Bài giảng Khai thác cầu đường - Chương 3: Biến dạng, hư hỏng của đường ôtô và phương pháp xác định

Chia sẻ: Lão Lão | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:12

Thêm vào BST

Báo xấu

66
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Những nội dung chính được trình bày trong chương 3 gồm có: Khái niệm chung về khoa học khai thác đường, biến dạng hư hỏng điển hình của nền mặt đường, ảnh hưởng của sự không bằng phẳng đến điều kiện vận chuyển và phương pháp đánh giá độ bằng phẳng, độ hao mòn của mặt đường và phương pháp xác định,... Mời các bạn cùng tham khảo để biết thêm nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Khai thác cầu đường - Chương 3: Biến dạng, hư hỏng của đường ôtô và phương pháp xác định

CHƯƠNG I BIẾN DẠNG, HƯ HỎNG CỦA ĐƯỜNG ÔTÔ VÀ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH I. Khái niệm chung về khoa học khai thác đường 1.1 Khái niệm chung về môn học: QLKTĐ là môn học có quan hệ trực tiếp với các môn thiết kế và thi công những công trình giao thông trên đường. Nó giới thiệu các nguyên tắc và phương pháp đảm bảo giao thông an toàn và thuận lợi theo vận tốc, tải trọng thiết kế với tổn vân doanh ít nhất. 1.2 Vai trò quản lý khai thác đường - Đảm bảo cho những con đường luôn là động lực phát triển kinh tế, văn hoá, và xã hội. - Đảm bảo cho những con đường góp phần đáng kể cho sự ổn định về chính trị - Đảm bảo cho những con đường mang lại những lợi ích và lợi nhuận đáng kể. 1.3 Nhiệm vụ của khai thác đường Tận dụng hợp lí nhất ôtô và đường để phục vụ chuyên chở hàng hoá và con nguời. II. Biến dạng hư hỏng điển hình của nền mặt đường Nền đường là một kết cấu tổng thể, biến dạng của nền ảnh hưởng lớn đến mặt đường. Để tìm ra nguyên nhân ta phân biệt biến dạng của nền đường và biến dạng mặt đường 2.1. Biến dạng nền đường : Trong nền đường có biến dạng đàn hồi (ít ảnh hưởng, xảy ra cho nền mặt đường có cường độ cao) và biến dạng còn dư (xảy cho nền mặt đường có cường độ thấp). Biến dạng còn dư có thể là đề hoặc là không đều + Biến dạng còn dư đều: là khi nền đường lún đều do đất được nén lại trong quá trình thời gian. Biến dạng còn dư mà đều đặn trên khắp cả đoạn đường thì không có gì nguy hiểm (trường hợp này rất ít khi sảy ra) + Biến dạng còn dư không đều: làm cho nền đường lún không đều cả về chiều dọc lẫn chiều ngang vì: - Do đất không đồng chất. - Độ ẩm không đều trong đất - Chiều cao nền đường không như nhau - Tải trọng tác dụng không đều.(chỗ xe chạy nhiều, chỗ xe chạy thấp) Ngoài biến dạng nền đường do lún còn có dạng hư hỏng khác như: + Nền đường bị sụp (1) + Mái ta luy đường bị lở, trụt, trượt,...(2) + Lề đường bị biến dạng (3) (1.) Nền đường thường bị sụp ở các đoạn như: + Nền đắp trên lầy, nền đắp và đào ở vùng có các tơ. + Nền đường bị trượt thường gặp ở các đoạn đường: - Đắp trên sườn dốc, - Đắp trên đoạn đường thường bị trụt lở Nguyên nhân: Móng đất không được chuẩn bị tốt do + Không làm bậc tam cấp ở sườn dốc + Không đầm nén kỹ + Móng ở đất có lớp đất yếu, đất quá ẩm,.. (2.) Mái đường bị trượt theo nhiều hình thức trượt như: + Bị trượt quay + Bị truợt khi lún + Bị trượt trôi, trượt cắt.. Mái đường có thể bị lở: + Do gió, + Do nước xâm thực, chủ yếu thường thấy ở nền đường đất cát, đất ít dính. Mái đường bị trượt khi lún thường gặp ở những nơi: + Nền đất đắp trên các lớp đất yếu, có khả năng bị nén lún và trồi sang một bên, + Đất đắp trên những lớp cát trôi, những lớp khoáng dễ bị nước sói mòn như thạch cao, đất muối,... Mái đường bị trượt trôi: + Thường thấy ở những đường đắp trên sườn dốc + Hoặc trên những lớp đất đá nghiêng không ổn định. (3) Lề đường bị biến dạng khi: + Mặt đường hẹp: + Xe thường chạy hoặc tránh nhau ra phía lề + Đất ở lề đường thường đầm nén không kỹ, lề không được gia cố và nhất là việc thoát nước mặt chảy trên đuờng không được đảm bảo. 2.2. Biến dạng kết cấu mặt đường Biến dạng đàn hồi: phát sinh trong mặt đường vững chắc, cường độ cao, được đầm nén kỹ, đặt trên nến đất khô ráo đủ độ chặt yêu cầu. Sau khi bánh xe đi qua rồi thì thì biến dạng này sẽ được phục hồi hoàn toàn. Biến dạng dẻo không phục hồi (còn dư): trong phạm vi bé phát sinh là do mỗi lần bánh xe chạy qua làm cho mặt đường được nén lại.Tác dụng này của bánh xe sẽ đầm nén dần dần cho mặt đường thêm chặt. Nếu trị số của biến dạng này không vượt quá giới hạn cho phép thì nó có tác dụng tốt. Hiện tượng này xảy ra trong giai đoạn đầu khi mặt đường vừa mới xây dựng xong. * Đối với mặt đường nhựa có các dạng hư hỏng sau: + Mặt đường bị lún:Do nền đường bị ẩm hay yếu cục bộ( do quá ẩm), do quá trình đầm nén bỏ sót hặc do tải trọng xe chạy tác dụng quá lớn, do mặt đường không đồng nhấ.t + Mặt đường bị nứt nẻ: có nhiều dạng nứt khác nhau: - Nứt ngang: do ứng suất nhiệt gây ra và các đường nứt ngang suất hiện một cách có quy luật trên mặt đường, chúng cách nhau tương đối đều đặn (≤10m). Các vết nứt ngang thường thấy xuất hiện trong mặt đường bêtông nhựa, mựt đường đá dăm và sỏi sạngia cố nhựa, mặt đường BTXM khi các khe biến dạng bố trí không hợp lý. - Nứt dọc: Vết nứt theo vệt bánh xe phát sinh chủ yếu là do móng yếu, do quá ẩm ướt hoặc từng lớp vật liệu trong kết cấu mặt đường không đủ
