Большинство уплотняющих машин воздействуют на материал вертикальными усилиями сжатия. Однако, объемная деформация уплотнения материала может быть увеличена при горизонтальных, а точнее при совместных горизонтальных и вертикальных силовых воздействиях, так как у большинства материалов пределы прочности на сдвиг заметно ниже, чем на сжатие. К тому же давно замечено, что более плотному сближению или переупаковке частиц материала препятствует ограниченная их подвижность, возникающая вследствие заклинивания частиц между собой. Чем в большей степени материал сжат, т.е. чем выше его плотность вследствие деформаций уплотнения, тем труднее происходит переупаковка частиц.
При изучении проходимости колесных машин мо грунту было отмечено, что при малых нормальных давлениях, не превышающих 30% от предельных пo прочности грунта, влияние касательной силы от нагружения колеса или штампа незначительно /8/. Но по мере их повышения дополнительная осадка штампа от касательной силы прогрессивно возрастает. И при вертикальных давлениях, близких к предельным, небольшое касательное усилие вызывает резкий рост осадки грунта.
Более двух десятилетий назад Н. Звере обратил внимание на положительное влияние так называемого "месящего" воздействия эластичной шины пневмоколесного катка на слой уплотняемой асфальтобетонной смеси и сконструировал прибор, в котором при вертикальном давлении всего 500 кПа получил уплотнение асфальтобетона такое же, как и на дороге под воздействием пневмокатка или движения автомобилей /43/.
Н.В.Грелышев экспериментально показал, что значительно лучших результатов уплотнения асфальтобетонной смеси можно достичь в лабораторной форме на прессе при давлении не более 2500 кПа вместо 40000 кПа, если обеспечить смеси большую подвижность за счет гирационных вращений нижней части формы с помощью специальной приставки к прессу. По аналогичному принципу работают также в США и Франции некоторые лабораторные приборы и прессы вращательного и сдвиго-вращательного уплотнения.
Приведенные и другие результаты и наблюдения послужили толчком к поиску и разработке эффективных средств уплотнения, использующих принцип "сжатие +реверсивный сдвиг", которые привели к появлению нового способа уплотнения и к изобретению в Швейцарии, ФРГ, СССР, Японии и других странах оригинальных дорожных катков.
На международной выставке " Стройтехника" фирма НАММ (Германия) представила перспективный каток с осцилляторным уплотнением /50/. Осцилляторы установлены в переднем и заднем вальцах. Колебания каждого вальца осуществляются при помощи двух дисбалансных валов, вращающихся вокруг собственной оси и оси вальца независимо от частоты его вращения.
Использование на новых катках более сложного генератора колебаний вальцов по сравнению с применявшимися ранее позволяет изменить колебательные процессы в уплотняемой среде и получить дополнительный уплотняющий эффект.
Первые экспериментальные образцы таких катков были испытаны на грунте в Швейцарии и на асфальтобетонной смеси ещё в СССР. Результаты работ подтвердили достоинства нового принципа и обнаружили рад преимуществ осцилляторного катка по сравнению с обычными вибрационными. Для достижения равных результатов уплотнения новый каток затрачивает на 40% меньше энергии. При уплотнении мелкозер-нистого асфальтобетона типа В слоем 70 мм наибольшая плотность (0,99) получена всего за 6-7 проходов катка.
Обычно в упрочняемых под вертикальной нагрузкой материалах фаза их деформирования практически без пластических сдвигов (фаза уплотнения) завершается при давлении, составляющем около 50-70% от предельно допустимого из условия неразрушения материала. Последнее соответствует началу развития только пластических сдвигов всего объема нагружаемого материала и оно принимается за его несущую способность.
Опыты по изучению влияния касательной силы на нагружение штампа в песчаный и глинистый грунт показали, что при вертикальных давлениях, не превышающих предел прочности материала, оптимальное касательное давление, вызывающее дополнительную деформацию уплотнения от вертикальной нагрузки, составляет около 10-15% от вертикального. Исходя из условия неразрывности слоя (состояние предельного равновесия), максимальное касательное напряжение не должно превышать сдвиговую прочность материала. По имеющимся экспериментальным данным горизонтальное давление выбирают в пределах
 (1.1)
где τ0- предельное напряжение сдвига материала.
Так как по формуле Кулона для каждого вертикального давления q существует свое предельное напряжение сдвига материала τ0 , то при анализе лучше оперировать отношением τ0/q , которое Н.Н. Маслов назвал коэффициентом сопротивления материала сдвигу Ксм (коэффициент сдвига
 (1.2)
где φ0 - угол внутреннего трения материала;
с0 - сила внутреннего сцепления материала.
| 