Luận án Tiến sỹ Kỹ thuật: Nghiên cứu một số thông số thiết kế Tấm Bê tông xi măng mặt đường cứng trong điều kiện khí hậu miền Trung Việt Nam theo tiêu chuẩn AASHTO

BỘ GIÁO DỤC VÀ VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

PHẠM ĐĂNG NGUYÊN NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THÔNG SỐ THIẾT KẾ

TẤM BÊ TÔNG XI MĂNG MẶT ĐƯỜNG CỨNG

TRONG ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU MIỀN TRUNG VIỆT NAM

THEO TIÊU CHUẨN AASHTO

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2017

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

PHẠM ĐĂNG NGUYÊN NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THÔNG SỐ THIẾT KẾ

TẤM BÊ TÔNG XI MĂNG MẶT ĐƯỜNG CỨNG

TRONG ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU MIỀN TRUNG VIỆT NAM

THEO TIÊU CHUẨN AASHTO Chuyên ngành: Xây dựng đường ô tô và đường thành phố Mã số: 62.58.02.05.01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. GS.TS Phạm Huy Khang 2. PGS.TS. Lã Văn Chăm

HÀ NỘI - 2017

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết

quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công

trình nào khác.

Tác giả luận án

Phạm Đăng Nguyên

LỜI CẢM ƠN

Luận án được hoàn thành tại Trường Đại học Giao Thông Vận Tải. Tác giả

xin gửi lời cảm ơn tới Trường Đại học GTVT, Bộ môn Đường bộ, tới quý Thầy cô

giáo, các Nhà khoa học, các bạn bè, đồng nghiệp và người thân đã giúp đỡ trong

quá trình thực hiện luận án.

Đặc biệt, tác giả xin trân trọng gửi lời cảm ơn tới NGƯT.GS.TS Phạm Huy

Khang và NGƯT.PGS.TS Lã Văn Chăm là hai thầy hướng dẫn đã có những chỉ dẫn

tận tình và quý báu giúp tác giả hoàn thành luận án của mình.

Tác giả

iii

MỤC LỤC

Lời cam đoan ........................................................................................................... i

Lời cảm ơn .............................................................................................................. ii

Mục lục ..................................................................................................................iii

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt ................................................................. vii

Danh mục các bảng ................................................................................................. x

Danh mục các hình .............................................................................................. xiv

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

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ......................................... 7

1.1. Tổng quan về mặt đường bê tông xi măng .................................................... 7

1.1.1. Những khái niệm cơ bản ........................................................................ 7

1.1.2.Cơ sở lý thuyết về sự làm việc của áo đường cứng ................................. 7

1.1.3.Xem xét trạng thái làm việc của tấm BTXM mặt đường dưới tác

dụng của khí hậu thời tiết ................................................................................. 8

1.2. Tổng quan về các thông số đầu vào yêu cầu và phương trình tính toán

mặt đường BTXM theo tiêu chuẩn AASHTO .................................................... 12

1.2.1.Các thông số liệu đầu vào yêu cầu ........................................................ 12

1.2.2. Phương trình tính toán mặt đường BTXM theo tiêu chuẩn AASHTO........ 13

1.3. Đặc điểm chung của điều kiện khí hậu miền Trung Việt Nam và công

thức xác định các thông số chịu tác động của khí hậu khu vực trong tính toán

mặt đường BTXM theo tiêu chuẩn AASHTO .................................................... 22

1.3.1. Đặc điểm chung của khí hậu miền Trung Việt Nam ............................. 22

1.3.2.Nghiên cứu xác định một số thông số thiết kế tấm bê tông xi măng

mặt đường cứng trong điều kiện khí hậu thời tiết miền Trung Việt Nam

theo tiêu chuẩn AASHTO .............................................................................. 25

1.4. Một số nghiên cứu liên quan trong và ngoài nước ....................................... 26

1.4.1.Những nghiên cứu liên quan trong nước: .............................................. 26

1.4.2.Những nghiên cứu liên quan ở nước ngoài: ........................................... 28

1.5. Những vấn đề tồn tại mà luận án tập trung giải quyết ................................. 28

1.6. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của đề tài ................................................ 30

1.6.1.Mục tiêu của đề tài nghiên cứu .............................................................. 30

1.6.2.Nội dung nghiên cứu ............................................................................. 30

1.7. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................. 31

1.8. Kết luận chương 1 ....................................................................................... 32

Chương 2: NGHIÊN CỨU CÁC THÔNG SỐ VỀ KHÍ HẬU KHU VỰC

MIỀN TRUNG SỬ DỤNG TRONG THIẾT KẾ VÀ KHAI THÁC MẶT

ĐƯỜNG CỨNG THEO TIÊU CHUẨN AASHTO .............................................. 34

2.1. Giới thiệu quy mô nguồn số thiệu thu thập .................................................. 34

2.1.1. Số lượng các trạm thu thập số liệu, thời gian thu thập .......................... 34

2.1.2.Các loại số liệu thu thập ........................................................................ 35

2.1.3. Đặc điểm của nguồn số liệu thu thập .................................................... 35

2.2. Quá trình xử lý số liệu. ................................................................................ 35

2.2.1. Trạm Đà Nẵng (TP Đà Nẵng) ............................................................... 37

2.2.2.Trạm TP Thanh Hóa, Tỉnh Thanh Hóa .................................................. 47

2.2.3.Trạm TP Vinh, Tỉnh Nghệ An ............................................................... 49

2.2.4.Trạm Kỳ Anh, Tỉnh Hà Tĩnh ................................................................. 51

2.2.5.Trạm Đồng Hới, Tỉnh Quảng Bình ........................................................ 53

2.2.6.Trạm Đông Hà, Tỉnh Quảng Trị ............................................................ 55

2.2.7.Trạm Hương Thủy, Tỉnh T.T.Huế ......................................................... 57

2.2.8.Trạm Tam Kỳ, Tỉnh Quảng Nam .......................................................... 59

2.2.9.Trạm Quảng Ngãi, Tỉnh Quảng Ngãi .................................................... 61

2.2.10.Trạm Quy Nhơn, Tỉnh Bình Định ....................................................... 63

2.2.11.Trạm Tuy Hòa, Tỉnh Phú Yên ............................................................. 65

2.2.12.Trạm Nha Trang, Tỉnh Khánh Hòa ...................................................... 67

2.2.13.Trạm Buôn Ma Thuột, Tỉnh Đắc Lắc .................................................. 69

2.3. Kết quả quá trình xử lý số liệu, quy luật phân bố của các thông số đầu

vào, mức độ ảnh hưởng và lựa chọn kết quả theo độ tin cậythiết kế .................. 72

2.3.1.Quy luật phân bố - giá trị phân phối của các thông số đầu vào ............. 72

2.3.2. Mức độ ảnh hưởng của các thông số đầu vào đến kết quả tính toán TD(+) và TD(-) ................................................................................................. 73

2.3.3. Kết quả lựa chọn thông số độ chênh lệch nhiệt độ độ dương hữu hiệu (TD(+)) và độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu (TD(-)) theo độ tin cậy (R) ......... 75

2.4. Kết luận chương 2 ....................................................................................... 75

Chương 3: XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU VÀO, KHẢO SÁT SỰ

THAY ĐỔI NHIỆT ĐỘ TRONG TẤM BÊ TÔNG VÀ LỰA CHỌN MỘT

SỐ THÔNG SỐ TÍNH TOÁN TẤM BTXM MẶT ĐƯỜNG THEO AASHTO ... 77

3.1.Cách xác định các thông số tính toán theo AASHTO. .................................. 77

3.1.1. Tổng trục xe tiêu chuẩn dự báo (ESALs), W80 cho cả thời kỳ phục

vụ, ở làn xe thiết kế ........................................................................................ 77

3.1.2.Độ tin cậy (R) ........................................................................................ 78

3.1.3. Độ lệch tiêu chuẩn toàn phần S0 ........................................................... 79

3.1.4. Độ tổn thất khả năng phục vụ thiết kế ( PSI) ..................................... 79

3.1.5. Tính mô đun phản lực nền hữu hiệu (trị số k). ..................................... 80

3.1.6.Tính Cường độ chịu kéo uốn (Mô đun phá hỏng) của bê tông xi

măng poóc lăng (S’c.) ..................................................................................... 89

3.1.7. Tính Mô đun đàn hồi của bê tông, (Ec.) ................................................ 90

3.1.8.Mô đun đàn hồi của lớp móng, (Eb.)...................................................... 90

3.1.9.Hệ số ma sát giữa tấm bê tông xi măng với móng (f) ............................ 92

3.1.10.Chiều dày của lớp móng (Hb) .............................................................. 93

3.1.11. Điều kiện chống đỡ của mép làn xe.(Như mục 1.2.1)......................... 93

3.2. Xác định các thông số tính toán chịu ảnh hưởng của khí hậu khu vực khi

thiết kế tấm BTXM mặt đường theo AASHTO. ................................................. 93

3.2.1. Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu của tấm bê tông xi măng ....... 93

3.2.2. Độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu của tấm bê tông xi măng ............ 94

3.3. Nghiên cứu lựa chọn hệ số thoát nước ......................................................... 95

3.3.1. Nghiên cứu lựa chọn hệ số thoát nước (Cd) dùng trong trong tính

toán độ kênh của tấm BTXM mặt đường.. ..................................................... 95

3.3.2. Kiến nghi lựa chọn hệ số thoát nước Cd cho khu vực miền Trung

(Bảng 3.13) và một số cấu tạo thoát nước tham khảo (PL7-2) ..................... 101

3.4. Khảo sát độ chênh lệch nhiệt độ trong tấm BTXM mặt đường trạm Đà

Nẵng (PL 6-1)................................................................................................... 102

3.4.1. Sự xuất hiện của các yếu tố: Nhiệt độ, vận tốc gió, lượng mưa trong

năm và sự ảnh hưởng đồng thời của các yếu tố đó đến tính toán chênh

lệch nhiệt độ trong tấm BTXM mặt đường ................................................... 102

3.4.2.Khảo sát sự chênh lệch nhiệt độ trong tấm BTXM mặt đường ô tô

khu vực Miền Trung - TP Đà Nẵng (Mùa hè) .............................................. 105

3.4.3. Kết quả giá trị ∆T (Độ chênh lệch nhiệt độ giữa 2 mặt của tấm

BTXM) tính ra theo các nhóm công thức khác nhau và theo khảo

sát:(Bảng 3.22) ............................................................................................. 112

3.5. Hệ số giãn nhiệt của bê tông xi măng và vấn đề bố trí khe giãn trong

thiết kế mặt đường BTXM ............................................................................... 112

3.5.1. Hệ số giãn nhiệt của BTXM ............................................................... 112

3.5.2. Vấn đề bố trí khe giãn trong mặt đường BTXM ................................. 113

3.5.3. Thiết kế khe giãn ở một số nước ........................................................ 115

3.6. Kết luận chương 3 ..................................................................................... 120

Chương 4: TÍNH TOÁN TẤM BTXM MẶT ĐƯỜNG TRONG ĐIỀU KIỆN

KHÍ HẬU MIỀN TRUNG VIỆT NAM VỚI CÁC THÔNG SỐ LỰA CHỌN ... 122

4.1.Các thông số nghiên cứu lựa chọn cho khu vực miền Trung Việt Nam ...... 122

4.1.1.Các thông số dùng để tính toán chênh lệch nhiệt độ trong tấm bê

tông xi măng mặt đường ............................................................................... 122

4.1.2.Hệ số thoát nước Cd dùng trong thiết kế mặt đường BTXM theo

AASHTO ...................................................................................................... 124

4.2.Tính toán tấm BTXM mặt đường với các thông số nghiên cứu lựa chọn

của luận án ........................................................................................................ 124

4.2.1.Tính toán mặt đường BTXM thông thường có khe nối theo tiêu chuẩn

AASHTO (Có thể sử dụng phần mềm để tính) .............................................. 124

4.2.2. Kiểm tra lại kết cấu mặt đường ở trên (chiều dày tấm BTXM tính ra

theo AASHTO là 27 cm) theo Quyết định số: 3230/QĐ-BGTVT, ngày 14

tháng 12 năm 2012 của Bộ trưởng Bộ GTVT ............................................... 128

4.3. Kết luận chương 4 ..................................................................................... 133

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................. 135

DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ... 137

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................. 138

PHẦN PHỤ LỤC (ĐƯỢC ĐÓNG THÀNH MỘT CUỐN RIÊNG)

vii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

TT Ký hiệu Ý nghĩa

Hệ số hồi quy 1 𝑎𝑡

Chiều rộng tấm bê tông B 2

Hệ số ứng suất nhiệt độ tổng hợp 3 𝐵𝐿

Hệ số hồi quy 4 𝑏𝑡

Hệ số ứng suất uốn vồng do gradien nhiệt độ gây ra trong tấm 5 𝐶𝐿

BTXM mặt đường.

CS Cường độ chịu nén, psi (1 psi = 6,89 kPa). 6

Hệ số hồi quy 7 𝑐𝑡

Hệ số phụ thuộcL/l, 8 𝐶𝑋

Hệ số phụ thuộcB/l 9 𝐶𝑌

Chiều dày tấm BTXM (mm) D 10

Hệ số phân bố theo chiều, thay đổi từ 0,3 đến 0,7 phù hợp với 11 𝐷𝐷

khảosát ở hiện trường.

Hệ số phân bố theo làn trên mặt cắt ngang 12 𝐷𝐿

Hệ số điều chỉnh tuỳ vào sự chống giữ ở mép tấm BTXM 13 E

15 𝐸𝑏 Mô đun đàn hồi của bê tông (daN/cm2) 𝐸𝐶 Mô đun đàn hồi của BTXM (MPa);

16 𝐸𝑡 Môđuyn đàn hồi của bê tông khi chịu tác dụng của sự chênh lệch

nhiệt độ lâu dài (từ 6-9 giờ), thường lấy bằng 0,6.𝐸𝑏 Môđuyn đàn hồi chung trên mặt móng,(daN/cm2) 17 𝐸𝑐ℎ𝑚

Tỉ số giữa ứng suất của tấm khi hệ số ma sát giữa tấm và móng có 18 F

trị số là f với ứng suất của tấm khi ma sát là hoàn toàn

Nhân tố ma sát giữa tấm và móng 19

Cường độ chịu nén của bê tông xi măng, MPa 20 f𝐶 ′ f𝑐

21 H Chiều dày tấm BTXM (cm)

22 Chiều dầy của lớp móng, mm. 𝐻𝑏

23 Chiều dày tấm BTXM (m); ℎ𝐶

24 I(ℓ) Bán kính độ cứng của tấm bê tông:

viii

TT Ký hiệu Ý nghĩa

Mô đun phản lực nền hữu hiệu (hệ số nền) k 25

Hệ số giảm cường độ bức xạ mặt trời do đặc điểm của bầu khí quyển. 26 𝑘𝑔

Hệ số ứng suất kéo uốn gây mỏi do nhiệt 27 𝐾𝑡

Chiều dài tấm bê tông (khoảng cách giữa hai khe co) L 28

Chỉ số phục vụ ban đầu của áo đường cứng 29 𝑃1

Chỉ số phục vụ cuối cùng của áo đường cứng 30 𝑃2

Bán kính độ cứng tương đối của tấm BTXM (m); r 31

Cường độ chịu kéo uốn của bê tông trong qui định thi công,MPa 32

Độ bão hòa của đất dính 33 𝑆𝐶 Sr

34 Độ lệch tiêu chuẩn ước tính của cường độ chịu kéo uốn của bê SDs

tông, MPa;

Trị số cường độ chịu kéo uốn của bê tông (Mô đun phá hỏng) kPa. 35

Nhiệt độ bề mặt của mặt đường.(°C) 36

Nhiệt độ không khí (°C) 37

′ 𝑆𝐶 𝑡𝑏𝑚 𝑡𝑘𝑘 𝑡𝑏𝑥

38 Nhiệt độ tương đương do bức xạ mặt trời đốt nóng thêm bề mặt

của mặt đường bê tông xi măng(°C)

Gradien nhiệt độ lớn nhất.(°C/cm) 39 𝑇𝑔

Số trục xe tải trọng tương đương trong suốt thời kỳ phục vụ của 40 𝑊80

làn xe thiết kế.

41 Tổng số trục xe tải trọng tương đương trong suốt thời kỳ phục vụ

của mặt đường.

42 Z Độ lệch tiêu chuẩn từ bảng phân bố chuẩn tương ứng với độ tin

cậy R.

α Hệ số giãn dài do nhiệt độ của bê tông 43

Hệ số giãn nở nhiệtcủa BTXM 44

𝛼𝐶 ∆PSI Trị số độ tổn thất khả năng phục vụ 45

∆T Chênh lệch nhiệt độ giữa mặt trên và mặt dưới tấm bê tông (°C) 46

47 Gradien nhiệt độ trong tấm BTXM.(°C/cm)

µ Hệ số Poisson của bê tông. [0,20 đối với thử nghiệm đường của 48

AASHO] [34].

TT Ký hiệu Ý nghĩa

Ứng suất uốn vồng theo hướng dọc ở giữa tấm(daN/cm2) 49

Ứng suất uốn vồng theo hướng ngang ở giữa tấm (daN/cm2) 50

Ứng suất uốn vồng theo hướng dọc ở cạnh tấm (daN/cm2) 51

Ứng suất kéo tại chính giữa tấm, chỉ do tác dụng của tải trọng 52

Ứng suất kéo tại chính giữa tấm (kPa) do tác dụng của tải trọng và 53 σ𝑡 σ𝑛 σ𝑐 σ𝑙 ′ 𝑡

nhiệt độ, với các số liệu đầu vào để thiết kế mặt đường mới.

54 𝑡𝑟 Ứng suất kéo uốn do gradien nhiệt gây mỏi giữa cạnh dọc tấm

BTXM

55 𝑡𝑚𝑎𝑥 Ứng suất kéo uốn lớn nhất do gradient nhiệt độ lớn nhất gây ra

trong tấm BTXM

56 AASHO (American Association of State Highway Officials): Hội Cầu

đường Mỹ

57 AASHTO (American Association of State Highway and Transportation

Officials): Hội Cầu đường và Giao thông Mỹ

BĐKH Biến đổi khí hậu 58

BTXM Bê tông xi măng 59

CPĐD Cấp phối đá dăm 60

CBR Chỉ số chịu tải Califonia 61

CRCP Mặt đường Bê tông cốt thép liên tục 62

DCB Chỉ số xuyên động 63

Tổng số trục xe tiêu chuẩn dự báo cho cả thời kỳ phục vụ trên 64 ESALs

làn xe thiết kế

IPCC Ủy ban Liên chính phủ về Thay đổi khí hậu 65

JPCP Mặt đường Bê tông xi măng thông thường có khe nối 66

JRCP Mặt đường Bê tông xi măng - cốt thép có khe nối 67

Phụ lục PL 68

PS PS: số lượng cho phép của mẫu, (%) . 69

70 PRECIP

Lượng mưa trung bình năm, mm. Nhiệt độ trung bình năm, oC. Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu, oC Độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu, oC TEMP TD(+) TD(-) 73

WIND Tốc độ gió trung bình năm, km/h./. 74

DANH MỤC CÁC BẢNG

TT Tên bảng Trang

Bảng 1.1: Đường kính tối thiểu của thanh truyền lực ............................................... 19 Bảng 1.2: Hệ số thoát nước Cd đã được điều chỉnh.................................................. 20 Bảng 2.1.Tọa độ của các trạm khí tượng chọn thu thập số liệu ................................ 34

Bảng 2.2. Các số liệu đặc trưng năm của nhiệt độ, gió và mưa trạm Đà Nẵng ........ 37 Bảng 2.3. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu TD(+) (0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường BTXM theo hướng dẫn AASHTO cho trạm Đà Nẵng ............................ 43

Bảng 2.4. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu TD(-) (0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường

BTXM theo hướng dẫn AASHTO cho trạm Đà Nẵng ............................ 45

Bảng 2.5. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu TD(+) (0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường BTXM theo hướng dẫn AASHTO cho trạm TP Thanh Hóa ................... 48

Bảng 2.6. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu TD(-) (0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường

BTXM theo hướng dẫn AASHTO cho trạm TP Thanh Hóa ................... 49

Bảng 2.7. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu TD(+) (0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường BTXM theo hướng dẫn AASHTO cho trạm TP Vinh ............................. 50

Bảng 2.8. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu TD(-) (0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường

BTXM theo hướng dẫn AASHTO cho trạm TP Vinh ............................. 51

Bảng 2.9. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu TD(+) (0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường BTXM theo hướng dẫn AASHTO cho trạm Kỳ Anh.............................. 52

Bảng 2.10. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu TD(-) (0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường BTXM theo hướng dẫn AASHTO cho trạm Kỳ Anh.............................. 53

Bảng 2.11. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu TD(+) (0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường BTXM theo hướng dẫn AASHTO cho trạm Đồng Hới .......................... 54

Bảng 2.12. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu TD(-) (0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường BTXM theo hướng dẫn AASHTO cho trạm Đồng Hới .......................... 55

Bảng 2.13. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu TD(+) (0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường BTXM theo hướng dẫn AASHTO cho trạm Đông Hà ............................ 56

Bảng 2.14. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu TD(-) (0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường BTXM theo hướng dẫn AASHTO cho trạm Đông Hà ............................ 57

Bảng 2.15. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu TD(+) (0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường BTXM theo hướng dẫn AASHTO cho trạm Hương Thủy ...................... 58

Bảng 2.16. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu TD(-) (0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường BTXM theo hướng dẫn AASHTO cho trạm Hương Thủy ...................... 59

Bảng 2.17. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu TD(+) (0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường BTXM theo hướng dẫn AASHTO cho trạm Tam Kỳ ............................. 60

Bảng 2.18. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu TD(-) (0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường BTXM theo hướng dẫn AASHTO cho trạm Tam Kỳ ............................. 61

Bảng 2.19. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu TD(+) (0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường BTXM theo hướng dẫn AASHTO cho trạm Quảng Ngãi ....................... 62

Bảng 2.20. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu TD(-) (0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường BTXM theo hướng dẫn AASHTO cho trạm Quảng Ngãi ....................... 63

Bảng 2.21. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu TD(+) (0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường BTXM theo hướng dẫn AASHTO cho trạm Quy Nhơn ......................... 64

Bảng 2.22. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu TD(-) (0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường BTXM theo hướng dẫn AASHTO cho trạm Quy Nhơn ......................... 65

Bảng 2.23. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu TD(+) (0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường BTXM theo hướng dẫn AASHTO cho trạm Tuy Hòa ............................ 66

xii

Bảng 2.24. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu TD(-) (0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường BTXM theo hướng dẫn AASHTO cho trạm Tuy Hòa ............................ 67

Bảng 2.25. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu TD(+) (0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường BTXM theo hướng dẫn AASHTO cho trạm Nha Trang ......................... 68

Bảng 2.26. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu TD(-) (0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường BTXM theo hướng dẫn AASHTO cho trạm Nha Trang ......................... 69

Bảng 2.27. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu TD(+) (0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường BTXM theo hướng dẫn AASHTO cho trạm Buôn Ma Thuột ................. 70

Bảng 2.28. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu TD(-) (0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường BTXM theo hướng dẫn AASHTO cho trạm Buôn Ma Thuột ................. 71

Bảng 2.29. Giá trị khởi tạo của các thông số nhiệt độ trung bình năm, tốc độ gió trung bình năm và lượng mưa trung bình năm đưa vào tính toán TD(+) và TD(-)cho các trạm ................................................................................ 72 Bảng 2.30. Mức độ ảnh hưởng của các thông số đầu vào đến TD(+) và TD(-) .......... 73 Bảng 3.1: Thời kỳ phân tích của một số loại đường (theo AASHTO 1993) ............ 77

Bảng 3.2: Hệ số phân bố theo làn DL ........................................................................ 78 Bảng 3.3: Độ tin cậy (R) ........................................................................................... 79

Bảng 3.4: Độ tổn thất khả năng phục vụ PSI .......................................................... 80 Bảng 3.5: Khoảng giá trị k nên dùng đối với các loại đất khác nhau 2) .................... 84 Bảng 3.6: Các lớp móng trên được dùng trong kết cấu áo đường cứng ................... 90

Bảng 3.7: Các lớp móng dưới dùng trong kết cấu áo đường cứng. .......................... 91 Bảng 3.8: Mô đun đàn hồi và hệ số ma sát đối với các loại móng khác nhau .......... 92 Bảng 3.9: Đánh giá để chọn giải pháp thiết kế thoát nước kết cấu áo đường cứng . 97

Bảng 3.10: Giá trị Cd dùng cho mặt đường bê tông xi măng.[52]. .......................... 98 Bảng 3.11: Thời gian thoát nước tương ứng với chất lượng thoát nước[21] ............ 99

Bảng 3.12: Chất lượng thoát nước -Trị số Cd và Hệ số nền k tương ứng [41] ........ 99 Bảng 3.13: Hệ số thoát nước Cd đã được điều chỉnh và kiến nghị cho khu vực

miền Trung ............................................................................................. 101

Bảng 3.14: Số lần xuất hiện nhiệt độ lớn nhất trong các tháng trong năm của 36

năm ........................................................................................................ 102

xiii

Bảng 3.15: Số lần xuất hiện vận tốc gió lớn nhất trong các tháng trong năm của

36 năm. .................................................................................................. 103

Bảng 3.16: Số lần xuất hiện lượng mưa ngày lớn nhất trong các tháng của năm

trong 36 năm .......................................................................................... 103

Bảng 3.17: Số lần xuất hiện đồng thời các yếu tố Nhiệt độ, vận tốc gió và lượng

mưa vào các tháng trong năm ................................................................ 104 Bảng 3.18: Số liệu khảo sát thu thập tương ứng với 3 ngày đo .............................. 106 Bảng 3.19: Nhiệt độ không khí, nhiệt độ mặt đường và độ ẩm không khí ............. 107 Bảng 3.20: Chênh lệch nhiệt độ giữa mặt trên và mặt dưới tấm BTXM mặt

đường ..................................................................................................... 110

Bảng 3.21: Dao động nhiệt độ trong từng vị trí đo trong một ngày đêm ................ 110 Bảng 3.22: Các giá trị ∆T (oC) theo tính toán và khảo sát ...................................... 112 Bảng 3.23: Hệ số giãn nở nhiệt αc của BTXM theo 3230/QĐ -BGTVT ................ 112

Bảng 3.24: Trị số c của bê tông theo hướng dẫn AASHTO ................................. 113

Bảng 3.25. Chiều rộng khe giãn tương ứng với các hệ số giãn nhiệt của BTXM .. 114 Bảng 4.1. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu TD(+) (0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường BTXM theo hướng dẫn AASHTO......................................................... 122

Bảng 4.2. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu TD(-) (0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường

BTXM theo hướng dẫn AASHTO......................................................... 123

xiv

DANH MỤC CÁC HÌNH

TT Tên hình Trang

Hình 1.1: Cấu tạo các lớp trong kết cấu mặt đường BTXM đường ôtô có giải

phân cách ..................................................................................................... 7

Hình 1.2: Cấu tạo các lớp trong kết cấu mặt đường BTXM đường ôtô không có

giải phân cách. ............................................................................................. 8

Hình 1.3: Hệ tọa độ khảo sát tấm BTXM mặt đường ............................................... 10

Hình 1.4: Biến dạng uốn vồng tấm BTXM mặt đường ............................................ 11

Hình 1.5: Biến dạng uốn võng tấm BTXM mặt đường ............................................ 11

Hình 1.6: Biến dạng co-giãn tấm BTXM mặt đường ............................................... 11

Hình 2.1.Sơ đồ phân tích tính toán ........................................................................... 36

Hình 2.2.Mô hình xác định giá trị đặc trưng theo độ tin cậy .................................... 37

Hình 2.3.Sơ đồ hàm phân phối nhiệt độ .................................................................... 38

Hình 2.4.Sơ đồ hàm phân phối tốc độ gió ................................................................. 39

Hình 2.5. Sơ đồ hàm phân phối lượng mưa .............................................................. 40

Hình 2.6. Sơ đồ hàm phân phối chiều dày tấm bê tông ............................................ 40 Hình 2.7. Kết quả mô phỏng TD(+)............................................................................ 42 Hình 2.8. Kết quả mô phỏng TD(-) ............................................................................ 43 Hình 2.9. Kết quả mô phỏng quan hệ TD(+)- R ......................................................... 44 Hình 2.10. Kết quả mô phỏng quan hệ TD(-)- R ....................................................... 46 Hình 2.11. Mức độ ảnh hưởng của các thông số khí hậu đến TD(+) ......................... 46 Hình 2.12. Mức độ ảnh hưởng của các thông số khí hậu đến TD(-) .......................... 47

Hình 2.13. Các thông số tính toán trạm Thanh Hóa ................................................. 48 Hình 2.14. Kết quả mô phỏng TD(+) (bên trái) &TD(-) (bên phải) ............................ 48 Hình 2.15. Mức độ ảnh hưởng của các thông số khí hậu đến TD(+)(trái) &TD(-)(phải) ...... 49

Hình 2.16. Các thông số tính toán trạm TP Vinh ...................................................... 50 Hình 2.17. Kết quả mô phỏng TD(+) (bên trái) &TD(-) (bên phải) ............................ 50 Hình 2.18. Mức độ ảnh hưởng của các thông số khí hậu đến TD(+)(trái) &TD(-) (phải) .. 51

Hình 2.19. Các thông số tính toán trạm Kỳ Anh ....................................................... 52 Hình 2.20. Kết quả mô phỏng TD(+) (bên trái) &TD(-) (bên phải) ............................ 52 Hình 2.21. Mức độ ảnh hưởng của các thông số khí hậu đến TD(+)(trái) &TD(-) (phải) ..... 53

Hình 2.22. Các thông số tính toán trạm Đồng Hới ................................................... 54 Hình 2.23.Kết quả mô phỏng TD(+) (bên trái) &TD(-) (bên phải) ............................. 54

Hình 2.24. Mức độ ảnh hưởng của các thông số khí hậu đến TD(+)(trái) &TD(-) (phải) .. 55

Hình 2.25. Các thông số tính toán trạm Đông Hà ..................................................... 56 Hình 2.26. Kết quả mô phỏng TD(+) (bên trái) &TD(-) (bên phải) ............................ 56 Hình 2.27. Mức độ ảnh hưởng của các thông số khí hậu đến TD(+)(trái) &TD(-) (phải) ..... 57

Hình 2.28. Các thông số tính toán trạm Hương Thủy ............................................... 58 Hình 2.29.Kết quả mô phỏng TD(+) (bên trái) &TD(-) (bên phải) ............................. 58 Hình 2.30. Mức độ ảnh hưởng của các thông số khí hậu đến TD(+)(trái) &TD(-) (phải) .. 59

Hình 2.31. Các thông số tính toán trạm Tam Kỳ ...................................................... 60 Hình 2.32. Kết quả mô phỏng TD(+) (bên trái) &TD(-) (bên phải) ............................ 60 Hình 2.33. Mức độ ảnh hưởng của các thông số khí hậu đến TD(+)(trái) &TD(-) (phải) ....... 61

Hình 2.34. Các thông số tính toán trạm Quảng Ngãi ................................................ 62 Hình 2.35. Kết quả mô phỏng TD(+) (bên trái) &TD(-) (bên phải) ............................ 62 Hình 2.36. Mức độ ảnh hưởng của các thông số khí hậu đến TD(+)(trái) &TD(-) (phải) ....... 63

Hình 2.37. Các thông số tính toán trạm Quy Nhơn .................................................. 64 Hình 2.38. Kết quả mô phỏng TD(+) (bên trái) &TD(-) (bên phải) ............................ 64 Hình 2.39. Mức độ ảnh hưởng của các thông số khí hậu đến TD(+)(trái) &TD(-) (phải) .. 65

Hình 2.40. Các thông số tính toán trạm Tuy Hòa ..................................................... 66 Hình 2.41. Kết quả mô phỏng TD(+) (bên trái) &TD(-) (bên phải) ............................ 66 Hình 2.42. Mức độ ảnh hưởng của các thông số khí hậu đến TD(+)(trái) &TD(-) (phải) .. 67

Hình 2.43. Các thông số tính toán trạm Nha Trang .................................................. 68 Hình 2.44. Kết quả mô phỏng TD(+) (bên trái) &TD(-) (bên phải) ............................ 68 Hình 2.45. Mức độ ảnh hưởng của các thông số khí hậu đến TD(+)(trái) &TD(-) (phải) .. 69

Hình 2.46. Các thông số tính toán trạm Buôn Mê Thuột .......................................... 70 Hình 2.47. Kết quả mô phỏng TD(+) (bên trái) &TD(-) (bên phải) ............................ 70 Hình 2.48. Mức độ ảnh hưởng của các thông số khí hậu đến TD(+)(trái) &TD(-) (phải) .. 71 Hình 2.49. Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố khí hậu đến TD(+) ............................. 74 Hình 2.50. Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố khí hậu đến TD(-) .............................. 74

Hình 3.1: Quan hệ giữa trị số k với độ bão hoà của đất dính.................................... 82

Hình 3.2: Quan hệ gần đúng giữa trị số k với CBR .................................................. 85

Hình 3.3: Quan hệ gần đúng giữa trị số k với chỉ số xuyên động DCP .................... 85

Hình 3.4: Hiệu chỉnh giá trị k do ảnh hưởng của lớp cứng và/hoặc của đất đắp ...... 87

Hình 3.5:Cấu tạo thoát nước ở mép mặt đường BTXM ........................................... 97

xvi

Hình 3.6: Số lần xuất hiện yếu tố nhiệt độ cao nhất của các tháng trong năm của

36 năm ...................................................................................................... 102

Hình 3.7: Số lần xuất hiện yếu tố vận tốc gió cao nhất của các tháng trong năm

của 36 năm ............................................................................................... 103

Hình 3.8: Số lần xuất hiện yếu tố lượng mưa cao nhất của các tháng trong năm

của 36 năm ............................................................................................... 104

Hình 3.9: Sự xuất hiện đồng thời của 3 yếu nhiệt độ, vận tốc gió và lượng mưa

cao nhất của các tháng trong của 36 năm ................................................ 105

Hình 3.10: Sơ đồ khảo sát nhiệt trong tấm BTXM mặt đường ............................... 105

Hình 3.11: Biến thiên nhiệt độ không khí và nhiệt độ mặt đường ở các độ sâu

khác nhau. ................................................................................................ 108

Hình 3.12: Biến thiên nhiệt độ không khí, độ ẩm không khí và nhiệt độ bề mặt

đường. ...................................................................................................... 108

Hình 3.13: Biến thiên nhiệt độ không khí, độ ẩm không khí, nhiệt độ bề mặt

đường và tốc độ gió. ................................................................................ 109

Hình 3.14: Biến thiên nhiệt độ không khí và nhiệt độ mặt đường ở mặt và đáy

tấm bê tông. .............................................................................................. 109

Hình 3.15:Biến thiên nhiệt độ không khí và nhiệt độ tại các vị trí đo cho tấm

BTXM ...................................................................................................... 111

Hình 3.16 Biến thiên nhiệt độ không khí và nhiệt độ tại các vị trí đo cho tấm

BTXM ...................................................................................................... 111

Hình 3.17.Cấu tạo khe giãn trong mặt đường BTXM ............................................ 113

PHẦN MỞ ĐẦU

1. Giới thiệu tóm tắt luận án

- Trong lĩnh vực xây dựng đường ô tô việc lựa chọn một phương pháp tính

toán kết cấu mặt đường hợp lý, khoa học sẽ thể hiện trình độ phát triển và mang ý

nghĩa lớn về kinh tế. Kết cấu mặt đường là một bộ phận quan trọng và đắt tiền trong

tổng thể công trình đường ô tô. Do đó việc lựa chọn và áp dụng các phương pháp

thiết kế mặt đường tiên tiến, khoa học sẽ góp phần giải quyết được vấn đề thực tiễn

đặt ra. Vì vậy hiện nay Việt Nam đang từng bước áp dụng các phương pháp thiết kế

phổ biến của các nước, trong đó có phương pháp thiết kế mặt đường theo hướng

dẫn AASHTO.

Tuy nhiên để việc áp dụng tính toán sát với điều kiện thực tế Việt Nam, cần

có những điều chỉnh hợp lý để áp dụng hướng dẫn thiết kế của AASHTO mang lại

hiệu quả tốt. Cùng với các hướng dẫn thiết kế của AASHTO đã có [20], [21], [34],

[41], công trình nghiên cứu trong luận án góp phần tiếp tục hoàn thiện các thông số

đầu vào liên quan đến điều kiện khí hậu thời tiết khu vực, cụ thể là vấn đề nghiên

cứu lựa chọn các thông số về nhiệt độ- lượng mưa- tốc độ gió của khu vực thiết kế,

nhằm ứng dụng thiết lập độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu và độ chênh lệch

nhiệt độ âm hữu hiệu, lựa chọn hệ số thoát nước, bố trí khe giãnkhi thiết kế tấm bê

tông xi măng mặt đường.

- Nội dung luận án gồm 4 chương; phần mở đầu; kết luận và kiến nghị; ngoài

ra còn có một quyển phụ lục đóng riêng.

+/ Phần mở đầu.

+/ Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu.

+/ Chương 2: Nghiên cứu các thông số về khí hậu khu vực miền Trung sử

dụng trong thiết kế và khai thác mặt đường theo AASHTO.

+/ Chương 3: Xác định các thông số đầu vào, khảo sát sự thay đổi nhiệt độ

trong tấm bê tông và lựa chọn một số thông số tính toán tấm bê tông xi măng mặt

đường theo AASHTO.

+/ Chương 4: Tính toán tấm bê tông xi măng mặt đường trong điều kiện khí

hậu miền Trung Việt Nam với các thông số lựa chọn.

+/ Kết luận và kiến nghị.

+/ Quyển Phụ lục luận án: được đóng riêng, trong đó là Số liệu khí hậu thời

tiết của 13 trạm thuộc 13 tỉnh thành khu vực miền Trung với chuỗi thời gian 1980

đến 2015, các đồ thị, bảng tra kết quả tính và lựa chọn các thông số về chênh lệch

nhiệt độ tấm BTXM mặt đường, hệ số thoát nước, hệ số giãn nhiệt-bề rộng khe giãn

trong thiết kế mặt đường BTXM, và các nội dung khác liên quan đến luận án.

2. Lý do chọn đề tài. [21], [35], [40], [47].

-Mặt đường là kết cấu quan trọng và đắt tiền nhất trong các hạng mục công

trình đường ô tô. Chất lượng mặt đường có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng khai

thác đường, đến điều kiện chạy xe an toàn, êm thuận và nhanh chóng. Chất lượng

mặt đường ảnh hưởng trực tiếp đến chi phí vận hành, đến niên hạn sử dụng đường.

Miền trung Việt Nam với những đặc điểm về địa lý, địa hình và khí hậu thời

tiết có nhiều bất lợi cho đường ô tô, mưa nhiều, lượng mưa lớn,lại phân bố không

đều theo mùa, lũ lụt, úng ngập thường xảy ra, nhiệt độ vào mùa hè cao cùng với đó

là địa hình dốc, dòng chảy mạnh…và vì thế gây bất lợi cho công trình đường ô tô,

sau những trận mưa, lũ hoặc những đợt nắng nóng kéo dài mặt đường thường xuống

cấp nhanh chóng, nên phải sửa chữa rất tốn kém.