cường độ hoặc do xe có tải trọng quá lớn qua lại hoặc do chiều dày mặt đường không đủ. - Nứt chéo dọc: phát sinh chủ yếu do đất nền đầm nén không kỹ, thường thấy trên mặt đường ở những chỗ nền đắp cao trên các cống. + Mặt đường bị vỡ gãy: Là hiện tượng hue hoảng nặng của mặt đường(trên cả chiều dày mặt đường bị gãy). Nguyên nhân: do lớp đất dưới móng mặt đường hoặc do các lớp vật liệu mặt đường đã làm việc trong trạng thái dẻo dưới tác dụng của tải trọng trùng phùng. + Mặt đường bị gãy ở vị trí dọc theo mép phần xe chạy: Do chiều dày mặt đường ở chỗ này mỏng hơn ở giữa, do nền đất chỗ này bị ẩm ướt vì nước ở lề đường thoát sang hoặc do đầm nén ở những chỗ này không kỹ. LÒ ®−êng H×nh 1 : S¬ ®å ®−êng nøt, ë tÊm bªt«ng xim¨ng 1. Nøt däc ;2. Nøt ngang ; 3. Nøt chÐo ;4. Gãc bÞ vì * Đối với đường bêtông ximăng:Dưới tác dụng của lực thẳng đứng, tấm BTông xẽ bị uốn trên nền đất và sinh ra biến dạng. Hay găp các biến dạng sau: - Nứt: do ứng suất nhiệt gây ra (t0 thay đổi): có vết nứt dọc, ngang, chéo. - Gãy vỡ tại các góc, cạnh tấm: do tại các khe, góc bố trí không tốt. - Lún sụp: do tấm BTXM và nền đường bị cập kênh. * Đối với lớp mặt của kết cấu mặt đường có các loại biến dạng và hư hỏng sau: + Lớp mặt đường bị bào mòn: đây là hiện tuợng biến dạng cơ bản của lớp mặ đường. Nguyên nhân gây ra bào mòn lớp mặt là do tác dụng của các lực bánh xe và của các yếu tố khí quyển, thường xảy ra ở các đoạn đường; xe thường xuyên phải hãm phanh, xuống dốc, vùng dân cư đông, trước đường vòng, trước chỗ giao nhau, trước bến xe... Hiện tượng bào mòn càng lớn khi hệ số bám ϕ của mặt đường đối với bánh xe càng bé. Yếu tố khí quyển : có tác dụng phong hoá bề mặt vật lý, hoá học đến các vật liệulàm đường và làm giảm các yếu tố vật lý. + Lớp mặt đường bị lõm : Hiện tượng này sinh ra chủ yếu là do hiện tượng vật liệu làm đường nhựa trở lên quá dẻo khi nhiệt độ mặt đường lên cao. Thường ở những chỗ đỗ xe, bến xe, trước chỗ giao nhau. + Lớp mặt đường bị trượt, làn sóng: thường gặp ở các loại mặt đường nhựa, mặt đường cấp phối, mặt đường đá dăm, đường dất. Nguyên nhân: - Dưới tác dụng của lực tiếp tuyến, khi lực dính bám giữa lớp trên và lớp dưới của tầng mặt không đủ hoặc bị phá hoại, lớp trên dồn lại tạo thành các làn sóng. - Khi lực dính bám giữa lớp trên và lớp dưới đủ, nhưng lớp trên quá dẻo( đối với mặt đường nhựa khi có nhiệt độ cao) hoặc trong mùa ẩm ướt (đối với đường cấp phối, đường đất). + Lớp mặt đường bị dập: thường thấy trên mặt đường mềm khi có các loại xe bánh xích, xe bánh sts qua lại nhiều. Nguyên nhân: do xe chạy qua va chạm vào các hạt vật liệu ở mặt đường bị đập vỡ ra và các hạt này cuốn theo gió theo bánh xe, hoặc do nước hoà tan các chất liên kết hữu cơ hoặc do chất liên kết hữu cơ bám vào các viên đá không tốt, hoặc do đầm nén mặt đường không kỹ. + Lớp mặt đường bị ổ gà: đó là hiện tượng hư hỏng cục bộ của lớp mặt. Thường xảy ra đối với mặt đường cấp phối đá dăm (loại mặt đường làm theo nguyên lý đá chèn đá). III. Ảnh hưởng của sự không bằng phẳng đến điều kiện vận chuyển và phương pháp đánh giá độ bằng phẳng 3.1. Ảnh hưởng của sự không bằng phẳng Xe chạy trên mặt đường bị biến dạng, không bằng phẳng sẽ sinh ra va chạm : các dao động đứng dọc, ngangcủa xe sẽ làm xấu đến đều kiện xe chạy làm cho vận tốc chạy xe giảm và các bộ phận của xe cũng như kết cấu mặt đường chóng hỏng. 2 a V × 2Rh − h Vm = V sin α = V × R = R 2 2 2 2 2 mV G ×α1 V (2Rh − h ) 2 α1 G V h ΔE = = × = 2 2g 2 gD Động năng giảm đi: R Trong đó: Vm: vận tốc mất đi vi xe gặp chỗ gồ ghề G: trọng lượng bánh xe g: gia tốc tự do R: bán kính bánh xe : hệ số tính đến hoàn lại một phần năng lượng đã tích luỹ khi xe va chạm vì bánh xe đàn hồi. hệ số này phụ thuộc vào độ cứng của bánh xe=0,3-0,6 Trên một đoạn đườngdài L có n chỗ không bằng phẳng thì động năng giảm đi 1 lượng : 2 α1 G V2 E = ∑in=1 Δ Ei = × ∑in=1 h i gD Để xe có thể chạy được với vận tốc bình thường như trên đường thẳng thì phải pháp sinh ra một lực kéo phụ để khắc phục động năng đã mất (tính cho 1 m dài) 2 α1 G V2 Fa = ∑1 Δ Ei = ∑ hi n gDL Fa 2 α1 V2 n fa = = ∑1 h i Sức cản lăn: G gDL Vậy: Khi xe chạy trên đường không bằng phẳng thì hệ số sức cản lăn f có thể tăng lên 4-4 lần, vận tốc kỹ thật của xe giảm đi 40%, tiêu hao nhiên liệu từ 1,3-1,5 lần. thời gian đại tu của đường giảm xuống còn ½ và chi phí lhai thác đường tăng từ 2-2,5 lần. Độ bằng phẳng mặt đường ảnh hưởng lớn đến vận tốc xe chạy, thời gian sửa chữa xe, tiêu hao nhiên liệu, mức độ hao mòn lốp xe, giá thành vận chuyển và an toàn giao thông...
