Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu một số thông số đặc trưng đánh giá chất lượng khai thác mặt đường BTXM đường ô tô bằng phương pháp không phá hủy ở Việt Nam

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết

quả nghiên cứu và các kết luận trong luận án này là trung thực và chưa được ai công

bố trong bất kỳ công trình nào khác. Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã

được trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo theo đúng quy định.

Tác giả

Lƣơng Xuân Chiểu

LỜI CẢM ƠN

Tác giả luận án xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đối với GS.TSKH Hà Huy

Cương và PGS.TS Lã Văn Chăm đã trực tiếp hướng dẫn, dìu dắt, giúp đỡ tác giả với

những chỉ dẫn khoa học có giá trị và thường xuyên động viên, tạo điều kiện thuận lợi,

giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu hoàn thành luận án và nâng

cao năng lực khoa học của tác giả.

Tác giả xin chân thành cảm ơn các Giáo sư, Phó giáo sư, Tiến sỹ, các chuyên gia,

các nhà khoa học trong và ngoài Trường Đại học Giao thông Vận tải đã chỉ dẫn và

đóng góp ý kiến để luận án được hoàn thiện.

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới Trường Đại học Giao

thông Vận tải, Phòng Đào tạo Sau đại học, Bộ môn Đường bộ, Trung tâm Khoa học

Công nghệ Giao thông Vận tải, Viện Khoa học và Công nghệ Giao thông vận tải,

Phòng thí nghiệm Trường Đại học Công nghệ Giao thông Vận tải, Bộ môn Cầu -

đường Sân bay - Học viện Kỹ thuật Quân sự, Tổng Công ty Cảng hàng không Việt

Nam, Sở Giao thông Vận tải Quảng Ninh đã tạo điều kiện và giúp đỡ tác giả hoàn

thành luận án này.

Tác giả xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Trung tâm Khoa học Công nghệ Giao

thông Vận tải và anh em đồng nghiệp trong Trung tâm, đã tạo điều kiện, tận tình giúp

đỡ tác giả trong quá trình nghiên cứu.

Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè, những người thân đã động

viên, khích lệ và chia sẻ những khó khăn với tác giả trong suốt thời gian thực hiện luận

án. Tác giả cũng xin dành những lời cám ơn sâu sắc tới vợ và các con của tác giả. Nếu

không có sự động viên, chia sẻ và hy sinh của họ thì chắc chắn tác giả sẽ không hoàn

thành được bản luận án này.

Tác giả

Lƣơng Xuân Chiểu

iii

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN........................................................................................................i

LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ii

MỤC LỤC ................................................................................................................ iii

DANH MỤC BẢNG BIỂU ......................................................................................vii

DANH MỤC HÌNH VẼ ..........................................................................................viii

CÁC CHỮ VIẾT TẮT ............................................................................................xiii

CÁC KÝ HIỆU CƠ BẢN SỬ DỤNG TRONG LUẬN ÁN ................................... xiv

MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THÔNG SỐ ĐẶC TRƢNG ĐÁNH GIÁ CHẤT

LƢỢNG KHAI THÁC MẶT ĐƢỜNG BTXM ........................................................ 4

1.1. Khái niệm về chất lƣợng, sức chịu tải của mặt đƣờng ...................................... 4

1.2. Tổng quan về kết cấu mặt đƣờng BTXM .......................................................... 4

1.2.1. Cấu tạo mặt đường BTXM thông thường ........................................................... 4

1.2.2. Về tấm BTXM mặt đường ................................................................................. 6

1.3. Tổng quan về các loại hƣ hỏng kết cầu mặt đƣờng BTXM .............................. 7

1.4. Các thông số đặc trƣng cho khả năng khai thác của kết cấu mặt đƣờng bê

tông xi măng. .............................................................................................................. 8

1.4.1. Nhóm 1: Đánh giá theo kinh nghiệm .................................................................. 8

1.4.2. Nhóm 2: Các thông số dựa trên cơ sở bài toán cơ học ........................................ 8

1.5. Phân tích tổng quan kết quả nghiên cứu ........................................................... 9

1.5.1. Một số nghiên cứu của tác giả nước ngoài .......................................................... 9

1.5.2. Một số nghiên cứu của tác giả trong nước ........................................................ 11

1.6. Phân tích tổng quan ứng dụng phƣơng pháp đánh giá chất lƣợng mặt đƣờng

BTXM trên thế giới.................................................................................................. 13

1.6.1. Phương pháp sử dụng tải trọng tĩnh đánh giá sức chịu tải ................................. 13

1.6.2. Phương pháp sử dụng tải trọng động đánh giá sức chịu tải ............................... 14

1.6.3. Phương pháp truyền sóng xác định đặc tính cơ học. ......................................... 17

1.7. Các phƣơng pháp đánh giá chất lƣợng mặt đƣờng BTXM hiện đang áp dụng

tại Việt Nam ............................................................................................................. 18

1.7.1. Các quy định pháp lý có liên quan.................................................................... 18

1.7.2. Các thiết bị thí nghiệm gia tải động hiện có tại Việt Nam ................................. 19

1.8. Phân tích lựa chọn vấn đề nghiên cứu ............................................................. 20

1.9. Kết luận chƣơng 1 ............................................................................................. 22

CHƢƠNG 2: NGHIÊN CỨU CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN SỨC CHỊU

TẢI MẶT ĐƢỜNG BTXM. .................................................................................... 24

2.1. Cơ sở lý thuyết tính toán mặt đƣờng cứng ...................................................... 24

2.2. Cơ sở lý thuyết thử nghiệm đánh giá sức chịu tải mặt đƣờng BTXM tại hiện

trƣờng. ...................................................................................................................... 28

2.2.1. Các nghiên cứu về chậu võng ........................................................................... 28

2.2.2. Phương pháp xác định hệ số nền theo đặc trưng chậu võng .............................. 29

2.2.3. Xác định mô đun đàn hồi tấm bê tông, cường độ chịu kéo khi uốn tại thời điểm

đánh giá ..................................................................................................................... 30

2.3. Nghiên cứu lý thuyết và nguyên lý của phƣơng pháp truyền sóng ................. 32

2.3.1. Tóm tắt lý thuyết truyền sóng ........................................................................... 32

2.3.2. Các đặc trưng của sự truyền sóng ..................................................................... 32

2.3.3. Các loại sóng.................................................................................................... 33

2.4. Các phƣơng trình cơ bản và phƣơng trình truyền sóng của môi trƣờng đàn

hồi. ............................................................................................................................ 35

2.4.1. Các liên hệ cơ bản của môi trường đàn hồi. ...................................................... 35

2.4.2. Xây dựng các phương trình vi phân cân bằng và các phương trình truyền sóng

theo PPNLCT Gauss. ................................................................................................. 36

2.5. Kết luận chƣơng 2 ............................................................................................. 43

CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ PHÙ HỢP PHỤC VỤ NGHIÊN

CỨU THỰC NGHIỆM ............................................................................................ 45

3.1. Nghiên cứu chế tạo thiết bị đo kiểm tra chiều dày, đánh giá độ đồng nhất của

BTXM-TOTC1......................................................................................................... 45

3.1.1. Mục tiêu nghiên cứu chế tạo thiết bị ................................................................. 45

3.1.2. Nguyên lý hoạt động. ....................................................................................... 46

3.1.3. Thiết kế hệ thiết bị thí nghiệm .......................................................................... 51

3.1.4. Đo đạc thử nghiệm trên mô hình trong phòng thí nghiệm ................................. 52

3.1.5. So sánh đối chứng với thiết bị thương mại ....................................................... 62

3.1.6. Đo đạc kiểm tra mặt đường BTXM đường Hồ Chí Minh ................................. 64

3.1.7. Đo đạc kiểm tra mặt đường BTXM đường QL18 Hạ Long – Mông Dương...... 67

3.1.8. Những vấn đề ảnh hưởng đến kết quả đo và phương án xử lý.......................... 69

3.2. Nghiên cứu chế tạo thiết bị đo độ cập kênh giữa hai tấm bê tông qua khe nối

TOTC-02 .................................................................................................................. 69

3.2.1. Mục tiêu chế tạo ............................................................................................... 69

3.2.2. Nguyên lý cấu tạo của thiết bị .......................................................................... 70

3.3. Nghiên cứu chế tạo thiết bị đo biến dạng TOTC-03 ........................................ 71

3.3.1. Mục tiêu chế tạo ............................................................................................... 71

3.3.2. Nguyên lý hoạt động của thiết bị ...................................................................... 72

3.3.3. Chế tạo dụng cụ đo biến dạng sử dụng cảm biến điện trở ................................ 74

3.3.4. Đo đạc thử nghiệm trên mẫu thử trong phòng thí nghiệm ................................. 76

3.4. Kết luận chƣơng 3 ............................................................................................. 77

CHƢƠNG 4: THỰC NGHIỆM HOÀN THIỆN PHƢƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ

CÁC THAM SỐ CHẤT LƢỢNG KHAI THÁC MẶT ĐƢỜNG BTXM ............. 80

4.1. Thử nghiệm xây dựng tƣơng quan giữa mô đun đàn hồi và cƣờng độ chịu kéo

khi uốn ...................................................................................................................... 80

4.2. Nghiên cứu đo đạc thực nghiệm trên mô hình tấm mặt đƣờng tại phòng thí

nghiệm ...................................................................................................................... 87

4.2.1. Mục đích của thí nghiệm .................................................................................. 87

4.2.2. Các công thức sử dụng tính toán ...................................................................... 87

4.2.3. Mô hình thử nghiệm ......................................................................................... 89

4.2.4. Kết quả thí nghiệm ........................................................................................... 91

4.2.5. Tính toán xử lý kết quả đo ............................................................................. 93

4.3. Thiết kế thử nghiệm đánh giá sức chịu tải của mặt đƣờng BTXM đoạn đƣờng

tại trƣờng Đại học Giao thông Vận tải ................................................................... 94

4.3.1. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu ...................................................................... 95

4.3.2. Thiết kế thực nghiệm: Thiết kế kết cấu, thiết kế thí nghiệm và hệ thống đo đạc

đánh giá ..................................................................................................................... 95

4.3.3. Thiết bị đo đạc chính đã sử dụng .................................................................... 103

4.3.4. Phân tích kết quả đo ....................................................................................... 108

4.3.5. Các kết quả thu được sau khi đo đạc xử lý ..................................................... 111

4.3.6. Xác định tải thí nghiệm phù hợp với kết cấu mặt đường ................................. 119

4.4. Nghiên cứu thực nghiệm tại đƣờng nội bộ - Nhà xƣởng Hangar A76 .......... 121

4.4.1. Bố trí sơ đồ đo biến dạng ............................................................................... 122

4.4.2. Thiết bị thí nghiệm ......................................................................................... 123

4.4.3 Kết quả thí nghiệm FWD tại đường nội bộ nhà xưởng Hangar A76 ................ 124

4.4.4. Phân tích ngược xác định mô đun lớp............................................................. 124

4.4.5. Kết quả thực nghiệm đo biến dạng dưới đáy tấm ............................................ 125

4.4.6. Xác định ứng suất – biến dạng tại đáy tấm BTXM bằng phần mềm EverFE 2.25

................................................................................................................................ 125

4.4.7. Biến dạng tại đáy tấm BTXM ........................................................................ 126

4.5. Nghiên cứu đánh giá khả năng truyền tải trọng giữa các tấm BTXM ......... 126

4.5.1. Những lỗi thường gặp khi thi công khe nối .................................................... 127

4.5.2. Phương pháp đánh giá chất lượng khe nối ...................................................... 128

4.5.3. Trình tự đo đạc đánh giá................................................................................. 133

4.6. Nghiên cứu thực nghiệm mặt đƣờng BTXM tại dự án QL18 đoạn Hạ Long –

Mông Dƣơng. ......................................................................................................... 133

4.6.1. Kết cấu áo đường BTXM đoạn Hạ Long – Mông Dương ............................... 133

4.6.2. Thí nghiệm đo chậu võng ............................................................................... 134

4.6.3.Xử lý kết quả đo chậu võng. ............................................................................ 135

4.6.4. Tính toán xác định các đặc trưng cường độ của mặt đường BTXM ................ 136

4.7. Đề xuất các bƣớc thực hiện đánh giá mặt đƣờng BTXM.............................. 142

4.8. Kết luận chƣơng 4 ........................................................................................... 144

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................... 146

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÓ THAM GIA CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG

BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ........................................................................ 148

TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 149

TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT ....................................................................................... 149

vii

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1. Bảng giá trị trở kháng âm với các loại vật liệu ........................................... 47

Bảng 3.2. So sánh một số tính năng và ưu nhược điểm của thiết bị ............................ 63

Bảng 3.3. Kết quả đo đạc tổng hợp các tấm BTXM đường Hồ Chí Minh ................... 64

Bảng 3.4. Kết quả đo đạc tổng hợp các tấm BTXM QL18 Hạ Long – Mông Dương .. 67

Bảng 3.5. Hệ số cảm biến tương ứng với các vật liệu chế tạo ..................................... 73 Bảng 4.1. Cấp phối bê tông sử dụng thử nghiệm (đơn vị tính 1m3) ............................ 83

Bảng 4.2. Tổng hợp kết quả thí nghiệm xác định tương quan Rku và Ebt ..................... 83

Bảng 4.3. Tổng hợp so sánh kết quả giữa 2 công thức thực nghiệm ........................... 85

Bảng 4.4. Kết quả thí nghiệm độ võng tĩnh với cấp tải trọng 30 kN. .......................... 91

Bảng 4.5. Kết quả thí nghiệm độ võng tĩnh với cấp tải trọng 40 kN. .......................... 91

Bảng 4.6. Kết quả thí nghiệm độ võng tĩnh với cấp tải trọng 50 kN. .......................... 92

Bảng 4.7.Tổng hợp kết quả độ võng trung bình các cấp tải trọng tĩnh. ....................... 92

Bảng 4.8. Bảng tổng hợp kết quả đo độ võng động tại thời điểm tải trọng đạt giá trị lớn

nhất. ........................................................................................................................... 93

Bảng 4.9. Kết quả đo tĩnh được tính toán xử lý .......................................................... 93

Bảng 4.10. Kết quả đo động được tính toán xử lý ...................................................... 93

Bảng 4.11. Mô tả vị trí lắp đặt các đầu đo .................................................................. 98

Bảng 4.12. Kết quả thí nghiệm xác định mô đun đàn hồi của bê tông....................... 106

Bảng 4.13. Kết quả xác định chậu võng tại tâm tấm BTXM..................................... 111

Bảng 4.14. Giá trị mô đun điển hình và phạm vi mở ................................................ 113

Bảng 4.15. Hệ số Poisson điển hình và phạm vi mở ................................................. 113

Bảng 4.16. Kết quả phân tích ngược xác định bộ mô đun lớp................................... 116

Bảng 4.17. Kết quả xác định chậu võng tại tâm tấm BTXM..................................... 124

Bảng 4.18. Kết quả phân tích ngược xác định bộ mô đun lớp................................... 124

Bảng 4.19. Kết quả đo hệ số truyền tải trọng một số tấm BTXM mặt đường QL18

(đoạn Hạ Long- Mông Dương) ................................................................................ 131

Bảng 4.20. Phân loại đánh giá độ cập kênh .............................................................. 133

Bảng 4.21. Kết quả phân tích ngược xác định bộ mô đun lớp................................... 138

Bảng 4.22. Kết quả sau tính toán một số tấm điển hình trên QL18 đoạn Hạ Long-

Mông Dương ........................................................................................................... 139

viii

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1. Sơ đồ bố trí khe và phân tấm áo đường BTXM thông thường....................... 5

Hình 1.2. Cấu tạo khe mặt đường BTXM thông thường ............................................... 5

Hình 1.3. Cấu tạo kết cấu mặt đường BTXM lề rộng có bố trí ống thoát nước ngầm.... 6

Hình 1.4. Kết cấu mặt đường BTXM thông thường trên đường ôtô ............................. 6

Hình 1.5. Thiết bị thử nghiệm sử dụng tải trọng tĩnh .................................................. 14

Hình 1.6. Thiết bị thí nghiệm Dyaflect ....................................................................... 15

Hình 1.7. Thiết bị Road Rater .................................................................................... 15

Hình 1.8. Thiết bị Rolling Dynamic Deflectometer (RDD) ........................................ 15

Hình 1.9. Thiết bị HWD của hãng Dynatest Group .................................................... 16

Hình 1.10. Thiết bị HWD của hãng KUAB ................................................................ 16

Hình 1.11. Thiết bị FWD của hãng Carl Bro Group ................................................... 16

Hình 1.12. Thiết bị JILS HWD của hãng Foundation Mechanics ............................... 16

Hình 1.13. Thiết bị Radar xuyên đất hãng IDS Georadar ........................................... 17

Hình 1.14. Thiết bị đo dựa trên công nghệ truyền sóng bề mặt ................................... 17

Hình 1.15. Thiết bị IMPact-Echo đo chiều dày, khuyết tật trong tấm BTXM ............. 18

Hình 1.16. Sơ đồ trình tự đo đạc FWD hiện nay đang áp dụng tại Việt Nam .............. 21

Hình 2.1. Mô hình của một vật thể đàn hồi ................................................................ 32

Hình 2.2. Mô phỏng sóng khối ................................................................................... 33

Hình 2.3. Mô phỏng sóng Rayleigh và sóng Love ...................................................... 34

Hình 2.4 Các ứng suất tác dụng lên phân tố bê tông ................................................... 35

Hình 2.5. Lực tác dụng lên phân tố có liên kết (a),phân tố hoàn toàn tự do (b) ........... 37

Hình 2.6. Mô tả ứng dụng truyền sóng trong phương pháp đo FWD .......................... 43

Hình 3.1. Mô phỏng nguyên lý hoạt động của thiết bị ................................................ 46

Hình 3.2. Nguyên lý phân tích tần số ......................................................................... 47

Hình 3.3. Mô tả sự va chạm của viên bi với bề mặt tấm để xác định khuyết tật lớn

trong tấm bê tông ....................................................................................................... 48

Hình 3.4. Mô tả sự va chạm của viên bi với bề mặt tấm để xác định khuyết tật nhỏ

trong tấm bê tông ....................................................................................................... 49

Hình 3.5. Mô tả sự va chạm của viên bi với bề mặt tấm để xác định vùng rỗng trong

tấm bê tông ................................................................................................................ 50

Hình 3.6. Sơ đồ khối thiết bị đo TOTC-01 ................................................................. 51

Hình 3.7. Ảnh mẫu và cảm biến đo ............................................................................ 52

Hình 3.8. Mô phỏng dạng sóng vùng không (a) và vùng có (b) khuyết tật.................. 53

Hình 3.9. Mô phỏng truyền sóng không có khuyết tật ................................................ 54

Hình 3.10. Ảnh thể hiện kết quả đo đạc vùng không khuyết tật .................................. 54

Hình 3.11. Mô phỏng truyền sóng có khuyết tật ......................................................... 56

Hình 3.12. Ảnh thể hiện kết quả đo đạc vùng có khuyết tật ........................................ 57

Hình 3.13. Ảnh thể hiện kết quả đo đạc trên mẫu M2D3 ............................................ 57

Hình 3.14. Ảnh thể hiện kết quả đo đạc trên mẫu M2D3 ............................................ 58

Hình 3.15. Mô tả đo đạc cùng phía với vết nứt........................................................... 59

Hình 3.16. Mô tả đo đạc tác động qua vết nứt ............................................................ 60

Hình 3.17. Mô tả thí nghiệm xác định tương quan vận tốc truyền và cường độ BTXM

.................................................................................................................................. 61

Hình 3.18. Kết quả thí nghiệm trên mẫu khoan M2 .................................................... 61

Hình 3.19. Thiết bị đo đạc chuyên dùng NDE-360 IMPact Echo ............................... 62

Hình 3.20a. Thiết bị NDE-360 IMPact Echo ............................................................. 63

Hình 3.20b. Thiết bị TOTC-01: ................................................................................. 63

Hình 3.21. Thiết bị đo độ cập kênh tấm .................................................................... 70

Hình 3.22. Thiết bị đo độ cập kênh tấm- TOTC-02 .................................................... 70

Hình 3.23. Hiệu chuẩn thiết bị trên thiết bị chuẩn tại phòng thí nghiệm ..................... 71

Hình 3.24. Đo đạc thử nghiệm độ cập kênh giữa hai tấm ........................................... 71

Hình 3.25. (a) Cảm biến dây quấn; (b) cảm biến dùng lưới màng .............................. 72

Hình 3.26. Cách cố định cảm biến trên bề mặt khảo sát ............................................. 73

Hình 3.27. Sơ đồ mạch sử dụng 1 cảm biến ............................................................... 73

Hình 3.28. Sơ đồ mạch sử dụng 1 cảm biến ............................................................... 74

Hình 3.29. Sơ đồ mạch sử dụng 4 cảm biến ............................................................... 74

Hình 3.30. Ảnh gia công thanh kim loại cơ sở để gắn cảm biến điện trở .................... 74

Hình 3.31. Thử không tải các cảm biến đo biến dạng sau khi chế tạo ......................... 75

Hình 3.32. Thử nghiệm cảm biến đặt trong mẫu thử .................................................. 75

Hình 3.33. Sơ đồ khối thiết bị TOTC-03 .................................................................... 75

Hình 3.34. Biểu đồ biến dạng trên mẫu thử khi chưa hiệu chỉnh ................................ 77

Hình 3.35. Biểu đồ biến dạng sau khi hiệu chỉnh ....................................................... 77

Hình 4.1. Sơ đồ nội dung thử nghiệm ........................................................................ 80

Hình 4.2. Sơ đồ gá lắp thiết bị đo biến dạng trên mẫu BTXM .................................... 82

Hình 4.3. Biểu đồ tương quan cường độ chịu kéo khi uốn và mô đun đàn hồi BTXM 84

Hình 4.4. Biểu đồ phần dư để xác định tính chất hợp lý ............................................. 85

Hình 4.5. Thí nghiệm đo độ võng tĩnh trong phòng thí nghiệm .................................. 89

Hình 4.6. Thiết bị gia tải động ................................................................................... 90

Hình 4.7. Sơ đồ khối nghiên cứu thực nghiệm ........................................................... 94

Hình 4.8. Kết cấu thử nghiệm tại trường Đại học Giao thông Vận tải ........................ 96

Hình 4.9. Bố trí điểm đo dao động ............................................................................. 97

Hình 4.10. Bố trí điểm đo nhiệt độ ............................................................................. 97

Hình 4.11. Bố trí điểm đo biến dạng .......................................................................... 97

Hình 4.12. Hình chiếu đứng bố trí các điểm đo .......................................................... 98

Hình 4.13. Thi công, kiểm tra đất nền nguyên thổ, lắp đặt cảm biến đo dao động xác

định chiều sâu ảnh hưởng ........................................................................................ 100

Hình 4.14. Thi công lớp vải ..................................................................................... 100

Hình 4.15. Thi công đầm nén lớp cát ....................................................................... 101

Hình 4.16. Kiểm tra mô đun đàn hồi động của lớp cát nền bằng thiết bị LWD ......... 101

Hình 4.17. Thi công lớp bê tông lớp lót 18cm .......................................................... 101

Hình 4.18. Khoan mẫu kiểm tra bê tông lót.............................................................. 101

Hình 4.19. Kiểm tra khuyết tật, chiều dày bê tông lót bằng thiết bị .......................... 102

Hình 4.20. Lắp đặt thiết bị ....................................................................................... 102

Hình 4.21. Bố trí thanh truyền lực khoảng cách 600mm ......................................... 102

Hình 4.22. Bố trí thanh truyền lực khoảng cách 300mm ......................................... 102

Hình 4.23. Thi công lớp bê tông mặt đường ............................................................ 103

Hình 4.24. Cắt tạo khe giữa các tấm bê tông ........................................................... 103

Hình 4.25. Xung lực tạo ra trong thí nghiệm FWD .................................................. 105

Hình 4.26. Mô hình chậu võng ................................................................................. 105

Hình 4.27. Mô hình phân tích ngược tính mô đun lớp .............................................. 109

Hình 4.28. Biểu đồ kết quả đo chậu võng tại tâm tấm BTXM .................................. 112

Hình 4.29. Nhập dữ liệu đầu vào cho phần mềm BAKFAA ..................................... 115

Hình 4.30. Kết quả phân tích ngược mô đun lớp ...................................................... 115

Hình 4.31. Lựa chọn tính chỉ số PCN của phần mềm ............................................... 118

Hình 4.32. Nhập dữ liệu đầu vào gồm chiều dày tấm BTXM, cường độ chịu kéo khi

uốn và hệ số mô đun phản lực nền k. ....................................................................... 119

Hình 4.33. Kết quả đo võng tại tâm tấm BTXM với các lực tác dụng thay đổi ......... 120

Hình 4.34. Kết cấu đường nội bộ Hangar A76 ......................................................... 122

Hình 4.35. Sơ đồ bố trí điểm nghiên cứu thực nghiệm ............................................. 122

Hình 4.36. Sơ đồ bố trí đầu đo biến dạng ................................................................. 123

Hình 4.37. Bố trí, lắp đặt đầu đo biến dạng tại đường nội bộ nhà xưởng Hangar A76

................................................................................................................................ 123

Hình 4.38. Hình ảnh thí nghiệm FWD tại đường nội bộ nhà xưởng Hangar A76 ..... 124

Hình 4.39. Kết quả đo biến dạng tại đáy tấm BTXM dưới tác dụng tải trọng FWD.. 125

Hình 4.40. Thanh truyền lực được gắn trên giá đỡ không chắc chắn ........................ 127

Hình 4.41. Các thanh truyền lực không trên cùng mặt phẳng, bị cong vênh ............. 127

Hình 4.42. Khe không được trám ma tít ngay, bị đá, sỏi chèn vào gây hư hỏng ....... 127

Hình 4.43. Thanh truyền lực nằm trên giá đỡ chắc chắn, trên mặt phẳng ngang tuy

nhiên một số thanh không song song nhau. .............................................................. 127

Hình 4.44. Xẻ khe không đúng thời điểm ................................................................. 128

Hình 4.45. Nứt vỡ lân cận khe ................................................................................. 128

Hình 4.46. Nước ngấm qua khe nối dẫn đến hiện tượng phụt bùn, cập kênh tấm...... 128

Hình 4.47. Tấm BTXM bị vỡ tại góc tấm gần khe nối.............................................. 128

Hình 4.48. Thiết bị FWD có bộ cảm biến đo chuyên dùng đo sử dụng để kiểm tra .. 128

khe nối ..................................................................................................................... 128

Hình 4.49. Kết cấu áo đường BTXM QL18 đoạn Hạ Long – Mông Dương ............. 134

Hình 4.50. Công tác chuẩn bị máy móc và đảm bảo ATGT tại vị trí đoạn đường đo

thực nghiệm ............................................................................................................. 135

Hình 4.51. Thí nghiệm FWD tại hiện trường............................................................ 135

Hình 4.52. Kết quả chậu vừng thực đo tại tâm tấm 1 đo 1 lần ứng với tải trọng 65kN

................................................................................................................................ 136

Hình 4.53. Kết quả chậu vừng thực đo tại tâm tấm 2 đo 2 lần ứng với tải trọng lần 1 là

65.2kN, lần 2 là 65.0 kN. ......................................................................................... 136

xii

Hình 4.54. Nhập dữ liệu đầu vào cho phần mềm BAKFAA ..................................... 137

Hình 4.55. Kết quả phân tích ngược mô đun lớp ...................................................... 137

Hình 4.56. Kết quả phân tích ngược mô đun lớp ...................................................... 138

Hình 4.57. Biểu đồ khoảng R=|max-min| của mô đun đàn hồi lớp BTXM ............... 140

Hình 4.58. Biểu đồ khoảng R=|max-min| của mô đun đàn hồi lớp CPĐD ................ 141

Hình 4.59. Biểu đồ khoảng R=|max-min| của mô đun đàn hồi lớp đất ...................... 141

xiii

CÁC CHỮ VIẾT TẮT

AASHTO : Hiệp hội những người làm đường và vận tải Hoa Kỳ

ACN : Chỉ số biểu thị tác dụng tương đối của một tàu bày trên mặt đường-

Aircraft Classification Number

ASTM : Hiệp hội Thí nghiệm và Vật liệu Hoa Kỳ- American Society for

Testing and Materials

BTXM : Bê tông xi măng

CBR : Chỉ số sức chịu tải- California Bearing Ratio

CPĐD : Cấp phối đá dăm

ĐL : Đường lăn

HCC : Hạ cất cánh

HWD : Phương pháp thả rơi với tải trọng nặng - Heavy Weight

Deflectometer

NDT : Phương pháp không phá hủy- Nondestructive Deflection Test

FAA : Cục Hàng không Hoa kỳ- Federal Aviation Administration

FWD : Phương pháp thả rơi-Falling Weight Deflectometer

QL : Quốc lộ

PCN : Chỉ số xác định sức chịu tải của mặt đường không hạn chế

việc khai thác - Pavement Classification Number

PPNLCT : Phương pháp nguyên lý cực trị

SĐ : Sân đỗ

ICAO : Tổ chức hàng không dân dụng quốc tế

ISO : Tổ chức tiêu chuẩn hoá quốc tế- International Organization

Standardization

I - E : Phương pháp va chạm- IMPact Echo

TCXD : Tiêu chuẩn Bộ Xây dựng ban hành

22 TCN : Tiêuchuẩn do Bộ Giao thông vận tải ban hành

TCN : Tiêu chuẩn ngành

TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam

xiv

CÁC KÝ HIỆU CƠ BẢN SỬ DỤNG TRONG LUẬN ÁN

AREA Hệ số tính đổi từ độ võng xác định theo các đầu đo :

của FWD

Bề rộng phần xe chạy : B

Bề rộng móng : Bm

bx, by, bz Các ngoại lực tác dụng :

Độ cứng chống uốn của tấm : D

Đường kính quy ước truyền tải trọng trên móng : Dr

Mô đun đàn hồi của tấm BTXM : Ebt

Mô đun đàn hồi từ kết quả tính ngược theo AREA. : Eest

Mô đun đàn hồi của đất nền : E0

Lực căng lò xo : Fc

Lực tác dụng lên chất điểm i : Fi

Tần số dao động : f

fx, fy, fz Các lực quán tính theo 3 phương của hệ tọa độ :

vuông góc

Cường độ kéo uốn của BTXM (MPa) : fr

Cường độ kéo uốn thiết kế của vật liệu móng (MPa) : fbr

: G Mô đun đàn hồi trượt

: G0 Trọng lực

: h Chiều dày tấm

Ki : Hệ số điều chỉnh (thực nghiệm)

: k Mô đun phản lực nền

: kest Mô đun phản lực nền có được từ kết quả tính ngược

theo phương pháp AREA

kx, ky, kz : Độ cứng của lò xo theo các phương

LTEpred : Hệ số truyền lực thực tế

LTEmes : Hệ số truyền lực đo bằng FWD (theo chậu võng và

tính đổi

Bán kính độ cứng tương đối của hệ tấm và nền theo l :

mô hình nền Winkler

Độ cứng tương đối của tấm từ kết quả tính ngược lest :

theo phương pháp AREA

Tải trọng tác dụng P :

Áp lực tác dụng p :

Hệ số phản xạ cho phương pháp tuyến R :

Rku Cường độ chịu kéo khi uốn :

Khoảng cách từ tâm tải trọng đến vị trí đầu đo ri :

Chu kỳ dao động T :

u, v, w Các chuyển vị của trọng tâm phân tố theo các chiều :

x, y, z

Thể tích của vật thể V :

Vận tốc truyền song v :

Vận tốc sóng cắt vs :

Vận tốc sóng nén :

Chuyển động của phân tố w0 :

Độ võng tính toán w(ri) :

Độ võng thực đotại đầu đo i Wi :

Các biến dạng của phân tố , :

Biến dạng tại đáy tấm :

Ứng suất kéo xuất hiện ở góc tấm :

Ứng suất kéo xuất hiện ở cạnh tấm :

Ứng suất chịu kéo uốn tại giữa tấm (dưới đáy tấm, : dưới vị trí tác dụng của tải trọng)

Ứng suất pháp theo phương x, y, z x, y, z :

Ứng suất tại tâm tấm :

xvi

Ứng suất tại đáy tấm :

Ứng suất kéo uốn gây mỏi do tác dụng của tải trọng :

bánh xe tại vị trí dễ bị phá hoại mặc định (MPa)

Ứng suất kéo uốn gây mỏi do tác dụng của nhiệt độ : tại vị trí dễ bị phá hoại mặc định (MPa)

Ứng suất kéo uốn gây mỏi do tải trọng nặng nhất tại :

vị trí dễ bị phá hoại mặc định; (MPa)

Ứng suất kéo uốn gây mỏi do gradient nhiệt lớn : nhất tại vị trí dễ bị phá hoại mặc định; (MPa)

Ứng suất chịu mỏi do tải trọng gây ra tại lớp bê :

tông nghèo (MPa)

Độ võng tấm tại vị trí đặt tải trọng ở giữa tấm :

Độ võng tấm tại vị trí đặt tải trọng ở cạnh tấm :

Độ võng tấm tại vị trí đặt tải trọng :

Gia tốc của chất điểm i đạt được nếu nó tự do :

Hệ số độ tin cậy :

Trở kháng âm :

Vô cùng  :

Bước song  :

Hệ số Poisson  :

Biến dạng thể tích  :

Khối lượng đơn vị  :

Ứng suất tiếp : xy, xz, zy

Góc xoay quanh các trục x, y, z có độ cứng G : x, y, z

MỞ ĐẦU

*Đặt vấn đề nghiên cứu

Mặt đường BTXM - mặt đường cứng cùng với mặt đường mềm là hai loại hình

mặt đường chính được sử dụng cho giao thông đường bộ và sân bay, đóng vai trò quan

trọng trong việc hình thành nên mạng lưới giao thông của các khu vực, lãnh thổ và

xuyên quốc gia. Mặt đường BTXM có mặt trên tất cả các cấp đường giao thông đường

bộ, từ địa phương, hệ thống tỉnh lộ, quốc lộ, từ đường có lưu lượng xe thấp đến đường

phố, đường trục chính, đường cao tốc, đường giao thông miền núi, khu vực có thời tiết

khắc nghiệt. Ngày nay, mặt đường BTXM không chỉ có các nhà nghiên cứu mà các

nhà quản lý cũng rất quan tâm. Vì vậy tiêu chuẩn, công nghệ thi công ngày càng hoàn

thiện. Hơn nữa do có lợi thế về tuổi thọ và công nghệ xây dựng ngày càng có nhiều

tiến bộ nên mặt đường BTXM đang được các nước sử dụng nhiều cho các đường cấp

cao, đường cao tốc và sân bay. Tỷ trọng nói chung về mặt đường BTXM so với mặt

đường các loại khác ngày càng tăng theo thời gian và chiến lược phát triển giao thông

quốc gia của các nước trong đó có Việt Nam.

Tại Việt Nam, việc kiểm soát chất lượng thi công chưa tốt, chưa đánh giá đúng

sức chịu tải của mặt đường sau khi thi công, trong khi lượng xe tải, xe nặng và các xe

vượt tải ngày càng tăng kết hợp với các yếu tố môi trường ngày càng khắc nghiệt làm

mặt đường nhanh chóng bị xuống cấp. Hiện nay, các thí nghiệm biến dạng không phá

hủy (Nondestructive deflection test - NDT) đang được sử dụng rộng rãi để đánh giá

kết cấu áo đường. Đặc điểm của thí nghiệm này là khắc phục những nhược điểm của

các thí nghiệm phá hoại kết cấu như việc lấy mẫu, khoan, cắt, đào,… làm ảnh hưởng

đến khả năng làm việc của mặt đường; cần nhiều thời gian thực hiện, không thể thực

hiện thường xuyên…Chính vì vậy đề tài : “Nghiên cứu một số thông số đặc trưng

đánh giá chất lượng khai thác mặt đường BTXM đường ô tô bằng phương pháp

không phá hủy ở Việt Nam” được hình thành, bước đầu góp phần hoàn thiện quy trình

đánh giá chất lượng mặt đường BTXM là hoàn toàn có cơ sở khoa học, đáp ứng được đòi

hỏi của thực tiễn.

*Mục tiêu của đề tài

Nghiên cứu được tiến hành với mục đích đưa ra các kết quả nhằm ứng dụng có

hiệu quả phương pháp đánh giá chất lượng mặt đường BTXM tại Việt Nam với các

vấn đề:

- Khảo sát những dạng hư hỏng mặt đường BTXM tại Việt Nam, phân tích xác

định nguyên nhân chính.

- Tổng quan về các tham số đặc trưng cho mặt đường BTXM, phương pháp xác

định.

- Thiết kế chế tạo bộ thiết bị, đề xuất phương pháp xác định chiều dày, khuyết

tật tấm BTXM mặt đường bằng phương pháp không phá hủy phù hợp với điều kiện

Việt Nam.

- Thiết kế chế tạo bộ thiết bị, đề xuất phương pháp đánh giá khả năng truyền tải

trọng giữa các tấm bê tông mặt đường.

- Thiết kế chế tạo bộ thiết bị đo biến dạng dưới đáy tấm bê tông phục vụ nghiên

cứu kiểm toán ứng suất chịu kéo khi uốn thực tế.

- Xây dựng tương quan giữa cường độ chịu kéo khi uốn và mô đun đàn hồi của

BTXM phục vụ cho việc kiểm toán trạng thái giới hạn.

- Xây dựng tương quan giữa mô đun đàn hồi động và mô đun đàn hồi tĩnh nền

đường.