Ngoài ra kinh phí duy tu bảo dưỡng đường sá của ta rất eo hẹp, kỹ thuật duy

tu bảo dưỡng lạc hậu, khiến mặt đường xuống cấp rất nhanh.

Trong các loại mặt đường hiện nay đã và đang sử dụng thì mặt đường Bê

tông xi măng (BTXM) có nhiều ưu điểm vượt trội đang đươc khuyến khích hoàn

thiện và đưa vào áp dụng.

Chế độ thủy nhiệt:

- Trong những năm gần đây, hiện tượng biến đổi khí hậu, nước biển dâng

diễn ra rất mạnh mẽ trên toàn cầu. Đây là hiện tượng đã được các nhà khoa học xác

định là có thực và theo đánh giá thì Việt Nam là một trong những nước bị ảnh

hưởng nghiêm trọng của hiện tượng này, mà đặc biệt hơn là khu vực miền trung.

Dưới tác động của hiện tượng biến đổi khí hậu, nước biển dâng, thiên tai và các

hiện tượng khí hậu cực đoan gia tăng, ảnh hưởng đến chế độ mưa, sự thay đổi nhiệt

độ và tốc độ gió ở nước ta. Do vậy ảnh hưởng đến các thông số đầu vào như: mưa,

nhiệt và gió sử dụng trong tính toán thiết kế mặt đường, làm cho việc ứng dụng các

thành quả nghiên cứu thiết kế của một số nước khi áp dụng vào Việt Nam còn chưa

đạt độ tin cậy cao.

Với chính sách mở cửa thu hút vốn đầu tư của nhà nước những năm qua,

chúng ta đã khai thác được nhiều nguồn vốn của tư bản nước ngoài đầu tư vào Việt

Nam để xây dựng cơ sở hạ tầng, đặc biệt trong lĩnh vực giao thông vận tải. Đồng

thời với việc mở rộng quan hệ hợp tác, học hỏi nhằm củng cố xây dựng cơ sở hạ

tầng mềm (KHKT) [21]. Trong lĩnh vực GTVT chúng ta đã nhanh chóng tiếp cận

với những phương pháp thiết kế mới (điển hình là phương pháp của Mỹ) đang được

nhiều nước sử dụng.

Việc chính phủ chấp nhận các tổ chức tư vấn quốc tế sử dụng phương pháp

thiết kế mặt đường AASHTO cho một số dự án đầu tư nước ngoài đã thể hiện quan

điểm của chính phủ Việt Nam trong lĩnh vực này.

Ngoài ra, Bộ giao thông vận tải nước ta cũng tăng cường công tác cần thiết

như phổ biến tài liệu, chuẩn bị các vấn đề cần thiết khác nhằm giúp đội ngũ cán bộ

kỹ sư Việt Nam đủ trình độ, năng lực quản lý các dự án và tiến tới chủ động hơn khi

thiết kế công trình có vốn đầu tư nước ngoài.

Như vậy, hiện nay Việt Nam hiển nhiên đang tồn tại hai phương pháp thiết

kế (gần như được công nhận là hợp pháp) đó là: Phương pháp thiết kế mặt

đườngtheo Quyết định số 3230/QĐ-BGTVT: “Quy định tạm thời về thiết kế mặt

đường bê tông xi măng thông thường có khe nối trong xây dựng công trình giao

thông”và Phương pháp thiết kế mặt đườngtheo hướng dẫn của AASHTO.

Trong bối cảnh đó, vấn đề đánh giá đúng đắn tính khoa học, tính thực tiễn,

điều kiện cần thiết khi sử dụng, lựa chọn các phương pháp khác nhau để thiết kế

đường ô tô ở nước ta là một vấn đề cần thực hiện nghiêm túc để có những dữ kiện

khoa học cần thiết trong thiết kế mặt đường. Hơn nữa, các tiêu chuẩn, tài liệu kỹ thuật

của AASHTO đưa ra đều có sự kết hợp chặt chẽ với nhiều hội nghiệp vụ, viện kỹ

thuật, trường đại học, với các kết quả nghiên cứu mới nhất của các giáo sư- tiến sỹ.

Đến năm2008 trong Dự án xây dựng cầu đường bộ giai đoạn 2 của Bộ GTVT, do

công ty tư vấn SMEC liên danh với Hội Cầu đường Việt Nam đã biên soạn Tiêu

chuẩn thiết kế mặt đường cứng, Tiêu chuẩn này chủ yếu dựa vào “Hướng dẫn thiết

kế mặt đường của AASHTO năm 1993” và Phần bổ sung năm 1998 cho hướng dẫn

này của AASHTO.

Ngày 17/8/2012 của Bộ Giao thông vận tải Ban hànhQuyết 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”.

Ngày 14/12/2012 của Bộ Giao thông vận tải Ban hành Quyết định số

3230/QĐ-BGTVT: “Quy định tạm thời về thiết kế mặt đường bê tông xi măng

thông thường có khe nối trong xây dựng công trình giao thông”.

Trong nâng cấp, xây mới bằng nguồn ngoài thường áp dụng tính toán theo

hướng dẫn AASHTO.Từ đó cho thấy, một trong những vấn đề cần nghiên cứu để có

thể áp dụng phương pháp thiết kế mặt đường BTXM theo hướng dẫn AASHTO là

nghiên cứu hoàn thiện cách xác định các thông số tính toán mang đặc thù của điều

kiện khí hậu và địa chất của Việt Nam.

Từ những đòi hỏi cấp thiết như trên, luận án ‘‘Nghiên cứu một số thông số

thiết kế Tấm Bê tông xi măng mặt đường cứng trong điều kiện khí hậu miền

Trung Việt Nam theo tiêu chuẩn AASHTO” được lựa chọn nghiên cứu.

3. Mục đích nghiên cứu

Luận án chỉ tập trung nghiên cứu và giải quyết thông số về: Nhiệt, gió, mưa

(nhiệt độ trung bình năm, tốc độ gió trung bình năm, lượng mưa trung bình năm)

dùng trong tính toán độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu, độ chênh lệch nhiệt độ

âm hữu hiệu ứng với độ tin cậy thiết kế và lựa chọn hệ số thoát nước kết cấu, bố trí

khe giãn khi tính toán tấm bê tông xi măng mặt đường cứng theo hướng dẫn

AASHTO. Đây là thông số quyết định, quan trọng, và phụ thuộc vào đặc trưng khí

hậu thời tiết của khu vực thiết kế tuyến đường.

4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: Mặt đường bê tông xi măng (Mặt đường bê tông xi

măng thông thường có khe nối) trên công trình đường ô tô.

- Phạm vi nghiên cứu: Cho khu vực Miền Trung - Việt Nam.

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

1) Nghiên cứu đặc điểm biến đổi của mưa, gió, nhiệt độ góp phần làm sáng

tỏ hơn tình trạng bất thường của sự biến đổi thời tiết khí hậu trên lãnh thổ Việt Nam

trong những thập kỷ gần đây, mà nhất là sự bất lợi của thời tiết đã có những tác

động lớn đến khu vực miền trung.Từ đó thấy được tính cấp thiết phải cập nhật và

xác định các thông số về khí hậu thời tiết tác đưa vào thiết kế công trình nền mặt

đường ô tô hiện nay.

2) Nghiên cứu xác định các thông số về:

Tốc độ gió trung bình năm, lượng mưa trung bình năm và nhiệt độ trung bình

năm, từ đó làm cơ sở dữ liệu đưa vào tính toán thiết lậpthông số độ chênh lệch nhiệt

độ dương hữu hiệu, độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu của tấm bê tông ứng với độ

tin cậy trong thiết kế mặt đường.

3) Khảo sát điều kiện thoát nước thực tế trên các tuyến đường trong khu vực

với điều kiện khí hậu thời tiết (lượng mưa trung bình năm) để từ đó kiến nghị lựa

chọn hệ số thoát nước đưa vào tính toán tấm BTXM.

4) Phân tích đánh giá sự ảnh hưởng của hệ số giãn nhiệt BTXM, ảnh hưởng

của hệ số này đến chiều rộng khe giãn trên mặt đường.

5) Dựa trên các thông số xác định được ứng với điều kiện cụ thể của khu vực

thiết kế tuyến, từ đó làm cơ sở để tính toán lựa chọn chiều dày và bố trí cấu tạo tấm

BTXM mặt đường.

6. Những đóng góp mới của luận án

1) Xác định được giá trị các thông số về lượng mưa trung bình năm, tốc

độ gió trung bình năm, nhiệt độ trung bình năm chịu tác động của BĐKH trong

thời gian gần đây của khu vực thiết kế. Từ đó góp phần chính xác hóa các số liệu

thu thập và từng bước ứng dụng AASHTO vào thiết kế mặt đường trong điều

kiện miền Trung Việt Nam.

2) Xác định được các giá trị thông số độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu

hiệu,độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu của tấm bê tông dựa trên cơ sở nghiên cứu

đo đạc thu thập số liệu thời tiết thủy văn của khu vực để tìm ra các giá trị tốc độ gió

trung bình năm, lượng mưa trung bình năm và nhiệt độ trung bình năm.Từ đó góp

phần cụ thể hóa việc tính toán thiết kế mặt đường bê tông xi măng cho khu vực

miền Trung Việt Nam theo AASHTO.

3) Khảo sát nghiên cứu và lựa chọn hệ số thoát nước tương ứng với các điều

kiện xây dựng, khai thác và khí hậu thời tiết khu vực.

4) Phân tích sự ảnh hưởng của hệ số giãn nhiệt BTXM đến tính toán bố trí

khe nối trên mặt đường, từ đó có cơ sở kiến nghị hạn chế sử dụng khe giãn với mặt

đường BTXM.

5) Trên cơ sở các thông số thiết kế có tính tương đồng mà một số nước đã sử

dụng, tiến hành khảo sát nghiên cứu thêm, cùng với những thông số cơ bản mà luận

án đã xác định sẽ góp phần làm chính xác hóa quá trình tính toán,từng bước ứng

dụng AASHTO vào thiết kế tấm bê tông xi măng mặt đường cho khu vực miền

Trung Việt Nam nói riêng và cả nước nói chung ./.

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1. Tổng quan về mặt đường bê tông xi măng [1], [2], [4], [5], [6], [14], [15], [16],

[17], [18], [19], [20], [21], [22], [23], [34], [37]

1.1.1. Những khái niệm cơ bản

- Áo đường là công trình được xây dựng trên nền đường bằng nhiều tầng lớp

vật liệu có độ cứng và cường độ lớn hơn so với đất nền đường để phục vụ cho xe chạy,

trực tiếp chịu tác dụng phá hoại thường xuyên của các phương tiện giao thông và

những nhân tố thiên nhiên (mưa, gió, sự thay đổi nhiệt độ,...) [1], [2], [4], [5], [6].

- Áo đường cứng (hay còn gọi kết cấu áo đường cứng) là một kết cấu áo đường

mà lớp mặt là tấm BTXM có sức kháng uốn tương đối cao, phân bố tải trọng xuống

nền đất trên một diện rộng. [34]

- Mặt đường bê tông xi măng là Mặt đường đường ô tô có tầng mặt bằng

BTXM có thể có cốt thép, lưới thép hoặc không. [1], [6].

- Mặt đường BTXM thông thường có khe nối là loại mặt đường có tầng

mặt bằng các tấm BTXM kích thước hữu hạn, liên kết với nhau bằng các khe nối

(khe dọc và khe ngang. Ngoại trừ các chỗ có khe nối và các khu vực cục bộ khác,

trong tầng mặt BTXM loại này đều không bố trí cốt thép (mặt đường BTXM phân

tấm không cốt thép).[6].

1.1.2.Cơ sở lý thuyết về sự làm việc của áo đường cứng

- Áo đường cứng được thiết kế dựa trên lý thuyết ''Tấm trên nền đàn hồi'' đồng

thời có xét tới sự thay đổi nhiệt độ và của các tác nhân khác gây ra với tấm bê tông.[6].

Sơ đồ Kết cấu mặt đường BTXM (kết cấu áo đường cứng) đổ tại chỗ gồm

các lớp như hình 1.1 và hình 1.2:

Hình 1.1: Cấu tạo các lớp trong kết cấu mặt đường BTXM

đường ôtô có giải phân cách

Hình 1.2: Cấu tạo các lớp trong kết cấu mặt đường BTXM

đường ôtô không có giải phân cách.

- Các điều kiện về khí hậu tự nhiên tác động đến tính toán tấm bê tông xi

măng mặt đường: Các điều kiện về khí hậu tự nhiên có sự cách biệt rất lớn giữa các

vùng miền, các địa phương, do vậy tác động của chúng đến sự làm việc của mặt

đường ô tô từng khu vực sẽ khác nhau. Sự thay đổi nhiệt độ không khí và trên bề mặt

trái đất phụ thuộc trạng thái cân bằng nhiệt của từng địa phương trong một ngày đêm

và trong một năm, gọi là chu trình nhiệt ngày đêm và chu trình nhiệt năm, đặc trưng

cơ bản của nó là biên độ dao động nhiệt, có nghĩa là hiệu giữa nhiệt độ trung bình giờ

nóng nhất và lạnh nhất hoặc tháng nóng nhất và tháng lạnh nhất trong năm. Nhiệt độ

trong tấm bê tông được cung cấp bởi 2 nguồn là nhiệt độ không khí và nhiệt do bức

xạ mặt trời. Từ các quá trình trên tạo nên một trường nhiệt độ trong tấm bê tông.

- Trong điều kiện khai thác, tấm bê tông mặt đường ô tô luôn có sự khác biệt

về nhiệt độ mặt tấm và đáy tấm và giữa các thời điểm khác nhau trong ngày. Sự tăng

hoặc giảm nhiệt độ trung bình trong tấm gây nên hiện tượng giãn dài hoặc co ngắn

tấm bê tông, còn khi nhiệt độ bề mặt và đáy tấm khác nhau sẽ gây nên hiện tượng uốn

vồng. Khi biến dạng của tấm bê tông bị cản trở trong tấm sẽ xuất hiện ứng suất, ứng

suất này gây bất lợi cho tấm bê tông.

1.1.3.Xem xét trạng thái làm việc của tấm BTXM mặt đường dưới tác dụng của

khí hậu thời tiết [37]

1.1.3.1.Trạng thái làm việc của tấm BTXM mặt đường chịu ảnh hưởng bởi yếu tố

khí hậu thời tiết

Tác động của khí hậu thời tiết lên mặt đường bao gồm nhiều yếu tố, trong đó có

các yếu tố cơ bản là nhiệt độ không khí, bức xạ mặt trời, vận tốc gió, lượng mưa có ảnh

hưởng trực tiếp đến sự thay đổi nhiệt độ trong tấm BTXM mặt đường. Sự thay đổi

nhiệt độ không khí và bức xạ mặt trời diễn ra thường xuyên theo chu kỳ ngày, đêm và

theo năm. Như vậy, nhiệt độ môi trường tác động lên mặt đường bê tông xi măng cũng

sẽ diễn ra theo chu kỳ ngày đêm và theo chu kỳ năm. Giá trị nhiệt độ của mặt đường bê

tông xi măng có thể được xác định theo phương pháp lý thuyết, lý thuyết kết hợp thực

nghiệm hoặc thực nghiệm hoàn toàn. Hiện nay, nhiệt độ tấm bê tông mặt đường theo

ngày đêm có thể được xác định từ các công thức lý thuyết như sau: [37]

𝑰 𝒂𝒅𝒏

(1.1) 𝒕𝒃𝒎= 𝒕𝒌𝒌 + 𝒕𝒃𝒙 = 𝒕𝒌𝒌 + ρ. . 𝒌𝒈

Trong đó:

tbm - nhiệt độ bề mặt của mặt đường

tkk - nhiệt độ không khí

tbx - nhiệt độ tương đương do bức xạ mặt trời đốt nóng thêm bề mặt của mặt

đường bê tông xi măng, tbx được xác định như sau:

𝑰 𝒂𝒅𝒏

(1.2) tbx= ρ. .𝒌𝒈

Trong đó:

ρ - hệ số hấp thụ nhiệt của mặt đường bê tông xi măng phụ thuộc trạng thái

và màu sắc mặt đường

I - cường độ tia bức xạ, phụ thuộc vào vĩ độ Bắc, đơn vị là kcal/m2.giờ, đó là

tổng lượng bức xạ trực tiếp của mặt trời đến 1m2 mặt đường trong 1 đơn vị thời

gian, khi tính lấy theo giá trị trực xạ trên bề mặt tại thời điểm và địa điểm tính toán;

𝑘𝑔-hệ số giảm cường độ bức xạ mặt trời do đặc điểm của bầu khí quyển;

- hệ số dẫn nhiệt chung của bê tông xi măng mặt đường.

Khu vực Miền Trung Việt Nam là nơi có nhiệt độ cao về mùa hè, nhất là các

vùng chịu ảnh hưởng của gió tây khô nóng (gió Lào), nằm gần đường xích đạo nên

nhiệt độ trung bình trong tấm BTXM mặt đường rất cao. Hơn nữa, nhiệt độ bề mặt

tấm bê tông xi măng tính theo lý thuyết sẽ phụ thuộc vào nhiệt độ không khí, cường

độ bức xạ mặt trời, tính chất vật liệu làm đường và đặc điểm của bầu khí quyển.

Nhiệt độ bề mặt tại mỗi khu vực khác nhau sẽ có giá trị khác nhau. Vì vậy, cần tiến

hành phân loại vùng khí hậu theo đặc điểm và tính chất biến đổi của khí hậu, để từ đó

lựa chọn các thông số khí hậu sát với thực tế đưa vào tính toán tấm BTXM mặt

đường khu vực xây dựng.

Tác dụng thường xuyên liên tục theo chu trình ngày đêm của nhiệt độ môi

trường là trường hợp bất lợi nhất, sự biến đổi nhiệt độ liên tục theo chu trình này

gây hiện tượng biến dạng liên tục của tấm và được xác định là một trong những

nguyên nhân dẫn đến phá huỷ mỏi của tấm mặt đường bê tông xi măng. Dưới tác

dụng của nhiệt độ môi trường, mặt trên và mặt dưới của tấm bê tông mặt đường có

sự chênh lệch nhiệt độ lớn, trong tấm sẽ xuất hiện trường nhiệt độ phân bố không

đều theo chiều sâu, cùng với sự thay đổi nhiệt độ trung bình vào các thời điểm khác

nhau trong ngày là nguyên nhân gây ra các biến dạng uốn vồng và uốn võng tấm

theo phương đứng và co giãn theo phương dọc và ngang tấm. Trong khi các biến

dạng này không thể diễn ra tự do vì bị cản trở do một số nguyên nhân chính sau:

khối lượng tấm gây cản trở uốn vồng và co giãn; ma sát giữa đáy tấm và nền gây

cản trở chuyển dịch co giãn, tải trọng xe nặng tác dụng ở giữa tấm khi uốn vồng, ở

đầu tấm (khe ngang) khi uốn võng... Lúc này trong tấm bê tông sẽ xuất hiện ứng

suất nhiệt độ theo lý thuyết nhiệt đàn hồi tuyến tính:

Ta có ứng suất kéo, nén theo phương x hoặc y tại độ sâu z là:

x(y) = t,z

x(y) + ms

x(y)

T (1.3)

Trong đó:

x(y) - ứng suất nhiệt theo phương x (hoặc y) tại các độ sâu z do nhiệt độ

t,z

phân bố không đều theo chiều sâu tấm;

x(y)- ứng suất nhiệt theo phương x (hoặc y) do ma sát giữa tấm bê tông và nền.

ms

1.1.3.2. Sơ đồ biến dạng và những thời điểm bất lợi cho tấm BTXM mặt đường

1) Hệ tọa độ khảo sát tấm BTXM và các biến dạng: (Hình 1.3 đến hình 1.6)

Tấm bê tông có chiều dài L, chiều rộng B và chiều dày là h. Trục tọa độ

XYZ có gốc tại mặt trên của tấm và ở trọng tâm, trục X theo cạnh dài dọc tấm, trục

Y theo phương ngang tấm, trục Z theo phương thẳng đứng.

Hình 1.3: Hệ tọa độ khảo sát tấm BTXM mặt đường

Hình 1.4: Biến dạng uốn vồng tấm BTXM mặt đường

Hình 1.5: Biến dạng uốn võng tấm BTXM mặt đường

Hình 1.6: Biến dạng co-giãn tấm BTXM mặt đường

2) Các hình thức biến dạng và thời điểm bất lợi

- Biến dạng uốn vồng tấm BTXM: (Hình 1.4)

Hiện tượng này xuất hiện khi nhiệt độ bề mặt tấm cao (ban ngày), nhiệt độ ở

đáy tấm thấp, tải trọng xe chạy ở giữa dọc tấm, đáy tấm ma sát với mặt trên của lớp

móng. Trường hợp này tấm sẽ uốn vồng lên ở giữa, nhưng vì mặt dưới của tấm có

ma sát, bên trên có tải trọng bánh xe đè và sức nặng của bản thân bêtôngnên quá

trình vồng lên bị cản trở, do đó trong tấm bê tông (chủ yếu là ½ chiều dày phía dưới

tấm) xuất hiện ứng suất kéo, ứng suất này có thể làm cho đáy tấm xuất hiện vết nứt,

vết nứt này có thể lan lên đến mặt trên tấm bê tông.

Thời điểm bất lợi: thường vào mùa hè, trời nắng nóng, thời gian từ 11h đến

13h hàng ngày, lúc có nhiều xe tải nặng đi lại.

- Biến dạng uốn võng tấm BTXM (Hình 1.5)

Hiện tượng này xuất hiện khi nhiệt độ bề mặt tấm giảm xuống thấp (ban

đêm), nhiệt độ ở đáy tấm cao hơn, tải trọng xe chạy ở giữa đầu tấm, ở đầu tấm

không bố trí các thanh thép truyền lực, đáy tấm ma sát với mặt trên của lớp móng.

Trường hợp này tấm sẽ uốn võng xuống ở giữa, vồng lên ở hai đầu tấm nhưng vì

mặt dưới của tấm có ma sát, bên trên ở đầu tấm có tải trọng bánh xe đè và sức nặng

của bản thân bê tông nên quá trình vồng lên ở hai đầu bị cản trở, võng xuống ở giữa

cũng bị cản trở do lớp móng, do đó trong tấm bê tông (chủ yếu là ½ chiều dày phía

trên tấm) xuất hiện ứng suất kéo, ứng suất này có thể làm cho mặt trên tấm xuất

hiện vết nứt, vết nứt này có thể lan sâu xuống đến đáy tấm bê tông.

Thời điểm bất lợi: thường vào những thời điểm mà nhiệt độ bề mặt mặt

đường hạ thấp, trong khi nhiệt độ đáy tấm bê tông còn rất cao (thường vào ban

đêm), lúc có tải trọng xe nặng đặt tại đầu tấm.

- Biến dạng co, giãn tấm BTXM (Hình 1.6)

Khi nhiệt độ trung bình của tấm BTXM giảm xuốngsẽ làm cho tấm co ngắn

lại, còn khi nhiệt độ trung bình của tấm tăng lên thì tấm sẽ giãn dài ra. Trong quá

trình nhiệt độ giảm-tăng sẽ làm cho tấm co-giãn, quá trình đó nếu tồn tại ma sát

giữa đáy tấm và mặt trên của móng, thì làm cho sự chuyển dịch của tấm bị cản trở,

có thể gây bắt lợi.

Trường hợp bất lợi: Khi ma sát giữa đáy tấm và mặt trên của móng lớn, tấm

bê tông có chiều dày lớn, xử lý liên kết tấm với xung quanh (liên kết ở 2 đầu: khe

ngang, liên kết ở 2 cạnh dọc tấm: khe dọc hoặc liên kết với lề) không đảm bảo. Thời

điểm bất lợi: vào thời điểm 7 đến 8 giờ sau khi đổ bê tông, khi nhiệt độ trong tấm bê

tông bắt đầu giảm.

1.2. Tổng quan về các thông số đầu vào yêu cầu và phương trình tính toán mặt

đường BTXM theo tiêu chuẩn AASHTO

1.2.1.Các thông số liệu đầu vào yêu cầu

- Tổng trục xe tiêu chuẩn dự báo (ESALs), W80 cho cả thời kỳ phục vụ, ở làn

xe thiết kế.

- Độ tin cậy thiết kế, R, %.

- Độ lệch tiêu chuẩn toàn phần, S0.

- Độ tổn thất khả năng phục vụ thiết kế PSI = p1 - p2

- Trị số mô đun phản lực nền hữu hiệu (đã điều chỉnh theo mùa) của nền đất,

kPa/mm

(1 kPa/mm = 3.704 psi/in).

c, kPa.

- Cường độ chịu kéo uốn của bê tông (Môđun phá hỏng của bê tông), S’

- Môđun đàn hồi của bê tông, Ec, kPa

- Khoảng cách khe nối, L, mm:Đối với mặt đường bê tông thông thường có

khe nối (JPCP). Dùng khoảng cách khe nối thực tế, m.

- Môđun đàn hồi của lớp móng, Eb, kPa.

- Nhân tố ma sát giữa tấm và móng, f.

- Chiều dày lớp móng, Hb, mm.

- Độ chênh lệch nhiệt độ dương của tấm bê tông (độ chênh nhiệt độ mặt trên

so với mặt đáy tâm), TD+, oC.

- Điều kiện chống đỡ của mép làn xe.

a) Chiều rộng qui ước thông thường của làn xe là 3,7 m (12 ft), mép tự do.

b) Chiều rộng qui ước thông thường 3,7 m (12 ft) có các thanh liên kết với lề

bằng bê tông.

c) Tấm rộng 4,3 m (14 ft), khi làn xe qui ước rộng 3,7 m (12 ft).(Chiều rộng

tấm 3,7m cộng với phần mở rộng ra lề 0,6m)

1.2.2. Phương trình tính toán mặt đường BTXM theo tiêu chuẩn AASHTO [21],

[24], [52], [53], [54]

1.2.2.1 Các phương trình dùng để thiết kế chiều dầy mặt đường cứng:

Được trình bày dưới đây theo đơn vị SI (các phương trình đã dùng trong

“Phần bổ sung 1998 AASHTO” là theo đơn vị US).

lg W’ = lg W + (5,065 - 0,03295 ) ; (1.4)

Trong đó:

W’- tổng số trục xe tiêu chuẩn tương đương 80kN, ESALs, ước tính cho

làn xe thiết kế, với độ tin cậy là 50%;

W- tổng số trục xe tiêu chuẩn tương đương 80kN, ESALs được tính ra

theo phương trình 1.5 ở dưới:

lg W = lg R +G/Y (1.5)

3,63(

+𝐿2)5,2

𝐿1 4,45

lg R = 5,85 + 7,35 lg (D/25,4 + 1) - 4,62 lg (L1/4,45 + L2) + 3,28 lg L2;(1.3)

+1)8,46.𝐿23,52

𝐷 ( 25,4

Y = 1,00 + ; (1.6)

(1.7) ) ; G = lg( 𝑃1−𝑃2 𝑃1−1,5

trong đó:

D - chiều dầy tấm bê tông, mm;

- tải trọng trên trục đơn hoặc trục kép, kN; L1

- mã của trục, 1 khi là trục đơn, 2 khi là trục kép; L2

- chỉ số khả năng phục vụ ban đầu; p1

- chỉ số khả năng phục vụ cuối cùng; p2

c) - trị số trung bình cường độ chịu kéo uốn, tải trọng đặt ở 1/3 dầm, 28

(S’

ngày tuổi, kPa;[đối với thử nghiệm đường của AASHO đã lấy bằng 4754 kPa]

t- ứng suất kéo tại chính giữa tấm, kPa, do tác dụng của tải trọng và nhiệt

’- ứng suất kéo tại chính giữa tấm, kPa, do tác dụng của tải trọng và nhiệt

độ, tính từ phương trình 1.8, với các hằng số của thí nghiệm đường của AASHO;

t

độ, tính từ phương trình 1.8, với các số liệu đầu vào để thiết kế mặt đường mới.

= E F [1,0 + 10(lg b) 1,8TD]; (1.8)

trong đó:

- ứng suất kéo tại chính giữa tấm, chỉ do tác dụng của tải trọng, tính theo 1.9

;

(1.9)

Trong đó:

- mô đun đàn hồi của tấm bê tông, kPa; Ec

[28959000 kPa đối với thử nghiệm đường của AASHO]

Eb- mô đun đàn hồi của lớp móng, kPa;

[172000 kPa đối với thử nghiệm đường của AASHO]

Hb- chiều dầy của lớp móng, mm.

[15,2 mm đối với thử nghiệm đường của AASHO].

; (1.10)

Trong đó:

k - môđun phản lực nền hữu hiệu, kPa/mm [29,92 kPa/mm đối với thử

nghiệm đường của AASHO];

 - hệ số Poisson của bê tông. [0,20 đối với thử nghiệm đường của AASHO];

E -hệ số điều chỉnh tuỳ vào sự chống giữ ở mép tấm. [1,0 đối với thử

nghiệm đường của AASHO]

= 1, 0 khi chiều rộng của làn xe bằng chiều rộng quy ước thông thường là

3,7 m (12 ft);

= 0,94 khi chiều rộng của làn xe bằng chiều rộng qui ước thông thường là

3,7 m (12 ft) và tấm được liên kết với lề bằng bê tông;

= 0,92 khi mở rộng thêm 0.6 m (2ft) cho làn xe có chiều rộng theo qui ước

3,7 m (12ft); (tức tấm rộng 4,3m).

F - tỉ số giữa ứng suất của tấm khi hệ số ma sát giữa tấm và móng có trị số

là f với ứng suất của tấm khi ma sát là hoàn toàn, tính từ phương trình 1.10

F = 1,177 - 2,45706 * 10 -10D Eb -4,5494*10-4 D + 9,1 * 10 -8 Eb- 0,000315 f; (1.11)

Trong đó f là hệ số ma sát giữa tấm bê tông và móng (Bảng 3.8) phụ thuộc

𝐷

𝐿

vào mô đun đàn hồi và hệ số ma sát đối với các loại móng khác nhau.

𝐷2 𝐾.𝐼4 +

𝐼

1,5

0,5 )

lgb = -1,944 + 2,279 + 0,0917 - 75718997

𝐸𝑏.𝐻𝑏 𝐾

𝐷2 𝐾𝐼2 − 87111646.

𝐷3𝐿 𝐾.𝐼6(1.12)

) . (0,00021947. − 118,872. (1,5596 𝐼

Trong đó:

L -khoảng cách các khe ngang, mm;

[4572 mm đối với thử nghiệm đường của AASHO]

TD(+) -độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu, là nhiệt độ ở bề mặt của

tấm trừ đi nhiệt độ ở đáy tấm, oC, tính theo phương trình 1.13:

TD(+)= 0,534487 - + 0,117677WIND + 0,10223 (1,8 TEMP + 32) -

0,00018287. PRECIP; (1.13)

Trong đó:

D-chiều dầy tấm, mm;

WIND-tốc độ gió trung bình năm, km/h;

TEMP-nhiệt độ trung bình năm, oC; (t oC= [t oF - 32 ]/1,8);

PRECIP-lượng mưa trung bình năm, mm.

1.2.2.2. Chiều dầy yêu cầu của tấm BTXM mặt đường

Có thể dùng các phương trình thiết kế mặt đường cứng đã được trình bày ở trên

để xác định chiều dầy cần thiết của tấm đối với một lượng xe thiết kế. Các phương

trình thiết kế khá phức tạp nên khó biểu diễn dưới dạng toán đồ. Tuy nhiên có thể giải

các phương trình này dễ dàng bằng bảng tra hoặc bằng phần mềm máy tính.

Hơn nữa, đối với nhóm số liệu đầu vào đã cho, quan hệ giữa W80 và chiều

dầy tấm D là một quan hệ tuyến tính:

D=A0+A1.lgW80R; (1.14)

Trong đó:

D -chiều dầy yêu cầu của tấm, mm;

A0; A1 -các hằng số hồi qui phụ thuộc vào các đặc điểm thiết kế khác;

W80R - tổng lượng trục xe tiêu chuẩn quy đổi thiết kế 80kN, ESALs,theo

|); (1.15)

một mức độ tin cậy thiết kế R đã qui định, được tính theo phương trình 1.15

W80R= 10(lg W+ | Z xS 0

Trong đó:

W80R-tổng lượng trục xe tiêu chuẩn qui đổi thiết kế 80kN, ESALs, theo

một mức độ tin cậy R đã qui định;

W80 - tổng lượng trục xe tiêu chuẩn qui đổi được ước tính cho cả thời kỳ

thiết kế chạy trên làn xe thiết kế;

Z -độ lệch tiêu chuẩn từ bảng phân bố chuẩn tương ứng với mức độ tin

cậy R đã cho. (ví dụ: - 1.28 khi R = 90 %);

S0- độ lệch tiêu chuẩn toàn phần.

1.2.2.3.Kiểm tra đường nứt khi tải trọng đặt tại khe nối

- Nếu không dùng các thanh truyền lực tại các khe co ngang trong mặt

đường bê tông thông thường có khe nốithì tiến hành kiểm tra các ứng suất tại

mặt tấm sinh ra do tải trọng đặt tại khe nối và chịu tác dụng của độ chênh nhiệt

độ âm (nhiệt độ ở mặt tấm thấp hơn nhiệt độ ở đáy tấm, thường là vào ban đêm),

nhằm đảm bảo rằng ứng suất ấy không lớn hơn ứng suất tại chính giữa đáy tấm.

- Việc kiểm tra này không cần thiết đối với mặt đường bê tông cốt thép

có khe nối hoặc mặt đường bê tông cốt thép liên tục, Vì chúng luôn luôn có

thanh truyền lực, và đối với mặt đường bê tông xi măng thông thường có khe nối

khi tải trọng trục được dự báo là trên 100 kN, vì cũngcần phải đặt các thanh

truyền lực.

*Trình tự thiết kế kiểm tra nứt:

Được tiến hành như sau:

Bước 1: Xác định chiều dầy yêu cầu của tấm bê tông với giả thiết vị trí tác

dụng của tải trọng tại chính giữa tấm là nguy hiểm nhất bằng cách dùng các phương

trình thiết kế ở điều 1.1.3.2. Chú ý rằng tác dụng của ma sát giữa tấm và lớp móng

đã được kể đến khi tính ra chiều dày yêu cầu của tấm.

Bước 2: Tính ứng suất khi tải trọng đặt ở chính giữa tấm đối với chiều dầy

yêu cầu của tấm và độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu ở hiện trường. Trị số

ứng suất này có thể đã tính được ở bước 1. Ứng suất này còn có thể ước tính theo

cách sau:

a) Dùng các đồ thị trong các hình từ 1 đến 5 (PL 5-8) để xác định ứng suất do tải

trọng đặt ở giữa tấm với giả thiết ma sát hoàn toàn giữa tấm và lớp móng, nếu cần thì nội

suy. Các đồ thị này được lập cho 2 mức môđun của lớp móng và 3 mức của k nền đất.

b) Tính ra nhân tố điều chỉnh ma sát.

c) Nhân ứng suất khi ma sát hoàn toàn với nhân tố điều chỉnh ma sát để có

được trị số ước tính đúng của ứng suất do tải trọng đặt giữa tấm t’.

Bước 3: Ước tính độ chênh lệch nhiệt độ âm tổng cộng tương đương từ các

nguồn số liệu sau:

Tính độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu theo phương trình 1.16:

Độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu

TD(-) = -10,0786 + 734/D + 0,13597 WIND + 0,03889 (1,8 x TEMP + 32) +

0,000089. PRECIP; (1.16)

Trong đó:

Độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu (TD(-)) bằng nhiệt độ mặt tấm (nhỏ

hơn) trừ nhiệt độ đáy tấm (lớn hơn), oC.

D- chiều dầy tấm bê tông mm.

WIND-tốc độ gió trung bình năm, km/h.

TEMP- nhiệt độ trung bình năm, oC.

PRECIP-lượng mưa trung bình năm, mm.

Tổng hợp gradient ẩm và độ chêch lệch nhiệt độ thi công:

Đối với vùng khí hậu ẩm ướt (lượng mưa hàng năm  762 mm), lấy bằng

0 đến -0,044 0C cho mỗi mm chiều dầy của tấm bê tông.

Đối với vùng khí hậu khô (lượng mưa hàng năm < 762 mm), lấy bằng -

0,022 ºC đến -0,066 ºC cho mỗi mm chiều dầy của tấm bê tông.

Bước 4: Ước tính ứng suất tới hạn tại mặt của tấm do tải trọng đặt ở khe

nốivà do độ chênh lệch nhiệt độ âm nhờ các hình từ 6 đến 12 (PL 5-8). Các đồ thị

trong các Hình từ 6 đến 12 (PL 5-8)lập cho hai mức môđun của lớp móng và ba

mức của nền đất. Nhân ứng suất khi ma sát là hoàn toàn từ Hình 6 đến 12 (PL 5-8)

với nhân tố điều chỉnh ma sát tính từ Hình (PL 5-9) để có trị số đúng của ứng suất

do tải trọng đặt tại khe nối mặt trên.

Bước 5: So sánh ứng suất ở đáy tấm bê tông do tải trọng đặt ở chính giữa

trên <t’,thì thiết kế là thích hợp.

tấm t’ với ứng suất ở mặt tấm bê tông do tải trọng đặt ở khe nối mặt trên. Nếu mặt

Nếu tải trọng đặt ở khe nối gây ra một ứng suấtbằng hoặc lớn hơn ứng suất

do tải trọng đặt ở chính giữa tấm gây ra, thì cần phải thiết kế lại các khe nối. Các

điểm thiết kế đặc biệt nhằm không để gây ra ứng suất tới hạn khi tải trọng đặt ở khe

nối là dùng các thanh truyền lực có kích thước và khoảng cách thích hợp, và ở mức

độ ít hơn, là dùng các tấm được mở rộng (tức là tấm rộng hơn 3,66 m khi làn xe

chạy rộng 3,66 m), hoặc dùng cách liên kết tấm với lề đường bằng bê tông. Một

hiệu quả kháclà khi truyền tải trọng tốt sẽ làm giảm độ võng ở góc tấm. Độ võng

chênh nhau nhiều quá, làm cho ứng suất tăng lên khi tải trọng tác dụng ở góc tấm,

có thể dẫn đến sự xói mòn và tổn thất gối đỡ.

Dùng biện pháp giảm khoảng cách các khe nối và / hoặc thay loại móng khác

cũng có thể làm giảm các ứng suất sinh ra do đặt tải trọng ở khe nối.

1.2.2.4.Kiểm tra độ kênh của tấm tại các khe nối

- Khi chiều dài tấm BTXM ở trong giới hạn (L≤4.5 m)

Đường kính các thanh truyền lực thích hợp như ở bảng sau (Bảng 1.1) và

khoảng cách giữa các thanh tuân theo quy định bằng 300 mm, móng trên là lớp

CPĐD gia cố xi măng hoặc lớp bêtông nghèo, việc thoát nước dưới cạnh tấm đảm

bảo thì có thể xem độ kênh xảy ra không đáng kể, luôn nhỏ hơn trị số cho phép

quy định là 1.5 mm; vì vậy trường hợp này không cần kiểm tra độ kênh của tấm

tại khe nối.

Bảng 1.1: Đường kính tối thiểu của thanh truyền lực

Chiềudầy tấm bê tông xi măng;D (cm) Đường kính thanh truyền lực (mm)

24 16 < D  20

28 20 < D  25

D > 25 32

- Nếu điều kiện trên không đảm bảo thì cần kiểm tra độ kênh của tấm tại khe

nối. Trong phần mềm máy tính có phần tính toán về trường hợp này.