Chú ý: Mặt đường có độ nhám (độ không bằng phẳng độ vài mm) không những không có hại mà còn cần thiết để đảm bảo lực bám của lốp xe với mặt đường. Lốp bánh xe hơi của xe ôtô chạy trên mặt đường có độ nhám sẽ không làm cho bánh xe và thùng xe chấn động. 3.2. Phương pháp đánh giá độ bằng phẳng Để dịnh được kích thước, hình học, số lượng của những chỗ không bằng phẳng và biến dạng của mặt đường có thêt dùng nhiều thiết bị khác nhau. 3.2.1. Thước mẫu, thước 3m: để kiểm tra sự biến dạng của trắc ngang. + Đặt thước mẫu (Hình 2) thẳng góc với trục đường, giây dọi nằm đúng vạch kiểm tra hoặc bọt nước của ống thuỷ nằm đúng chính giữa vạch. - Căn cứ vào ống thuỷ các khoảng cách giữa hai mép dưới thước mẫu và mặt đường sẽ cho biết mức độ gồ ghề và a) èng thuû biến dạng của mặt đường cũng như sai lệch về độ dốc gang của mặt đường. èng thuû b) H×nh 3: Th−íc dµi 3m ®Ó ®o ®é kh«ng H×nh 2: Th−íc mÉu kiÓm tra tr¾c ngang b»ng ph¼ng cña mÆt ®−êng a) MÆt ®−êng cã mui luyÖn h×nh parabol b) MÆt ®−êng cã m¸i ph¼ng 3mm 5mm 7mm 10mm15mm Neâm + Dùng thước dài 3m (kích thước 4 x 10 x 300cm) làm bằng nhôm hoặc bằng gỗ nhưng độ võng do trọng lượng bản thân của thước tại trung tâm không được quá 0,5mm (Hình 3) để đo độ không bằng phẳng của mặt đường dọc theo hướng với trục đường. + Đặt thước dài 3m theo hướng với trục đường (tim đường) rồi đo khe hở giữa thước với mặt đường tại 5 điểm, mổi điểm cách nhau 50cm và điểm đầu tiên cách mút thước 0,5cm. + Bằng cách đẩy nhe nhàng nêm vào các khe hở để đọc trị số khe hở tương ứng. Các khe hở này được làm tròn theo trị số của nêm: 3mm, 5mm, 7mm, 10mm, 15mm. + Cứ 100m đường kiểm tra độ bằng phẳng ở 3 mặt cắt, mỗi cắt ngang đo 3 vị trí tại trục đường và 2 bên cách mép mặt đường 1m. Về mức độ bằng phẳng, mặt đường được đánh giá rất tốt, tốt, đạt yêu cầu theo số lượng và các khe hở có kích thước quy dịnh tuỳ theo cấp loại mặt đường. Bảng đánh giá độ bằng phẳng theo số lượng và kích thước các khe hở giữa thước 3m với mặt đường Cấp mặt đưòng Cấp cao chủ yếu Cấp cao thứ yếu Cấp quá độ Số lượng các khe Khe hở Số lượng các khe Khe hở Số lượng các khe Khe hở Phân hở, % lớn nhất, hở, % lớn hở, % lớn loại mm nhất, nhất, Dưới Lớn hơn Dưới Lớn hơn Dưới Lớn hơn 3mm 5mm 4mm 7mm mm 8mm 15mm mm Rất tốt 95 1 7 95 1 9 95 1 20 Tốt 90 2 8 90 2 11 90 2 25 Đạt yêu 85 5 10 80 5 14 80 5 30 cầu Các loại thước này đơn giản, dễ đo và phương pháp đo cũng đơn giản. Thường dùng nghiệm thu mặt đường sau khi xây dựng, sau khi đại tu, trung tu mặt đường. + Mặt đường cấp cao chủ yếu: BTXM, BT Nhựa nóng, đá dăm chọn lọc rải nóng + Mặt đường cấp cao thứ yếu: loại thấm nhập nhựa, đá trộn nhựa tại thiết bị, mặt đường, bêtông nhựa nguội, ấm. + Mặt đường cấp quá độ: mặt đường cấp phối (hoặc gia cố thêm chất kết dính), mặt đường dá dăm nước, đá dăm gia cố ximăng, gia cố nhựa. * Phương pháp đo độ bằng phẳng bằng thước đo 1 hoặc nhiều bánh xe Ở giữa các thước này có 1 bánh xe luôn tiếp xúc với mặt đường. sự chuyển động của bánh xe khi qua nnhững chỗ không bằng phẳng của mặt đường xẽ được truyền qua bộ phận tự ghi và dạng không bằng phẳng của mặt đường xẽ được vạch trên một băng giấy với tỷ lên ngang là 1/100, tỷ lệ đứng là 1/1. Để đánh giá độ bằng phẳng của mặt đường bằng thước nhiều trục bánh xe, nhười ta đẩy thước chạy dọc theo vệt bánh xe ôtô với tốc độ 2-4 km/h (tốc độ người đi bộ). Để dễ dàng trong khi gia công kế quả đo được, người ta thường đo độ bằng phẳng cho từng đoạn đường dài 200m. Các số liệu được ghi trên băng giấy sẽ được gia công tính toán lại và ghi vào bảng cho từng 200m một. ChiÒu dµi ®o¹n tÝnh ra §é lÖch (m m) ChiÒu dµi ®o¹n (m ) Ghi Chó phÇn tr¨m,% 0-3 124 62,00 3-5 43 21,50 5-7 23 11,50 7-10 7 3,50 >10 3 1,50 Tæng 200 100,00 Sau khi tính ra được chiều dài các đoạn xi (%) ứng với các độ chênh lệch khác nhau, từ số liệu ghi ở băng giấy trong bộ phận tự ghi của thước đo chuyển về thành số lượng yi (%) của khe hở có kích thước tương ứng của thước dài 3m thông thường như ở phần trên. Đối với mặt đường cấp cao chủ yếu: chiều dài đoạn đường (tính ra %) của mặt đường có độ chênh lệch: + Từ ±3mm trở xuống thì dùng công thức: y1 = 0,5x1 + 47,7 +Từ 5mm trỏ lên thì dùng công thức:
y2 = 0,78x2 + 0,7 Trong đó: x1 : Chiều dài của đoạn đường (tính ra %) có độ lệch từ 3mm trở xuống x2 : Chiều dài của đoạn đường (tính ra %) có độ lệch từ mm trở lên y1 : Số lượng khe hở (%) của thước dài 3m với mặt đường có kích thước dưới 3mm y2 : Số lượng khe hở (%) của thước dài 3m với mặt đường có kích thước trên 5mm Sau khi chuyển đổi có thể đánh giá mặt đường theo các loại: rất tốt, tốt, đạt yêu cầu như quy định ở bảng trên. Ngoài ra còn có phương pháp dùng máy đo gia tốc dao động, phương pháp đánh giá dựa trên chỉ số gồ ghề Quốc tế IRI (22TCN 227-01) 3.2.2. Máy đo xóc: Xe chạy trên mặt đường càng không bằng phẳng thì tần số dao động của thùng xe và bánh xe càng cao, biên độ dao động càng lớn và do đó các nhíp lò xo nén càng nhiều. Máy đo xóc sẽ ghi lại tổng số độ nén của nhíp xe khi ôtô chạy trên đoạn đường cần đo độ bằng phẳng. Như vậy trị số độ nén của nhíp mà máy ghi lại được trên đoạn đường nào đó sẽ đặc trưng cho độ bằng phẳng của mặt đường. Máy đo xóc đặt ngay trên đường ô tô hoặc kéo theo ôtô dùng để thí nghiệm . Máy này tương đối đơn giản và cho biết trực tiếp độ bằng phẳng của mặt đuờng mà không cần dùng nhiều tính toán trung gian. Độ bằng phẳng của mặt đường được biểu thị thông qua tổng số độ nén của nhíp lò xo ôtô trên một đoạn đường là 1 km, tính theo cm/km và đựoc gọi là chỉ số độ xóc S. Tổng số độ nén của nhíp lò xo đặc trưng cho mức độ bằng phẳng của mặt đường còn phản ánh nhiều yếu tố khác như: độ sâu, độ lún, độ lõm, chiều dài, số chỗ lồi lõm , tốc độ của ôtô, loại và tải trọng của ôtô, loại bánh xe và áp suất hơi trong bánh xe...Vì thế khi dùng một loại máy đo xóc nào cần phải tiêu chuẩn hoá tất cả các yếu tố ảnh hưởng đến máy đo xóc và chỉ số của nó. Ở Liên xô cũ, để tiêu chuẩn hoá các yếu tố ảnh hường đến độ đo xóc ngưài ta dùng một loại xe nhất định (xe tải dùng TAZ-51, xe con dùng M-20), tải trọng chất lên P= 200 kg, v = 50 km/h (đường đồng bằng), v= 25 km/h (đường miền núi) Xe chạy hai chiều, lấy trị số trung bình độ xóc hai chièu để đánh giá (trên mỗi km) nếu trị số độ xóc hai chiều sai khác nhau không quá 5%. Bảng đánh giá độ bằng phẳng của mặt đường thông qua chỉ số độ xóc Tình trạng bằng phẳng của mặt đường Loại mặt đường Rất tốt Tốt Cần sửa chữa Chỉ số độ sóc không lớn hơn (cm/km) - Bêtông atfan 50 150 300 - Bêtông ximăng 75 150 300 - Đá dăm đen, sỏi đen 100 250 600 - Đất gi cố nhựa, có lớp láng mặt 150 300 700 - Đá dăm, cấp phối sỏi sạn 200 400 900 - Đất cải thiện 100 300 - - Đá lát cấp quá độ 100 500 1000 IV. Độ hao mòn của mặt đường và phương pháp xác định 4.1.