- Thông qua các thí nghiệm đo đạc mô hình trong phòng thí nghiệm, trên đoạn

đường thi công phục vụ thử nghiệm, trên đoạn đường đang khai thác sẽ phân tích đánh giá

số liệu, cách xử lý số liệu, từ đó đề xuất lựa chọn phương pháp đánh giá sức chịu tải

của mặt đường BTXM phù hợp với điều kiện Việt Nam.

Kết quả đạt được của luận án hỗ trợ cho việc đánh giá chất lượng mặt đường

BTXM góp phần nâng cao hiệu quả công tác đánh giá hiện đang áp dụng.

* Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu sẽ được tiến hành tập trung vào các nội dung chính như sau:

- Mặt đường bê tông xi măng thông thường có khe nối trong xây dựng công

trình giao thông.

- Thiết bị đo đạc đánh giá mặt đường BTXM hiện có hoặc có khả năng chế tạo

tại Việt Nam.

- Các phương pháp đánh giá phù hợp với điều kiện Việt Nam.

*Phƣơng pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu: kết hợp lý thuyết với thực nghiệm trên mô hình và thực

nghiệm kiểm chứng ngoài hiện trường nhằm hoàn thiện phương pháp đánh giá chất lượng

mặt đường BTXM.

* Nội dung nghiên cứu bao gồm:

-Nghiên cứu mô hình tính toán kết cấu mặt đường BTXM, xác định tham số chính

cần đo đạc.

- Nghiên cứu đặc tính của tấm BTXM mặt đường từ đó thiết kế, chế tạo thiết bị đo

đạc phù hợp.

- Thực nghiệm đo đạc trên mô hình trong phòng thí nghiệm, trên đoạn đường thi

công phục vụ thử nghiệm, trên đoạn đường đang khai thác.

- Tổng hợp và phân tích các kết quả thí nghiệm, thử nghiệm nhằm đưa ra các chỉ dẫn

định hướng về phương pháp đánh giá chất lượng mặt đường BTXM.

*Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu xác định các tham số chính quan trọng, từ đó lựa

chọn thiết bị đo phù hợp để tiến hành thử nghiệm. Phân tích kết quả đo được để đánh giá

phân loại được đối tượng đo, giúp cho việc khai thác sử dụng phù hợp và hiệu quả.

- Ý nghĩa thực tiễn: Nghiên cứu chế tạo thiết bị phù hợp với điều kiện Việt Nam, xây

dựng phương pháp đánh giá sức chịu tải mặt đường trước và trong khi khai thác.

* Kết cấu luận án

Mở đầu

Chương 1: Tổng quan về các thông số đặc trưng đánh giá chất lượng khai thác

khai thác mặt đường BTXM.

Chương 2: Nghiên cứu cơ sở lý thuyết tính toán sức chịu tải mặt đường BTXM.

Chương 3: Thiết kế chế tạo thiết bị phù hợp phục vụ nghiên cứu thực nghiệm

Chương 4: Thực nghiệm hoàn thiện phương pháp đánh giá các tham số chất

lượng khai thác mặt đường BTXM.

Kết luận và kiến nghị

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THÔNG SỐ ĐẶC TRƢNG ĐÁNH GIÁ

CHẤT LƢỢNG KHAI THÁC MẶT ĐƢỜNG BTXM

1.1.Khái niệm về chất lƣợng, sức chịu tải của mặt đƣờng

Theo ISO 9000:2007 (TCVN) chất lượng là tập hợp các đặc tính của một thực

thể, tạo cho thực thể đó khả năng thỏa mãn những nhu cầu đã được công bố hay còn

tiềm ẩn. Nói cách khác, chất lượng là mức độ đáp ứng các yêu cầu của một tập hợp các

đặc tính vốn có.Chất lượng công trình xây dựng là những yêu cầu tổng hợp đối với đặc

tính về an toàn, bền vững, kỹ thuật và mỹ thuật của công trình phù hợp với quy chuẩn

xây dựng, tiêu chuẩn kỹ thuật, phù hợp với hợp đồng kinh tế và pháp luật hiện hành

của Nhà nước.

Trong giới hạn của luận án, xin phép được đề cập và giới hạn nội dung: Khả

năng chịu tải và nguy cơ tiềm ẩn ảnh hưởng đến sức chịu tải là một trong những yếu tố

đặc trưng nhất cho chất lượng khai thác của mặt đường bê tông xi măng.

Theo [32] sức chịu tải của mặt đường là năng lực chịu các tác động từ bên

ngoài (nhiệt độ, tải trọng xe và kể cả tải trọng bản thân) mà vẫn đảm bảo yêu cầu về

kết cấu như thiết kế ban đầu của nó trong suất thời hạn tính toán của kết cấu này.

- Đánh giá sức chịu tải mặt đường thông qua hồ sơ thiết kế là công tác tính toán

dựa trên những tham số đã biết của các lớp vật liệu, điều kiện môi trường xây dựng,

mô hình, công thức theo tiêu chuẩn áp dụng.

- Đánh giá sức chịu tải mặt đường BTXM sau khi thi công thông qua việc đo

đạc các tham số cơ lý xuất hiện khi mặt đường chịu tác dụng của tải trọng, từ đó tính

toán, dự báo sức chịu tải của mặt đường. Một trong những phương pháp phổ biến là

xác định tương quan giữa tải trọng và độ võng mặt đường.

1.2. Tổng quan về kết cấu mặt đƣờng BTXM

Đối tượng nghiên cứu đề cập trong luận án là mặt đường bê tông thông thường

có khe nối, do đây là loại hình kết cấu đang được áp dụng phổ biến tại Việt Nam.

1.2.1. Cấu tạo mặt đường BTXM thông thường

Các hình vẽ sau đây giới thiệu một số cấu tạo điển hình của kết cấu mặt đường

BTXM thông thường có khe nối.

Hình 1.1. Sơ đồ bố trí khe và phân tấm áo đường BTXM thông thường

1-Khe dãn 2-Khe co 3-Khe dọc 4-Thanh liên kết và thanh truyền lực

l=480÷500cm(tùy thuộc điều kiện biến đổi nhiệt độ) b/2 = 360÷400cm

Hình 1.2. Cấu tạo khe mặt đường BTXM thông thường

a/Khe dãn b/Khe co giả hoặc khe thi công c/Khe dọc kiểu ngàm d/Khe dọc có

thanh liên kết chống trôi tấm, không quét nhựa

1-Thanh truyền lực d24-d32 2-Đường nứt do tiết diện giảm yếu

3-Thanh thép liên kết d12 bằng thép gờ

Mặt đường BTXM không cốt thép đổ tại chỗ có đặc điểm là mặt đường được

phân thành các tấm như hình 1.1. Các tấm được đặt trên lớp cách ly để giảm ứng suất

nhiệt, khắc phục các hiện tượng co dãn do thay đổi nhiệt độ. Các khe co, khe dãn, khe

dọc phải có cấu tạo đảm bảo cho tấm co dãn tự do, đồng thời phải đảm bảo truyền lực

từ tấm này sang tấm khác khi tải trọng tác dụng gần mép tấm, (hình 1.2).

Về cấu tạo các lớp kết cấu mặt đường BTXM thông thường được cấu tạo như ở

hình 1.3:

Hình 1.3. Cấu tạo kết cấu mặt đường BTXM lề rộng có bố trí ống thoát nước ngầm

1-Lớp mặt (tấm BTXM) 2-Lớp tạo phẳng và cách ly 3-Lớp móng

4-Lớp móng dưới 5-Ống thoát nước 6-Bê tông thấm nước 7-Vải lọc

Trường hợp lề hẹp, nước ở mặt phân cách giữa tầng mặt và móng có thể thoát trực

tiếp ra ta luy nền đường thì cấu tạo thoát nước có thể không cần có ống:

Hình 1.4. Kết cấu mặt đường BTXM thông thường trên đường ôtô

B-Bề rộng phần xe chạy C-Bề rộng lề Bm-Bề rộng móng b-Dải an toàn hoặc

gia cố lề d-Bề rộng thêm của lớp móng so với lớp mặt, d<0,3-0,5m

1- Lớp mặt (tấm BTXM) 2-Lớp tạo phẳng và cách ly 3-Lớp móng

4-Lớp đáy áo đường 5-Lớp bê tông rỗng thoát nước 6-Lề gia cố 7-Vải lọc

1.2.2. Về tấm BTXM mặt đường

- BTXM làm áo đường cứng phải có cường độ cao để hạn chế nứt và chống mài

mòn tốt. Do vậy chỉ được phép dùng bê tông có cường độ chịu kéo-uốn giới hạn không

nhỏ hơn 4MPa, cường độ chịu nén giới hạn không nhỏ hơn 30MPa. Đối với đường ô

tô cấp cao (cao tốc, đường cấp I, II, III) hoặc mặt đường sân bay (đường hạ cất cánh

(HCC), đường lăn (ĐL), sân đỗ (SĐ) máy bay), yêu cầu này tương ứng là 4,5MPa và

35MPa.

- Bề dày tấm BTXM được xác định theo tính toán với trường hợp tải trọng bánh

(ôtô hoặc cụm bánh máy bay) đặt ở tâm, cạnh và góc tấm. Với đường ô tô thì bề dày

tối thiểu phải là 18 cm - tính với trục xe 100 kN; tối thiểu là 24cm - tính với trục xe

120 kN. Đối với đường HCC, ĐL và SĐ máy bay thì bề dày tấm BTXM phải được xác

định theo tính toán, thông thường trong khoảng 30†60cm.

- Bề rộng tấm (tức là khoảng cách giữa hai khe dọc) không được lớn hơn 4,5m

(theo AASHTO không được lớn hơn 4,3m) và phải chọn sao cho khe dọc không trùng

với vệt bánh xe ô tô (hoặc vệt càng bánh máy bay). Tỷ lệ giữa chiều dài và chiều rộng

tấm không vượt quá 1,25 ( theo AASHTO). Chiều dài tấm cần được xác định theo điều

kiện khống chế ứng suất nhiệt cho phép xảy ra trong tấm, theo chỉ dẫn mới nhất của

AASHTO thì chiều dài tấm lớn nhất là 4,5m. Theo tác giả Dương Học Hải và các cộng

sự [15], thì trong điều kiện khí hậu nước ta chiều dài lớn nhất của tấm BTXM mặt

đường thông thường là 5,0m đối với khu vực phía Bắc và 4,8m đối với khu vực phía

Nam, tương ứng với trường hợp cường độ kéo uốn của bê tông bằng 4,0MPa.

1.3. Tổng quan về các loại hƣ hỏng kết cầu mặt đƣờng BTXM

Khảo sát những hư hỏng thường gặp phải trong điều kiện khai thác của Việt

Nam từ đó nghiên cứu đề xuất phương pháp đánh giá, chỉ tiêu đánh giá, thông số quan

trọng ảnh hưởng đến sức chịu tải mặt đường là công việc cần thiết của việc nghiên

cứu.

Một trong những hư hỏng phổ biến là nứt tấm bê tông mặt đường. Hình dạng

vết nứt thường xuất hiện dọc hay ngang theo đường, hoặc tại góc tấm BTXM.

Theo kết quả nghiên cứu khảo sát bởi nhóm đề tài [19] có sự tham gia trực tiếp

của NCS tại đoạn tuyến đường Hồ Chí Minh cho thấy: Số tấm hư hỏng khá nhiều

(25,3% tổng số tấm khảo sát) trong đó phổ biến nhất là hư hỏng do nứt vỡ (47,7% tổng

số tấm hư hỏng), hư hỏng xuất phát từ mối nối (42,7% tổng số tấm hư hỏng). Tương tự

khảo sát đoạn tuyến QL18 thuộc địa phận tỉnh Quảng Ninh cũng cho thấy số tấm hư

hỏng nhiều (22,4% tổng số tấm khảo sát), hư hỏng do nứt vỡ (48,1% tổng số tấm hư

hỏng), hư hỏng xuất phát từ khe nối (46,5% tổng số tấm hư hỏng).

Qua khảo sát cho thấy khi mặt đường BTXM hư hỏng thì rất khó sửa chữa.

Những hư hỏng này tồn tại khá dài và ngày càng trầm trọng gây khó khăn cho người

và phương tiện lưu thông. Do vậy cần có phương pháp đánh giá sức chịu tải mặt

đường BTXM phù hợp nhằm phát hiện sớm những tấm có nguy cơ hư hỏng, có biện

pháp và kế hoạch khắc phục kịp thời.

1.4. Các thông số đặc trƣng cho khả năng khai thác của kết cấu mặt đƣờng bê

tông xi măng.

Hiện nay, trên Thế giới có rất nhiều phương pháp đánh giá mặt đường bê tông

xi măng khác nhau làm cơ sở cho việc duy tu, bảo dưỡng và thiết kế nâng cấp. Mỗi

phương pháp dựa trên các thông số khác nhau. Có thể phân thành hai nhóm chính:

1.4.1. Nhóm 1: Đánh giá theo kinh nghiệm

Việc đánh giá khả năng khai thác của kết cấu dựa vào số liệu thị sát và thí

nghiệm vật liệu hoặc dựa vào sự hư hại của kết cấu dưới tác dụng của tải trọng. Bằng

các kinh nghiệm đúc kết được trong suốt quá trình xây dựng, khai thác và sửa chữa,

nâng cấp mà đề ra các giải pháp thiết kế tăng cường hoặc duy tu và sửa chữa. Ví dụ

như:

Căn cứ vào các số liệu đánh giá tình trạng hư hỏng bề mặt,tình trạng thoát nước,

số liệu thí nghiệm trên mẫu khoan và thí nghiệm vật liệu, từ đó đề ra các biện pháp sửa

chữa hoặc tăng cường.

Căn cứ vào các số liệu thống kê số lượng tải trọng mà kết cấu đã phục vụ cùng với

sự thay đổi các đặc trưng cơ lý của vật liệu để đánh giá mức độ hư hỏng của kết cấu.

Dựa vào mức độ hư hỏng hiện tại của kết cấu, khả năng phục vụ còn lại của kết

cấu sẽ được ước tính và so sánh lượng xe tương lai có đáp ứng được hay không hoặc

phân loại lại cấp hạng của đường, làm cơ sở để chọn các thông số tính toán cho mặt

đường hiện hữu khi tăng cường, sửa chữa.

Ngoài ra, người ta có thể tiến hành xác định bổ sung các thông số đánh giá theo

chức năng tình trạng mặt đường như các chỉ tiêu độ bằng phẳng, khả năng chống trơn

trượt và các điều kiện an toàn khác...

1.4.2. Nhóm 2: Các thông số dựa trên cơ sở bài toán cơ học

Hiện nay, trên thế giới tồn tại rất nhiều phương pháp tính toán kết cấu mặt

đường bê tông xi măng và mỗi nước dùng một phương pháp thích hợp cho điều kiện

của nước mình.

Có thể thấy rằng, các phương pháp tính toán mặt đường bê tông xi măng chủ

yếu dựa trên hai bài toán cơ học cơ bản đó là: các phương pháp dựa trên bài toán “tấm

trên nền đàn hồi” và bài toán “hệ đàn hồi nhiều lớp”.

Với các phương pháp thiết kế mặt đường bê tông xi măng dựa trên lý thuyết của

bài toán “tấm trên nền đàn hồi” của môn cơ học kết cấu với giả thiết xem tấm bê tông

xi măng là vật liệu đàn hồi đẳng hướng và tuân theo giả thuyết tiết diện phẳng và có

kích thước vô hạn đặt trên nền đàn hồi với các giả thiết khác nhau về “mô hình nền”.

Theo mô hình nền bán không gian đàn hồi, tính chất đàn hồi của nền đã được

Gorbunov Poxadov giải với các thông số đặc trưng cho sức chịu tải của mặt đường bê

tông xi măng là mô đun đàn hồi của tấm bê tông xi măng Ebt, mô đun đàn hồi của nền

đất E0.

Theo mô hình hệ số nền của Winkler, lời giải của Westergaard đối với tải trọng đặt

ở giữa, cạnh và góc tấm với các thông số đặc trưng cho sức chịu tải của mặt đường bê

tông xi măng là mô đun đàn hồi của tấm bê tông xi măng Ebt,mô đun phản lực nền k.

Một nhân tố có ảnh hưởng rất lớn đến khả năng khai thác cũng như sự bền vững

của kết cấu đó là khả năng truyền tải của khe nối. Do vậy, việc đánh giá khả năng

truyền tải của khe nối luôn được coi là một phần của quá trình đánh giá sức chịu tải

chung của mặt đường bê tông xi măng.

Từ các phân tích ở trên, đặc trưng cho sức chịu tải của mặt đường bê tông xi

măng bao gồm các thông số chính như sau :

Mô đun đàn hồi của tấm bê tông xi măng Ebt.

Mô đun đàn hồi của nền đất E0 với mô hình nền là bán không gian đàn hồi hoặc

Mô đun phản lực nền k với mô hình hệ số nền của Winkler.

Khả năng truyền tải của khe nối.

1.5. Phân tích tổng quan kết quả nghiên cứu

1.5.1. Một số nghiên cứu của tác giả nước ngoài

Hiện nay, các thí nghiệm không phá hủy (NDT) đang được sử dụng rộng rãi để

đánh giá kết cấu áo đường. Đặc điểm của thí nghiệm này là khắc phục những nhược

điểm của các thí nghiệm phá hoại kết cấu như việc lấy mẫu, khoan, cắt, đào,… làm

ảnh hưởng đến khả năng làm việc của mặt đường; thời gian thực hiện lâu, không thể

thực hiện thường xuyên… Trên thế giới, đã có nhiều nghiên cứu đề cập đến vấn đề

này và đã thu được những kết quả quan trọng.

-Nghiên cứu của Priyanka S. và các cộng sự [50]

Nghiên cứu này được thực hiện tại Illinois _ Hoa Kỳ. Theo đó, tại Illinois, mô

hình cơ học kinh nghiệm ME (Mechanistic-Empirical) được sử dụng để thiết kế chiều

dày kết cấu áo đường tăng cường trên mặt đường cũ, đặc biệt là trong một số trường

hợp không sử dụng vật liệu truyền thống (ví dụ vật liệu tái chế). Khi đó, rất cần phải

đánh giá các đặc trưng cơ lý của mặt đường cũ cũng như mặt đường sau khi tăng

cường, đồng thời dự báo tuổi thọ của mặt đường trong tương lai. Các thí nghiệm NDT

bằng thiết bị FWD theo hướng dẫn của AASHTO 1993 đã được áp dụng để thí nghiệm

cho 20 đoạn đường với các loại kết cấu và lưu lượng giao thông khác nhau.

Kết quả thí nghiệm kết hợp với việc áp dụng mô hình ME trong thiết kế lớp mặt

đường tăng cường cho thấy hiệu quả kinh tế rõ rệt. Trên 20 đoạn đường thí nghiệm,

nếu dùng phương pháp thí nghiệm, đánh giá và thiết kế truyền thống của Bang Illinois,

tất cả đều phải tăng cường ngay bằng lớp mặt trên với chiều dày từ 5 đến 10cm; nếu

theo phương pháp NDT của AASHTO 1993 thì chỉ phải tăng cường cho 10 đoạn

đường. Nếu dùng NDT kết hợp với mô hình kinh nghiệm ME thì chỉ phải tăng cường

cho 7 đoạn.

-Nghiên cứu của L. Khazanovich, A. Gotlif [47]

Nghiên cứu này đề cập tới việc sử dụng thí nghiệm NDT để xác định khả năng

truyền lực tại khe nối (Load Transfer Efficiency -LTE) của mặt đường bê tông xi

măng tại Hoa Kỳ, thuộc chương trình LTPP (LongTerm Pavement Performance).

Với việc thực hiện rất nhiều thí nghiệm thực tế, các tác giả đã đề xuất được

trình tự thực hiện và phương trình tương quan xác định LTE thực tế, từ số liệu đo bằng

thiết bị FWD theo phương pháp NDT. Theo đó:

(1.1)

LTEpred: hệ số truyền lực thực tế

Ki:hệ số điều chỉnh (thực nghiệm)

LTEmes: hệ số truyền lực đo bằng FWD (theo chậu võng và tính đổi theo

phương trình Westergard).

AREA: hệ số tính đổi từ độ võng xác định theo các đầu đo của FWD

(1.2)

W0 : là giá trị độ võng tại tâm bàn ép

Wi : là các giá trị độ võng tại đầu đo i.

ri: khoảng cách từ tâm tấm ép của FWD tới các đầu đo.

Ngoài ra, nghiên cứu còn đề cập và xác định bằng định lượng các ảnh hưởng

sau đây tới việc xác định LTE theo phương pháp NDT bằng FWD.

Vị trí đặt tấm ép

Độ lớn của tải trọng tác dụng

Loại hình kết cấu mặt đường BTXM

Hệ số nền k của tầng móng (đặc điểm tầng móng)

Đặc điểm thiết kế và điều kiện xây dựng, loại thanh truyền lực, khoảng cách

khe nối, khoảng cách thanh truyền lực, hàm lượng cốt thép trong khe nối, hướng của

khe nối (so với tim tuyến), chiều dày tấm, thời tiết.

Tuổi thọ mặt đường và chất lượng khe nối.

- Nghiên cứu của L.P. Priddy, D.W. Pittman, and G.W. Flintsch [46]

Nghiên cứu này đề cập tới việc sử dụng phương pháp NDT để đánh giá phần

mặt đường BTXM sân bay đã được sửa chữa theo phương pháp sửa chữa sâu (Full

Depth Repair FDR). Cụ thể, khi tấm bị hư hỏng, phải đào bỏ và đổ lại tấm mới. Khi

đó, phương pháp NDT cũng được sử dụng để đánh giá chất lượng của tấm thay thế

này.

Nghiên cứu đã đưa ra được ảnh hưởng của các thông số tới hệ số truyền lực

LTE tại khe nối giữa tấm thay thế với tấm cũ theo cho các điều kiện khác nhau:

Vị trí của tấm thay thế

Vị trí của khe so với hướng xe chạy

Đặc điểm hình học của tấm mới so với tấm cũ,

Đặc điểm cơ lý của vật liệu làm tấm mới

Đặc điểm cấu tạo khe mới,

Đặc điểm cấu tạo thanh truyền lực và phương pháp bố trí thanh truyền lực…

1.5.2. Một số nghiên cứu của tác giả trong nước

Việc nghiên cứu thử nghiệm đánh giá mặt đường BTXM cũng đã được nhiều

nhà khoa học trong nước quan tâm nghiên cứu từ rất sớm có thể kể đến như:

- Tác giả Nguyễn Xuân Đào và các đồng nghiệp [13] tại Viện Khoa học và Công

nghệ Giao thông vận tải đã nghiên cứu chế tạo thiết bị rơi tạo ra xung lực động tác

dụng lên bề mặt đường và máy ghi chấn động dùng để ghi lại độ võn g của bề mặt

đường dưới tác dụng của xung lực. Ứng dụng nghiên cứu thực nghiệm này lần đầu tiên

áp dụng tại đường BTXM trước Lăng Bác. Nghiên cứu này đã bước đầu cho được kết

quả so sánh giữa tấm thi công chất lượng tốt và tấm có lỗi trong quá trình thi công,

giúp cho tư vấn có quyết định đúng đắn. Tuy nhiên thiết bị đo đạc còn đơn giản, tốc độ

lấy mẫu thấp, độ chính xác chưa cao, phần mềm tính toán tự động chưa hoàn thiện. Đo

đạc độ võng mới chỉ thực hiện tại tâm gia tải và không có các đầu đo khác.

- Tác giả Vũ Đình Phụng, [ 30] đã nghiên cứu phương pháp tính toán mặt đường

cứng, khả năng chịu tải của mặt đường bê tông. Nghiên cứu thực nghiệm sự phá hỏng

tấm BTXM mặt đường. Nghiên cứu tập trung vào trạng thái phá hoại mặt đường chưa

đề cập nhiều đến các phương pháp không phá hủy đánh giá ở trạng thái đàn hồi.

- Tác giả Phạm Cao Thăng, [28] đã nghiên cứu phân tích từ kết quả đo chậu võng

mặt đường xác định hệ số nền và mô đun đàn hồi.

Qua phân tích kết quả nghiên cứu [28] tác giả thấy còn một số vấn đề chưa công

bố hoặc chưa đề cập đến như:

Chưa có kết quả đo đạc thực tế khả năng truyền tải trọng giữa các tấm trên mặt

đường bê tông xi măng.

- Tác giả Lã Văn Chăm, [8], [9] đã nghiên cứu và có đóng góp mới như:

Đã xây dựng được bài toán sử dụng phương pháp nguyên lý cực trị Gauss để giải

cho bài toán tấm chịu tác động của tải trọng động.

Đã lập chương trình cho kết quả về ứng suất, chuyển vị, tần số của tấm trên nền

nhiều lớp (ba lớp) cho một số trường hợp tải trọng khác nhau.

Xây dựng cơ sở lý thuyết và phương pháp xử lý xác định mô đun đàn hồi tấm bê

tông bằng các thiết bị đo gia tốc dưới tác dụng của tải trọng bánh xe.

Xác định tần số dao động riêng, tần số dao động của hệ kết cấu đã được xem xét

dưới tác dụng của nhiều tải trọng khác nhau như: búa rơi, tải trọng xe chạy.

Qua phân tích kết quả nghiên cứu [8], [9] tác giả thấy còn một số vấn đề chưa

công bố hoặc chưa đề cập đến như:

Chưa xây dựng tương quan giữa lý thuyết và đo đạc hiện trường để đánh giá sức

chịu tải của mặt đường cứng.

Chưa nghiên cứu đo đạc thực nghiệm biến dạng đáy tấm.

Chưa đề cập tới ảnh hưởng của nhiệt độ.

- Tác giả Ngô Hà Sơn,[18] đã thực hiện công tác thí nghiệm, đo đạc về ứng suất

nhiệt trong tấm BTXM. Luận án [18] của tác giả đã đặt vấn đề cho việc cần tìm trường

nhiệt độ và trường ứng suất trong mặt đường BTXM.Theo nội dung và những kết luận

của luận án [18] cho thấy cần tiếp tục nghiên cứu về sự tác động của nhiệt độ môi

trường đến sự làm việc của mặt đường BTXM. Tác giả đã có công đóng góp trong

công tác thí nghiệm, đo đạc về nhiệt độ trong tấm BTXM tại hiện trường.

- Tác giả Nguyễn Hồng Minh [16] đã nghiên cứu

Tổng quan về các phương pháp xác định tuổi thọ mặt đường bê tông xi măng

Xây dựng mô hình và giải bài toán hệ nhiều lớp mặt đường bê tông xi măng chịu

tác dụng tải trọng máy bay.

Tính toán ứng suất nhiệt trong tấm mặt đường bê tông xi măng sân bay.

Xây dựng đường cong mỏi của bê tông xi măng sử dụng trong xây dựng mặt

đường sân bay trong điều kiện Việt Nam.

Tính toán tuổi thọ mặt đường bê tông xi măng sân bay.

- Tác giả Nguyễn Duy Đồng, [12] đã nghiên cứu các vấn đề như:

+ Xây dựng bài toán truyền nhiệt một chiều theo chiều sâu để nghiên cứu tính

toán và xác định trường nhiệt độ trong tấm BTXM mặt đường sân bay.

+ Sử dụng phương pháp nguyên lý cực trị Gauss (phương pháp do tác giả Hà

Huy Cương đề xuất) để giải bài toán tính tấm ba chiều chịu tác động đồng thời của tải

trọng và nhiệt độ.

- Tác giả Hoàng Nam Nhất, [17] đã lựa chọn thông số mô đun độ cứng động

DSM làm chỉ tiêu đánh giá sức chịu tải của mặt đường cứng ở Việt Nam.

Tác giả đã nêu công nghệ đánh giá sức chịu tải mặt đường sân bay.

Xây dựng bài toán lý thuyết đánh giá sức chịu tải mặt đường và cơ sở khoa học

để xây dựng công nghệ đánh giá sức chịu tải mặt đường cứng.

Tác giả phân tích và lựa chọn vị trí tác động tải trọng là tâm của tấm bê tông xi

măng.

1.6. Phân tích tổng quan ứng dụng phƣơng pháp đánh giá chất lƣợng mặt đƣờng

BTXM trên thế giới.

1.6.1. Phương pháp sử dụng tải trọng tĩnh đánh giá sức chịu tải

Việc sử dụng các thiết bị thử nghiệm bằng tải trọng tĩnh như hình 1.5 để đánh

giá sức chịu tải mặt đường BTXM đã được các nhà khoa học Nga nghiên cứu ứng

dụng từ rất sớm trên các sân bay[33]. Nguyên tắc của phương pháp là sử dụng kích

thủy lực và tải trọng của các quả tải tác dụng lực tĩnh xuống mặt đường, đo đạc độ

võng mặt đường. Độ võng mặt đường đo được nhờ hệ giá đỡ có gắn các đồng hồ

chuyển vị.

Phương pháp này có ưu điểm sử dụng thiết bị đơn giản, xử lý kết quả không

phức tạp. Tuy nhiên nhược điểm của phương pháp là: độ chính xác của thiết bị đo

kém, chuẩn bị tải trọng khó khăn, bộ gá phải gắn chắc chắn và đủ xa để không ảnh

hưởng bởi tải trọng, thời gian thử nghiệm dài. Do những nhược điểm đó nên phương

pháp gia tải tĩnh hiện nay ít được nghiên cứu và ứng dụng. Phổ biến hiện nay trên thế

giới người ta tập trung nghiên cứu phương pháp không phá hủy gắn liền với biện pháp

gây tải khi thử nghiệm là tải trọng động.

Hình 1.5. Thiết bị thử nghiệm sử dụng tải trọng tĩnh

1.6.2. Phương pháp sử dụng tải trọng động đánh giá sức chịu tải

Phương pháp sử dụng tải trọng động khắc phục được những nhược điểm của

phương pháp sử dụng tải trọng tĩnh, hơn nữa công nghệ đo lường tự động hóa ngày

càng phát triển hỗ làm cho ưu điểm của phương pháp này càng nổi trội hơn. Một trong

những công nghệ có thể kể đến như:

- Công nghệ tải trọng điều hòa:

Từ giữa những năm 1950, Cục Hàng không liên bang Hoa Kỳ (FAA) đã nghiên

cứu các thiết bị tải trọng rung để đánh giá mặt đường sân bay và ô tô. Phương pháp

này xác định mô đun độ cứng động (DSM) từ quan hệ “Tải trọng động- độ võng

động”. Giá trị DSM tìm được sẽ được xử lý, phân tích xác định tải trọng cho phép của

mặt đường. Phương pháp này được tổ chức hàng không dân dụng quốc tế (ICAO)

khuyến nghị sử dụng để đánh giá khả năng chịu tải mặt đường sân bay, đường ô tô.

Hiện nay hệ thiết bị rung này được chế tạo theo 3 kiểu gồm Dynaflect, Road

Rater, Rolling Dynamic Deflectometer (RDD)

+ Kiểu Dynaflect thể hiện trong hình 1.6 là một thiết bị điện tạo ra dao động

hình sin với biên độ 5kN, tần số 8Hz bởi động cơ điện có gắn quả nặng lệch tâm. Các

cảm biến gia tốc, vận tốc thu nhận số liệu liên tục. Tuy nhiên do biên độ tải trọng khá

nhỏ chỉ phù hợp đối với kết cấu mặt đường chịu tải trọng nhẹ.

+ Kiểu Road Rater thể hiện trong hình 1.7 là một thiết bị tạo ra dao động hình

sin với biên độ lên đến 35kN, tần số có thể thay đổi bởi nguồn thủy lực nâng hạ khối

thép tác động lên tấm ép.

Xử lý số liệu đo được trên cơ sở mối tương quan “ Tải trọng - Độ võng”. Qua

nhiều thử nghiệm người ta thấy rằng khi tải trọng nhỏ thì mối tương quan “ Tải trọng -

Độ võng” thường không tuyến tính, và mối tương quan này chỉ trở nên tuyến tính khi

tải trọng tác dụng đủ lớn, phương pháp này còn đưa ra hàng loạt các toán đồ và công

thức tính toán.

Hình 1.6. Thiết bị thí nghiệm Dyaflect Hình 1.7. Thiết bị Road Rater

+ Kiểu Rolling Dynamic Deflectometer (RDD)

Hình 1.8. Thiết bị Rolling Dynamic Deflectometer (RDD)

Sử dụng 2 bộ bánh xe kép gia tải động xuống mặt đường. Độ võng được đo

thông qua cảm biến đo gia tốc. Xe chạy với tốc độ 5 km/h vừa đi vừa đo. Máy rung

thủy lực lắp trên xe truyền dạng hình sin trong khoảng 5-100 Hz

- Phương pháp FWD :

Nguyên tắc hoạt động của các loại thiết bị tạo tải trọng va đập (quả rơi) như

sau: Quả nặng rơi từ một độ cao nhất định theo trục dẫn hướng tác dụng lên mặt đường

qua tấm ép. Để kéo dài thời gian tác dụng của tải trọng cho giống với tải trọng của

bánh xe khi chuyển động, người ta dùng hệ thống giảm chấn là các lò xo hay tấm đệm

cao su. Các thông số dao động của công trình được các cảm biến ghi nhận và được ghi

lại dưới dạng file dữ liệu. Ở các nước phát triển người ta đã chế tạo các thiết bị và

phương pháp tính toán tương ứng với loại thiết bị đó sử dụng cho việc kiểm tra đánh

giá chất lượng mặt đường, gọi chung là phương pháp FWD (Falling Weight

Deflectometer).

Hiện nay trên thế giới có một số hãng sản xuất thiết bị dựa trên nguyên tắc này

như:

Hình 1.9. Thiết bị HWD của hãng Hình 1.10. Thiết bị HWD của hãng

Dynatest Group KUAB

Hình 1.11. Thiết bị FWD của hãng Hình 1.12. Thiết bị JILS HWD của hãng

Carl Bro Group Foundation Mechanics

- Phương pháp HWD : tương tự như phương pháp FWD tuy nhiên tải trọng thả

rơi lớn hơn, thường sử dụng đo đạc cho tấm bê tông có chiều dày lớn như kết cầu mặt

đường sân bay.

1.6.3. Phương pháp truyền sóng xác định đặc tính cơ học. - Công nghệ Radar phát sóng với tần số rất cao để đánh giá độ đồng nhất, lỗ

hổng nền đường phía dưới tấm BTXM.

Nguyên lý cơ bản dựa trên việc truyền đi các sóng điện từ vào các lớp vật liệu

mặt đường và nhận lại các sóng điện tử phản xạ ngược trở về. Các sóng trả về này về

bản chất đã bị ảnh hưởng bởi các thông số như hằng số điện môi, độ từ thẩm, độ dẫn

liệu, thông qua bộ xử lý tín hiệu, xử lý ảnh, nhờ đó chúng ta có thể hình ảnh hóa các

đặc tính về điện của các cấu trúc vật thể.

Hình 1.13. Thiết bị Radar xuyên đất hãng IDS Georadar

- Công nghệ truyền sóng bề mặt SASW (Spectral Analysys of Surface Wawes)

Hình 1.14. Thiết bị đo dựa trên công nghệ truyền sóng bề mặt

Nguyên lý của phương pháp này là dùng một nguồn lực gây kích động làm cho

công trình dao động, các tham số dao động (vận tốc, gia tốc, chuyển vị) sẽ được các

đầu đo gắn trên công trình ghi nhận và truyền về máy phân tích. Các chương trình

phân tích và xử lý (ví dụ phân tích Fourier nhanh) sẽ cho ta các đặc trưng dùng đánh

giá chất lượng công trình.

- Công nghệ truyền sóng biến dạng kiểm tra chiều dày, khuyết tật mặt đường BTXM

Nguyên lý cơ bản của phương pháp là sử dụng va đập cơ học trong thời gian

ngắn để tạo sóng ứng suất nhanh và sử dụng bộ chuyển đổi thu tín hiệu, phân tích tính

toán vận tốc truyền trong vật liệu qua đặc tính này xác định được tính chất cơ học của

vật liệu

Hình 1.15. Thiết bị IMPact-Echo đo chiều dày, khuyết tật trong tấm BTXM

1.7. Các phƣơng pháp đánh giá chất lƣợng mặt đƣờng BTXM hiện đang áp dụng

tại Việt Nam

1.7.1. Các quy định pháp lý có liên quan

Hiện nay tại Việt Nam chưa ban hành tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu mặt

đường BTXM chỉ mới đang sử dụng [1] . Do vậy việc đánh giá chất lượng mới chỉ

được đề cập như:

- Kiểm tra trước khi thi công

+ Kiểm tra các chỉ tiêu cơ lý của xi măng, cốt liệu, cốt thép, nước, phụ gia, vật

liệu chèn khe, chất tạo màng sử dụng bảo dưỡng, ống chụp thanh truyền lực

+ Thiết kế cấp phối bê tông đảm bảo các chỉ tiêu: cường độ chịu nén, cường độ

chịu kéo khi uốn, tỷ lệ nước/xi măng, độ sụt, nhiệt độ hỗn hợp bê tông

+ Kiểm tra nền móng trước khi thi công mặt BTXM: độ lún, độ chặt, kích thước

hình học

+ Kiểm tra ván khuôn

- Kiểm tra trong quá trình thi công

+ Kiểm tra độ sụt của hỗn hợp bê tông, kiểm tra tổn thất độ sụt, độ tách nước,

khối lượng thể tích, nhiệt độ hỗn hợp bê tông

+ Kiểm tra bố trí thanh truyền lực, cốt thép tăng cường

+ Đúc mẫu, kiểm tra cường độ chịu nén, cường độ chịu kéo khi uốn

- Kiểm tra sau khi thi công:

+ Khoan mẫu kiểm tra: chiều dày tấm bê tông, cường độ chịu kéo bửa, cường

độ chịu nén

+ Kiểm tra các chỉ tiêu khai thác: độ bằng phẳng, độ gồ ghề quốc tế IRI, độ

nhám bề mặt, độ đầy khi rót vật liệu

+ Kiểm tra các chỉ tiêu liên quan đến kích thước: cao độ, độ dốc dọc, độ dốc

ngang, độ chênh cao tấm liền kề, độ thẳng của khe, độ lệch tim đường, chiều sâu cắt

khe

+ Kiểm tra hư hỏng (nếu có): bong tróc, nứt, hở đá, sứt cạch, sứt góc, khiếm

khuyết trên bề mặt khe dãn, độ lệch của thanh truyền lực

- Kiểm tra đánh giá sau quá trình khai thác: hiện tại chưa có quy định.