*Nội dung kiểm tra gồm các bước sau:

Bước 1: Xác định chiều dày tấm D (như 1.1.3.2). Nếu không đặt thanh

truyền lực, hoặc đặt thanh truyền lực không đúng yêu cầu về đường kính, khoảng

cách các thanh, chất lượng và chiều dày lớp móng trên không đạt yêu cầu thì cần so

sánh trị số ứng suất kéo phát sinh trên mặt tấm 𝝈𝒎ặ𝒕𝒕𝒓ê𝒏 với trị số ứng suất kéo phát

′ . sinh ở dưới đáy tấm 𝝈𝒕

′ . Thì thiết kế như đã tiến hành là thích hợp.

Nếu 𝝈𝒎ặ𝒕𝒕𝒓ê𝒏<𝝈𝒕

′ . Thì cần có biện pháp để điều chỉnh thiết kế. (như 3/. Mục

Khi 𝝈𝒎ặ𝒕𝒕𝒓ê𝒏>𝝈𝒕

1.1.3.2)

Bước 2: Dùng mô hình tính toán theo công thức 1.15 để xác định trị số trung bình

của độ kênh tấm ‘‘FaultD’’ở khe nối ngang cho trường hợp có đặt thanh truyền lực.

Bước 3: So sánh trị số độ kênh tấm đã tính ra với độ kênh max cho phép.

Đối với tấm mặt đường BTXM thông thường có khe nối độ kênh cho phép là ≤ 1.5

mm (0.06 in). Nếu không đảm bảo, thì điều chỉnh lại thiết kế.(như 4/. Mục 1.1.3.2)

Nếu đạt thì tiếp tục kiểm tra sự hư hỏng ở góc tấm.

- Công thức dùng cho trường hợp có đặt thanh truyền lực:

)+(0.367 3 . 10−8 . 𝐵𝑠𝑡𝑟𝑒𝑠𝑠2) +

FaultD= 𝐸𝑆𝐴𝐿0.25. [0.0628 − (0.0628. 𝐶𝑑 (0.4116 .10−5. 𝐽𝑡𝑠𝑝𝑎𝑐𝑒2) + (0.7466. 10−9. 𝐹𝐼2. 𝑃𝑟𝑒𝑐𝑖𝑝0.5) −

(0.009503. 𝐵𝑎𝑠𝑒𝑡𝑦𝑝𝑒) - (0.01917.Widelane) + (0.0009217. Age)]; (1.17)

Trong đó:

FaultD- Trị số trung bình độ kênh của tấm tại khe nối có thanh truyền lực, inches;

ESAL -Tổng số tích lũy trục đơn tải trọng tương đương 18 kip (80 KN), triệu;

Cd- Hệ số thoát nước đã được điều chỉnh (bảng 1.2)

Bảng 1.2: Hệ số thoát nước Cd đã được điều chỉnh

Đất nền từ A-4 đến A7-6 Đất nền từ A1 đến A3 Cấu tạo thoát Lượng mưa Lớp móng Lớp móng Lớp móng Lớp móng nước ở mép trung bình trên không trên thấm trên không trên thấm tấm năm; mm thấm nước nước thấm nước nước

Không có >762 mm 0.70-0.90 0.85-0.95 0.75-0.95 0.90-1.00

có >762 mm 0.75-0.95 1.00-1.10 0.90-1.10 1.05-1.15

1) Móng thấm được nước (thoát nước) khi hệ số thấm k≥ 305m/ngày (1000ft/day).

2) Người thiết kế cần khảo sát, xem xét thực tế và dự đoán các điều kiện đã ghi ở

Chú thích:

dòng trên cùng để chọn trị số Cd; khi không có điều kiện dự đoán, khảo sát thì có

thể lấy trị số ở giữa 2 giới hạn đã cho của Cd trong bảng trên.

Bstress - được tính như sau:

𝐾𝑑(2+ 𝐵𝐸𝑇𝐴.𝑂𝑃𝐸𝑁𝐼𝑁𝐺) 4 𝐸𝑆𝐼𝐵𝐸𝑇𝐴3

]; (1.18) Bstress = 𝘧𝑑𝑃𝑇[

4 VàBETA = √

𝐾𝑑. 𝐷𝑂𝑊𝐸𝐿 4𝐸𝑆𝐼

; (1.19)

Trong đó:

l+12 I - Mô men quán tính của tiết diện thanh truyền lực; 𝑖𝑛4;

𝐷𝑂𝑊𝐸𝐿

) với l- bán kính độ cứng tương đối;inches; 𝖿d- nhân tố phân bố (= 2.

I =0.25π.( )4; (1.20)

P- tải trọng bánh xe tác dụng lên khe ngang, lấy bằng 9000lbf (40KN);

T- phần trăm truyền tải trọng, lấy bằng 0.45;

Kd- mô đun chống đỡ của thanh truyền lực, lấy

bằng1.500.000psi/in(405Mpa/mm);

BETA- Độ cứng tương đối của hệ thống ‘‘bê tông - thanh truyền lực’’;

DOWEL- đường kính thanh truyền lực; inches;

Es- mô đun đàn hồi của thanh truyền lực, psi;

k- mô đun phản lực nền đất, psi/in;

OPENING- Độ mở rộng trung bình của khe nối ngang, inches:

2+𝑒

OPENING = 12. CON.Jtspace.(𝐴𝐿𝑃𝐻𝐴. 𝑇𝑅𝐴𝑁𝐺𝐸 ); (1.21)

Jtspace- khoảng cách trung bình giữa các khe co, ft;

CON- hệ số điều chỉnh do ma sát giữa tấm với móng trên;

+ Lấy bằng 0.65 khi móng trên gia cố (xi măng, nhựa bitum)

+ Lấy bằng 0.80 khi móng trên là vật liệu hạt, bê tông nghèo có lớp tại màng

chống dính.

ALPHA- hệ số giãn nhiệt của bê tông, bằng 0.000006/0F (0.000003/0C);

TRANGE- khoảng nhiệt độ trong năm, 0F, là hiệu của nhiệt độ tháng nóng

𝑜𝐹

nhất với nhiệt độ tháng lạnh nhất trong năm ở khu vực thiết kế:

) − 𝑡𝑚𝑖𝑛𝑚𝑜𝑛𝑡ℎ

TRANGE = (𝑡max 𝑚𝑜𝑛𝑡ℎ e- hệ số co ngót của bê tông bằng 0.00015;

FI- Chỉ số đóng băng trung bình năm, độ Farenheit-ngày. Theo khí hậu Việt

Nam, ở tất cả các vùng miền lấy FI = 0.

Precip- lượng mưa trung bình năm, inches;

Basetype- loại móng trên, với móng trên là vật liệu hạt không gia cố lấy bằng

0, có gia cố chất liên kết lấy bằng 1.

Widelane- làn xe mở rộng (làn ngoài cùng): nếu làn xe có chiều rộng thông

thường lấy bằng 0; nếu có mở rộng thêm 0.6m thì lấy bằng 1.

Age- số năm phục vụ của áo đường cứng,năm (years); lấy số năm tương ứng

với ESAL đã đưa vào công thức 1.17;

Bước 4- Kiểm tra sự hư hỏng ở góc tấm BTXM

Sau khi đã thực hiện việc tính toán, kiểm tra theo các bước trên thì tiến hành

kiểm tra sự hư hỏng của góc tấm khi tải trọng bánh xe đặt tại khe nối ngang.

Cần 2 thông số đầu vào là: Gradient nhiệt độ và ứng suất kéo ở mặt trên của

tấm (𝝈𝒎ặ𝒕𝒕𝒓ê𝒏); 𝝈𝒎ặ𝒕𝒕𝒓ê𝒏 được xác định nhờtoán đồ từ Hình 7đến Hình 12 (PL5.8).

Ở vùng khí hậu có lượng mưa trung bình lớn hơn 760 mm thì Gradient nhiệt

độ theo quy định từ 0oF đến 2oF/in. Chọn 2oF/in.

1.3. Đặc điểm chung của điều kiện khí hậu miền Trung Việt Nam và công thức

xác định các thông số chịu tác động của khí hậu khu vực trong tính toán mặt

đường BTXM theo tiêu chuẩn AASHTO

1.3.1. Đặc điểm chung của khí hậu miền Trung Việt Nam [7], [8], [9], [10], [11],

[12, [13], [38], [39], [43], [44], [45]

1.3.1.1.Khí hậu thời tiết

Khí hậu Trung bộ được chia ra làm hai khu vực chính là Bắc Trung bộ và

Duyên Hải Nam Trung bộ.

+ Khu vực Bắc Trung bộ (bao gồm toàn bộ phía Bắc đèo Hải Vân).

Vào mùa đông, do gió mùa thổi theo hướng Đông Bắc mang theo hơi nước từ biển

vào nên toàn khu vực chịu ảnh hưởng của thời tiết lạnh kèm theo mưa. Đây là điểm

khác biệt với thời tiết khô hanh vào mùa Đông vùng Bắc bộ. Đến mùa Hè không

còn hơi nước từ biển vào nhưng có thêm gió mùa Tây Nam (còn gọi là gió Lào) thổi

ngược lên gây nên thời tiết khô nóng, vào thời điểm này nhiệt độ ngày có thể lên tới

trên 400C, trong khi đó độ ẩm không khí lại rất thấp.

Vùng Bắc Trung Bộ (B4): Mùa đông hơi lạnh, nắng tương đối ít, có năm xảy

ra sương muối ở một vài nơi, có mưa phùn. Mùa hè nhiều gió Tây khô nóng, nhiệt

độ cao, mưa nhiều vào nửa cuối năm, mùa mưa không trùng với mùa nóng. Nhiệt

độ trung bình năm khoảng 23 - 250C, nhiệt độ trung bình tháng nóng nhất khoảng

28,5 - 300C, nhiệt độ cao nhất tuyệt đối lên đến 40 - 420C, có nơi lên đến 42,70C.

Nhiệt độ trung bình tháng lạnh nhất khoảng 16,5 - 19,50C, nhiệt độ thấp nhất tuyệt

đối là 3 - 80C, có nơi xuống đến - 0,20C. Biên độ năm của nhiệt độ phổ biến là 8 -

90C. Lượng mưa trung bình năm khoảng 1400 - 2000mm. Mùa mưa chính từ tháng

8 đến tháng 12, chưa kể một mùa mưa phụ vào tiết Tiểu Mãn, khoảng tháng 5,

tháng 6. Mưa nhiều nhất vào các tháng 8, 9, 10. Trung bình hàng năm có khoảng 10

- 30 ngày mưa phùn. Độ ẩm tương đối trung bình năm khoảng 84 - 86%. Lượng bốc

hơi trung bình năm khoảng 700 - 1000mm. Hạn hán chủ yếu xảy ra vào giữa mùa

hè do thời tiết gió Tây khô nóng kéo dài.

+ Vùng Duyên hải Nam Trung bộ (bao gồm khu vực đồng bằng ven biển

Nam Trung bộ thuộc phía Nam đèo Hải Vân). Gió mùa Đông Bắc khi thổi đến đây

thường suy yếu đi do bị chặn lại bởi dãy Bạch Mã. Vì vậy khi về mùa hè khi xuất

hiện gió mùa Tây Nam thổi mạnh từ vịnh Thái Lan và tràn qua dãy núi Trường Sơn

sẽ gây ra thời tiết khô nóng cho toàn bộ khu vực.

Đặc điểm nổi bật của khí hậu Trung Bộ là có mùa mưa và mùa khô không

cùng xảy ra vào một thời kỳ trong năm của hai vùng khí hậu Bắc Bộ và Nam Bộ.

Vùng Nam Trung Bộ (N1): Mùa đông không lạnh, nắng nhiều, nhiều gió Tây

khô nóng. Mùa mưa vào cuối mùa hè, đầu mùa đông. Mưa đặc biệt ít, nắng đặc biệt

nhiều ở phần phía Nam (cực Nam Trung Bộ). Nhiệt độ trung bình năm khoảng 25 -

270C, nhiệt độ trung bình tháng nóng nhất khoảng 28,5 - 300C, nhiệt độ cao nhất

tuyệt đối khoảng 40 - 420C. Nhiệt độ trung bình tháng lạnh nhất khoảng 20 - 240C,

nhiệt độ thấp nhất tuyệt đối chỉ 8 - 130C. Biên độ năm của nhiệt độ chỉ khoảng 2 -

80C. Lượng mưa trung bình năm phổ biến từ 1200 - 2000mm ở nửa phía Bắc và chỉ

1200 - 1600mm ở nửa phía Nam. Có nơi lượng mưa trung bình năm chưa đến

800mm. Mùa mưa từ tháng 8 đến tháng 12, trừ một vài nơi thuộc Nam Bình Thuận

có mùa mưa tương tự Nam Bộ. Mưa nhiều nhất vào các tháng 9, 10, 11. Độ ẩm

tương đối trung bình năm khoảng 80 - 84%. Lượng bốc hơi trung bình năm khoảng

1000 - 1600mm. Hạn hán thường xảy ra từ cuối mùa đông cho đến giữa mùa hè.

Tình hình mưa lũ:

Thừa Thiên - Huế là một trong các tỉnh có lượng mưa nhiều nhất ở Việt Nam

với lượng mưa trung bình năm vượt trên 2.600mm, có nơi lên đến 4.000mm. Có các

trung tâm mưa lớn như khu vực Tây A Lưới - Động Ngại (độ cao 1.774m) có lượng

mưa trung bình năm từ 3.400 - 5.000mm, khu vực Nam Đông - Bạch Mã - Phú

Lộc có lượng mưa trung bình năm từ 3.400 - 5.000mm. Đồng bằng duyên hải Thừa

Thiên - Huế có lượng mưa ít nhất, nhưng trung bình năm cũng từ 2.700 - 2.900mm.

Hàng năm có từ 200 - 220 ngày mưa ở các vùng núi, 150 - 170 ngày mưa

ở khu vực đồng bằng duyên hải. Vào mùa mưa, mỗi tháng có 16 - 24 ngày mưa.

Những đợt mưa kéo dài nhiều ngày trên diện rộng thường gây ra lũ lụt lớn.

Địa hình phía Tây từ Hà Tĩnh đến Thừa Thiên - Huế bao gồm các dãy núi

cao. Các dòng sông ở đây có dòng chảy theo hướng Tây Bắc - Đông Nam đổ ra biển

thường có lòng sông hẹp, độ dốc lớn, diện tích lưu vực nhỏ nên với lượng mưa

tương đối lớn trút xuống sẽ sinh ra lũ, lên nhanh và gây lụt lội cho các khu vực

đồng bằng thấp phía Đông. Ví dụ như Sông Hương - sông Bồ, có độ cao đầu nguồn

là 1.318m, dài trên 100 km và diện tích lưu vực 2.690km2, chảy gần theo hướng

Bắc Nam đổ ra biển ở cửa Thuận An. Vì toàn bộ diện tích lưu vực sông Hương có

trên 80% là đồi núi, khu vực đồng bằng còn lại đa phần ở mức thấp hơn so với mực

nước biển, nên hầu hết sẽ bị ngập khi có lũ trên báo động cấp 3 (tương ứng 3,5m).

Với lượng mưa chiếm 68 - 75% lượng mưa trong năm, sẽ phát sinh lũ lụt lớn

và gây thiệt hại sản xuất, tài sản, tính mạng cư dân, tác động tiêu cực đến môi

trường sinh thái. Ngược lại, trong mùa ít mưa thì nước lại không đủ cung cấp cho

sinh hoạt và sản xuất của một số địa phương trong vùng.

Mùa mưa lũ ở Bắc Trung Bộ thường xảy ra từ tháng 7 đến tháng 10, ở vùng

Duyên hải Nam Trung Bộ thường xảy ra từ tháng 10 đến tháng 12. Những trận lũ

lụt lớn đã xảy ra ở miền Trung vào các năm: 1952, 1964, 1980, 1983, 1990, 1996,

1998, 1999, 2001, 2003,... Có lúc xảy ra lũ chồng lên lũ như các đợt lũ tháng 11, 12

năm 1999; tháng 10, 11 năm 2010.

Mà gần đây nhất là trận lũ sau bão vào đầu tháng 10/2013 ở các huyện

Hương Sơn, Hương Khê, Vũ Quang - Hà Tĩnh, lũ ở Quảng Bình đã gây thiệt hại

nặng nề về người và tài sản, tàn phá nhiều công trình hạ tầng giao thông, thủy lợi,

tác động xấu đến môi trường; cần có nhiều thời gian mới khắc phục được.

1.3.1.2. Chế độ thủy nhiệt

Do khu vực miền trung có vị trí với những đặc thù về địa hình, khí hậu,

thời tiết như trên nên đã hình thành nên những tác động nhất định lên các công

trình trên khu vực, mà nhất là công trình nền- mặt đường ô tô, Một loại công

trình nằm hoàn toàn ngoài mặt đất tự nhiên, không có sự che chắn. Do đó trong

quá trình xây dựng khai thác, trong nền- mặt đường sẽ hình thành nên các chế độ

thủy nhiệt bất lợi khác nhaugây bất lợi cho nền mặt đường.

Sự thay đổi nhiệt độ, độ ẩm, các nguồn gây ẩm như mực nước ngầm, nước

mưa, nước ngập, hơi nước…có sự thay đổi liên tục theo thời gian, theo các mùa

trong năm đã hình thành nên những tác động nhất định đến nền đường, mặt đường,

các vị trí trong nền- mặt đường, mà nhất là những tác động xấu đến phần mặt đường

bên trên do sự gia tăng nhiệt độ, biên độ nhiệt lớn và thường xuyên thay đổi trong

ngày, trong mùa càng làm cho mặt đường nhanh chóng hư hỏng.

1.3.2.Nghiên cứu xác định một số thông số thiết kế tấm bê tông xi măng mặt

đường cứng trong điều kiện khí hậu thời tiết miền Trung Việt Nam theo tiêu

chuẩn AASHTO

1.3.2.1.Xác định thông số độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu (TD(+)):

- Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu là nhiệt độ ở bề mặt của tấm trừ đi

nhiệt độ ở đáy tấm, oC, dùng trong kiểm tra ứng suất kéo tấm BTXM mặt đường

do nhiệt độ.

- Công thức tính: Được xác định theo công thức 1.13. Trong đó có 3 thông

số phụ thuộc vào điều kiện khí hậu khu vực cần xác định là nhiệt độ trung bình

năm, lượng mưa trung bình năm và tốc độ gió trung bình năm.

1.3.2.2.Xác địnhđộ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu (TD(-))

- Độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu là nhiệt độ ở bề mặt của tấm (thấp hơn)

trừ đi nhiệt độ ở đáy tấm (cao hơn) oC, dùng trong kiểm tra đường nứt của tấm.

- Công thức tính:Được xác định theo công thức 1.16. Trong đó cần xác định

3 thông số phụ thuộc khí hậu khu vực là nhiệt độ trung bình năm, lượng mưa trung

bình năm và tốc độ gió trung bình năm.

1.3.2.3. Xác định hệ số thoát nước (Cd):

- Hệ số thoát nước Cd là một hệ số đưa vào kiểm tra độ kênh của tấm bê

tông tại khe nối, là hệ số được dùng trong công thức 1.17.

- Hệ số Cd được kiến nghị lựa chọn trên cơ sở: Lượng mưa trung bình năm

của khu vực thiết kế, đặc điểm của nền đất, khả năng thoát nước của vật liệu làm

lớp móng áo đường, cấu tạo thoát nước cho mặt đường, lề đường và khu vực hai

bên đường.

- Từ công thức 1.13; 1.16 và 1.17 nhận thấy: Muốn xác định độ chênh lệch

nhiệt độ dương hữu hiệu (TD(+)) dùng trong kiểm tra ứng suất kéo tấm BTXM do

nhiệt độ và độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu (TD(-) dùng trong kiểm tra đường nứt

và lựa chọn được hệ số thoát nước Cd thì cần dựa vào các thông số: chiều dày tấm bê

tông, tốc độ gió trung bình năm, nhiệt độ trung bình năm, lượng mưa trung bình năm,

trong đó các thông số về gió, nhiệt và mưa phụ thuộc hoàn toàn vào khí hậu từng

vùng miền và tình hình biến đổi khí hậu khu vực lựa chọn thiết kế tuyến đường. Đây

là các thông số mà tác giả nghiên cứu.

1.4. Một số nghiên cứu liên quan trong và ngoài nước

Để có thể tính được ứng suất uốn vồng cho tấm BTXM mặt đường ô tô thì cần

phải xác định được độ chênh lệch nhiệt độ giữa mặt trên và mặt dưới tấm BTXM

trong thời gian sử dụng mặt đường (∆T).

∆T= . h (°C) (1.22)

Trong đó: - Gradient nhiệt độ lớn nhất tính trung bình cho 1cm chiều sâu (bề

dày) tấm .(°C/cm)

h: chiều dày tấm bê tông (cm)

Nghiên cứu xác định ∆T (hoặc ) có 2 cách:

- Thứ nhất: Đặt các đầu đo nhiệt độ ở các độ sâu khác nhau trong mặt đường

và tiến hành quan trắc.

- Thứ hai: Giải bài toán phân bố nhiệt theo chiều sâu với phương trình truyền

nhiệt một chiều:

(1.23) = a

Trong đó: T- nhiệt độ

t - thời gian

Z- tọa độ theo phương thẳng đứng

a- hệ số truyền nhiệt độ của vật liệu BTXM (m2/giờ)

1.4.1.Những nghiên cứu liên quan trong nước:

1.4.1.1.Năm 1983 Bộ môn Đường ô tô và Đường thành phố trường Đại học Xây

dựng đã quan trắc theo cách thứ nhất ở một vị trí có bề dày BTXM h=20 cm và

trong một ngày mùa hè bình thường đã đo được = 0.750C/cm (không phải bất

lợi nhất), ngoài ra cũng phát hiện quy luật phân bố nhiệt theo chiều sâu, biên độ dao

động và chiều sâu tắt biên độ dao động nhiệt ở các độ sâu khác nhau, mùa và thời

điểm trong ngày xảy ra lớn.(Tạp chí KHKT-Viện khoa học VN số 1+2 năm

1987-“ Nghiên cứu sự phân bố nhiệt độ trong kết cấu áo đường ô tô”- Dương Học

Hải-Nguyễn Hào Hoa- Nguyễn Xuân Vinh).[20]

1.4.1.2.Trong nhiều năm từ 1983 -1995 GS Dương Học Hải cùng các cộng sự ở Bộ

môn Đường ô tô và Đường thành phố trường Đại học Xây dựng Hà Nội đã quan

trắc và đo được diễn biến nhiệt độ bề mặt áo đường cứng ở Hà Nội. Từ các kết quả

đo nhóm nghiên cứu đã đưa ra tương quan giữa nhiệt độ bề mặt mặt đường cứng tm

với các yếu tố khí tượng là nhiệt độ không khí tkk và Q là cường độ bức xạ mặt trời

(calo/cm2.phút) tại mỗi thời điểm đo. Đồng thời căn cứ vào số liệu khí tượng thu

được của khu vực phía Nam, từ đó nhóm nghiên cứu có những nhận xét là chế độ

nhiệt độ ở phía Nam nước ta tạo bất lợi nhiều hơn (tức tạo ra ∆T lớn) đối với sự

làm việc của tấm BTXM so với điều kiện khí hậu miền Bắc.[20]

1.4.1.3.Nguyễn Xuân Trục, Dương Học Hải, GS.TS Vũ Đình Phụng, sổ tay Thiết kế

đường ô tô tập II, NXB Xây dựng, 9-3013.[41]: Đã giới thiệu quá trình xác định lựa

chọn các thông số thiết kế và tính toán thiết kế mặt đường cứng theo AASHTO.

1.4.1.4.GS.TS Dương Học Hải, GS.TS Phạm Huy Khang- Thiết kế mặt đường ô tô

theo hướng dẫn AASHTO & ứng dụng vào Việt Nam, NXB Giao thông Vận tải,

01-2000: Đã giới thiệu quá trình nghiên cứu và từng bước ứng dụng AASHTO vào

Việt Nam.[21].

1.4.1.5. Năm 2008 trong Dự án xây dựng cầu đường bộ giai đoạn 2 của Bộ GTVT,

do công ty tư vấn SMEC liên danh với Hội Cầu đường Việt Nam đã biên soạn Tiêu

chuẩn thiết kế mặt đường cứng,Tiêu chuẩn này chủ yếu dựa vào “Hướng dẫn thiết

kế mặt đường của AASHTO năm 1993” và Phần bổ sung năm 1998 cho hướng dẫn

này của AASHTO.[34]

1.4.1.6. 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. Trong luận án của mình tác

giả đã xây dựng bài toán truyền nhiệt một chiều theo chiều sâu để nghiên cứu tính

toán xây dựng trường nhiệt độ trong tấm BTXM mặt đường sân bay.[18]

1.4.1.7. Trước đây trong TCN223-95, Khi tính toán ứng suất nhiệt theo công thức

thực nghiệm của N.Westergard: Đã sử dụng công thức tính chênh lệch nhiệt độ

giữa mặt trên với mặt dưới của tấm BTXM là ∆t(oC) với = 0,84.h (0c);(h; tính

bằng cm).[1]

1.4.1.8. Hiện nay trong thiết kế mặt đường BTXM theo Quyết định số 3230/QĐ-

BGTVT ngày 12/12/2012 của Bộ Giao thông Vận tải:Để tính toán ứng suất nhiệt lớn

nhất (ứng suất uốn vồng lớn nhất), nếu không có số liệu quan trắc thực tế cho vùng

đường đi qua, người thiết kế có thể sử dụng trị số sau theo“Quy định tạm thời về thiết

kế mặt đường bê tông xi măng thông thường có khe nối trong xây dựng công trình

giao thông”: [6]

Tg = 0,86°C/cm (hay 86°C/m) cho khu vực miền Bắc.

Tg = 0,92°C/cm (hay 92°C/m) cho khu vực miền Nam.

(Trị số Tg này là trị số gradien nhiệt độ lớn nhất có thể xảy ra 50 năm/lần).

Với các khu vực Miền Trung có thể lấy trị số Tg = 0,86 ÷ 0,92°C/cm.

1.4.2.Những nghiên cứu liên quan ở nước ngoài:

1.4.2.1. Ở Trung Quốc người ta đã bố trí quan trắc sự phân bố nhiệt độ trong mặt đường

BTXM ở 8 địa điểm (như Thượng Hải, Trùng Khánh, Quảng Châu, Bắc Kinh.v.v.) và đã

đưa ra quan hệ hồi quy dưới đây đối với tấm BTXM có chiều dày 22 cm:

= 0,02723.Q + 0,109

Trong đó: Q là tổng lượng bức xạ mặt trời trong một ngày (ngày có lượng

bức xạ lớn nhất) tính bằng MJ/m2.ngày, còn được tính bằng C/cm.

Quan hệ trên có hệ số tương quan r = 0,843 và sai số tiêu chuẩn β = 0,104

C/cm. Từ đó đưa ra trị số gradien tính toán cho 7 vùng khí hậu đường sá khác nhau

của Trung Quốc trong đó có vùng IV ở giáp phía Đông Bắc nước ta có =

0,86 ÷ 0,92. Các trị số gradien lớn nhất này mới chỉ là xác định tương ứng với

lượng bức xạ Q có tần suất 2% (có nghĩa chưa phải lớn nhất tuyệt đối). Ngoài ra trị

số gradien lớn nhất này là tương ứng với bề dày h = 22 cm; nếu h ≠ 22 cm thì phải

nhân thêm hệ số điều chỉnh.[20].

1.4.2.2. Ở Ấn Độ:Khi tính toán ứng suất nhiệt đã dùng trị số gradien = 0.78.[20].

1.4.2.3. Ngoài ra còn nhiều tác giả như V.M.Xidenco, L.I.Goretxki, V.L.Zakharov,

K.F.Sumtsik, E.S.Barber...đã giải bài toán phân bố nhiệt theo chiều sâu với phương

trình truyền nhiệt một chiều 1.23. với các điều kiện biên khác nhau và đều xem kết

cấu áo đường nhiều lớp như hệ bán không gian đồng nhất.[20]

1.5. Những vấn đề tồn tại mà luận án tập trung giải quyết

Qua tìm hiểu, phân tích các nghiên cứu ở trên cho thấy: Muốn xác định được

ứng suất trong tấm BTXM mặt đường khi chịu ảnh hưởng bất lợi của khí hậu thời

tiết thì cần xác định được quá trình biến đổi nhiệt trong tấm bê tông, chênh lệch

nhiệt độ ở mặt trên và mặt dưới tấm bê tông, đồng thời cần xem xét đầy đủ đến các

yếu tố khí hậu có ảnh hưởng như: nhiệt độ, mưa, gió… tác động lên tấm BTXM mặt

đường. Khi thiết kế tấm BTXM mặt đường theo tiêu chẩn AASHTO, cần khảo sát

tính toán độ chênh lệch nhiệt độ hai mặt của tấm BTXM thông qua các công thức

1.13 và 1.16 với các thông số đầu vào phụ thuộc điều kiện khí hậu khu vực là: Nhiệt

độ trung bình năm, tốc độ gió trung bình năm và lượng mưa trung bình năm.Do đó

để từng bước ứng dụng thiết kế mặt đường theo tiêu chuẩn AASHTO vào việc tính

toán tấm BTXM cho khu vực miền Trung, thì vấn đề cần thiết đặt ra là việc lựa

chọn các thông số mang đặc điểm vùng miền (các thông số về khí hậu thời tiết), từ

đótính toán độ chênh lệch nhiệt độ cho tấm BTXM theo hướng dẫn AASHTO cho

khu vực miền Trung. Các thông số cần xác định đó là: Nhiệt độ trung bình năm, tốc

độ gió trung bình năm và lượng mưa trung bình năm của các địa phương trong khu

vực nghiên cứu. Từ đó đưa vào tính toán xử lý và lựa chọn thông số độ chênh lệch

nhiệt độ dương hữu hiệu, độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu, đồng thời từ lượng

mưa trung bình năm còn làm cơ sở kiến nghị lựa chọn hệ số thoát nước Cd đưa vào

thiết kế mặt đường.

- Hiện nay trong thiết kế mặt đường BTXM ở nước ta đang áp dụng tính toán

theo “Quy định tạm thời về thiết kế mặt đường bê tông xi măng thông thường có khe

nối trong xây dựng công trình giao thông’’ (Ban hành kèm theo Quyết định

số:3230/QĐ- BGTVT, ngày 14 tháng 12 năm 2012 của Bộ trưởng Bộ GTVT): chọn

giá trị = 0,86 ÷ 0,92°C/cm; tức ∆T = (0,86÷ 0,92).h (°C), h (cm).

- Hơn nữa hiện nay cùng với những diễn biến bất lợi ngày càng tác động

mạnh đến công trình đường bộ, nên việc xem xét một cách toàn diện đến các yếu tố

bất lợi và tìm ra một phương pháp tính an toàn, kinh tế là cần thiết.

- Thông số độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu là một thông số có tính

chất tổng hợp, tính đại diện và bao quát cho chế độ mưa, sự thay đổi nhiệt độ và tốc

độ gió của vùng, nó mang đặc trưng riêng biệt của điều kiện khí hậu vùng miền của

Việt Nam, do vậy nó là thông số cần thiết cho tính toán tấm BTXM trong thiết kế

mặt đường, phản ánh sát hơn với điều kiện khí hậu của miền Trung Việt Nam. Cần

nghiên cứu xác định tham số lượng mưa trung bình năm, tốc độ gió trung bình năm

và nhiệt độ trung bình năm trong điều kiện khí hậu miền Trung Việt Nam để dùng

cho việc xác định độ chênh lệch nhiệt độ tấm BTXM khi thiết kế mặt đường theo

hướng dẫn AASHTO đảm bảo mức độ chính xác yêu cầu.

Việc nghiên cứu lựa chọn lựa hệ số thoát nước (Cd) trên thực tế rất cần thiết,

vì nó có liên quan trực tiếp đến lượng mưa trung bình năm, loại đất nền, lớp móng

trên và cấu tạo thoát nước ở mép tấm bê tông.

1.6. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của đề tài

1.6.1.Mục tiêu của đề tài nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết, phân tích được bản chất, đề xuất được nguyên tắc,

phương pháp, xác định các thông số về lượng mưa trung bình năm, tốc độ gió trung

bình năm và nhiệt độ trung bình năm dùng trong công thức tính toán độ chênh lệch

nhiệt độ tấm BTXM khi thiết kế mặt đường theo hướng dẫn AASHTO trong điều

kiện miền Trung Việt Nam.

- Trên cơ sở các thông số về lượng mưa trung bình năm, tốc độ gió trung

bình năm và nhiệt độ trung bình năm xác định được, tiến hành lựa chọn phương

pháp, phân tích bản chất để tính toán xác định thông số độ chênh lệch nhiệt độ cho

tấm BTXM mặt đường, đồng thời từ lượng mưa trung bình năm để làm cơ sở kiến

nghị lựa chọn hệ số thoát nước trong tính toán mặt đường.

-Vận dụng vào thực tiễn: Mục tiêu ban đầu đặt ra là khu vực miền Trung,

nên đã lựa chọn tính toán cho các tỉnh từ Thanh Hóa đến Khánh Hòa và một tỉnh

thuộc Tây Nguyên. Nguồn số liệu thu thập để làm cơ sở tính toán xác định giá trị cụ

thể các thông số về lượng mưa trung bình năm, tốc độ gió trung bình năm và nhiệt

độ trung bình năm tại các tỉnh trên với trạm khí tượng điển hình chọn nghiên cứu

mỗi tỉnh chọn một trạm, chuỗi số liệu thu thập từ 1980 đến 2015, các giá trị cụ thể

này được kiến nghị tham khảo sử dụng vào thực tế hiện nay trong tính toán độ

chênh lệch nhiệt độ cho tấm BTXM, từ lượng mưa trung bình năm cùng với các số

liệu điều tra thu thập khác tiến hành kiến nghị lựa chọn giá trị hệ số thoát nước Cd,

hệ số giãn nhiệt của bê tông áp dụng vào tính toán tấm bê tông xi măng mặt đường.

1.6.2.Nội dung nghiên cứu

- Luận án tập trung nghiên cứu xác định các thông số sau đây:

+ Nghiên cứu xác định thông số lượng mưa trung bình năm phù hợp với đặc

điểm diễn biến thời tiết ở nước ta hiện nay chịu tác động của hiện tượng BĐKH;

xác định giá trị cụ thể cho các trạm khí tượng nghiên cứu trên cơ sở chuỗi số liệu đo

mưa thực tế dài thu thập đến thời điểm hiện nay, từ năm 1980 - 2015, trong đó

khoảng thời gian cuối là ứng với bối cảnh mới có sự tác động của BĐKH.

+Nghiên cứu xác định thông số vận tốc gió trung bình năm phù hợp với đặc

điểm diễn biến thời tiết ở nước ta hiện nay chịu tác động của hiện tượng BĐKH;

xác định giá trị cụ thể cho các trạm khí tượng nghiên cứu trên cơ sở chuỗi số liệu đo

thực tế lâu dài thu thập được đến thời điểm hiện nay, từ năm 1980 - 2015, trong đó

khoảng thời gian cuối là ứng với bối cảnh mới có sự tác động của BĐKH.

+ Nghiên cứu xác định thông số nhiệt độ trung bình năm, đây là thông số ảnh

hưởng cơ bản trong tính toán độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu khi thiết kế

tấm BTXM mặt đường với chuỗi số liệu thu thập được từ năm 1980 - 2015.

- Từ các thông số về mưa, gió, nhiệt độ được nghiên cứu trên tiến hành phân tích tính

toán, đánh giá xác định độ chênh lệch nhiệt độ cho tấm BTXM ứng với các mức tin

cậy yêu cầu để áp dụng vào tính toán tấm BTXM mặt đường theo AASHTO.

+ Kết hợp khảo sát thu thập số liệu thực tế đo chênh lệch nhiệt độ tấm

BTXM hiện trường.

+ Khảo sát điều kiện thoát nước thực tế để kiến nghị lựa chọn hệ số thoát

nước khi thiết kế tấm BTXM mặt đường.

+ Nghiên cứu hệ số giãn nở nhiệt của BTXM, từ đó làm cơ sở bố trí khe nối

trong thiết kế mặt đường.

+ Khảo sát việc thiết kế, xây dựng, quản lý khai thác thực tế mặt đường bê

tông xi măng của khu vực, để từ đó có những nhìn nhận đánh giá và kiến nghị cần

thiết cho việc lựa chọn các thông số thiết kế hợp lý.

+ Tính toán tấm BTXM mặt đường trong điều kiện khí hậu khu vực với các

thông số lựa chọn.

1.7. Phương pháp nghiên cứu

- Phân tích thống kê là phương pháp chính được sử dụng trong luận án để

nghiên cứu xác định các thông số về mưa - gió- nhiệt dùng trong tính toán tấm BTXM

khi thiết kế mặt đường theo hướng dẫn AASHTO cho khu vực miền Trung Việt Nam.

- Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với phân tích thống kê và thực nghiệm hiện

trường để đạt được những kết quả yêu cầu của luận án.

1.8. Kết luận chương 1

- Phương pháp của hiệp hội những người làm đường ô tô và vận tải ở Mỹ

(AASHTO) là phương pháp đang được dùng phổ biến ở Mỹ và một số nước phương

Tây. Hiện nay, Việt Nam đã và đang sử dụng hệ thống tiêu chuẩn được biên soạn dựa

trên các hướng dẫn/tiêu chuẩn AASHTO, ASTM. Định hướng của Bộ GTVT cũng

dần từng bước chuyển sang các tiêu chuẩn Việt Nam dựa trên các tiêu chuẩn AASHTO

và ASTM sử dụng trong thiết kế, thi công và khai thác công trình cầu đường.

- Bản hướng dẫn gần đây của AASHTO đã có thay đổi và bổ sung hoàn thiện

hơn các yếu tố như:Thông số đặc trưng cho sức chịu tải của đất, độ tin cậy, điều

kiện thoát nước mặt đường, điều kiện móng của lề khi thiết kế mặt đường.

+ Đưa vào các phương pháp thiết kế tăng cường mặt đường cũ

+ Đã vận dụng kết quả lời giải lý thuyết hệ đàn hồi nhiều lớp (trước đây

thuần thực nghiệm) trong một số nghiên cứu đo, đánh giá cường độ mặt đường cũ,

quy đổi các lớp.

+ Đã xét đến các yếu tố mưa, gió, nhiệt độ khi tính toán chênh lệch nhiệt độ

hai mặt cho tấm bê tông xi măng mặt đường.

- Việc tính toán độ chênh lệch nhiệt độ cho tấm BTXM trong thiết kế mặt

đường có xét đến nhiệt độ, vận tốc gió và lượng mưa là 3 yếu tố thời tiết khí hậu

phụ thuộc hoàn toàn vào vị trí địa lý vùng miền thể hiện tính ưu việt của tính toán

AASHTO. Do đó khi áp dụng vào tính toán tấm BTXM mặt đường cho khu vực

miền trung Việt Nam- một trong những khu vực có nhiều bất lợi về tự nhiên và chịu

tác động của biến đổi khí hậu thì sẽ mang lại kết quả với độ tin cậy cao.

- Cần tập trung nghiên cứu xác định 3 yếu tố này để sử dụng trong việc tính

toán lựa chọn thông số độ chênh lệch nhiệt độ dương- âm hữu hiệu khi tính toán

tấm BTXM thiết kế mặt đường ở khu vực miền Trung nước ta hiện nay, đồng thời

cũng là cơ sở kiến nghị lựa chọn hệ số thoát nước, bố trí cấu tạo tấmbê tông trong

thiết kế mặt đường ô tô.