Độ hao mòn 4.1.1. Khái niệm : Do tác dụng của các lực ở bánh xe lên mặt đường và do tác dụng của các nhân tố khí quyển mà mặt đường bị hao mòn. Tác dụng của nước, nhiệt độ, gió,...làm cho vật liệu bị phong hoá, tạo thêm điều kiện để mặt đường mau mòn dưới tác dung của bánh xe. 4.1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ hao mòn + Cường độ mặt đường và tính chịu bào mòn của vật liệu ở mặt đường không đều. Việc duy tu, sửa chữa từng chỗ riêng lẻ làm cho mặt đường không đồng nhất về cường độ cũng như sức chịu bào mòn, chỗ yếu thì bào mòn nhanh. + Luợng xe phân phối không đều trên phần xe chạy. Xe nặng, ô tô buýt có tác dụng bào mòn đường nhiều hơn. + Tốc độ xe lớn bé khác nhau cũng bào mòn đường khác nhau. Tốc độ lớn thì lực sinh ra lực xung kích lớn, lực trượt lớn khi qua chỗ lồi lõm, làm cho các chỗ ấy bị bào mòn nhiều. + Những chỗ bị nước đọng, vật liệu giảm sức chịu đựng, sẽ bị bào mòn nhanh hơn chỗ khác trên mặt đường. Mặt đường mòn không đều làm cho chất lượng khai thác của nó giảm đi. Mặt đường bị mòn đều khắp, mặc dù trị số mòn có lớn hơn trường hợp bị bào mòn không đều thì chất lượng khai thác của nó cũng không giảm đi mấy, vận tốc cũng không hạ, nếu mặt đường vẫn còn đủ độ nhám. Nhiệm vụ của công tác duy tu bảo dưỡng là làm sao cho mặt đường bị bào mòn đều. + Trị số hao mòn của mặt đường không được lớn hơn trị số quy định sau: Trị số chiều dày hao mòn cho phép H0 của các loại mặt đường Loại mặt đường Trị số (Ho) - Bêtông nhựa 10-20 - Lớp láng nhựa của mặt đường đá dăm 10-20 đen, sỏi sạn đen, thấm nhập nhựa - Mặt đường đá dăm đen, sỏi sạn đen, đá dăm thấm nhập nhựa 30-40 - Mặt đường đá dăm 40-50 - Mặt đường cấp phối 50-60 4.2. Phương pháp xác định 4.2.1. Đào hố, khoang lỗ mặt đường Dùng cho các loại mặt đường quá độ như: mặt đường đá dăm, cấp phối. + Đào hố khoang lỗ suốt cả chiều dày mặt đường cho đến nền đất. - Nếu có lớp đệm bằng cát cũng cần đào xuyên qua. - Nếu lớp đá dăm, cấp phối nằm ngay trên nền đất thì đào ăn sâu xuống đất độ 5- 10cm. + Dùng dụng cụ đặt vào lỗ, hố để tiến hành xác định độ hao mòn.
Dụng cụ đơn giản này bao gồm: + Một thước nằm ngang (1) di chuyển được trên thanh (2) có chia đến mm, cuối thanh (2) có miếng kim koại phẳng (3) . + Khi đo miếng kim loại này sẽ áp sát vào đáy của lớp mặt đường và thanh nằm ngang sẽ di chuyển xuống nằm sát trên mặt của mặt đường. + Hiệu số chiều dày của mặt đường trong hai lần đo sẽ cho trị số hao mòn của mặt đường trong khoảng thời gian giữa hai lần đo ấy. + Cứ 100m đo một trắc ngang của phần xe chạy. + Khi bề rộng xe chạy < 5m thì đo 3 vị trí ở mỗi trắc ngang. + Khi bề rộng >5m đo 5 vị trí ở mỗi trắc ngang. + Đối với mặt đường đá dăm, cấp phối khoảng 3 năm đo 1 lần.. 4.2.2. Dùng các miếng kim loại mềm + Miếng kim loại (chì, kẽm) hình tam giác, hình thang, hình chữ thập có chiều cao lớn hơn độ hao mòn phép Ho của mặt đường một ít. + Đặt đứng miếng kim loại này ở trong lớp mặt đường ngay trong lúc đang thi công mặt đường. + Trong quá trình khai thác đường, mặt đường mòn, miếng kim này sẽ mòn theo. Khi đó độ hao mòn, không cần phải lấy miếng kim loại lên mà cứ giữ nguyên vị trí của nó trong mặt đường, ta đo chiều dài của cạnh miếng kim loại lộ ra trên mặt đường, rồi dùng tính chất đồng dạng của các hình mà tìm ra độ hao mòn của miếng kim loại, và đó cũng là trị số hao mòn của mặt đường. + Khi dùng các miếng kim loại mềm đặt vào lớp mặt đường để xác định độ hao mòn là một phương pháp tương đối đơn giản, nhưng khi cần đo thì khó tìm được các miếng kim loại này trên mặt đường nhất là trên các đường nhựa Trị số bào mòn của mặt đường được tính theo công thức: H⋅n h= m Trong đó: H: chiều cao miếng kim loại mềm, mm m: đáy miếng kim loại mềm, mm n : cạnh của miếng kimloại mềm ló ra trên mặt đường sau khi mặt đường cùng miếng kim loại bị bào mòn, mm. h : độ bào mòn của mặt đường. 4.2.3. Dùng các mốc kim loại không rỉ: + Đặt sâu trong lớp mặt đường rồi dùng nút cao su hoặc matit có màu sắc dễ nhận thấy đậy lỗ lại. Mỗi khi cần đo thì lấy nút ra, đặt thước đo độ hao mòn mặt đường lên trên đầu mốc. Hiệu số của hai lần đo trong khoảng thời gian t (năm) là chiều dày bị hao mòn của mặt đường trong khoảng thời gian đó. Trị số đo được tính theo công thức sau: Trong đó: h1: Trị số đo lần thứ nhất, mm h2 : Trị số đo sau t năm, mm Trên đoạn đường muốn đo độ hao mòn ta bố trí 3 trắc ngang cách nhau 10m ; tại mỗi trắc ngang đặt 3-5 mốc trong mặt đường. Đối với đường cấp cao thường đo độ hao mòn 2 năm một lần.
