТУ Артемом Тиратуряном представили теоретические основы нового метода неразрушающего контроля состояния автомобильных дорог, позволяющего назначать адресные ремонтные мероприятия и устанавливать точные причины ухудшения их несущей способности. Отличительной особенностью разработанного подхода является высокая производительность, информативность и отсутствие необходимости отбора кернов из покрытия автомобильной дороги.
Метод сочетает в себе инструментальные измерения с применением современных диагностических установок ударного нагружения типа FWD и математическое моделирование, необходимое для сопоставления идеальной расчетной картины деформирования с результатами натурных наблюдений.
– Установка ударного нагружения FWD – оборудование для измерения прочности автомобильных дорог, представляет собой двухосный полуприцеп, на котором смонтированы механизм ударного нагружения, воспроизводящий нагрузку, соответствующую классическому транспортному средству, а также балка с датчиками-геофонами, расположенными через каждые 30 см по мере удаления от точки нагружения, которая и позволяет регистрировать вертикальную деформацию на расстоянии до 2,1 м от точки ударного воздействия,– пояснил Артем Тиратурян.
В результате удается получить значения фактической жесткости слоя асфальтобетона, слоя основания и рабочего слоя грунта земляного полотна, которые можно сравнить с проектом и в случае их отклонения в меньшую сторону назначать ремонтные мероприятия, направленные на улучшение тех компонентов и показателей, которые на исследуемом участке дороги определяют ее общие прочностные характеристики.
По словам Артема Тиратуряна, математическая модель, разработанная совместно с кафедрой «Информационные системы в строительстве» ДГТУ, моделирует на компьютере аналогичную конструкцию – т.н. расчетную чашу прогибов. Модель позволяет задать все необходимые для расчетов параметры: толщину слоев асфальтобетона, оснований и грунтов.
– Особенность модели заключается в том, что она строится исходя из идеализированных параметров – механических свойств каждого слоя. В завершение процедуры расчетные показатели накладываются на экспериментальные, – отметил Артем Тиратурян.
Результаты исследования позволяют определить, с каким именно слоем возникла проблема и каким образом ее можно решить.
– Например, в случае падения жесткости основания перекрытие слоя асфальтобетона не будет эффективно: примерно через год вернутся те же дефекты. Пока не будет решена проблема с грунтом, замена основания не приведет к ожидаемым результатам. Грунт может быть переувлажнен, либо может быть нарушена работа системы водоотвода, – прокомментировал Артем Тиратурян.
Концептуально идея реализованного учеными ДГТУ подхода не нова, это давно и хорошо известная задача, относящаяся к классу обратных. Основная новизна решения – в области применяемых вычислительных алгоритмов, которые не уступают, а во многом и превосходят известные мировые практики в этой области.
Уже получены результаты, позволяющие вывести примененную методику на качественно иной уровень – производить анализ всего процесса деформирования дорожной одежды за промежуток времени, соответствующий контакту колеса автомобиля с покрытием.
Исследования проводятся в рамках гранта Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых - кандидатов наук (соглашение 075-15-2022-584).