- Việc nghiên cứu lựa chọn hệ số thoát nước Cd dựa vào những đặc thù khu

vực là hết sức cần thiết trong thiết kế tấm bê tông mặt đường, nó không những góp

phần chính xác hóa quá trình tính toán, có ý nghĩa về kinh tế, mà còn góp phần từng

bước hiện thực hóa quá trình ứng dụng quy trình, từng bước áp dụng các quy trình

tiên tiến vào thiết kế hiện nay.

- Nghiên cứu về hệ số giãn nở nhiệt của bê tông xi măng mặt đường ứng với

từng vùng miền có khí hậu khác nhau, đặc điểm vật liệu chế tạo bê tông khác nhau,

từ đó làm cơ sở để thiết kế bố trí kích thước tấm, thiết kế các khe trên mặt đường

hợp lý, góp phần vào quá trình hoàn thiện các thông số thiết kế đầu vào khi áp dụng

các quy trình thiết kế mặt đường BTXM hiện nay.

CHƯƠNG 2

NGHIÊN CỨU CÁC THÔNG SỐ VỀ KHÍ HẬU KHU VỰC MIỀN TRUNG

SỬ DỤNG TRONG THIẾT KẾ VÀ KHAI THÁC MẶT ĐƯỜNG CỨNG

THEO TIÊU CHUẨN AASHTO

2.1. Giới thiệu quy mô nguồn số thiệu thu thập

2.1.1. Số lượng các trạm thu thập số liệu, thời gian thu thập

2.1.1.1. Các trạm khí tượng thủy văn thu thập số liệu

- Trạm khí tượng thủy văn thu thập nguồn số liệu về: Nhiệt độ, gió, mưa

phục vụ cho tính toán tấm BTXM mặt đường của luận án ứng với khu vực miền

Trung, nên đã chọn các trạm thuộc các tỉnh miền Trung từ Thanh Hóa đến Khánh

Hòa và một tỉnh ở Tây Nguyên.

- Số lượng các trạm thu thập số liệu: 13

Cụ thể như sau: Thanh Hóa (trạm: TP Thanh Hóa), Nghệ An (trạm: TP

Vinh), Hà Tĩnh (trạm: Kỳ Anh), Quảng Bình (trạm: Đồng Hới), Quảng Trị (trạm:

Đông Hà), Thừa Thiên Huế (trạm: Hương Thủy), Đà Nẵng (trạm: TP Đà Nẵng),

Quảng Nam (trạm: Tam Kỳ), Quảng Ngãi (trạm: TP Quảng Ngãi), Bình Định

(trạm: TP Quy Nhơn), Phú Yên (trạm: Tuy Hòa), Khánh Hòa (trạm: TP

NhaTrang) và Đắc Lắc (trạm: TP Buôn Mê Thuột).

2.1.1.2.Thời gian thu thập số liệu

Thời gian thu thập số liệu: chuỗi số liệu về nhiệt độ, gió, mưa thu thập của

13 trạm trên ứng với thời gian từ 1980 đến 2015 (36 năm)

Thông tin về các trạm thu thập số liệu: Tên trạm, địa điểm (Tỉnh, TP), tọa

độ (Kinh độ, Vĩđộ) được thống kê như bảng 2.1

Bảng 2.1.Tọa độ của các trạm khí tượng chọn thu thập số liệu

Tọa độ TT Tỉnh, TP Trạm Kinh độ Vĩ độ

Thanh hóa TP Thanh hóa 105o47' 19o45' 1

Nghệ An TP Vinh 105o41' 18o40' 2

Hà Tĩnh Kỳ Anh 106o16' 18o06' 3

Quảng Bình Đồng Hới 106o36' 17o29' 4

Quảng Trị Đông Hà 107o05' 16o50' 5

Tọa độ TT Tỉnh, TP Trạm Kinh độ Vĩ độ

Hương Thủy 107o35' 16o26' T.T.Huế 6

TP Đà Nẵng 108012’ 16002’ Đà Nẵng 7

Tam Kỳ 108o28' 15o34' Quảng Nam 8

TP Quảng Ngãi 108o48' 15o07' Quảng Ngãi 9

Quy Nhơn 109o13' 13o46' Bình Định 10

Tuy Hòa 109o17' 13o05' Phú Yên 11

Nha Trang 109o12' 12o13' Khánh Hòa 12

108,03' 12,40' Đắc Lắk Buôn Ma Thuộc 13

(Nguồn số liệu: Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc gia)

2.1.2.Các loại số liệu thu thập

- Nhiệt độ trung bình năm cho 36 năm từ 1980 đến 2015

- Tốc độ gió trung bình năm cho 36 năm từ 1980 đến 2015

- Lượng mưa năm cho 36 năm từ năm 1980 đến 2015.

- Nhiệt độ trung bình năm, vận tốc gió trung bình năm và lượng mưa năm

của từng năm cho 13 trạm nghiên cứu được thống kê trong PL1-6.

- Trong đó trạm Đà Nẵng chi tiết số liệu thu thập gồm: Nhiệt độ không khí

trung bình ngày, đặc trưng hướng và tốc độ gió tháng năm, tốc độ gió mạnh nhất

ngày và hướng, lượng mưa lớn nhất các thời đoạn, lượng mưa ngày đo được của

trạm.(PL1-5)

2.1.3. Đặc điểm của nguồn số liệu thu thập

- Nguồn số liệu của các trạm nghiên cứu thuộc các tỉnh thành khu vực miền

Trung Việt Nam, do các đài khí tượng khu vực quan trắc đo đạc thu thập và xử lý.

- Nguồn cung cấp: Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc gia.

- Tất cả số liệu thu thập được tổng hợp ở PL1-5 & PL1-6

2.2. Quá trình xử lý số liệu.[72]

- Số liệu về nhiệt độ, gió và mưa của 13 trạm thuộc 13 tỉnh thành khu vực

miền Trung (mỗi tỉnh thành có 1 trạm với số liệu thu thập trong 36 năm, từ 1980

đến 2015) được tính toán xử lý đánh giá và lựa chọn ra giá trị các thông số yêu cầu

để đưa vào tính toán tấm BTXM mặt đường.

- Trong luận án để xử lý số liệu về các thông số khí hậu thời tiết, đã dùng

phần mềm Crystal Ball.[72]

Crystal Ball là một chương trình phân tích rủi ro và dự báo, có giao diện dễ

thực hiện, cần tạo ra một bảng tính mới và lập mô hình bài toán trên đó, sau đó thực

hiện một số khai báo các thông số cho chương trình và bắt đầu mô phỏng. Kỹ thuật

mô phỏng này gọi là mô phỏng Monte Carlo, qua đó Crystal Ball sẽ dự báo toàn

bộ dãy kết quả có thể của một tình huống cho trước và đồng thời cung cấp thêm các

thông tin về mức tin cậy của dự báo đó, do đó ta có thể dự đoán được khả năng xuất

hiện của một sự kiện nào đó. (Hình 2.1)

Hình 2.1.Sơ đồ phân tích tính toán

Hình 2.2.Mô hình xác định giá trị đặc trưng theo độ tin cậy

2.2.1. Trạm Đà Nẵng (TP Đà Nẵng)

Bảng 2.2. Các số liệu đặc trưng năm của nhiệt độ, gió và mưa trạm Đà Nẵng

TT Năm

Nhiệt độ trung bình năm (0C) 25.8 25.8 25.7 25.5 25.2 25.7 25.5 26.1 25.7 25.4 26.0 26.0 25.3 25.5 25.9 25.5 25.5 26.0 26.6 25.7 25.7 26.0 26.2 25.9 25.6 25.9 Tốc độ gió trung bình năm (km/h) 7.2 7.2 7.2 7.2 7.2 7.2 5.4 4.32 5.04 4.68 5.04 5.4 5.4 5.4 5.04 5.04 3.6 3.96 5.04 4.32 6.48 7.2 4.68 3.6 4.68 5.4 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 Lượng mưa năm (mm) 3158.4 2525.3 1347.8 1963.1 2145.7 2076.7 2358.6 1829.1 1758.7 1670.5 2057.9 2013.2 2369.3 1851.2 2107.5 2865.1 2448.8 2205.5 2148.2 3924.5 2828.3 2750.8 2365.8 1747.5 1375.1 1871.2

TT Năm

27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 Nhiệt độ trung bình năm (0C) 26.3 26.2 25.5 26.3 26.3 25.2 26.5 26.2 26.3 26.7 Tốc độ gió trung bình năm (km/h) 6.48 6.84 7.56 7.2 5.76 7.2 5.4 5.4 3.96 3.6 Lượng mưa năm (mm) 2233.8 3064.4 2525.5 3017.8 2236.8 3647.8 1696.1 2316.7 2224.1 1872.4

(Nguồn số liệu: Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc gia)

2.2.1.1. Xác định quy luật phân bố của các yếu tố

Tiến hành xác định quy luật phân bố của 3 yếu tố: nhiệt độ, tốc độ gió và

lượng mưa

* Đối với yếu tố nhiệt độ: căn cứ vào dãy số liệu ở cột 3 bảng 2.2 tiến hành

xác định quy luật phân bố cho 36 năm của nhiệt độ, ta được các thông số sau:

- Giá trị khởi tạo của nhiệt độ: 25.84(0C)

- Hàm phù hợp nhất (Best Fit): Beta

- Hàm phân phối của nhiệt độ trung bình năm và 4 thông số như sau:

Hình 2.3.Sơ đồ hàm phân phối nhiệt độ

* Đối với yếu tố tốc độ gió: căn cứ vào dãy số liệu ở cột 4 bảng 2.2 tiến hành

xác định quy luật phân bố cho 36 năm của tốc độ gió ta được các thông số sau:

- Giá trị khởi tạo của tốc độ gió: 5.58(km/h)

- Hàm phù hợp nhất (Best Fit): Uniform

- Hàm phân phối của tốc tốc gió trung bình năm và 2 thông số như sau:

Hình 2.4.Sơ đồ hàm phân phối tốc độ gió

* Đối với yếu tố Lượng mưa trung bình năm: Căn cứ vào dãy số liệu ở cột 5

bảng 2.2 tiến hành xác định quy luật phân bố cho 36 năm của lượng mưa ta được

các thông số sau:

- Giá trị khởi tạo của lượng mưa năm: 2297.75(mm)

- Hàm phù hợp nhất (Best Fit): Max Extreme

- Hàm phân phối của lượng mưa năm và 2 thông số như sau:

Hình 2.5. Sơ đồ hàm phân phối lượng mưa

* Đối với yếu tố Chiều dày tấm bê tông D (mm): Chọn giá trị khởi tạo đưa

vào tính là 240 mm

Hàm phân phối của D và các thông số:

- Discrete Uniform

- Dmin= 180 mm

- Dmax=360mm

- ∆D =10mm

Hình 2.6. Sơ đồ hàm phân phối chiều dày tấm bê tông

2.2.1.2.Xây dựng công thức tính: Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu (TD(+)) và

độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu (TD(-))

Ta có công thức tính TD(+),TD(-) như sau:

- TD(+)= 0,534487 - + 0,117677WIND + 0,10223 (1,8 TEMP + 32)

- 0,00018287 PRECIP;

- TD(-) = -10,0786 + 734/D + 0,13597 WIND + 0,03889 (1,8 x TEMP + 32)

+ 0,000089. PRECIP;

Trong hai công thức trên, TD(+), TD(-)phụ thuộc vào 4 thông số: Nhiệt độ

(TEMP), gió (WIND), mưa (PRECIP) và chiều dày tấm D; trong 4 thông số trên thì

3 thông số đầu: Temp, Wind và Precip là những thông số thay đổi tương ứng với

các hàm phân phối ở trên, còn D là thông số lựa chọn (theo thiết kế hiện hành D =

180 ÷ 360 mm, với các khoảng thay đổi lựa chọn là10mm).

 Xây dựng công thức tính TD(+):

- Lập công thức: TD(+)

- Gán 3 hàm phân phối tương ứng với 3 thông số nhiệt độ, gió, mưa vào công

thức; trong đó mỗi hàm phân phối có các thông số riêng cần được lựa chọn đưa vào.

- Gán giá trị lựa chọn cho chiều dày tấm BTXM (D) với trị số trong khoảng

từ 180 mm đến 360 mm (chọn D = 240 mm) để đưa vào chương trình. Sau khi gán

xong các đại lượng ta được bảng số liệu sau:

Xây dựng công thức tính TD(-):

- Lập công thức: TD(-)

- Gán 3 hàm phân phối tương ứng với 3 thông số nhiệt độ, gió, mưa vào công

thức; trong đó mỗi hàm phân phối có các thông số riêng cần được lựa chọn đưa vào.

- Gán giá trị lựa chọn cho chiều dày tấm BTXM (D) với trị số trong khoảng

từ 180 mm đến 360 mm (chọn D = 240 mm) để đưa vào chương trình. Sau khi gán

xong các đại lượng ta được bảng số liệu sau:

2.2.1.3.Chạy mô phỏng Monte Carlo

- Chạy mô phỏng cho thông số độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu TD(+):

Tương ứng với bảng số liệu có được của TD(+) ở trên, tiến hành thực hiện được kết

quả như sau:

Hình 2.7. Kết quả mô phỏng TD(+)

- Chạy mô phỏng cho thông số độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu TD(-):

Tương ứng với bảng số liệu có được của TD(-) ở trên, tiến hành thực hiện được kết

quả như sau:

Hình 2.8. Kết quả mô phỏng TD(-)

2.2.1.4. Xác định thông số: Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu (TD(+)), độ

chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu (TD(-)) tương ứng với các mức độ tin cậy (R)

Từ mô hình phân bố mô phỏng ở trên, tiến hành gán các giá trị độ tin cậy (R)

vào vào mô phỏng TD(+) và TD(-) thì được thông số TD(+) và TD(-) tương ứng.

Xác định TD(+) tương ứng với các giá trị của R: như bảng 2.3

Bảng 2.3. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu TD(+) (0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường BTXM theo hướng dẫn AASHTO cho trạm Đà Nẵng

Tọa độ Tỉnh, Tên

TP trạm Kinh độ Vĩ độ Giá trị TD(+) (0C) tương ứng với R (%) 99 99.9 90 50 80 95 70

TP Đà Đà 108012’ 16002’ 5.73 5.83 5.89 5.97 6.03 6.13 6.20 Nẵng Nẵng

Một số mô phỏng TD(+)- R: tương ứng với 7 giá trị R ta có 7 giá trị thông số

TD(+)như bảng 2.3

Hình 2.9. Kết quả mô phỏng quan hệ TD(+)- R

- Xác định TD(-) tương ứng với các giá trị của R: như bảng 2.4

Bảng 2.4. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu TD(-) (0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường BTXM theo hướng dẫn AASHTO cho trạm Đà Nẵng

Tỉnh,TP Tên trạm Tọa độ Kinh độ Vĩ độ 70 95 80

Giá trị TD(-) (0C) tương ứng với R (%) 99 99.9 90 50 TP Đà Nẵng Đà Nẵng 108012’ 16002’ -3.00 -3.11 -3.17 -3.24 -3.28 -3.33 -3.38

Một số mô phỏng TD(-)- R: tương ứng với 7 giá trị R ta có 7 giá trị thông số

TD(-) như bảng 2.4.

Hình 2.10. Kết quả mô phỏng quan hệ TD(-)- R

2.2.1.5. Phân tích độ nhạy của các thông số nhiệt, gió, mưa ảnh hưởng đến TD(+) và TD(-):

* Đối với TD(+)

Hình 2.11. Mức độ ảnh hưởng của các thông số khí hậu đến TD(+)

Nhận xét:Tổng 3 thông số:Wind, Temp, Precip ảnh hưởng 100% đến giá trị

TD(+), trong đó:

- Wind chiếm 59.9%, (đồng biến)

- Temp chiếm 14.2%, (đồng biến)

- Precip chiếm -26.0%, (nghịch biến)

*Đối với TD(-)

Hình 2.12. Mức độ ảnh hưởng của các thông số khí hậu đến TD(-)

Nhận xét:Tổng 3 thông số:Wind, Temp, Precip ảnh hưởng 100% đến giá trị

TD(-) trong đó:

- Wind chiếm 90.6%, (đồng biến)

- Temp chiếm 2.4%, (đồng biến)

- Precip chiếm 7.0%, (đồng biến)

2.2.2.Trạm TP Thanh Hóa, Tỉnh Thanh Hóa

2.2.2.1. Xác định quy luật phân bố của các yếu tố

Dựa vào số liệu của trạm TP Thanh Hóa (PL1-6)Tiến hành xác định quy luật

phân bố của 3 yếu tố: nhiệt độ, tốc độ gió và lượng mưa, xác định được giá trị phân

phối như sau:

Giá trị khởi tạo của nhiệt độ: 23.88(0C)

Giá trị khởi tạo của tốc độ gió: 9.37(km/h)

Giá trị khởi tạo của lượng mưa: 1679.16(mm)

2.2.2.2.Xây dựng công thức tính: Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu (TD(+)) và

độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu (TD(-))

Trên cơ sở của các hàm phân phối nhiệt độ, tốc độ gió, lượng mưa được gán

vào công thức; gán giá trị lựa chọn chiều dày tấm BTXM vào công thức TD(+) và

TD(-) ta được thông số sau:

Hình 2.13. Các thông số tính toán trạm Thanh Hóa

2.2.2.3.Chạy mô phỏng Monte Carlo

Tương ứng với thiết lập 2 công thức TD(+) và TD(-) ta có mô phỏng sau:

Hình 2.14. Kết quả mô phỏng TD(+) (bên trái) &TD(-) (bên phải)

2.2.2.4. Xác định thông số: Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu (TD(+)), độ

chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu (TD(-)) tương ứng với các mức độ tin cậy (R)

Xác định TD(+) tương ứng với các giá trị của R: như bảng 2.5

Bảng 2.5. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu TD(+)

(0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường BTXM

theo hướng dẫn AASHTO cho trạm TP Thanh Hóa

Tọa độ

Giá trị TD(+) (0C) tương ứng với R (%)

Tỉnh, TP

Tên trạm

Kinh độ Vĩ độ

50

70

80

90

95 99 99.9

TP Thanh

ThanhHóa

105o47'

19o45' 5.95 6.12 6.19 6.26 6.31 6.4 6.48

Hóa

- Xác định TD(-) tương ứng với các giá trị của R: như bảng 2.6

Bảng 2.6. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu TD(-)

(0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường BTXM

Tọa độ

Giá trị TD(-) (0C) tương ứng với R (%)

Tỉnh,

Tên trạm

Kinh độ Vĩ độ

99.9

ThanhHóa TP Thanh Hóa

105o47' 19o45' -2.64 -2.90 -3.00 -3.12 -3.18 -3.24 -3.27

theo hướng dẫn AASHTO cho trạm TP Thanh Hóa

2.2.2.5. Phân tích độ nhạy của các thông số nhiệt, gió, mưa ảnh hưởng đến TD(+) và TD(-):

Hình 2.15. Mức độ ảnh hưởng của các thông số khí hậu đến TD(+)(trái) &TD(-)(phải)

Nhận xét:Tổng 3 thông số:Wind, Temp, Precip ảnh hưởng 100% đến giá trị

TD(+), TD(+)Trong đó:

Đối với TD(+) thì:

- Wind chiếm 85.2%, (đồng biến)

- Temp chiếm 9.3%, (đồng biến)

- Precip chiếm -5.5%, (nghịch biến)

Đối với TD(-) thì:

- Wind chiếm 97.1%, (đồng biến)

- Temp chiếm 1.0 %, (đồng biến)

- Precip chiếm 1.9 %, (đồng biến)

2.2.3.Trạm TP Vinh, Tỉnh Nghệ An

2.2.3.1.Xác định quy luật phân bố của các yếu tố

Dựa vào số liệu của trạm TP Vinh (PL1-6)Tiến hành xác định quy luật phân bố

của 3 yếu tố: nhiệt độ, tốc độ gió và lượng mưa, xác định được giá trị phân phối như sau:

- Giá trị khởi tạo của nhiệt độ: 24.3(0C)

- Giá trị khởi tạo của tốc độ gió: 6.48(km/h)

- Giá trị khởi tạo của lượng mưa: 2043(mm)

2.2.3.2.Xây dựng công thức tính: Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu (TD(+)) và

độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu (TD(-))

Trên cơ sở của các hàm phân phối nhiệt độ, tốc độ gió, lượng mưa được gán

vào công thức; gán giá trị lựa chọn chiều dày tấm BTXM vào công thức TD(+) và

TD(-) ta được thông số sau:

Hình 2.16. Các thông số tính toán trạm TP Vinh

2.2.3.3.Chạy mô phỏng Monte Carlo

Tương ứng với thiết lập 2 công thức TD(+) và TD(-) ta có mô phỏng sau:

Hình 2.17. Kết quả mô phỏng TD(+) (bên trái) &TD(-) (bên phải)

2.2.3.4.Xác định thông số: Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu (TD(+)), độ

chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu (TD(-)) tương ứng với các mức độ tin cậy (R)

- Xác định TD(+) tương ứng với các giá trị của R: như bảng 2.7

Tọa độ

Giá trị TD(+) (0C) tương ứng với R (%)

Tỉnh,TP Tên trạm

Kinh độ Vĩ độ

50

70

80

90

95

99

99.9

Nghệ An

TP Vinh

105o41'

18o40' 5.59 5.66 5.70 5.76 5.79 5.86 5.92

- Xác định TD(-) tương ứng với các giá trị của R: như bảng 2.8

Bảng 2.8. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu TD(-) (0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường BTXM theo hướng dẫn AASHTO cho trạm TP Vinh

Tọa độ

Giá trị TD(-) (0C) tương ứng với R (%)

Tên

Tỉnh,TP

trạm

50

70

80

90

95

99

99.9

Nghệ An TP Vinh

Kinh độ Vĩ độ 18o40' 105o41'

-3.01

-3.05

-3.07

-3.10

-3.13

-3.17

-3.2

2.2.3.5. Phân tích độ nhạy của các thông số nhiệt, gió, mưa ảnh hưởng đến TD(+) và TD(-):

Hình 2.18. Mức độ ảnh hưởng của các thông số khí hậu đến TD(+)(trái) &TD(-) (phải)

Nhận xét:Tổng 3 thông số: Wind, Temp, Precip ảnh hưởng 100% đến giá trị

TD(+), TD(+)Trong đó:

Đối với TD(+) thì:

- Wind chiếm 6.9%, (đồng biến)

- Temp chiếm 66.0%, (đồng biến)

- Precip chiếm -27.1%, (nghịch biến)

Đối với TD(-) thì:

- Wind chiếm 40.0%, (đồng biến)

- Temp chiếm 34.6%, (đồng biến)

- Precip chiếm 25.4%, (đồng biến)

2.2.4.Trạm Kỳ Anh, Tỉnh Hà Tĩnh

2.2.4.1.Xác định quy luật phân bố của các yếu tố

Dựa vào số liệu của trạm Kỳ Anh (PL1-6) Tiến hành xác định quy luật phân bố

của 3 yếu tố: nhiệt độ, tốc độ gió và lượng mưa, xác định được giá trị phân phối như sau:

- Giá trị khởi tạo của nhiệt độ: 24.46(0C)

- Giá trị khởi tạo của tốc độ gió: 9.3(km/h)

- Giá trị khởi tạo của lượng mưa: 1341.46(mm)

2.2.4.2.Xây dựng công thức tính: Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu (TD(+)) và

độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu (TD(-))

Trên cơ sở của các hàm phân phối nhiệt độ, tốc độ gió, lượng mưa được gán

vào công thức; gán giá trị lựa chọn chiều dày tấm BTXM vào công thức TD(+) và

TD(-) ta được thông số sau:

Hình 2.19. Các thông số tính toán trạm Kỳ Anh

2.2.4.3.Chạy mô phỏng Monte Carlo

Tương ứng với thiết lập 2 công thức TD(+) và TD(-) ta có mô phỏng sau:

Hình 2.20. Kết quả mô phỏng TD(+) (bên trái) &TD(-) (bên phải)

2.2.4.4.Xác định thông số: Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu (TD(+)), độ

chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu (TD(-)) tương ứng với các mức độ tin cậy (R)

- Xác định TD(+) tương ứng với các giá trị của R: như bảng 2.9

Bảng 2.9. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu TD(+)

(0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường BTXM

theo hướng dẫn AASHTO cho trạm Kỳ Anh

Tọa độ

Giá trị TD(+) (0C) tương ứng với R (%)

Tỉnh,TP Tên trạm

Kinh độ Vĩ độ

50

70

80

90

95

99

99.9

Hà Tĩnh

Kỳ Anh

106o16'

18o06' 6.11 6.29 6.38 6.47 6.52 6.62 6.73

- Xác định TD(-) tương ứng với các giá trị của R: như bảng 2.10

Bảng 2.10. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu TD(-)

(0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường BTXM

theo hướng dẫn AASHTO cho trạm Kỳ Anh

Tọa độ

Giá trị TD(-) (0C) tương ứng với R (%)

Tỉnh,TP Tên trạm

Kinh độ Vĩ độ

50

70

80

90

95

99

99.9

Hà Tĩnh Kỳ Anh

106o16' 18o06'

-2.64

-2.87

-3.01

-3.16

-3.24

-3.33

-3.41

2.2.4.5. Phân tích độ nhạy của các thông số nhiệt, gió, mưa ảnh hưởng đến TD(+) và TD(-):

Hình 2.21. Mức độ ảnh hưởng của các thông số khí hậu đến TD(+)(trái) &TD(-) (phải)

Nhận xét:Tổng 3 thông số: Wind, Temp, Precip ảnh hưởng 100% đến giá trị

TD(+), TD(+)Trong đó:

Đối với TD(+) thì:

- Wind chiếm 89.1%, (đồng biến)

- Temp chiếm 9.4%, (đồng biến)

- Precip chiếm -1.5%, (nghịch biến)

Đối với TD(-) thì:

- Wind chiếm 99.0%, (đồng biến)

- Temp chiếm 0.6%, (đồng biến)

- Precip chiếm 0.4%, (đồng biến)

2.2.5.Trạm Đồng Hới, Tỉnh Quảng Bình

2.2.5.1.Xác định quy luật phân bố của các yếu tố

Dựa vào số liệu của trạm Đồng Hới (PL1-6) Tiến hành xác định quy luật

phân bố của 3 yếu tố: nhiệt độ, tốc độ gió và lượng mưa, xác định được giá trị phân

phối như sau:

- Giá trị khởi tạo của nhiệt độ: 24.8(0C)

- Giá trị khởi tạo của tốc độ gió: 10.88(km/h)

- Giá trị khởi tạo của lượng mưa: 2044.52(mm)

2.2.5.2.Xây dựng công thức tính: Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu (TD(+)) và

độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu (TD(-))

Trên cơ sở của các hàm phân phối nhiệt độ, tốc độ gió, lượng mưa được gán

vào công thức; gán giá trị lựa chọn chiều dày tấm BTXM vào công thức TD(+) và

TD(-) ta được thông số sau:

Hình 2.22. Các thông số tính toán trạm Đồng Hới

2.2.5.3.Chạy mô phỏng Monte Carlo

Tương ứng với thiết lập 2 công thức TD(+) và TD(-) ta có mô phỏng sau:

Hình 2.23.Kết quả mô phỏng TD(+) (bên trái) &TD(-) (bên phải)

2.2.5.4.Xác định thông số: Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu (TD(+)), độ

chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu (TD(-)) tương ứng với các mức độ tin cậy (R)

- Xác định TD(+) tương ứng với các giá trị của R: như bảng 2.11

Tọa độ

Giá trị TD(+) (0C) tương ứng với R (%)

Tỉnh,TP Tên trạm

Kinh độ Vĩ độ

50

70

80

90

95

99

99.9

QuảngBình Đồng Hới 106o36' 17o29' 6.23 6.35 6.42 6.52 6.58 6.71 6.79

- Xác định TD(-) tương ứng với các giá trị của R: như bảng 2.12

Bảng 2.12. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu TD(-)

(0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường BTXM

theo hướng dẫn AASHTO cho trạm Đồng Hới

Tọa độ

Giá trị TD(-) (0C) tương ứng với R (%)

Tỉnh,TP Tên trạm

Kinh độ Vĩ độ

50

70

80

90

95

99

99.9

QuảngBình Đồng Hới 106o36' 17o29'

-2.33

-2.47

-2.58

-2.74

-2.89

-3.23

-3.79

2.2.5.5. Phân tích độ nhạy của các thông số nhiệt, gió, mưa ảnh hưởng đến TD(+) và TD(-):

Hình 2.24. Mức độ ảnh hưởng của các thông số khí hậu đến TD(+)(trái) &TD(-) (phải)

Nhận xét:Tổng 3 thông số: Wind, Temp, Precip ảnh hưởng 100% đến giá

trịTD(+), TD(+)Trong đó:

Đối với TD(+) thì:

- Wind chiếm 73.6%, (đồng biến)

- Temp chiếm 13.4%, (đồng biến)

- Precip chiếm - 13.0%, (nghịch biến)

Đối với TD(-) thì:

- Wind chiếm 95.6%, (đồng biến)

- Temp chiếm 1.8%, (đồng biến)

- Precip chiếm 2.5%, (đồng biến)

2.2.6.Trạm Đông Hà, Tỉnh Quảng Trị

2.2.6.1.Xác định quy luật phân bố của các yếu tố

Dựa vào số liệu của trạm Đông Hà (PL1-6) Tiến hành xác định quy luật phân

bố của 3 yếu tố: nhiệt độ, tốc độ gió và lượng mưa, xác định được giá trị phân phối

như sau:

Giá trị khởi tạo của nhiệt độ: 25.11(0C)

Giá trị khởi tạo của tốc độ gió: 4.54(km/h)

Giá trị khởi tạo của lượng mưa: 2854.13(mm)

2.2.6.2.Xây dựng công thức tính: Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu (TD(+)) và độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu (TD(-))

Trên cơ sở của các hàm phân phối nhiệt độ, tốc độ gió, lượng mưa được gán vào công thức; gán giá trị lựa chọn chiều dày tấm BTXM vào công thức TD(+) và TD(-) ta được thông số sau:

Hình 2.25. Các thông số tính toán trạm Đông Hà

2.2.6.3.Chạy mô phỏng Monte Carlo

Tương ứng với thiết lập 2 công thức TD(+) và TD(-) ta có mô phỏng sau:

Hình 2.26. Kết quả mô phỏng TD(+) (bên trái) &TD(-) (bên phải)

2.2.6.4.Xác định thông số: Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu (TD(+)), độ

chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu (TD(-)) tương ứng với các mức độ tin cậy (R)

Xác định TD(+) tương ứng với các giá trị của R: như bảng 2.13

Tọa độ

Giá trị TD(+) (0C) tương ứng với R (%)

Tỉnh,TP Tên trạm

Kinh độ Vĩ độ

50

70

80

90

95

99

99.9

QuảngTrị Đông Hà

107o05'

16o50' 5.33 5.49 5.60 5.78 5.95 6.27 6.78

- Xác định TD(-) tương ứng với các giá trị của R: như bảng 2.14

Bảng 2.14. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu TD(-)

(0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường BTXM

theo hướng dẫn AASHTO cho trạm Đông Hà

Tọa độ

Giá trị TD(-) (0C) tương ứng với R (%)

Tên

Tỉnh,TP

trạm

Kinh độ Vĩ độ

50

70

80

90

95

99

99.9

QuảngTrị Đông Hà 107o05' 16o50'

-3.21

-3.40

-3.43

-3.53

-3.61

-3.73

2.2.6.5. Phân tích độ nhạy của các thông số nhiệt, gió, mưa ảnh hưởng đến TD(+) và TD(-):

Hình 2.27. Mức độ ảnh hưởng của các thông số khí hậu đến TD(+)(trái) &TD(-) (phải)

Nhận xét:Tổng 3 thông số: Wind, Temp, Precip ảnh hưởng 100% đến giá trị

TD(+), TD(+)Trong đó:

Đối với TD(+) thì:

- Wind chiếm 86.2%, (đồng biến)

- Temp chiếm 10.9%, (đồng biến)

- Precip chiếm -2.8%, (nghịch biến)

Đối với TD(-) thì:

- Wind chiếm 97.8%, (đồng biến)

- Temp chiếm 1.4%, (đồng biến)

- Precip chiếm 0.8%, (đồng biến)

2.2.7.Trạm Hương Thủy, Tỉnh T.T.Huế

2.2.7.1.Xác định quy luật phân bố của các yếu tố

Dựa vào số liệu của trạm Hương Thủy (PL1-6)Tiến hành xác định quy luật

phân bố của 3 yếu tố: nhiệt độ, tốc độ gió và lượng mưa, xác định được giá trị phân

phối như sau:

- Giá trị khởi tạo của nhiệt độ: 25.01(0C)

- Giá trị khởi tạo của tốc độ gió: 9.6(km/h)

- Giá trị khởi tạo của lượng mưa: 2539.94(mm)

2.2.7.2.Xây dựng công thức tính: Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu (TD(+)) và

độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu (TD(-))

Trên cơ sở của các hàm phân phối nhiệt độ, tốc độ gió, lượng mưa được gán

vào công thức; gán giá trị lựa chọn chiều dày tấm BTXM vào công thức TD(+) và

TD(-) ta được thông số sau:

Hình 2.28. Các thông số tính toán trạm Hương Thủy

2.2.7.3.Chạy mô phỏng Monte Carlo

Tương ứng với thiết lập 2 công thức TD(+) và TD(-) ta có mô phỏng sau

Hình 2.29.Kết quả mô phỏng TD(+) (bên trái) &TD(-) (bên phải)

2.2.7.4.Xác định thông số: Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu (TD(+)), độ

chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu (TD(-)) tương ứng với các mức độ tin cậy (R)

Xác định TD(+) tương ứng với các giá trị của R: như bảng 2.15

Tọa độ

Giá trị TD(+) (0C) tương ứng với R (%)

Tỉnh,TP

Tên trạm

Kinh độ Vĩ độ

50

70

80

90

95

99

99.9

T.T. Huế Hương Thủy 107o35' 16o26' 6.04 6.16 6.21 6.27 6.32 6.42 6.51

- Xác định TD(-) tương ứng với các giá trị của R: như bảng 2.16

Bảng 2.16. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu TD(-)

(0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường BTXM

theo hướng dẫn AASHTO cho trạm Hương Thủy

Tọa độ

Giá trị TD(-) (0C) tương ứng với R (%)

Tỉnh,TP Tên trạm

Kinh độ Vĩ độ

50

70

80

90

95

99

99.9

T.T. Huế Hương Thủy 107o35' 16o26'

-2.44 -2.65 -2.76 -2.85 -2.89 -2.94 -2.98

2.2.7.5. Phân tích độ nhạy của các thông số nhiệt, gió, mưa ảnh hưởng đến TD(+) và TD(-):

Hình 2.30. Mức độ ảnh hưởng của các thông số khí hậu đến TD(+)(trái) &TD(-) (phải)

Nhận xét:Tổng 3 thông số: Wind, Temp, Precip ảnh hưởng 100% đến giá trị

TD(+), TD(+)Trong đó:

Đối với TD(+) thì:

- Wind chiếm 80.2%, (đồng biến)

- Temp chiếm 11.6%, (đồng biến)

- Precip chiếm -8.2%, (nghịch biến)

Đối với TD(-) thì:

- Wind chiếm 94.2%, (đồng biến)

- Temp chiếm 3.3.%, (đồng biến)

- Precip chiếm 2.5%, (đồng biến)

2.2.8.Trạm Tam Kỳ, Tỉnh Quảng Nam

2.2.8.1.Xác định quy luật phân bố của các yếu tố

Dựa vào số liệu của trạm Tam Kỳ (PL1-6)Tiến hành xác định quy luật phân bố

của 3 yếu tố: nhiệt độ, tốc độ gió và lượng mưa, xác định được giá trị phân phối như sau:

- Giá trị khởi tạo của nhiệt độ: 25.68(0C)

- Giá trị khởi tạo của tốc độ gió: 10.99(km/h)

- Giá trị khởi tạo của lượng mưa: 1890.82(mm)

2.2.8.2.Xây dựng công thức tính: Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu (TD(+)) và

độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu (TD(-))

Trên cơ sở của các hàm phân phối nhiệt độ, tốc độ gió, lượng mưa được gán

vào công thức; gán giá trị lựa chọn chiều dày tấm BTXM vào công thức TD(+) và

TD(-) ta được thông số sau:

Hình 2.31. Các thông số tính toán trạm Tam Kỳ

2.2.8.3.Chạy mô phỏng Monte Carlo

Tương ứng với thiết lập 2 công thức TD(+) và TD(-) ta có mô phỏng sau

Hình 2.32. Kết quả mô phỏng TD(+) (bên trái) &TD(-) (bên phải)

2.2.8.4.Xác định thông số: Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu (TD(+)), độ

chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu (TD(-)) tương ứng với các mức độ tin cậy (R)

- Xác định TD(+) tương ứng với các giá trị của R: như bảng 2.17

Tọa độ

Giá trị TD(+) (0C) tương ứng với R (%)

Tỉnh,TP Tên trạm

Kinh độ Vĩ độ

50

70

80

90

95

99

99.9

Quảng Nam Tam Kỳ

108o28'

15o34' 6.38 6.48 6.55 6.67 6.77 7.05 7.34

- Xác định TD(-) tương ứng với các giá trị của R: như bảng 2.18

Bảng 2.18. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu TD(-)

(0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường BTXM

theo hướng dẫn AASHTO cho trạm Tam Kỳ

Tọa độ

Giá trị TD(-) (0C) tương ứng với R (%)

Tên

Tỉnh,TP

trạm

Kinh độ Vĩ độ

50

70

80

90

95

99

99.9

Quảng Nam Tam Kỳ 108o28' 15o34' -2.35 -2.45 -2.49 -2.56 -2.61 -2.68 -2.78

2.2.8.5. Phân tích độ nhạy của các thông số nhiệt, gió, mưa ảnh hưởng đến TD(+) và TD(-):

Hình 2.33. Mức độ ảnh hưởng của các thông số khí hậu đến TD(+)(trái) &TD(-) (phải)

Nhận xét:Tổng 3 thông số: Wind, Temp, Precip ảnh hưởng 100% đến giá trị

TD(+), TD(+)Trong đó:

Đối với TD(+) thì:

- Wind chiếm 78.0%, (đồng biến)

- Temp chiếm 14.8%, (đồng biến)

- Precip chiếm -7.2%, (nghịch biến)

Đối với TD(-) thì:

- Wind chiếm 95.4%, (đồng biến)

- Temp chiếm 2.6%, (đồng biến)

- Precip chiếm 2.0%, (đồng biến)

2.2.9.Trạm Quảng Ngãi, Tỉnh Quảng Ngãi

2.2.9.1.Xác định quy luật phân bố của các yếu tố

Dựa vào số liệu của trạm Quảng Ngãi (PL1-6)Tiến hành xác định quy luật

phân bố của 3 yếu tố: nhiệt độ, tốc độ gió và lượng mưa, xác định được giá trị phân

phối như sau:

- Giá trị khởi tạo của nhiệt độ: 26.68(0C)

- Giá trị khởi tạo của tốc độ gió: 10.99(km/h)

- Giá trị khởi tạo của lượng mưa: 1890.82(mm)

2.2.9.2.Xây dựng công thức tính: Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu (TD(+)) và

độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu (TD(-))