V. Độ nhám của mặt đường, hệ số bám và cách đo 5.1. Khái niệm Lưu lượng xe chạy càng nhiều, tốc độ càng tăng thì càng đòi hỏi mặt đường phải đủ độ nhám để đảm bảo cho xe chạy được ổn định và an toàn. Nguyên nhân trực tiếp hay gián tiếp gây ra tai nạn là do mặt đường trơn, đường nhám không đủ, hệ số bám ϕ giữa bánh xe với mặt đường là quá thấp. Do vậy những người thiết kế, xây dựng và khai thác đường thì tìm cách làm cho mặt đường có độ nhám cao, lâu mòn và tương đối ổn định cả trong khi mặt đường bị ẩm ướt. 5.2. Các yếu tố ảnh hưởng: Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến độ bám của bánh xe với mặt đường, trong đó một yếu tố quan trọng là độ nhám của mặt đường. Hiện nay có nhiều phương pháp và thiết bị và thiết bị để xác định độ bám của bánh xe với mặt đường. Có hai phương pháp để đánh giá hệ số bám ϕ. + Phương pháp trực tiếp: Người ta dùng các thiết bị khác nhau như: xe đo lực, bản thân ôtô, các thiết bị đo giam xóc, các thiết bị cầm tay như: dụng cụ kiểu quả lắc, bàn cao su trượt trên mặt đường hoặc các dụng cụ dùng đo ϕ ở trong phòng thí nghiệm như: giá đo có bánh rơi hay giá đo có bánh cố định vv... + Phương pháp gián tiếp: thông qua việc xác định độ nhám của mặt đường người ta dùng phương pháp vệt cát, phương pháp chụp ảnh nổi trên mặt đường , phương pháp áp khuôn thạch cao lên mặt đường, phương pháp ghi lại độ lồi lõm trên mặt đường bằng thiết bị cơ học, phương pháp quang học, phương pháp siêu âm v.v... Dưới đây trình bày một số phương pháp xác định ϕ như sau: 1. Phương pháp xác định hệ số bám (ϕ) mặt đưòng thông qua chiều dày hãm xe . (Phương pháp trực tiếp) Ôtô chạy với tốc độ quy định trên đoạn đường cần đo ϕ hãm phanh đột ngột cho đến khi dừng xe hẳn. Lúc đó hệ số ϕ được xác định như sau: V2 K ϕ= ±i 254 Sh Dấu: - Khi xe leo dốc. + Khi xe xuống dốc Trong đó: V: Vận tốc của xe bắt đầu hãm phanh (km/giờ) Sh: Chiều dài hãm xe đo được trên đường (m) i : Độ dốc dọc của đoạn đường thí nghiệm (%) k: Thông số kể đến sự thay đổi hệ số (nếu tốc độ của xe bắt đầu hãm phanh là 60 km/giờ thì k=0,7) Để xác định ϕ tương đối chính xác khi hãm xe đột ngột thì tất cả các bánh xe đều hãm lại sau đó ôtô di chuyển đến lúc dừng hẳn chỉ là do bánh xe trựot trên đường. Đoạn đường bằng phẳng và được rửa sạch giữ cho mặt đường ổn định, vận tốc khi hãm đạt 60 km/giờ. * Ưu điểm: Đơn giản dễ thực hiện giữ được các điều kiện thực tế khi xe chạy. * Nhược điểm: + Không an toàn khi phanh xe gấp với vận tốc >60 km/giờ, khó xác định được ϕ vì ôtô có thể bị lật đổ khi hãm phanh đột ngột. + Lốp xe mòn nhanh và chóng hư hỏng + Ảnh hưởng đến giao thông trên đường + Số liệu đo được phụ thuộc vào thao tác của người đo, tâm lý người lái xe, hệ thống phanh, cách đo khoảng cách S và những yếu tố khác... 2. Phương pháp rắc cát (22TCN 278-01) (Phương pháp gián tiếp) Dùng cho mặt đường nhựa và bêtông ximăng. * Nguyên lý đo: + Lấy một thể tích cát V = 25 cm3, cỡ hạt 0,15 ÷0,3 mm khô sạch đựng trong một ống trụ tròn bằng kim loại có đuờng kính trong là 20mm, chiều cao ống trụ là79.5mm, được đổ ra trên mặt đường khô ráo (đã quét sạch bằng chổi mềm). + Đổ cát trong ống trụ ra mặt đường cần thí nghiệm bằng cách lật ngược ống và gõ nhẹ vào thành ống cho cát ra hết. + Dùng một bàn xoa cát dạng đĩa dẹt tròn bằng gỗ tốt có đường kính 65mm, có núm để cầm, phía mặt xoa được phủ bằng một tấm cao su dầy 2-3mm. + Xoa cát đều từ trong ra ngoài theo vòng tròn xoắn ốc để tạo thành một mảng cát tròn liên tục có diện tích lớn nhất. + Dùng thước dài (có khắc vạch đến 500mm) đo theo 2 hướng vuông góc với nhau (một hướng song song với tim đường, một hướng kia thẳng góc với tim đường). Lấy trung bình cộng của 2 trị số đo và làm tròn đến 5mm để làm trị số đường kính tính toán. + (Nếu mảng cát có dạng hình elíp thì hướng đo hai đường kính là trục lớn nhất và hướng trục nhỏ nhất của mảng cát elíp đó. Nếu mảng cát có dạng elíp quá dẹt, trị số đo của trục lớn và trục nhỏ không được lệch quá 1,2 lần (nếu lớn hơn thì bỏ điểm đo này) + Tại mỗi chỗ làm 3 lần và lấy giá trị trung bình. * Cách tính Độ sâu nhám được tính như sau: V H= S (mm) π d2 S= - Đối với vệt cát hình tròn: 4 - Đối với vệt cát hình elíp: S = πab
Trong đó: H: Chiều sâu nhám tính bằng (mm) V: Thể tích cát đã biết (cm3) d : Đường kính trung bình vòng tròn (cm) a, b: Đường kính lớn nhất và bé nhất của elíp (mm) * Ưu điểm: Đơn giản, thiết bị không phức tạp * Nhược điểm: Năng suất thấp, kết quả thu được thụ thuộc vào thao tác của người thí nghiệm, khó làm đối với mặt đường ít nhám. Khi tiến hành thí nghiệm phải có sổ ghi ngày giờ thí nghiệm, thời gian tiết, tình trạng mặt đường và các giá trị đường kính của mảng cát thí nghiệm, sau đó tính chiều sâu trung bình H và ghi theo mẫu sau: Vị trí thí nghiệm: Ngày: Loại mặt đường: Mặt cắt Giá trị H mỗi điểm N01 0,31 0,26 0,30 0,58 0,53 0,39 N02 Gía trị trung bình của khu vực đo : H=0,39 Giá trị cực đại Hmax=0,58; Hmin=0,26 Bảng quan hệ giữa chiều sâu trung bình bằng cát (H ) với đặc trưng gf ghề của bề mặt và phạm vi sử dụng: Chiều sâu trung bình Đặc trưng gồ ghề của bề Phạm vi sử dụng bằng cát, H (mm) mặt H ≤ 0,20 Rất nhẵn Không nên dùng 0,20< H ≤0,40 Nhẵn V1,2 Rất thô Dành cho khu vực nguy hièm VI Cường độ mặt đường và phương pháp xác định 6.1 Cường độ mặt đường 6.1.1 Đối với mặt đường mềm Để đảm bảo sự làm việc của kết cấu mặt đường không tích luỹ biến dạng dư thì điều kiện cần thiết là: Biến dạng dẻo không được xuất hiện trong bất kỳ một lớp nào của kết cấu mặt đường và cả trong nền đất. Do vậy mặt đường mềm phải đảm bảo thoả mãn đồng thời các tiêu chuẩn sau: 6.1.1.1 Tiêu chuẩn về độ võng: Tiêu chuẩn độ võng (lún) đàn hồi kết cấu áo đường mềm dược xem là đủ cường độ khi trị số môđun đàn hồi Ech của cả kết cấu ≥ trị số môđun đàn hồi yêu cầu. (Eyc) λđh < λđh’ hay Ech ≥ Eyc pD(1 − μ2) E yc = lcp Trong đó: Ech : là mô đun đàn hồi tương đương của cả kết cấu mặt đường (kG/cm2)- Được xác định dựa vào lưu lượng xe tính toán (Ntt) cho năm tương lai, cấp đường. Eyc : Được xác định dựa vào lưu lượng xe tính toán (đã quy đổi về xe có tải trọng trục 10T) và cấp đường. λđh = Lđh /D : Độ võng đàn hồi tương đối của kết cáu mặt đưòngtại trục tác dụng của tải trọng λđh’ = L’đh /D : độ võng đàn hồi tương đối giới hạn Lđh : độ võng đàn hồi của k/c mặt đường (cm ) Lđh’ : độ võng đàn hồi giới hạn của k/c mặt đường (cm ) D : đường kính tương đương của vệt bánh xe (D=33cm đối với xe có trục 10T) 4P P D= ≈ 1,08 πp p P: Được tính bằng ½ tải trọng trục sau p = αP 0 Po : Áp lực hơi trong săm α : Hệ số kể đến độ cứng của lốp μ: Hệ số poisson lấy bằng 0,3 Lcp : Độ võng đàn hồi cho phép (cm)- phụ thuộc vào lưu lượng xe tính toán, tải trọng xe và kinh nghiệm khai thác sử dụng. N tt = η∑in Ni ⋅ a i Ntt : Lưu lượng xe tính toán (xe trục tiêu chuẩn/ngày đêm) Ni: Lưu lượng xe chạy của loại xe thứ i ai: Hẹ số qui đổi loại xe tương ứng cho xe có trụctiêu chuẩn η : Hệ số phân bố làn xe + Đường 1 làn xe: η =1
+ Đường 2 làn xe hoặc 3 làn xe (không có dải phân cách): η =0,55 + Đường có 4 làn xe có dải phân cách ở giữa đường làm 2 phần, mỗi phần 2 làn xe: η =0,35 Ví dụ : Tuyến đường AB- mặt đường cấp A1 có 2 làn xe và lưu lượng tính toán cho năm tương lai là: N=1000 xe/ng.dêm Lưu lượng tính toán :N= 1000 xe/ng.đ Loại xe Tỷ lệ Hệ số Lưu lượng xe Ni*ai (%) (ai) chạy của loại xe thứ i Ni (xe) Xe trục 10T: 10 1 100 100 xe Xe trục 8T: 20 0,42 200 84 xe Xe trục 7T: 30 0,36 300 108 xe Xe trục 5T: 30 0,1 300 30 xe Xe con : 10 0 100 0 xe Tổng 100 1000 322 Ntt= 177,1 xe/ng.đ H = h1 + h2 ;Etb h2 E 2 h1 E 1 E0 Tra bảng (3-3 /trang 90 Tiêu chẩn thiết kế đường) và nội suy ta tìm được Eyc Tính Ech: h2 E2 k= t2 = Hệ số h1 E1 3 ⎛ 1+ k t1 / 3 ⎞ ⎜ ⎟ E tb = E1 ⎜ ⎟ ⎜ 1+ k ⎟ ⎝ ⎠ Sau khi tính đựoc Etb chung của toàn bộ kết cấu áo đường ta phai nhân với hệ số điều chỉnh β: tb = β E tb E dc Hệ số: β được xác định theo bảng tra: Tỷ số 0,5 0,75 1,00 1,25 1,5 1,75 2,0 H/D Hệ số β 1,033 1,069 1,107 1,136 1,178 1,198 1,40 Hoặc có thể tính β theo công thức sau: 0 ,12 ⎛H⎞ β = 1,114 ⎜ ⎟ ⎝D⎠ Xác định Ech duqạ vào: H/D tra biểu đồ H3-3 Ech/Eyc E0/Etbđc Bài tập: 1. Xác định Etbđc? Ech? BTN hạt nhỏ E= 2700daN/cm2 h = 5 cm BTN hạt vừa E= 3000daN/cm2 h = cm Đá dăm gia cố ximăng E= 6000daN/cm2 h = 5 cm Cấp phối đá dăm E= 2200daN/cm2 h = 5 cm Đất nền á sét E=370 daN/cm2 2. Xác định Etbđc? Ech? BTN hạt nhỏ E= 2700daN/cm2 h = 5 cm Đá dăm trộn nhựa đặc E= 2500daN/cm2 h = 10cm Đá dăm máccadan E= 3500daN/cm2 h = 10 cm Cấp phối sỏi cuội cát E= 1800daN/cm2 h = 30 cm Đất nền á sét E=400 daN/cm2 6.1.1.2 Tiêu chuẩn về cân bằng giới hạn (Để đảm bảo không trượt) Để đảm bảo không phát sinh biến dạng dẻo cục bộ trong nền đất và các lớp vật liệu kém dính, cấu tạo kết cấu áo đường phải thoả mản: τax + τav ≤ K c ' K1 K 2 1 K = × ' n.m K kt τax : Ứng suất cắt hoạt động lớn nhất do tải trọng xe gây ra trong nền đất hoặc lớp vật liệu kém dính. τav : Ứng suất cắt chủ động do trọng lượng bản thân các lớp vật liệu nằm trong gây ra cũng tại điểm đang xét. c: Lực dính của đất hoặc vật liệu kém dính ở trạng thái tính toán xác định theo kinh nghiệm. K’ : Hệ số tổng hợp xét đén đặc điểm của kết cấu và điều kiện làm việc của áo đường;
K1 K 2 1 K' = × n.m K kt n: Hệ số vượt tải do xe chạy, n=1,15 m: hệ số xét đến điều kiện tiếp xúc của lớp kết cấu trên thực tế không đúng như giả thiết (lmà việc đồng thời hoặc chuyển dịch tự do giữa các lớp) - m= 0,65 : Khi nền đất là đất dính - m= 1,15 :Khi nền đất kém dính K1: Hệ số xét đến sự giảm khả năng chống cắt dưới tác dụng của tải trọng trùg phùng ( K1 = 0,6) K2 : Hệ số an toàn xét đến sự làm việc không đồng nhất của kết cấu ; K2 được chọn tuỳ theo mật độ xe chạy. Kkt: Hệ số tuỳ thuộc về yêu cầu chất lượng khai thác Kkt =1,0 : Đối với mặt đường cấp A1, A2. Kkt =0,95- 0,75 : Đối với mặt đường có tầng mặt loại B1 . 6.1.1.3 Tiêu chuẩn về chịu kéo khi uốn của các lớp vật liệu toàn khối Áo đườngđược xem là đủ cường độ khi ứng suất kéo uốn lớn nhất không phát sinh trong lớp vật liệu liền khối ( σku ) không vượt quá cường độchịu kéo uốn cho phép của vật liệu lớp đó. σku ≤ R u Trong đó: σku : Ứng suất kéo lớn nhất khi uốn của lớp vật liệu toàn khối, ở giai đoạn bất lợi nhất. Ru :Ứng suất kéo giới hạn cho phép của vật liệu trong lớp tính toán có kể đến tác dụng trùng phùng của tải trọng kG/cm2 Vật liệu toàn khối như: BT atphan, vật liệu đất đá gia cố chất kết dính vô cơ, chỉ có chúng mới chịu uốn dưới tác dụng của tải trọng. Các vật liệu rời rạc như: đá dăm, ...hoặc vật liệu kém dính kết như vật liệu gia cố nhựa lỏng,..thì chúng không chịu uốn. 6..1.2 Đối với mặt đường cứng Để đảm bảo sự làm việc trong giai đoạn đàn hồi, cần phải thoả mản đồng thời các tiêu chuẩn sau: 6.1.2.1 Tiêu chuẩn thứ nhất về cường độ Ứng suất kéo khi uốn ở mặt dưới của tấm mặt đường bêtông ximăng phải nhỏ hơn cường độ chịu kéo thực tế khi uốn ở mặt dưới của tấm K1 σdpu ≤ R dpu Trong đó: Rpud : Cường độ chịu kéo uốn trung bình thực tế của bêtông ximăng ở mặt dưới của tấm mặt đường cứng (kG/cm2) K1 : Hệ số dự trữ quy ước của ướng suất kéo khi uốn của các thớ mặ dưới của tấm mặt đường cứng. σdpu : Trị só trung bình của ứng suất kéo khi uốn ở mặt dưới của tấm đường BTXM 6 Mu σdpu = Kb h Trong đó Mu : Mômen uốn dương lớn nhất trên một đơn vị bề rộng của tiết diện sinh ra do tác dụng của tải trọng tính toán P (kG/cm2). Kb : Hệ số điều chỉnh làm việc của tấm mặt đường BTXM (doứng suất nhiệt, do kẽ hở giữa các mép tấm với nền, do tấm uốn vồng vì nhiệt không đều) Kb = 0,65-0,84 h: Chiều dày tấm mặt đường BTXM (cm) ; h=18-24 cm 6.1.2.2 Tiêu chuẩn thứ hai về cường độ Môđun đàn hồi động thực tế của kết cấu mặt đường cứng phải