Do mới chỉ có quyết định tạm thời nêu trên nên việc đo đạc kiểm tra khác như:

FWD, sức kháng trượt cũng chỉ dừng ở việc đo đạc thử nghiệm phục vụ nghiên cứu,

chưa áp dụng rộng rãi.Đặc biệt mặt đường BTXM sau thời gian khai thác chưa có

hướng dẫn, chỉ dẫn đánh giá kể cả mặt đường cất hạ cánh sân bay. Chỉ số PCN rất

quan trọng nhưng mới dừng ở việc tính toán lý thuyết thông qua các thông số từ mẫu

thí nghiệm. Chưa có sân bay nào cung cấp chính thức chỉ số PCN bằng phương pháp

đo đạc không phá hủy như trên thế giới thường làm.

Theo [25] đối với mặt đường sân bay- xác định số phân cấp mặt đường bằng

FWD hoặc HWD. Tiêu chuẩn này mới chỉ biên dịch từ tài liệu của FAA, các hệ số

thực nghiệm vẫn sử dụng như tài liệu gốc, chưa có nghiên cứu hiệu chỉnh phù hợp với

loại vật liệu cũng như điều kiện của Việt Nam, chưa có ví dụ tính toán để áp dụng.

1.7.2. Các thiết bị thí nghiệm gia tải động hiện có tại Việt Nam

Đối với thiết bị sử dụng công nghệ tải trọng điều hòa ở Việt Nam hiện chưa có,

chưa có nghiên cứu do vậy hướng nghiên cứu tập trung vào phương pháp sử dụng thả

rơi (FWD). Hiện nay có khá nhiều các đơn vị trong nước đã được trang bị thiết bị

FWD và đang trong tình trạng hoạt động tốt như:

- Trường Đại học Xây dựng Hà Nội

Được trang bị thiết bị FWD PRIMAX 1500 của hãng Grontmij- Đan Mạch

- Viện Khoa học và Công nghệ Giao thông vận tải

Được trang bị thiết bị FWD Dynatest 8000 của hãng Dynatest (Đan Mạch)

- Trường Đại học Công nghệ Giao thông Vận tải

Được trang bị thiết bị PAVEFWD-150 của hãng Pavetesting LTD (Anh)

Ngoài ra còn một số đơn vị đã được trang bị nhưng chưa thường xuyên khai

thác dẫn đến hư hỏng nhưng có thể khắc phục sửa chữa như:Trung tâm Kỹ thuật

đường bộ thuộc Tổng Cục Đường Bộ; trường Trung cấp Giao thông Vận tải …

Những thiết bị kể trên đều có điểm chung đó là có bộ phận gia tải (thả rơi tạo va

chạm với mặt đường), bộ phận đo độ võng mặt đường thông qua nguyên lý đo dao

động.

Việc xử lý tín hiệu đo đạc dao động để tính ra chuyển vị, mỗi hãng đều có phần

mềm xử lý chuyên dùng riêng để tính toán, thao tác với các thiết bị đã được thương

mại hóa dễ sử dụng. Tuy nhiên cơ sở khoa học thì chưa được phân tích rõ

1.8. Phân tích lựa chọn vấn đề nghiên cứu

Qua phân tích ở trên cho thấy việc kiểm soát chất lượng, đánh giá sức chịu tải

mặt đường là cần thiết đã được các nước phát triển trên thế giới cũng như các nhà khoa

học trong nước quan tâm nghiên cứu từ rất sớm.Xu hướng sử dụng phương pháp động

để đánh giá sức chịu tải mặt đường BTXM là hướng đi chính. Tại Việt Nam tập trung

nghiên cứu,thử nghiệm, đầu tư thiết bị thí nghiệm động theo kiểu FWD. Do vậy

nghiên cứu sinh cũng tiếp tục lựa chọn hướng nghiên cứu này và tập trung làm rõ hơn

về cơ sở khoa học ứng dụng phương pháp, thực nghiệm phân tích kiểm chứng kết quả

đo đạc.

Đo đạc thực nghiệm FWD

Thu thập thông tin (1)

- Kết cấu các lớp vật liệu - Chiều dày các lớp vật liêu

Đo đạc hiện trƣờng (2)

- Xác định lực tác dụng - Chậu võng trên mặt đường khi tác dụng lực

Bộ số liệu ban đầu (3) - Nạp bộ số liệu ban đầu phục vụ cho tính toán Tính toán xử lý kết quả (4) - Sử dụng thuật toán ngược tính mô đun đàn hồi động các lớp vật liệu.

Chuyển đổi mô đun đàn hồi động sang mô đun đàn hồi tĩnh (5)

Từ kết quả mô đun đàn hồi tĩnh+ chiều dày lớp kết cấu tính sức chịu tải (6)

Hình 1.16. Sơ đồ trình tự đo đạc FWD hiện nay đang áp dụng tại Việt Nam

Từ sơ đồ khối công tác đo đạc thực nghiệm đánh giá mặt đường BTXM (hình

1.16) còn tồn tại những vấn đề cần tập trung nghiên cứu:

Ở khối (1) thông tin lớp vật liệu, chiều dày lớp kết cấu thông thường lấy từ hồ

sơ thiết kế hoặc thông qua hố đào tại hiện trường.Tại hố đào sẽ phá hủy kết cấu mặt

đường nên tần suất kiểm tra sẽ rất thưa, độ tin cậy thấp. Do vậy nếu áp dụng thêm

phương pháp không phá hủy để xác định được chiều dày sẽ tăng thêm độ chính xác.

Phương pháp đo không phá hủy, thời gian đo đạc nhanh sẽ đo được nhiều điểm.

Nghiên cứu sinh nghiên cứu đề xuất bổ sung phương pháp dựa trên nguyên lý truyền

sóng xác định chiều dày lớp mặt đường BTXM và sẽ được trình bày ở chương 3

Ở khối (3) thông số ban đầu về giá trị mô đun đàn hồi từng lớp vật liệu hiện nay

đang dựa trên bảng khuyến cáo của Cục hàng không dân dụng Mỹ [53]. Dựa trên bộ số

hạt nhân này phần mềm xử lý sử dụng thuật toán ngược tính thử dần các bộ số mô đun

đàn hồi của các lớp kết cấu. Nghiên cứu sinh đề xuất sử dụng phương pháp truyền

sóng đo đạc mô đun đàn hồi động của lớp BTXM làm thay cho việc sử dụng bảng số

liệu theo như khuyến cáo của [53] sẽ phù hợp với điều kiện tại Việt Nam.

Ở khối (4) hiện nay đã có nhiều phần mềm viết sẵn kèm theo thiết bị để xử lý

tính toán. Những phần mềm này chưa nêu rõ phương pháp tính toán, mô hình tính toán

do vậy cần phải làm rõ cơ sở nguyên tắc đo đạc, xử lý số liệu nhằm đảm bảo tính

thống nhất.

Ở khối (5) phương pháp đo đạc FWD cho kết quả là mô đun đàn hồi động,

trong khi các tính toán, kiểm toán mặt đường BTXM đang sử dụng mô đun đàn hồi

tĩnh. Nghiên cứu sinh tiến hành đo đạc thực nghiệm xác định tương quan giữa mô đun

đàn hồi động và tĩnh đối với lớp vật liệu làm móng đường.

Ở khối (6) đo đạc thực nghiệm và xử lý số liệu tính toán ra được mô đun đàn

hồi các lớp kết cấu. Trong khi đó kiểm toán mặt đường BTXM còn phải kiểm toán ứng

suất dưới đáy tấm. Nghiên cứu sinh thực nghiệm xây dựng tương quan giữa mô đun

đàn hồi BTXM và cường độ chịu kéo khi uốn của loại bê tông thông thường sử dụng

cho mặt đường BTXM tại Việt Nam.

Ngoài ra đo đạc khả năng truyền tải trọng của các tấm BTXM là vấn đề cần

quan tâm. Nghiên cứu sinh chế tạo thiết bị hỗ trợ đo đạc độ cập kênh của tấm khi chịu

tác động của tải trọng trong điều kiện dự án không huy động được thiết bị FWD.

1.9. Kết luận chƣơng 1

Ứng dụng công nghệ đo đạc hiện đại (tự động, không phá hủy, phần mềm phân

tích xử lý, tính toán trên máy tính) đánh giá chất lượng mặt đường BTXM được các

nước phát triển tập trung nghiên cứu. Từ những nghiên cứu của các nhà khoa học, các

hãng sản xuất thiết bị đã chế tạo và thương mại nhiều thiết bị đo đạc hiện đại phục vụ

công tác đánh giá có thể kể đến như: FWD, HWD, RDD, IMPact-Echo, Road Rater,

Dyaflect…

Đồng bộ với các thiết bị đo đạc là hệ thống phần mềm từ phần mềm thu thập số

liệu đến phần mềm tính toán chuyên dùng được lập trình bởi tập thể những người

chuyên nghiệp, lập trình theo mô đun. Những sản phầm này được tạo ra bởi những đơn

vị có tính chuyên nghiệp, chuyên môn hóa cao, có khả năng thương mại, mang tính

phổ biến dễ được thừa nhận. Xu hướng khai thác ứng dụng sẽ thay thế cho việc tự lập

trình phần mềm của các nhà khoa học nghiên cứu đơn lẻ.

Qua nghiên cứu tổng quan cho thấy chất lượng mặt đường BTXM thực tế thi

công tại Việt Nam chưa tương xứng với khả năng thực sự đáng có của nó. Nguyên

nhân có rất nhiều nhưng phải kể đến nguyên nhân đánh giá, kiểm soát chất lượng thi

công chưa tốt. Việc đánh giá, kiểm soát chất lượng chưa tốt xuất phát từ việc đầu tư

nghiên cứu chưa được chú trọng, công nghệ kiểm tra hiện đại khó tiếp cận công nghệ

gốc, phần mềm cũng như phần cứng được thiết kế kiểu hộp đen khó thay đổi cho phù

hợp với điều kiện, đối tượng đo.

Tác giả tiếp cận vấn đề khoa học theo hướng: Nghiên cứu hiểu rõ đối tượng đo

(mặt đường BTXM), lựa chọn phương tiện đo (công nghệ, thiết bị) phù hợp đo đạc

chính xác tham số quan trọng từ đó góp phần kiểm soát tốt, nâng cao chất lượng.

Luận án sẽ tập trung giải quyết những nội dung chủ yếu sau đây:

-Nghiên cứu nguyên lý, lý thuyết truyền sóng ứng suất từ đó thiết kế chế tạo thiết

bị đo kiểm tra khuyết tật, chiều dày, vận tốc truyền sóng trong tấm bê tông nhằm bổ

sung thêm năng lực đánh giá chất lượng lớp BTXM mà các phương pháp hiện hành tại

Việt Nam chưa đáp ứng.

- Xây dựng tương quan giữa mô đun đàn hồi và cường độ chịu kéo khi uốn của

BTXM sử dụng làm mặt đường. Đo đạc xác định được E đàn hồi của lớp BTXM từ đó

tính toán được cường độ chịu kéo khi uốn, kiểm toán trạng thái giới hạn của mặt

đường BTXM.

- Nghiên cứu xây dựng thiết bị đo kiểm tra khả năng truyền tải trọng, độ cập

kênh của tấm khi chịu tác dụng của tải trọng động.

- Nghiên cứu mô hình tính toán lý thuyết, thiết kế xây dựng đoạn đường thử

nghiệm có gắn các thiết bị quan trắc, lựa chọn phương pháp đo đạc, tham số cần thiết,

sử dụng thiết bị gia tải động đo đạc thử nghiệm đánh giá mặt đường.

CHƢƠNG 2. NGHIÊN CỨU CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN

SỨC CHỊU TẢI MẶT ĐƢỜNG BTXM.

2.1. Cơ sở lý thuyết tính toán mặt đƣờng cứng

Khi tính toán tấm bê tông mặt đường, thường sử dụng lý thuyết tấm mỏng theo lý thuyết đàn hồi. Tấm mỏng là tấm thỏa mãn điều kiện theo [34] như sau:

(2.1)

h: là chiều dày tấm b: là kích thước cạnh nhỏ nhất của tấm trong đó Mặt đường bê tông xi măng sử dụng loại vật liệu có mô đun đàn hồi cao, cường

độ chịu kéo nhỏ hơn nhiều so với cường độ chịu nén. Vì vậy việc tính toán thiết kế kết

cấu áo đường cứng trong tất cả quy trình các nước đều dựa trên lời giải bài toán uốn

tấm nền đàn hồi.

Phương trình vi phân cân bằng của tấm chịu uốn theo [29] như sau: (2.2)

trong đó : w - Chuyển vị đứng của tấm

q - Tải trọng bánh xe tác dụng trên tấm

r - Phản lực của móng tác dụng lên đáy tấm (phản lực nền)

D - Độ cứng trụ của tấm

(2.3)

trong đó là mô đun đàn hồi của tấm bê tong :

là hệ số poisson của tấm

h là chiều dày tấm bê tông

Phương trình (2.2) còn được gọi là phương trình Sopie-Germain, giải phương

trình (2.2) sẽ tìm được độ võng tấm. Khi đã tính được độ võng w(x,y), để xác định mô

men uốn, ta áp dụng từ lý thuyết đàn hồi:

(2.4)

trong đó: , là mô men uốn trên một đơn vị dài ở mặt cắt x=const, y=const;

Đối với các ứng suất kéo uốn, theo lý thuyết đàn hồi ta có: (2.5)

(2.6)

trong đó: là ứng suất trên một đơn vị dài ở mặt cắt x=const, y=const;

là lực cắt trên một đơn vị dài ở mặt cắt x=const, y=const; Trong phương trình (2.2) phản lực nền r được xác định tuỳ theo mô hình nền sử

dụng.

+ Theo mô hình của Winkler thì phản lực tại một điểm bất kỳ tỷ lệ thuận với độ

lún ở điểm đó:

r= k x w (2.7)

Trong đó: k là hệ số nền

Mô hình này được sử dụng rộng rãi trong tính toán và trong các quy trình của

nhiều nước.

+ Theo mô hình nền bán không gian đàn hồi

Nền được xem là bán không gian vô hạn đàn hồi được đặc trưng bằng mô đun

đàn hồi được đặc trưng bằng mô đun đàn hồi E0 và hệ số Poisson 0;

Để giải phương trình (1-1), ngoài việc cần tìm hàm phản lực nền còn cần chú ý

tới điều kiện biên của tấm.

Điều kiện biên phụ thuộc vào dạng liên kết cạnh của tấm, các điều kiện biên

thường dùng là tấm có biên tự do, tấm có biên là ngàm và biên là khớp.

Theo mô hình hệ số nền H.M.Westergaard (1926) đã cho lời giải bài toán tấm

chữ nhật chịu lực với tải trọng tác dụng ở ba vị trí giữa, góc và cạnh tấm.

* Sự biến đổi của nhiệt độ theo mùa hoặc ngày đêm đều gây ứng suất nhiệt

trong tấm và làm tấm bị uốn vồng (khi tấm không được tự do vì có thanh truyền lực,

ma sát đáy tấm, hoặc trọng lượng bản thân tấm)

Về bài toán nhiệt có các công trình nghiên cứu của các tác giả R.D.Bradbury,

L.I.Goretxki, L.I.Trigônhi, B.G.Korenhev... [14],[15]

Trong tính toán thiết kế các quy trình của nhiều nước đều xét đến ảnh hưởng

của ứng suất nhiệt cho tấm thông qua các hệ số chiết giảm cường độ tính toán.

Theo một số tác giả ứng suất do nhiệt gây ra khoảng (0.35-0.40)Rku [15]

Xét tổ hợp tải trọng tính toán với tác dụng đồng thời của hoạt tải và ứng suất

nhiệt theo quy trình [1]

* Khi tính toán thiết kế áo đường cứng, một tác nhân nữa gây phá hoại kết cấu

áo đường là tác dụng trùng phục của tải trọng (tải trọng lặp). Dưới tác dụng của tải

trọng lặp vật liệu bê tông xi măng bị mỏi. Cường độ chịu kéo- uốn và tuổi thọ của bê

tông bị giảm đi và tấm cũng sẽ bị phá hoạt vì nứt sau khi chịu đựng một số lần xe chạy

nhất định.

Để xét sự phá hỏng do tải trọng lặp có thể dùng lý thuyết tổng công hư hỏng

của Miner. Các nghiên cứu thực nghiệm cho thấy vật liệu bằng bê tông không bị phá

hoại do mỏi khi ứng suất do tải trọng không quá 0,5 [].

Theo [1] hệ số chiết giảm cường độ được đưa vào tính toán (k).

Các bài toán nêu trên hầu hết được giải với tải trọng tĩnh, để xét tải trọng động

người ta đưa thêm hệ số động khi tính toán, hoặc khi giải phải nhờ bài toán động lực

học.

Bài toán động lực học còn được sử dụng rộng rãi không những kết quả của nó

được dùng để đánh giá chất lượng, khi nghiệm thu mặt đường và các công tác xây

dựng nói chung mà còn phản ánh đúng hơn điều kiện làm việc thực của kết cấu mặt

đường.

Đặc trưng của bài toán động cho kết cấu tấm bê tông mặt đường là sự cần thiết

phải tính đến lực quán tính, là tích của phần khối lượng dao động của mặt đường với

gia tốc chuyển động của nó, và xét lực cản nhớt của nền khi xem nền là môi trường

đàn nhớt

Phương trình vi phân dao động cho bài toán động lực học được viết thêm so với

(2.2) theo [29] như sau:

(2.8)

trong đó : m – khối lượng phần tấm bê tông mặt đường tham gia dao động

- hệ số cản nhớt của đất nền trên một đơn vị diện tích

t – thời gian

Các điều kiện biên của tấm đối với bài toán động, hoàn toàn tương tự như các

điều kiện biên tấm đối với bài toán tĩnh.

Đối với mỗi nước khi áp dụng tính toán, kiểm toán kết có thêm các quy định

kiểm tra các trạng thái giới hạn. Đối với Việt Nam hiện nay đang áp dụng các trạng

thái giới hạn tính toán theo [3].

Tiêu chuẩn trạng thái giới hạn:

(2.9)

(2.10)

(2.11)

- ứng suất kéo uốn gây mỏi do tác dụng của tải trọng bánh xe (MPa);

- ứng suất kéo uốn gây mỏi do tác dụng của nhiệt độ (MPa);

- ứng suất kéo uốn gây mỏi do tải trọng nặng (MPa);

- ứng suất kéo uốn gây mỏi do gradient nhiệt lớn nhất (MPa);

- ứng suất chịu mỏi do tải trọng gây ra tại lớp bê tông nghèo (MPa);

- hệ số độ tin cậy;

- cường độ kéo uốn của BTXM (MPa);

- cường độ kéo uốn thiết kế của vật liệu móng (MPa);

Nhận xét: Qua phân tích nêu trên cho thấy các thông số đặc trưng cho mặt

đường BTXM khi tính toán khả năng chịu tải như: Mô đun đàn hồi bê tông, chiều dày

tấm, cường độ chịu kéo khi uốn, hệ số passion, mô đun đàn hồi nền hoặc hệ số phản

lực nền. Các đặc trưng này có mối liên hệ chặt chẽ với độ võng mặt đường khi chịu tải

trọng, do vậy nếu đo đạc được độ võng khi chịu tải trọng, kết hợp với một số thông số

đã biết sẽ tính toán được những thông số còn lại. Khi xác định được các thông số nêu

trên áp dụng tiêu chuẩn hiện hành sẽ tính toán được khả năng chịu tải của mặt đường.

Hiện nay các tính toán, kiểm toán theo tiêu chuẩn của Việt Nam đang sử dụng

với các thông số tĩnh do vậy nếu đo đạc thu thập được các thông số động cần thiết phải

có nghiên cứu thực nghiệm chuyển đổi cho phù hợp. Nghiên cứu sinh đã tiến hành

nghiên cứu thực nghiệm xây dựng tương quan và được trình bày tại chương 4.

2.2.Cơ sở lý thuyết thử nghiệm đánh giá sức chịu tải mặt đƣờng BTXM tại hiện

trƣờng.

2.2.1. Các nghiên cứu về chậu võng

Chậu võng mặt đường là phần mặt đường bị uốn võng xuống, do tác dụng của

tải trọng. Đối với tấm bê tông xi măng là đẳng hướng, khi tải trọng tác dụng tại tâm

của tấm, chu vi chậu võng có dạng hình tròn.

Đặc điểm của chậu võng mặt đường, là độ lớn đường kính của nó không phụ

thuộc vào độ lớn của tải trọng tác dụng. Khi thay đổi tải trọng tác dụng , chỉ làm thay

đổi độ lớn của độ võng tấm mà không làm thay đổi đường kính chậu võng.

Theo kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm, đường kính chậu võng mặt

đường chỉ phụ thuộc vào độ cứng uốn trụ của tấm bê tông (D) và độ cứng của nền

đường. Trong đó độ cứng uốn trụ của tấm bê tông (D) được xác định qua công thức

(2.3).

Khi chịu tải trọng tác dụng, tấm bị võng và truyền áp lực xuống nền. Trường

hợp tải trọng tác dụng là tải trọng tĩnh, trong nền xuất hiện phản lực tác dụng lên tấm.

Chiếu các lực tác dụng lên tấm theo phương vuông góc với tấm theo [29]

(2.12)

trong đó: P- tải trọng tác dụng

s- diện tích hình chiếu bằng chậu võng

r(x,y)=k.w(x,y)- phản lực nền tại tọa độ x,y

k- hệ số nền tương đương

w(x,y)- độ võng tâm tấm tại toạn độ x,y

Thay biểu thức r(x,y)= k.w(x,y) vào (2.12) , ta được:

(2.13)

trong đó

với V là thể tích chậu võng mặt nền, lấy bằng thể tích chậu võng mặt đường ,

được xác định từ số liệu thực nghiệm.

Vậy hệ số nền

2.2.2. Phương pháp xác định hệ số nền theo đặc trưng chậu võng

Cục hàng không liên bang (FAA) [45] đã nghiên cứu thực nghiệm xác định

tương quan giữa hình dạng độ cong mặt võng tấm (thông qua độ võng một số điểm

trên chậu võng) với độ cứng của tấm, thông qua tham số đặc trưng khả năng chống

biến dạng tấm bê tông (bán kính độ cứng tương đối). Phương pháp đánh giá còn gọi là

phương pháp AREA, cơ sở của phương pháp như sau:

Sử dụng thiết bị đánh giá với tối thiểu 4 đầu đo độ võng mặt tấm. Từ các độ

võng W0, W1, W2 ,W3 (inch), đo được đối với tấm bê tông dày không quá 40cm, tại vị

trí tâm tải trọng và cách tâm tải trọng tương ứng 12,24 và 36 inch (30,60 và 90), xác

định tham số AREA theo [45]:

(2.14)

Xác định đặc trưng đàn hồi động tấm bê tông [35]

(2.15)

với các hằng số thực nghiệm: A=36; B=1812,279; C=-2,559; D=4,387

Khi biết độ võng tại tâm tấm tải trọng W0 và đặc trưng đàn hồi L, hệ số nền k

có thể được xác định từ công thức của Westergaad:

(2.16)

với R- bán kính vệt bánh xe quy đổi

Trong một số trường hợp, đòi hỏi cần thiết phải quy đổi các giá trị hệ số nền và

mô đun đàn hồi nền với nhau. Các kết quả nghiên cứu cho thấy, chuyển đổi các giá trị

giữa hệ số nền và mô đun đàn hôi nền, cần xem xét sự phụ thuộc của chúng với độ

cứng kết cấu mặt đường phía trên. Đối với kết cấu mặt đường bê tông xi măng có thể

tham khảo quan hệ sau:

Theo N.M Gersevanov:

(2.17)

Theo Gluscov:

(2.18)

với E0 ,k- tương ứng mô đun đàn hồi, hệ số nền của nền hoặc lớp nền và móng

tương đương;

E,h- tương ứng là mô đun đàn hồi bê tông và chiều dày tấm bê tông

Các công thức (2.17) và (2.18) là những công thức có từ nghiên cứu thực

nghiệm.

Khi thử nghiệm bằng thiết bị gia tải tĩnh thì các giá trị độ võng tấm đo được là

các độ võng tĩnh và hệ số nền nhận được từ công thức (2.16) sẽ là hệ số nền tĩnh. Khi

thử nghiệm bằng thiết bị gia tải động thì sẽ nhận được các giá trị độ võng động, hệ số

nền tính được từ công thức (2.16) là hệ số nền động. Do nền đường là vật liệu có đặc

tính đàn nhớt, nền thể hiện đặc tính biến dạng trễ khi chịu tác dụng của tải trọng động,

nên độ võng động sẽ nhỏ hơn độ võng tĩnh. Do vậy hệ số nền động nhận được từ tính

toán sẽ lớn hơn so với hệ số nền tĩnh.

Để đánh giá xác định tải trọng cho phép là tải trọng tĩnh như tải trọng dùng

trong tính toán thiết kế, cần quy đổi hệ số nền động về hệ số nền tĩnh. Sự khác biệt của

hệ số nền động so với hệ số nền tĩnh phụ thuộc loại đất nền, độ cứng của tấm bê tông

mặt đường và tốc độ gia tải của tải trọng thử nghiệm. Tương tự, giá trị mô đun đàn hồi

động nền đường cũng lớn hơn so với mô đun đàn hồi tĩnh. Nghiên cứu sinh đã tiến

hành thử nghiệm xác định hệ số giữa nền động và nền tĩnh và được trình bày tại mục

4.2 chương 4.

2.2.3. Xác định mô đun đàn hồi tấm bê tông, cường độ chịu kéo khi uốn tại thời

điểm đánh giá

Khi đã biết đặc trưng đàn hồi tấm bê tông L và hệ số nền k, khi biết chiều dày

tấm bê tông, có thể xác định mô đun đàn hồi bê tông theo công thức tính đặc trưng đàn

hồi tấm bê tông

(2.19)

với

Vậy mô đun đàn hồi bê tông:

(2.20)

Từ giá trị mô đun đàn hồi E của bê tông, để xác định cường độ kéo uốn bê tông

phục vụ tính toán, kiểm toán sức chịu tải cần có nghiên cứu thực nghiệm quy đổi

tương đương. Theo Viện bê tông Hoa kỳ (ACI):

(2.21)

với E, Rku tính bằng Psi

Đối với vật liệu bê tông thông thường hiện đang áp dụng rộng rãi tại Việt Nam

hiện chưa cho công thức thực nghiệm quy đổi, nghiên cứu sinh trình bày và đề xuất

công thức thực nghiệm ở chương 4.

Như vậy từ độ võng thử nghiệm hiện trường, ta có thể tính được các tham số hệ

số nền C hoặc mô đun đàn hồi nền đất, mô đun đàn hồi bê tông E và cường độ chịu

kéo khi uốn bê tông Rku. Khi biết chiều dày kết cấu, có thể xác định được sức chịu tải

mặt đường BTXM bằng phương pháp tính ngược theo các lý thuyết đã biết như theo

Westergaad, ứng suất tại tâm tấm:

(2.22)

trong đó: Ptt tải trọng tại tâm tấm

Khi cho vế trái của công thức (2.20) bằng với cường độ kéo uốn cho phép của

bê tông theo (2.19), sẽ tính toán được tải trọng cho phép P của mặt đường BTXM.

Qua phân tích ở trên cho thấy việc xác định được chậu võng và lực tác dụng

tương ứng là cần thiết trong việc xác định sức chịu tải trọng bằng phương pháp động.

Tuy nhiên để có thể đo đạc xác định được chậu võng đối với công nghệ đo đạc hiện nay dựa trên nguyên lý truyền sóng. Các cảm biến đo gia tốc thu thập dao động (m/s2)

của mặt đường tại các vị trí, qua thuật toán và phần mềm xử lý số liệu đưa ra giá trị là

các chuyển vị (mm). Phần trình bày được làm rõ ở mục 2.3

2.3. Nghiên cứu lý thuyết và nguyên lý của phƣơng pháp truyền sóng

2.3.1. Tóm tắt lý thuyết truyền sóng

Vật chất cấu tạo bởi nguyên từ (hoặc phân tử), liên kết với nhau bằng lực tương

tác giữa các nguyên từ (hoặc phân tử).Các lực nguyên tử (hoặc phân tử) này là các lực

đàn hồi, tức là các nguyên tử (hoặc phân tử) này coi như nối với nhau bằng các lò xo.

Mô hình đơn giản của vật chất được trình bày ở hình 2.1.

-A

Hình 2.1. Mô hình của một vật thể đàn hồi

Bây giờ nếu một nguyên tử (hoặc phân tử) của vật chất bị dịch chuyển khỏi vị

trí ban đầu bằng một lực căng nào đó tác dụng lên vật, thì nguyên tử (hoặc phân tử) sẽ

dao động. Do các nguyên tử (hoặc phân tử) có liên kết, nên dao động của nguyên tử

(hoặc phân tử) này sẽ làm các nguyên tử (hoặc phân tử) kế cận dao động. Nếu mọi

nguyên tử liên kết vững chắc với nhau, chúng sẽ chuyển động đồng thời và có cùng

một trạng thái dao động, tức là cùng pha. Nhưng các nguyên tử (hoặc phân tử) của vật

chất thực tế liên kết với nhau bằng lực đàn hồi, nên dao động cần có một thời gian xác

định để truyền dao động và các nguyên tử (hoặc phân tử) sau đạt được trạng thái dao

động sẽ “trễ pha” so với nguyên tử (hoặc phân tử) bị kích thích.

Trong chuỗi các dao động tử liên kết, sự dịch chuyển của một động tử sinh ra

một lực tác dụng lên những động tử ở gần nó nhất và làm chúng chuyển động.

2.3.2. Các đặc trưng của sự truyền sóng

- Tần số: Tần số sóng cũng là tần số dao động của các nguyên tử môi trường,

thông thường tần số ký hiệu bằng chữ f và tính bằng số chu kỳ trong một giây.

- Bước sóng: Trong khoảng thời gian bằng chu kỳ T của dao động, sóng truyền

được một quãng đường xác định trong môi trường.

- Vận tốc: Vận tốc truyền sóng là tốc độ truyền năng lượng giữa hai điểm của

môi trường khi có chuyển động sóng.

- Trở kháng âm: sức cản của vật liệu với sự truyền sóng là trở kháng âm. Nó

được ký hiệu bằng chữ Z và được xác định bằng tích số của mật độ  của vật liệu và

vận tốc v của sóng truyền trong vật liệu đó

Z = v (2.23)

2.3.3. Các loại sóng

Theo [52] sóng ứng suất có thể lan truyền dưới 2 dạng:

- Sóng khối: có thể là sóng dọc (sóng P) hoặc sóng ngang (sóng S)

Hình 2.2. Mô phỏng sóng khối

+ Sóng dọc (P) gây ra co dãn môi trường, các hạt dao động theo phương truyền

sóng khi gặp môi trường có trở kháng âm khác sẽ phản xạ trở lại.

+ Sóng ngang (S) gây ra chuyển động và không thay đổi thể tích môi trường, các

hạt dao động trong mặt phẳng thẳng góc với phương truyền sóng. Sóng cắt không thể

lan truyền trong môi trường lỏng hoặc khí vì môi trường này không có khả năng chịu

ứng suất cắt.

Gọi là sóng ngang hay sóng trượt vì phương dịch chuyển của hạt vuông góc với

phương truyền sóng. Muốn một sóng như vậy truyền được trong môi trường thì mỗi

hạt của môi trường phải liên kiết chặt chẽ với các hạt bên cạnh, sao cho khi một hạt

dao động, sẽ kéo theo các hạt kế cận chuyển động cùng với nó và gây ra sự truyền

năng lượng trong vật liệu với vận tốc bằng khoảng 50% vận tốc sóng dọc. Với các ứng

dụng thực tế, sóng ngang chỉ có thể truyền trong chất rắn. Đó là vì, trong chất lỏng và

không khí, khoảng cách giữa các nguyên tử (hay phân tử) gọi là quãng đường tự do

trung bình rất lớn, do đó lực hút giữa chúng không đủ để khi một hạt chuyển động có

thể làm chuyển động các hạt khác, do đó sóng tắt dần rất nhanh.

Vận tốc truyền sóng dọc P lớn hơn vận tốc của sóng cắt. Dựa vào những đặc tính

này khi đo đạc ta có thể phân biệt được các loại sóng bị trộn lẫn nhau này.

- Sóng mặt: có thể là sóng Rayleigl hoặc sóng Love

Hình 2.3. Mô phỏng sóng Rayleigh và sóng Love

+ Sóng Rayleigh: Đó là loại sóng chỉ có thể truyền dọc theo bề mặt liên kết

một phía bởi các lực đàn hồi mạng của vật rắn và phía kia bởi các lực đàn hồi gần như

không có giữa các phần tử khí. Sóng mặt vì vậy gần như không tồn tại trong vật rắn

nhúng chìm trong chất lỏng, trừ trường hợp chất lỏng bao quanh bề mặt chất rắn là

một lớp rất mỏng. Sóng mặt có vận tốc khoảng 90% vận tốc sóng ngang tương ứng

trong cùng vật liệu và chỉ có thể truyền trong một lớp không dày hơn nửa bước sóng

tính từ bề mặt ở chiều sâu này, năng lượng của sóng chỉ khoảng 4% năng lượng bề mặt

và biên độ của dao động giảm nhanh tới giá trị có thể bỏ qua ở các độ sâu lớn hơn.

+ Sóng Love: Nếu sóng mặt được truyền vào vật liệu, có độ dày bằng hoặc nhỏ

hơn 3 lần bước sóng, thì sẽ xuất hiện một loại sóng khác gọi là sóng Love (sóng tấm).

Vật liệu bắt đầu dao động cả tấm, có nghĩa sóng chiếm toàn bộ chiều dày của vật.

Khác với sóng dọc, sóng ngang hay sóng mặt, vận tốc của sóng Love trong vật liệu

không những chỉ phụ thuộc vào tính chất của vật liệu mà còn phụ thuộc vào chiều dày,

tần số và dạng sóng. Sóng Love tồn tại với nhiều dạng phức hợp của chuyển động của

hạt. Hai dạng cơ bản của sóng Love là: Dạng đối xứng hay dạng co dãn, dạng phản đối

xứng hay dạng uốn. Dạng của sóng được xác định theo sự đối xứng hay phản đối xứng

của chuyển động của hạt đối với trục trung hoà của vật thử. Trong sóng Love đối xứng

có sự dịch chuyển của hạt dọc theo trục trung hoà và dịch chuyển ellip trên các bề mặt.

2.4. Các phƣơng trình cơ bản và phƣơng trình truyền sóng của môi trƣờng đàn

hồi.

2.4.1. Các liên hệ cơ bản của môi trường đàn hồi.

Bê tông xi măng được xem là vật liệu đàn hồi có hai thông số là mô đun đàn hồi

Ebt và hệ số Poisson µ. Xét phân tố tách ra khỏi môi trường đàn hồi (hình 2.11). Do

môi trường là liên tục cho nên có thể xét các điều kiện cân bằng của phân tố [31]

Các ứng suất tác dụng lên bề mặt phân tố bao gồm:

Hình 2.4 Các ứng suất tác dụng lên phân tố bê tông

- Các ứng suất pháp: x, y, z

- Các ứng suất tiếp: xy = yx; xz = zx; yz= zy

Gọi u, v, w là các chuyển vị của trọng tâm phân tố theo các chiều x, y, z. Xem

các chuyển vị là nhỏ so với kích thước vật thể thì các biến dạng của phân tố xác định

theo các phương trình Cauchy như sau:

(2.24 )

Liên hệ giữa trạng thái ứng suất và trạng thái biến dạng như sau:

(2.25 )

; trong đó: G là mô đun trượt:

 - Biến dạng thể tích: ,

Đối với bài toán động lực học, theo nguyên lý D'Alembert, tại mỗi điểm trong

bê tông cần phải xét lực quán tính xác định như sau:

(2.26 )

Trong (2.26),  là khối lượng đơn vị của BTXM, fx ; fy; fz lần lượt là các lực

quán tính theo 3 phương của hệ tọa độ vuông góc (x,y, z).

2.4.2. Xây dựng các phương trình vi phân cân bằng và các phương trình truyền

sóng theo PPNLCT Gauss.

2.4.2.1. Nguyên lý cực trị Gauss.

Nguyên lý cực trị Gauss (NLCT Gauss) là một nguyên lý cực trị của cơ học

được Gauss K.F (1777-1855) phát biểu vào năm 1829 với nội dung như sau [5], [6]:

"Chuyển động của hệ chất điểm, có liên kết tùy ý chịu tác động của lực bất kỳ, trong

mỗi thời điểm xảy ra phù hợp với khả năng cao nhất có thể với chuyển động mà các

chất điểm đó có thể thực hiện được nếu chúng hoàn toàn tự do, có nghĩa là nó xảy ra

với lượng cưỡng bức nhỏ nhất nếu như số đo lượng cưỡng bức trong thời đoạn vô

cùng bé lấy bằng tổng của tích khối lượng của mỗi chất điểm với bình phương độ lệch

vị trí của chúng so với vị trí khi chúng tự do".

Biểu thức lượng cưỡng bức ở dạng hình học của NLCT Gauss viết như sau:

(2.27)

trong đó Bi là vị trí mà chất điểm i có được khi chuyển động tự do và Ci là vị trí

khi chất điểm đó chuyển động có liên kết sau thời gian vô cùng bé dt.

Dấu  là dấu tổng lấy theo số chất điểm của hệ. Như vậy bài toán xác định

chuyển động của hệ chất điểm theo NLCT Gauss dẫn đến tìm cực trị của biểu thức

lượng cưỡng bức dưới dạng hình học. Dưới dạng lực, biểu thức lượng cưỡng bức của

NLCT Gauss được viết như sau:

(2.28)

Trong đó:

Fi: là lực tác dụng lên chất điểm i

: là gia tốc của chất điểm i đạt được nếu nó tự do.

Mặt cắt chịu tác động của lực (nội lực hoặc ngoại lực) có liên kết hoặc tự do sẽ

bị chuyển động (chuyển vị, biến dạng) với các độ cứng tương ứng với lực tác dụng.

Như vậy trong một khía cạnh nào đó, có thể xem khái niệm mặt cắt tương ứng với khái

niệm chất điểm trong cơ học lý thuyết.

- Có thể nói rằng tư tưởng của NLCT Gauss là so sánh chuyển động của hệ chất

điểm có liên kết tùy ý với chính nó khi hoàn toàn tự do theo nghĩa lượng cưỡng bức

(ràng buộc) tối thiểu. Nếu ta biết chuyển động của một trong hai trạng thái chuyển

động của hệ thì có thể biết chuyển động của hệ ở trạng thái kia.

- Đặc điểm chuyển động của hệ vật rắn biến dạng khác so với hệ chất điểm là

lực không những gây ra chuyển động theo phương tác động của nó mà còn gây ra

chuyển động (chuyển vị, biến dạng) trong mặt phẳng trực giao với nó qua hệ số nở

ngang (Poisson) của vật liệu.

2.4.2.2. Xây dựng phương trình vi phân cân bằng.

Theo định lý Helmholtz, đối với môi trường liên tục, xác lập ba chuyển động:

chuyển động tịnh tiến; chuyển động biến dạng và chuyển động xoay. Ta có thể xét loại

chuyển động biến dạng của phân tố đàn hồi như sau (hình 2.12):

(a) (b)

Hình 2.5. Lực tác dụng lên phân tố có liên kết (a),phân tố hoàn toàn tự do (b)

Phân tố tách ra từ môi trường có các chuyển động:

Biến dạng theo chiều x, x có độ cứng 2G

Biến dạng theo chiều y, y có độ cứng 2G

Biến dạng theo chiều z, z có độ cứng 2G

Biến dạng thể tích  = x + y +z liên quan tới hệ số Poisson µ # 0, có độ cứng

Biến dạng trượt xy có độ cứng G

Biến dạng trượt xz có độ cứng G

Biến dạng trượt yz có độ cứng G

Phân tố còn chịu tác dụng của các lực khối bx, by, bz và các lực quán tính fx, fy,

fz (xem là các ngoại lực cản, có chiều ngược với chiều lực khối) gây ra các chuyển vị

u, v, w tương ứng (hình 2.5a). Độ cứng của chuyển động tịnh tiến này chưa biết.

Xét phân tố hoàn toàn tự do (hình 2.5b) chịu tác dụng của các ngoại lực bx, by,

bz và fx, fy, fz giống như phân tố tách ra từ môi trường. Phân tố này không liên kết với

các phân tố lân cận nó lên trạng thái biến dạng bằng không. Do có lực (fz-bz) tác dụng,

nên phân tố có chuyển động w0 và w0 (không có gối tựa). Để xác định ta có thể đặt

lò xo có độ cứng kz mà không làm thay đổi chuyển động của phân tố bởi vì kz 0:

(2.29)

Ta cũng thêm liên kết lò xo có hệ số độ cứng kz theo chiều z vào phân tố cần tính

(phân tố tách ra từ môi trường).

Với lập luận tương tự, ta có thể đặt các lò xo kx, ky theo chiều x, y, mà không

làm thay đổi chuyển động phân tố bởi vì kx 0, ky0.

(2.30)

(2.31)

Theo NLCT Gauss, lượng cưỡng bức (chuyển động) Z của vật thể đàn hồi có

thể tích V được viết như sau:

(2.32)

Ta xét tích phân của hàm Z:

(2.33a)

Vì tích phân này nằm trong bài toán tìm min nên ta có:

(2.33b)

Tương tự ta có:

(2.33c)

(2.33d)

Lượng cưỡng bức Z bây giờ được viết như sau:

(2.34)

Phiến hàm Z chứa ba hàm ẩn cần xác định là u, v, w. Thực hiện phép tính biến

phân phiến hàm Z theo hàm u ta có phương trình sau (phương trình Euler của phép

tính biến phân):

(2.35)

Rút gọn biểu thức trên ta có:

(2.36)

(2.37)

(2.38)

trong các công thức trên: 2 - toán tử Laplace:

Như vậy, áp dụng Phương pháp NLCT Gauss đối với chuyển động biến dạng

phân tố đàn hồi 3 chiều, tác giả nhận được ba phương trình vi phân cân bằng của hệ

đàn hồi (phương trình Navier) giống như các phương trình vi phân cân bằng được trình

bày trong tài liệu viết về lý thuyết đàn hồi [31]

2.4.2.3. Xây dựng phương trình truyền sóng

Ta có thể phân tích chuyển động của phân tố đàn hồi thành chuyển động về biến

dạng thể tích và chuyển động xoay như vật thể cứng của phân tố quanh các trục x, y, z.

Ở phương pháp thứ nhất ta xét riêng các biến dạng x, y, z có độ cứng 2G.Từ

các biến dạng này ta nhận được biến dạng thể tích có độ cứng 2G. Như vậy phân tố

đàn hồi có hai loại biến dạng thể tích: biến dạng thể tích có độ cứng 2G và biến dạng

thể tích liên quan đến hệ số Poison có độ cứng ta có:

(2.39)

Như vậy độ cứng của biến dạng thể tích bằng

Thay cho các tác dụng xy, xz, yz gây biến hình phân tố nhưng không làm thay

đổi biến dạng thể tích, ta có thể dùng các góc xoay như vật cứng của phân tố quanh

các trục tọa độ x, y,z, ta có :

(2.40)

x, y, z lần lượt là góc xoay quanh các trục x, y, z có độ cứng G tương tự như

biến dạng cắt.

Phân tố đàn hồi có 4 chuyển động biến dạng thể tích: , các góc xoay x, y,

z, độc lập với nhau và có thể hiểu là các biến dạng tổng quát. Do đó ta viết được các

lực quán tính tương ứng.

(2.41)

Ta xét biến dạng thể tích . Nếu như phân tố hoàn toàn tự do, không có liên kết

với các phân tố quanh nó thì:

(2.42)

Ngược lại khi phân tố nằm trong môi trường đàn hồi:

(2.43)

Do đó ta có thể viết lượng cưỡng bức chyển động  như sau:

(2.44)

Phương trình Euler của phiến hàm Z sẽ là:

(2.45)

Trường hợp bài toán động lực học thì xét thêm lực quán tính, ta có:

(2.46)

hay (2.47)

hay (2.48)

với (2.49)

vp là vận tốc sóng nén (sóng dọc) truyền theo ba phương, quỹ đạo chuyển động

của các hạt theo phương truyền sóng. Phương trình (2.48) là phương trình truyền sóng

dọc (sóng nén).

Xét góc xoay x. Nếu như phân tố hoàn toàn tự do thì:

(2.50)

Ngược lại trong môi trường đàn hồi, do có liên kết với các phân tố xung quanh

nên: (2.51)

Do đó ta viết lượng cưỡng bức của chuyển động xoay quanh trục x như sau:

(2.52)

Phương trình Euler của phiếm hàm Z sẽ là:

(2.53)

Trường hợp bài toán động lực học thì xét thêm lực quán tính, ta có:

(2.54)

(2.55)

hay (2.56)

với (2.57)

vs có thứ nguyên là vận tốc và đó là vận tố sóng cắt truyền theo trục x. Quỹ đạo

chuyển động của các hạt nằm trong mặt phẳng đứng yz. Phương trình (2.56) là phương

trình truyền sóng cắt.

Tương tự ta có:

(2.58)

Đây là phương trình truyền sóng theo phương y, quỹ đạo chuyển động của các

hạt nằm trong mặt phẳng đứng yz.

(2.59)

Đây là phương trình truyền sóng theo phương z, quỹ đạo chuyển động của các

hạt nằm trong mặt phẳng nằm ngang xy.

Như vậy áp dụng Phương pháp NLCT Gauss đối với chuyển động biến dạng thể

tích và chuyển động xoay như vật thể cứng của phân tố quanh các trục x, y, z tác giả

nhận được 4 phương trình truyền sóng (2.48), (2.56), (2.58),(2.59). Đối với mỗi phần

tử dao động sẽ đồng thời các dạng sóng, tuy nhiên trong khi ứng dụng thực tế ứng với

dạng sóng qua nghiên cứu thử nghiệm các nhà khoa học đã khai thác chế tạo các thiết

bị đo đạc tách riêng được từng loại sóng từ đó đánh giá được các đặc trưng cơ học của

tấm.

- Các ứng dụng đo đạc

+ Sử dụng đặc trưng của sóng cắt dùng cho việc đo đạc độ võng mặt đường

trong phương pháp đánh giá sức chịu tải mặt đường (FWD) được trình bày ở chương 4

Hình 2.6. Mô tả ứng dụng truyền sóng trong phương pháp đo FWD

+ Sử dụng đặc trưng sóng nén trong đo đạc vận tốc truyền, chiều dày lớp bê

tông mặt đường (phương pháp tiếng vọng), được trình bày ở chương 3

2.5. Kết luận chƣơng 2

- Qua phân tích cho thấy các thông số đặc trưng cho mặt đường BTXM có quan

hệ với khả năng chịu tải của mặt đường như: Mô đun đàn hồi nền (hoặc hệ số phản lực

nền), mô đun đàn hồi tấm BTXM, , hệ số possion, chiều dày tấm bê tông...

- Khi sử dụng qua tải tạo va chạm sẽ kích thích dao động các phần tử trong tấm

bê tông dao động, nếu gắn các thiết bị đo dao động tại các vị trí như lý thuyết đã phân

tích sẽ thu được chậu võng. Các hãng sản xuất đã nghiên cứu chế tạo thành công hệ

thiết bị đo FWD với các cảm biến đo gia tốc do vậy không cần có điểm „0‟ vẫn có thể

xác định được độ võng của tấm.

- Từ tương quan tải trọng tác dụng và chậu võng mặt đường có thể xác định

được các thông số Mô đun đàn hồi các lớp vật liệu thông qua bài toán ngược.

- Mô đun đàn hồi của nền đường thông qua đo đạc động cần phải xây dựng

tương quan để quy đổi thành mô đun đàn hồi tĩnh mới có thể áp dụng tính toán sức

chịu tải mặt đường BTXM theo quy định của tiêu chuẩn.

- Đo đạc tương quan lực và chậu võng xác định được mô đun đàn hồi của tấm

tuy nhiên, phải nghiên cứu thực nghiệm xây dựng hệ số tương quan giữa mô đun đàn

hồi và cường độ chịu kéo khi uốn.

- Qua phân tích cho thấy ngoài việc ứng dụng nguyên lý truyền sóng cắt đo đạc

chậu võng còn có thể nghiên cứu khai thác xác định độ đồng nhất, chiều dày của tấm

thông qua nguyên lý truyền sóng dọc.

CHƢƠNG 3. THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ PHÙ HỢP PHỤC VỤ

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM

3.1. Nghiên cứu chế tạo thiết bị đo kiểm tra chiều dày, đánh giá độ đồng nhất của

BTXM-TOTC1.

3.1.1. Mục tiêu nghiên cứu chế tạo thiết bị

Như phân tích ở mục 1.8 chương 1 và chương 2 cho thấy việc xác định được

chiều dày (h) lớp BTXM mặt đường bằng phương pháp không phá hủy là cần thiết.

Hiện nay ở Việt Nam để đo đạc kiểm tra chiều dày phải sử dụng phương pháp khoan

lỗ nhược điểm của phương pháp phá hủy này làm tổn hại đến kết cấu, thời gian thí

nghiệm kéo dài, chi phí thí nghiệm cao, chỉ kiểm tra mang tính cục bộ. Phương pháp

không phá hủy được ưu tiên nghiên cứu đòi hỏi phải đáp ứng được các mục tiêu như

- Xây dựng được thiết bị đo với các môđun hiện có, lập phần mềm thu thập và

xử lý số liệu phù hợp với tiêu chuẩn [36].

- Đo và vẽ được biểu đồ thu thập được từ cảm biến đo dao động, xử lý kết quả

đo tính toán được vận tốc truyền sóng trong bê tông. Phân tích phổ tần số, áp dụng

công thức vật lý tính toán chiều dày tấm bê tông mô hình.

- Hoàn thiện hệ thiết bị cùng phần mềm xử lý phù hợp để có thể ứng dụng kiểm

tra khảo sát tấm bê tông mặt đường đang khai thác.

Các bước thực hiện để đạt được mục tiêu:

- Nghiên cứu khảo sát các dạng hư hỏng, khuyết tật thực tế gặp phải: bê tông bị

xốp, bị rỗng, bị nứt, bị hỏng phía dưới từ đó chế tạo mô hình mô tả dạng hư hỏng đó

trong phòng thí nghiệm.

- Đúc mẫu mô hình thử nghiệm, tạo ra khuyết tật trong mô hình.

- Xác định khuyết tật đã biết trước trên mô hình mẫu thử. Nâng cao kỹ năng xử

lý và đánh giá khuyết tật.

- Lựa chọn thiết bị đo phù hợp: tốc độ lấy mẫu, độ nhạy của cảm biến

- Thông qua thử nghiệm xác định cách thức tác động tải trọng, vị trí tác động,

lực tác động phù hợp đảm bảo độ chính xác (khuyết tật đã biết trước).

- Thử nghiệm đánh giá những yếu tố ảnh hưởng đến kết quả thử nghiệm trên

mẫu thử.

- Từng bước hoàn thiện thiết bị theo hướng tiện dụng cho người sử dụng (mang

tính thương mại, người khác có thể sử dụng được không phụ thuộc vào nghiên cứu sinh).

- So sánh với thiết bị chuyên dùng của hãng có uy tín để hoàn thiện thiết bị và

xây dựng phương pháp đo phù hợp

3.1.2. Nguyên lý hoạt động.

- Mô tả mô hình thử

Hình 3.1. Mô phỏng nguyên lý hoạt động của thiết bị

Mô tả: Xung lực tác động đột ngột ở một điểm trên bề mặt vật thể, như va chạm,

nguồn kích thích sẽ lan truyền trong vật thể 3 loại sóng ứng suất khác nhau: sóng dọc

(sóng P), sóng ngang (sóng S) và sóng R. (Rayleight).

Phản xạ ở mặt tiếp xúc: Khi sóng biến dạng trong vật liệu tới mặt phân cách với

vật liệu 2, một phần sóng tới phản xạ lại. Biên độ phản xạ là của góc tới và cực trị khi góc là 900 (phương pháp tuyến). Hệ số phản xạ cho phương pháp tuyến, Rpx, được cho như sau [51].

(3.1)

Z1: trở kháng âm của vật liệu 1

Z2: trở kháng âm của vật liệu 2

Trở kháng âm có quan hệ với tốc độ sóng và mật độ khối lượng của vật liệu. Các

giá trị gần đúng của trở kháng âm Z cho một số vật liệu [51].

Bảng 3.1. Bảng giá trị trở kháng âm với các loại vật liệu theo [52]

Vật liệu Trở kháng âm kg/(m4s)

Không khí 0.4

Nước 0.5 x106

Đất 0.3 đến 4 x 106

Bê tông 7 đến 10 x 106

Thép 47x 106

Vì vậy, khi sóng ứng suất truyền qua bê tông có mặt đối diện tiếp xúc với không

khí, đa phần sẽ phản xạ lại ở mặt phân cách. Đây là cơ sở rất quan trọng dẫn đến thành

công của phương pháp định vị khuyết tật trong vật thể.

- Nguyên lý đo và xử lý số liệu

Để xử lý số liệu, sử dụng việc phân tích tần số trên cơ sở phân tích khoảng thời

gian trên biểu đồ ghi dạng sóng

Hình 3.2. Nguyên lý phân tích tần số

Nguyên lý của việc phân tích tần số được minh hoạ trên hình 3.2. Sóng P được

sinh ra từ va chạm và phản xạ nhiều lần giữa bề mặt thử và mặt phân cách. Do vậy khi

biết chiều dày tấm, đo phân tích tần số sẽ xác định được vận tốc truyền. Ngược lại khi

biết vận tốc truyền sóng, đo phân tích tần số sẽ xác định được chiều dày tấm.

- Phương pháp xác định khuyết tật lớn trong tấm bê tông.

(b)

Hình 3.3. Mô tả sự va chạm của viên bi với bề mặt tấm để xác định khuyết

tật lớn trong tấm bê tông

Hình 3.3a viên bi va chạm với bề mặt của tấm bê tông sinh ra sóng ứng suất

truyền trong tấm bê tông đồng nhất không có khuyết tật. Khi sóng ứng suất đi tới đáy

của tấm, dưới đáy của tấm là vật liệu có trở kháng âm khác với bê tông, sóng ứng suất

bị dội ngược lại và lại truyền tới mặt phía trên. Khi tới mặt phía trên, cảm biến sẽ nhận

được có biên độ xung khá lớn. Vì phía trên là không khí có trở kháng âm nhỏ hơn bê

tông nên sóng ứng suất lại bị dội lại phía đáy và chu trình cứ lặp lại tới khi năng lượng

của sóng ứng suất bị suy giảm hết. Sử dụng phần mềm vẽ biểu đồ, ta quan sát được

dạng sóng. Với chất lượng bê tông tốt, đồng nhất sẽ nhận được dạng sóng thưa và đều

(do sóng phải đi hết quãng đường là chiều dày tấm bê tông).

Hình 3.3 b mô tả hình ảnh tấm bê tông bị phân tầng, khuyết tật là vùng bê tông

bị xốp hoặc rỗng. Tương tự như ở dạng a nhưng ở trường hợp này sóng ứng suất

không truyền xuống đáy tấm mà chỉ truyền tới vùng bị khuyết tật và phản hồi ngay về

bề mặt phía trên của bê tông. Vì quãng đường đi của sóng ứng suất ngắn hơn dẫn tới

hình dạng của biểu đồ thu được mau hơn (tần số cao hơn).

Dựa vào tần số dao động của sóng ứng suất có thể đánh giá được vị trí khuyết

tật (khuyết tật cách bề mặt tấm bê tông bao nhiêu).

Đối với một tấm bê tông có diện tích lớn tại hiện trường ta cần phải khoanh

vùng kiểm tra, ưu tiên kiểm tra những vùng bất lợi nhất về chịu lực. Khi thấy biểu đồ

sóng bất thường cần xem xét kỹ và có thể kết hợp với phương pháp kiểm tra khác.Có

thể tiến hành khoan mẫu tại vị trí phát hiện khuyết tật để đánh giá thêm.Việc này rất có

ý nghĩa vì nếu chỉ dùng phương pháp khoan lấy mẫu người kiểm tra sẽ khó đánh giá

đúng được chất lượng tại hiện trường.

- Phương pháp xác định khuyết tật nhỏ trong tấm bê tông

(a) (b)

Hình 3.4. Mô tả sự va chạm của viên bi với bề mặt tấm để xác định khuyết tật nhỏ

trong tấm bê tông

Viên bi va chạm với bề mặt của tấm bê tông sinh ra sóng ứng suất truyền trong

tấm bê tông đồng nhất không có khuyết tật. Có được dạng biểu đồ sóng ứng suất và

biểu đồ mật độ phổ như hình 3.4 a.

Hình 3.4 b mô tả hình ảnh tấm bê tông bị phân tầng, khuyết tật là vùng bê tông

bị xốp hoặc rỗng nhưng kích thước nhỏ. Ở trường hợp này sóng ứng suất truyền gặp

khuyết tật cản trở sẽ phản xạ lại bề mặt phía trên, một phần vẫn truyền xuống đáy

nhưng quãng đường đi dài hơn ở trường hợp a. Vì vậy trên biểu đồ thu được vừa có

dạng sóng của phản xạ đáy vừa có dạng sóng của phản xạ khuyết tật. Chính vì vậy

biểu đồ không còn đều như trường hợp a. Khi xử lý phân tích phổ FFT ở trường hợp a

có 1 phổ tần số tập trung fT còn trường hợp b xuất hiện 2 phổ tần tập trung fT‟ có tần số

thấp hơn fT (do quãng đường của trường hợp a dài hơn), phổ tần tập trung fd có tần số

cao hơn fT

Dựa vào biểu đồ tần số dao động và biểu đồ dạng sóng sẽ phán đoán và đánh

giá mức độ của khuyết tật.

- Phương pháp xác định vùng rỗng phía dưới tấm bê tông

Hình 3.5 a

Hình 3.5 b

Hình 3.5. Mô tả sự va chạm của viên bi với bề mặt tấm để xác định

vùng rỗng trong tấm bê tông

Dựa vào tính chất vật lý của các loại vật liệu có trở kháng âm khác nhau dẫn tới

khả năng phản xạ của sóng ứng suất là khác nhau. Sóng ứng suất truyền qua bê tông

đến mặt đáy, nếu mặt đáy là đất hoặc tấm ngăn cách, dạng sóng phản xạ như hình 3.5

a. Nếu mặt đáy của bê tông là không khí dạng sóng phản xạ và tần số như hình 3.5 b.

Công tác đánh giá này đòi hỏi kinh nghiệm đọc biểu đồ và kỹ năng rất khó.

Các lỗ hổng ở phía dưới tấm có thể do rất nhiều nguyên nhân. Nếu tấm bị hổng

ở dưới, trường hợp này sẽ thay đổi sơ đồ làm việc của tấm và đây là một trong những

điều bất lợi nhất khi khai thác có tải trọng lớn chạy qua. Chính vì thế việc phát hiện

sớm được các khuyết tật này sẽ có được phương án xử lý kịp thời như: Nâng tấm xử

lý, khoan bơm bổ xung lấp đầy lỗ hỏng... Đặc biệt trong đường cất hạ cánh của các sân

bay việc phát hiện này có ý nghĩa rất lớn mà các phương pháp nghiệm thu đánh giá

thông thường không phát hiện được.

3.1.3. Thiết kế hệ thiết bị thí nghiệm

Đầu đo gia tốc

Nguồn nuôi

Sơ đồ nguyên lý của thiết bị đo

. . . .

Đầu đo gia tốc

Card ADC

Hình 3.6. Sơ đồ khối thiết bị đo TOTC-01

- Đầu đo gia tốc sử dụng 2 đầu đo (linh kiện IC chính- hãng Wilconxon Rearch)

- Bộ nguồn và chuyển tín hiệu dao động (Vibration transmitter) của hãng

Instrument

- Bộ chuyển đổi tín hiệu ADC Ni 6215 của hãng Nationnal Instruments.

- Phần mềm thu thập số liệu viết trên nền LabView SignalEpress

- Phần mềm xử lý số liệu viết trên nền Matlab 8.0.

- Tốc độ lấy mẫu ADC1.25 MHz

Lựa chọn phương án thiết kế tích hợp các môđun của các hãng sản xuất uy tín

trên thế giới để tận dụng được ưu điểm, giảm giá thành và không vi phạm bản quyền

công nghiệp.

3.1.4. Đo đạc thử nghiệm trên mô hình trong phòng thí nghiệm

Hình 3.7. Ảnh mẫu và cảm biến đo

Thử nghiệm với các loại cảm biến khác nhau, thay đổi cách tác động lên mẫu,

vị trí tác động. So sánh kết quả đo ở vị trí bị khuyết tật và vị trí không bị khuyết tật

theo lý thuyết và thực tế đo đạc.

Nguyên tắc: Khi viên bi va chạm 1 xung lực vào bề mặt của tấm bê tông, sóng

ứng suất truyền đi trong tấm tới khi gặp phải mặt đáy của tấm. Do từ mặt đáy chuyển

sang môi trường có trở kháng âm khác, một phần bị phản xạ lại và di chuyển tới mặt

phía trên của tấm bê tông và cảm biến đo dao động sẽ nhận biết được 1 dao động. Khi

sóng ứng suất tới mặt phía trên (mặt phía trên của tấm là không khí) sóng ứng suất lại

bị phản xạ lại tiếp theo 1 chu kỳ mới. Lặp đi lặp lại như thế tới khi năng lượng bị tổn

hao. Chính vì thế chỉ cần 1 va chạm của viên bi tới tấm có thể tạo ra hàng nghìn chu

kỳ trong thời gian ngắn. Nhờ có cảm biến đo dao động với độ nhạy rất cao có thể thu

nhận được dao động của sóng ứng suất.

Mối quan hệ vật lý:

+ Quãng đường đi của sóng (bằng 2 lần chiều dày tấm) kết thúc 1 chu kỳ sóng.

+ Tần số dao động là số lần dao động trong 1s

+Vận tốc bằng quãng đường chia cho thời gian.

(3.2)

trong đó h: chiều dày tấm

v: vận tốc truyền sóng

f: tần số dao động chính

Tại một vị trí đã biết được chiều dày (đo bằng thước thép), tần số dao động

(thông qua phân tích FFT) sẽ tính được vận tốc truyền sóng.

Với giả thiết bê tông đồng nhất có vận tốc truyền không đổi đo tiếp các vị trí,

xử lý kết quả thấy tần số thay đổi khi đó kết hợp với biểu đồ dao động phán đoán các

xảy ra các trường hợp sau:

+ Tần số chủ tăng, xuất hiện đi kèm là phổ tần số nhỏ hơn thì gặp phải khuyết

tật nhỏ (xem hình mô tả). Một phần sóng ứng suất vẫn truyền xuống được tấm đáy và

phản xạ lên tuy nhiên quãng đường đi dài hơn dẫn tới có thêm phổ tần số thấp hơn

(a) (b)

Hình 3.8. Mô phỏng dạng sóng vùng không (a) và vùng có (b) khuyết tật

+ Tần số chủ tăng không kèm theo tần số khác. Khi đó gặp chiều dày đột ngột

thay đổi hoặc tấm bị phân tầng với diện tích lỗ rỗng lớn (lớp ngăn cách làm cho sóng

đi qua truyền xuống lớp tiếp theo sẽ không có sóng phản xạ hồi về cảm biến).

Kết quả và mô hình đo với khu vực không có khuyết tật.

Phổ tần số chính thu được bằng: 7025 Hz.

Với chiều dày đo được bằng thước thép h=0,305m. Vận tốc truyền sóng nén

tính toán được theo công thức ta có v = h x 2f = 4285 m/s.

Hình 3.9. Mô phỏng truyền sóng không có khuyết tật

Hình 3.10. Ảnh thể hiện kết quả đo đạc vùng không khuyết tật

Đo tại một số điểm khác trên tấm (vùng không có khuyết tật) kết quả lần lượt

thu được:

tại M1D2: tần số đo được f=7026 Hz, giả thiết bê tông đồng nhất tính toán được

chiều dày h = 0,3049 m

tại điểm M1D3: tần số đo được f= 7026 Hz giả thiết bê tông đồng nhất tính toán được

chiều dày h = 0,3049 m

tại điểm M1D4: tần số đo được f= 7035 Hz giả thiết bê tông đồng nhất tính toán

được chiều dày h = 0.3045 m.

Kết quả và mô hình đo với khu vực có khuyết tật.

Hình 3.11. Mô phỏng truyền sóng có khuyết tật

Hình 3.12. Ảnh thể hiện kết quả đo đạc vùng có khuyết tật

Tại điểm M2D1: tần số thu được có phổ tần f= 12,670 Hz (dạng đồ thị và dạng

phổ tần số thu được khác hẳn so với điểm M1D1 không có khuyết tật. Vùng khuyết tật

thu được phổ tần số cao hơn vì quãng đường đi của sóng ứng suất ngắn hơn dẫn đến

thời gian trong 1 chu kỳ ngắn hơn và dẫn đến tần số cao hơn. Vì tấm bê tông đổ cùng

mẻ trộn (tạo ra khuyết tật bằng cách chèn thêm 1 tấm gỗ vào) do đó giả thiết tấm bê

tông đồng nhất (có vận tốc sóng nén bằng nhau). Khi đó tính toán khoảng cách

h=0,17m. Trong thực tế đo bằng thước thép khoảng cách h=0,19 m

Tại điểm M2D2: f =12,670 Hz tương ứng h =0,17 m.

Hình 3.13. Ảnh thể hiện kết quả đo đạc trên mẫu M2D3

Tại điểm M2D3: tần số f= 12,700 Hz tương ứng với h = 0,17 m

Hình 3.14. Ảnh thể hiện kết quả đo đạc trên mẫu M2D3

Nhận xét: Qua việc thử nghiệm trên mô hình, việc xác định khuyết tật là hoàn

toàn thực hiện được.

Ứng dụng xác định khuyết tật là vết nứt thẳng đứng trong tấm

Thí nghiệm gõ viên bi và đầu cảm biến cùng một bên so với vết nứt thẳng đứng.

Thu được biểu đồ kết quả:

Hình 3.15. Mô tả đo đạc cùng phía với vết nứt

Thí nghiệm với cách gõ viên bi sao cho vết nứt nằm giữa vị trí gõ và cảm biến đo

Hình 3.16. Mô tả đo đạc tác động qua vết nứt

Nhận xét: Khi có vết nứ hết chiều dày tấm không còn thấy tần số f=11,460 Hz

xuất hiện.

Ứng dụng xác định vận tốc truyền sóng trong mẫu khoan và tương quan về cường

độ

Hình 3.17. Mô tả thí nghiệm xác định tương quan vận tốc truyền

và cường độ BTXM

Chiều dày mẫu khoan M6 có h= 22 cm, tần số đo được f =9354 Hz, vận tốc

truyền tính toán bằng: 4115 m/s. Cường độ chịu nén của bê tông thông qua thí nghiệm

nén mẫu theo tiêu chuẩn TCVN 3118-93 quy về mẫu chuẩn 15x15x15 cm: 33MPa.

Hình 3.18. Kết quả thí nghiệm trên mẫu khoan M2

Chiều dày mẫu khoan M2 có h= 22.5 cm, tần số đo được f =9491 Hz, vận tốc

truyền tính toán bằng: 4270 m/s. Cường độ chịu nén của bê tông thông qua thí nghiệm

nén mẫu theo tiêu chuẩn TCVN 3118-93 quy về mẫu chuẩn 15x15x15 cm: 35,5 MPa.

3.1.5. So sánh đối chứng với thiết bị thương mại

- Thiết bị kiểm tra đối chứng:

+ Máy NDE-360 hãng Olson Instruments- Mỹ

Hình 3.19. Thiết bị đo đạc chuyên dùng NDE-360 IMPact Echo

+ Đáp ứng tiêu chuẩn ASTM C1383-2004

+ Khả năng xác định độ dày bê tông sâu đến 1m

+ Độ chính xác đo độ dày: ±2% (khi đã được hiệu chuẩn trên một độ dày đã biết)

+ Bộ nhớ trong 512 kB

+ Pin sạc cho phép hoạt động khoảng 6 giờ

+ Tín hiệu đầu vào: lên tới 4 kênh với bộ chuyển đổi tín hiệu ADC 16 bít

+ Tần số Nyquist : 250 kHz / 1 kênh

+ Hệ số khuếch đại x1, x10, x100, x1000

+ Độ dài bản ghi dữ liệu trên một kênh có thể chọn: 128, 256, 512, 1024, 2048 điểm

+ Tốc độ đo 2µs/điểm

+ Phần mềm thu thập và xử lý dữ liệu, có khả năng biểu thị dưới dạng biểu đồ 2D

trong miền thời gian và miền tần số

+ Bộ nhớ lưu dữ liệu: 256 MB

So sánh một số tính năng và ưu nhược điểm của thiết bị

Hình 3.20a. Thiết bị NDE-360 Hình 3.20b. Thiết bị TOTC-01:

IMPact Echo

Bảng 3.2. So sánh một số tính năng và ưu nhược điểm của thiết bị

Thiết bị NDE- Nội dung so Thiết bị TOTC-01.1: STT 360 IMPact Thiết bị TOTC-01 sánh Bản nâng cấp Echo

Độ chính

1 xác đo chiều ±2% ±2% ±2%

dày

Độ phân giải ADC 16 ADC Ni PCI-Mio- ADC Ni-USB 6215 2 tín hiệu (16bít) 16E-1 (12 bít) (16bít) chuyển đổi

Lưu trữ dữ Máy tính dung Máy tính dung lượng 3 Card 256 MB liệu lượng 500 GB 500 GB

Máy tính xách tay kết Máy tính để bàn do Máy chuyên nối qua cổng USB- Khá sử dụng card cắm dùng xách tay tiện dụng có thể đo 4 Tiện dụng khe PCI- Không tiện không cần máy ngoài hiện trường tuy dụng, chỉ phù hợp tính đi kèm nhiên kém hơn máy trong PTN chuyên dùng

Phần mềm Phần mềm linh hoạt Tính linh Phần mềm linh hoạt có chuyên dùng có thể thay đổi (đo hoạt trong thể thay đổi (đo chiều 5 không can chiều dày, khuyết nghiên cứu dày, khuyết tật, vận tốc thiệp (đo chiều tật, vận tốc truyền đo đạc truyền sóng) dày, khuyết tật) sóng)

Chế độ bằng tay Có 2 chế độ: tự động Thiết bị tạo 6 Tự động (dùng tay gõ viên bi hoặc nút bấm công tác va chạm xuống mặt BTXM) điện điều khiển cuộn hút

Tốc độ lấy Chưa có thông 7 1,2 triệu dữ liệu/s 1,25 triệu dữ liệu/s dữ liệu tin

Sau khi được tiếp cận với thiết bị chuyên dùng của hãng Olson Instruments- Mỹ

cho thấy thiết bị này được tích hợp dưới dạng hộp đen, chỉ có tính năng xác định chiều

dày tấm BTXM, dạng khuyết tật người đo phải cần kinh nghiệm đọc biều đồ đo để

phán đoán, cần thêm tính năng mới cho phù hợp với đối tượng đo đều phải mua thêm

phần mềm. Tuy nhiên thiết bị này có tính cơ động cao, dễ sử dụng. Qua việc so sánh

này cho thấy cần phải tiếp tục hoàn thiện bộ thiết bị TOTC-01 theo hướng tiện dụng

khi mang ra hiện trường, linh hoạt trong việc xử lý số liệu, báo cáo kết quả đo.

3.1.6. Đo đạc kiểm tra mặt đường BTXM đường Hồ Chí Minh

Bảng 3.3. Kết quả đo đạc tổng hợp các tấm BTXM đường Hồ Chí Minh

Hình ảnh thể

STT Vị trí kiểm tra Nhận xét khuyết tật hiện khuyết tật

tại phụ lục 2

Tấm BTXM tại lý trình Bê tông bị xốp ở một số vị trí, suy 1 2.27 Km934+500 lần 1 giảm vận tốc truyền <20%

Tấm BTXM tại lý trình Bê tông bị xốp ở một số vị trí, suy 2 2.28 Km934+500 lần 2 giảm vận tốc truyền <20%

Tấm BTXM tại lý trình Bê tông bị xốp ở một số vị trí, suy 3 2.29 Km934+500 lần 3 giảm vận tốc truyền <20%

Tấm BTXM tại lý trình Bê tông bị xốp ở một số vị trí, suy 4 2.30 Km934+100 lần 1 giảm vận tốc truyền đến 42%

Hình ảnh thể

STT Vị trí kiểm tra Nhận xét khuyết tật hiện khuyết tật

tại phụ lục 2

Tấm BTXM tại lý trình Bê tông bị xốp ở một số vị trí, suy 5 2.31 Km934+100 lần 2 giảm vận tốc truyền đến 42%

Tấm BTXM tại lý trình Bê tông bị xốp ở một số vị trí, suy 6 2.32 Km934+100 lần 3 giảm vận tốc truyền đến 42%

Bê tông bị xốp ở một số vị trí, suy Tấm BTXM tại lý trình 7 giảm vận tốc truyền đến 35%; phát 2.33 Km933+900 lần 1 hiện khuyết tật cách mặt 10,5cm

Bê tông bị xốp ở một số vị trí, suy Tấm BTXM tại lý trình 8 giảm vận tốc truyền đến 35%; phát 2.34 Km933+900 lần 2 hiện khuyết tật cách mặt 10,5cm

Bê tông bị xốp ở một số vị trí, suy Tấm BTXM tại lý trình 9 giảm vận tốc truyền đến 42%; phát 2.35 Km933+900 lần 3 hiện khuyết tật cách mặt 10,5cm

Tấm BTXM tại lý trình Bê tông bị xốp ở một số vị trí, suy 10 2.36 Km933-+900 lần 1 giảm vận tốc truyền đến 18%

Tấm BTXM tại lý trình Bê tông bị xốp ở một số vị trí, suy 11 2.37 Km933+900 lần 2 giảm vận tốc truyền đến 18%

Tấm BTXM tại lý trình Bê tông bị xốp ở một số vị trí, suy 12 2.38 Km933+900 lần 3 giảm vận tốc truyền đến 18%

Tấm BTXM tại lý trình Bê tông bị xốp ở một số vị trí, suy 13 2.39 Km933+100 lần 1 giảm vận tốc truyền đến 30%

Tấm BTXM tại lý trình Bê tông bị xốp ở một số vị trí, suy 14 2.40 Km933+100 lần 2 giảm vận tốc truyền đến 30%

Tấm BTXM tại lý trình Bê tông bị xốp ở một số vị trí, suy 15 2.41 Km933+100 lần 3 giảm vận tốc truyền đến 30%

Tấm BTXM tại lý trình Bê tông bị xốp ở một số vị trí, suy 16 2.42 Km932+900 lần 1 giảm vận tốc truyền đến 30%;

Hình ảnh thể

STT Vị trí kiểm tra Nhận xét khuyết tật hiện khuyết tật

tại phụ lục 2

khuyết tật cách bề mặt 10,3cm

Bê tông bị xốp ở một số vị trí, suy Tấm BTXM tại lý trình giảm vận tốc truyền đến 30%; 2.43 17 Km932+900 lần 2 khuyết tật cách bề mặt 10,3cm

Bê tông bị xốp ở một số vị trí, suy Tấm BTXM tại lý trình giảm vận tốc truyền đến 30%; 2.44 18 Km932+900 lần 3 khuyết tật cách bề mặt 10,3cm

Tấm BTXM tại lý trình Bê tông bị xốp ở một số vị trí, suy 2.45 19 Km932+500 lần 1 giảm vận tốc truyền đến 15%

Tấm BTXM tại lý trình Bê tông bị xốp ở một số vị trí, suy 2.46 20 Km932+500 lần 2 giảm vận tốc truyền đến 15

Tấm BTXM tại lý trình Bê tông bị xốp ở một số vị trí, suy 2.47 21 Km932+500 lần 3 giảm vận tốc truyền đến 15%

Bê tông bị xốp ở một số vị trí, suy Tấm BTXM tại lý trình giảm vận tốc truyền đến 32%; 2.48 22 Km932+100 lần 1 khuyết tật cách bề mặt 4cm

Bê tông bị xốp ở một số vị trí, suy Tấm BTXM tại lý trình giảm vận tốc truyền đến 32%; 2.49 23 Km932+100 lần 2 khuyết tật cách bề mặt 4cm

Bê tông bị xốp ở một số vị trí, suy Tấm BTXM tại lý trình giảm vận tốc truyền đến 32%; 2.50 24 Km932+100 lần 3 khuyết tật cách bề mặt 4cm

Hình 3.21 Biểu đồ kết quả đo BTXM tại lý trình Km934+500 (đường HCM)

3.1.7. Đo đạc kiểm tra mặt đường BTXM đường QL18 Hạ Long – Mông Dương

Bảng 3.4. Kết quả đo đạc tổng hợp các tấm BTXM QL18 Hạ Long – Mông Dương

Hình ảnh thể Chiều dày

STT Vị trí kiểm tra Nhận xét khuyết tật hiện khuyết tật trung bình

tại phụ lục 2 của tấm (cm)

Tấm BTXM tấm 94 Bê tông chất lượng

1 (Km 148+185 trái tốt, suy giảm vận tốc 2.51 23.36

tuyến) truyền <10%

Tấm BTXM tấm 96 Bê tông chất lượng

2 (Km 148+175 trái tốt, suy giảm vận tốc 2.52 23.69

tuyến) truyền <10%

Tấm BTXM tấm 97 Bê tông chất lượng

3 (Km 148+170 trái tốt, suy giảm vận tốc 2.53 24.51

tuyến) truyền <10%

Tấm BTXM tấm 98 Bê tông có tính đồng

4 (Km 148+165 trái nhất cao; có rất ít vị 2.54 23.42

tuyến) trí bị xốp

Tấm BTXM tấm số 100 Bê tông chất lượng 5 2.55 23.89 (Km 148+155 trái tốt, suy giảm vận tốc

Hình ảnh thể Chiều dày

STT Vị trí kiểm tra Nhận xét khuyết tật hiện khuyết tật trung bình

tại phụ lục 2 của tấm (cm)

tuyến) truyền <10%

Tấm BTXM tấm 103 Bê tông chất lượng

6 (Km 148+140 trái rất tốt, suy giảm vận 2.56 22.4

tuyến) tốc truyền <5%

Tấm BTXM tấm 107 Bê tông có tính đồng

7 (Km 148+120 trái nhất cao; có rất ít vị 2.57 22.87

tuyến) trí bị xốp

Bê tông có tính đồng Tấm BTXM tấm 117 8 nhất cao; có rất ít vị 2.58 23.42 (Km 148+70 trái tuyến) trí bị xốp

Bê tông có tính đồng Tấm BTXM tấm 124 9 nhất cao; có rất ít vị 2.59 23.63 (Km 148+35 trái tuyến) trí bị xốp

Hình 3.22 Tấm số 94-trái tuyến, thí nghiệm theo phương ngang đường-dọc ở giữa

tấm (chiều dày tấm 23.36cm; chất lượng bê tông thi công tốt).

3.1.8. Những vấn đề ảnh hưởng đến kết quả đo và phương án xử lý.

+ Nguồn kích thích dao động có ảnh hưởng nhiều đến sự phân tán của số liệu.

Thực nghiệm với nhiều kích cỡ tải tác dụng: sử dụng quả chì thả rơi, bi thép các cỡ

cho thấy diện tiếp xúc càng bé cho kết quả đo đạc chính xác. Tuy nhiên nếu kích thước

quá bé không đủ năng lượng va chạm cảm biến không đủ độ nhạy để số liệu. Nghiên

cứu sinh đã thử nghiệm với cảm biến có độ nhạy 1000mV/G thì nên sử dụng viên bi

tạo va chạm có đường kính 5mm là phù hợp cho tấm dày đến 30cm, viên bi có đường

kính 5-:-10mm cho tấm có chiều dày từ 30-50cm.

+ Vấn đề lựa chọn vị trí tác động: Khoảng cách giữa điểm va chạm và đầu đo là

quan trọng nếu khoảng cách quá lớn sẽ không thu được sự phản xạ của sóng P, và mối

quan hệ đơn giản thể hiện không áp dụng được. Nếu khoảng cách quá nhỏ, tương ứng

sẽ là sóng mặt. Trên cơ sở thực nghiệm nghiên cứu sinh nhận thấy vị trí tác động tải

trọng cách cảm biến đo tối thiểu 40mm và tối đa không quá 0.4 chiều dày tấm số liệu

có độ chụm cao. Cách thử: đặt cảm biến cố định, gõ viên bi ở các vị trí khác nhau. Do

vậy nghiên cứu sinh thiết kế bộ tạo va chạm cách với cảm biến đo 50mm sẽ dễ đáp

ứng các loại tấm bê tông mặt đường.

+ Ảnh hưởng của tốc độ lấy mẫu dữ liệu: Ví dụ, đối với tốc độ sóng v 4000 m/s

và chiều dày tấm 0.2 m, tần số tương ứng đo được sẽ là 10 kHz. Do vậy để đạt được

sai số 1% thì thiết bị phải có tần số lấy mẫu 1000 kHz (1MHz). Nghiên cứu sinh đã lựa

chọn bộ thu thập số liệu Ni 6215 có khả năng lấy mẫu 1.25 MHz.

3.2. Nghiên cứu chế tạo thiết bị đo độ cập kênh giữa hai tấm bê tông qua khe nối

TOTC-02

3.2.1. Mục tiêu chế tạo

Qua phân tích kết quả khảo sát đánh giá mặt đường [19] cho thấy hư hỏng phần

lớn xuất phát từ khe nối giữa hai tấm BTXM. Dấu hiệu hư hỏng có thể sớm phát hiện

thông qua biểu hiện cập kênh giữa hai tấm khi có tải trọng di chuyển qua. Độ cập kênh

giữa hai tấm chính là chuyển vị tương đối giữa hai tấm bê tông qua khe nối. Tuy nhiên

chuyển vị tương đối giữa hai tấm bê tông rất nhỏ do vậy cần phải sử dụng cảm biến đo

có những tính năng như:

- Độ chính xác cao, độ phân giải < 10-3mm

- Bộ gá lắp đặt nhanh, ổn định

3.2.2. Nguyên lý cấu tạo của thiết bị

Dựa trên nguyên lý thiết bị đo độ cập kênh hai tấm bê tông xi măng của tác giả

Sergio Perez [54] như Hình 3.23

Hình 3.23. Thiết bị đo độ cập kênh tấm theo Sergio Perez

trong đó (1) là chân giá đỡ phía bên tấm BTXM 1; (2) chân phía bên tấm BTXM 2; (3)

đồng hồ đo chuyển vị tương đối giữa (1) và (2).

Nghiên cứu sinh thiết kế thiết bị đo sử dụng cảm biến có độ nhạy cao và kết nối

với máy tính, qua phần mềm thu thập số liệu và xử lý kết quả như sau:

Hình 3.24. Thiết bị đo độ cập kênh tấm- TOTC-02

+ Quả đối trọng nặng 25kg chế tạo bằng thép có 03 chân có thể điều chỉnh được

chiều cao các chân, những chân nhọn này tiếp xúc điểm với mặt đường hạn chế dao

động tương đối so với mặt đường BTXM.

+ 04 cảm biến đo chuyển vị LVDT độ phân giải 10-4 mm được kiểm tra, hiệu

chuẩn so sánh với thiết bị chuẩn.

Hình 3.25. Hiệu chuẩn thiết bị trên thiết bị chuẩn tại phòng thí nghiệm

+ Cảm biến LVDT01 và LVDT02 đặt trên tấm bê tông thứ nhất cùng với quả đối

trọng mục đích để kiểm tra dao động của quả đối trọng (nếu trong quá trình đo quả đối

trọng xuất hiện dịch chuyển tương đối với tấm BTXM 2 cảm biến này sẽ kiểm soát được).

+ Cảm biến LVDT 03 và LVDT 04 đặt trên tấm bê tông thứ 2, sử dụng 02 cảm

biến nhằm mục đích kiểm soát tăng thêm độ tin cậy của phép đo.

+ Giá trị cập kênh tấm được tính bằng

K= (LVDT03+LVDT04)/2-(LVDT02+LVDT01)/2 (mm)

+ Dữ liệu được thu thập liên tục và được xử lý trên máy tính

BIỂU ĐỒ CHUYỂN VỊ TƯƠNG ĐỐI 2 TẤM BTXM

(mm) 0.006

0.004

0.002

5000

10000

15000

20000

(mms) 25000

-0.002 -0.004

-0.006

Hình 3.26. Đo đạc thử nghiệm độ cập kênh giữa hai tấm

3.3. Nghiên cứu chế tạo thiết bị đo biến dạng TOTC-03

3.3.1. Mục tiêu chế tạo

- Nghiên cứu chế tạo thiết bị đo biến dạng có thể đo biến dạng của đáy tấm bê

tông khi chịu tải trọng

- Cảm biến hoạt động ổn định trong điều kiện ẩm, nhiệt độ thay đổi

- Thiết bị đo tự động ghi dữ liệu liên tục.

3.3.2. Nguyên lý hoạt động của thiết bị

Biến dạng s: là tỉ số giữa độ biến thiên kích thước ( ) và kích thước ban đầu

(3.3)

Biến dạng gọi là đàn hồi khi mà ứng lực mất đi thì biến dạng cũng mất theo.

- Phương pháp đo biến dạng

Để đo biến dạng người ta sử dụng các cảm biến biến dạng hay còn gọi là đầu đo

biến dạng. Hiện nay sử dụng phổ biến hai loại đầu đo biến dạng:

+ Đầu đo điên trở: đây là loại đầu đo dùng phổ biến nhất. Chúng được chế tạo từ

vật liêu có điên trở biến thiên theo mức độ biến dạng, với kích thước nhỏ từ vài mm

đến vài cm, khi đo chúng được dán trực tiếp lên cấu trúc biến dạng.

+ Đầu đo dạng dây rung được dùng trong ngành xây dựng. Đầu đo được làm

bằng một sợi dây kim loại căng giữa hai điểm của cấu trúc cần đo biến dạng. Tần số

của dây rung là hàm của sức căng cơ học, tần số này thay đổi khi khoảng cách hai

điểm nối thay đổi.

Nghiên cứu sinh lựa chọn cảm biến đo biến dạng kiểu điện trở

Đầu đo điên trở kim loại có cấu tạo dạng lưới. Đối với đầu đo dạng lưới dây,

được làm bằng dây điên trở có tiết diên tròn (đường kính d 20 p,m).

Đầu đo dạng lưới màng chế tạo bằng phương pháp mạch in (hình 3.1b). Số nhánh

n của cảm biến thường từ 10 - 20 nhánh.

(a) (b)

Hình 3.27. (a) Cảm biến dây quấn; (b) cảm biến dùng lưới màng

Cảm biến được cố định trên đế cách điện mỏng bề dày ~ 0,1 mm làm bằng

giấy hoặc ~ 0,03 mm làm bằng chất dẻo (polyimide, epoxy). Vật liêu làm điện trở

thường thuộc họ hợp kim Ni ( bảng 3.1).

Bảng 3.5. Hệ số cảm biến tương ứng với các vật liệu chế tạo

Hợp kim Thành phần Hệ số cảm biến K

Constantan 45%Ni, 55%Cu 2,1

Isoelastic 52%Fe, 36%Ni, 8%Cr, 4%(Mn+Mo) 3,5

Karma 74%Ni, 20%Cr, 3%Cu, 3%Fe 2,1

Nicrome V 80%Ni, 20%Cr 2,5

Bạch kim - vonfram 92%Pt, 8%W 4,1

Khi đo cảm biến được gắn vào bề mặt của cấu trúc cần khảo sát (hình 3.22),

kết quả là cảm biến cũng chịu một biến dạng như biến dạng của cấu trúc.

Hình 3.28. Cách cố định cảm biến trên bề mặt khảo sát

1) Bề mặt khảo sát 2) Cảm biến 3)Lớp bảo vê 4) Mối hàn 5) Dây dẫn 6) Cáp điên 7) Keo dán Sơ đồ thiết kế thiết bị đo sử dụng 1 cảm biến điện trở

Hình 3.29 Sơ đồ mạch sử dụng 1 cảm biến

Sơ đồ thiết kế thiết bị đo sử dụng 2 cảm biến điện trở

Hình 3.30 Sơ đồ mạch sử dụng 1 cảm biến

Sơ đồ thiết kế thiết bị đo sử dụng 2 cảm biến điện trở

Hình 3.31 Sơ đồ mạch sử dụng 4 cảm biến

3.3.3. Chế tạo dụng cụ đo biến dạng sử dụng cảm biến điện trở

Dựa trên nguyên lý như đã phân tích, nghiên cứu sinh chế tạo bộ dụng cụ đo

bao gồm: Thanh kim loại, trên thanh kim loại bố trí dán 4 cảm biến điện trở dạng mạch

cầu như Hình 3.25. Thanh kim loại được gia công chế tạo dạng gân xoắn 2 đầu liên kết

chặt với bê tông xi măng, khi bê tông bị biến dạng dẫn đến thanh kim loại cũng biến

dạng đồng thời do vậy đo biến dạng của thanh kim loại cũng tương đương như đo biến

dạng bê tông.

Hình 3.32. Ảnh gia công thanh kim loại cơ sở để gắn cảm biến điện trở

- Nghiên cứu sinh đã sử dụng sơ đồ nguyên lý 4 cảm biến điện trở như Hình 3.28. Sử

dụng sơ đồ này giúp cho việc ảnh hưởng của nhiệt độ đến kết quả đo ít nhất, do có sử

dụng 02 cảm biến có chức năng bù nhiệt.

Hình 3.33. Thử không tải các cảm biến đo biến Hình 3.34 Thử nghiệm cảm

Cảm biến 2

Cảm biến 1

CẠC KHUẾCH ĐẠI

TÍN HIỆU VÀO

dạng sau khi chế tạo biến đặt trong mẫu thử

Nguồn cung cấp Card truyền và xử lý số liệu

Thiết bị phát tín hiệu

Hình 3.35. Sơ đồ khối thiết bị TOTC-03

- Cảm biến đo biến dạng được đặt khi thi công tấm bê tông xi măng hiện trường

và một số cảm biến nhiệt độ được kết nối với bộ đọc dữ liệu, mô đun truyền số liệu

qua sóng điện thoại. Tại Phòng thí nghiệm với máy tính có mô đun nhận số liệu có thể

lấy dữ liệu đo đạc biến dạng từ xa. Hệ thống đo đạc thu thập số liệu này được đặt tên

là thiết bị TOTC-03 (Techno science of transport centre-02). Thiết bị TOTC-03 đã

được đăng ký giải pháp hữu ích tại Cục Sở hữu trí tuệ và đã được đăng trên công báo

số 339 tập A (06.2016).

3.3.4. Đo đạc thử nghiệm trên mẫu thử trong phòng thí nghiệm

Trước khi thử nghiệm gắn các cảm biến được chế tạo vào tấm bê tông thử

nghiệm tại hiện trường, nghiên cứu sinh đã từng bước kiểm tra và hiệu chuẩn thiết bị

trên mẫu chuẩn và dụng cụ đã được kiểm chuẩn như sau:

- Đặt cảm biến trong khuôn mẫu có kích thước 15x15x60 cm, đổ hỗn hợp bê

tông xi măng vào khuôn. Tạo ra mẫu kích thước 15x15x60 trong có gắn cảm biến bên

trong và sát đáy mẫu.

- Khi mẫu bê tông đủ tuổi R28, tiến hành dán đát tríc đo bê tông lên bê mặt của

mẫu như Hình 3.28.

- Thử nghiệm xác định mô đun đàn hồi của bê tông theo TCVN 5726:1993

- Thử nghiệm kéo uốn trong giới hạn đàn hồi đo đạc các số liệu

+ Đo lực tác dụng lên mẫu dầm, qua giá trị đo lực tính được ứng suất trên mẫu

tương ứng, tính được biến dạng đáy mẫu BTXM

+ Đo biến dạng trên cảm biến chế thử đặt trong mẫu.

+ So sánh giá trị và xác định hệ số hiệu chuẩn của cảm biến

- Kết quả đo được thể hiện như hình 3.34 trong đó giá trị lý thuyết là giá trị biến

dạng được tính thông qua công thức lý thuyết theo [22]

(3.4)

trong đó: - Biến dạng;

(3.5)

E- Mô đun đàn hồi của bê tông

P- Lực tác dụng lên mẫu thí nghiệm

a- Chiều rộng tiết diện mẫu; b- Chiều cao mẫu

Lực P được đo bằng cảm biến đo lực đã được hiệu chuẩn tại Tổng cục Đo

lường Chất lượng và được kết nối với phần mềm thu thập số liệu đồng thời với cảm

biến đo biến dạng TOTC-03 và cảm biến điện trở dán trực tiếp trên mẫu. Kết quả đo

đạc được thể hiện ở hình 3.34.

Hình 3.36. Biểu đồ biến dạng trên mẫu thử khi chưa hiệu chỉnh

Hình 3.37. Biểu đồ biến dạng sau khi hiệu chỉnh

Hệ số hiệu chỉnh cảm biến K=1.054

3.4. Kết luận chƣơng 3

Từ nội dung nghiên cứu của chương 3 có một số kết luận chính sau.

- Nghiên cứu sinh đã thiết kế chế tạo thành công bộ thiết bị đo (TOTC-01) có

khả năng xác định chiều dày tấm bê tông mặt đường, xác định khuyết tật trong tấm với

phần mềm thu thập số liệu, xử lý số liệu có tính mở. Phần cứng được lựa chọn ghép

nối các mô đun của hãng PCB Piezotronics và hãng National Instruments (Ni) phù hợp

với điều kiện kinh tế của Việt Nam, không vi phạm bản quyền của của các hãng sản

xuất thiết bị đo chuyên dùng.

+ Thông qua thử nghiệm và phân tích lý thuyết nghiên cứu sinh đã đưa ra

những lưu ý khi đo đạc: Phải lựa chọn bộ thu thập số liệu với tốc độ cao thu thập số

liệu tối thiểu 1MzH; vị trí tác động của viên bi cách vị trí đặt cảm biến 40-50mm; có

đường kính viên bi tạo va chạm 4-:-5mm; phương tác dụng vuông góc với mặt đường

BTXM.

+ Phương pháp này có khả năng ứng dụng như phương pháp siêu âm như: xác

định vận tốc truyền sóng, đánh giá khuyết tật, Mô đun đàn hồi động của mặt BTXM.

Ngoài ra có khả năng ứng dụng đo đạc mặt đường tốt hơn phương pháp siêu âm do có

thể thực hiện được với một mặt tiếp xúc. Có thể đo đạc đối với các đối tượng kết cấu

bê tông khác chỉ có một mặt tiếp xúc như: Vỏ hầm, mố cầu…

+ So sánh với thiết bị đo chuyên dùng của hãng Olson cho thấy kết quả đo

tương đương có thể thay đổi bổ sung các tính năng tuy nhiên sử dụng thực tế thiết bị

chuyên dùng của hãng gọn nhẹ và thao tác đơn giản hơn do hãng sử dụng máy tính

công nghiệp chuyên dùng.

+ Qua việc tự nghiên cứu chế tạo thiết bị giúp cho việc sử dụng và khai thác

thiết bị chuyên dùng của các hãng thuận lợi và chủ động hơn.

- Nghiên cứu sinh chế tạo thiết bị TOTC-02 đo độ cập kênh của tấm có sử dụng cảm biến đo chuyển vị độ nhạy cao (<10-4mm) kết nối với máy tính thông qua phần

mềm thu thập và xử lý số liệu. Giúp cho việc đo đạc theo dõi phát hiện sớm những

nguy cơ gây hư hỏng tấm bê tông xi măng mặt đường, đây là giải pháp hữu ích đối với

các đơn vị không huy động được thiết bị FWD.

- Nghiên cứu sinh chế tạo thiết bị TOTC-03 trong đó có cảm biến đo biến dạng

có thể đặt được trong hỗn hợp BTXM khi thi công được kết nối với bộ đọc dữ liệu, mô

đun truyền số liệu qua sóng điện thoại. Tại Phòng thí nghiệm với máy tính có mô đun

nhận số liệu có thể lấy dữ liệu đo đạc biến dạng từ xa. Thiết bị TOTC-03 đã được đăng

ký giải pháp hữu ích tại Cục Sở hữu trí tuệ và đã được đăng trên công báo số 339 tập

A (06.2016).

+ Thiết bị sử dụng cho việc nghiên cứu phản ứng biến dạng của đáy tấm bê

tông xi măng mặt đường khi chịu tác động của tải trọng. Từ biến dạng đo được có thể

đánh giá FWD có thể áp dụng được với chiều dày tấm bê tông bao nhiêu.

+ Số liệu từ cảm biến giúp cho việc kiểm tra thời gian tác động tải trọng của

thiết bị FWD, giúp cho việc kiểm tra thiết bị FWD vì hệ lo xo cao su bị thay đổi theo

thời gian hơn nữa ở Việt Nam hiện nay chưa có đơn vị kiểm tra, hiệu chuẩn thiết bị.

CHƢƠNG 4: THỰC NGHIỆM HOÀN THIỆN PHƢƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ

CÁC THAM SỐ CHẤT LƢỢNG KHAI THÁC MẶT ĐƢỜNG BTXM

Qua việc nghiên cứu tổng quan, nghiên cứu cở sở lý thuyết, thiết kế chế tạo bổ

sung các thiết bị đo đạc. Nghiên cứu sinh thiết kế chương trình thử nghiệm với các nội

dung như sơ đồ Hình 4.. Trong đó chương trình thử nghiệm (1) và (2) được tiến hành

trong phòng thí nghiệm, chương trình thử nghiệm (3) và (4) được tiến hành trong

phòng kết hợp với đoạn thi công thử nghiệm, qua 4 chương trình nêu trên tổng kết rút

kinh nghiệm và tiến hành chương trình thử nghiệm (5) đo đạc thực tế tuyến quốc lộ

đang khai thác. Từ các chương trình thử nghiệm này đề xuất hướng dẫn phương pháp

đo đạc đánh giá mặt đường BTXM.

Nội dung thử nghiệm

(3) Thử nghiệm trên đoạn đường rải thử tại đường nội bộ trường ĐHGTVT (1) Thử nghiệm xây dựng tương quan giữa mô đun đàn hồi và cường độ chịu kéo khi uốn (2) Thử nghiệm xây dựng tương quan giữa mô đun đàn hồi tĩnh và mô đun đàn hồi động của nền đất (4) Thử nghiệm trên đoạn đường rải thử tại đường nội bộ Xưởng sửa chữa máy bay- sân bay Nội Bài

(5) Thử nghiệm trên tuyến QL18 địa phận tỉnh Quảng Ninh

Hình 4.1. Sơ đồ nội dung thử nghiệm

4.1. Thử nghiệm xây dựng tƣơng quan giữa mô đun đàn hồi và cƣờng độ chịu kéo

khi uốn

- Mục đích và sự cần thiết thử nghiệm

Như đã phân tích ở chương 2, thông số mô đun đàn hồi của BTXM là thông số

quan trọng trong tính toán sức chịu tải mặt đường BTXM. Thông số này có được từ

việc thí nghiệm mẫu đúc theo TCVN 5726:1993 hoặc thông qua đo đạc FWD kết hợp

sử dụng thuật toán ngược để tính toán.

Cường độ chịu kéo khi uốn của BTXM được xác định thông qua mẫu đúc theo

TCVN 3119:1993. Thông số này quan trọng trong việc kiểm toán giới hạn, khả năng

chịu kéo khi uốn của tấm bê tông xi măng.

Trong quá trình thử nghiệm theo phương pháp FWD sau khi xử lý chỉ xác định

được mô đun đàn hồi của BTXM muốn xác định cường độ chịu kéo khi uốn hiện nay

đang sử dụng hệ số tương quan thực nghiêm theo công thức thực nghiệm của Viện bê

tông Hoa Kỳ (ACI) (psi) (4.1)

trong đó Rku và Ebt đơn vị tính theo (psi) tương đương công thức tính theo MPa

như sau:

(4.2)

Ở Việt Nam chưa có tác giả công bố công thức tương quan này đối với vật liệu

chế tạo BTXM. Nghiên cứu sinh tiến hành thử nghiệm xác định tương quan giữa mô

đun đàn hồi của BTXM và cường độ chịu kéo khi uốn đối với vật liệu và cấp phối

thường sử dụng tại Việt Nam để thi công mặt đường BTXM.

- Phạm vi nghiên cứu thử nghiệm:

Trong điều kiện nghiên cứu có hạn chế nghiên cứu sinh thử nghiệm đối với loại

bê tông hay sử dụng thi công mặt đường với cấp B25 (35/4,5 MPa). Các mẫu bê tông

cùng nguồn vật liệu đá, cát, xi măng, phụ gia.

- Các bước tiến hành thử nghiệm:

+ Lựa chọn cấp phối thông thường hay sử dụng thi công lớp BTXM mặt đường

+ Tiến hành lấy mẫu hỗn hợp các ngày thi công khác nhau tại trạm trộn, đúc mẫu

15x15x60 cm theo TCVN 3105:1993 sử dụng thí nghiệm xác định mô đun đàn hồi sau

đó thí nghiệm cường độ chịu kéo khi uốn.

+ Bảo dưỡng mẫu, tuổi mẫu thí nghiệm 28 ngày.

+ Thí nghiệm xác định mô đun đàn hồi theo TCVN 5726:1993. Phương pháp thí

nghiệm TCVN 5726:1993 cơ bản giống với tiêu chuẩn ASTM C469:02 tuy nhiên tiêu

chuẩn TCVN sử dụng mẫu hình lăng trụ, tiêu chuẩn ASTM sử dụng mẫu trụ tròn.

+ Thí nghiệm xác định cường độ chịu kéo khi uốn theo TCVN 3119:1993.

Phương pháp thí nghiệm TCVN 3119:1993 về cơ bản không có sự khác biệt so với

AASHTO T93-14.

- Trình tự thí nghiệm xác định mô đun đàn hồi

+ Tiêu chuẩn áp dụng TCVN 5726:1993

+ Thiết bị thí nghiệm chính: Máy nén sai số ± 1%; đồng hồ thiên phân kế độ

phân giải 10-3 mm.

+ Trạng thái thử nghiệm mẫu: mẫu để khô trong nhiệt độ phòng, vớt mẫu ra

khỏi bể bảo dưỡng trước 1 tuần.

+ Trên 4 mặt đứng của từng viên mẫu kẻ 4 đường trung bình song song với trục

của mẫu để đặt dụng cụ đo biến dạng. Khoảng cách đo được đặt cách đầu hai đáy viên

mẫu. Khoảng đo được lựa chọn 200mm.

Hình 4.2. Sơ đồ gá lắp thiết bị đo biến dạng trên mẫu BTXM

+ Đặt từng viên vào mẫu chính tâm thớt dưới của máy nén. Đặt tải tạo ứng suất

ban đầu bằng khoảng 0,05 MPa lên mẫu. Ghi lại giá trị đồng hồ ở cả mặt đứng của

viên mẫu.

+ Tăng tải lên mẫu với tốc độ 0,6 ± 0,4 MPa/s cho tới khi đạt ứng suất thử bằng

khoảng 10-15 MPa. Giữ tải ở ứng suất này 60 giây và đọc giá trị đồng hồ ở cả 4 mặt

trong khoảng 30 giây nữa.

+ Tính biến dạng tương đối ở từng mặt bằng hiệu số 2 lần đọc đồng hồ gắn trên

mặt đó chia cho khoảng cách, rồi tính giá trị biến dạng trung bình của 4 mặt.

- Trình tự thí nghiệm xác định cường độ chịu kéo khi uốn của mẫu BTXM

+ Tiêu chuẩn áp dụng TCVN 3119:1993

+ Thiết bị thí nghiệm chính: Máy uốn sai số ± 1%;

+ Trạng thái thử nghiệm : mẫu để khô trong nhiệt độ phòng, mẫu được thí

nghiệm ngay sau khi thí nghiệm mô đun đàn hồi để xác định tương quan.

+ Đo đạc kích thước mẫu, gá mẫu sao cho hướng tác dụng của lực song song

với mặt hở của dầm bê tông khi đổ.

+ Uốn mẫu bằng cách tăng tải liên tục trên mẫu với tốc độ không đổi và bằng

0,06 ± 0,04 MPa/s cho tới khi gãy mẫu ghi lại lực lớn nhất.

Bảng 4.1. Cấp phối bê tông sử dụng thử nghiệm (đơn vị tính 1m3)

STT Vật liệu Đơn vị Khối lƣợng Ghi chú

1 Xi măng PC40- Bút Sơn 390

2 Cát vàng 0,506

3 Đá dăm 5x20 mỏ Thống Nhất 0,484

4 Đá dăm 5x40 mỏ Thống Nhất kg m3 m3 m3 0,323

5 Nước lít 168

6 Phụ gia Placc-02A lít 1,17

Bảng 4.2. Tổng hợp kết quả thí nghiệm xác định tương quan Rku và Ebt

Cƣờng độ Cƣờng độ

Kí hiệu kéo khi Mô đun đàn Kí hiệu kéo khi Mô đun

uốn hồi uốn đàn hồi mẫu mẫu

MPa MPa MPa MPa

M1 4,45 28499 M15 4,52 28056

M2 4,60 32547 M16 4,61 31545

M3 5,01 40414 M17 4,95 36034

M4 4,48 31192 M18 4,73 31026

Cƣờng độ Cƣờng độ

Kí hiệu kéo khi Mô đun đàn Kí hiệu kéo khi Mô đun

uốn hồi uốn đàn hồi mẫu mẫu

MPa MPa MPa MPa

M5 4,81 36641 M19 4,76 32212

M6 4,79 38212 M20 4,68 32062

M7 4,61 35736 M21 5,00 43275

M8 4,95 34990 M22 4,89 39154

M9 4,92 38484 M23 4,52 26933

M10 4,47 29298 M24 4,95 42286

M11 4,63 28510 M25 4,84 33526

M12 4,64 31680 M26 4,69 40278

M13 4,73 34736 M27 4,59 31543

M14 4,91 41689

(Kết quả chi tiết tại phụ lục)

- Sử dụng phần mềm Minitab 17 xử lý số liệu ta được kết quả:

Hình 4.3. Biểu đồ tương quan cường độ chịu kéo khi uốn và mô đun đàn hồi BTXM

Hình 4.4. Biểu đồ phần dư để xác định tính chất hợp lý

Công thức đề xuất của nghiên cứu sinh:

(4.3)

Bảng 4.3. Tổng hợp so sánh kết quả giữa 2 công thức thực nghiệm

Cƣờng độ chịu kéo

Mô đun

Sai lệch kết quả

khi uốn tính theo

của hai công

đàn hồi

công thức NCS

Viện bê tông Hoa Kỳ

STT

thức

đề xuất

(ACI)

( %)

(Mpa) (MPa) (MPa)

1 28499 4,54 4,61 1,53

2 32547 4,66 4,78 2,62

3 40414 4,90 5,13 4,52

4 31192 4,62 4,73 2,27

5 36641 4,78 4,96 3,64

6 38212 4,83 5,03 4,01

7 35736 4,76 4,92 3,42

Cƣờng độ chịu kéo

Mô đun

Sai lệch kết quả

khi uốn tính theo

của hai công

đàn hồi

công thức NCS

Viện bê tông Hoa Kỳ

STT

thức

đề xuất

(ACI)

( %)

(MPa) (MPa) (Mpa)

34990 8 4,73 4,89 3,24

38484 9 4,84 5,04 4,08

29298 10 4,56 4,64 1,76

28510 11 4,54 4,61 1,54

31680 12 4,63 4,75 2,39

34736 13 4,73 4,88 3,17

41689 14 4,93 5,18 4,80

28056 15 4,52 4,59 1,41

31545 16 4,63 4,74 2,36

36034 17 4,76 4,94 3,49

31026 18 4,61 4,72 2,22

32212 19 4,65 4,77 2,53

32062 20 4,64 4,76 2,49

43275 21 4,98 5,25 5,15

39154 22 4,86 5,07 4,23

26933 23 4,49 4,54 1,09

42286 24 4,95 5,21 4,93

33526 25 4,69 4,83 2,87

40278 26 4,89 5,12 4,49

31543 27 4,63 4,74 2,36

Ghi chú: Khoảng giá trị xem xét so sánh mô đun đàn hồi có giá trị trong khoảng từ

28056-:- 43275 MPa.

Nhận xét kết quả thử nghiệm

+ Kết quả thử nghiệm bước đầu cho thấy tương quan giữa cường độ chịu kéo

khi uốn và mô đun đàn hồi của BTXM là tương quan chặt chẽ tỷ lệ thuận.

+ Tuy nhiên kết quả thử nghiệm mới áp dụng đối với một loại cấp phối hay sử

dụng cho mặt đường BTXM với những ngày thi công khác nhau, số lượng mẫu còn

hạn chế.

+ Công thức đề xuất của nghiên cứu sinh sai lệch kết quả so với công thức

nghiên cứu của Viện bê tông Hoa Kỳ (ACI) không nhiều (<6%). Do vậy, đối với loại

bê tông cấp B25 (35/4,5 MPa) hiện đang áp dụng thi công mặt đường BTXM nên sử

dụng công thức do NCS đề xuất. Các trường hợp khác chưa có thử nghiệm nên áp

dụng công thức thực nghiệm của ACI để kiểm toán chỉ tiêu về cường độ chịu kéo uốn

khi đã có kết quả đo đạc mô đun đàn hồi .

+ Với kết quả xác định R2 bằng 66,0% , các hệ số p đều nhỏ hơn 0,05 cho thấy

các biến và tổ hợp đều có ý nghĩa về thống kê

4.2. Nghiên cứu đo đạc thực nghiệm trên mô hình tấm mặt đƣờng tại phòng thí

nghiệm

4.2.1. Mục đích của thí nghiệm

- Như phân tích ở chương 2, tham số mặt, nền đường đo đạc bằng phương pháp

đo đạc hiện đại không phá hủy là tham số động. Tuy nhiên trong quy trình tính toán

hiện hành của Việt Nam đang sử dụng tham số tĩnh do vậy rất cần có những nghiên

cứu thực nghiệm để xây dựng hệ số tương quan giữa tham số động và tĩnh.

- Thử nghiệm với tải trọng tĩnh tác động lên tấm mặt đường BTXM, đo đạc độ

võng tĩnh tấm và áp lực tương ứng. Từ quan hệ này kết hợp với chiều dày các lớp kết

cấu sử dụng thuật toán tính ngược tính mô đun đàn hồi tĩnh các lớp vật liệu.

- Thử nghiệm với tải trọng động (quả tải thả rơi) lên tấm mặt đường BTXM, đo

đạc độ võng động tấm và áp lực tương ứng. Từ quan hệ này kết hợp với chiều dày các

lớp kết cấu sử dụng thuật toán tính ngược tính mô đun đàn hồi động các lớp vật liệu.

- Xây dựng hệ số tương quan giữa mô đun đàn hồi động và mô đun đàn hồi tĩnh

của lớp móng đường.

4.2.2. Các công thức sử dụng tính toán

* Xác định tỷ số thông qua hệ số nền động và tĩnh.