Trên cơ sở của các hàm phân phối nhiệt độ, tốc độ gió, lượng mưa được gán

vào công thức; gán giá trị lựa chọn chiều dày tấm BTXM vào công thức TD(+) và

TD(-) ta được thông số sau:

Hình 2.34. Các thông số tính toán trạm Quảng Ngãi

2.2.9.3.Chạy mô phỏng Monte Carlo

Tương ứng với thiết lập 2 công thức TD(+) và TD(-) ta có mô phỏng sau

Hình 2.35. Kết quả mô phỏng TD(+) (bên trái) &TD(-) (bên phải)

2.2.9.4. Xác định thông số: Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu (TD(+)), độ

chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu (TD(-)) tương ứng với các mức độ tin cậy (R)

- Xác định TD(+) tương ứng với các giá trị của R: như bảng 2.19

Bảng 2.19. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu

TD(+) (0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường

BTXM theo hướng dẫn AASHTO cho trạm Quảng Ngãi

Tọa độ

Giá trị TD(+) (0C) tương ứng với R (%)

Tỉnh,

Tên trạm

TP

Kinh độ Vĩ độ

50

70

80

90

95

99

99.9

QuảngNgãi Quảng Ngãi 108o48'

15o07' 5.45 5.51 5.58 5.65 5.70 5.80 5.96

- Xác định TD(-) tương ứng với các giá trị của R: như bảng 2.20

Bảng 2.20. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu TD(-)

(0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường BTXM

theo hướng dẫn AASHTO cho trạm Quảng Ngãi

Tọa độ

Giá trị TD(-) (0C) tương wứng với R (%)

Tỉnh,TP

Tên trạm

Kinh độ Vĩ độ

50

70

80

90

95

99

99.9

QuảngNgãi QuảngNgãi

108o48' 15o07' -3.16 -3.24 -3.30 -3.38 -3.46 -3.65 -3.89

2.2.9.5. Phân tích độ nhạy của các thông số nhiệt, gió, mưa ảnh hưởng đến TD(+) và TD(-):

Hình 2.36. Mức độ ảnh hưởng của các thông số khí hậu đến TD(+)(trái) &TD(-) (phải)

Nhận xét: Tổng 3 thông số: Wind, Temp, Precip ảnh hưởng 100% đến giá

trị TD(+), TD(+)Trong đó:

Đối với TD(+) thì:

- Wind chiếm 54.4%, (đồng biến)

- Temp chiếm 22.5%, (đồng biến)

- Precip chiếm -23.2%, (nghịch biến)

Đối với TD(-) thì:

- Wind chiếm 90.0%, (đồng biến)

- Temp chiếm 2.6%, (đồng biến)

- Precip chiếm 7.5%, (đồng biến)

2.2.10.Trạm Quy Nhơn, Tỉnh Bình Định

2.2.10.1. Xác định quy luật phân bố của các yếu tố

Dựa vào số liệu của trạm Quy Nhơn (PL1-6)Tiến hành xác định quy luật

phân bố của 3 yếu tố: nhiệt độ, tốc độ gió và lượng mưa, xác định được giá trị phân

phối như sau:

- Giá trị khởi tạo của nhiệt độ: 26.71(0C)

- Giá trị khởi tạo của tốc độ gió: 7.36(km/h)

- Giá trị khởi tạo của lượng mưa: 1440.93(mm)

2.2.10.2.Xây dựng công thức tính: Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu (TD(+))

và độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu (TD(-))

Trên cơ sở của các hàm phân phối nhiệt độ, tốc độ gió, lượng mưa được gán

vào công thức; gán giá trị lựa chọn chiều dày tấm BTXM vào công thức TD(+) và

TD(-) ta được thông số sau:

Hình 2.37. Các thông số tính toán trạm Quy Nhơn

2.2.10.3.Chạy mô phỏng Monte Carlo

Tương ứng với thiết lập 2 công thức TD(+) và TD(-) ta có mô phỏng sau

Hình 2.38. Kết quả mô phỏng TD(+) (bên trái) &TD(-) (bên phải)

2.2.10.4. Xác định thông số: Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu (TD(+)), độ

chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu (TD(-)) tương ứng với các mức độ tin cậy (R)

- Xác định TD(+) tương ứng với các giá trị của R: như bảng 2.21

Bảng 2.21. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu

TD(+) (0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường

BTXM theo hướng dẫn AASHTO cho trạm Quy Nhơn

Tọa độ

Giá trị TD(+) (0C) tương ứng với R (%)

Tỉnh,TP Tên trạm

Kinh độ Vĩ độ

50

70

80

90

95

99

99.9

BìnhĐịnh Quy Nhơn

109o13' 13o46' 6.29 6.41 6.48 6.56 6.63 6.74 6.89

- Xác định TD(-) tương ứng với các giá trị của R: như bảng 2.22

Bảng 2.22. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu TD(-)

(0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường BTXM

theo hướng dẫn AASHTO cho trạm Quy Nhơn

Tọa độ

Giá trị TD(-) (0C) tương ứng với R (%)

Tỉnh,

Tên trạm

TP

Kinh độ Vĩ độ

50

70

80

90

95

99

99.9

Bình Định QuyNhơn

109o13' 13o46'

-2.27

-2.88

-2.99

-3.15

-3.30

-3.60

-4.15

2.2.10.5. Phân tích độ nhạy của các thông số nhiệt, gió, mưa ảnh hưởng đến TD(+) và TD(-):

Hình 2.39. Mức độ ảnh hưởng của các thông số khí hậu đến TD(+)(trái) &TD(-) (phải)

Nhận xét: Tổng 3 thông số:Wind, Temp, Precip ảnh hưởng 100% đến giá trị

TD(+), TD(+)Trong đó:

Đối với TD(+) thì:

- Wind chiếm 77.0%, (đồng biến)

- Temp chiếm 19.4%, (đồng biến)

- Precip chiếm -3.6%, (nghịch biến)

Đối với TD(-) thì:

- Wind chiếm 95.3%, (đồng biến)

- Temp chiếm 3.5%, (đồng biến)

- Precip chiếm 1.2%, (đồng biến)

2.2.11.Trạm Tuy Hòa, Tỉnh Phú Yên

2.2.11.1. Xác định quy luật phân bố của các yếu tố

Dựa vào số liệu của trạm Tuy Hòa (PL1-6)Tiến hành xác định quy luật phân

bố của 3 yếu tố: nhiệt độ, tốc độ gió và lượng mưa, xác định được giá trị phân phối

như sau:

- Giá trị khởi tạo của nhiệt độ: 26.75(0C)

- Giá trị khởi tạo của tốc độ gió: 4.21(km/h)

- Giá trị khởi tạo của lượng mưa: 1668.33(mm)

2.2.11.2.Xây dựng công thức tính: Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu (TD(+))

và độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu (TD(-))

Trên cơ sở của các hàm phân phối nhiệt độ, tốc độ gió, lượng mưa được gán

vào công thức; gán giá trị lựa chọn chiều dày tấm BTXM vào công thức TD(+) và

TD(-) ta được thông số sau:

Hình 2.40. Các thông số tính toán trạm Tuy Hòa

2.2.11.3.Chạy mô phỏng Monte Carlo

Tương ứng với thiết lập 2 công thức TD(+) và TD(-) ta có mô phỏng sau:

Hình 2.41. Kết quả mô phỏng TD(+) (bên trái) &TD(-) (bên phải)

2.2.11.4. Xác định thông số: Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu (TD(+)), độ

chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu (TD(-)) tương ứng với các mức độ tin cậy (R)

- Xác định TD(+) tương ứng với các giá trị của R: như bảng 2.23

Bảng 2.23. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu

TD(+) (0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường

BTXM theo hướng dẫn AASHTO cho trạm Tuy Hòa

Tọa độ

Giá trị TD(+) (0C) tương ứng với R (%)

Tên

Tỉnh,TP

trạm

Kinh độ Vĩ độ

50

70

80

90

95

99

99.9

Phú Yên Tuy Hòa

109o17'

13o05' 5.88 6.01 6.08 6.17 6.24 6.36 6.52

- Xác định TD(-) tương ứng với các giá trị của R: như bảng 2.24

Bảng 2.24. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu TD(-)

(0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường BTXM

theo hướng dẫn AASHTO cho trạm Tuy Hòa

Tọa độ

Giá trị TD(-) (0C) tương ứng với R (%)

Tỉnh,TP Tên trạm

Kinh độ Vĩ độ

50

70

80

90

95

99

99.9

Phú Yên Tuy Hòa

109o17'

13o05'

-3.14

-3.29

-3.40

-3.57

-3.75

-4.16

-4.73

2.2.11.5. Phân tích độ nhạy của các thông số nhiệt, gió, mưa ảnh hưởng đến TD(+) và TD(-):

Hình 2.42. Mức độ ảnh hưởng của các thông số khí hậu đến TD(+)(trái) &TD(-) (phải)

Nhận xét: Tổng 3 thông số:Wind, Temp, Precip ảnh hưởng 100% đến giá trị

TD(+), TD(+)Trong đó:

Đối với TD(+) thì:

- Wind chiếm 87.9%, (đồng biến)

- Temp chiếm 8.8%, (đồng biến)

- Precip chiếm -3.2%, (nghịch biến)

Đối với TD(-) thì:

- Wind chiếm 98.3%, (đồng biến)

- Temp chiếm 0.4%, (đồng biến)

- Precip chiếm 1.2%, (đồng biến

2.2.12.Trạm Nha Trang, Tỉnh Khánh Hòa

2.2.12.1. Xác định quy luật phân bố của các yếu tố

Dựa vào số liệu của trạm Nha Trang (PL1-6)Tiến hành xác định quy luật

phân bố của 3 yếu tố: nhiệt độ, tốc độ gió và lượng mưa, xác định được giá trị phân

phối như sau:

- Giá trị khởi tạo của nhiệt độ: 26.83(0C)

- Giá trị khởi tạo của tốc độ gió: 10.49(km/h)

- Giá trị khởi tạo của lượng mưa: 1377.81(mm)

2.2.12.2.Xây dựng công thức tính: Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu (TD(+))

và độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu (TD(-))

Trên cơ sở của các hàm phân phối nhiệt độ, tốc độ gió, lượng mưa được gán

vào công thức; gán giá trị lựa chọn chiều dày tấm BTXM vào công thức TD(+) và

TD(-) ta được thông số sau:

Hình 2.43. Các thông số tính toán trạm Nha Trang

2.2.12.3.Chạy mô phỏng Monte Carlo

Tương ứng với thiết lập 2 công thức TD(+) và TD(-) ta có mô phỏng sau

Hình 2.44. Kết quả mô phỏng TD(+) (bên trái) &TD(-) (bên phải)

2.2.12.4. Xác định thông số: Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu (TD(+)), độ

chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu (TD(-)) tương ứng với các mức độ tin cậy (R)

- Xác định TD(+) tương ứng với các giá trị của R: như bảng 2.25

Bảng 2.25. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu

TD(+) (0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường

BTXM theo hướng dẫn AASHTO cho trạm Nha Trang

Tọa độ

Giá trị TD(+) (0C) tương ứng với R (%)

Tỉnh,TP

Tên trạm

Kinh độ Vĩ độ

50

70

80

90

95

99

99.9

Khánh Hòa Nha Trang 109o12'

12o13' 6.64 6.74 6.80 6.90 7.00 7.19 7.56

- Xác định TD(-) tương ứng với các giá trị của R: như bảng 2.26

Bảng 2.26. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu TD(-)

(0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường BTXM

theo hướng dẫn AASHTO cho trạm Nha Trang

Tọa độ

Giá trị TD(-) (0C) tương ứng với R (%)

Tỉnh,TP

Tên trạm

Kinh độ Vĩ độ

50

70

80

90

95

99

99.9

Khánh Hòa

Nha Trang

109o12' 12o13'

-2.37 -2.45 -2.50 -2.55 -2.59 -2.66 -2.74

2.2.12.5. Phân tích độ nhạy của các thông số nhiệt, gió, mưa ảnh hưởng đến TD(+) và TD(-)

Hình 2.45. Mức độ ảnh hưởng của các thông số khí hậu đến TD(+)(trái) &TD(-) (phải)

Nhận xét: Tổng 3 thông số: Wind, Temp, Precip ảnh hưởng 100% đến giá

trị TD(+), TD(+)Trong đó:

Đối với TD(+) thì:

- Wind chiếm 64.3%, (đồng biến)

- Temp chiếm 18.3%, (đồng biến)

- Precip chiếm -17.4%, (nghịch biến)

Đối với TD(-) thì:

- Wind chiếm 92.6%, (đồng biến)

- Temp chiếm 3.2%, (đồng biến)

- Precip chiếm 4.2%, (đồng biến)

2.2.13.Trạm Buôn Ma Thuột, Tỉnh Đắc Lắc

2.2.13.1. Xác định quy luật phân bố của các yếu tố

Dựa vào số liệu của trạm Buôn Ma Thuộc (PL1-6)Tiến hành xác định quy

luật phân bố của 3 yếu tố: nhiệt độ, tốc độ gió và lượng mưa, xác định được giá trị

phân phối như sau:

Giá trị khởi tạo của nhiệt độ: 23.75(0C)

Giá trị khởi tạo của tốc độ gió: 6.00(km/h)

Giá trị khởi tạo của lượng mưa: 2062.25 (mm)

2.2.13.2.Xây dựng công thức tính: Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu (TD(+))

và độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu (TD(-))

Trên cơ sở của các hàm phân phối nhiệt độ, tốc độ gió, lượng mưa được gán

vào công thức; gán giá trị lựa chọn chiều dày tấm BTXM vào công thức TD(+) và

TD(-) ta được thông số sau:

Hình 2.46. Các thông số tính toán trạm Buôn Mê Thuột

2.2.13.3.Chạy mô phỏng Monte Carlo

Tương ứng với thiết lập 2 công thức TD(+) và TD(-) ta có mô phỏng sau

Hình 2.47. Kết quả mô phỏng TD(+) (bên trái) &TD(-) (bên phải)

2.2.13.4. Xác định thông số: Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu (TD(+)), độ

chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu (TD(-)) tương ứng với các mức độ tin cậy (R)

- Xác định TD(+) tương ứng với các giá trị của R: như bảng 2.27

Bảng 2.27. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu

TD(+) (0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường

BTXM theo hướng dẫn AASHTO cho trạm Buôn Ma Thuột

Tọa độ

Giá trị TD(+) (0C) tương ứng với R (%)

Tỉnh, TP Tên trạm

Kinh độ Vĩ độ

50

70

80

90

95

99

99.9

Đắc Lắc B.M. Thuột

108,03'

12,40' 5.46 5.60 5.65 5.72 5.77 5.85 5.93

- Xác định TD(-) tương ứng với các giá trị của R: như bảng 2.28

Bảng 2.28. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu TD(-)

(0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường BTXM

theo hướng dẫn AASHTO cho trạm Buôn Ma Thuột

Tọa độ

Giá trị TD(-) (0C) tương ứng với R (%)

Tỉnh, TP Tên trạm

Kinh độ Vĩ độ

50

70

80

90

95

99

99.9

Đắc Lắc B.M. Thuột 108,03'

12,40'

-3.06

-3.28

-3.38

-3.47

-3.52

-3.57

-3.61

2.2.13.5. Phân tích độ nhạy của các thông số nhiệt, gió, mưa ảnh hưởng đến TD(+)

và TD(-)

Hình 2.48. Mức độ ảnh hưởng của các thông số khí hậu đến TD(+)(trái) &TD(-) (phải)

Nhận xét: Tổng 3 thông số: Wind, Temp, Precip ảnh hưởng 100% đến giá

trị TD(+), TD(-)Trong đó:

Đối với TD(+) thì:

- Wind chiếm 75.1%, (đồng biến)

- Temp chiếm 9.5%, (đồng biến)

- Precip chiếm -15.3%, (nghịch biến)

Đối với TD(-) thì:

- Wind chiếm 93.3%, (đồng biến)

- Temp chiếm 1.3%, (đồng biến)

- Precip chiếm 5.5%, (đồng biến).

2.3. Kết quả quá trình xử lý số liệu, quy luật phân bố của các thông số đầu vào,

mức độ ảnh hưởng và lựa chọn kết quả theo độ tin cậythiết kế

2.3.1.Quy luật phân bố - giá trị phân phối của các thông số đầu vào

Dự vào chuỗi số liệu thu thập 36 năm của từng thông số nhiệt độ trung bình

năm, tốc độ gió trung bình năm và lượng mưa năm, tiến hành xác định quy luật

phân bố của từng thông số cho từng trạm như trên ta xác định được giá trị phân phối

của từng hàm phân phối cho từng thông số và được tổng hợp trong bảng 2.29

Bảng 2.29. Giá trị khởi tạo của các thông số nhiệt độ trung bình năm, tốc độ

gió trung bình năm và lượng mưa trung bình năm đưa vào tính toán TD(+) và

TD(-)cho các trạm

Giá trị khởi tạo của các thông sốdùng để tính toán TD(+) và TD(-)

TT

Tên trạm

TEMP (0C)

WIND (km/h)

PRECIP (mm)

TP Thanh Hóa

23.88

9.37

1679.16

TP Vinh

24.30

6.48

2043.00

Kỳ Anh

24.46

9.30

1341.46

Đồng Hới

24.80

10.88

2044.52

Đông Hà

25.11

4.54

2854.13

Hương Thủy

25.01

9.60

2539.94

Đà Nẵng

25.84

5.58

2297.75

Tam Kỳ

25.68

10.99

1890.82

TP Quảng Ngãi

25.94

3.86

2840.70

10 Quy Nhơn

26.71

7.36

1440.93

Tuy Hòa

26.75

4.21

1668.33

12 Nha Trang

26.83

10.49

1377.81

13 B.M.Thuột

23.75

6.00

2062.25

2.3.2. Mức độ ảnh hưởng của các thông số đầu vào đến kết quả tính toán TD(+)

và TD(-)

Từ các tông số đầu vào tiến hành xác định quy luật phân bố của từng thông

số, tiến hành xác định thông số độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu (TD(+)) và độ

chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu (TD(-)), xác định mô phỏng, xác định độ nhạy, từ

đó đánh giá mức độ ảnh hưởng của các thông số đầu vào đến TD(+) và TD(-), mức độ

ảnh hưởng của các thông số đầu vào được tổng hợp trong bảng 2.30.

Bảng 2.30. Mức độ ảnh hưởng của các thông số đầu vào đến TD(+) và TD(-)

Chỉ số độ nhạy của các yếu tố ảnh hưởng đến TD(+)& TD(-), (%)

TD(+)

TD(-)

TT

Tên Trạm

TEMP WIND

PRECIP

TEMP WIND PRECIP

(+)

(-)

(+)

1 TP Thanh Hóa

9.3

85.2

5.5

1.0

91.7

1.9

2 TP Vinh

66.0

6.9

27.1

34.6

40.0

25.4

3 Kỳ Anh

9.4

89.1

1.5

0.6

99.0

0.4

4 Đồng Hới

13.4

73.6

13.0

1.8

95.6

2.5

5 Đông Hà

10.9

86.2

2.8

1.4

97.8

0.8

6 Hương Thủy

11.6

80.2

8.2

3.3

94.2

2.5

7 Đà Nẵng

14.2

59.9

26.0

2.4

90.6

7.0

8 Tam Kỳ

14.8

78.0

7.2

2.6

95.4

2.0

9 TP Quảng Ngãi

22.5

54.4

23.2

2.6

90.0

7.5

10 Quy Nhơn

19.4

77.0

3.6

3.5

95.3

1.2

11 Tuy Hòa

8.8

87.9

3,2

0.4

98.3

1.2

12 Nha Trang

18.3

64.3

17.4

3.2

92.6

4.2

13 B.M.Thuột

9.5

75.1

15.3

1.3

93.3

5.5

Ảnh hưởng của các yếu tố đến TD(+)

100

)

Chỉ số độ nhạy của các yếu tố ảnh hưởng đến TD(+), (%) TEMP (+)

(

Chỉ số độ nhạy của các yếu tố ảnh hưởng đến TD(+), (%) WIND (+)

g n ở ư h h n ả

ệ l ỷ T

Chỉ số độ nhạy của các yếu tố ảnh hưởng đến TD(+), (%) PRECIP (-)

h n A ỳ K

ỳ K m a T

h n V P T

a ò H y u T

g n ẵ N à Đ

à H g n ô Đ

ớ H g n ồ Đ

g n a r T a h N

t ộ u h T . M B

n ơ h N y u Q

a ó H h n a h T P T

y ủ h T g n ơ ư H

ã g N g n ả u Q P T

Trạm khảo sát

Hình 2.49. Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố khí hậu đến TD(+)

Ảnh hưởng của các yếu tố đến TD(-)

120

)

100

(

Chỉ số độ nhạy của các yếu tố ảnh hưởng đến TD(-), (%) TEMP (+)

g n ở ư h h n ả

ệ l ỷ T

Chỉ số độ nhạy của các yếu tố ảnh hưởng đến TD(-), (%) WIND (+)

Chỉ số độ nhạy của các yếu tố ảnh hưởng đến TD(-), (%) PRECIP (+)

h n A ỳ K

ỳ K m a T

h n V P T

a ò H y u T

g n ẵ N à Đ

à H g n ô Đ

ớ H g n ồ Đ

g n a r T a h N

t ộ u h T . M B

n ơ h N y u Q

a ó H h n a h T P T

y ủ h T g n ơ ư H

ã g N g n ả u Q P T

Trạm khảo sát

Hình 2.50. Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố khí hậu đến TD(-)

2.3.3. Kết quả lựa chọn thông số độ chênh lệch nhiệt độ độ dương hữu hiệu

(TD(+)) và độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu (TD(-)) theo độ tin cậy (R)

2.3.3.1. Lựa chọn thông số độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu (TD(+)) theo độ

tin cậy (R)

Từ mô hình mô phỏng độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu (TD(+)) ở mục

2.2 tiến hành gán các giá trị độ tin cậy R, sẽ xác định được thông số TD(+) tương

ứng (bảng 4.1)

2.3.3.2. Lựa chọn thông số độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu (TD(-)) theo độ tin

cậy (R)

Từ mô hình mô phỏng độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu (TD(-)) ở mục 2.2

tiến hành gán các giá trị độ tin cậy R, sẽ xác định được thông số TD(-) tương ứng

(bảng 4.2)

2.4. Kết luận chương 2

Qua các nghiên cứu trên, rút ra các nhận xét, kết luận quan trọng sau đối với

việc lựa chọn các thông số tính toán tấm bê tông xi măng mặt đường theo hướng

dẫn AASHTO cho miền Trung Việt Nam.

Những yếu tố về khí hậu, thời tiết ảnh hưởng đến các thông số tính toán tấm

BTXM mặt đường theo AASHTO là nhiệt độ, tốc độ gió và lượng mưa. Theo số

liệu thu thập cho các trạm để nghiên cứu với thời gian 36 năm/1 trạm/1 yếu tố, là

chuỗi số liệu đủ dài để đáp ứng yêu cầu quan sát nghiên cứu phân tích, làm cơ sở

xác định các thông số mà đề tài đặt ra.

Trị số nhiệt độ trung bình năm, vận tốc gió trung bình năm và lượng mưa trung

bình năm được tính toán thiết lập ra từ chuỗi số liệu (1980 đến 2015) cho tất cả các

trạm lựa chọn nghiên cứu. Trong thời gian đó các yếu tố đã chịu tác động của quá trình

biến đổi khí hậu (BĐKH) trong nước và thể hiện được đặc điểm của vùng miền.

Các yếu tố về nhiệt độ, gió và mưa có sự thay đổi liên tục qua các năm từ 1980

đến 2015 (bảng 2.2; PL1-6),trong đó có một số yếu tố ổn định trong một số năm.

Giá trị khởi tạo của các thông số nhiệt độ trung bình năm, tốc độ gió trung

bình năm và lượng mưa trung bình năm (bảng 2.29) được đưa vào tính toán TD(+)

và TD(-), trong đó yếu tố lượng mưa trung bình năm còn dùng làm cơ sở để xác định

hệ số thoát nước Cd cho mặt đường.

Các yếu tố nhiệt độ, tốc độ gió và lượng mưa có ảnh hưởng đến thông số độ

chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu, độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu với các

mức độ khác nhau (bảng 2.30) trong một trạm và có sự khác nhau giữa các trạm

nghiên cứu.

Áp dụng phương pháp phân tích thống kê và phần mềm xử lý để phân tích

mức độ ảnh hưởng, lựa chọn quy luật và tính toán xác định được giá trị các thông số

độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu, độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu trên cơ

sở độ tin cậy yêu cầu.

CHƯƠNG 3

XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU VÀO, KHẢO SÁT SỰ THAY ĐỔI

NHIỆT ĐỘ TRONG TẤM BÊ TÔNG VÀ LỰA CHỌN MỘT SỐ THÔNG SỐ

TÍNH TOÁN TẤM BTXM MẶT ĐƯỜNG THEO AASHTO

3.1.Cách xác định các thông số tính toán theo AASHTO. [21], [34], [41], [52],

[53], [54]

3.1.1. Tổng trục xe tiêu chuẩn dự báo (ESALs), W80 cho cả thời kỳ phục vụ, ở làn

xe thiết kế

3.1.1.1. Khái niệm

- Thời kỳ phục vụ của kết cấu mặt đường cứng. Thời kỳ phục vụ tối thiểu của

mặt đường cứng là 20 năm. Khi chọn thời kỳ phục vụ ngắn hơn, phải được chứng

minh bằng văn bản và phải được nhà chức trách liên quan phê duyệt.

- Thời kỳ phân tích của mặt đường

 Thời kỳ phân tích của mặt đường được xác định phù hợp với khoảng thời

gian mà chiến lược thiết kế cần bao trùm [34]. Hiện nay ở Việt Nam lấy đến 30 năm

đối với đường cao tốc.

 Thời kỳ phân tích lấy bằng thời kỳ phục vụ đối với mặt đường cứng.

 Thời kỳ phân tích (tính bằng năm) của một số loại đường đã dùng trong

chỉ dẫn của AASHTO 1993, được ghi trong Bảng 3.1 (để tham khảo).

Bảng 3.1: Thời kỳ phân tích của một số loại đường (theo AASHTO 1993)

Các loại đường Thời kỳ phân tích (năm)

Đường thành phố có lưu lượng xe cao 30 - 50

Đường ngoài thành phố có lưu lượng xe cao 20 - 50

Đường có kết cấu mặt đường với lưu lượng xe thấp 15 - 25

Đường có mặt đường làm bằng vật liệu hạt có 10 - 20

lưu lượng xe thấp

3.1.1.2. Xác định tổng trục xe đơn tiêu chuẩn (W80).

Xe thiết kế dùng trong tiêu chuẩn này là tải trọng trục đơn 80 kN (18 kip).

Để tính ra hệ số tải trọng tương đương của trục tiêu chuẩn 80 kN (18 kip)

dùng bảng chuyển đổi xe của AASHTO [41]. Trị số của hệ số này phụ thuộc vào

các giá trị của pt, chiều dầy tấm và loại xe có một, hai hay ba trục sau. Khi chuyển

đổi tạm lấy chiều dầy tấm bằng 25,4 cm (10 in). Khi đã xác định được tổng các tải

trọng trục đơn tương đương trong suốt cả thời kỳ phục vụ của mặt đường (thời kỳ

thiết kế) chạy qua mặt cắt ngang của đường , thì cần phải xác định tổng các tải

trọng trục đơn chạy qua làn xe thiết kế W80 theo công thức:

(lần /làn) (3.1) W80 = DD x DL x

trong đó:

DD - hệ số phân bố theo chiều, thay đổi từ 0,3 đến 0,7 phù hợp với khảo sát ở

hiện trường;

DL - hệ số phân bố theo làn, giá trị của nó cho ở Bảng 3.2

Bảng 3.2: Hệ số phân bố theo làn DL

Số lượng làn xe cho mỗi chiều Trị số DL

1 1

2 0,8 - 1

3 0,6 -0,8

4 0,5 -0,75

-Tổng số lần tải trọng trục tương đương 18 kip tích lũy trong suốt thời kỳ tính

toán mà mặt đường phải chịu cho cả hai chiều xe chạy (lần/mcn)

(Lần/mcn) (3.2)

Trong đó: Ni- số trục xe đã quy đổi về ESAL 18 kip trung bình cho 1 ngày đêm sẽ

chạy qua men đường ở năm đầu tiên đưa đường vào khai thác

g- Tỷ lệ tăng trưởng xe hàng năm (%)

t- thời gian tính toán, tùy thuộc vào loại đường. (Tham khảo bảng 3.1).

3.1.2.Độ tin cậy (R) [21]

Độ tin cậy của mặt đường là xác xuất mà mặt đường đó trong suốt quá trình

sử dụng sẽ đảm bảo chất lượng khai thác với các điều kiện xe cộ, môi trường như

trong thiết kế. Việc đưa độ tin cậy vào tính toán nhằm mục đích tạo ra một hệ số an

toàn k nhằm đảm bảo cho phương án thiết kế sẽ tồn tại trong suốt thời kỳ thiết kế.

Độ tin cậy ảnh hưởng lớn đến chiều dày của tấm, độ tin cậy cao thì cho chiều

dày tấm lớn hơn độ tin cậy nhỏ.

Giá trị của độ tin cậy (R) được chọn tuỳ theo cấp hạng và chức năng của con

đường, trong phạm vi các khoảng đã cho ở Bảng 3.3

Trị số độ lệch tiêu chuẩn Z tương ứng với giá trị R (PL2-8)

Giá trị độ lệch tiêu chuẩn toàn phần S0 lấy bằng 0,39.

Bảng 3.3: Độ tin cậy (R)

Khoảng của độ tin cậy (%)

Phân cấp theo chức năng của đường

Đường thành phố Đường ngoài thành phố

Đường cao tốc

(1)

90-99

85-99

Quốc lộ chính

(2)

90-95

85-90

Đường chính và quốc lộ thứ yếu

(3)

80-85

75-85

Đường gom, đường nhánh

(3)

80-85

75-80

Đường huyện

(3)

75-80

1) Đường cao tốc loại A dùng trị số lớn, đường cao tốc loại B dùng trị số nhỏ.

2) Quốc lộ có cấp tốc độ V ≥ 80km/h dùng trị số lớn; Quốc lộ có V < 80km/h dùng trị số nhỏ.

3) Khi lưu lượng xe lớn dùng trị số lớn, khi lưu lượng xe ít dùng trị số nhỏ.

CHÚ THÍCH:

3.1.3. Độ lệch tiêu chuẩn toàn phần S0 [21]

- Chính là sai số tiêu chuẩn tổng hợp xét đến các yếu tố gây ra các sai số

khác: như sai số trong việc dự báo số lần trục xe thông qua trong thời kỳ tính toán,

sai số trong việc tính các thông số nền đất, vật liệu áo đường, sai số trong việc dự

báo yêu cầu chất lượng mặt đường ở cuối thời kỳ tính toán do quy luật mỏi, các yếu

tố cấu tạo áo đường.

- Theo kết quả thực nghiệm AASHTO:

S0= 0,4÷0,5 (Với mặt đường mềm)

S0= 0,3÷0,4 (Với mặt đường cứng)

3.1.4. Độ tổn thất khả năng phục vụ thiết kế ( PSI) [21]

- Khả năng phục vụ của một áo đường được định nghĩa là khả năng phục vụ

các loại phương tiện giao thông (các loại ô tô và xe tải) chạy trên đường. Sự đánh

giá chính yếu của khả năng phục vụ là chỉ số khả năng phục vụ (PSI) thay đổi từ 0

(đường rất xấu) đến 5 (đường hoàn hảo).(PL2-9). Đây chính là tiêu chuẩn trạng thái

giới hạn của AASHTO.

a) Chỉ số phục vụ ban đầu, p0 (hoặc p1), của áo đường cứng được xác định

theo chất lượng của đoạn kết cấu áo đường vừa mới hoàn thành. Giá trị của p0 cho ở

Bảng 3.6.

b) Chỉ số khả năng phục vụ cuối cùng, pt (hoặc p2), của áo đường cứng được

xác định theo chất lượng vận hành yêu cầu tại cuối thời kỳ phục vụ của áo đường.

Đối với đường cao tốc và đường cấp tốc độ V > 80 km/h, pt quy định bằng

2,5; Đối với đường cấp tốc độ V = 80 km/h, pt bằng 2,2 và đối với đường cấp tốc độ

V  60 km/h, pt bằng 2,0.

c) Trị số độ tổn thất khả năng phục vụ, PSI, tính theo công thức 3.3 và được

cho trong bảng 3.4 tương ứng với từng cấp đường.

- Công thức tính:

PSI = p0 - pt (3.3)

Bảng 3.4: Độ tổn thất khả năng phục vụ PSI

Trị số khả năng phục vụ Cấp đường po pt PSI = po - pt

Đường cao tốc loại A 4,5 2,5 2,0

Đường cao tốc loại B, đường cấp tốc độ V > 80 km/h 4,2 2,5 1,7

Đường cấp tốc độ =80 km/h 4,2 2,2 2,0

4,0 2,0 2,0 Đường cấp tốc độ  60 km/h

3.1.5. Tính mô đun phản lực nền hữu hiệu (trị số k).[40]

3.1.5.1.Khái niệm

Môđun phản lực nền (trị số k) được định nghĩa là một trị số đo được hay

một trị số ước tính trên mặt của nền đất đã hoàn thiện hoặc trên mặt của nền đắp,

trên đó sẽ xây dựng lớp móng và tấm bê tông. Trị số k biểu thị cho nền đất (và nền

đắp, nếu có); nó không biểu thị cho lớp móng. Lớp móng được xem như là một

lớp kết cấu của áo đường đi cùng với tấm bê tông, do đó chiều dầy và mô đun của

lớp móng là các số liệu đầu vào quan trọng trong việc xác định chiều dầy cần thiết

của tấm (xem 3.1.5.2).

3.1.5.2. Phương pháp xác định

Có thể dùng một trong ba phương pháp sau để xác định trị số k:

1/. Xác định trị số k thiết kế theo phương pháp tra bảng tương quan giữa k với

loại đất và giữa k với các đặc trưng khác của đất.

Trị số đầu vào của k cần thiết cho phương pháp thiết kế này được xác định

theo các bước sau đây:

- Chọn một trị số k cho mỗi mùa trong năm.

- Xác định một trị số k hữu hiệu đã được hiệu chỉnh theo mùa.

- Hiệu chỉnh trị số k hữu hiệu do có lớp vật liệu đắp trên nền đất và do lớp cứng

(lớp đá hoặc lớp sét chặt dày) ở độ sâu ≤ 3m kể từ mặt nền đất tự nhiên (nếu có).

Cần chú ý rằng phương pháp luận thiết kế của AASHTO đòi hỏi một trị số k

trung bình, không phải là giá trị thấp nhất đo được. Cũng cần chú ý là không áp

dụng việc hiệu chỉnh thêm “tổn thất gối đỡ” cho trị số k.

Bước 1: Chọn một trị số k của nền đất cho mỗi mùa trong năm.

Mùa được định nghĩa là một khoảng thời gian trong năm ứng với những đặc

điểm riêng về thời tiết khí hậu (mùa khô, mùa mưa và các thời kỳ chuyển mùa).

Số lượng mùa và thời gian của mỗi mùa trong năm phụ thuộc vào khí hậu

của khu vực xây dựng mặt đường.

Tiêu chuẩn này có trình bày cách chọn một trị số k thích hợp, căn cứ vào các số

liệu phân loại đất, mức độ ẩm, tỉ trọng, trị số CBR hoặc chỉ số xuyên động (DCP). Các

phương pháp tương quan này đã được xử lý trước để dùng trong thiết kế.

a)Trị số k và sự tương quan đối với các loại đất dính (A-4 đến A-7, xem hình

3.1). Khả năng chịu tải của các loại đất dính chịu ảnh hưởng lớn của mức độ bão

hoà (Sr, phần trăm) của chúng. Độ bão hoà là một hàm số của hàm lượng nước (W,

phần trăm), dung trọng khô ( , kg/m3), và trọng lượng riêng (Gs):

; (3.4)

Trị số k nên dùng đối với loại đất hạt mịn là một hàm số của mức độ bão hoà

như được trình bày ở Hình 3.1. Mỗi đường thể hiện trị số trung bình của một

khoảnggiá trị hợp lý của k. Trị số giới hạn dưới hợp lý của k khi độ bão hoà 100 %

là 7 kPa/mm. Ví dụ, đối với loại đất A - 6 có thể cho rằng trị số k nằm trong khoảng

từ 49 kPa/mm đến 70 kPa/mm khi độ bão hoà là 50 %, và trong khoảng từ 7

kPa/mm đến 23 kPa/mm, khi độ bão hoà là 100 %.

Hai loại khác của vật liệu có thể xếp vào loại A - 4: vật liệu chủ yếu là phù sa (ít

nhất là 75 % lọt qua sàng 75 m, có thể là chất hữu cơ), và hỗn hợp của phù sa, cát và

sỏi cuội (có đến 64 % nằm trên sàng 75 m). Loại vật liệu đầu có thể có dung trọng

vào khoảng từ 1442 kg/m3 đến 1682 kg/m3 và trị số CBR vào khoảng từ 4 đến 8. Loại

sau có dung trọng vào khoảng từ 1602 kg/m3 đến 2002 kg/m3 và trị số CBR vào

khoảng từ 5 đến 15. Đường được liệt vào loại A - 4 trong Hình 3.1 đại diện cho nhóm

vật liệu đầu nhiều hơn. Nếu vật liệu là loại A4 nhưng có các tính năng của nhóm vật

liệu bền vững hơn trong loại A4 thì dùng trị số k cao hơn ứng với một mức độ bão hoà

nào đó đã cho là thích hợp (ví dụ, theo đường của A- 7 - 6 trong Hình 3.1).

Hình 3.1: Quan hệ giữa trị số k với độ bão hoà của đất dính

Khoảng giá trị k nên dùng cho các loại đất hạt mịn, cùng với các khoảng giá

trị tiêu biểu của dung trọng khô và trị số CBR của từng loại đất được tóm tắt trong

Bảng 3.7.

Khoảng giá trị k nên dùng cho các loại đất hạt mịn, cùng với các khoảng giá

trị tiêu biểu của dung trọng khô và trị số CBR của từng loại đất được tóm tắt trong

Bảng 3.7.

b)Trị số k và các tương quan đối với các loại đất không có tính dính (A1 và A3).

Khả năng chịu tải của vật liệu không có tính dính ít nhạy cảm đối với sự thay

đổi độ ẩm và phụ thuộc chủ yếu vào độ rỗng và trạng thái ứng suất toàn phần của

chúng. Khoảnggiá trị k nên dùng cho các loại đất không có tính dính cùng vớicác

khoảng giá trị của dung trọng khô và trị số CBR của từng loại đấtđược tóm tắt trong

Bảng 3.5.

c) Trị số k và các tương quan đối với đất loại A-2. Đất thuộc loại A-2 là tất

cả vật liệu hạt nằm giữa A-1 và A-3. Mặc dù khó dự đoán tính chất của các vật liệu

có một sự biến đổi tính chất rộng như thế, các số liệu đã có cho thấy là các loại vật

liệu A-2 có khả năng chịu tải tương tự như vật liệu không có tính dính có cùng dung

trọng. Các khoảng giá trị nên dùng của k đối với các loại đất A-2, cùng với các

khoảng giá trị của dung trọng khô và trị số CBR của từng loại đất được tóm tắt

trong Bảng 3.5.

d)Tương quan của trị số k với trị số CBR. Hình 3.2 minh hoạ khoảng giá trị

gần đúng k có thể gặp của mỗi loại đất cùng với trịsố CBR đã cho.

e)Tương quan của trị số k với chỉ số xuyên động (DCP). Hình 3.3 minh hoạ

khoảng giá trị k có thể gặp của các loại đất cùng với chỉ số xuyên đã cho (mm/cú

đập), đo được bằng chùy xuyên động. Đây là một thiết bị thí nghiệm cầm tay có thể

dùng để thí nghiệm nhanh rất nhiều vị trí dọc theo một tuyến. Thiết bị chùy xuyên

động (DCP) cũng có thể xuyên qua lớp mặt bằng bê tông nhựa và lớp láng mặt để

thí nghiệm tầng nền phía dưới.

f)Ấn định trị số k theo mùa.