lớn hơn môđun đàn hồi động yêu cầu (mođun đàn hồi động đo bằng chuỳ thuỷ lực) tt ≥ tt Edh K 2 Edh Edhtt : Trị số trung bình của mđun đàn hồi động thực tế của mặt đường cứng tại vị trí vệt bánh xe (đã điều chỉnh do sự thay đổi nhiệt độ, khí hậu trong giai đoạn tính toán và sự thay đổi nhiệt trong ngày đêm). K2: Hệ số dự trữ quy ước của môđun đàn hồi áo đường cứnh Eycdh :Trị số trung bình của môđun đàn hồi động yêu cầu tại vệt xe chạy, trị số mày phụ thuộc vào tổng số xe chạy N và chiều dày h của tấm mặt đường cứng. 6.1.2.3 Tiêu chuẩn thứ ba về cường độ Ứng suất chịu kéo khi uốn ở mặt trên của tấm mặt đường BTXM phải lớn hơn cường độ chịu kéo thực tế khi uốn ở mặt trên của tấm. tr ≤ tr K 3 σpu R pu Trong đó: Rtrpu : Cường độ chịu kéo khi uốn trung bình thực tế của BTXM ở mặt trên của tấm mặt đường cứng (kG/cm2) K3 : Hệ số dự trữ quy ước của ứng suất kéo khi uốn của thớ trên tấm mặt đường cứng. σpu : Trị số trung bình của ứng suất kéo khi uốn ở mặt trên đường BTXM tr = 6 Mam K k σpu Kb h2 Mam : Mômen uốn âm có trị tuyệt đối lớn nhát trên một đơn vị bề rộng của tiết diện, sinh ra do tác động của tải trọng tính toán P (kg/cm2) Kk : Hệ số tăng mômen khi tải trọng đặt ở gần khe uốn ngang của tấm kk =2,8
Kb : Hệ số điều kiện làm việc của bêtông ở mặt trên của mặt đường cứng (do h hưởn của ứng suất nhiệt) Kb= 0,19-0,29 6.1.2.4 Tiêu chuẩn thứ tư về cường độ Phản lực trung bình sinh ra trong nền móng ở dưới tấm bêtông cimăng mặt đường cứng phải nhỏ hơn ứng suất nén chung bìnhtới hạn không làm hình thành vùng trượt trong vật liệu ít dính của móng và đất nền đường. K 2 P pl ≤ P th Trong đó: K2 : Hệ số dự trữ quy ước của sức kháng trượt của vật liệu lớp móng Ppl : Phản lực trung bình sinh ra dưới tấm mặt đường cứng khi tải trọng tác dụng tại vệt bánh xe chạy (kG/cm2) P Ppl = Pk L2 Pk: Trị số không thứ nguyên của phản lực, nó phụ thuộc vào khoảng cách quy đổi δ từ tâm tải trọng đến mép tấm: d δ= L d: Khoảng cách từ tâm tải trọng ( tại vệt bánh xe) đến mép tấm (d= 80-90 cm) L : Đặc trưng đàn ồi của tấm, cm Pth : Ứng suất nén trung bình tới hạn, với trị số đó trong vật liệu của móng chưa phát sinh các vùng trượt. 6.2 Phương pháp xác định 6.2.1 Xác định môđun đàn hồi yêu cầu - Eyc Để tính Eyc người ta dùng công thức trong phương pháp tinh mặt đường mềm: πPD E yc = (0,5 + 0,65 lg γN ) 2L P: Áp suất bánh xe tính toán (kG/cm2) D: Đường kính vòng tròn tương đương với vệt bánh xe tính toán (cm) L: Độ lún cho phép N: Mật độ xe (đã quy đổi ra xe tính toán) γ: Hệ số kể đến số làn xe trên mặt đường. 6.2.2 Xác định môdun biến dạng thực tế - Ett Có nhiều phương pháp và thiết bị để kiểm tra, đánh giá cường độ mặt đưòng 6.2.2.1 Phương pháp dựa vào bảng tra sẵn Ngoài hiện trương, người ta đào, khoan áo đường, đo chiều dày của từng lớp áo đường rồi đánh giá môđun biến dạng của nó theo các bảng đã có sẵn. Từ số liệu ấy tính ra môđun biến dạng tương đương của toàn áo đường theo trình tự từ dưới lên. Nhược điểm của phương pháp này là không sát với thực tế. 6.2.2.2 Phương pháp dùng tấm ép dưới tác dụng của tải trọng tĩnh Ta biết môđun đàn hồi đặc trưng cho khả năng chống biến dạng của kết cấu mặt đường, của vật liệu từng lớp hay của đất đã biến cứng (làm việc trong giai đoạn biến dạng phục hồi) dưới tác dụng của tải trọng. Thành thử đất hoặc vật liệu phải qua biến cứng sơ bộ trước khi xác định môdun đàn hồi, tức là cho chịu tải lặp lại nhiều lần tới khi không xảy ra tích luỹ biến dạng dư nữa. Có nhiều viện thí nghiệm ở các nước ngoài quy định rằng phải sau 10 lần đặt và dỡ tải mới lấy trị số biến dạng thẳng đứng để tính, điều này giúp cho việc giảm bớt sai số do sự ép dập cục bộ xung quanh tấm ép trong các chu kỳ đặt tải đầu. Ở hiện trường người ta thường dùng một bộ thiết bị chuyên dùng gồm xe ôtô, kích thuỷ lực hoặc kích cơ khí, lực kế, bộ tấm ép và thiên phân kế để đo độ lún của tấm ép. Kích được tỳ vào khung gầm ôtô tải hoặc remoóc. Độ kún của tám ép được đo bằng hai thiên phân kế đặt trên cùng một đường kính và đối xứng qua tâm của tấm ép. Chuyển vị thẳng đứng của tấm ép lấy bằng trung bình cộng của các số đọc trên hai thiên phân kế. Các thiên phân kế được mắc thật chắc chắn trên một dầm chuẩn cứng. Hai gối tự của dầm chuẩn này phải cách tấm ép không nhỏ hơn 4 lần đường kính tấm ép để cho chuyển vị thẳng đứng của mặt đường khi đo khong gây ra độ lún đáng kể của gối tựa cầm chuẩn. Để đảm bảo cho độ lún của tấm ép không bị ảnh hường, các điểm của bánh xe ôtô hoặc remoóc phải cách xa các điểm tựa của dầm chuẩn và tấm ép một khoảng lớn hơn 4 lần đường kính tấm ép. Tạo tải trọng thí nghiệm nhờ kích theo cách sau: + Đặt tấm ép có diện tích xấp xỉ diện tích vệt bánh xe ôtô tính toán trên mặt đường và gây cấp tải trọng đầu tiên, rồi giữ tải trọng ấy cho tới khi tốc độ phát triển đô lún không quá 0,02mm/phút. + Ghi số đọc ở các thiên phân kế, dỡ tải cho tấm ép và chỉ giữ lại một tải trọng rất bé để tấm ép và lích không bị xê dịch. + Giữ tấm ép ở trạng thái dỡ tải cho tới khi sự hồi phục của biến dạng ngừng hẳn, rồi ghi số đọc ở các thiên phân kế. + Sau đó gây cấp tải trọng tiếp theo, cứ làm như thế cho đến khi đạt tới tải trọng tính toán (hoặc lớn hơn một chú). + Nên chọn trị số của các cấp tải trọng như thế nào để trong quá trình mỗi lần đo chỉ phải làm từ 3-4 lần gia tải là được. Trên cơ sở những số liệu đo được, tính biến dạng đàn hồi ứng với mỗi cấp tải trọng và vẽ đồ thị biểu diễn quan hệ giữ trị số biến dạng với áp suất p. P: là trị số tải trọng trên đơn vị diện tích của tấm ép pk ở cấp tải trọng tương ứng trù đi tải trọng còn giữ lại trên đơn vị diện tích tấm ép pte để kích và tấm ép khỏi xê dịch khi dỡ tải. P= pk - pte (kG/cm2) Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa trị số biến dạng đàn hồi với áp suất p thường gần như đường thẳng. Khi xác định môđun đàn hồi của mặt đường cần sử dụng đoạn đường cong có các ứng suất gần với ứng suất tính toán đối với mặt đường. Khi có trị số biến dạng đàn hồi l ứng với áp suất p, ta tính môđun đàn hồi của kết cấu mặt đường theo công thức sau: Eđh = (pD(1-m2))/L Trong đó : p áp suất gây ra biến dạng đàn hồi, kG/cm2 L: viến dạng đàn hồi, cm D: Đường kính của tấm ép bằng kim loại, cm m: hệ số poisson, lấy như sau: - m =0,3 :đối với kết cấu mặt đường - m =0,25 :đối với đa số các lớp vật liệu làm mặt đường - m =0,35 : đối với đất khi không có biến dạng dẻo Sau khi xác định được cường độ (Eđh) của kết cấu mặt đường, ta có thể xác định lần lượt môđun đàn hồi của các lớp vật liệu trong kết cấu mặt đường
bằng cách lần lượt bóc từng lớp vật liệu và xác định lần lượt môđun đàn hồi của các kết cấu đã bị bóc từng lớp đi. Sau đó dùng toán đồ để tìm trị số của môđun đàn hồi của từng lớp vật liệu đã bóc. Chú ý: + Chỉ bóc các lớp kết cấu theo một diện tích nhỉnh hơn diện tích tấm ép một chút nhằm giữ những điều kiện phân bố tải trọng gần giống với điều kiện làm việc thực tế. + Tất cả các lớp kết cấu mặt đường đều được thí nghiệm bằng một tấm ép có cùng đường kính. Tuỳ theo độ sâu (vị trí) của mỗi tầng kết cấu mặt đường mà hạ thấp dần trị số áp suất để khỏi phá huỷ cấu trúc của vật liệu các lớp trong mặt đường. (xem ở bảng sau) Tỉ số của áp suất nên dùng p trênmặt của mỗi tấng kết cấu mặt đường với áp suất tính toán ptt trên mặt của kết cấu mặt đường Mặt đường Mặt Mặt đường cấp Vị trí đặt tấm ép theo độ cấp cao thứ đường cao chủ yếu sâu của mỗi tầng kết cấu yếu yếu quá độ mặt đường P/ptt - Trên bề mặt của kết cấu 1,0 0,1 1,0 mặt đường - Trên mặt lớp dưới của 0,95-0,97 0,93-0,95 - tồng mặt - Trên mặt lớp trên của tầng 0,83-0,88 0,75-0,85 - móng - Trên mặt lớp dưới của 0,15-0,25 0,20-0,30 0,40-0,50 tầng móng - Trên mặt nền đất 0,10-0,20 0,15-0,2 0,20-0,30 Với nền đất thích hợp nhất là thí nghiệm bằng tấm ép có đường kính lớn hơn đường kính dùng cho mặt đường; thường dùng tấm ép có đường kính 50- 70cm. Môđun đàn hồi của nền đất được tính toán như đối với một khối đồng nhất theo công thức sau: Eđh =(ΠpD(1-m2))/4L Trong công thức này đưa vào hệ số Π/4 để kể đến ảnh hưởng của độ cứng của tấm ép bằng kim loại đến trị số biến dạng thẳng đướng của đất nền. Khi đặt tấm ép lên mặt đường, lên mặt của các lớp kết cấu hoặc lên mặt nền đất phải đảm bảo cho đáy đảm bảo cho đáy tấm ép bám khít vào. Muốn được thế cần phải sửa sang mặt đường thật phẳng trước khi đặt tấm ép lên nhưng không đựoc phá hoại cấu trúc sẵn có của vật liệu. Đôi khi có thể rải dưới tấm ép một lớp vữa ximăng ninh kết nhanh, hoặc một lớp đất cát mỏng 1/2mm, cát phải rây lọt qua lỗ sàng cỡ 0,5mm. 6.2.2.3 Phương pháp đo độ võng theo nguyên tắc cần Benkeman Để xác định độ võng của mặt đường cần sử dụng ôtô có tải trọng trên bánh xe và áp suất lên mặt đường với tải trọng và áp suất của ôtô tính toán. Sau khi xếp tải đầy ôtô (cát, đá, nước,…) cần kiểm tra lại tải trọng trên bánh xe và đo vệt bánh xe. Trình tự đo mặt đường như sau: 1. Cho ôtô đến đậu ở vị trí muốn đo độ võng 2. Đặt đầu cần đo vào kẽ hở của bánh kép ở trục sau 3. Vài phút sau ta quan sát thiên phân kế, khi nào trong vòng 10 giây số đọc ở thiên vân kế không dịch quá 0,01mm thì ghi lại số đo io ấy vào nhật ký thí nghiệm. 4. Cho xe tiến về phía trước, cách điểm cần đo 5-10m. 5. Quan sát thiên phân kế khi nào trong vòng 10 giây số đọc ở thiên phân kế không dịch quá 0,01mm thì ghi lại số đo vào nhật ký thí nghiệm. 6. Độ võng mặt đường ở điểm thư 3 (cách điểm đầu 5-10m) cũng đo tương tự như vậy. Nếu trị số đo ở hai điwmr chênh lệch nhau không quá 10-15% thì tính độ võng bình quân số học. Độ võng bình trung bình này sẽ đặc trưng cường độ của đoạn đường đo ấy. Nếu độ võng hai lần đo ấy sai khác nhau nhiều thì đo bổ sung điểm thứ ba cách điểm thứ hai 5-10m, rồi chọn hai trị số ngần nhau nhất trong ba điểm đo ấy để tính trung bình số học. Độ võng đàn hồi lđh của mặt đường tại điểm cần đo là: lđh = (i-io), %,mm; khi đoạn trước và sau có tỷ lệ 1:1 (cần đo Bộ môn Đường Đại hoặc bách khoa xây dựng) lđh = 2(i-io), %,mm; khi đoạn trước và sau có tỷ lệ 2:1 (cần đo của Liên Xô) Treo trị sốđộ võng đàn hồi trung bình lđh và các tham số tải trọng p và D của ôtô dùng để đo, có thể tính được môđun đàn hồi của kết cấu mặt đường theo công thức sau: 1000pD(1 − μ2) Edh = ldh Trong đó: ldh : Độ võng đàn hồi trung bình, %,mm μ : hệ số poisson lấy bằng 0,3 Để đảm bảo độ chính xác cần xử lý các số liệu đo được theo phương pháp thống kê toán học. Trước tiên cần phân cả tuyến đường thành từng đoạn đặc trưng mang những tính chất chung như: + Mặt đường như nhau, cấu tạo của kết cấu mặt đường gần giống nhau. + Các điều kiện về chế độ ẩm như nhau: + Công nghệ thi công mặt đường tương tự như nhau. + Chất lượng vật liệu dùnh tring các lớp của mặt đường gần như nhau. + Cường đô xe chạy đã đổi ra xe tính toán gần như nhau. Trên mỗi đoạn đường đặc trưng, nếu dài hơn 1 km thì cứ 50m đo 1 điểm: Nếu ngắn hơn 1 km thì phải bố trí thế nào để đo được 20 điểm. Điểm đo đô lún đàn hồi phải nằm trên vệt bánh xe chạy ở mặt đường. Trường hợp có những chỗ hư hoảng đặc biệt thì cần xác định cường độ riêng cho điểm ấy mà không đưa vào tập hợp số liệu của đoạn đường. Thời gian xác định đo độ lún của kết cấu áo dường tốt nhất là vào mùa bất lợi nhất đối với mặt đường. Trường hoạp đo trong các thời gian khác nhau thì phải đưa thêm vào một hệ số kể đến quy luật biến đổi độ cứng của kết cấu mặt đường theo các mùa trong năm để đưa số liệu đo được về mùa bất lợi tính toán. Ngoài các hương pháp đo trên còn có nhiều phương pháp đo khác như:
+ Phương pháp đo độ võng mặt đường bằng máy thuỷ bình chính xác. + Phương pháp đo độ võng LaCroix. + Phương pháp xác định môđun đàn hồi - động của kết cấu áo đường bằng chuỳ động lực.