Có thể áp dụng các công thức khác nhau. Theo Gluskov [29] ta có mối quan hệ

giữa hệ số nền k và mô đun đàn hồi nền đất E0, có xét ảnh hưởng của độ cứng mặt

đường:

(4.4)

(4.5)

Theo (4.4) và (4.5) ta có:

với

(4.6)

- Thí nghiệm xác định AREA động, tính được Lđộng;

Tại Hoa Kỳ, người ta đã tiến hành thử nghiệm xác định mối quan hệ giữa độ

cong mặt võng tấm thông qua độ võng một số điểm trên mặt tấm với tham số đặc

trưng cho khả năng chống biến dạng của tấm (đặc trưng đàn hồi L) [43].

Để xác định được đặc trưng đàn hồi của tấm bê tông L bằng thực nghiệm, ta dựa

trên phương pháp AREA- BASE áp dụng với tấm bê tông xi măng có chiều dày tấm

nhỏ hơn 40cm.

Thí nghiệm với 4 đầu đo độ võng đặt tại các vị trí cách tâm tấm một khoảng bằng

0, 30, 60, 90 cm ( 0, 12, 24, 36 inch), với các độ võng là Wo,W1,W2,W3 (tải trọng đặt

tại tâm tấm).

Từ các độ võng Wo,W1,W2,W3 đơn vị là inch đo được tại các vị trí trên, xác định

tham số AREA với tấm BTXM dưới 40cm [43]:

(4.7)

Xác định bán kính độ cứng tương đối (đặc trưng đàn hồi) thông qua giá trị AREA

[43]:

(inch) (4.8)

Với các hằng số thực nghiệm: A = 36; B = 1812,279; C = -2,559; D = 4,387.

- Xác định hệ số nền động . Xuất phát từ công thức của Westergaad ta có:

(4.9)

- Thí nghiệm xác định AREA tĩnh, tính được Ltĩnh;

- Xác định hệ số nền tĩnh . Xuất phát từ công thức của Westergaad ta có:

(4.10)

Như vậy qua phương pháp AREA - BASE và lời giải của Westergaad với các độ

võng đo được Wo,W1,W2,W3, với bán kính của tấm ép thí nghiệm ta sẽ xác định được

hệ số nền của nền đất k (động và tĩnh) thay vào (4.6) sẽ tính được .

4.2.3. Mô hình thử nghiệm

Mô hình thí nghiệm là tấm bê tông xi măng đã được nghiên cứu, thiết kế và bố trí

tại phòng thí nghiệm của Bộ môn Cầu - đường, Sân bay - Học viện Kỹ thuật Quân sự.

Kích thước tấm bê tông xi măng: 280 cm x 280 cm, dày 18 cm.

Nền đường là cát đầm chặt có chiều dày 30 cm trên lớp nền tự nhiên.

Bên ngoài tấm bê tông mô hình có chôn hệ dầm thép để kích ngược phục vụ gia

tải tĩnh trong thí nghiệm.

Hình 4.5. Thí nghiệm đo độ võng tĩnh trong phòng thí nghiệm

a) Thiết bị gia tải tĩnh

- Khung gia tải, kích thủy lực có đồng hồ đo áp lực đã được hiệu chuẩn, có khả

năng gia tải tối đa 300 kN, bàn ép với đường kính tấm ép 300mm.

- Cảm biến đo chuyển vị sản xuất bởi hãng Tokyo Sokki Kenkyujo - Nhật Bản, có giới hạn đo lớn nhất bằng 50 mm, độ chính xác 200 x 10 -6 mm; giá trị đọc lấy tròn số 10-3 mm.

b) Thiết bị gia tải động

Thiết bị gia tải động: tổ hợp thiết bị quả rơi, gồm các hệ thống quả nặng rơi, lò xo

giảm chấn, khung thiết bị và các đầu đo áp lực đặt trong các lỗ đúc sẵn trong đế tấm ép.

Thiết bị này có thể thay đổi độ lớn của tải trọng xung nhờ thay đổi chiều cao rơi

của khối tải (hình 4.5).Ngoài ra nhờ các lò xo giảm chấn giữa quả rơi và tấm ép, nếu

thay các lò xo thì thời gian tác dụng của tải trọng xung cũng sẽ thay đổi.

Khi đó ta thả quả rơi từ các độ cao khác nhau để tạo ra tải trọng khác nhau, bố

trí các cảm biến để đo chậu võng mặt đường.

Hình 4.6. Thiết bị gia tải động

Thiết bị đo áp lực động

Gồm 3 đầu đo áp lực động PCB (piezotronics) model 202B của Hoa Kỳ đặt tại 3

góc trong các lỗ đặt sẵn trong đế tấm ép. Tải trọng cho phép của 1 đầu đo là 66,72 kN.

Các đầu đo được nối với máy xử lý tín hiệu thông qua các dây cáp nối.

Thiết bị và phần mềm xử lý số liệu

Thiết bị xử lý số liệu là máy đo dao động SXI 1000DC/National instrument của Hoa

Kỳ, và được xử lý bằng phần mềm LabVIEW SignalExpress 3.0.

Thiết bị được sử dụng với các kênh đo: NI SCXI - 1531,1520 và 1521-B.

Thông qua thiết bị và phần mềm, các số liệu thu được sẽ được xuất ra dạng file

text. Trong file text này gồm 1 cột thời gian, các cột khác áp lực đo được, chuyển vị

động hay biến dạng tương đối tùy thuộc vào các kênh đo được thiết lập từ ban đầu.

4.2.4. Kết quả thí nghiệm

a. Kết quả đo đạc từ thí nghiệm tĩnh

Kết quả đo được tại các cảm biến chuyển vị tương ứng với tải trọng thí nghiệm

lần lượt là P = 30; 40; 50 kN qua 6 lần đo như sau:

Bảng 4.4.Kết quả thí nghiệm độ võng tĩnh với cấp tải trọng 30 kN.

Điểm đo

Khoảng cách r (mm) W lần đo 1 (10-3mm) W lần đo 2 (10-3mm) W lần đo 3 (10-3mm) W lần đo 4 (10-3mm) W lần đo 5 (10-3mm) W lần đo 6 (10-3mm) Trung bình (10-3mm) W0 (10-3 mm) 0 138 137 135 141 142 143 139,3 W2 (10-3 mm) 600 95 97 93 96 95 94 95,0 W3 (10-3 mm) 900 83 87 86 88 82 84 85,0 W1 (10-3 mm) 300 108 109 108 106 108 105 107,3

Bảng 4.5.Kết quả thí nghiệm độ võng tĩnh với cấp tải trọng 40 kN.

Điểm đo

W0 (10-3 mm) 0 175 W1 (10-3 mm) 300 149 W2 (10-3 mm) 600 118 W3 (10-3 mm) 900 103

169 153 123 108

178 147 131 100

173 142 125 109

180 153 136 107

Khoảng cách r (mm) W lần đo 1 (10-3mm) W lần đo 2 (10-3mm) W lần đo 3 (10-3mm) W lần đo 4 (10-3mm) W lần đo 5 (10-3mm) W lần đo 6 (10-3mm) 171 142 130 105

Trung bình 174,3 147,7 127,2 105,3

Bảng 4.6.Kết quả thí nghiệm độ võng tĩnh với cấp tải trọng 50 kN.

Điểm đo W0 W1 W2 W3

(10-3 mm) (10-3 mm) (10-3 mm) (10-3 mm)

0 600 900 300 Khoảng cách r (mm)

W lần đo 1 (10-3mm) 223 153 108 191

W lần đo 2 (10-3mm) 220 145 113 189

W lần đo 3 (10-3mm) 215 170 120 178

W lần đo 4 (10-3mm) 210 160 135 186

W lần đo 5 (10-3mm) 224 152 145 185

W lần đo 6 (10-3mm) 223 159 142 193

Trung bình 219,2 187,0 156,5 127,2

Căn cứ vào các bảng tính trên ta tính độ võng trung bình tại các vị trí cách

tâm tấm: 0, 30, 60, 90 cm so với tâm tấm ép qua 6 lần đo với ba cấp tải 30; 40;

50 kN như sau:

Bảng 4.7.Tổng hợp kết quả độ võng trung bình các cấp tải trọng tĩnh.

Tải trọng W0 W1 W2 W3 STT (kN) (10-3 mm) (10-3 mm) (10-3 mm) (10-3 mm)

30 139,3 107,3 95,0 85,0 1

40 174,3 147,7 127,2 105,3 2

50 219,2 187,0 156,5 127,2 3

b. Kết quả đo đạc từ thí nghiệm động

Bảng 4.8. Bảng tổng hợp kết quả đo độ võng động tại thời điểm tải trọng

đạt giá trị lớn nhất.

Pđộng STT (kN) W0 (10-3 mm) W1 (10-3 mm) W2 (10-3 mm) W3 (10-3 mm)

0 300 600 900 r (mm)

1 31,65 84 74 56 34

2 43,70 117 99 81 51

3 56,15 149 122 105 68

4.2.5. Tính toán xử lý kết quả đo

Bảng 4.9. Kết quả đo tĩnh được tính toán xử lý

AREA L(in) L(mm)

Pt (kN) W0 W1 W2 W3

kt

kt tb

30,00

139,3 107,3 95,0

85,0

27,09

24,69

627,07

0,006673

40,00

174,3 147,7 127,2 105,3

28,54

724,84

0,005351

0,005878

50,00

219,2 187,0 156,5 127,2

28,29

27,78

705,64

0,005609

Bảng 4.10. Kết quả đo động được tính toán xử lý

Pđ (kN) W0 W1 W2 W3 AREA L(in) L(mm)

kđ

kđ tb

31,65

27,000 24,492 622,11

0,011860

43,70

117

27,077 24,667 626,54

0,011595

0,011758

56,15

149

122

105

27,020 24,538 623,26

0,011819

c = 1,682

do

4.3. Thiết kế thử nghiệm đánh giá sức chịu tải của mặt đƣờng BTXM đoạn đƣờng

Nghiên cứu thực nghiệm tấm BTXM taị đường nội bộ trường ĐH GTVT

Xác định mục tiêu thí nghiệm

Thiết kế thử nghiệm

Thiết kế sơ đồ lắp đặt thiết bị

Lựa chọn tham số đo đạc

Thiết kế kết cấu áo đường BTXM

Thi công đoạn kết cấu thử nghiệm nghiệm

Đo đạc tổng thể kết cấu sau khi thi công xong

Đo đạc kiểm tra từng lớp kết cấu

Tiến hành đo FWD được giá trị chậu võng và lực

Tính toán theo lý thuyết kết quả từng lớp

Đo,thu thập số liệu từ cảm biến đo biến dạng khi đo FWD

Xác định tương quan giữa tải trọng tác dụng và biến dạng đáy tấm

Sử dụng phầm mềm BAKFAA để tính mô đun từng lớp kết cấu

Tính toán xác định sức chịu tải, PCN theo lý thuyết

Tính toán xác định sức chịu tải

Sử dụng phần mềm COMFAA xác định PCN

Sử dụng phần mềm EverFE 2.25tính biến dạng dưới đáy tấm

So sánh giá trị đo đạc và giá trị tính toántheo lý thuyết

tại trƣờng Đại học Giao thông Vận tải

Hình 4.7. Sơ đồ khối nghiên cứu thực nghiệm

4.3.1. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu

- Mục tiêu:

+ Xây dựng kỹ năng đo đạc cần thiết đảm bảo tính chính xác của kết quả đo.

+ Xây dựng tương quan giữa độ võng mặt đường và biến dạng dưới đáy tấm bê

tông khi chịu tải trọng tác động.

+ Lựa chọn phần mềm và thuật toán xử lý số liệu phù hợp với kết quả đo đạc để

tính toán sức chịu tải mặt đường.

+ Thông qua đoạn thử nghiệm nghiên cứu đề xuất phương pháp đánh giá đo đạc

mặt đường cứng đánh giá sức chịu tải phù hợp với điều kiện thiết bị thí nghiệm và đặc

trưng mặt đường tại Việt Nam. Từ đó xây dựng cách thức đo đạc đánh giá mặt đường

đang khai thác.

- Phạm vi:

+ Nghiên cứu sử dụng các thiết bị và công nghệ hiện có tại Việt Nam.

+ Thiết kế xây dựng đoạn đường thử nghiệm tại đường nội bộ trường Đại học

Giao thông vận tải: đoạn thử nghiệm có chiều dài 15m rộng 3,5m (phân thành 3 tấm

BTXM có liên kết thanh truyền lực). Trong tấm bê tông có gắn các thiết bị đo nhiệt độ,

đo biến dạng, đo dao động. Sử dụng thiết bị FWD đo đạc các vị trí trên tấm

+ Khai thác phần mềm xử lý, lựa chọn thuật toán phù hợp để xử lý số liệu đánh giá

+ Tổng kết đánh giá đề xuất phương án đánh giá mặt đường đang khai thác thực tế.

4.3.2. Thiết kế thực nghiệm: Thiết kế kết cấu, thiết kế thí nghiệm và hệ thống đo đạc

đánh giá

4.3.2.1. Thiết kế kết cầu mặt đường

Căn cứ thiết kế

Tiến hành thí nghiệm trên một tấm BTXM của sân trường đại học Giao thông

Vận tải với kích thước tấm 3500 x 5000 mm được bố trí liên kết mối nối bằng thanh

truyền lực, kết cấu như sau:

- Bê tông xi măng 35/4,5 MPa : 25 cm

- Bê tông xi măng 15MPa : 18 cm

- Cát đầm chặt K95 : 30 cm

- Đất nền nguyên thổ

Hình 4.8. Kết cấu thử nghiệm tại trường Đại học Giao thông Vận tải

(Bảng tính chi tiết tại phụ lục)

4.3.2.2. Lựa chọn tham số đo đạc kiểm tra

- Đo đạc kiểm tra các lớp kết cấu trong quá trình thi công phục vụ tính toán PCN

theo lý thuyết.

+ Thí nghiệm kiểm tra vật liệu cát đắp nền đường, kiểm tra độ chặt hiện trường,

xác định mô đun đàn hồi động bằng LWD

+ Thí nghiệm kiểm tra chất lượng hỗn hợp bê tông lót

+ Thí nghiệm kiểm tra chất lượng hỗn hợp bê tông xi măng mặt đường, xác định

cường độ chịu kéo khi uốn, cường độ chịu nén của BTXM, mô đun đàn hồi

- Đo đạc kiểm tra sau khi thi công xong mặt đường BTXM

+ Đo đạc xác định chậu võng khi gia tải tại các vị trí trên tấm: tham số thu được

lực tác dụng động, độ võng mặt đường

+ Đo biến dạng dưới đáy tấm BTXM khi chịu tải trọng động: Sử dụng để đánh

giá lựa chọn tải trọng phù hợp đủ gây ảnh hưởng tới tấm.

+ Đo dao động các lớp kết cấu khi chịu tải trọng động

+ Đo nhiệt độ các vị trí trong tấm, theo dõi diễn biến nhiệt trong tấm trong thời

gian 12 tháng.

4.3.2.3. Thiết kế sơ đồ lắp đặt thiết bị đo đạc

Hình 4.9. Bố trí điểm đo dao động

Hình 4.10. Bố trí điểm đo nhiệt độ

Hình 4.11. Bố trí điểm đo biến dạng

Hình 4.12. Hình chiếu đứng bố trí các điểm đo

Bảng 4.11. Mô tả vị trí lắp đặt các đầu đo

Nội dung Ký hiệu STT Mô tả vị trí lắp đặt đo điểm đo

Cách mặt lớp BTXM 35MPa là 0.43 m tại vị trí chính 1 T1 giữa tấm thứ 2 (Tại đỉnh lớp cát, đáy bê tông nghèo )

Cách mặt lớp BTXM 35MPa là 0.25 m tại vị trí chính 2 T2 giữa tấm thứ 2 (Tại đỉnh lớp bê tông nghèo )

Đo nhiệt 3 Đo nhiệt độ không khí cách mặt đường 2.5m T3

độ 4 Đo nhiệt độ không khí cách mặt đường 1.5m T4

Cách mặt lớp BTXM 35MPa là 0.25 m tại vị trí cách

5 điểm giữa tấm thứ 3 là 5.0 m (Tại đáy lớp BTXM T5

35MPa)

Cách mặt lớp BTXM 35MPa là 0.12 m tại vị trí cách

6 điểm giữa tấm thứ 3 là 5.0 m (Tại giữa lớp BTXM T6

35MPa)

Cách mặt lớp BTXM 35MPa là 0.0 m tại vị trí cách

7 điểm giữa tấm thứ 3 là 5.0 m (Trên mặt lớp BTXM T7

35MPa)

Cách mặt lớp BTXM 35MPa là 0.12 m tại vị trí chính 8 T8 giữa tấm thứ 2 (Tại giữa lớp BTXM 35MPa )

Nội dung Ký hiệu STT Mô tả vị trí lắp đặt đo điểm đo

Cách mặt lớp BTXM 35MPa là 1.0 m tại vị trí chính 1 Đ1 giữa tấm thứ 2

Cách mặt lớp BTXM 35MPa là 1.3 m tại vị trí chính 2 Đ2 Đo dao giữa tấm thứ 2

động Cách mặt lớp BTXM 35MPa là 1.0 m tại vị trí cách 3 Đ3 điểm giữa tấm thứ 2 là 5.0 m

Cách mặt lớp BTXM 35MPa là 1.6 m tại vị trí cách 4 Đ4 điểm giữa tấm thứ 2 là 5.0 m

Cách mặt lớp BTXM 35MPa là 0.73 m tại vị trí chính 5 Đ5 giữa tấm thứ 2 (Tại đáy lớp cát )

Cách mặt lớp BTXM 35MPa là 0.43 m tại vị trí chính 6 Đ6 giữa tấm thứ 2 (Tại đỉnh lớp cát )

Cách mặt lớp BTXM 35MPa là 0.25 m tại vị trí cách

7 điểm giữa tấm thứ 2 là 5.0 m (Tại đáy lớp BTXM Đ7

35MPa)

Cách mặt lớp BTXM 35MPa là 0.25 m tại vị trí chính 8 Đ8 giữa tấm thứ 2 (Tại đáy lớp BTXM 35MPa)

Cách mặt lớp BTXM 35MPa là 0.43 m tại vị trí cách

9 điểm giữa tấm thứ 2 là 5.0 m về phía nhà A4 K30

(Tại đáy lớp BTXM mác 150)

Cách mặt lớp BTXM 35MPa là 0.25 m tại vị trí cách

10 điểm giữa tấm thứ 2 là 5.0 m về phía nhà A4 (Tại đỉnh K31

lớp BTXM mác 150)

Cách mặt lớp BTXM 35MPa là 0.25 m tại vị trí chính 11 K32 giữa tấm thứ 2 (Tại đáy lớp BTXM 35MPa )

1 Tại vị trí mép tấm thứ 2 về phía nhà A3 B1

2 Tại vị trí chính giữa tấm thứ 2 B2

Đo biến 3 Tại vị trí mép tấm thứ 2 về phía sân bóng đá B3

dạng dưới Tại vị trí mép tấm thứ 2 về phía nhà A7 và tiếp giáp 4 B4 đáy tấm tấm thứ 3

100

Nội dung Ký hiệu STT Mô tả vị trí lắp đặt đo điểm đo

BTXM Tại vị trí mép tấm thứ 2 về phía nhà A4 và tiếp giáp 5 B5 35MPa tấm thứ 1

Tại vị trí góc tấm thứ 1 về phía nhà A3 và tiếp giáp tấm 6 B6 thứ 2

Tại vị trí góc tấm thứ 2 về phía nhà A3 và tiếp giáp tấm 7 B7 thứ 3

Tại vị trí mép tấm thứ 3 về phía nhà A4 và tiếp giáp 8 B8 tấm thứ 2

Tại vị trí mép tấm thứ 3 về phía nhà A3 9 B9

Tại vị trí chính giữa tấm thứ 3 10 B10

Tại vị trí mép tấm thứ 3 về phía sân bóng đá 11 B11

Tại vị trí mép tấm thứ 3 về phía nhà A7 và tiếp giáp 12 B12 tấm BTXM cũ

4.3.2.4. Xây dựng đoạn đường thử nghiệm

a/. Thi công, kiểm tra nền đất nguyên thổ

Hình 4.14. Thi công lớp vải Hình 4.13. Thi công, kiểm tra đất nền

địa kỹ thuật trước khi đổ cát nguyên thổ, lắp đặt cảm biến đo dao động

101

b/. Thi công kiểm tra nền cát

Hình 4.15. Thi công đầm nén lớp cát Hình 4.16. Kiểm tra mô đun đàn hồi

động của lớp cát nền bằng thiết bị LWD

c/. Thi công kiểm tra lớp bê tông lót

Hình 4.17. Thi công lớp bê tông

Hình 4.18. Khoan mẫu kiểm tra bê tông lót

lớp lót 18cm

102

Hình 4.19. Kiểm tra khuyết tật, chiều Hình 4.20. Lắp đặt thiết bị

dày bê tông lót bằng thiết bị đo biến dạng đáy tấm,

Impact-Echo bố trí thanh truyền lực

d/. Thi công kiểm tra lớp bê tông mặt đường

Hình 4.21. Bố trí thanh truyền lực Hình 4.22. Bố trí thanh truyền lực

khoảng cách 600mm khoảng cách 300mm

103

Hình 4.23. Thi công lớp bê tông Hình 4.24. Cắt tạo khe giữa các

mặt đường tấm bê tông

4.3.3. Thiết bị đo đạc chính đã sử dụng 4.3.3.1. Thiết bị FWD

Thiết bị thí nghiệm:

Thiết bị thí nghiệm FWD Dynatest 8000 của Viện KH & CN GTVT có bán kính

tấm ép 15cm và 7 sensor D0, D1, D2, D3, D4, D5, D6 với khoảng cách đến tâm tấm ép lần

lượt là 0, 200, 300, 450, 600, 900, 1200 mm.

a/. Nguyên tắc thí nghiệm

Tải trọng va đập tác dụng lên mặt đường do vật nặng có khối lượng nhất định

rơi từ độ cao định trước theo trục dẫn hướng tác dụng lên mặt đường qua tấm ép. Để

kéo dài thời gian tác dụng của tải trọng giống như tải trọng xe chạy trên đường (bánh

xe chuyển động) người ta làm bộ lò xo giảm chấn hoặc các tấm đệm cao su. Khi đó vật

nặng rơi xuống hệ thống đệm cao su (hoặc lò xo giảm chấn) và truyền tải trọng xuống

mặt đường trong khoảng thời gian từ 0,025s đến 0,04 s . Đầu đo tải trọng (sai số đo

không vượt quá 2%) gắn tại tâm truyền tải xác định tải trọng P tác dụng xuống mặt

đường. Chuyển vị tại tâm tấm truyền tải và tại các điểm cách tâm tấm truyền tải một

khoảng cách nhất định được ghi lại bằng các đầu đo chuyển vị (sai số đo không vượt

quá ± 0, 002mm) hoạt động trên nguyên tắc bộ chuyển đổi vận tốc. Tải trọng được

điều chỉnh theo chiều cao rơi của vật nặng và độ võng trên bề mặt đường được tính

toán từ số liệu đầu ra của các bộ chuyển đổi vận tốc.

Thiết bị thí nghiệm :

- Thiết bị đo độ võng động FWD ( Falling Weight Deflectometor) bao gồm: Hệ

thống thủy lực nâng tải trọng, bộ hệ thống xử lý 9000, máy tính và máy in.

104

b/. Nguyên lý làm việc của bộ phận gia tải (gây ra tải trọng)

- Bộ phận gây ra tải trọng là một vật nặng có khối lượng m được rơi từ độ cao

quy định H xuống tác dụng lên trên một tấm ép đường kính D, thông qua bộ phận

giảm chấn có độ cứng C hoặc moduyn đàn hồi E gây ra một xung lực xác định tác

dụng lên mặt đường. Biến dạng (độ võng) của mặt đường ở tâm tấm ép và ở các vị trí

cách tấm ép một khoảng quy định sẽ được các đầu cảm biến đo võng ghi lại. Các số

liệu đo được như: xung lực tác dụng lên mặt đường thông qua tấm ép, áp lực tác dụng

lên mặt đường (bằng giá trị xung lực chia cho diện tích tấm ép), độ võng mặt đường ở

các vị trí quy định (do các đầu cảm biến đo võng ghi lại) là cơ sở để xác định cường độ

kết cấu mặt đường.

- Như vậy, từ thế năng của vật nặng gây tải trọng tại thời điểm bắt đầu rơi là

mgH chuyển hoàn toàn thành động năng tại thời điểm quả nặng tiếp xúc với hệ giảm

chấn và tấm ép . Tương ứng với thời điểm H=0 ta có:

(4.11)

- Tùy theo độ cứng của toàn hệ giảm chấn (bao gồm cả tấm ép) mà vận tốc V1 (tương

ứng thời điểm t1) sẽ tắt dần nhanh hay chậm đến không ( v2 = 0) tại thời điểm t2.

- Tại thời điểm t2, thế năng ban đầu đã chuyển qua động năng và chuyển thành lực tác

dụng lên mặt đường và gây ra ứng suất - biến dạng trong kết cấu nền mặt đường, làm

mặt đường chuyển dịch theo chiều xuống dưới một đoạn là S. Gọi a là gia tốc của quả

nặng trong quá trình tiếp xúc với hệ giảm chấn ta có:

(4.12)

Do đó, lực tác dụng trên mặt đường:

(4.13)

Rõ ràng rằng: tùy theo khối lượng của vật nặng và chiều cao rơi của quả nặng,

người ta có thể thay đổi được độ lớn của lực tác dụng trên mặt đường, hay nói cách

khác là độ lớn của áp lực truyền lên mặt đường thông qua tấm ép. Cũng tương tự như

thế, người ta có thể thay đổi độ cứng của hệ giảm chấn để đạt được độ lớn và thời gian

tác dụng của tải trọng trên bề mặt mặt đường theo mong muốn.

105

Qua đó ta thấy rằng: bằng thiết bị gây tải trên, người ta hoàn toàn có thể tạo ra

xung lực tương tự như xe chạy trên đường. Và tải trọng tác dụng trên mặt đường là

dạng động tương tự như tác dụng của tải trọng bánh xe.

Có thể thực hiện nhiều thí nghiệm trên cùng một vị trí với tải trọng rơi khác

nhau. Lợi thế của việc đo võng bằng xung tải là rất nhanh, tải trọng rơi cũng dễ dàng

thay đổi và mô phỏng khá sát thực tải trọng giao thông.

Tải trọng

Hệ lò xo giảm chấn Chiều cao rơi

Bàn ép

Hình 4.25. Xung lực tạo ra trong thí nghiệm FWD

c/. Mô hình chậu võng và các sensor đo võng mặt đường

- Thiết bị FWD được lắp trên một chiếc rơ-mooc và được một ô tô tải nhẹ kéo đi

trong quá trình di chuyển và đo đạc. Việc điều khiển quá trình đo và thu thập số liệu

được tự động thông qua phần mềm chuyên dụng. Tại vị trí cần kiểm tra, tấm ép và các

đầu đo võng được hạ xuống tiếp xúc với mặt đường. Hệ thống điều khiển nâng khối tải

trọng lên độ cao quy định và rơi tự do xuống tấm ép gây ra một xung lực xác định tác

dụng lên mặt đường. Các đầu cảm biến đo võng sẽ ghi lại độ võng của mặt đường ở

các khoảng cách quy định. Trị số xung lực và độ võng được ghi lại vào file dữ liệu.

Sau khi đo xong, tấm ép và các đầu đo võng được nâng lên và thiết bị di chuyển đến vị

trí kiểm tra tiếp theo.

- Mô hình chậu võng

Chậu võng

Bàn ép Cảm biến đo gia tốc

Hình 4.26. Mô hình chậu võng

106

- Các sensor đo võng mặt đường

Khi lực tác dụng trên mặt đường gây ra trong kết cấu mặt đường một trạng thái ứng

suất biến dạng tương ứng. Các thông số cần đo đạc thông thường là biến dạng hoặc

ứng suất.

Ta biết rằng, khi đo được gia tốc của một chất điểm chuyển động, hoàn toàn có thể

tính ra chuyển vị của chúng và do đó tính ra được ứng suất.

Gọi gia tốc chuyển vị của chất điểm là a, vận tốc là v và chuyển vị của chất điểm là

S, ta có:

(4.14) ;

trong đó: v, t, S, a là vận tốc, thời gian, quãng đường và gia tốc của chuyển vị

thẳng đứng của mặt đường dưới tác dụng của xung lực.

Bằng những đầu đo gia tốc theo nguyên lý gia tốc, gắn trên bề mặt mặt đường, ta

có thể đo được chuyển vị thẳng đứng của mặt đường tại mỗi điểm nằm trong vùng ảnh

hưởng của tải trọng. Chuyển vị (hoặc biến dạng) đo được trong trường hợp này là ứng

suất hoặc các thông số dẫn xuất tính ra từ nó của kết cấu cũng là trạng thái động.

Các file dữ liệu FWD thu được bao gồm các thông số sau: thời gian, nhiệt độ, tải

trọng và độ võng tại các sensor đo võng.

Căn cứ vào các số liệu đo võng, có thể vẽ được chậu võng trên mặt đường cho

mỗi vị trí đo.

4.3.3.2. Đo đạc tính toán kết cấu theo lý thuyết

a/. Đo đạc tính toán mô đun đàn hỗi tĩnh BTXM

Trạng thái ban đầu

Trạng thái sau

Ứng suất

Biến dạng

Tải ban đầu

Tải trọng

Mô đun đàn hồi

Kí hiệu mẫu

Số đọc chuyển vị kế

Số đọc chuyển vị kế trung bình

Chiều dài khoảng tính toán Tải ban đầu

(kN)

(MPa)

(mm)

(kN)

(MPa)

(mm) (mm)

(kN)

(MPa)

0.322

0.252

0.301

0.221

BT1

11.2

0.50

281.6

12.52

0.080

200

398

Bảng 4.12. Kết quả thí nghiệm xác định mô đun đàn hồi của bê tông

30235

0.424

0.338

0.378

0.296

107

b/. Tính toán xác định sức chịu tải theo lý thuyết.

- Xác định hệ số nền tương đương trên đỉnh lớp móng:

Theo phục lục D, TCVN 10907-2015 xác định hệ số nền tương đương như sau:

(4.15)

trong đó: Ks1, Ks2, Ks3 là trị số hệ số nền tính toán (MN/m3 ), tương ứng với các lớp

(tính từ trên) một, hai, ba của nền tự nhiên hay móng nhân tạo từ đất đồng nhất và vật

liệu ở trạng thái khác nhau trong đó gồm các lớp thấm lấy theo Bảng F.6 Phụ lục C và

TCVN 10907-2015;

(4.16)

trong đó: t1 ,t2 là chiều dày tương ứng các lớp một và hai của nền (móng) (m); Dr là

đường kính quy ước truyền tải trọng trên móng (m), lấy bằng:

Đối với kết cấu gồm một lớp móng và một lớp nền, mặt đường BTXM đổ tại chỗ tính

cho cấp tải trọng cấp III thì đường kính quy ước truyền tải trọng trên móng là

Dr=2.9m.

Tra bảng F6 phục lục F, TCNV 10907-2015 ta được: Hệ số nền của lớp BTXM nghèo Ks1=1100 MN/m3, và của cát Ks3=45 MN/m3 Thay số vào ta tính được: Kse=129,09 MN/m3

- Xác định đặc trưng đàn hồi của tấm bê tông:

(4.17)

trong đó: 30235 MPa là mô đun đàn hồi BTXM thí nghiệm ở bảng 4.12

- Giả thiết tải trọng bánh đơn tương đương của máy bay tác dụng trên tấm bê tông:

W = 120 kN

- Áp lực bánh hơi lấy theo áp lực tiêu chuẩn: q = 1,37 MPa

- Bán kính đường tròn phân bố tải trọng:

(4.18)

Theo Westergard khi tải trọng tác dụng ở giữa tấm

108

(4.19)

Ứng suất làm việc của bê tông:

(4.20)

Vớ hệ số an toàn K = 1,95

Hệ số = 15,85 (cm).

Vậy tải trọng bánh đơn tương đương của máy bay tính toán:

W = 120,50 kN

(4.21)

Do vậy kết cấu có sức chịu tải tính toán: 120kN

4.3.4. Phân tích kết quả đo 4.3.4.1. Lựa chọn thuật toán xác định các đặc trưng sức chịu tải của mặt đường BTXM

Từ các số liệu về chậu võng, sử dụng các thuật toán tính ngược (Back-

Calculate) để xác định các đặc trưng sức chịu tải tải động của mặt đường bê tông xi

măng cũng như đánh giá khả năng truyền tải của khe nối thông qua hai thuật toán tính

ngược, đó là thuật toán BetsFit và thuật toán AREA.

Thuật toán BetsFit: đó là tìm một cặp trị số bán kính độ cứng tương đối của tấm

(moduyn đàn hồi của tấm bê tông xi măng EPCC) trị số đặc trưng cường độ của nền đất

sao cho chậu võng tính toán được thông qua bài toán cơ học có sai số nhỏ nhất hoặc

nằm trong một giới hạn nào đó với chậu võng đo được.

Thuật toán AREA: đó là từ chậu võng thực đo theo sơ đồ đặt đầu đo qui định,

tính giá trị AREA. Từ đó ước lượng bán kính độ cứng tương đối như là một hàm

AREA và tính toán với hệ số nền k và môđun đàn hồi của tấm bê tông xi măng bởi các

công thức thực nghiệm.

Thuật toán tính ngược trên dựa vào lời giải của Westergaard đối với mô hình

nền Winkler.

4.3.4.2. Sử dụng phần mềm phân tích ngược BAKFAA để tính mô đun từng lớp.

BAKFAA là phần mềm phân tích ngược để tính giá trị mô đun lớp của mặt

109

đường sử dụng chương trình LEAF phân tích lớp đàn hồi dựa trên dữ liệu thí nghiệm

FWD

Quá trình phân tích ngược là một quá trình tính toán mô đun lớp mặt đường và

mô đun đàn hồi nền đất dựa trên những chậu võng mặt đường phát sinh bởi tải trọng

FWD, với các thông số về mặt đường đã biết như: kết cấu mặt đường và hệ số Poisson

tương ứng với vật liệu từng lớp kết cấu mặt đường. Từ một giải pháp phân tích chính

xác cho một cấu trúc nhiều lớp chưa được phát triển, thì phương pháp phân tích ngược

là một giải pháp gần đúng. Nguyên lý của phương pháp phân tích ngược là một bộ giá

trị mô đun lớp ban đầu được giả định (giá trị giả định này gọi là giá trị hạt giống và

thường được ước tính căn cứ vào kinh nghiệm hoặc tài liệu nghiên cứu). Sau đó quá

trình phân tích ngược được lặp đi lặp lại nhiều lần, bằng cách điều chỉnh bộ mô đun

lớp mặt đường dần dần để được sự phù hợp nhất (sai số nằm trong phạm vi có thể chấp

nhận được) giữa độ võng thực đo và độ võng lý thuyết có thể đạt được.

Hình 4.27. Mô hình phân tích ngược tính mô đun lớp

4.3.4.3.Sử dụng phần mềm EverFE 2.25

EverFE 2.25 là phần mềm sử dụng phần tử hữu hạn 3D dùng để phân tích sự

làm việc của kết cấu áo đường BTXM thông thường.

Sử dụng phần tử hữu hạn 3D để phân tích sự làm việc của kết cấu áo đường đã

110

phát triển mạnh trong thập niên vừa qua. Nó đã cung cấp cho các nhà nghiên cứu và

thiết kế đường hiểu biết tốt hơn về nhiều khía cạnh về sự làm việc của áo đường như:

tính phức tạp của áo đường BTXM (cơ chế chuyển tải giữa các khớp), sự khó khăn khi

xem xét cả 2 hiệu ứng tải trọng và môi trường, khó khăn trong việc mô hình kết cấu.

EverFE 2.25 sử dụng một số loại phần tử để suy xét hệ thống áo đường bê tông

từ 1- 9 tấm / lề gia cố. Có đến ba lớp nền đàn hồi có thể được xác lập dưới áo đường,

và nền đường được lý tưởng hóa như là giảm sức căng hoặc gối đỡ trên nền bán không

gian vô hạn đàn hồi. 20 - nút phần tử bậc 2 của khối hình học 6 mặt được sử dụng để

mô tả tấm và lớp nền đàn hồi, và nền bán không gian vô hạn đàn hồi được kết hợp

thông qua số lượng hợp nhất, 8 - nút phần tử bậc hai được khớp với các lớp dưới cùng

lớp phần tử rắn. Tổng hợp tuyến tính hoặc phi tuyến khóa liên kết chuyển tải cũng như

các chốt truyền tải có thể được mô hình hóa tại các khớp ngang. Các tải trọng truyền

theo chiều dọc và liên kết ngang cũng có thể được mô hình hóa.

4.3.4.4. Sử dụng phần mềm COMFAA 3.0 để tính toán trị số sức chịu tải của mặt

đường PCN.

Để tạo thuận lợi cho việc sử dụng hệ thống ACN - PCN, Cục Hàng không Hoa

kỳ (FAA) đã phát triển một phần mềm ứng dụng để tính toán giá trị ACN bằng cách sử

dụng các quy trình và điều kiện theo quy định của ICAO và có thể được sử dụng để

xác định giá trị PCN. Phần mềm này được gọi là COMFAA và có thể được tải về cùng

với mã nguồn và tài liệu hỗ trợ của nó từ trang web của FAA.

Phần mềm COMFAA là một chương trình đa năng hoạt động ở hai chế độ tính

toán: Chế độ tính ACN - PCN và chế độ tính toán, thiết kế chiều dày mặt đường.