Trong các nhân tố cần kể đến khi chọn lựa giá trị k theo mùa còn có sự thay

đổi của mực nước ngầm theo mùa và lượng mưa theo mùa.

Bảng 3.5: Khoảng giá trị k nên dùng đối với các loại đất khác nhau 2)

Cấp đất theo CBR Trị số k Cấp thống Mô tả AASHTO Dung trọng khô (kg/m3) (%) (kPa/mm) nhất

Đất hạt to

A-1-a, cấp phối tốt 2000-2240 60-80 80-120 Sỏi GW, GP A-1-a, cấp phối xấu 1920-2080 35-60 80-110

A-1-b Cát hạt to SW 1760-2080 20-40 50-110

A-3 Cát hạt nhỏ SP 1680-1920 15-25 40-80

Đất A - 2(vật liệu hạt với lượng hạt mịn cao):

A-2-4, sỏi Sỏi phù sa

GM 2080-2330 40-80 80-135 Sỏi pha cát A-2-5, sỏi phù sa

A-2-4, đất cát Cát phù sa

SM 1920-2160 20-40 80-110 Cát pha sỏi phù A-2-5, đất cát sa

A-2-6, đất sỏi Sỏi pha sét GC 1920-2240 20-40 50-120 A-2-7, đất sỏi Sỏi pha cát sét

A-2-6, đất cát Cát pha sét SC 1680-2080 10-20 40-95 A-2-7, đất cát Cát pha sỏi sét

Đất hạt mịn

Phù sa 1440-1680 4-8 7-45*

A - 4 ML, OL Hỗn hợp phù 1600-2000 5-15 11- 60 1) sa/cát/sỏi

Phù sa có cấp MH 1280-1600 4-8 7-50 1) A - 5 phối xấu

Sét dẻo CL 1600-2000 5-15 A - 6

Dẻo vừa CL, OL 1140-2000 4-15 7-70 1) 7-60 1) A - 7 - 5

Sét đàn hồi dẻo CH, OH 1280-1760 3-5 11-60 1) A - 7 - 6 cao

CHÚ THÍCH: 1) Trị số k của đất hạt mịn phụ thuộc nhiều vào độ bão hoà, xem Hình 3.1. 2) Khoảng giá trị k nên dùng này áp dụng cho lớp đất đồng nhất có chiều dầy tối thiểu là 3 m. 1 lb/ft3 = 16.018 kg/m3; 1psi/in = 0.271 kPa/mm.

Hình 3.2: Quan hệ gần đúng giữa trị số k với CBR

Hình 3.3: Quan hệ gần đúng giữa trị số k với chỉ số xuyên động DCP

Bước 2. Xác định trị số k hữu hiệu đã được điều chỉnh theo mùa.

Trị số k hữu hiệu có được bằng cách tổ hợp các trị số k từng mùa vào một trị

số đơn “hữu hiệu”, dùng để thiết kế mặt đường bê tông.

Trị số k hữu hiệu về bản chất là một trị số bình quân gia quyền, cơ sở trên

các hư hỏng do mỏi. Giá trị k hữu hiệu gây ra sự hư hỏng do mỏi suốt cả năm bằng

sự hư hỏng do sự biến đổi giá trị k theo các mùa trong năm gây ra.

Cách xác định giá trị k hữu hiệu được hiệu chỉnh theo mùa tiến hành theo các

bước sau:

1. Chọn các giá trị ước tính của chiều dầy tấm D, cường độ chịu kéo uốn của

bê tông Sc, mô đun đàn hồi của bê tông Ec, mô đun đàn hồi của lớp móng Eb và

nhân tố ma sát f (cả hai trị số Eb và f đều phụ thuộc vào loại móng), chiều dầy lớp

móng Hb, độ chênh lệch nhiệt độ thiết kế TD (cho mỗi vùng khí hậu đã cho và nó

phụ thuộc vào chiều dầy tạm chọn D của tấm), khoảng cách khe nối ngang L, khả

năng phục vụ ban đầu p1 và khả năng phục vụ cuối cùng p2. Những giá trị ước tính

đã chọn cho các thông số trên chỉ cần gần đúng.

2. Chọn giá trị k đại diện cho từng mùa riêng biệt của năm.

3. Lần lượt dùng trị số k của từng mùa, tính ra W80, tổng số trục xe Tiêu

chuẩn80kN (ESALs) cho làn xe thiết kế, nhờ sử dụng mô hình tính năng của áo

đường cứng đã được trình bày trong 1.1.3.

4. Tính ra độ hư hỏng tương đối của từng mùa, nó là giá trị đảo ngược của trị

số W80 đã tính.

5. Tính tổng các hư hỏng tương đối cho cả năm, sau đó chia cho tổng số

tháng để có độ hư hỏng trung bình năm.

6. Tính ra W80 tương ứng với độ hư hỏng trung bình, nó là trị số đảo ngược

của độ hư hỏng trung bình.

7. Sử dụng mô hình tính năng của áo đường cứng để xác định một giá trị đơn

của k, giá trị này sẽ cho tính ra một trị số tổng lượng trục xe dự báo W80 khớp với

W80 đã tính ra ở bước 6.

Giá trị k này là trị số k hữu hiệu đã được điều chỉnh theo mùa.

Bước 3: Hiệu chỉnh trị số k hữu hiệu do ảnh hưởng của lớp vật liệu đắp trên nền đất

và do lớp cứng (lớp đá hoặc lớp sét chặt dày) ở độ sâu ≤ 3m kể từ mặt nền đất tự nhiên

(nếu có).Việc hiệu chỉnh này được tiến hành nhờ biểu đồ lập sẵn (hình 3.4)

Tuy nhiên, theo phân tích độ nhạy, giá trị k có thể thay đổi lớn nhưng chỉ ảnh

hưởng ít đến chiều dầy lớp phủ gia cường.

Chú dẫn:

Lớp vật liệu đắp có thể là lớp đáy móng h1, lớp móng dưới bằng CPĐD

hoặc CP thiên nhiên h2, khi có cả 2 lớp này thì chiều dày h là tổng chiều dày h=

h1+h2 và khối lượng thể tích vật liệu đắp γ bằng trị số bình quân gia quyền của 2

𝛾1.ℎ1+ 𝛾2.ℎ2 ℎ1+ℎ2

khối lượng thể tích của 2 lớp vật liệu ấy γ với: 𝛾 =

Nếu có nhiều lớp vật liệu khác nhau đắp trên nền đất kể từ đáy của lớp móng

trên trở xuống, thì cách tính chiều dày tổng cộng và khối lượng thể tích bình quân

gia quyền cũng tương tự như trên.

Hình 3.4: Hiệu chỉnh giá trị k do ảnh hưởng của lớp cứng và/hoặc của đất đắp

2/. Xác định trị số k thiết kế theo phương pháp đo chậu võng bằng thiết bị đo

động FWD:

Phương pháp này được dùng khi thiết kế áo đường BTXM xây dựng mới tại

cùng một khu vực có đất nền cùng loại và đã có mặt đường BTXM cũ. Phương

pháp này còn được dùng khi cần xây dựng lại, cũng như khi cần cải tạo và gia cố áo

đường BTXM.

Đo chậu võng bằng thiết bị đo động FWD, Sau khi đã xác định được giá tri

trung bình của Ktĩnh trong một mùa của năm, cần tiến hành xác định giá trị Ktĩnh hữu

hiệu đã được điều chỉnh theo các mùa trong năm. Phương pháp,trình tự và ví dụ tính

giá trị Ktĩnh hữu hiệu này đã đượctrình bày như 3.1.5.2-(Bước 2)

Khidùng phương pháp này thì ảnh hưởng của lớp cứng (nếu có) và ảnh

hưởng của các lớp vật liệu đắp trên nền đất đã được kể đến trong giá trị Ktĩnh thu

được nên không tiến hành hiệu chỉnh như ở 3.1.5.2-(Bước 3)

3/. Xác định trị số k thiết kế bằng tấm ép chịu tải

Phương pháp này được dùng chủ yếu khi thiết kế kỹ thuật, thiết kế bản vẽ thi

công, đây là phương pháp chính xác vì đã đo trực tiếp trên nền đất sẽ xây dựng áo

đường BTXM.

Còn dùng phương pháp này khi cần nghiên cứu xác định k của nền đất cho

các loại đất khác nhau của các khu vực khác nhau trong các mùa trong năm lưu vào

kho dữ liệu thiết kế.

Bộ thiết bị dùng để xác định k theo phương pháp này đã được mô tả trong

AASHTO T222-81 (2000).

Để xác định k trong tiêu chuẩn này, người ta đặt tấm ép ngay trên mặt của

nền đất mà trên đấy sẽ xây dựng áo đường BTXM, đường kính tấm ép 762 mm,

dùng bộ kích để tạo một áp lực 34.5 kPa lên tấm ép, theo dõi biến thiên của thiên

phân kế, khi nào biến dạng đạt 0.02 mm/phút trong 10 phút liên tục thì coi như biến

dạng đã ổn định. Tiếp tục tăng lên một cấp tải trọng nữa để tạo một áp lực 69 kPa

lên tấm ép và đợi biến dạng ổn định như trên (thường dùng 3 thiên phân kế) và lấy

69 (𝑘𝑃𝑎)

biến dạng trung bình. Trị số phản lực nền (hệ số nền) K được tính như sau:

(3.5)

𝐾 =

𝑇𝑟𝑖𝑠ố𝑏𝑖ế𝑛𝑑ạ𝑛𝑔𝑡𝑟𝑢𝑛𝑔𝑏ì𝑛ℎ (𝑚𝑚)

Trị số K này còn phải hiệu chỉnh theo mùa như 3.1.5.2 (bước2) và hiệu chỉnh

do cáclớp vật liệu đắp trên nền đất như 3.1.5.2 (bước 3) nhưng không phải hiệu

chỉnh do lớp cứng ở trong nền đất (nếu có) vì đã được kể đến trong giá trị k thu

được khi đo.

Nếu đặt tấm ép trực tiếp lên mặt lớp móng dưới và dưới lớp móng dưới là

lớp đáy móng hoặc lớp đất đắp thêm trên nền đất thì không cần hiệu chỉnh theo

3.1.5.2. Trị số k thu được trong trường hợp này là trị số đo trực tiếp thu được tại

hiện trường của nền (foundation) bao gồm toàn bộ các lớp vật liệu thực tế nằm dưới

lớp móng trên tại thời điểm tiến hành đo.

3.1.6.Tính Cường độ chịu kéo uốn (Mô đun phá hỏng) của bê tông xi măng poóc

lăng (S’c.)

Là cường độ chịu kéo uốn cần thiết cho quá trình thiết kế, là trị số trung bình

được xác định sau 28 ngày tuổi, với phương pháp đặt tải ở 1/3 của dầm uốn (AASHTO

-T97), ASTM C78, TCVN 3119:1993 Bê tông nặng- Phương pháp xác định cường độ

chịu kéo khi uốn)

Do có sự xử lý của độ tin cậy trong tiêu chuẩn này, nên không được dùng trị

số cường độ chịu kéo uốn trong qui định kỹ thuật thi công thông thường làm số liệu

đầu vào.

Nếu muốn sử dụng qui định kỹ thuật thi công, thì phải áp dụng một số điều

chỉnh, căn cứ vào độ lệch tiêu chuẩn của cường độ chịu kéo uốn và vào số phần trăm

(PS) của sự phân bố cường độ xảy ra thông thường thấp hơn qui định:

c (trung bình) = Sc + Z (SDs);

S’ (3.6)

Trong đó:

c- giá trị trung bình ước tính của cường độ chịu kéo uốn của bê tông xi

S’

măng poóc lăng, MPa;

Sc- cường độ chịu kéo uốn của bê tông trong qui định thi công, MPa;

SDs- độ lệch tiêu chuẩn ước tính của cường độ chịu kéo uốn của bê tông, MPa;

Z-độ lệch chuẩn tiêu chuẩn: 0,841 khi PS = 20 %.;1,037 khi PS = 15 %.;

1,282 khi PS = 10 %.; 1,645 khi PS = 5 %.; 2,327 khi PS = 1 %.

Với PS: số lượng cho phép của mẫu, biểu thị bằng số phần trăm, có thể có

cường độ thấp hơn giá trị qui định.

3.1.7. Tính Mô đun đàn hồi của bê tông, (Ec.)

Có thể dùng tương quan sau đây mà Viện bê tông Hoa kỳ đã khuyến nghị đối

với bê tông xi măng poóc lăng có trọng lượng chuẩn:

; (3.7) Ec = 4730

Trong đó:

Ec - mô đun đàn hồi của bê tông xi măng poóc lăng, MPa;

f’c - cường độ chịu nén của bê tông xi măng, MPa; được xác định theo

TCVN 3118:1993, AASHTO. T22, T140.

3.1.8.Mô đun đàn hồi của lớp móng, (Eb.)

Mô đun đàn hồi lớp móng(Eb), được xác định nhờ sự tương quan với trị số CBR.

Hình PL5-5 cho phép ước tính mô đun của lớp móng bằng vật liệu hạt theo

trị số CBR

Hình PL5-6 cho phép ước tính mô đun của lớp móng gia cố với xi măng theo

cường độ chịu nén nở hông tự do của mẫu 7 ngày tuổi, R7.

Hình PL5-7 cho phép ước tính mô đun của lớp móng có xử lý bằng nhựa

bitum theo độ ổn định Marshall.

Biểu đồ trong Hình PL5-5 còn cho phép ước tính mô đun của lớp móng làm

bằng các vật liệu khoáng gia cố bằng các phụ gia vô cơ (tro bay, xỉ, vôi) theo cường độ

chịu nén nở hông tự do có giá trị không nhỏ hơn trị số tối thiểu đã cho trong Bảng 3.6.

Bảng 3.6: Các lớp móng trên được dùng trong kết cấu áo đường cứng

TT

Vật liệu

Vật liệu thi công theo tiêu chuẩn

Mô đun đàn hồi tối thiểu(MPa) 1) Trị số Cường độ tối thiểu 2) (%)

Chiều dầy tối đa có hiệu quả lu lèn(cm)

Chiều dầy tối thiểu khi lu lèn(cm)

10,000 1)

TCVN 7570

Hỗn hợp bê tông

3)5MPa

R28ng

AASHTO

nghèo (trộn ướt)

M157

3) 15MPa

R28ng

Cấp phối đá dăm

 4800

loại 1 gia cố với xi

TCVN 8858:

15 (25)

2011

măng

3)4MPa

R7ng

TT

Vật liệu

Vật liệu thi công theo tiêu chuẩn

Mô đun đàn hồi tối thiểu(MPa) 1) Trị số Cường độ tối thiểu 2) (%)

Chiều dầy tối đa có hiệu quả lu lèn(cm)

Chiều dầy tối thiểu khi lu lèn(cm)

TCVN 8819:

≥1300

Hỗn hợp đá dăm

độ ổn định Marshall 4) ≥

10 (12)

2011 ASTM

trộn nhựa bitum

D3515

4kN

Cấp phối đá dăm

TCVN 8859:

loại 1 (loại đá vôi),

 200

15 (20)

2011 ASTM

(chỉ dùng khi lưu

 80

D2940

lượng giao thông

nhỏ)

1)Mô đun đàn hồi MR của vật liệu làm lớp móng trên được thí nghiệm theo Tiêu

CHÚ THÍCH:

2) Trị số CBR của vật liệu được thí nghiệm theo AASHTO T193

3) Cường độ chịu nén nở hông tự do, theo thí nghiệm ASTM D 1633; TCVN 3118:1993.

4) Độ ổn định Marshall theo thí nghiệm ASTM D 1559 TCVN 8860: 2011.

Các trị số trong ngoặc () của chiều dầy tối đa có hiệu quả lu lèn chỉ được dùng khi kỹ sư

Tư vấn cho phép.

chuẩn AASHTO T -292 và ASTMD -4123 tuỳ theo loại vật liệu.

Chi tiết về vật liệu làm lớp móng dưới của mặt đường cứng được trình bày

trong Bảng 3.7

Bảng 3.7: Các lớp móng dưới dùng trong kết cấu áo đường cứng.

Mô đun đàn hồi

Chiều dầy

tối đa có

Vật liệu thi

tối thiểu

tối thiểu (MPa) 1)

TT

Vật liệu

hiệu quả lu

công theo tiêu

khi lu lèn

lèn

chuẩn

(cm)

Trị số CBR tối thiểu 2) (%)

(cm)

15 (20)

TCVN 8859:

1 Cấp phối đá dăm loại II

2011

(B)

ASTM D 2940

15 (20)

TCVN 8857:

2 Cấp phối thiên nhiên

2011

(cấp phối đồi, núi, cuội

Mô đun đàn hồi

Chiều dầy

tối đa có

Vật liệu thi

tối thiểu

tối thiểu (MPa) 1)

hiệu quả lu

công theo tiêu

TT

Vật liệu

khi lu lèn

lèn

chuẩn

(cm)

Trị số CBR tối thiểu 2) (%)

(cm)

AASHTO M 147

sỏi,v.v…)

3 Đất cát gia cố xi măng

1 MPa

15 (20)

4 Đất sét (dính) gia cố

0,8 MPa

15 (20)

vôi

5 Cấp phối thiên nhiên

1,5 MPa

15 (20)

TCVN 8858:

2011

(chất lượng thấp) gia cố

với xi măng hoặc với

vôi

1)Mô đun đàn hồi MR của vật liệu làm lớp móng được thí nghiệm theo Tiêu chuẩn

CHÚ THÍCH:

2) Trị số CBR của vật liệu được thí nghiệm theo AASHTO T193.

3) Cường độ chịu nén nở hông tự do, theo thử nghiệm TCVN 3118:1993, ASTM D 1633.

Các trị số trong () của chiều dầy tối đa có hiệu quả lu lèn chỉ được dùng khi kỹ sư tư vấn cho phép.

AASHTO T292 và ASTM D - 4123, tuỳ theo loại vật liệu.

3.1.9.Hệ số ma sát giữa tấm bê tông xi măng với móng (f)

Phụ thuộc vào loại móng và xử lý mặt phân cách (Bảng 3.8)

Bảng 3.8: Mô đun đàn hồi và hệ số ma sát đối với các loại móng khác nhau

Trị số của hệ số ma sát đỉnh 2)

Loại móng hoặc mặt

Mô đun đàn hồi

phân cách được xử lý

MPa (psi)

thấp

tr/bình

Cao

Đất hạt mịn

20 - 280 (3,000 - 40,000)

0,5

1,3

2,0

Cát

70 - 170 (10,000 - 25,000)

0,5

0,8

1,0

Cấp phối hạt

100 - 310 (15,000 - 45,000)

0,7

1,4

2,0

Tấm Polyethylene

0,5

0,6

1,0

Đât sét gia cố vôi

3,0

5,3

Sỏi gia cố xi măng

140 - 480 (20,000 - 70,000) [(500 + CS) 1)1000]

8,0

Sỏi gia cố nhựa bitum

2070 - 4130 (300,000 - 600,000)

3,7

5,8

Bê tông nghèo không

[(500 + CS) x 1000]

> 36

có hợp chất bảo dưỡng

Trị số của hệ số ma sát đỉnh 2)

Loại móng hoặc mặt

Mô đun đàn hồi

phân cách được xử lý

MPa (psi)

thấp

tr/bình

Cao

Bê tông nghèo có bảo

dưỡng bằng một màng

[(500 + CS) x 1000]

3,5

4,5

hoặc hai màng hợp chất

(nhũ tương) parafin

1) CS - cường độ chịu nén, psi (1 psi = 6,89 kPa).

2) Trị số thấp, trung bình, cao của hệ số ma sát đỉnh đã đo, được tóm tắt từ các tài liệu tham

chiếu khác nhau.

CHÚ THÍCH:

3.1.10.Chiều dày của lớp móng (Hb)

Phụ thuộc vào tính toán, loại vật liệu, phương tiện lu lèn mà quy định chiều

dày tối thiểu và tối đa như trong bảng 3.6 và bảng 3.7

3.1.11. Điều kiện chống đỡ của mép làn xe.( Như mục 1.2.1)

3.2. Xác định các thông số tính toán chịu ảnh hưởng của khí hậu khu vực khi

thiết kế tấm BTXM mặt đường theo AASHTO. [21], [34], [52], [53], [54]

3.2.1. Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu của tấm bê tông xi măng

3.2.1.1. Khái niệm

Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu là độ chênh lệch nhiệt độ giữa mặt

trên và dưới của tấm BTXM mặt đường, bằng nhiệt độ ở bề mặt (lớn hơn) của tấm

trừ đi nhiệt độ ở đáy (nhỏ hơn) tấm bê tông.

- Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu là một thông số đầu vào dùng để

tính toán ứng suất kéo ở giữa tấm BTXM mặt đường khi chịu tác dụng của tải trọng

xe và nhiệt độ.(thường ký hiệu:TD(+))

3.2.1.2.Những thông số liên quan và công thức tính

- Để xác định TD(+)) cần có những thông số đầu vào như: Nhiệt độ trung bình

năm (TEMP), vận tốc gió trung bình năm (WIND) và lượng mưa trung bình năm

(PRECIP) của khu vực thiết kế. Từ ba thông số khí hậu thời tiết ở trên cùng với

chiều dày tấm BTXM mặt đường (D) sẽ xác định được độ chênh lệch nhiệt độ

dương hữu hiệu TD(+).

- Công thức tính: Theo công thức 1.13

TD(+))= 0,534487 - + 0,117677WIND + 0,10223 (1,8 TEMP + 32) -

0,00018287 PRECIP; (1.13)

Trong đó:

D-chiều dầy tấm BTXM, mm;

WIND-tốc độ gió trung bình năm, km/h;

TEMP-nhiệt độ trung bình năm, oC; (t oC= [t oF - 32 ]/1,8);

PRECIP-lượng mưa trung bình năm, mm.

3.2.1.3.Quá trình tính toán và lựa chọn thông số TD(+)

Từ chuỗi số liệu thu thập về lượng mưa trung bình năm, tốc độ gió trung

bình năm và lượng mưa trung bình năm của 36 năm (PL1-6), tiến hành lập các hàm

phân phối (có được các giá trị khởi tạo (bảng 2.29) và những thông số đi kèm), thiết

lập công thức tính (công thức 1.13), chạy mô phỏng, xác định độ nhạy của từng yếu

tố phân phối đối với TD(+)(bảng 2.30), tương ứng với mỗi độ tin cậy R sẽ cho ra

một giá trị TD(+) cần tìm. (bảng 4.1). (Chi tiết xử lý số liệu như phần 2.2 chương 2)

3.2.2. Độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu của tấm bê tông xi măng

3.2.2.1.Khái niệm

- Độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu là độ chênh lệch nhiệt độ giữa mặt trên

và dưới của tấm BTXM mặt đường, nhưng lúc này nhiệt độ bề mặt nhỏ hơn nhiệt

độ đấy tấm, bằng nhiệt độ ở bề mặt của tấm (nhỏ hơn) trừ đi nhiệt độ ở đáy (lớn

hơn) của tấm bê tông.

- Độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu là một thông số đầu vào dùng để tính

toán ứng suất tới hạn tại mặt của tấm BTXM mặt đường khi chịu tác dụng của tải

trọng xe đặt ở khe nối và chênh lệch nhiệt độ âm.(thường ký hiệu:TD(-))

3.2.2.2. Những thông số liên quan và công thức tính

- Để xác định TD(-) cần có những thông số đầu vào như: Nhiệt độ trung bình

năm (TEMP), vận tốc gió trung bình năm (WIND) và lượng mưa trung bình năm

(PRECIP) của khu vực thiết kế. Từ ba thông số khí hậu thời tiết ở trên cùng với

chiều dày tấm BTXM mặt đường (D) sẽ xác định được độ chênh lệch nhiệt độ âm

hữu hiệu TD(-)

- Công thức tính: Theo công thức 1.16

TD(-) = -10,0786 + 734/D + 0,13597 WIND + 0,03889 (1,8 x TEMP + 32) +

0,000089 PRECIP; (1.16)

Trong đó: D, WIND, TEMP, PRECIP giống như công thức 1.13

Tổng hợp gradient ẩm và độ chênh lệch nhiệt độ thi công:

Đối với vùng khí hậu ẩm ướt (lượng mưa hàng năm  762 mm), lấy bằng 0

đến -0,044 0C cho mỗi mm chiều dầy của tấm bê tông.

Đối với vùng khí hậu khô (lượng mưa hàng năm < 762 mm), lấy bằng -0,022

ºC đến -0,066 ºC cho mỗi mm chiều dầy của tấm bê tông.

3.2.2.3.Quá trình tính toán và lựa chọn thông số TD(-)

Quá trình thực hiện tương tự như tính với TD(+) vì có cùng các thông số đầu

vào nhưng thiết lập công thức theo công thức 1.16, kết quả tính ra thông số TD(-)

(bảng 4.2).

3.3. Nghiên cứu lựa chọn hệ số thoát nước

3.3.1. Nghiên cứu lựa chọn hệ số thoát nước (Cd) dùng trong trong tính toán độ

kênh của tấm BTXM mặt đường. [4], [5], [6], [12], [15], [21], [34], [41].

3.3.1.1.Khái niệm

Hệ số thoát nước (Cd) là một trong những thông số đầu vào tính toán mặt

đường bê tông xi măng theo theo tiêu chuẩn AASHTO. Hệ số thoát nước Cd được

lựa chọn trên cơ sở chất lượng thoát nước của kết cấu áo đường.

3.3.1.2.Yêu cầu về thoát nước của kết cấu áo đường và những vấn đề liên quan

- Cấu tạo, hình dáng và kích thước các bộ phận của mặt cắt kết cấu áo

đường cần phải đảm bảo cho nước mặt thoát nhanh dễ dàng, hạn chế hoặc ngăn

chặn nước ngầm thấm vào đáy của mặt cắt kết cấu áo đường, và ngăn chặn nước

đọng hai bên chân ta luy đường thấm vào vật liệu của kết cấu áo đường. Những

biện pháp giải quyết vấn đề này được quy định tại Điều 9 trong TCVN 4054-2005,

Điều 8 trong TCN 5729-1997, TCVN 7957-2008 (Thoát nước - Mạng lưới và

công trình bên ngoài - Tiêu chuẩn thiết kế) và Điều 7 trong Quy định tạm thời về

thiết kế mặt đường bê tông xi măng thông thường có khe nối trong xây dựng công

trình giao thông (Ban hành kèm theo Quyết định số 3230/QĐ-BGTVT ngày 14

tháng 12 năm 2012 của Bộ trưởng Bộ Giao thông vận tải). Phần còn lại trong tiêu

chuẩn này là thiết kế hệ thống thoát nước cho kết cấu áo đường BTXM nhằm thoát

lượng nước mặt đã thấm vào kết cấu áo đường. [4], [5], [6], [12], [34].

- Những vấn đề liên quan đến thoát nước kết cấu áo đường: Trong quá trình

thiết kế, xây dựng và khai thác áo đường nếu việc bố trí hệ thống thoát nước cho kết

cấu không hợp lý, sẽ gây nên những hư hỏng đáng kể cho kết cấu mặt đường, làm

giảm chất lượng khai thác, gây khó khăn trong sửa chữa và giảm hiệu quả kinh tế.

- Chất lượng thoát nước của kết cấu áo đường phụ thuộc vào việc lựa chọn

loại nền đất, lớp móng kết cấu, chiều rộng tấm bê tông ngoài cùng, dạng liên kết với

lề, vật liệu lề, bố trí cấu tạo hệ thống thoát nước kết cấu, lượng mưa của khu vực,

quá trình bảo dưỡng khai thác mặt đường, mà nhất là hệ thống khe (khe nứt, khe

dọc, khe ngang,..) của mặt đường bê tông xi măng và việc quy hoạch bố trí hệ thống

thoát nước mặt dọc hai bên đường.

- Khi chất lượng thoát nước kết cấu áo đường không tốt (Cd giảm - số phần

trăm thời gian mặt đường chịu các mức độ ẩm gần tới bão hòa lớn) thì lượng nước này

trong kết cấu sẽ làm ảnh hưởng xấu đến lớp móng và nền bên dưới, nền mềm ra, cường

độ thấp mà cụ thể là hệ số nền k sẽ giảm, cường độ kéo uốn của bê tông và hệ số truyền

tải trọng cũng có xu hướng giảm theo và chiều dày tấm bê tông sẽ tăng [41].

3.3.1.3. Yêu cầu cơ bản trong thoát nước kết cấu áo đường của AASHTO và hệ số

thoát nước Cd

1/. Những yêu cầu cơ bản:

- Tất cả các khe ngang và khe dọc, trừ các đường nứt ngang trong mặt

đường bê tông cốt thép liên tục, đều phải được chèn bằng vật liệu chèn khe để giảm

thiểu sự xâm nhập của hơi ẩm và không để các vật cứng rơi vào các khe.

- Cần bố trí cấu tạo thoát nước ở mép mặt đường cứng về phía thấp tại mặt

phân cách của tấm bê tông xi măng poóc lăng với lớp móng để thu nước đã chảy

xuyên qua các đường nứt trong tấm bê tông xi măng, trừ khi lớp móng đã được mở

rộng ra khắp mặt nền đường. Các yêu cầu của cấu tạo thoát nước ở mép mặt đường

được trình bày ở hình 3.5 là:

 Cấu tạo này được làm bằng bê tông không có cốt liệu mịn (để có đủ độ

rỗng cho nước thấm qua), cường độ chịu nén nở hông tự do ở 28 ngày tuổi lớn hơn

5 MPa (theo TCVN 3118: 1993 và AASHTO T22), được bao bọc bằng vải lọc

không dệt (vải địa kỹ thuật), bên trong là một ống bằng PVC đường kính 6,5cm,

ống có gợn sóng và được đục lỗ (hình 3.5).

 Nước được dẫn thoát ra ngoài ở mỗi khoảng cách xa nhất là 60 m, và ở

những nơi có bố trí hệ thống thoát nước ngầm thì ống được nối với hệ thống này.

- Việc cần thiết thiết kế hệ thống thoát nước kết cấu áo đường phải được

xem xét phân tích về chi phí/ lợi ích.

- Trước tiên nên tìm hiểu các vấn đề sau để quyết định việc thiết kế thoát

nước kết cấu áo đường(*)

 Lưu lượng xe tải, xe bus lớn đến mức độ nào

 Điều kiện thời tiết có thể làm cho nước thấm vào trong kết cấu áo đường

và làm bão hòa các lớp này trong một thời gian dài không

 Đất nền đường có khả năng thấm và thoát nước thẳng đứng xuống sâu,

hay đất nền có nhiều thành phần hạt sét làm cản trở dòng chảy

 Liệu trong các lớp của áo đường có những vật liệu dễ bị nước làm hư

hỏng, liệu có biện pháp nào khác trong khi thiết kế có thể giảm thiểu vấn đề xấu do

nước gây nên

Hình 3.5:Cấu tạo thoát nước ở mép mặt đường BTXM

Bảng 3.9: Đánh giá để chọn giải pháp thiết kế thoát nước

Tổng số xe tải, xe bus

>10 triệu

Từ 2 đến 10 triệu

< 2 triệu

trên 1 làn trong 20 năm

Hệ số thấm của nền

3÷30 >30

thượng k (m/ngày đêm)

Giải pháp chọn

Chú thích:

C - cần thiết kế; KC - không cần thiết kế; X - Có thể thiết kế nhưng cần xem xét thêm như (*)

kết cấu áo đường cứng

- Nếu không đủ dữ liệu để phân tích chi phí/lợi ích như đã nói trên, có thể

tham khảo hướng dẫn ở bảng 3.9 để chọn giải pháp thiết kế thoát nước cho kết cấu

áo đường BTXM

2/. Hệ số thoát nước Cd

Trị số Cd có ảnh hưởng lớn đến sức chịu tải của mặt đường BTXM, có

những tác động nghiêm trọng đến sự làm việc của kết cấu áo đường. Lượng nước

thừa và tải trọng xe càng tăng thì kết cấu áo đường càng chóng hư hỏng.

- Trong hướng dẫn thiết kế của AASHTO đã xem xét đến tác động của độ

ẩm đối với lớp đất nền và lớp móng áo đường.

- Việc giải quyết đối với mức độ thoát nước mong muốn với mặt đường cứng

là thông qua việc sử dụng hệ số thoát nước Cd (Nó có ảnh hưởng tương tự như

thông số truyền tải trọng). Như một cơ sở so sánh, giá trị đối với Cd trong các điều

kiện thử nghiệm đường AASHTO lấy là 1,0.

- Bảng 3.10-Dùng để tra giá trị Cd cho mặt đường bê tông xi măng, tùy thuộc

vào chất lượng thoát nước và số phần trăm thời gian mặt đường chịu các mức độ ẩm

gần tới bão hòa. Hai vấn đề trên phụ thuộc vào lượng mưa trung bình năm và các

điều kiện thoát nước thực tế. [51].

Bảng 3.10: Giá trị Cd dùng cho mặt đường bê tông xi măng.[52].

Số phần trăm thời gian trong năm mặt đường

Chất lượng

chịu mức độ ẩm gần đạt bão hòa

thoát nước

<1%

1÷5 %

5÷25 %

>25%

Hoàn hảo

1,25÷1,20

1,20÷1,15

1,15÷1,10

1,10

Tốt

1,20÷1,15

1,15÷1,10

1,10÷1,00

1,00

Khá

1,15÷1,10

1,10÷1,00

1,00÷0,90

0,90

Kém

1,10÷1,00

1,00÷0,90

0,90÷0,80

0,80

Rất kém

1,00÷0,90

0,90÷0,80

0,80÷0,70

0,70

Bảng 3.11: Thời gian thoát nước tương ứng với chất lượng thoát nước[21]

Chất lượng thoát nước Thời gian nước thoát tương ứng

Hoàn hảo 2 giờ

Tốt Một ngày

Khá Một tuần

Kém Một tháng

Rất kém Không thoát đi được

- Trị số Cd có ảnh hưởng lớn đến sức chịu tải của mặt đường BTXM. Nếu xét

điều kiện thoát nước trung bình, thì lấy Cd = 1,0; nếu điều kiện thoát nước kém

Cd<1,0, thì hệ số nền k sẽ giảm, chiều dày tấm BTXM sẽ lớn và ngược lại Cd>1,0

tương ứng với điều kiện thoát nước tốt, thì k sẽ tăng và chiều dày tấm BTXM nhỏ.[41].

c) và hệ số

- Trị số Cd có liên quan đến cường độ kéo uốn của bê tông (S’

c cũng tăng 20% và J cũng có

truyền tải (J). Theo AASHTO, nếu Cd tăng 20% thì S’

xu hướng tăng như vậy.[41]

Bảng 3.12: Chất lượng thoát nước -Trị số Cd và Hệ số nền k tương ứng [41]

Trị số hệ số nền k Chất lượng thoát nước Chọn trị số Cd tương ứng với Cd (pci)

1,2 942 Thoát nước rất tốt

1,1 501 Thoát nước tốt

1,0 200 Thoát nước trung bình

0,9 44 Thoát nước kém

0,8 1 Thoát nước rất kém

- Hệ số Cd lựa chọn từ bảng 1.2 và tính toán kiểm tra tấm BTXM được thực

hiện trong công thức 1.15

3.3.1.4.Vấn đề thoát nước kết cấu cho mặt đường BTXM hiện nay ở khu vực miền Trung

Trong thời gian qua và hiện nay vấn đề thoát nước mặt đường nói chung và

thoát nước kết cấu mặt đường BTXM nói riêng trên địa bàn miền Trung đã có

những quan tâm nhất định, nhằm thiết kế xây dựng hệ thống thoát nước ngày một

hoàn chỉnh cho công trình đường, với mục đích góp phần khai thác hiệu quả thông

100

suốt và năng cao chất lượng phục vụ của tuyến trong các điều kiện thời tiết khác

nhau. (vấn đề này đã được thể hiện trong mục 3.2.1.2)

Tuy nhiên trong thực tế thiết kế, xây dựng và khai thác mặt đường BTXM

hiện nay trên địa bàn vì nhiều nguyên nhân khác nhau nên có ảnh hưởng nhất định

đến chất lượng thoát nước kết cấu mặt đường:

- Công tác thiết kế chưa bám sát quy trình.[6]

- Thi công với công nghệ thiếu đồng bộ.[5]

- Công tác duy tu sửa chữa một số nơi còn chưa kịp thời.

- Điều kiện thời tiết bất lợi của khu vực mà nhất là lượng mưa trung bình

năm cao.

Qua quá trình điều tra khảo sát thực tế các tuyến đường BTXM trên một số

địa bàn thuộc các tỉnh miền Trung tác giả nhận thấy nổi lên một số vấn đề sau:

- Trong thiết kế một số tuyến còn thiếu bám sát yêu cầu các cấu tạo của

quy trình: cấu tạo tấm BTXM ngoài cùng không mở rộng, thiếu liên kết với lề,

không bố trí hệ thống thoát nước dưới lề, còn sử dụng lề đất, lớp đất nền trên

cùng và các lớp móng chưa đảm bảo tính thấm yêu cầu, ít dùng lớp móng

CPĐD gia cố (gia cố xi măng hoặc bi tum), mà chủ yếu sử dụng móng là CPĐD

kín với thành phần hạt <4,75 mm nhiều.

- Vì nguồn vốn hạn chế nên việc thiết kế thoát nước mặt, thoát nước kết cấu và

xây dựng mặt đường BTXM không đồng bộ, nên sau một thời gian khai thác đường mới

tiến hành xây dựng hệ thống thoát nước mặt (rãnh dọc, cống dọc, hố thu, thoát..).

- Việc xây dựng các khu, cụm dân cư dọc theo các tuyến đường với hệ

thống quy hoạch tổng thể và chi tiết về cao độ, thu gom, thoát nước, thiếu đồng bộ

gây cản trở thoát nước, thậm chí làm ngập đường.

- Thi công các lớp móng mặt đường ít mở rộng so với tấm BTXM, xử lý bề

mặt lớp móng khi thi công gián đoạn ít được quan tâm, mùa thi công lựa chọn thiếu

hợp lý, công nghệ thi công thiếu đồng bộ.

- Việc duy tu sửa chữa các khe trên mặt đường BTXM (khe ngang, khe

dọc, khe nứt) còn chưa kịp thời, thường xuyên, trong khi mặt đường BTXM

vào mùa mưa các khe này có xu thế mở rộng hơn, vật liệu chèn khe bị co lại,

nứt và bong tróc, tấm bê tông tiếp nối với lề ít được mở rộng, lề đất...đó là

101

những điều kiện thuận lợi để nước thâm nhập vào trong kết cấu và gây hư hỏng

kết cấu mặt đường.(PL7-1).

3.3.2. Kiến nghi lựa chọn hệ số thoát nước Cd cho khu vực miền Trung (Bảng

3.13) và một số cấu tạo thoát nước tham khảo (PL 7-2)

Cơ sở để kiến nghị lựa chọn hệ số thoát nước Cd:

- Yêu cầu thoát nước cho đường ô tô nói chung và kết cấu mặt đường BTXM

nói riêng theo quy định hiện hành của nước ta. [4], [5], [6], [12], [34], [41].

- Yêu cầu trong thiết kế thoát nước mặt đường BTXM của AASHTO [21],

[41], [52], [53], [54].

- Lượng mưa trung bình năm của khu vực xây dựng (bảng 2.29-Giá trị

khởi tạo lượng mưa trung bình năm của khu vực)

- Thực tế thiết kế, xây dựng, quản lý khai thác các tuyến đường BTXM

của khu vực.

- Mức độ ảnh hưởng của Cd đến hệ số truyền tải trọng, cường độ kéo uốn

của bê tông, hệ số nền, chiều dày tấm BTXM...[41].

Bảng 3.13: Hệ số thoát nước Cd đã được điều chỉnh và kiến nghị cho

Đất nền từ A1 đến A3

Cấu tạo thoát nước ở mép tấm

Lượng mưa trung bình năm; mm

Đất nền từ A-4 đến A7-6 Lớp móng Lớp móng trên thấm trên không nước thấm nước

Lớp móng trên không thấm nước

Lớp móng trên thấm nước

Không có

>762 mm

0.70-0.90

0.85-0.95

0.75-0.95

0.90-1.00

có

>762 mm

0.75-0.95

1.00-1.10

0.90-1.10

1.05-1.15

Không có

>1500 mm

0.65-0.85

0.80-0.90

0.70-0.90

0.80-0.90

có

>1500 mm

0.70-0.90

0.95-1.05

0.85-1.05

1.00-1.10

CHÚ THÍCH: Bảng 3.13

1) Móng thấm được nước (thoát nước) khi hệ số thấm k≥ 305m/ngày (1000ft/day).

2) Người thiết kế cần khảo sát, xem xét thực tế và dự đoán các điều kiện đã ghi ở dòng trên

cùng để chọn trị số Cd; khi không có điều kiện dự đoán, khảo sát, thì có thể lấy trị số ở

giữa 2 giới hạn đã cho của Cd trong bảng trên.

Đất A-4 đến A7-6: Đất hạt mịn (đất dính); Đất A-1 đến A-3: Đất hạt to (xem bảng 3.5).

khu vực miền Trung

102

3.4. Khảo sát độ chênh lệch nhiệt độ trong tấm BTXM mặt đường trạm Đà

Nẵng (PL 6-1)

3.4.1. Sự xuất hiện của các yếu tố: Nhiệt độ, vận tốc gió, lượng mưa trong năm

và sự ảnh hưởng đồng thời của các yếu tố đó đến tính toán chênh lệch nhiệt độ

trong tấm BTXM mặt đường

3.4.1.1. Sự xuất hiện yếu tố nhiệt độ lớn nhất

Yếu tố nhiệt độ lớn nhất xuất hiện vào các tháng trong năm không giống

nhau mà chủ yếu xuất hiện nhiều vào mùa nóng, thường từ tháng 4 đến tháng 6

hàng năm, có thể kéo dài đến tháng 7. Đây là giai đoạn thường xuất hiện giá trị

nhiệt độ lớn gây bất lợi cho sự làm việc của tấm BTXM mặt đường. Từ số liệu khảo

sát thu thập ở PL1-1 tiến hànhtính toán thống kê vào bảng PL1-7, sau đó tính toán

và thiết lập bảng 3.14, từ đó vẽ được đồ thị như hình 3.6

Bảng 3.14: Số lần xuất hiện nhiệt độ lớn nhất trong các tháng

trong năm của 36 năm

I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Tháng

Số lần xuất hiện nhiệt độ 0 0 0 5 14 6 8 3 0 0 0 0 lớn nhất trong 36 năm

Số lần xuất hiện nhiệt độ lớn nhất trong 36 năm

) n ầ l ( n ệ i

Số lần xuất hiện nhiệt độ lớn nhất trong 36 năm

I I

I I I

X X X

V V V

h t ấ u x n ầ l

g I n á h T

ố S

Hình 3.6: Số lần xuất hiện yếu tố nhiệt độ cao nhất của các tháng

trong năm của 36 năm

3.4.1.2. Sự xuất hiện yếu tố vận tốc gió lớn nhất

Số lần xuất hiện gió có vận tốc lớn trong năm của các tháng không giống nhau,

từ đó ảnh hưởng đến sự làm việc của mặt đường vào các thời điểm trong năm cũng

103

khác nhau.Từ chuỗi số liệu khảo sát ở PL1-2 tiến hành tính toán và thống kê số liệu lập

bảng 3.15, từ đó vẽ được đồ thị biểu diễn sự xuất hiện số lần gió có vận tốc lớn trong

các tháng của năm cho 36 năm như hình 3.7

Bảng 3.15: Số lần xuất hiện vận tốc gió lớn nhất trong các tháng

trong năm của 36 năm.

I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Tháng

Số lần xuất hiện vận tốc 1 1 1 0 2 1 3 7 5 4 6 5 gió lớn nhất trong 36 năm

Số lần xuất hiện vận tốc gió lớn nhất trong 36 năm

) n ầ l ( n ệ i

Số lần xuất hiện vận tốc gió lớn nhất trong 36 năm

I I

I I I

X X X

V V V

h t ấ u x n ầ l

ố S

g I n á h T

Hình 3.7: Số lần xuất hiện yếu tố vận tốc gió cao nhất của các tháng

trong năm của 36 năm

3.4.1.3. Sự xuất hiện yếu tố lượng mưa lớn nhất

Lượng mưa ngày lớn xuất hiện trên các tháng trong năm không giống nhau.

Từ chuỗi số liệu thu thập (PL1-5) tính toán thiết lập bảng 3.16, từ đó vẽ được đường

biểu diễn số lần xuất hiện lượng mưa ngày lớn cho các tháng trong năm của 36 năm

như hình 3.8:

Bảng 3.16: Số lần xuất hiện lượng mưa ngày lớn nhất trong các tháng của năm

trong 36 năm

Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

Số lần xuất hiện lượng

mưa ngày lớn nhất trong 0 0 0 0 1 1 1 2 2 6 11 12

36 năm

104

Số lần xuất hiện lượng mưa ngày lớn nhất trong 37 năm

) n ầ l ( n ệ i

Số lần xuất hiện lượng mưa ngày lớn nhất trong 37 năm

I I

I I I

X X X

V V V

h t ấ u x n ầ l

Các tháng trong năm

ố S

Hình 3.8: Số lần xuất hiện yếu tố lượng mưa cao nhất của các tháng

trong năm của 36 năm

3.4.1.4.Sự xuất hiện và ảnh hưởng đồng thời của 3 yếu tố (Nhiệt độ, vận tốc gió và

lượng mưa) đến tính toán tấm BTXM mặt đường

Sự xuất hiện đồng thời của các yếu tố nhiệt độ cao và vận tốc gió lớn gây bất

lợi cho sự làm việc của tấm BTXM mặt đường; yếu tố lượng mưa làm giảm nhiệt

độ tấm nên sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai mặt của tấm giảm xuống. Sự ảnh hưởng

tổng hợp của 3 yếu tố (Nhiệt độ, vận tốc gió và lượng mưa) xuất hiện không đồng

thời được tính toán thống kê vào bảng 3.17, từ đó vẽ được đồ thị hình 3.9

Bảng 3.17: Số lần xuất hiện đồng thời các yếu tố Nhiệt độ, vận tốc gió và

lượng mưa vào các tháng trong năm

Số lần xuất hiện nhiệt độ lớn nhất trong 36 năm

Số lần xuất hiện vận tốc gió lớn nhất trong 36 năm

Số lần xuất hiện lượng mưa ngày lớn nhất trong 36 năm

Tháng

III

5

3

14

7

6

5

VII

8

VIII

6

11

12

XII

105

Số lần xuất hiện nhiệt độ lớn nhất trong 36 năm

Sự xuất hiện đồng thời 3 yếu tố: nhiệt, gió và mưa

) n ầ l ( n ệ i

Số lần xuất hiện vận tốc gió lớn nhất trong 36 năm

h t ấ u x n ầ l

ố S

Số lần xuất hiện lượng mưa ngày lớn nhất trong 36 năm

I I

I I I

X X X

V V V

g I n á h T

Hình 3.9: Sự xuất hiện đồng thời của 3 yếu nhiệt độ, vận tốc gió và lượng mưa

cao nhất của các tháng trong của 36 năm

3.4.2.Khảo sát sự chênh lệch nhiệt độ trong tấm BTXM mặt đường ô tô khu vực

Miền Trung - TP Đà Nẵng (Mùa hè)

3.4.2.1.Sơ đồ khảo sát nhiệt trong tấm BTXM mặt đường (Hình 3.10)

Hình 3.10: Sơ đồ khảo sát nhiệt trong tấm BTXM mặt đường

106

3.4.2.2.Số liệu thu được tương ứng cho 3 ngày đo (Bảng 3.18)

Bảng 3.18: Số liệu khảo sát thu thập tương ứng với 3 ngày đo

Nhiệt

Chênh

Nhiệt độ (oC) đo được

Độ ẩm

Thời

độ

Vận

lệch nhiệt

tại các vị trí

không

Ngày

điểm

không

tốc gió

độ max

TT

khí

đo

khí

(Km/h)

giữa vị trí

1

2

3

4

5

6 (%)

(giờ)

(oC)

1&6

5.6

5.0

14.

6.0

18

53

49

43

39

37

35

37

13

28

5.5

2016

7.8

6.5

6.0

4.0

28.2 30 31.5 33 33.4 33.8 28.5

42.4 37.5 35.6 34 32.5 32

33.5

6.5

15.

17.2

28

5.5

13

52

48 43 38.2 37 34.8 36.2

6.8

47.2 46

41 40.2 38.4 36.5 34.5

2016

5.5

33 35.2 37.2 37.6 36.8

4.5

27.4 29.5 33.6 34 34.8 33

28.2

5.0

28 29.4 32 32.5 33.2 33.8

39.6 37 35.4 33 32.2 34

6.0

16.

18.3

28

5.5

13 52.5 46

41 37.8 37 34.2

37

2016

7.8

46 45.2 40 39.8 38

6.5

35 36.6 37 35.8

6.0

26.5 29.4 31 34.5 34 33.4

107

3.4.2.3. Khảo sát sự chênh lệch nhiệt độ trong tấm BTXM mặt đường ô tô khu vực

miền Trung (Chọn một ngày đêm để kiểm tra.)

1/. Sơ đồ vị trí đo: vị trí 1 tại mặt đường, vị trí 2 cách mặt đường 5 cm, vị trí

3 cách mặt đường 10 cm, vị trí 4 cách mặt đường 15 cm, vị trí 5 cách mặt đường 20

cm, vị trí 6 cách mặt đường 25 cm. (như hình 3.10)

2/. Số liệu thu được: Tính toán cho một ngày đêm (14.6.2016): Nhiệt độ

không khí, nhiệt độ mặt đường BTXM ở những độ sâu khác nhau trong tấm bê tông

(0cm, 5cm, 10cm, 15cm, 20cm, 25cm): (như bảng 3.19)

Bảng 3.19: Nhiệt độ không khí, nhiệt độ mặt đường và độ ẩm không khí

Các mốc thời gian khảo sát nhiệt độ

) trong tấm bê tông xi

Vị trí đo nhiệt độ

măng mặt đường vào thời điểm (giờ)

1

5

9

13

17

21 25(1)

Không khí

1 (0cm)

2 (5cm)

3 (10cm)

4 (15cm)

5 (20cm)

6 (25cm)

Độ ẩm không khí (%)

Vận tốc gió (km/h)

5.6

5.0

6.0

5.5

7.8

6.5

6.0

(1)- Thời điểm đo lúc 1 giờ sáng ngày hôm sau

3/. Các đồ thị thể hiện những tham số liên quan: Nhiệt độ không khí, độ ẩm, tốc

độ gió với nhiệt độ trong tấm BTXM ở các vị trí: 1, 2, 3, 4, 5, 6 có độ sâu tương

ứng là: 0cm, 5cm, 10cm, 15cm, 20cm và 25cm cách mặt đường

 Đồ thị biến thiên nhiệt độ không khí và nhiệt độ mặt đường ở các độ sâu

khác nhau

108

Hình 3.11: Biến thiên nhiệt độ không khí và nhiệt độ mặt đường ở các độ sâu

khác nhau.

Đồ thị biến thiên nhiệt độ không khí, nhiệt độ mặt đường (vị trí 1) và độ ẩm.

Hình 3.12: Biến thiên nhiệt độ không khí, độ ẩm không khí và nhiệt độ

bề mặt đường.

109

 Đồ thị biến thiên nhiệt độ không khí, nhiệt độ mặt đường (vị trí 1), độ ẩm &

tốc độ gió.

Hình 3.13: Biến thiên nhiệt độ không khí, độ ẩm không khí, nhiệt độ bề mặt

đường và tốc độ gió.

 Đồ thị biến thiên nhiệt độ không khí, nhiệt độ mặt đường (vị trí 1&6)

Hình 3.14: Biến thiên nhiệt độ không khí và nhiệt độ mặt đường ở mặt và

đáy tấm bê tông.

110

4/. Chênh lệch nhiệt độ giữa mặt trên và mặt dưới tấm bê tông mặt đường ở

các thời điểm ) và giá trị lớn nhất như bảng 3.20 sau:

Bảng 3.20: Chênh lệch nhiệt độ giữa mặt trên và mặt dưới

tấm BTXM mặt đường

Các mốc thời gian khảo sát nhiệt độ

) trong tấm bê

Vị trí đo nhiệt độ

tông xi măng mặt đường vào thời điểm (giờ)

1

5

9

13

17

21 25(1)

Không khí

1 (0cm)

6 (25cm)

-7

-8

-5

+11

+18

+11

-5

Chênh lệch nhiệt độ 2 mặt

)

Gía trị chênh lệch nhiệt độ lớn

+ 18

(Thời điểm 13 giờ trong ngày)

nhất

((1)- Thời điểm khảo sát vào 1 giờ sáng ngày hôm sau)

5/. Khoảng dao động nhiệt độ lớn nhất của từng vị trí đo trong một ngày đêm

) và giá trị lớn nhất trong một ngày đêm như bảng 3.21 sau:

Bảng 3.21: Dao động nhiệt độ trong từng vị trí đo trong một ngày đêm

Các mốc thời gian khảo sát nhiệt độ

) trong tấm bê

Vị trí đo

)

tông xi măng mặt đường vào thời điểm (giờ)

nhiệt độ

)

25 (1)

1

5

9

13

17

21

Không khí

1 (0cm)

2 (5cm)

3 (10cm)

26

4 (15cm)

(vị trí

5 (20cm)

6 (25cm)

Độ ẩm không

khí (%)

111

6/. Đồ thị biến thiên nhiệt độ tấm BTXM khảo sát tương ứng với 3 ngày- đêm.

Dựa vào bảng số liệu khảo sát (Bảng 3.18- Số liệu khảo sát thu thập chọn

tương ứng với 3 ngày đo) tiến hành lập đồ thị thể hiện sự biến thiên nhiệt độ không

khí và nhiệt độ trong mặt đường BTXM như sau:

 Biến thiên nhiệt độ không khí và nhiệt độ tại các vị trí đo cho tấm BTXM:

Hình 3.15:Biến thiên nhiệt độ không khí và nhiệt độ tại các vị trí đo cho

tấm BTXM

 Biến thiên nhiệt độ không khí, nhiệt độ tấm BTXM tại vị trí 1và 6

Hình 3.16 Biến thiên nhiệt độ không khí và nhiệt độ tại các vị trí đo cho

tấm BTXM

112

3.4.3. Kết quả giá trị ∆T (Độ chênh lệch nhiệt độ giữa 2 mặt của tấm BTXM) tính

ra theo các nhóm công thức khác nhau và theo khảo sát:(Bảng 3.22)

∆T theo tính toán

∆T theo khảo sát

Quyết định số

Khảo sát sự biến thiên nhiệt độ trong tấm

Hướng dẫn AASHTO

22TCN 223-95

3230/QĐ - BGTVT (2012)

BTXM mặt đường (Kích thước 500x350x25 Cm) khu vực TP Đà Nẵng

Cả nước Miền Trung

Áp dụng vào Việt Nam

Trạm khảo sát: TP Đà Nẵng

(1)

(2)

(3)

(4)

TD* (xác định theo Công

0,84h

0,89.h

Nhiệt độ không khí trong ngày lúc cao nhất: 37 oC, lúc thấp nhất: 28 oC

thức 1.13 với số liệu tự nhiên tại Đà Nẵng) Kết quả ∆T (oC) với h = 25 cm

Bảng 3.22: Các giá trị ∆T (oC) theo tính toán và khảo sát

21,00

22,25

6,38

18,00

Ghi chú:

Gía trị ∆T tính ra theo (1),(2) và (4) là ở trạng thái bất lợi, còn theo (3) là giá trị trung bình.

3.5. Hệ số giãn nhiệt của bê tông xi măng và vấn đề bố trí khe giãn trong thiết

kế mặt đường BTXM

3.5.1. Hệ số giãn nhiệt của BTXM

- Khái niệm: Hệ số giãn nở nhiệt của BTXM (αc) là sự thay đổi chiều dài đơn

vị trên mỗi mức độ thay đổi về nhiệt độ. Hệ số giãn nở nhiệt của bê tông phụ thuộc

vào tỷ lệ N/X, tuổi bê tông, lượng xi măng, độ ẩm tương đối, loại cốt liệu, nhất là

cốt liệu hạt lớn có ảnh hưởng nhiều đến αc.

- Ứng dụng: Hệ số giãn nở của BTXM dùng trong tính toán ứng suất kéo uốn

lớn nhất do gradient nhiệt độ lớn nhất gây ra trong tấm BTXM [6], dùng để tính

toán bề rộng khe giãn trong thiết kế mặt đường BTXM thông thường có khe

nối[20][41], dùng để thiết kế cốt thép với mặt đường bê tông cốt thép.[34]

- Giá trị lựa chọn: Khi không có tính toán cụ thể theo từng loại bê tông, có thể lựa

chọn hệ số αc theo loại cốt liệu lớn sử dụng trong hỗn hợp bê tông (bảng 3.23 và 3.24)

Bảng 3.23: Hệ số giãn nở nhiệt αc của BTXM theo 3230/QĐ -BGTVT

Loại đá cốt liệu thô trong BTXM Đá silic Sa thạch Cuội sỏi Granit Đá vôi

12 12 11 10 7 αc.(10-6/°C)

113

Bảng 3.24: Trị số c của bê tông theo hướng dẫn AASHTO

Loại cốt liệu hạt lớn Thạch anh Đá cát (sa thạch) Sỏi cuội Granit Basalt Đá vôi Trị số c của bê tông 10- 6/ 0C; (10-6/ 0F) 11,9 (6.6) 11,7 (6.5) 10,8 (6.0) 9,5 (5.3) 8,6 (4.8) 6,8 (3.8)

3.5.2. Vấn đề bố trí khe giãn trong mặt đường BTXM

3.5.2.1.Cấu tạo và quy định

- Nên sử dụng các tấm hình chữ nhật có chiều rộng (tức là khoảng cách giữa

các khe dọc) trong phạm vi 3,00 ÷ 4,50m và chiều dài (tức là khoảng cách giữa các

khe ngang) trong khoảng 4,00 ÷ 5,00m nhưng tỷ số giữa chiều dài và chiều rộng của

tấm không nên vượt quá 1,35 lần. Ở khu vực phía Nam nước ta chiều dài tấm không

nên > 4,80m và nên là 4,50m.[6].

-Khe giãn phải được bố trí tại vị trí tiếp giáp với cầu hoặc tại các vị trí giao

nhau với các đường khác. Số lượng các khe giãn cần được bố trí tùy theo trị số giãn

nở của BTXM nhiều hay ít. Chiều rộng của khe giãn nên thiết kế trong khoảng 20 ÷

25mm, trong khe bố trí vật liệu chèn khe, bản đệm và thanh truyền lực có thể di

động; Cấu tạo chi tiết xem hình 3.17. Tùy trường hợp điều kiện nhiệt độ lúc thi

công tư vấn thiết kế có thể bố trí thêm một số khe giãn nhưng khoảng cách các khe

giãn không nên nhỏ hơn 12 ÷ 15 lần chiều dài tấm..[6].

Hình 3.17.Cấu tạo khe giãn trong mặt đường BTXM

Kích thước bản vẽ (mm); h-Chiều dày tấm BTXM

114

3.5.2.2.Tính toán chiều rộng khe giãn (b)

Nếu gọi L là khoảng cách giữa 2 khe giãn, chiều dài tấm bê tông chọn 4,5 m,

theo quy định trên nên chọn L không nhỏ hơn 55m (chọn 55m), chiều rộng khe giãn

(b) tính như sau:

b = β.αc.L.∆t.1000 (mm) (3.8)

Trong đó:

β- hệ số ép co của vật liệu chèn khe, chọn β= 2

L- Khoảng cách giữa hai khe giãn: 55m

∆t- Chênh lệch giữa nhiệt độ cao nhất trung bình tấm BTXM trong quá

trình khai thác đường so với nhiệt độ khi đổ bê tông. Xét cho trường hợp bất lợi:

chọn nhiệt độ khai thác mặt đường cao (400C) và nhiệt độ khi đổ bê tông thấp

(200C), nên ∆t = 40- 20 = 200C.

.αc- hệ số giãn nở của bê tông: lựa chọn tính toán chiều rộng khe giãn với

αc= 6,8 ÷ 11,9.10-6/0C như bảng 3.23&3.24; kết quả tập hợp trong bảng 3.25

Bảng 3.25. Chiều rộng khe giãn tương ứng với các hệ số giãn nhiệt của BTXM

TT Hệ số giãn nở nhiệtcủa BTXM αc.(10-6/°C) Chiều rộng khe giãn b (mm)

1 11,9 26.18

2 11,7 25,74

3 10,8 23,76

4 9,5 20,9

5 8,6 18,92

6 6,8 14,96

Từ bảng 3.25 nhận thấy: hệ số giãn nhiệt tăng từ 6,8 đến 11.9 thì bề rộng khe

11.9−6.8

5.1

giãn tăng từ 14,96 lên 26,18; vậy nên nếu hệ số giãn nhiệt bê tông tăng lên 1 đơn vị

26.18−14.96

11.22

2.2

thì bề rộng khe giãn tăng lên 2.2 mm ( ). Do đó kết luận sự = =

ảnh hưởng của hệ số giãn nhiệt bê tông đến bề rộng khe giãn là không lớn.

3.5.2.3.Các hạn chế do khe giãn gây ra với mặt đường

Trong thời gian qua và thực tế hiện nay ta thấy khi trên mặt đường có bố

trí khe giãn: chiều rông khe giãn theo tính toán (3.8) nhưng thường từ 2÷2,5 cm,

khoảng cách giữa hai khe giãn từ 25÷72 m hoặc cuối ca thi công, lượng cốt thép

bố trí trong khe giãn nhiều hơn khe co, xử lý đầu mũ cốt thép phức tạp hơn, thi

115

công tấm đệm và nhét mát tíc vào phần trên của khe phức tạp hơn (hình 3.17).

Qua đó ta thấy tồn tại một số vấn đề sau:

- Thiết kế khe giãn gây tốn kém nhiều.

- Thi công khe giãn (kể cả thủ công và cơ giới) khó khăn phức tạp hơn.

- Thường xuất hiện các hư hỏng, quản lý sửa chữa khó khăn.

- Làm giảm độ bằng phẳng cho mặt đường, gây xóc khi chạy xe (giảm độ êm

thuận khi xe qua)

Tùy thuộc vào cự ly giữ hai khe giãn, chiều rộng khe, mức độ hư hỏng và

công tác quản lý duy tu sửa chữa khe, tốc độ chạy xe mà mức độ êm thuận thể hiện

khác nhau (Bảng 3.26)

Bảng 3.26.Thời gian để xe chạy từ khe giãn trước đến khe giãn tiếp theo (giây)

Vận tốc xe chạy (Km/h)

Cự ly giữa

100

120

80 2 khe giãn(m)

Thời gian để xe chạy từ khe giãn trước đến khe giãn tiếp theo (giây)

4,8

3,6

2,4

1,8

1,4

1,2

5,4

4,0

2,7

2,0

1,6

1,3

6,0

4,5

3,0

1,8

1,5

2,2

50

6,6

4,9

3,3

2,5

2,0

1,6

7,2

5,4

3,6

2,7

2,2

1,8

8,4

6,3

4,2

3,1

2,5

2,1

9,6

7,2

4,8

3,6

2,9

2,4

9,0

6,0

4,5

3,6

3,0

100

Theo bảng trên ta thấy nếu cự ly giữa 2 khe giãn là 50 m,vận tốc xe chạy 80

km/h, thì chỉ cần 2,2 giây là vượt qua 1 khe giãn, do đó nếu khe giãn không tốt thì

người ngồi trên xe thường xuyên (sau 2,2 giây) cảm nhận sự kém êm thuận của mặt

đường.

3.5.3. Thiết kế khe giãn ở một số nước [14], [15], [20], [42]

3.5.3.1.Quan điểm của một số nước

Hiện nay ở nước ngoài người ta có xu hướng tăng khoảng cách giữa các khe

giãn lên. Ví dụ tại Mỹ, nhiều bang đã cho phép tăng khoảng cách hai khe giãn lên

180m, nhiều bang đã cho phép bỏ hẳn khe giãn. Gần đây theo hướng dẫn thiết kế của

116

Mỹ thì không cần bố trí khe giãn, trừ các tấm bê tông tiếp giáp với những kết cấu cố

định. Trong trường hợp này chiều rộng khe giãn thường vào khoảng 20 ÷ 25 mm.

Kinh nghiệm cho thấy có thể xây dựng mặt đường BTXM không có khe

giãn, nhất là thi công bê tông vào mùa hè bởi vì ứng suất phụ xuất hiện trong tấm bê

tông do tấm bê tông không giãn dài được không những không làm xấu sự làm việc

của tấm, mà ngược lại còn tạo ra ứng suất nén trước trong bê tông, làm giảm ứng

suất kéo uốn cho mặt đường (tốt) [14].

Thực tế ở nhiều nước cho thấy nếu thi công tấm BTXM vào mùa hè (nhiệt độ

đổ bê tông cao dẫn đến T nhỏ) thì với các tấm dày hơn 20 cm có thể không cần

làm khe giãn, còn nếu thi công vào các mùa khác thì L = 100 ÷ 200 m. [20]

Vị trí khe giãn trong mặt đường BTXM là các điểm yếu, là chỗ gây nên xóc,

làm phát sinh nên những hư hỏng, làm giảm độ bằng phẳng và êm thuận khi chạy xe.

Trong những năm gần đây, kết cấu mặt đường BTXM đơn giản (các tấm có

chiều dài 4÷ 5 m, không có thanh truyền lực, không có khe giãn…) được sử dụng

phổ biến để làm mặt đường cho những tuyến đường có lưu lượng xe qua lại thấp (ở

Pháp, Đức, Trung Quốc…).

Kinh nghiệm cho thấy: khi chiều dày tấm bê tông ≥ 20 cm thì không cần làm

khe giãn. [14].

3.5.3.2.Một số minh chứng cho vấn đề trên

 Theo Giáo Sư Mednicôp (Liên Xô cũ) đã tiến hành nghiên cứu xác định

nhiệt độ giới hạn gây nên uốn dọc trong tấm bê tông mặt đường có chiều dài vô hạn

(do bỏ khe giãn). Qua tính toán với các thông số bất lợi nhất, ông thấy rằng sự uốn

dọc trong tấm bê tông mặt đường chỉ có thể xảy ra khi nhiệt độ đột nhiên lớn hơn

56 C. Trong khi thực tế vì mặt đường có bố trí khe co và vì sự co ngót của bê tông

(tương đương với sự thay đổi nhiệt độ là 150C) nên nhiệt độ đột biến để có thể gây

nên uốn dọc phải là:560C+ 150C = 710C. Rỏ ràng sự thay đổi nhiệt độ lớn như vậy

trong tấm bê tông đổ ở nhiệt độ dương là rất ít xảy ra. Từ đó Mednicôp đã kết luận

là: có thể bỏ khe giãn khi xây dựng mặt đường BTXM ở Liên Xô cũ. [15].

* Giá trị gần đúng của ứng suất nén tác dụng lên các đầu tấm do tấm bê tông

không giãn được (vì không có khe giãn) là:

117

Ϭ = E. α (T - T - T ) KG/Cm (3.9)

E- mô đun đàn hồi bê tông (KG/Cm )

T - nhiệt độ lớn nhất của bê tông có thể xảy ra trong vùng xây dựng mặt đường

bằng nhiệt độ lớn nhất không khí tăng thêm 20÷ 25%.

T - nhiệt độ hỗn hợp bê tông lúc thi công

T - tác dụng co rút lúc bê tông đông cứng, tương đương với sự thay đổi nhiệt độ

là 150C.

Ví dụ: Nếu nhiệt độ khi đổ bê tông là 100C, nhiệt độ lớn nhất có thể xảy ra trong

mặt đường bê tông là 650C, E = 350.000 KG/Cm ,α = 0,00001 thì:

Ϭ = 350.000x 0,00001x(65-10-15) =140 KG/Cm .

Ta thấy trị số ứng suất này (140 KG/Cm ) chỉ bằng 40% cường độ chịu nén giới

hạn của bê tông mác 400 nên vẫn an toàn.

 Kiểm tra ứng suất co giãn trong tấm bê tông:

Giả thiết có một tấm có chiều dài (hướng x) và chiều ngang (hướng y) rất lớn,

khi nhiệt độ của toàn tấm tăng hoặc giảm thì tại một điểm bất kỳ trong tấm biến

dạng sẽ là:

ε = (Ϭ - μ .Ϭ ) +α .T

ε = (Ϭ - μ .Ϭ ) +α .T (3.10)

Trong đó:

α - Hệ số co giãn nhiệt của bê tông, thay đổi từ 0,6 x 10 ÷ 1,3 x 10 , trong

tính toán thường lấy bằng 1,0 x 10 . C

T - Biên độ tăng giảm nhiệt của tấm ( C), khi tăng dấu +, khi giảm dấu -.

E , μ - Mô đun đàn hồi và hệ số posson của bê tông.

Ở phần giữa của tấm do sự ma sát giữa tấm và móng cản trở nên tấm không thể

di động khi nhiệt độ tăng giảm, tức ε = ε = 0. Thay giá trị này vào công thức

(3.10) có thể tìm được ứng suất sinh ra khi sự co giãn của tấm hoàn toàn bị cản trở:

ε = ε = - (3.11)

118

Đối với phần giữa cạnh biên của tấm hoặc với các tấm hẹp và dài (cạnh dài song

song trục x) thì: ε = 0, ε = 0 ta có:

ε = - E .α .T (3.12)

Trong hai công thức trên khi lấy trị số mô đun đàn hồi của bê tông E nên xét

tới thời gian kéo dài của tác dụng ứng suất do hiệu ứng từ biến của bê tông, theo

kinh nghiệm chỉ lấy bằng 1/3÷ 1/2 mô đun tiêu chuẩn của bê tông.

Ví dụ 1: Nhiệt độ của tấm bê tông mặt đường khi đông cứng là 30 C, ngày thứ

hai sau khi đổ bê tông nhiệt độ giảm xuống 15 C, nếu chưa kịp xẻ khe thì ứng suất

co rút có thể xuất hiện trong tấm bê tông lúc này có thể là:

Giải: Lấy E = 2,5 x 10 Mpa, μ = 0,15, từ công thức (3.11) tính được ứng

suất nhiệt như sau:

Ϭ = - = 4,4117 Mpa

Lúc này tấm bê tông chưa hoàn toàn cứng nên cường độ chịu kéo của nó chưa đủ để

chịu được trị số ứng suất kéo lớn như trên nên trong tấm sẽ xuất hiện đường nứt.

Ví dụ 2: Nhiệt độ trung bình của tấm bê tông mặt đường khi hoàn công là 20 C,

nhiệt độ trung bình cao nhất của tấm khi khai thác là 55 C, nếu không bố trí khe

giãn thì biến dạng giãn nở của tấm bị cản trở, thì ứng suất giãn nở lớn nhất có thể

xuất hiện trong tấm lúc đó là bao nhiêu?

Giải:Do nhiệt độ tấm bê tông thay đổi kéo dài hàng tháng nên lấy

E = 2,0 x1 Mpa

Từ công thức (3.11) tính được ứng suất nhiệt như sau:

Ϭ = - = - 8,2353 Mpa

Trị số ứng suất nén bằng 8,2353 Mpa trong tấm bê tông là giá trị nhỏ hơn nhiều

so với cường độ chịu nén của bê tông. Đây là một căn cứ để bỏ khe giãn trong mặt

đường BTXM.

 Kiểm tra ứng suất ma sát:

Đối với tấm mặt đường hẹp và dài, lực ma sát của nền móng sẽ cản trở sự thay

đổi chiều dài tấm (vì nhiệt gây co giãn), mà lực ma sát thay đổi theo trọng lượng

119

tấm, tức tỷ lệ thuận với khoảng cách x kể từ cạnh tự do của tấm, từ đó sinh ra ứng

suất nhiệt tương ứng (còn gọi là ứng suất ma sát):

Ϭ = γ .f. x (3.13)

Trong đó:

γ - dung trọng bê tông, thường chọn bằng 0,024 MN/m

f - hệ số ma sát giữa tấm bê tông và nền móng có liên quan đến loại móng, tình

hình dịch chuyển của tấm, thường lấy bằng 1÷ 2.

Trị số lớn nhất của ứng suất ma sát không thể lớn hơn ứng suất co giãn khi sự

giãn dài của tấm hoàn toàn bị cản trở. Ta đồng nhất công thức (3.13) và (3.12) thì

xác định được vị trí bắt đầu xuất hiện ứng suất ma sát lớn nhất x (còn gọi là chiều

dài khu hoạt động của tấm bê tông):

X = (3.14)

Trong phạm vi X khi nhiệt độ tăng giảm tấm sẽ dịch vị, còn quá phạm vi này sự

thay đổi chiều dài tấm hoàn toàn bị cản trở.

Khi chiều dài L < 2 X , ứng suất ma sát lớn nhất xuất hiện ở giữa chiều dài tấm,

trị số này có thể tính theo công thức:

Ϭ = (3.15)

Để giảm ứng suất co giãn có thể chia mặt đường thành các tấm có kích thước

hữu hạn. Nếu chiều dài tấm là 6m thì Ϭ ≈ 0,1 MPa và có thể bỏ qua.

 Chiều rộng khe giãn: Như đã tính ở phần trên (mục 3.5.2.2) ta có chiều

rộng khe giãn lớn nhất là 26,18mm, nhỏ nhất 14,96mm; với cự ly giữa 2 khe giãn là

55m, chiều dài tấm bê tông thiết kế 4,5m. Do đó số khe co trên đoạn đường giữa 2

khe giãn là 55/4,5-1≈ 11 khe co, và hơn nữa độ giãn nở tính ra như trên là quá nhỏ,

từ đó cho thấy việc không bố trí khe giãn trên mặt đường là có cơ sở thực hiện được.

Kết luận: Thiết nghĩ khi thiết kế và bảo dưỡng tốt các khe co thì có thể loại

bỏ sự cần thiết phải sử dụng khe giãn trong mặt đường, trừ trường hợp tại một số vị

trí như: nơi tiếp giáp với các kết cấu cố định, tại nơi kết thúc ca thi công, tại nơi

đường giao…thì có những thiết kế riêng.

120

Thực tế trong những năm gần đây, nhiều nước trên thế giới đã không áp

dụng khe giãn nữa nhằm tăng sự bằng phẳng cho mặt đường, tạo sự êm thuận khi

chạy xe, đồng thời làm giảm chi phí xây dựng, khai thác và góp phần hạn chế những

hư hỏng vốn thường từ khe giãn gây nên.

3.6. Kết luận chương 3

Từ nội dung nghiên cứu của chương 3 có một số kết luận chính sau.

- Nghiên cứu sinh đã tiến hành nghiên cứu lựa chọn và kiến nghị đưa vào sử dụng

hệ số thoát nước Cd(Bảng 3.13)trong tính toán mặt đường BTXM theo AASHTO.

- Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ số giãn nhiệt bê tông đến bề rộng khe giãn

mặt đường BTXM, từ đó cho thấy không dùng khe giãn trong mặt đường là có thể

thực hiện được.

- Trên cơ sở số liệu về nhiệt, gió và mưa của trạm Đà Nẵng, đã tiến hành

phân tích xác định sự xuất hiện và ảnh hưởng của từng yếu tố, ảnh hưởng đồng thời

của 3 yếu tố đến tính toán tấm BTXM mặt đường vào các thời điểm trong năm, thời

điểm xuất hiện yếu tố bất lợi về nhiệt từ tháng 4 đến tháng 6, gió từ tháng 4 đến

tháng 6 và tháng 9 đến tháng 10, mưa từ tháng 10 đến tháng 11.

- Phân bố nhiệt độ trong tấm BTXM mặt đường ở các độ sâu khác nhau theo

chu kỳ ngày đêm tại khu vực Đà Nẵng là rất lớn. Nhiệt độ cao nhất trong khoảng 12

đến 14 giờ, nhiệt độ bề mặt lớn hơn 50oC; thấp nhất từ 1 giờ đến 6 giờ, nhiệt độ

giảm xuống còn 27oC; chênh lệch nhiệt độ khá cao đến 26oC.

- Nhiệt độ trong tấm BTXM mặt đường không những phụ thuộc vào nhiệt

độ môi trường mà còn phụ thuộc vào những yếu tố khác như: vận tốc gió, độ ẩm

không khí.v.v.

- Sự thay đổi nhiệt độ và mức độ chịu ảnh hưởng các yếu tố khí hậu thời tiết

vào trong tấm BTXM giảm dần theo chiều sâu.

- Mức độ dao động nhiệt ở các độ sâu khác nhau trong tấm bê tông mặt

đường là không giống nhau, và trên bề mặt tấm có khoảng dao động lớn nhất

(260C), ở đáy tấm có khoảng dao động nhỏ nhất (40C).

- Giá trị chênh lệch nhiệt độ giữa mặt trên và mặt dưới tấm BTXM có sự

khác biệt giữa tính toán theo các nhóm công thức với số liệu khảo sát (bảng 3.22).

Với các số liệu khảo sát thu thập phân tích cùng những kết quả nhận thấy rằng:

121

- Cần có những khảo sát sự biến đổi nhiệt trong tấm BTXM mặt đường ở

các địa phương khác nhau với chuỗi số liệu đủ dài nhằm góp phần chính xác hóa

cho việc thiết kế và khai thác đường hiệu quả hơn.

- Cùng với việc xác định sự biến đổi nhiệt trong tấm BTXM mặt đường, cần

nghiên cứu các giải pháp kết cấu mặt đường và giảm tính ảnh hưởng nhiệt độ cho

vật liệu bê tông xi măng.

- Chênh lệch nhiệt độ giữa hai mặt của tấm BTXM trong tính toán và khảo

sát tương đương nhau khi nhiệt độ không khí ở mức dưới 300C, và có sự khác dần

khi nhiệt độ không khí tăng lên cao 37; 380C. Kết quả tính ra ở bảng 3.22 cho thấy:

khi tính theo 3230/QĐ -BGTVT (2012) lấy trị số gradient nhiệt lớn nhất (có thể xảy

ra 50 năm/1 lần) [6], còn lúc khảo sát nhiệt độ không khí giao động từ 28 đến 37oC

vì vào thời điểm bất lợi về nhiệt và gió (hình3.9); trong khi tính toán theo AASHTO

các thông số đưa vào là giá trị trung bình năm (25.8oC- Khi tính cho trạm Đà Nẵng).

Do đó các kết quả có sự khác nhau lớn.

- Lượng mưa trung bình năm của khu vực lớn: Theo thống kê ở bảng 2.29

(cột 5) với 13 trạm nghiên cứu, có 7/13 trạm khảo sát lượng mưa lớn hơn 2000mm,

3/13 trạm lượng mưa lớn hơn 1500mm và 3/13 trạm lượng mưa lớn hơn 1300 mm),

cùng với điều kiện thực tế về thoát nước kết cấu mặt đường cần được quan tâm hơn

nữa trong tính toán thiết kế, nên việc xem xét lựa chọn hệ số thoát nước phù hợp với

điều kiện từng khu vực đưa vào thiết kế mặt đường là cần thiết./.

122

CHƯƠNG 4

TÍNH TOÁN TẤM BTXM MẶT ĐƯỜNG

TRONG ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU MIỀN TRUNG VIỆT NAM

VỚI CÁC THÔNG SỐ LỰA CHỌN

4.1.Các thông số nghiên cứu lựa chọn cho khu vực miền Trung Việt Nam

4.1.1.Các thông số dùng để tính toán chênh lệch nhiệt độ trong tấm bê tông xi

măng mặt đường

4.1.1.1.Nhiệt độ trung bình năm, lượng mưa trung bình năm và tốc độ gió trung

bình năm

Các thông số này đã được khảo sát thu thập phân tích tính toán và lựa chọn

với các giá trị khởi tạo của nhiệt độ trung bình năm, tốc độ gió trung bình năm và

lượng mưa trung bình năm (bảng 2.29).

4.1.1.2.Tính độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu (TD(+))

Từ các giá trị khởi tạo trên tiến hành tính toán và thiết lập thông số độ

chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu tương ứng với các mức độ tin cậy yêu cầu

(bảng 4.1).

Bảng 4.1. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu TD(+)

(0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường BTXM

theo hướng dẫn AASHTO

Giá trị TD(+)(0C)tương ứng với R (%)

Tọa độ

TT

Tên trạm

Kinh độ Vĩ độ

50

70

80

90

95

99

99.9

TP Thanh Hóa

105o47'

19o45' 5.95 6.12 6.19 6.26 6.31

6.4

6.48

TP Vinh

105o41'

18o40' 5.59 5.66 5.70 5.76 5.79 5.86 5.92

Kỳ Anh

106o16'

18o06' 6.11 6.29 6.38 6.47 6.52 6.62 6.73

Đồng Hới

106o36'

17o29' 6.23 6.35 6.42 6.52 6.58 6.71 6.79

Đông Hà

107o05'

16o50' 5.33 5.49 5.60 5.78 5.95 6.27 6.78

Hương Thủy

107o35'

16o26' 6.04 6.16 6.21 6.27 6.32 6.42 6.51

Đà Nẵng

108012’

16002’ 5.73 5.83 5.89 5.97 6.03 6.13 6.20

Tam Kỳ

108o28'

15o34' 6.58

6.38 6.48 6.55 6.67 6.77 7.05

123

Giá trị TD(+)(0C)tương ứng với R (%)

Tọa độ

TT

Tên trạm

Kinh độ Vĩ độ

50

70

80

90

95

99

99.9

TP Quảng Ngãi

108o48'

15o07' 5.45

5.45 5.51 5.58 5.65 5.70 5.80

Quy Nhơn

109o13'

13o46' 6.29

6.29 6.41 6.48 6.56 6.63 6.74

Tuy Hòa

109o17'

13o05' 5.88

5.88 6.01 6.08 6.17 6.24 6.36

Nha Trang

109o12'

12o13' 6.64

6.64 6.74 6.80 6.90 7.00 7.19

B.M.Thuột

108,03'

12,40' 5.47

5.46 5.60 5.65 5.72 5.77 5.85

4.1.1.3.Tính độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu (TD(-))

Từ các giá trị khởi tạo trên tiến hành tính toán và thiết lập thông số độ chênh

lệch nhiệt độ âm hữu hiệu tương ứng với các mức độ tin cậy yêu cầu (bảng 4.2).

Bảng 4.2. Bảng thiết lập thông số Độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu TD(-)

(0C) tương ứng với độ tin cậy thiết kế R (%) trong thiết kế mặt đường BTXM

theo hướng dẫn AASHTO

TT

Tên trạm

Tọa độ Kinh độ Vĩ độ

Giá trị TD(-)(0C)tương ứng với R (%) 90

70

99

95

80

50

99.9

TP Thanh Hóa 105o47' 19o45'

-2.64

-2.90

-3.00

-3.12

-3.18

-3.24

-3.27

TP Vinh

105o41' 18o40'

-3.01

-3.05

-3.07

-3.10

-3.13

-3.17

-3.2

Kỳ Anh

106o16' 18o06'

-2.64

-2.87

-3.01

-3.16

-3.24

-3.33

-3.41

Đồng Hới

106o36' 17o29'

-2.33

-2.47

-2.58

-2.74

-2.89

-3.23

-3.79

Đông Hà

107o05' 16o50'

-3.21

-3.40

-3.43

-3.53

-3.61

-3.73

Hương Thủy

107o35' 16o26'

-2.44

-2.65

-2.76

-2.85

-2.89

-2.94

-2.98

Đà Nẵng

108012’ 16002’

-3.00

-3.11

-3.17

-3.24

-3.28

-3.33

-3.38

Tam Kỳ

108o28' 15o34'

-2.35

-2.45

-2.49

-2.56

-2.61

-2.68

-2.78

TP Quảng Ngãi 108o48' 15o07'

-3.16

-3.24

-3.30

-3.38

-3.46

-3.65

-3.89

Quy Nhơn

109o13' 13o46'

-2.27

-2.88

-2.99

-3.15

-3.30

-3.60

-4.15

Tuy Hòa

109o17' 13o05'

-3.14

-3.29

-3.40

-3.57

-3.75

-4.16

-4.73

Nha Trang

109o12' 12o13'

-2.37

-2.45

-2.50

-2.55

-2.59

-2.66

-2.74

B.M.Thuột

108,03' 12,40' -3.06

-3.28

-3.38

-3.47

-3.52

-3.57

-3.61

124

4.1.2.Hệ số thoát nước Cd dùng trong thiết kế mặt đường BTXM theo AASHTO

Hệ số thoát nước (Cd) dùng trong thiết kế mặt đường BTXM theo

AASHTO được khảo sát, tính toán và xác định trị số, kiến nghị dùng khi thiết kế

mặt đường BTXM trong khu vực theo AASHTO (bảng 3.13) và một số dạng cấu

tạo thoát nước kết cấu cho mặt đường BTXM (PL7-2).

4.2.Tính toán tấm BTXM mặt đường với các thông số nghiên cứu lựa chọn của

luận án

4.2.1.Tính toán mặt đường BTXM thông thường có khe nối theo tiêu chuẩn AASHTO (Có

thể sử dụng phần mềm để tính [69], [70], [71])

4.2.1.1.Số liệu đầu vào

Kết cấu mặt đường dự kiến:

1. Tầng mặt BTXM dầy 0,25m bằng BTXM có cường độ kéo uốn thiết kế

fr = 4,827 MPa, và tương ứng có trị số mô đun đàn hồi tính toán Ec = 28,27.103

MPa; hệ số Poisson µc = 0,15; Cốt liệu thô của BTXM bằng cuội sỏi nên lấy hệ

số giãn nở nhiệt αc = 11.10-6/°C. Tấm BTXM dự kiến có kích thước 5,2m x3,7m;

khe dọc có thanh liên kết; khe ngang có bố trí thanh truyền lực.

2. Móng trên bằng cấp phối đá dăm gia cố xi măng 5% dầy hb = 0,152m

với mô đun đàn hồi ở tuổi 90 ngày bằng Eb= 1300MPa, hệ số Poisson µc = 0,20;

3. Lớp móng dưới bằng cấp phối đá dăm dày 0,18m có mô đun đàn hồi

bằng 300MPa hệ số Poisson µc = 0,35;

4. Nền đất: sét pha nhẹ ở độ ẩm tương đối 0,6 đến 0,7 có E0 = 45MPa;

5. Số lần tác dụng tích lũy trên một làn xe trong thời hạn phục vụ thiết kế

bằng 20 năm là Ne = 10.106 lần/làn (quy mô giao thông thiết kế thuộc cấp nặng)

6. Đường cấp II làm mới; lề cũng có kết cấu như phần xe chạy; Độ tin

cậy yêu cầu 90% do đó hệ số độ tin cậy γr =1,16.

Chuyển đổi số liệu đầu vào tương ứng:

Khoảng cách các khe ngang L = 5200 mm

W = 10 x 106 ESALs; R = 90%; S0 = 0.39; k = 27 kPa/mm; Thoát nước tốt = 1

Chiều rộng làn xe = 3,7 m + lề bằng bê tông có thanh liên kết (E = 0,94)

c = 4827 kPa; p2 = 2,5; p1 = 4,5; Eb = 1.300.000 kPa

Ec = 28.270.000 kPa; S’

Hb = 152 mm, F = 1,5; Z - Độ lệch chuẩn: R = 90%→Z= -1,282.

125

4.2.1.2.Quá trình tính toán (Sử dụng các phương trình, có đơn vị đo theo SI, tính tay)

Chiều dầy tấm bê tông chọn thử chọn thử: D = 254 mm (25,4 cm)

W80R = 10(lg W+׀z. so׀) =10(lg 10,000,000 + ׀1.282 x 0.39׀) = 10(7.49998) = 31.621320x106

ESALs.

lgW80R = lg (31.621320 x 106), mà:

lgW80R = lg W + (5.056 - 0.03295 x 2.52.4) x

lg W = lg R + với:

lg R = 5.58 + 7.35 lg - 4.62 lg + 3.28 lg L2

lg R = 5,85 + 7,35 lg (254/25,4 + 1) - 4,62 lg (80/4,45 + 1) + 3,28 lg 1

= 5.58 + 7.35 lg (10 + 1) - 4.62 lg (18 + 1) + 0 = 7.3264

G = lg = lg = - 0.1761

Y = 1,00 + =

vậy lg W = lg R + = 7.3264 + = 7.1535

 Quá trình tính toán với các số liệu đầu vào là giá trị các thông số thiết

;

= 1138.847 mm

kế mới:

- Ứng suất kéo giữa tấm do tác dụng của tải trọng ( ):

126

F = 1,177 - 2,45706 * 10 -10D Eb -4,5494*10-4 D + 9,1 * 10 -8Eb - 0,000315 *f

Trong đó f là hệ số ma sát giữa tấm bê tông và móng chọn f = 1,5

F = 1,777 - 2,45706 x 10-10 x 254 x 1300000 - 4,5499 x 10-4 x 254 + 9,1 x 10-8 x

1300000 - 0.000315 x 1,5 = 1,696585;

Dựa vào bảng 4.1 mà luận án thiết lập: Với độ tin cậy thiết kế R = 90%, địa

điểm xây dựng TP Đà Nẵng, tra bảng ta có được độ chênh lệch nhiệt độ dương

hữu hiệu TD(+) = 5.970C

E - hệ số điều chỉnh tuỳ vào sự chống giữ ở mép tấm. [1,0 đối với thử

nghiệm đường của AASHO] ; = 0,94 khi chiều rộng của làn xe bằng chiều rộng

qui ước thông thường là 3,7 m (12 ft) và tấm được liên kết với lề bằng bê tông;

- Ứng suất kéo giữa tấm bê tông dưới tác dụng của tải trọng xe và nhiệt độ

với số liệu đầu vào thiết kế mới:

.E.F (1,0 + 10lg b x 1.8 TD) =

= 1027,592 x 0.94 x 1,696585 x (1,0 +10-1,176 x 1,8 x 5,97)= 2801,07 kPa;

 Quá trình tính toán với các số liệu đầu vào là giá trị thử nghiệmđường

của AASHTO:

127

Với các giá trị thử nghiệm AASHTO là:

k - mô đun đàn hồi phản lực nền hữu hiệu, kPa/mm [29,92 kPa/mm - đối

với thử nghiệm đường của AASHO];

Ec- mô đun đàn hồi của tấm bê tông, kPa;[28959000 kPa- đối với thử

nghiệm đường của AASHO]

 - hệ số Poisson của bê tông. [0,20 - đối với thử nghiệm đường của

AASHO];

E - hệ số điều chỉnh tuỳ vào sự chống giữ ở mép tấm. [1,0 đối với thử

nghiệm đường của AASHO]

F = 1,177 - 2,45706 * 10 -10D Eb -4,5494*10-4 D + 9,1 * 10 -8Eb - 0,000315 *f

F = 1,777 - 2,45706 x 10-10 x 254 x 1300000 - 4,5499 x 10-4 x 254 + 9,1 x 10-8 x

1300000 - 0.000315 x 1,5 = 1,696585;

Độ chênh hữu hiệu nhiệt độ dương TD(+) = 5.970C.

- Ứng suất kéo giữa tấm do tác dụng của tải trọng:

128

= 998,857 kPa;

- Ứng suất kéo giữa tấm bê tông dưới tác dụng của tải trọng xe và nhiệt độ với

các hằng số của thí nghiệm đường của AASHTO:

. E.F. (1,0 + 10lg b x 1,8 .TD)

= 998,857 x 1 x 1,696585.(1.0 + 10-1,26754 x 1,8 x 5,97)= 2680,849 kPa;

vậy (với R = 90%; So = 0.39)

W80R = 10(lg W+׀z. so׀) =10(lg 10,000,000 + ׀1.282 x 0.39׀) = 10(7.49998) = 31.621320x106

ESALs.

lgW80R = lg (31.62132 x 106) , do đó:

lg 31,62132 x 106 = 7,49998 (VT)

lg W ’’ = lg W + (5,065 - 0,03295 )

= lg W+ (5,065- 0,03295.2,52,4).

= 7,1535+(5,065 - 0,2971). = 7,12 (VP)

4.2.1.3. Nhận xét

So sánh hai giá trị: 7,49998 với 7,12 thấy sự khác nhau >│0.02│

Tính lặp lại với D giả thiết là 270 mm, thì kết quả cho ra hai giá trị của vế

phải và vế trái tương đương nhau (khác nhau < │0.02.│)→ Đạt yêu cầu. (vế

phải< vế trái→Tăng D và ngược lại).

4.2.2. Kiểm tra lại kết cấu mặt đường ở trên (chiều dày tấm BTXM tính ra theo

AASHTO là 27 cm) theo Quyết định số: 3230/QĐ-BGTVT, ngày 14 tháng 12 năm

2012 của Bộ trưởng Bộ GTVT

4.2.2.1.Bước 1.Kết cấu mặt đường:

1. Tầng mặt BTXM dầy 0,27m bằng BTXM có cường độ kéo uốn thiết kế

fr = 4,827 MPa, và tương ứng có trị số mô đun đàn hồi tính toán Ec = 28,27.103

129

MPa; hệ số Poisson µc = 0,15; Cốt liệu thô của BTXM bằng cuội sỏi nên lấy hệ

số giãn nở nhiệt αc = 11.10-6/°C. Tấm BTXM dự kiến có kích thước 5,2mx3,7m;

khe dọc có thanh liên kết; khe ngang có bố trí thanh truyền lực.

2. Móng trên bằng cấp phối đá dăm gia cố xi măng 5% dầy hb = 0,152m

với mô đun đàn hồi ở tuổi 90 ngày bằng Eb= 1300MPa, hệ số Poisson µc = 0,20;

3. Lớp móng dưới bằng cấp phối đá dăm dày 0,18m có mô đun đàn hồi

bằng 300MPa hệ số Poisson µc = 0,35;

4. Nền đất: sét pha nhẹ ở độ ẩm tương đối 0,6 đến 0,7 có E0 = 45MPa;

4.2.2.2.Bước 2. Kiểm toán kết cấu dự kiến theo chỉ dẫn ở mục 8.4: [6]

1/. Tính toán mô đun đàn hồi chung Et của nền đất và móng dưới bằng

;

vật liệu hạt: Do chỉ có một lớp móng dưới bằng cấp phối đá dăm, n = 1 nên:

α = 0,86+0,26lnhx = 0,86+0,26ln0,18 = 0,414

(a- hệ số hồi quy liên quan đến tổng chiều dày các lớp vật liệu)

2/. Tính độ cứng tương đối chung của cả kết cấu rg

3/. Tính ứng suất do tải trọng trục xe gây ra theo công thức sau:

trong đó:

130

Db, hb, Eb, , Et, rg, hc, Dc: có ý nghĩa như trên nhưng giá trị tính theo

h=0,27m.

Thay các số liệu vào công thức trên ta có:

- Tính ứng suất kéo uốn gây mỏi do tải xe chạy tại vị trí giữa cạnh dọc tấm: σpr

Theo (8-5) [6] tính được: σpr = kr . kf . kc. σps

Trong đó

- Ứng suất kéo uốn tại vị trí giữa cạnh dọc tấm do tác dụng của tải trọng

trục đơn thiết kế trên tấm không có liên kết ở cả 4 cạnh, (MPa);

- được xác định theo biểu thức (8.6) [6] ;

kr - Hệ số triết giảm ứng suất do khả năng truyền tải tại khe nối: Nếu tầng

mặt của kết cấu lề có chiều dày bằng với tầng mặt của phần xe chạy thì áp dụng: kr

= 0,87; Nếu tầng mặt lề mỏng hơn thì áp dụng trị số kr = 0,92; Nếu dùng kết cấu lề

mềm (bê tông nhựa hoặc lề đất) thì áp dụng: kr = 1,0;

kf - Hệ số mỏi xét đến số lần tác dụng tích lũy của tải trọng gây mỏi trong

thời hạn phục vụ thiết kế; kf được xác định theo chỉ dẫn ở điều 8.3.3[6] ;

kc - Hệ số tổng hợp xét đến ảnh hưởng của tác dụng động và các yếu tố sai

khác giữa lý thuyết và thực tế chịu lực của tấm BTXM. Hệ số này được các định tùy

thuộc cấp hạng đường như dưới đây:

0,057 từ đó có:

- Đường cấp II: kc = 1,1;

kr =0,87 (lề giống mặt BTXM); kc = 1,1; kf = Ne

σpr = kr . kf . kc. σps = 0,87x(10.106)0,057x1,1 x1,21= 3,4 MPa; (theo 8.5) [6]

σpmax = kr .kc. σpm = 0,87x1,1 x2,48 = 2,37 MPa; (theo 8.15) [6]

4/. Tính ứng suất kéo uốn do gradien nhiệt độ gây ra:Được thực hiện theo

điều 8.4.5[6] tức là theo (8-23) [6], (không có lớp BTN cách ly) nên kn:

131

Với

BL = 1,77.e-4,48.hc . CL - 0,131 (1 - CL)

= 1,77.e-4,48x0,27x0,6996 - 0,131 (1 - 0,6996) = 0,330 ;

Trong đó: Kí hiệu và lựa chọn các thông số như lần tính thứ nhất, riêng chiều

dày tấm bê tông chọn lại là hc = 27cm = 0,27m

- Tính hệ số mỏi nhiệt kt theo (8-19) [6] với:

Trong đó: Kí hiệu và lựa chọn các thông số như lần tính thứ nhất, còn thông

số σtmax được thay mới.

Chọn giá trị kt = 0,314 đưa vào kiểm tra

Theo (8-16) [6] tính được ứng suất nhiệt gây mỏi:

132

σtr = kt . σtmax = 0,314 x1,233 = 0,387 MPa

5/. Kiểm toán các điều kiện giới hạn:

Tuyến đường thiết kế thuộc cấp II nên lấy độ tin cậy γr = 1,16 từ đó:

- Theo điều kiện (8-1) [6]

γr (σpr + σtr) ≤ fr hay 1,16 x(3,4+0,387) = 4,39 MPa <[4,827 ]MPa; Đạt

- Theo điều kiện (8-2) [6]

γr (σpmax + σtmax) ≤ fr hay 1,16 x(2,37+1,233) = 4,17 MPa <[4,827 ]MPa; Đạt

6/. Trị số ứng suất gây mỏi dưới đáy móng được kiểm tra theo (8-21) [6]

và (8-22) [6] ; đối với trường hợp móng trên bằng cấp phối đá dăm gia cố xi măng

thường là nhỏ không đáng kể nên không cần kiểm tra. Thường chỉ kiểm tra khi

móng trên là bê tông nghèo hoặc bê tông đầm lăn.

Trị số ứng suất gây mỏi dưới đáy móng ( )được kiểm tra theo (8-21) [6]

và (8-22) [6] ; đối với trường hợp móng trên bằng cấp phối đá dăm gia cố xi măng

thường là nhỏ không đáng kể, cụ thể như sau:

Trong đó:

kc - Hệ số tổng hợp xét đến ảnh hưởng của tác dụng động và các yếu tố sai

khác giữa lý thuyết và thực tế chịu lực của tấm BTXM. Hệ số này được các định tùy

thuộc cấp hạng đường như dưới đây:Đường cấp II: kc = 1,1;

kf - Hệ số mỏi xét đến số lần tác dụng tích lũy của tải trọng gây mỏi trong

, thời hạn phục vụ thiết kế; kf được xác định theo chỉ dẫn ở điều 8.3.3[6] ;

với mặt đường BTXM thông thường , Ne - Tổng số lần tác dụng của tải

trọng 100 kN tích lũy trong suốt thời hạn phục vụ thiết kế trên 1 làn xe = 10.106 vậy

(8.22) [6]

Với: chiều dày tầng móng gia cố xi măng: Móng trên bằng cấp phối đá

dăm gia cố xi măng 5% dầy hb = 0,152m với mô đun đàn hồi ở tuổi 90 ngày bằng

172 MPa, hệ số Poisson µc = 0,20;

133

Ps - Trọng lượng tải trọng trục đơn thiết kế (kN), khi kiểm toán theo điều

kiện (8-1) thì Ps = 100 kN, còn khi kiểm toán theo điều kiện (8-2) [6] thì Ps = Pm

xác định theo chỉ dẫn ở điều 8.2.7[6] ;Ps = 180 kN

rg - Tổng bán kính độ cứng tương đối của cả kết cấu (m);

Thay các số liệu vào ta có:

0,06 MPa

Vậy = 2,506. 1,1. 0,06 = 0,165 MPa (đạt yêu cầu)

7/. Kết luận: Kết cấu mặt đường BTXM gồm 27cm tầng mặt BTXM trên

móng cấp phối đá dăm gia cố xi măng 0,152cm, móng dưới cấp phối đá dăm 18 cm

(như đã tính ra theo AASHTO ở 4.2.1) đã đạt được các điều kiện giới hạn cho phép

do đó có thể chấp nhận kết cấu này làm kết cấu thiết kế. (Chú ý dự phòng thêm 0,6

cm chống mài mòn như điều 4.2.2 [6]).

4.3. Kết luận chương 4

- Trong quá trình tính toán thiết kế tấm BTXM mặt đường theo hướng dẫn

AASHTO thì việc lựa chọn các thông số về khí hậu thời tiết một cách chính xác

ứng với từng vùng miền xây dựng tuyến có một ý nghĩa hết sức cần thiết nhằm

góp phần chính xác hóa kết quả tính toán, từng bước ứng dụng hướng dẫn

AASHTO vào công tác thiết kế mặt đường.

- Các thông số về khí hậu thời tiết lựa chọn gồm: Nhiệt độ trung bình

năm, tốc độ gió trung bình năm và lượng mưa trung bình năm dùng để tính độ

chênh lệch nhiệt độ hai mặt của tấm BTXM mặt đường.

- Ứng dụng các thông số lựa chọn tiến hành tính toán thiết lập bảng chênh

lệch nhiệt độ cho tấm BTXM mặt đường (bảng 4.1&4.2) của khu vực ứng với độ

ti cậy lựa chọn, phục vụ cho việc tính toán kiểm tra khi thiết kế mặt đường được

nhanh hơn.

134

- Trên cơ sở khảo sát phân tích đánh giá đã xem xét lựa chọn giá trị của hệ

số thoát nước (bảng 3.13& PL7-2) nhằm đưa vào thiết kế tấm BTXM mặt đường

khu vực.

- Căn cứ vào các thông số lựa chọn áp dụng vào tính toán cho một tuyến

đường cụ thể của khu vực và nhận thấy: khi tính theo tiêu chuẩn hiện hành của

Bộ GTVT và tính theo hướng dẫn AASHTO cho ra kết quả chiều dày tấm

BTXM tương đương nhau, tuy nhiên theo hướng dẫn AASHTO quy định về việc

xử lý thoát nước và liên kết của tấm BTXM được quan tâm nhiều hơn.

135

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu trình bày trong các chương 1, 2, 3, 4, tổng

hợp và đánh giá toàn bộ, rút ra các nhận xét, kết luận và kiến nghị sau đây:

A. Những kết quả chính đạt được trong quá trình nghiên cứu

1. Đã kiến nghị được bộ số liệu về nhiệt độ, tốc độ gió, lượng mưa cho

các tỉnh thành khu vực miền Trung (gồm 12 tỉnh thành khu vực miền Trung và 1

tỉnh thuộc khu vực Tây Nguyên), đồng thời đã tính toán thiết lập được thông số

chênh lệch nhiệt độ giữa hai mặt của tấm bê tông xi măng mặt đường tương ứng

với độ tin cậy yêu cầu, dùng để thiết kế kết cấu mặt đường cứng theo hướng dẫn

của AASHTO.

2. Trên cơ sở lượng mưa của khu vực nghiên cứu, thực tế quá trình xây

dựng, khai tháccác tuyến đường trên khu vực cùng với những yêu cầu về thoát

nước cho kết cấu, bước đầu đã đề xuất hệ số thoát nước Cd dùng trong thiết kế

mặt đường cứng theo hướng dẫn AASHTO.

3. Đo đạc khảo sát xác định phân bố nhiệt trong tấm bê tông xi măng mặt

đường khu vực Đà Nẵng, từ đó xem xét sự phân bố nhiệt trong tấm bê tông, sự

ảnh hưởng của các yếu tố khí hậu tác động và các biên độ thay đổi nhiệt độ, làm

cơ sở so sánh đánh giá giữa thực nghiệm với lý thuyết tính toán, góp phần phục

vụ trong công tác thiết kế và khai thác đường.

4. Xác định quan hệ giữa hệ số giãn nở nhiệt của bê tông xi măng và chiều

rộng khe giãn trong mặt đường bê tông xi măng, từ đó làm cơ sở đưa ra các kiến

nghị về bố trí khe giãn trong thiết kế mặt đường.

B. Những đóng góp của đề tài:

- Về khoa học: Phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm

hiện trường, kết hợp với tính toán thống kê và xử lý số liệu, từ đó cụ thể hóa các

thông số chịu ảnh hưởng khí hậu khu vực, tính toán và lựa chọn trên cơ sở độ tin

cậy yêu cầu, góp phần từng bước áp dụng hướng dẫn AASHTO vào tính toán mặt

đường bê tông xi măng cho khu vực.

-Về thực tiễn, môi trường: Giải pháp nghiên cứu lựa chọn các thông số chịu

ảnh hưởng của khí hậu khu vực xây dựng là nhiệt độ, vận tốc gió và lượng mưa có

xét đến sự bất lợi của hiện tượng biến đổi khí hậu thời gian gần đây, để tính toán độ

136

chênh lệch nhiệt độ trong tấm BTXM mặt đường có ý nghĩa thực tiễn trong việc lựa

chọn hướng dẫn AASHTO vào thiết kế mặt đường bê tông xi măng.

Trên cơ sở những đặc điểm về khí hậu thời tiết khu vực nghiên cứu với

những tác động đến mặt đường bê tông xi măng cùng với tình hình thực tế thiết kế,

xây dựng, khai thác mặt đường BTXM ở khu vực, và những yêu cầu đặt ra cho mặt

đường tiến hành lựa chọn giá trị hệ số thoát nước kết cấu mặt đường (Cd) để đưa

vào thiết kế mặt đường BTXM trong khu vực

C. Những hạn chế, tồn tại:

- Chưa nghiên cứu cụ thể và đầy đủ quá trình biến thiên nhiệt độ cho tấm bê

xi măng từ lúc xây dựng cho đến quá trình khai thác trên thực tế với thời gian đủ dài

tương ứng với điều kiện biến đổi của thời tiết.

- Chưa nghiên cứu lựa chọn được đầy đủ các thông số đầu vào khác để cụ thể

hóa hơn quá trình áp dụng hướng dẫn AASHTO vào thiết kế mặt đường BTXM.

- Do điều kiện kinh phí hạn chế, thời gian thực hiện có hạn, nên số lượng

trạm khảo sát, vị trí các điểm thực nghiệm tiến hành ngoài thực tế chưa nhiều.

D. Hướng nghiên cứu tiếp theo

Thực tiễn luôn biến đổi, các phương pháp tính toán luôn không ngừng được

hoàn thiện, cùng với những tiến bộ của khoa học và công nghệ, do đó từng bước

ứng dụng các quy trình tiên tiến và chính xác hóa các số liệu đầu vào là một thực

tiễn khách quan trong sự nỗ lực lao động và sáng tạo của những người thiết kế, của

khát khao đóng góp và cống hiến vì sự phát triển và phồn vinh của đất nước.

Để từng bước ứng dụng hướng dẫn AASHTO vào thiết kế mặt đường BTXM

trong điều kiện Việt Nam có được độ tương thích cao, thiết nghĩ cần phải lựa chọn

và chuẩn hóa các số liệu đầu vào, nhất là những thông số mang đặc trưng của từng

khu vực xây dựng như các thông số về khí hậu thời tiết, các thông số về đất nền, vật

liệu xây dựng…Để làm được điều này cần thu thập cập nhật các chuỗi số liệu của

địa phương đủ dài nhằm tính toán xử lý để có độ tin cậy mong muốn, bên cạnh đó

cần khảo sát kết hợp với thực nghiệm hiện trường tương ứng với các điều kiện thực

tế về khí hậu thời tiết, tải trọng, vật liệu…trong thời gian dài, từ đó tiến hành phân

tích xử lý lựa chọn và áp dụng AASHTO vào thiết kế mặt đường bê tông xi măng.

137

DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN

1. Ths. Phạm Đăng Nguyên, Ths. Nguyễn Văn Tươi, GS.TS Phạm Huy Khang

(2015),Một số vấn đề bố trí khe giãn trong thiết kế mặt đường Bê tông xi măng,

Tuyển tập khoa học giảng viên trẻ khoa công trình- 2015, đại học GTVT.

2. Ths. Phạm Đăng Nguyên, Ths. Nguyễn Văn Tươi, GS.TS Phạm Huy Khang

(2016),Nghiên cứu đánh giá hệ số phân phối số trục xe tính toán trên mỗi làn xe

trong việc tính toán số trục xe thiết kế mặt đường ô tô, Tạp chí Giao thông vận tải,

Số tháng 3-2016.

3. Ths Phạm Đăng Nguyên, GS.TS Phạm Huy Khang (2016), Trường nhiệt độ

trong tấm Bê tông xi măng mặt đường và vấn đề xác định độ chênh lệch nhiệt

độ giữa mặt trên và mặt dưới tấm Bê tông xi măng, Tạp chí Giao thông vận

tải, Số tháng 10-2016.

4. Ths Phạm Đăng Nguyên, GS.TS Phạm Huy Khang, Ths Nguyễn Văn Tươi,

KS Phạm Đăng Nhân (2016), Khảo sát sự chênh lệch nhiệt độ trong tấm Bê

tông xi măng mặt đường ô tô khu vực Miền Trung, Tạp chí Giao thông vận

tải, Số tháng 12-2016.

5. Ths Phạm Đăng Nguyên, GS.TS Phạm Huy Khang (2016), Ảnh hưởng của các

nhân tố trong quá trình thi công đến chất lượng mặt đường Bê tông xi măng,

Tạp chí Giao thông vận tải, Số tháng 01& 02-2017.

138

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

(i) Tiếng Việt

1 Bộ Giao thông vận tải (1995),Quy trình thiết kế áo đường cứng 22TCN 223- 95.

2 Bộ Giao thông vận tải (2006), Quy trình thiết kế áo đường mềm 22TCN 211- 06.

3 Bộ Giao thông vận tải (1992), Tiêu chuẩn ngành 22 TCN 210 - 92.

4 Bộ Giao thông vận tải (2011), Quyết định 315/QĐ-BGTVT ngày 23/02/2011

về việc ban hành“Hướng dẫn lựa chọn quy mô kỹ thuật đường giao

thông nông thôn phục vụ Chương trình mục tiêu Quốc gia xây dựng

nông thôn mới giai đoạn 2010 - 2020".

5 Bộ Giao thông vận tải (2012), Quyết định số 1951/QĐ-BGTVT ngày 17/8/2012

về việc Ban hành “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’’.

6 Bộ Giao thông vận tải (2012), Quyết định số 3230/QĐ-BGTVT ngày 14/12/2012

về việc ban hành “Quy định tạm thời về thiết kế mặt đường bê tông xi măng

thông thường có khe nối trong xây dựng công trình giao thông”.

7 Bộ Tài nguyên và môi trường (2008), Chương trình mục tiêu quốc gia ứng phó

với biến đổi khí hậu.

8 Bộ Tài nguyên và môi trường (2003), Thông báo đầu tiên của Việt Nam cho

Côngước khung của Liên Hợp Quốc về biến đổi khí hậu, 2003.

9 Bộ Tài nguyên và Môi trường (2008),Chương trình mục tiêu quốc gia ứng phó

với biến đổi khí hậu tại Việt Nam, NXB Tài nguyên- Môi trường và Bản

đồ Việt Nam.

10 Bộ Tài nguyên và Môi trường (2009),Kịch bản biến đổi khí hậu, nước biển

dâng cho Việt Nam, NXB Tài nguyên- Môi trường và Bản đồ Việt Nam.

11 Bộ Tài nguyên và Môi trường(2012),Kịch bản biến đổi khí hậu, nước biển

dâng cho Việt Nam, NXB Tài nguyên- Môi trường và Bản đồ Việt Nam.

12 Bộ KHCN (2006), Đường ô tô- yêu cầu thiết kế TCVN 4054 - 2005

13 Đặng Thanh Bình, Phan Thị Hoàn, Đài khí tượng thuỷ văn khu vực NamTrung

Bộ (2013), Thiên tai bất thường và tác động của chúng tới công trình ở

khu vực miền trung.

14 Nguyễn Quang Chiêu (2010),Các kết cấu mặt đường kiểu mới, NXB Xây dựng.

15 Nguyễn Quang Chiêu (1999), Mặt đường bê tông xi măng đường ô tô và sân

bay, NXB GTVT.

139

16 Nguyễn Quang Chiêu (2003),Thiết kế nền, mặt đường ô tô theo tiêu chuẩn của

Trung Quốc, NXB GTVT.

17 Nguyễn Quang Chiêu, Dương Học Hải (2010), Thiết kế và tính toán Các Kết

Cấu Mặt Đường, NXB XD.

18 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.

19 Phạm Hữu Hanh (2007), Vật liệu hiệu quả trong xây dựng các công trình giao

thông, NXB XD.

20 Dương Học Hải, Nguyễn Xuân Trục (1999), Thiết kế đường ô tô Tập 2, NXB

Giáo dục.

21 Dương Học Hải, Phạm Huy Khang (2000), Thiết kế mặt đường ô tô theo

hướng dẫn AAHSTO và ứng dụng ở Việt Nam, NXB GTVT.

22 Dương Học Hải, Hoàng Tùng (2010), Mặt đường Bê tông xi măng - Cho

đường ô tô và sân bay, NXB XD.

23 Doãn Hoa (1999), Thiết kế đường ô tô,Đường đô thị (T1), NXB XD.

24 Hiệp hội đường ô tô quốc tế, Nguyễn Quang Chiêu,Đỗ Bá Chương

(1998),Từ điển kỹ thuật Đường ô tô- Việt- Anh- Pháp, NXB Giáo

Dục.

25 Phạm Duy Hữu (2002),Vật liệu xây dựng mới, Nhà xuất bản Giao thông Vận

tải, Hà Nội.

26 Phạm Duy Hữu, Phùng Văn Lự, Phan Khắc Trí (2009), Vật liệu xây dựng, Nhà

xuất bản Giáo dục Việt Nam.

27 Phạm Huy Khang (2010), Công nghệ thi công mặt đường bê tông xi măng,

NXB Xây dựng.

28 Phạm Huy Khang (2001), Mặt đường bê tông xi măng, Trường Đại học GTVT.

29 Phạm Huy Khang (2008), Thiết kế và công nghệ xây dựng mặt đường ô tô,

NXB GTVT.

30 Mặt đường BTXM cốt thép liên tục (CRCP) tại trạm thu phí cầu Bãi Cháy-

(2007), Tạp chí Giao thông Vận tải (số 3- 2007).

31 Nguyễn Đức Ngữ, Nguyễn Trọng Hiệu (chủ biên) (2009), Sổ tay phóng viên

“Chương trình mục tiêu quốc gia ứng phó với biến đổi khí hậu”. Bộ

Thông tin và Truyền thông, Cục Quản lý phát thanh truyền hình và

thông tin điện tử. 169 trang.

140

32 QCXDVN 02: 2008/BXD (2008), Quy chuẩn xây dựng Việt Nam, số liệu Điều

kiện tự nhiên dùng trong xây dựng (phần I),Bộ Xây dựng ban hành theo

Quyết định số: 04/2008/QĐ-BXD.

33 QCVN-02-2009-BXD (2009), Quy chuẩn xây dựng Việt Nam, số liệu Điều kiện

tự nhiên dùng trong xây dựng, Hà Nội.

34 Tiêu chuẩn thiết kế mặt đường cứng do SMEC biên soạn.

35 Võ Thanh Sơn (2010), Biến đổi khí hậu và tác động của chúng đến phát triển

bền vững vùng Duyên hải miền Trung và Tây Nguyên dưới góc độ

hoạch định chính sách,Kỷ yếu Hội thảo dự án “Tăng cường năng lực

lồng ghép phát triển bền vững và biến đổi khí hậu trong công tác lập kế

hoạch”, do Bộ Kế hoạch và Đầu tư tổchức.

36 Lê Đình Thành (1996), Nghiên cứu ứng dụng tính mưa lũ và lũ lớn nhất khả

năng ở Việt Nam, Luận án tiến sỹ kỹ thuật, Trường Đại học Thủy lợi,

Hà Nội.

37 Phạm Cao Thăng (2012), Tính toán thiết kế mặt đường sân bay và đường ô tô,

NXB Xây dựng.

38 Nguyễn Ngọc Thục (1994), Hình thế Synop mưa lớn miền Trung (Dự án MT).

39 Tổng cục khí tượng thủy văn (2000), Tuyển tập các báo cáo tại hội nghị “khoa

học, công nghệ dự báo và phục vụ dự báo KTTV” - Hội nghị khoa học

lần thứ 5, 1996 - 2000.

40 Nguyễn Hữu Trí, Lê Anh Tuấn, Vũ Đức Chính (2009), Nghiên cứu ứng dụng

mặt đường BTXM ở việt Nam trong điều kiện hiện nay, Tạp chí Cầu

Đường Việt Nam, trang 33, (số 3- 2009)

41 Nguyễn Xuân Trục, Dương Học Hải, