Ề

Ử Ụ

NG Ô TÔ

NG PHÁP AASHTO

Ế ƯƠ

S D NG PH N M M MATHCAD Ầ TRONG THI T K M I M T Đ Ế Ớ Ặ ƯỜ THEO PH USING THE MATHCAD PROGRAM FOR DESIGNING NEW PAVEMENT STRUCTURE IN ACCORDANCE WITH AASHTO METHODS

Ễ

NGUY N TI N DŨNG Tr

ng Cao đ ng Công ngh , Đ i h c Đà N ng

Ế ẳ

ườ

ạ ọ

ệ

ẵ

ng pháp c a AASHTO đang đ

c đ nh h ị

t Nam. Hi n nay, vi c tính toán đ

ọ

ươ ẩ

ượ ệ

ệ

ng ô tô theo ph

ủ

ế ấ

ơ ở ớ

i, các ph ả ạ ặ ườ

ớ ủ ươ

ệ ự

ư ậ

ể ử ụ

ề

i đ chính xác c a các toán đ , t ủ

ạ ộ

i s d ng.

ế ế ớ ế

ổ ế

ộ ọ

ẽ

ầ

ẩ

ớ

d TÓM T TẮ ng ướ Trong ngành Giao thông v n t ủ ậ ộ ch n làm c s cho viêc biên so n tiêu chu n m i c a Vi ng pháp này d a vào các toán đ . Tính dày c a các l p k t c u m t đ ồ toán nh v y s kém chính xác và ch m. Ta có th s d ng ph n m m MathCAD đ ki m ể ể ầ ậ ẽ tra l đ ng hóa tính toán và nâng cao đ chính xác c a k t ế ủ ồ ự ộ qu . Qua đó s góp ph n ph bi n các tiêu chu n thi t k m i đ n v i m i ng ườ ử ụ ả ABSTRACT The AASHTO methods are oriented for building building new vietnam specifications in the transportation branch. The design of new pavement’s main parameters is based on the design charts of the current AASHTO method. In this study, the MathCAD program is used to inspect the accuracy of design charts and to design automatically.

Ặ Ấ

t k m i áo đ ng c ng theo ph Ề ế ế ớ ề ườ ứ ươ ủ ng pháp c a AASHTO, ng ườ ồ ử ụ

- Toán đ dùng cho thi ng m m và áo đ ư ề ự ỗ ng m m d a trên các giá tr trung bình cho m i ị ầ

- Toán đ dùng cho thi t k m t đ ế ế ặ ườ ự ỗ ng c ng d a trên các giá tr trung bình cho m i ứ ị 1. Đ T V N Đ Khi tính toán thi i ta s d ng hai toán đ chính nh sau: ườ t k m t đ ế ế ặ ườ ồ s li u đ u vào. ố ệ ồ s li u đ u vào. ố ệ ầ

ề

ữ Các toán đ này đ u có các ph ồ Toán đ đ ồ ượ ệ ằ ườ ệ ủ ng ng. ươ ứ ự ệ ụ ể nh m làm cho công vi c c a ng ế h n ch c a công c tính toán và làm cho k t qu tính toán có th kém chính xác. ạ ả

ủ ấ ố ữ ệ ấ ươ ng trình th c nghi m t ự ươ c dùng đ thay th cho nh ng ph ế i thi ế ế ở ễ ế ệ ử ụ ớ ề ố i do in n ho c do v l ỗ ng… Các l ỗ ươ ặ ồ ỗ h u h t các tài li u nghiên c u, ph bi n vi c thi ở ầ ế ệ ườ ử ụ ữ ố ỏ ng. ệ ứ ạ ng trình th c nghi m ph c t p ươ t k tr nên d dàng h n. Vi c thay th này là do ơ ể ế ủ S không chính xác c a vi c s d ng toán đ đ ế c th y rõ nh t là khi đ i chi u ồ ượ ấ ự nh ng tài li u phát sinh v i tài li u g c v toán đ và nh ng ph ẳ ng trình đi kèm. Ch ng ồ ữ h n, ta th i các toán đ , l ng trình i trong các ph ẽ ạ ạ ế thi t ổ ế ế ế ệ ứ i s d ng tài li u lúng túng, tính k áo đ ệ ế toán có th có nh ng sai s r t l n. Trong khi đó, nh ng sai s nh trong tính toán cũng có th nh h ể ả ệ ng th y có l ườ ấ i này có t k áo đ ườ ng theo qui trình AASHTO. Chúng làm cho ng ườ ể ưở ữ ấ

ng thi công và giá thành c a c m t con đ ố ượ ồ ậ ộ ườ ệ ố ấ ớ ng r t nhi u đ n kh i l ế ề Ngoài ra vi c s d ng toán đ trong thi ệ ử ụ chính xác c a k t qu s ph thu c nhi u vào ng ả ẽ ụ ủ ế ộ

ệ ớ ự ậ ự ủ ọ ọ ề ể ụ t k . T đó có xu h ệ Hi n nay, đi đôi v i s phát tri n m nh m c a khoa h c k thu t và công ngh , ạ máy vi tính cùng các ph n m m ng d ng đã xâm nh p vào m i lĩnh v c c a ngành xây ầ ự ng tính toán tr c d ng. Máy tính đã h tr r t m nh cho công tác thi ỗ ợ ấ ự ề ứ ạ ướ ủ ả ộ t k làm ch m t c đ công vi c và đ ộ ố ế ế i s d ng toán đ . ườ ử ụ ồ ẽ ủ ỹ ậ ế ế ừ

ế ươ ủ ế ồ ộ ổ ế ụ ẫ ng này đã đ ứ i thi ả ng trình (không dùng toán đ ) nh m nâng cao đ chính xác c a k t qu . c ph bi n. Có m t s nghiên c u đi ộ ố ế t ế ộ ố ạ ữ c hoàn thành, nh ng do còn m t s h n ch khi n cho ng ượ ướ ườ ư ế ti p trên các ph ằ Nh ng cho đ n nay, nh ng áp d ng này v n ch a đ ư ượ ế ư theo h k ch a quan tâm. ế ư

ộ ộ ộ ề ậ ự ầ ỹ i và nh ng phép tính ễ ữ ể ệ ầ ứ ạ ả ớ ộ ỹ ấ ở ữ ậ ữ ầ ủ ể t k ti p c n thu n l ậ ng pháp tính m i l ể ế ọ ế ấ ữ ớ ậ ợ ơ ộ ả ứ ạ ớ ế ươ ữ ư ế ộ ộ ố ượ ể ự ỏ ề ể ả MathCad là m t ph n m m toán có ph m vi tính toán r ng, đ tin c y cao k c ạ đ i v i nh ng bài toán ph c t p trong k thu t, cách trình bày tr c quan, g n gũi v i thói ậ ố ớ ậ quen th hi n nh ng di n gi trên gi y. Cho nên các cán b k thu t đ u có th ti p c n và làm ch ph n m m tính toán này. MathCAD có th tham gia tính ề ề i h n, làm vi c d dàng toán m i k t c u và giúp cho các nhà thi ễ ệ ế ế ế c th c hi n và ph c t p. Trong m t b i toán đ h n v i nh ng ph ệ ự ượ ớ ạ ơ trên MathCAD, gi a nh ng s li u ban đ u v i k t qu tính toán có m i quan h nh ư ố ệ ả ầ ố ệ ữ i s d ng không b đòi h i có ki n th c l p trình cao. ng trình. Nh ng ng trong m t ch ứ ậ ị ườ ử ụ ươ Do đó có th dùng MathCad đ th c hi n m t s l ạ t k cùng lo i ng nhi u bài toán thi ế ế ệ ể mà đ m t nhi u th i gian và công s c tính toán. ỡ ấ ứ ề ờ

ể ể ử ụ ầ ng pháp s d ng ph n m m MathCAD đ ki m tra l ề đ ng hóa tính toán trong vi c thi ệ ế ế ớ ặ ườ ủ t k m i m t đ ẽ ươ ồ ự ộ ẽ ủ ế ổ ậ ứ ề ả ầ ộ t k m i đ n v i m i ng i s d ng. ạ ộ i đ Bài báo trình bày ph chính xác c a các toán đ , t ng ô tô m m và c ng. Qua đó s nâng cao đ chính xác c a k t qu và s góp ph n ph c p các tiêu chu n thi ườ ử ụ ế ế ớ ế ẩ ớ ọ

NG M M THEO PH NG PHÁP 2. BÀI TOÁN THI T K M I ÁO Đ Ế Ế Ớ ƯỜ Ề ƯƠ AASHTO

ầ ủ ậ ố ệ

c nh p v i nh ng giá tr c ọ ữ ậ ớ i thi ế ế ư ố ệ ể ặ ứ ả ẽ i thi ườ - Nh p s li u ban đ u c a bài toán Sau khi ch n đ n v tính toán, các s li u ban đ u đ ị ầ ề ố ệ ườ ụ “xem tham kh o …” ộ ả ươ xem hình 2). Ng t v s li u đó ( ỉ ẫ ả ể ị ụ ượ t k ch a hi u rõ v s li u nào ho c ph i tính toán riêng ng ng. S có m t trang t ể ề ế ề ố ệ ụ ữ

ầ ủ

yc

- Xác đ nh ch s yêu c u c a m t đ Ph ặ ườ i ph ơ th (ể xem hình 1). N u ng ế v i nó, thì nh n đúp chu t lên m c ớ ấ ộ t k có th MathCAD nh hi n ra ch d n chi ti ế ế ỏ ệ đ c tham kh o ho c d a vào nh ng ví d trong đó đ tính toán tho i mái nh ng v n đ ấ ữ ự ặ ả ọ liên quan đ n s li u này. ế ố ệ ỉ ố ị ơ ả ả trên, MathCAD s t c nh p

yc) ng m m (SN ề ng ng ươ ứ ng trình đã đ ượ ậ ẵ ươ đ ng cho ra k t qu SN ả

ng trình c b n và hàm toán gi ầ ượ c l p s n. T ế ươ ỗ ộ ố ệ ẽ ự ộ ậ ở v i m i b s li u ban đ u đ ớ (xem hình 3).

ng ị ề ớ

ủ đ ng tính ra ( ậ i s đ - Xác đ nh chi u dày các l p m t đ ng trình và hàm toán đã đ Ph ộ ặ ườ c l p s n. Sau khi nh p tr s đ dày c a hai l p ớ ượ ậ ẵ ị ố ộ xem c t c thì đ dày c a l p còn l ạ ẽ ượ ự ộ ủ ớ ươ ặ ườ ng ch n tr ọ ướ k t c u m t đ ế ấ hình 4).

R

ủ ồ ữ

i - đ ườ

36 đ n 63 Mpa (b - Đánh giá đ chính xác c a toán đ theo mô đun đàn h i h u hi u M ồ Cho MR m i giá tr khác nhau, t ừ ướ ữ ế ị ữ c gi ươ ứ ườ ế ữ ả ấ ng li n) và theo toán đ (SN ả d ng đ i c a k t qu tính toán SN theo toán đ ng li n), th hi n qui lu t bi n thiên binh quân c a sai s ng trình ( ể ệ ươ ủ ế ậ ệ c tăng là 3 Mpa). Nh ng giá ị m t m c trung bình. Trong hình 5a th hi n k t qu tính toán ể ệ ở ộ ycM2 - nh ng ch m hình ô ycM1 - đ ồ ồ ể ệ ố ủ ế ố ườ ng nét đ t).

ộ ườ nguyên tr khác đ ượ SN theo ph ng trình (SN ề vuông nh ). Trong hình 5b th hi n sai s t ố ươ ỏ và theo ph theo chi u tăng M ề - Đánh giá đ chính xác c a toán đ theo l ng xe thi

18

t k cho m t làn xe W ộ

R (z - đ ộ

ề ứ ủ ế ế ượ ồ (ESAL)

6 đ n 20.10

6). Nh ng giá 6 (b ữ ị m t m c trung bình. Trong hình 6a th hi n k t qu tính toán ở ộ

c tăng là 2.10 2.10 Cho W18 m i giá tr khác nhau, t ướ ừ ế ườ nguyên tr khác đ c gi ể ệ ứ ế ả ị ượ ữ

ycW1 - đ ể ệ ườ ng nét đ t).

18 (z - đ

i - đ ườ

ng trình (SN ươ ườ ữ ấ ng li n) và theo toán đ (SN ả ồ ố ủ ế d ng trình ( ng đ i c a k t qu tính toán SN theo toán đ ng li n), th hi n qui lu t bi n thiên binh quân c a sai s ươ ycW2 - nh ng ch m hình ô ồ ố ể ệ ủ ế ậ SN theo ph ề vuông nh ). Trong hình 6b th hi n sai s t ố ươ ỏ và theo ph theo chi u tăng W ề ề ứ

Ế Ậ

ệ ữ ứ ề

ậ ệ ả ấ ư ế ầ ứ ng pháp AASHTO th hi n trong các tài li u ph bi n t ươ ươ ng t nam ch a ứ ệ ấ c khi s d ng. T t nh t ố ể ệ ầ ề ấ ẩ ệ ậ ố ử ụ ể ừ ả

- Các k t qu tính toán theo toán đ có đ chính xác cao, sai l ch so v i k t qu 3. K T LU N Vi c nghiên c u đ tài này có nh ng k t qu chính nh sau: ế - Qua thu th p các tài li u nghiên c u tôi th y h u h t các toán đ và các ph trình c a ph ủ nhi u sai sót trong khâu in n. Do đó c n ki m tra c n th n tr nên s d ng toán đ đ ồ ượ ả c copy và phóng to t ồ ệ ủ ệ ộ ồ i Vi ổ ế ạ ử ụ ướ các b n in g c các tài li u c a M . ỹ ớ ế ể ả ủ ế ọ ả ế ng trình không quá 1,75 % (đánh giá trên k t qu c a 80 bài toán đ ch n ra tính theo ph ươ 40 c p k t qu so sánh). ả ặ ế

Hình 1

Hình 2

- Vi c s d ng MathCAD trong thi ệ ử ụ t k m i đ ế ế ớ ườ ượ ứ ệ ng ô tô m m và c ng đ ề ả ộ ệ ợ ơ ả ỗ ợ ồ ấ ề i h n so v i dùng toán đ , cho k t qu chính xác. Công c i, nh ề ư ế c nhi u v n đ khác m t cách thu n l ậ ợ ậ ữ ớ i quy t đ ế ượ ớ ứ ệ ự c th c ụ hi n nhanh chóng và ti n l ư MathCAD còn h tr cho ta gi th c hi n các bài toán con song song v i bài toán chính; l u tr , tra c u và truy c p thông ự tin, …

ứ ề ng m m và c ng theo tiêu chu n c a AASHTO ng trình ẩ ủ c s d ng nh hai ch t k m i m t đ ặ ườ ế ế ớ c th c hi n trong đ tài nghiên c u này có th đ ứ ề - Hai bài toán thi ự ể ượ ử ụ ươ ư ệ đ ượ tính.

ệ ử ụ - Đ tài nghiên c u này còn thành công trong vi c s d ng MathCAD v i phép toán ươ ứ ng ng. nh ng toán đ AASHTO không có ph ươ ươ c thông su t. ượ

ừ ữ ng trình đ t t k m i m t đ ồ ể ự ộ ặ ườ ớ ng trình t ố ể ễ đ ng hóa tính toán đ ề ng theo ch tiêu t i u v giá thành. ề h i qui đ l p ph ể ậ ồ MathCAD d a vào các ph ự - Trong bài toán thi toán đ dày các l p k t c u m t đ ế ấ ớ ứ ng trình t ươ ế ế ớ ặ ườ ộ ng m m, MathCAD còn có th d dàng tính ỉ ố ư ề

Hình 3

Hình 4

Hình 5

Hình 6

- K t qu nghiên c u này có th đ ứ ế ả ế ế ơ t k công c dùng đ làm c s cho c s d ng trong các c quan thi ể ượ ử ụ ể ượ ả ơ ở ể ạ ứ ơ t k hoàn ch nh h n. ng trình thi trình giao thông, các c quan nghiên c u và gi ng d y, có th đ vi c l p m t ch ế ế ệ ậ ươ ộ ơ ỉ

TÀI LI U THAM KH O Ả Ệ

[1] ng ô tô, T p 2, ọ ậ ả ễ ụ Thi t k đ ế ế ườ NXB Giáo d c,ụ

ng ô tô, T p 2, ậ NXB Xây d ng.ự

Tiêu chu n k thu t Công trình Giao thông, T p 10, NXB GTVT, 2001. ộ ụ S tay thi t k đ ế ế ườ ổ ậ ẩ ỹ ậ

[2] [3] [4]

[5] ng trình Cao h c, Hà ng ô tô, ả Công trình m t đ Bài gi ng ch ả ặ ườ ươ ọ ươ ộ

[6] ng pháp thi ng ô tô c a các n ủ t k m t đ ế ế ặ ườ ướ c ươ ươ

[7] D ng H c H i, Nguy n Xuân Tr c, ươ 2002. Nguy n Xuân Tr c, ễ B GTVT, AASHTO, Guide for Design of Pavement Structures 1986, Published by the American Association of State Highway and Transportation Officials. D ng H c H i, ọ N i, 1996. Nguy n Quang Chiêu, ễ ph ng Tây, Hoàng Văn Đ ng, i trình toán h c, Các ph NXB GTVT, 2001. ặ MathCAD 2002 - Gi ọ NXB Tr , 2002. ẻ ả