- Chế độ tính ACN - PCN.

+ Tính số ACN - PCN cho máy bay và cho mặt đường trên mặt đường mềm.

+ Tính số ACN - PCN cho máy bay và cho mặt đường trên mặt đường cứng.

+ Tính toán độ dày mặt đường mềm dựa trên các quy trình ICAO (phương pháp

CBR) cho các giá trị mặc định của CBR (15, 10, 6, và 3).

+ Tính độ dày miếng mặt đường cứng dựa trên các quy trình ICAO (phương

pháp Hiệp hội Xi măng Portland, trường hợp tải bên trong) cho các giá trị mặc định

của k.

- Chế độ tính toán, thiết kế chiều dày mặt đường.

111

+ Tính tổng chiều dày mặt đường mềm dựa trên phương pháp FAA CBR quy

định tại AC 150 / 5320-62, thiết kế và đánh giá mặt đường sân bay, cho các giá trị

CBR và mức che phủ theo quy định của người sử dụng.

+ Tính chiều dày tấmmặt đường cứng dựa vào phương pháp FAA Westergaard

(phân tích tải góc) quy định tại AC 150 / 5320-6 cho các giá trị k và mức che phủ theo

quy định của người sử dụng.

4.3.5. Các kết quả thu được sau khi đo đạc xử lý

4.3.5.1. Tiến hành đo FWD và xử lý số liệu đo võng

Kết quả đo độ võng động mặt đường của các điểm đo được xử lý và tự động đưa

vào các file số liệu và các biểu đồ lưu trữ trong máy tính kèm theo thiết bị. Trong mỗi

file số liệu, hàng đầu tiên thể hiện thông tin chung, cụ thể là lý trình điểm đo, thời gian

đo (ngày, tháng, năm và giờ). Hàng thứ hai thể hiện nhiệt độ mặt đường tại điểm đo.

Mỗi hàng tiếp sau đó thể hiện số liệu độ lớn tải trọng và các giá trị độ võng của một

lần đo tại các điểm. Số lần đo này có thể được điều khiển bởi người sử dụng, và đồng

thời thiết bị cũng có thể tự điều khiển cho đến lần đo mà thiết bị làm việc ổn định.

Tiến hành thí nghiệm đo võng FWD tại điểm đo ở vị trí giữa của tấm thu được

kết quả thí nghiệm FWD. Với hàng dữ liệu này, cột đầu tiên là số thứ tự, cột thứ hai là

độ lớn tải trọng tác dụng (kN), 7 cột tiếp theo tương ứng là các độ võng mặt đường

( ) tại 7 điểm đo lần lượt cách tâm gia tải các khoảng cách lần lượt là:

0;200;300;450;600;900;1200 (mm). Kết quả tổng hợp ở Bảng 4.13

Bảng 4.13. Kết quả xác định chậu võng tại tâm tấm BTXM

Lực tác Khoảng

dụng cách đầu 0 200 300 450 600 900 1200

(kN) đo (mm)

Độ võng 86.05 257,2 247,6 241,8 228,4 218,9 183,9 151,5 ( )

112

Kết quả chậu võng thực đo tại tâm tấm Khoảng cách đến tâm tải trọng (mm) 700

900

800

600

500

400

300

1000 1100 1200 1300

100

200

-120

-140

-160

-180

-200

Đ ộ v õ n g t ấ m

-220

(  m

-240

)

Kết quả chậu võng thực đo tại tâm tấm

-260

-280

Hình 4.28. Biểu đồ kết quả đo chậu võng tại tâm tấm BTXM

4.3.5.2. Sử dụng kết quả đo FWD phân tích ngược bằng phần mềm BAKFAA xác định

mô đun của từng lớp kết cấu.

- Nhập dữ liệu đầu vào

BAKFAA đòi hỏi một dữ liệu đầu vào tối thiểu để mô tả đầy đủ kết cấu mặt

đường, tính chất vật liệu của từng lớp và mô hình chậu võng mặt đường dưới tác dụng

của tải trọng.

+ Nhập giá trị mô đun đàn hồi hạt giống cho từng lớp mặt đường: Mô đun đàn

hồi có thể được xác định cho bất kỳ loại vật liệu rắn và đại diện cho một tỷ lệ không

đổi giữa ứng suất và biến dạng (độ cứng). Đối với ứng dụng này, người sử dụng một

giá trị mô đun “hạt giống” cho mỗi lớp mặt đường. Nếu người sử dụng không chắc

chắn giá trị mô đun nào được kỳ vọng cho mỗi lớp, giá trị hạt giống có thể khó xác

định. FAA cung cấp hướng dẫn cho thí nghiệm không phá hủy cấu trúc trong tài liệu

AC 150/5370-11B. Một phần chi tiết của tài liệu này phân tích dữ liệu võng, cung cấp

các giá trị mô đun điển hình và phạm vi dao động cho từng vật liệu và nó là nguồn tài

liệu để xác định giá trị hạt giống.

113

Bảng 4.14. Giá trị mô đun điển hình và phạm vi mở

Giá trị Mô đun điển hình và phạm vi mở cho từng loại vật liệu

min Điển hình max Vật liệu (MPa) (MPa) (MPa)

Bê tông Asphalt 500 3.500 14.000

Bê tông xi măng Porland 7.000 35.000 60.000

Móng bê tông nghèo 7.000 14.000 20.000

Móng gia cố Asphalt 700 3.500 10.000

Móng gia cố xi măng 1.400 5.000 14.000

Móng dạng hạt 70 200 350

Móng dưới dạng hạt hoặc đất 30 100 200

Đất cố kết hoặc gia cố 70 350 1.400

Đất dính 20 50 70

+ Nhập hệ số Poisson: Hệ số Poisson có thể thay đổi giữa 0 -:- 0,5. Gía trị mặc

định là 0,35 trong ứng dụng BAKFAA. Tương tự như giá trị hạt giống cho mỗi lớp,

người sử dụng có thể không có kinh nghiệm với việc xác định nếu hệ số Poisson đưa

ra cho mỗi lớp mặt đường cần được chỉnh sửa. Trong thông tư tư vấn AC 150/5370-

11B cung cấp hệ số Poisson điển hình cho vật liệu rải thông thường và có thể phục vụ

như một hướng dẫn để xác định những thay đổi thích hợp (nếu có), để người dùng

nhập dữ liệu đầu vào.

Bảng 4.15. Hệ số Poisson điển hình và phạm vi mở

Vật liệu min Max

Bê tông Asphalt hoặc Móng gia cố Asphalt 0,25 0,40

Bê tông xi măng Porland 0,10 0,20

Móng bê tông nghèo hoặc móng gia cố xi măng 0,15 0,25

Móng dạng hạt, móng dưới dạng hạt hoặc đất 0,20 0,40

Đất cố kết hoặc đất gia cố 0,15 0,30

Đất dính 0,30 0,45

+ Các tham số đại diện cho giao diện giữa hai lớp mặt đường và được đại diện

bởi giá trị giữa 0 và 1. Giá trị 0 cho biết nó không có dính bám trong khi giá trị 1 cho

114

biết dính bám là 100%. Giá trị mặc định là 1 và hiếm khi được sửa đổi bởi một thay

đổi nhỏ trong liên kết ảnh hưởng mạnh mẽ đến kết quả phân tích ngược.

+ Xác định các lớp cho phép hiệu chỉnh Mô đun trong quá trình phân tích

ngược

+ Nhập dung sai lặp: Dung sai lặp được thiết kế để cung cấp một tham số dung

sai phân đoạn cho quá trình phân tích ngược lặp đi lặp lại. Qúa trình phân tích ngược

tự động chấm dứt sau khi sai số căn quân phương RMS giảm ít hơn so với dung sai lặp

trong một lần lặp. Giá trị mặc định trong phần mềm BAKFAA là 0,0001

Dữ liệu đầu ra

Sau khi nhập đầy đủ các thông số đầu vào phục vụ cho quá trình phân tích

ngược thì nhấn nút “Backcalculate”, quá trình phân tích ngược được bắt đầu. Sai số

căn quân phương RMS của sự khác nhau giữa độ võng thực đo với độ võng tính toán

của các đầu sensor được thể hiện thông qua hàm RMS (công thức 2.1). Số lần lặp được

hiển thị khi quá trình phân tích ngược tự động chấm dứt sau khi giữa hai lần lặp

liên tiếp nhỏ hơn tham số dung sai lặp.

(4.23)

trong đó:

RMS: Sai số quân phương (

zmi: Độ võng thực đo bởi sensor thứ i

zci: Độ võng tính toán tại vị trí sensor thứ i

n: số sensor

Sau khi quá trình phân tích ngược kết thúc, chương trình sẽ đưa ra một bộ mô

đun lớp đàn hồi phù hợp nhất cho kết quả độ võng thực đo và độ võng tính toán tại các

sensor có RMS nhỏ nhất. Đồng thời số lần lặp thực hiện phân tích ngược và sai số căn

quân phương RMS cũng được chỉ ra

Khi thực hiện phân tích ngược cùng một lúc nhiều trạm đo FWD, sau khi kết

thúc quá trình phân tích ngược, BAKFAA cho ra một biểu đồ mô đun lớp với trục tung

là giá trị mô đun lớp tại các trạm đo, trục hoành là thứ tự các trạm đo.

115

Phân tích ngược xác định mô đun lớp

Dữ liệu đầu vào được nhập vào như sau:

Hình 4.29. Nhập dữ liệu đầu vào cho phần mềm BAKFAA

+ Kết quả phân tích ngược mô đun lớp từ dữ liệu đo võng FWD được thể hiện trong

hình 4.34

Hình 4.30. Kết quả phân tích ngược mô đun lớp

116

+ Kết quả phân tích được thể hiện trong bảng 4.16

Tải

Mô đun đàn hồi

Lớp 1 Lớp 2 Lớp 3

RMS

trọn

lớp 1

lớp 2

lớp 3

MPa

86.05

250

180

28.091,74

12.305,59

125,81

3,910

Bảng 4.16. Kết quả phân tích ngược xác định bộ mô đun lớp

Bộ mô đun lớp: Ebt = 28.091,74 (MPa), E2 = 12.305,59 (MPa), E3 = 125,81 (MPa)

có thể được sử dụng cho việc phân tích kết cấu dưới tác dụng của tải trọng.

- Sử dụng kết quả phân tích ngược xác định mô đun lớp để tính toán sức chịu tải tĩnh

của mặt đường.

Thiết bị đo FWD là máy gia tải động, vì vậy sẽ cho ta kết quả hệ số nền động.

Để phù hợp với tiêu chuẩn thiết kế, ta phải quy đổi hệ số nền động nền dưới đáy tấm

BTXM về hệ số nền tĩnh. Sự khác biệt của mô đun đàn hồi động so với mô đun đàn

hồi tĩnh phụ thuộc loại vật liệu lớp móng, loại đất nền, độ cứng của tấm bê tông mặt

đường và tốc độ gia tải của tải trọng thử nghiệm. Do đất nền đường là vật liệu lưu biến

có đặc tính đàn nhớt, nên nền thể hiện đặc trưng biến dạng trễ khi chịu tác dụng của tải

trọng động nên độ võng sẽ nhỏ hơn độ võng tĩnh, do đó hệ số nền động nhận được từ

tính toán sẽ lớn hơn so với hệ số nền tĩnh. Để xác định tải trọng cho phép là tải trọng

tĩnh như tải trọng dùng trong tính toán thiết kế, cần quy đổi hệ số nền động về hệ số

nền tĩnh. Theo hướng dẫn của Cục hàng không Hoa Kỳ, trong tính toán sức chịu tải

của mặt đường ô tô và sân bay, có thể lấy chung cho các loại nền đường giá trị hệ số

đàn hồi động lớn gấp hai lần hệ số đàn hồi tĩnh.

Sử dụng công thức của nghiên cứu sinh đề xuất thì, cường độ chịu kéo khi uốn

tại thời điểm thí nghiệm : (4.24)

Khi biết các thông số như chiều dày tấm Bê tông, hệ số nền k và cường độ chịu

kéo uốn của tấm BTXM thì ta có thể xác định được sức chịu tải của mặt đường

BTXM. Theo Westergaad, ứng suất tại tâm tấm :

(4.25)

Thay số vào tính toán ta được : (kN)

117

- Xác định ứng suất – biến dạng trong kết cấu mặt đường BTXM bằng phần

mềm EverFE 25 sử dụng kết quả phân tích ngược mô đun lớp từ dữ liệu đo võng FWD

(chi tiết trình bày tại phụ lục)

Ứng suất – biến dạng là hai thông số quan trọng liên quan đến tuổi thọ của kết

cấu mặt đường, vì vậy nó là yếu tố quan trọng trong phân tích kết cấu mặt đường.

Nghiên cứu này đã phân tích những ứng xử của kết cấu mặt đường BTXM dưới tác

dụng của tải trọng FWD thông qua phần mềm EverFE 2.25. Kết quả phân tích được so

sánh với kết quả đo thực nghiệm để kiểm tra sự hiệu quả và sự chính xác của mô hình

tính toán đã chọn.

Tải trọng tác dụng vào tấm là xung tải FWD với lực tác dụng khi đo lớn nhất

được ghi lại là 86,05 kN, bán kính tấm ép là 150mm. Do đó xung tải tác dụng xuống

mặt đường đo được lớn nhất là:

P= 1268.9x3.14x0,152= 86,05 (kN)

Từ kết quả phân tích ứng suất bằng phần mềm EverFE 2.25, ta xác định được

ứng suất tại đáy tấm ở vị trí điểm phân tích là: = 2,645MPa

Biến dạng tại đáy tấm BTXM ở vị trí điểm nghiên cứu theo kết quả phân tích

ứng suất bằng phần mềm EverFE 2.25 là:

(4.26)

- Xác định chỉ số sức chịu tải của mặt đường Pavement classification Number

(PCN) bằng phần mềm COMFAA sử dụng kết quả phân tích ngược mô đun lớp từ dữ

liệu đo võng FWD.

Ngoài các cuộc khảo sát và phân tích, phân loại điều kiện lớp móng, việc xác

định các mô đun phản lực nền, cần thiết cho thiết kế mặt đường cứng. Các mô đun

phản lực nền nên được gán cho lớp móng; lớp dưới tất cả các lớp kết cấu. Các mô đun

phản lực nền có thể được thể hiện như các mô đun của phản ứng lớp móng k hay là mô

đun đàn hồi E và có thể được nhập vào chương trình trực tiếp trong cả hai hình thức.

Tuy nhiên, tất cả các tính toán cấu trúc được thực hiện bằng cách sử dụng mô đun đàn

hồi E. Nếu các mô đun nền tảng là nhập vào thành một giá trị k nó sẽ tự động chuyển

đổi sang những giá trị E tương đương bằng cách sử dụng phương trình sau theo

Michael J.O‟Donnell [49]:

(4.27)

118

trong đó:

E0 là mô đun của lớp móng, tính bằng psi k là mô đun phản lực nền, tính bằng psi

Mô đun đàn hồi từng lớp kết cấu mặt đường có thể được xác định bằng cách

kiểm tra không phá hủy (NDT) như thí nghiệm đo độ võng quả nặng rơi (FWD). Nếu

các lớp móng có thể tiếp cận được thì giá trị k có thể được xác định trực tiếp bằng cách

kiểm tra tấm tải. Nếu mô đun k có thể được xác định bằng cách kiểm tra tải trọng tấm,

hoặc là có sẵn, sau đó giá trị k nên được nhập trực tiếp vào chương trình FAARFIELD

mà không cần chuyển đổi sang các mô đun E.

Sử dụng công thức của nghiên cứu sinh đề xuất thì, cường độ chịu kéo uốn tại

thời điểm thí nghiệm :

(4.28)

Sau khi xác định các thông số đầu vào của kết cấu áo đường như mô đun phản

lực nền k, chiều dày lớp kết cấu và cường độ chịu kéo uốn tại thời điểm thí nghiệm ta

nhập dữ liệu vào phần mềm COMFAA 3.0 để tính toán chỉ số PCN.

Hình 4.31. Lựa chọn tính chỉ số PCN của phần mềm

119

Hình 4.32. Nhập dữ liệu đầu vào gồm chiều dày tấm BTXM, cường độ chịu kéo khi

uốn và hệ số mô đun phản lực nền k.

4.3.6. Xác định tải thí nghiệm phù hợp với kết cấu mặt đường Trên thiết bị FWD có thể điều chỉnh được tải trọng, chiều cao rơi của quả tải do

vậy lực tác dụng xuống mặt đường là do người vận hành điều khiển. Mỗi loại kết cấu

mặt đường sẽ cần phải lựa chọn tải trọng phù hợp.Nếu tải trọng quá nhỏ sẽ dẫn đến kết

quả phân tán, phần mềm xử lý cho kết quả không tin cậy. Nếu tải trọng thí nghiệm quá

lớn có thể gây hư hỏng kết cấu mặt đường.

Qua thực nghiệm cho thấy lựa chọn tải trọng tăng dần và theo dõi kết quả đo độ

võng hai lần đo liên tiếp cho biểu đồ số liệu có độ phân tán ít, sai lệch <3% sẽ cho kết

quả xử lý mô đun đàn hồi từng lớp có độ tin cậy. Khi lựa chọn được tải trọng phù hợp,

với kết cấu mặt đường thiết kế không đổi sẽ giữ nguyên tải trọng thí nghiệm để đo đạc

khi đó sẽ thuận lợi cho việc phân tích đặc trưng từng đoạn.

Kết quả đo chậu võng tại tâm tấm BTXM với các tải trọng khác nhau được thể

hiện như Hình 4.37:

120

Kết quả chậu võng thực đo tại tâm tấm

Khoảng cách đến tâm tải trọng (mm)

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

Đ ộ v õ n g t ấ m

(  m

)

0 -20 -40 -60 -80 -100 -120 -140 -160 -180 -200 -220 -240 -260 -280

Độ võng ứng với tải trọng 40.32 kN Độ võng ứng với tải trọng 40.92 kN Độ võng ứng với tải trọng 51.28 kN Độ võng ứng với tải trọng 52.03 kN Độ võng ứng với tải trọng 62.21 kN Độ võng ứng với tải trọng 62.18 kN Độ võng ứng với tải trọng 86.05 kN

Hình 4.33. Kết quả đo võng tại tâm tấm BTXM với các lực tác dụng thay đổi

Qua kết quả đo đạc thử nghiệm có đối chứng với lý thuyết cho thấy việc sử

dụng thiết bị FWD cùng các phần mềm tính toán xử lý trong điều kiện hiện có ở Việt

Nam có thể dùng để đánh giá sức chịu tải cửa mặt đường bê tông xi măng bằng

phương pháp động.

Hiện tại các thiết bị đo FWD ở Việt Nam chưa có đơn vị hiệu chuẩn. Đoạn

đường thử nghiệm sau khi thi công không có xe tải lưu thông có thể sử dụng để kiểm

tra thiết bị, phát hiện sai lệch về đo lường của thiết bị. Các cảm biến đo biến dạng gắn

trong đoạn thử nghiệm được dùng để so sánh với giá trị độ võng cũn g góp phần đánh

giá hoạt động của cảm biến đo độ võng của thiết bị FWD.

Việc lựa chọn tải trọng đo phù hợp với kết cấu mặt đường là việc cần thiết mỗi

khi đo đạc. Đo đạc có số liệu đầu vào chính xác mới có thể xử lý đúng kết quả đo.

Các hãng thiết bị cùng hướng tới chuẩn mực chung, các dữ liệu đo được chung

định dạng và có thể sử dụng phần mềm xử lý do FAA xây dựng có thể sử dụng để xử

lý kết quả đo đơn giản, độ tin cậy cao. Nếu xây dựng phần mềm xử lý riêng cần phải

có đối chứng với những phần mềm của tổ chức uy tín đã được kiểm chứng thực tế.

121

4.4. Nghiên cứu thực nghiệm tại đƣờng nội bộ - Nhà xƣởng Hangar A76

Nghiên cứu thực nghiệm trên đoạn đường BTXM làm mới tại Nhà xưởng Hangar A76

Kết cấu áo đường gồm: Lớp BTXM 30/4,0 MPa dày 30cm Lớp cát gia cố xi măng 8% dày 20cm Đất cấp phối lu lèn K98 dày 30cm Đất nền nguyên thổ lu lèn K95

Thi công và kiểm tra từng lớp kết cấu

Thi công xong đạt cường độ tiến hành đo đạc

Tiến hành đo sử dụng thiết bị TOTC-01

Tiến hành đo biến dạng đáy tấm bằng tải trọng của thiết bị FWD

Thiết kế, bố trí thiết bị đo đạc

Xác định chiều dày

và độ đồng nhất của tấm BTXM

Tiến hành đo FWD được giá trị chậu võng và lực tác dụng

So sánh biến dạng do xung lực FWD gây ra và do xe tải gây ra.

Kết luận và lựa chọn tải trọng phù hợp cho loại kết cấu sử dụng

Sử dụng phầm mềm BAKFAA để tính mô đun từng lớp kết cấu

Sử dụng phần mềm COMFAA tính toán xác định SCT PCN theo theo giá trị thực đo

Tiến hành thí nghiệm trên một tấm BTXM đường nội bộ của nhà xưởng Hangar số 2

(A76) với kích thước tấm 3800 x 5000 mm được bố trí liên kết mối nối bằng thanh

truyền và khe ngàm. Kết cấu như sau:

- Bê tông xi măng 30/4,0 MPa : 30 cm

- Cát gia cố xi măng 8% : 20 cm

122

- Đất cấp phối lu lèn K98 : 30 cm

- Đất nền nguyên thổ lu lèn K95

Hình 4.34. Kết cấu đường nội bộ Hangar A76

Hình 4.35. Sơ đồ bố trí điểm nghiên cứu thực nghiệm

4.4.1. Bố trí sơ đồ đo biến dạng

Tiến hành nghiên cứu thực nghiệm đo biến dạng tại đường nội bộ nhà xưởng

Hangar A76

Đầu đo biến dạng được bố trí để đo biến dạng đáy tấm: Tấm BTXM được đo thực

nghiệm là tấm có mối nối ngang được bố trí thanh truyền lực, mối nối dọc là kết cấu

dạng khe ngàm, một cạnh tự do của tấm giáp lề đường. Đầu đo biến dạng được bố trí

tại đáy (theo phương xe chạy) ở giữa cạnh tự do của tấm, cách mép tấm 170mm. Tải

trọng tác dụng là tải trọng FWD.

123

Hình 4.36. Sơ đồ bố trí đầu đo biến dạng

Hình 4.37. Bố trí, lắp đặt đầu đo biến dạng tại đường nội bộ nhà

xưởng Hangar A76

4.4.2. Thiết bị thí nghiệm

Thiết bị thí nghiệm FWD Dynatest 8000 của Viện KH&CN GTVT có bán kính tấm

ép 15cm và 7 sensor D0, D1, D2, D3, D4, D5, D6 với khoảng cách đến tâm tấm ép lần

lượt là 0, 200, 300, 450, 600, 900, 1200 mm. Thiết bị được hiệu chuẩn và được lắp đặt

cảm biến đo nhiệt độ mặt đường.

124

Hình 4.38. Hình ảnh thí nghiệm FWD tại đường nội bộ nhà xưởng Hangar A76

4.4.3 Kết quả thí nghiệm FWD tại đƣờng nội bộ nhà xƣởng Hangar A76

Bảng 4.17. Kết quả xác định chậu võng tại tâm tấm BTXM

Lực tác Khoảng

dụng cách đầu 0 200 300 450 600 900 1200

(kN) đo (mm)

Độ võng 104,54 166,1 158,8 155,8 148,5 137,7 119,3 105,3 ( )

4.4.4. Phân tích ngược xác định mô đun lớp

Mô đun

Tải trọng

Lớp 1

Lớp 2

Lớp 3

Lớp 4

đàn hồi

RMS

lớp 1

lớp 2

lớp 3

lớp 4

MPa

104.54

300

200

300

0 38,219.64 4,358.08

893.37

220.53 1.9143

Bảng 4.18. Kết quả phân tích ngược xác định bộ mô đun lớp

Bộ modulus lớp: E1 = 38.219,64 (MPa), E2 = 4.358,08 (MPa), E3 = 893,37 (MPa),

E4 = 220,53 (MPa) có thể được sử dụng cho việc phân tích kết cấu dưới tác dụng của

tải trọng.

125

4.4.5. Kết quả thực nghiệm đo biến dạng dưới đáy tấm

Tại vị trí cần kiểm tra, tấm ép và các sensor được hạ xuống tiếp xúc với mặt đường

(tâm của tấm ép được đặt trùng với vị trí đặt đầu đo biến dạng đáy tấm). Hệ thống điều

khiển nâng khối tải trọng lên độ cao quy định và rơi tự do xuống tấm ép gây ra một

xung lực xác định tác dụng lên mặt đường. Các sensor cảm biến đo võng sẽ ghi lại độ

võng của mặt đường ở khoảng cách quy định, trị số xung lực và độ võng được ghi lại

vào file dữ liệu FWD. Đồng thời đầu đo biến dạng được lắp đặt dưới đáy tấm BTXM

tại vị trí đo sẽ ghi lại kết quả biến dạng của đáy tấm.

Tốc độ lấy mẫu đo biến dạng đáy tấm là 0,5ms (2000 dữ liệu/s)

Áp lực khi đo lớn nhất của FWD được ghi lại là: 1479 kPa

Kết quả đo biến dạng tại đáy tấm BTXM dưới tác dụng của tải trọng FWD được thể hiện trong biểu đồ hình 3.6 (trục tung thể hiện biến dạng 10 -6, trục hoành thể hiện thứ

Series1

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

-10

tự lấy dữ liệu (tương đương 4s))

Hình 4.39. Kết quả đo biến dạng tại đáy tấm BTXM dưới tác dụng tải trọng FWD

Từ kết quả đo thực nghiệm tại hiện trường ta thấy biến dạng lớn nhất dưới đáy tấm

BTXM là: =

4.4.6. Xác định ứng suất – biến dạng tại đáy tấm BTXM bằng phần mềm EverFE

2.25

- Nhập dữ liệu đầu vào cho phần mềm EverFE 2.25

Xét mô hình 6 tấm BTXM (2 hàng, 3 cột) có kích thước 3800 x 5000 x 300 mm

đặt trên lớp cát gia cố xi măng 8% dày 200mm và lớp K98 dày 300mm.

126

,ấm BTXM có E=38.219,64MPa; µ=0,15; α = 1.1e-005 (1/0C); D= 2400 kg/m3.Lớp cát

gia cố xi măng 8% có E=4.358,08 MPa; µ=0,20. Lớp K98 có E=893,37 MPa; µ=0,25.

Tải trọng tác dụng vào tấm là xung tải FWD với áp lực khi đo lớn nhất được ghi

lại là 1479 kPa, bán kính tấm ép là 150mm. Do đó xung tải tác dụng xuống mặt đường

đo được lớn nhất là:

(4.29) 104,54 (kN)

Kết quả phân tích ứng suất bằng phần mềm EverFE 2.25

Từ kết quả phân tích ứng suất bằng phần mềm EverFE 2.25, ta xác định được

ứng suất tại đáy tấm ở vị trí điểm phân tích là: = 2,413 MPa

4.4.7. Biến dạng tại đáy tấm BTXM

Biến dạng tại đáy tấm BTXM ở vị trí điểm nghiên cứu theo kết quả phân tích

ứng suất bằng phần mềm EverFE 2.25 là:

(4.30)

So sánh biến dạng đo thực nghiệm với giá trị tính toán

Theo kết quả nghiên cứu thực nghiệm, đo biến dạng tại đáy tấm BTXM ở vị trí nghiên cứu là: = . Kết quả tính toán biến dạng theo phần mềm phân tích EverFE 2.25 tại điểm đó là: =

Sai số tương đối giữa biến dạng thực đo và biến dạng tính toán theo EverFE

2.25:

(4.31)

Như vậy, sai số giữa số liệu đo biến dạng thực nghiệm ngoài hiện trường với số

liệu biến dạng tính toán được theo EverFE 2.25 là 4.43%. Số liệu này có thể chấp nhận

được.

4.5. Nghiên cứu đánh giá khả năng truyền tải trọng giữa các tấm BTXM

Khảo sát thực tế các dạng hư hỏng mặt đường BTXM tại Việt Nam cho thấy

phần lớn xuất phát từ khe nối. Nguyên nhân trong quá trình thi công không được chú

trọng, trong quá trình khai thác không được quan tâm bảo trì bảo dưỡng, lớp móng bị

ngấm nước dẫn đến mất mát vật liệu.Biểu hiện cho thấy rõ nhất là hiện tượng cập kênh tấm.

127

4.5.1. Những lỗi thường gặp khi thi công khe nối

Hình 4.40. Thanh truyền lực được gắn trên giá đỡ không chắc chắn

Hình 4.41. Các thanh truyền lực Hình 4.42. Khe không được trám ma tít ngay,

không trên cùng mặt phẳng, bị đá, sỏi chèn vào gây hư hỏng

bị cong vênh

Thanh truyền lực đặt xiên

Hình 4.43. Thanh truyền lực nằm trên giá đỡ chắc chắn, trên mặt phẳng ngang tuy

nhiên một số thanh không song song nhau.

128

Hình 4.44. Xẻ khe không đúng thời điểm Hình 4.45. Nứt vỡ lân cận khe

Hình 4.47. Tấm BTXM bị vỡ tại góc tấm gần khe nối Hình 4.46. Nước ngấm qua khe nối dẫn đến hiện tượng phụt bùn, cập kênh tấm

Qua công tác khảo sát, xác định nguyên nhân gây hư hỏng mặt đường BTXM

cho thấy việc nghiên cứu lựa chọn phương pháp đánh giá chất lượng khe nối giữa các

tâm bê tông là cần thiết.

4.5.2. Phương pháp đánh giá chất lượng khe nối

4.5.2.1. Sử dụng thiết bị FWD có cảm biến đo độ võng đối xứng qua tấm ép

Hình 4.48. Thiết bị FWD có bộ cảm biến đo chuyên dùng đo sử dụng

để kiểm tra khe nối

129

Hệ số truyền tải của các khe nối, vết nứt có ảnh hưởng hết sức lớn đối với khả

năng khai thác của mặt đường bê tông xi măng. Sự hư hỏng, suy giảm khả năng truyền

tải của sẽ tạo ra điều kiện để các hư hỏng của mặt đường như bị phọt bùn, phá huỷ mặt

đường. Các hư hỏng này sẽ dẫn đến giảm độ bằng phảng của mặt đường và giảm chất

lượng chạy xe.

Với vai trò của khe nối trong mặt đường BTXM như trên, nên việc đánh giá khả

năng làm việc của chúng có vai trò hết sức quan trọng. Bởi vậy, việc đánh giá khả

năng làm việc của khe nối luôn được coi là một phần của quá trình đánh giá sức chịu

tải chung của mặt đường bê tông xi măng đường ôtô và mặt đường băng sân bay.

Khi tải trọng tác dụng gần khe nối của mặt đường bê tông xi măng thì cả tấm có

tải và tấm không có tải đều bị võng xuống bởi lực tập trung của bánh xe truyền tải

trọng thông qua khe nối từ tấm chịu tải sang tấm không chịu tải. Kết quả là độ võng và

ứng suất ở tấm có tải sẽ giảm bởi một phần độ võng và ứng suất tại khe được truyền

sang tấm bên cạnh thông qua hệ thống khe

Có hai nhân tố có thể phản ánh được khả năng truyền tải hay nói cách khác là

khả năng làm việc của khe đó là độ võng và ứng suất tại khe nối của mặt đường

BTXM.

Khả năng truyền tải của khe được xác định dựa trên tỷ số độ võng lớn nhất tại

bên mép khe của tấm có tải so với độ võng lớn nhất tại mép khe của tấm không chịu

tải kề bên.

(4.32)

Hoặc có thể viết cách khác như sau:

(4.33)

trong đó:

du - độ võng tại mép khe nối bên tấm không có tải

dl - độ võng tại mép khe nối bên tấm bản có tải.

LTE, LTE*: là chỉ số khả năng truyền tải

Nếu khe nối thể hiện hiệu quả truyền tải kém, thì độ võng của tấm không chịu

tải phải nhỏ nhiều hơn tại tấm có tải và khi khe nối hoàn toàn không có khả năng

130

truyền tải thì hiệu quả truyền tải LTE tiến tới 0 nghĩa là tấm kế tiếp không hề bị ảnh

hưởng của tải trọng đặt trên tấm bên. Nếu khe có khả năng truyền tải tốt thì hiệu quả

truyền tải LTE sẽ xấp xỉ 100%. Và cả hai phương trình ở trên có thể được thay thế

bằng phương trình sau:

(4.34)

Tuy nhiên hiện nay tại Việt Nam các bộ thiết bị FWD không đặt hàng mua loại

có cảm biến đo chiều âm (phía sau của bàn ép) sử dụng khi đo sức truyền tải

4.5.2.2. Sử dụng thiết bị FWD không có cảm biến đo độ võng đối xứng qua tấm ép

Thiết bị FWD được trang bị ở Việt Nam đều theo kiểu thiết kế này, áp dụng

tiêu chuẩn [25] ta có

(4.35)

trong đó: hệ số truyền tải trọng

độ võng tấm không đặt tải

độ võng tấm đặt tải

B –hệ số uốn tấm được tính theo công thức (4.36)

(4.36)

trong đó: d0 center - độ võng đo được ở tâm tải trọng đặt giữa tấm BTXM mặt đường

d1 center - độ võng đo được ở cách tâm tải trọng một khoảng 12 inch

Trình tự đo được tiến hành như sau:

+ Đưa hệ thiết bị tới vị trí tâm tấm ép trùng với tâm của tấm BTXM, tiến hành

gia tải đo được giá trị độ võng ở tâm tấm d0 center và ở cách tâm 12 ich cảm biến đo

được giá trị độ võng d1 center áp dụng công thức tính được B theo (4.36)

+ Dịch chuyển tới vị trí bàn ép gần khe nối và tiến hành đo khi đó nhận được độ

võng tại tâm bàn ép và độ võng cách tâm bàn ép 12 ich (phía bên kia khe nối). Áp

dụng công thức (4.35) ta được hệ số truyền tải trọng tính theo %

131

Đo đạc thử nghiệm trên đoạn tuyến QL18 cho kết quả như bảng 4.19

Bảng 4.19: Kết quả đo hệ số truyền tải trọng một số tấm BTXM mặt đường QL18

(đoạn Hạ Long- Mông Dương)

Tấm số

Vị trí

D0

D12

D24

D36

Ghi chú

Áp lực (kPa)

Hệ số truyền tải trọng theo AASHTO 1993, ∆LT, % 76.6

582.3

75.0

49.7

43.6

34.4

Khe giãn

567.7

81.1

53.8

47.1

37.2

76.7

Vệt trong Vệt ngoài

568.3

72.3

62.6

56.0

48.3

100.0

Tâm tấm

570.9

76.4

63.9

58.4

49.5

96.7

Khe co

576.6

87.2

72.9

66.7

56.5

96.6

584.4

76.2

49.6

41.9

35.1

76.4

Khe giãn

564.6

69.5

45.2

38.3

32.0

76.3

Vệt trong Vệt ngoài Vệt trong Vệt ngoài

80.3

68.4

61.9

53.6

100.0

575.1

Tâm tấm

568.5

76.8

63.4

59.0

45.6

96.9

Khe co

578.2

65.7

54.3

50.5

39.0

97.0

575.9

117.3

77.8

63.7

53.1

76.5

Khe giãn

568.0

120.9

80.2

65.6

54.7

76.5

Vệt trong Vệt ngoài Vệt trong Vệt ngoài

565.6

68.4

59.3

52.3

46.2

100.0

Tâm tấm

567.7

119.4

96.0

90.8

78.8

92.7

Khe co

578.4

116.8

93.9

88.9

77.1

92.7

577.4

73.0

48.4

39.7

32.5

76.8

Khe giãn

562.5

57.8

38.3

31.5

25.7

76.8

Vệt trong Vệt ngoài Vệt trong Vệt ngoài

562

77.0

66.5

59.6

51.3

100.0

579

76.5

62.9

58.2

47.4

Tâm tấm Khe co

95.2

Vệt trong

563.0

135.8

91.0

76.9

62.2

77.2

Khe giãn

564.7

109.5

73.3

62.0

50.1

77.2

Vệt trong Vệt ngoài

576.7

72.9

63.3

55.8

49.1

100.0

Tâm tấm

561.1

132.5 107.0

101.3

81.7

93.1

Khe co

572.2

114.0

92.0

87.2

70.3

93.0

577.7

108.1

69.8

63.3

48.2

74.6

Khe giãn

567.9

75.8

48.9

44.4

33.8

74.5

Vệt trong Vệt ngoài Vệt trong Vệt ngoài

564.4

68.7

59.5

52.9

46.1

100.0

Tâm tấm Khe co

579.5

106.0

88.1

80.0

63.8

96.0

Vệt trong

132

Ghi chú

Tấm số

Vị trí

D0

D12

D24

D36

Áp lực (kPa)

Hệ số truyền tải trọng theo AASHTO 1993, ∆LT, %

96.0

572.2

69.2

57.5

52.2

41.6

75.9

584.8

124.2

80.2

71.0

57.4

Khe giãn

75.9

569.1

96.7

62.4

55.2

44.7

Vệt ngoài Vệt trong Vệt ngoài

560.2

76.0

64.6

58.9

51.1

100.0

Tâm tấm

97.4

561.7

122.7 101.6

93.9

83.2

Khe co

97.4

577.5

95.4

79.0

73.0

64.7

77.1

562.8

87.3

57.2

48.1

39.7

Khe giãn

77.1

584.5

59.6

50.1

41.4

Vệt trong Vệt ngoài Vệt trong Vệt ngoài

574

80.8

68.7

62.7

53.8

100.0

Tâm tấm

96.2

565.6

82.3

67.3

62.7

50.6

Khe co

96.3

571

87.4

71.5

66.6

53.7

78.2

568.8

120.0

80.0

70.0

54.5

Khe giãn

78.2

579.4

90.4

60.3

52.7

41.0

Vệt trong Vệt ngoài Vệt trong Vệt ngoài

574.2

72.8

62.1

56.4

48.5

100.0

Tâm tấm

95.4

572.1

118.9

96.8

91.1

73.1

Khe co

95.4

576.6

90.8

73.9

69.6

55.8

76.6

572.5

105.0

69.4

58.4

48.6

Khe giãn

76.7

561.8

104.5

69.1

58.2

48.4

Vệt trong Vệt ngoài Vệt trong Vệt ngoài

100.0

K10

565.7

75.6

65.2

58.7

50.4

Tâm tấm

94.3

572.9

110.7

90.0

84.0

72.0

Khe co

94.3

573.4

102.2

83.1

77.5

66.5

Vệt trong Vệt ngoài

Tại vị trí tấm có cả khe co, khe giãn cho thấy khả năng truyền tải trọng của khe

co đều tốt hơn so với khe giãn.

4.5.2.3. Đề xuất phương pháp đánh giá chất lượng khe nối phù hợp với điều kiện Việt

Nam

Qua việc nghiên cứu khảo sát các dạng hư hỏng mặt đường BTXM, nghiên cứu

phương pháp đánh giá bằng thiết bị FWD cho thấy sử dụng đang được áp dụng trên

thế giới cho thấy hạn chế tại Việt Nam là chưa có thiết bị phù hợp. Các bộ thiết bị

FWD được đặt hàng mua nhưng không mua loại có tính năng đo đạc tại khe nối,

phương án sử dụng các đầu đo chuyển vị có đầu dự phòng hoặc thay đổi vị trí các đầu

đo được nghiên cứu sinh thử nghiệm nhưng không thành công vì các phần mềm thu

133

thập số liệu là phần mềm chuyên dùng không can thiệp được. Để giải quyết việc này,

nghiên cứu sinh đã thiết kế chế tạo thiết bị đo TOTC-02 sử dụng để đo đạc độ cập

kênh của tấm.

4.5.3. Trình tự đo đạc đánh giá

- Chuẩn bị xe tải, tải trọng trục 10 tấn.

- Thiết lập đảm bảo an toàn đoạn đo thử nghiệm đối với đoạn đường đang khai

thác.

- Lắp đặt thiết bị TOTC-02 sao cho khe nối nằm giữa cảm biến 2 và 3. Vị trí đặt

trên mặt tấm cách vệt bánh xe chạy 20-25 cm.

- Cho xe chạy với vận tốc 5km/h qua 2 tấm cần đo, đồng thời ghi dữ liệu

- Đo lặp lại tối thiểu 3 lần tiến, 3 lần lùi xe lấy giá trị trung bình

Đề xuất ngưỡng đánh giá

- Nghiên cứu sinh đã tiến hành đo thử trên các đoạn tuyến mới thi công (ở các

trạm thu phí QL18,QL10) các đoạn tuyến đang khai thác QL18. Tổng hợp đề xuất

phân loại đánh giá độ cập kênh của tấm theo như bảng 4.20

Bảng 4.20. Phân loại đánh giá độ cập kênh

STT Kết quả đo độ cập kênh qua Đánh gía Ghi chú

khe nối, khe nứt (mm)

<0.01mm Rất tốt 1

0,01-:-0,02 mm Tốt 2

0,02-:-0,04 mm Trung bình 3

0,04-:-0,07 mm Kém Cần bảo trì 4

>0,07 mm Rất kém Cần sửa chữa 5

4.6. Nghiên cứu thực nghiệm mặt đƣờng BTXM tại dự án QL18 đoạn Hạ Long –

Mông Dƣơng.

4.6.1. Kết cấu áo đường BTXM đoạn Hạ Long – Mông Dương

Đoạn đường thí nghiệm tại QL18, xây dựng từ năm 2002 có mặt đường 2 làn xe

rộng 2 x 5.0 m. Kích thước tấm BTXM trên mặt bằng là 3,5 x 5,0 m

Kết cấu mặt đường cần đánh giá SCT có cấu tạo: Trên cùng là tấm BTXM được thiết

kế cấp B25 dày 24cm; dưới tấm BTXM là lớp móng cấp phối đá dăm dạng hạt dày

134

48cm; dưới cùng là nền đất đầm chặt K98. Giữa tấm BTXM mặt đường và lớp móng

bố trí 2 lớp giấy dầu tạo phẳng để giảm ma sát đáy tấm.

Hình 4.49. Kết cấu áo đường BTXM QL18 đoạn Hạ Long – Mông Dương

4.6.2. Thí nghiệm đo chậu võng

4.6.2.1. Công tác chuẩn bị, chọn vị trí của điểm đo

Các vị trí điểm đo nên được tiến hành tại giữa tấm trên mặt đường bê tông có

khe nối (thông thường cách mép mặt đường 1,5 m với đường 2 làn xe chạy). Tránh đo

trên các vị trí cá biệt, trên khe nứt, hay những vị trí bề mặt đường không bằng phẳng

dẫn tới các sai số thô của các kết quả đo.

Dùng sơn đánh dấu vị trí và lý trình của mỗi khe nối hay vết nứt ngang trên mặt

đường. Dùng sơn đánh dấu vị trí và lí trình của mỗi điểm đo trên mặt đường.

Phải tổ chức đảm bảo an toàn cho người thí nghiệm và phương tiện tham gia

giao thông trên đường khi thí nghiệm.

Chuẩn bị và cài đặt thiết bị đo

Thiết bị FWD đã được kiểm tra, định chuẩn và đảm bảo các yêu cầu như nhà

sản xuất qui định.

Các đầu đo phải được bố trí để đo được độ võng tại các điểm cách tâm bán kính

gia tải một khoảng 0; 200; 510; 810; 1130; 1450; 1760; 1960; 2160 mm.

Đường kính tấm ép là 300mm.

Cấp tải được cài đặt ở chế độ tự động hiệu chính nhằm đảm bảo độ lớn xung

lực là 60 - 70 kN.

Cài đặt chế độ tự động kiểm soát các số liệu đo đạc chậu võng và áp lực theo

các yêu cầu độ võng tăng dần từ trong ra ngoài và sai số của các lần đo nhỏ hơn 2%

135

cho cả áp lực và độ võng.

Hình 4.50. Công tác chuẩn bị máy móc và đảm bảo ATGT tại vị trí đoạn đường đo

thực nghiệm

4.6.2.2. Tiến hành đo đạc chậu võng

Cho xe tiến vào vị trí đo võng, điều khiển cho đĩa gia tải của thiết bị kéo theo

FWD vào đúng vị trí mong muốn. Hạ tấm gia tải và các đầu đo để đảm bảo rằng các

đầu đo được tiếp xúc với mặt đường một cách tốt nhất.

Tiến hành thả búa rơi 5 lần tương ứng với cấp tải trọng 65 kN tại mỗi vị trí thí

nghiệm. Số liệu của 3 lần búa đầu tiên không sử dụng. Số liệu của 2 búa còn lại được

sử dụng cho việc tính toán.

Hình 4.51. Thí nghiệm FWD tại hiện trường

4.6.3.Xử lý kết quả đo chậu võng.

Các sai số thô của tập các số liệu đo đạc chậu võng đã được loại trừ tự động

trong quá trình cài đặt thiết bị theo nguyên tắc độ võng của các đầu đo sẽ giảm dàn từ

tâm tấm tải ra ngoài.

136

Kết quả xử lý chi tiết được thể hiện ở phụ lục, dưới dây là một số kết quả đo

được thể hiện như:

Kết quả chậu võng thực đo tại tâm tấm 1

200

400

600

Khoảng cách đến tâm tải trọng (mm) 1200

1600

1400

1000

800

1800

2000

2200

Đ ộ v õ n g t ấ m

(  m

)

Kết quả chậu võng thực đo tại tâm tấm 1 đo lần 1

0 -20 -40 -60 -80 -100 -120 -140 -160 -180 -200 -220 -240 -260 -280 -300 -320

Hình 4.52. Kết quả chậu vừng thực đo tại tâm tấm 1 đo 1 lần ứng với tải trọng 65kN

Kết quả chậu võng thực đo tại tâm tấm 2 Khoảng cách đến tâm tải trọng (mm)

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

Đ ộ v õ n g t ấ m

(  m

Kết quả chậu võng thực đo tại tâm tấm 2 đo lần 1

)

Kết quả chậu võng thực đo tại tâm tấm 2 đo lần 2

0 -20 -40 -60 -80 -100 -120 -140 -160 -180 -200 -220 -240 -260

Hình 4.53. Kết quả chậu vừng thực đo tại tâm tấm 2 đo 2 lần ứng với tải trọng lần 1

là 65.2kN, lần 2 là 65.0 kN.

4.6.4. Tính toán xác định các đặc trưng cường độ của mặt đường BTXM

4.6.4.1. Sử dụng phần mềm phân tích ngược BAKFAA để tính giá trị mô đun lớp của

mặt đường.

Tính toán ngược mô đun lớp đại diện của tấm số 30

Dữ liệu đầu vào được nhập vào như sau:

137

Hình 4.54. Nhập dữ liệu đầu vào cho phần mềm BAKFAA

- Kết quả phân tích ngược mô đun lớp từ dữ liệu đo vừng FWD được thể hiện

trong Hình 4.62 và Hình 4.63

Hình 4.55. Kết quả phân tích ngược mô đun lớp

138

Hình 4.56. Kết quả phân tích ngược mô đun lớp

- Kết quả phân tích được thể hiện trong bảng 4.20

Mô đun

Mô đun đàn

Lớp 1

Lớp 2

Lớp 3

đàn hồi

RMS

Tải trọng

hồi lớp 1

lớp 2

lớp 3

MPa

240

480

17,945.58

234.23

162.06

8.570

62.11

Bảng 4.21. Kết quả phân tích ngược xác định bộ mô đun lớp

Bộ giá trị: Ebt = 17.945,58 (MPa), E2 = 234,23 (MPa), E3 = 162,06 (MPa) có thể

được sử dụng cho việc phân tích kết cấu dưới tác dụng của tải trọng.

4.6.4.2. Sử dụng kết quả phân tích ngược xác định mô đun lớp để tính toán sức chịu

của mặt đường đoạn Hạ Long – Mông Dương.

Kết quả đo tính toán giá trị mô đun đàn hồi lớp bê tông xi măng mặt đường

được thể hiện ở hình 4.57. Kết quả giá trị mô đun đàn hồi cấp phối đá dăm được thể

hiện ở hình 4.58. Kết quả giá trị mô đun đàn hồi nền đất được thể hiện ở hình 4.59.

(Kết quả chi tiết tại phụ lục)

Kết quả điển hình được thể hiện ở bảng 4.22.

139

Bảng 4.22. Kết quả sau tính toán một số tấm điển hình trên QL18

Kết quả trung bình tính E

Kết quả tính toán SCT của tấm BTXM

Ký hiệu tấm đo

Ebt Mpa

Ecpdd Mpa

Eo Mpa

Rku Mpa

Ptt (kN)

GT1

9864.5

371.8

130.0

3.98

173.3

GT2

10582.3

365.7

206.7

4.00

180.3

GT3

25329.7

454.1

239.9

4.44

194.3

GT4

23525.6

319.1

239.8

4.39

192.4

GT5

17033.5

434.6

170.2

4.19

181.0

GT6

12460.1

284.8

130.0

4.06

174.1

GT7

20279.9

432.4

182.1

4.29

184.9

GT8

23049.6

380.0

207.5

4.37

189.7

GT9

22033.4

501.3

236.4

4.34

190.6

GT10

19769.4

566.8

185.0

4.28

184.7

GT11

16765.3

540.0

166.0

4.19

180.5

GT12

21418.9

216.5

137.7

4.33

182.1

GT13

20238.9

245.6

172.6

4.29

184.1

GT14

25690.8

274.3

201.4

4.45

192.1

GT15

22717.8

428.8

119.8

4.36

181.4

GT16

20339.6

411.8

187.7

4.29

185.4

GT17

15804.7

278.0

131.5

4.16

176.4

GT18

16548.2

244.8

174.2

4.18

181.0

đoạn Hạ Long- Mông Dương

Kết quả trung bình tính E

Kết quả tính toán SCT của tấm BTXM

Ký hiệu tấm đo

Ebt Mpa

Ecpdd Mpa

Eo Mpa

Rku Mpa

Ptt (kN)

GT19

21661.2

245.5

207.7

4.33

188.3

GT20

13044.1

265.5

147.7

4.07

176.2

GT21

22368.6

292.7

214.7

4.35

189.5

GT22

19731.4

239.0

165.4

4.27

183.0

GT23

22302.1

221.7

146.6

4.35

183.8

GT24

18680.9

221.0

149.7

4.24

180.6

GT25

24768.9

260.7

185.6

4.43

189.9

140

Hình 4.57. Biểu đồ khoảng R=|max-min| của mô đun đàn hồi lớp BTXM

141

Hình 4.58. Biểu đồ khoảng R=|max-min| của mô đun đàn hồi lớp CPĐD

Hình 4.59. Biểu đồ khoảng R=|max-min| của mô đun đàn hồi lớp đất

142

4.7. Đề xuất các bƣớc thực hiện đánh giá mặt đƣờng BTXM

Bước 1: Chuẩn bị, kiểm tra thiết bị chính trước khi sử dụng

- Thiết bị FWD hoặc HWD:

+ Kiểm tra vị trí, khoảng cách các cảm biến đo gia tốc, kiểm tra dầu thủy lực ở

bộ phận nâng hạ, kiểm tra tình trạng gối cao su, hệ điều khiển, hệ đo lường của máy.

+ Đo thử trên tấm bê tông chuẩn (tấm bê tông thi công trên nền biết trước các

thông số, có gắn cảm biến đo biến dạng đáy tấm TOTC-03), xử lý số liệu đo đánh giá

độ sai lệch của kết quả đo so với thông số chuẩn đã biết trước. Quá trình kiểm tra lưu ý

đánh giá thời gian tác động của tải trọng thông qua thiết bị TOTC-03 (thời gian tác

động của tải trọng phụ thuộc vào độ cứng của hệ lò xo giảm chấn của máy, lò xo hoặc

cao su có thể bị thay đổi theo thời gian). Mục đích đo thử trên tấm chuẩn để xác định

tình trạng hoạt động bình thường của máy, nếu đo thử thấy sai lệch nhiều hoặc khác

nhiều với lần đo thử trước cần báo lại cho hãng sản xuất để tiến hành hiệu chuẩn lại

(hiện nay ở Việt Nam chưa có đơn vị có thể hiệu chuẩn thiết bị này.

- Thiết bị kiểm tra chiều dày tấm bê tông xi măng mặt đường

+ Có thể sử dụng thiết bị TOTC-01 hoặc thiết bị NDE 360 impact echo hãng

Olson Instruments.

+ Các thiết bị thử không phá hủy này trước khi sử dụng thực tế phải kiểm tra đo

thử trên mẫu chuẩn để kiểm tra hoạt động bình thường của thiết bị. Nếu phát hiện đo

đạc sai lệch với thông số của mẫu chuẩn phải báo lại hãng sản xuất để hiệu chỉnh.

- Thiết bị kiểm tra vị trí, số lượng, độ nghiêng lệch thanh truyền lực giữa các

tấm bê tông: Đây là phương pháp điện từ, không phá hủy do vậy trước khi sử dụng

phải kiểm tra trên mẫu chuẩn có gắn cốt thép.

- Thiết bị đo độ cập kênh của tấm bê tông xi măng TOTC-02; thiết bị này sử

dụng trong trường hợp chỉ cần đo khảo sát đánh giá độ cập kênh của tấm sớm phát

hiện hư hỏng tiềm ẩn không huy động được thiết bị FWD. Thiết bị trước khi sử dụng

các cảm biến đo LVDT được hiệu chuẩn (tại Tổng cục đo lường chất lượng- Việt Nam

có thể hiệu chuẩn được thiết bị này)

143

Bước 2: Tiến hành thử nghiệm theo sơ đồ

Đo đạc thực nghiệm FWD

Thu thập thông tin (1) - Kết cấu các lớp vật liệu - Chiều dày các lớp vật liệu

Kiểm tra chiều dày BTXM (2) Bằng phương pháp không phá hủy

Kiểm tra thanh truyền lực (3) Bằng phương pháp điện từ

Đo đạc hiện trƣờng (4)

- Xác định lực tác dụng - Chậu võng trên mặt đường khi

tác dụng lực

Bộ số liệu ban đầu (5) - Nạp bộ số liệu ban đầu phục vụ cho tính toán

Tính toán xử lý kết quả (6) - Sử dụng thuật toán ngược tính mô đun đàn hồi động các lớp vật liệu.

Chuyển đổi mô đun đàn hồi động sang mô đun đàn hồi tĩnh (7)

Từ kết quả mô đun đàn hồi tĩnh+ chiều dày lớp kết cấu tính sức chịu tải (8)

144

4.8. Kết luận chƣơng 4

Để thực hiện mục tiêu nghiên cứu của đề tài, chương 4 đã trình bày kết quả

nghiên cứu thực nghiệm trong phòng, trên đoạn thi công thử nghiệm, trên đoạn tuyến

đang khai thác đã thu được những kết quả chính như sau:

1.Thực nghiệm xây dựng tương quan giữa cường độ chịu kéo khi uốn và mô

đun đàn hồi của BTXM 35/4.5 MPa. Công thức tương quan đề xuất:

- .

- Công thức giúp cho việc tính toán, kiểm toán Rku khi đo đạc được Ebt

2. Thực nghiệm trên mô hình mặt đường trong phòng thí nghiệm xác định hệ số

mô đun đàn hồi nền chịu tải trọng tĩnh và động. Giá trị tương quan đã xác định được:

c = 1.682.

- Hệ số này là cơ sở tính toán quy đổi giá trị mô đun đàn hồi động (thông qua

đo đạc động) sang giá trị mô đun đàn hồi tĩnh phục vụ tính toán sức chịu tải chung của

mặt đường.

- Giá trị này mới thí nghiệm được trên một loại vật liệu (đối với vật liệu cát đắp

trên nền đất sét pha)

- Qua thử nghiệm tĩnh và động tại mô hình trong phòng thí nghiệm đã giúp cho

kỹ năng sử dụng trang thiết bị và hiểu rõ về phương pháp đo.

3. Thông qua đo đạc trên đoạn đường thi công thử tại đường nội bộ trường Đại

học Giao thông Vận tải, Xưởng Hangarr A76 đã giúp cho việc sử dụng thiết bị đo đạc

thành thạo, ứng dụng và kiểm chứng phần mềm tính ngược. Các thiết bị đo được gắn

trong tấm hoạt động ổn định, lâu dài góp phần cho các nghiên cứu tiếp theo. Qua đó đã

hoàn thiện kỹ năng đo đạc, xử lý số liệu và đã áp dụng đo đạc trên tuyến QL18 với 96

tấm BTXM mặt đường cho thấy việc ứng dụng phương pháp đo động (FWD) tại Việt

Nam là ứng dụng phù hợp và hiệu quả.

4. Nghiên cứu sinh đã chế tạo thiết bị đo TOTC-02 đo độ cập kênh tấm có thể

áp dụng trong trường hợp chưa có thiết bị FWD.

5. Nghiên cứu sinh đã chế tạo thiết bị đo biến dạng (TOTC-03) đặt trong bê tông

nhằm xác định biến dạng dưới đáy tấm. Giá trị đo đạc nhằm đối chứng với kết quả xử

lý tính toán từ mềm đã đề xuất sử dụng. Hệ thống đo tự động từ xa (có thể liên tục cập

145

nhật tự động số liệu về máy tính trung tâm). Hệ thống đo tự động sau đó được áp dụng

có hiệu quả hoạt động tin cậy phục vụ ứng dụng thực tế như: Quan trắc dịch chuyển tự

động gối Cầu Bãi Cháy, đo quan trắc nhiệt độ mặt đường bê tông nhựa tại Thủ Đức

(10 phút lấy dữ liệu chuyển về trung tâm). Hệ thống này đã được nghiên cứu sinh và

các cộng sự đã đăng ký tại cục sở hữu trí tuệ và đã công bố trên Công báo sở hữu công

nghiệp số 339 tập A (06.2016) của Cục Sở hữu trí tuệ- Bộ Khoa học công nghệ.

146

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Kết cấu mặt đường BTXM với những ưu điểm chịu được tải trọng nặng, thời

gian phục vụ dài, ít chịu ảnh hưởng của điều kiện môi trường là lựa chọn hàng đầu cho

xây dựng đường ô tô và sân bay, đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành nên

mạng lưới giao thông của các quốc gia. Ở Việt Nam, lựa chọn mặt đường BTXM là

giải pháp kích cầu sử dụng xi măng trong nước, giảm nhập khẩu nhựa đường và tận

dụng được các nguồn lực địa phương.

Hiện nay ở Việt Nam hệ thống tiêu chuẩn thiết kế, thi công, nghiệm thu và đánh

giá trong quá trình khai thác mặt đường BTXM cho đường ô tô và sân bay chưa được

đồng bộ, chưa cập nhật những công nghệ mới. Nghiên cứu sử dụng phương pháp

không phá hủy để đánh giá chất lượng mặt đường BTXM ở Việt Nam là cần thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn.

- Luận án có ý nghĩa khoa học:

+ Phân tích, xác định những thông số quan trọng cần kiểm soát khi đánh giá chất

lượng khai thác mặt đường bê tông xi măng đường ô tô bằng phương pháp không phá

hủy;

+ Phân tích nguyên lý truyền sóng đánh giá chất lượng mặt đường BTXM, chế

tạo thành công các thiết bị đo đạc làm cơ sở khoa học cho phân tích kết cấu mặt đường BTXM.

- Luận án có ý nghĩa thực tiễn:

+ Kiến nghị quy trình đánh giá chất lượng khai thác mặt đường BTXM ô tô bằng

phương pháp không phá hủy ở Việt Nam;

+ Chế tạo các thiết bị phục vụ cho công tác nghiên cứu thực nghiệm đánh giá

chất lượng khai thác mặt đường BTXM phù hợp với điều kiện Việt Nam.

Những kết quả mới đạt đƣợc của luận án

1. Đề xuất trình tự công nghệ đo động xác định chiều dày, khuyết tật, độ hổng

dưới đáy tấm của mặt đường BTXM. Thiết kế chế tạo thành công thiết bị TOTC-01

đảm bảo chính xác, hoạt động ổn định, có tốc độ lấy mẫu tối đa 1.25 Mhz phù hợp với

các điều kiện Việt Nam;

2. Đề xuất trình tự công nghệ đo, thiết kế chế tạo thành công thiết bị TOTC-02 đo độ cập kênh của tấm khi chịu tải trọng động với độ chính xác 10-4mm. Bước đầu đề xuất giới hạn đánh giá chất lượng khai thác tấm theo độ cập kênh của tấm BTXM.

147

3. Thiết kế, xây dựng mô hình nghiên cứu hiện trường đánh giá chất lượng khai

thác mặt đường BTXM bằng phương pháp không phá hủy. Thiết kế chế tạo thành công

bộ thiết bị TOTC-03 đo đạc tự động theo thời gian thực các trường nhiệt độ, biến dạng và dao động trong kết cấu mặt đường BTXM đảm bảo chính xác;

4. Xây dựng tương quan thực nghiệm giữa cường độ chịu kéo khi uốn Rku và mô đun đàn hồi Ebt của BTXM 35/4.5 Mpa sử dụng phân tích, thiết kế kết cấu mặt đường BTXM

5. Thiết kế mô hình nghiên cứu mặt đường trong phòng thí nghiệm, xác định hệ

số tương quan mô đun đàn hồi nền chịu tải trọng tĩnh và động c = 1.682.

6. Trên cơ sở nghiên cứu thực nghiệm hiện trường tại 3 dự án: Đường nội bộ

Hangar A76-Sân bay Nội Bài; Đoạn thử nghiệm Đại học GTVT; và Quốc lộ 18 Hạ

Long – Vân Đồn luận án đã đề xuất được quy trình đánh giá chất lượng khai thác mặt

đường BTXM đường ô tô và sân bay bằng phương pháp không phá hủy đảm bảo nhanh chóng, chính xác, cập nhật, phù hợp với các điều kiện Việt Nam;

Đề xuất định hƣớng nghiên cứu tiếp theo

- Phân tích các trường nhiệt độ, biến dạng và dao động trong kết cấu mặt đường

BTXM theo thời gian thực và đánh giá ảnh hưởng đến chất lượng khai thác kết cấu tổng thể nền mặt đường;

- Nghiên cứu tương quan giữa cường độ chịu kéo khi uốn (Rku) và mô đun đàn

hồi (Ebt) với nhiều loại cốt liệu, xi măng, cấp bê tông khác nhau.

148

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÓ THAM GIA CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG

BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN

[1] Lương Xuân Chiểu, Trần Văn Khuê (2010), Nghiên cứu phương đo sóng ứng

suất xác định vận tốc truyền sóng trong bê tông, Tạp chí Khoa học Giao thông

Vận tải số 29 tháng 3 năm 2010.

[2] Lương Xuân Chiểu, Hoàng Tùng (2012), Nghiên cứu sơ bộ về tải trọng tính

toán và cấu tạo mặt đường bê tông xi măng trong nút giao vòng xuyến, Tạp chí

Khoa học Giao thông Vận tải số 37 tháng 3 năm 2012.

[3] Lã Văn Chăm, Lương Xuân Chiểu (2012), Nghiên cứu xây dựng đường chuẩn

tương quan giữa cường độ chịu nén với vận tốc truyền sóng siêu âm kết hợp trị

số bật nảy ứng dụng đánh giá cường độ chịu nén bê tông mác 45 – 55 MPa,

Tạp chí Khoa học Giao thông Vận tải số 38 tháng 6 năm 2012.

[4] Lương Xuân Chiểu, Nguyễn Quang Phúc, Phạm Văn Mạnh (2014), Sử dụng kết

quả thí nghiệm FWD phân tích kết cấu mặt đường bê tông xi măng, Tạp chí

Khoa học Giao thông Vận tải số 46 tháng 6 năm 2014 trang 59-66.

[5] Lương Xuân Chiểu, Nguyễn Xuân Huy, Đặng Viết Tuấn, Nguyễn Huy Cường

(2014), Phân tích sự làm việc cục bộ của kết cấu khung BTCT có sử dụng cảm

biến đo biến dạng cốt thép, Tạp chí Giao thông Vận tải số 11 năm 2014

[6] Nguyen Xuan Huy+ Phạm Xuan Dat+Luong Xuan Chieu (2016), Shaking

Table Test on Seismic Performance of L- and V-Sectioned Reinforced Concrete

Columns-Journal of Earthquake&Tsunami- ISSN 1793-4311,Vol.9,No.4,

1550010, Science Citation Index Expanded (SCIE):

[7] Lương Xuân Chiểu (2011), Bằng phương pháp thực nghiệm thiết lập mối quan

hệ giữa cường độ nén bê tông và vận tốc truyền sóng siêu âm đối với bê tông

cường độ cao, Đề tài khoa học cấp bộ mã số B2007-04-50

[8] Lương Xuân Chiểu (2014), Nghiên cứu thiết kế chế thử cảm biến đo biến dạng.

Ứng dụng đo đạc, quan trắc biến dạng cấu kiện bê tông khi chịu tải trọng, Đề

tài cấp trường mã số :T2014-TTKHCNGTVT- 34

[9] Lương Xuân Chiểu, (2011), Nghiên cứu đo đạc tính toán chỉ số PCN cho mặt

đường BTXM và sân bay, Đề tài khoa học mã số :T2011-CT.

149

TÀI LIỆU THAM KHẢO

TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT

[1] Bộ Giao thông vận tải (1995), Tiêu chuẩn ngành 22 TCN 223-95, Quy trình thiết

kế áo đường cứng, Hà Nội.

[2] Bộ Giao thông vận tải (2006), Tiêu chuẩn ngành 22TCN 335-06,Quy định thí

nghiệm và đánh giá cường độ nền đường và kết cấu mặt đường mềm của đường

ô tô bằng thiết bị đo động FWD, Hà Nội.

[3] Bộ Giao thông vận tải (2012), Quyết định số 3230/QĐ BGTVT, Quy định tạm

thời về thiết kế mặt đường BTXM thông thường có khe nối trong xây dựng công

trình giao thông, Hà Nội.

[4] Bộ Giao thông vận tải (2012), Quyết định số 1951/QĐ BGTVT, Quy định tạm

thời về kỹ thuật thi công và nghiệm thu mặt đường bê tông xi măng trong xây

dựng công trình Giao thông, Hà Nội.

[5] Hà Huy Cương (1984), Luận án TSKH, Sử dụng nguyên lý cực trị Gauss vào các

bài toán mặt đường cứng sân bay và đường ôtô, Đại học MADI-Mátxcơva

[6] Hà Huy Cương (IV/2005), Phương pháp nguyên lý cực trị Gauss, Tạp chí Khoa

học và kỹ thuật.

[7] Lã Văn Chăm (2002), Một số vấn đề về đánh giá mặt đường Bê tông xi măng

bằng Dynatest, Bộ môn Đường bộ Trường ĐHGTVT.

[8] Lã Văn Chăm (2003), Đo đạc sóng bề mặt để đánh giá môđun đàn hồi của kết

cấu mặt đường bê tông xi măng, Tạp chí khoa học GTVT số 4, Hà Nội.

[9] Lã Văn Chăm (2003), Một số vẫn đề về đánh giá mặt đường bê tông xi măng

bằng dynatets 8000, Tạp chí khoa học GTVT số 5, Hà Nội.

[10] Lương Xuân Chiểu (2014), Nghiên cứu thiết kế chế thử cảm biến đo biến dạng.

Ứng dụng đo đạc, quan trắc biến dạng cấu kiện bê tông khi chịu tải trọng, Đề tài

cấp trường mã số :T 2014-TTKHCNGTVT- 34

[11] Lương Xuân Chiểu (2009), Nghiên cứu thực nghiệm một số thông số đặc trưng của

mặt đường cứng bằng phương pháp động, Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật, Trường Đại

học Giao thông Vận tải, Hà Nội.

[12] Nguyễn Duy Đồng (2007), Nghiên cứu sự làm việc của mặt đường cứng sân bay

trong điều kiện nhiệt độ Việt Nam, Luận án TSKT.

[13] Nguyễn Xuân Đào (1977), Máy đo xóc MĐX-73 và máy rơi chấn động MRCĐ-

74 những trang thiết bị tự chế tiện lợi cho kỹ thuật mặt đường ô tô ở Việt Nam,

150

Tạp chí KHKT GTVT (1977).

[14] Phạm Huy Khang (2008), Thiết kế mặt đường BTXM đường ô tô và mặt đường

sân bay, NXB Giao thông vận tải, Hà Nội.

[15] Dương Học Hải, Hoàng Tùng, Mặt đường bê tông xi măng cho đường ôtô- Sân

bay, NXB Giao thông vận tải, Hà Nội

[16] Nguyễn Hồng Minh (2007), Đánh giá chất lượng, xác định tuổi thọ công trình

mặt đường bê tông xi măng sân bay, Luận án TSKT

[17] Hoàng Nam Nhất (2001), Về sự làm việc của mặt đường sân bay chịu tải trọng

động, Luận án TSKT

[18] Ngô Hà Sơn (1995), Ứng suất nhiệt trên mặt đường bê tông xi măng sân bay,

Luận án Tiến sỹ kỹ thuật

[19] Nguyễn Hoàng Sơn (2013), Đề tài cấp bộ, Mã số DT134013, Nghiên cứu đánh

giá hiện trạng chất lượng kết cấu mặt đường ô tô bằng bê tông xi măng đã xây

dựng ở Việt Nam giai đoạn 1975 đến nay.

[20] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 3118-2012,Bê tông nặng – phương pháp xác định

cường độ nén, Hà Nội.

[21] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 9357-2012,Bê tông nặng – phương pháp thử không

phá hủy – đánh giá chất lượng bê tông bằng vận tốc xung siêu âm, Hà Nội.

[22] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 3119-2012,Bê tông nặng – phương pháp xác định

cường độ chịu kéo khi nén, Hà Nội.

[23] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5726-1993, Bê tông nặng – phương pháp xác định

cường độ lăng trụ và mô đun đàn hồi khi nén tĩnh, Hà Nội.

[24] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 9357-2012,Bê tông nặng – phương pháp xác định

cường độ chịu kéo khi nén, Hà Nội.

[25] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 10907-2015,Sân bay dân dụng – mặt đường sân

bay – yêu cầu thiết kế, Hà Nội.

[26] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 11365-2016, Mặt đường sân bay – Xác định số

phân cấp mặt đường bằng thiết bị đo võng bằng quả nặng thả rơi , Hà Nội.

[27] Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN ISO 9000:2007,Hệ thống quản lý chất lượng – cơ

sở và từ vựng, Hà Nội.

[28] Phạm Cao Thăng (2016), Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá sức chịu tải tĩnh mặt

đường bê tông xi măng bằng thiết bị đo động FWD, Tạp chí giao thông vận tải

8/2016.

151

[29] Phạm Cao Thăng (2014), Tính toán thiết kế các kết cấu mặt đường, NXB Xây

dựng

[30] Vũ Đình Phụng (1987), Xác định tải trọng phá hoại tính toán dùng trong thiết kế

mặt đường cứng, đường ô tô và sân bay theo trạng thái phá hỏng, Luận án TSKT

Tài liệu dịch:

[31] Bêdukhốp N.I(1978), Cơ sở lý thuyết đàn hồi, lý thuyết dẻo, lý thuyết từ biến,

Phan Ngọc Châu dịch, Nhà xuất bản Đại học và Trung học chuyên nghiệp, Hà

Nội.

[32] Nguyễn Quang Chiêu (2001), Bản dịch phương pháp ACN-PCN.

[33] Phạm Huy Khang (2016), Bản dịchMặt đường bê tông xi măng theo quan điểm

hiện đại.

[34] X.P.Timôsenkô - X.Vôinôpxki - Krige (1971), Tấm và vỏ, Người dịch: Phạm

Hồng Giang, Vũ Thành Hải, Đoàn Hữu Quang. NXB. Khoa học và kỹ thuật, Hà

Nội.

TÀI LIỆU TIẾNG ANH

[35] AASHTO Guide for Design of Rigid Pavement Structures, AASHTO 1998.

[36] ASTM 1383-98 (1998), Standard Test Method for Measuring the P-Wave Speed

and the Thickness of Concrete Plates Using the IMPact-Echo Method.

[37] ASTM D4580M (2012), Standard Practice for Measuring Delaminations in

Concrete Bridge Decks by Sounding.

[38] ASTM D6433 (2009), Standard Practice for Roads and Parking Lots Pavement

Condition Index Surveys.

[39] A. Qaium Fekrat March (2010), Calibration and Validation of EverFE 2.24: A

Finite Element Analysis Program for Jointed Plain Concrete Pavements, M.S.,

Civil Engineering.

[40] Asst. Prof. Dr. Mohammed M.Salman, Eng. Ali H. Al-Amawee (2006), The

Ratio between Static and Dynamic Modulus of Elasticity in Normal and High

Strength Concrete.

[41] Bill Davids (2003), Ph.D, P.E, EverFE Theory Manual, Dept. of Civil and

Environmental Engineering, University of Maine.

[42] Chowdhury Indrajit, Shambhu P.Dasgupta (2009), Dynamics of Structure and

Foundation- Aunified approach. Taylor & Francis Group.London, UK

152

[43] F.T.Fwa (2006), The handbook of Highway Engineering, Taylor & Fracis,

London

[44] IMPact- Echo User‟s Manual

[45] Long -Life Concrete Pavements in Europo and Canada. FHWA. 2007.

[46] L.P. Priddy, D.W. Pittman, and G.W. Flintsch, 2013. Load transfer

characteristics of pricast porland cement concrete panels for airfield pavement

repairs. TRB 2014 report.

[47] Lev Khazanovich, Alex Gotlif, 2003. Evaluation of joint and crack load transfer

final report- FHWA-RD-02-088

[48] Nick Thom (2003), Concrete pavement design, Taylor & Fracis, New Yord.

[49] Michael J.O‟Donnell (2011), AC 150 / 5370 – 11B, Use of Nondestructive

Testing in the Evaluation of Airport Pavements, U.S. Department of

Transportation.

[50] Pryianka S (2016). Nondestructive Deflection Testing based

MechanisticEmpirical Overlay Thickness Design Approach for Low Volume

Roads: Case Studies- Elsevier, No 143

[51] The IMPact-Echo Method: an overview by N.J Cario.

[52] The IMPact Echo Method: A review by Fernando J. Germar University of the

Philippines.

[53] U.S. Department of Transportation, 2011. Use of Nondestructive Testing in the

Evaluation of Airport Pavements. Report No 150/5370-11B of FAA.

TÀI LIỆU TIẾNG PHÁP

[54] Sergio Perez, Anne Beeldens, Johan Maeck, Carl Van Geem, Ann Vanelstraete,

Geert Degrande, Geert Lombaert, Pıeter De Wınne (2009), Evaluation a l‟aide

du FWD et du faultimetre des stabilisations de dalles en béton, Belgisch

Wegencongres.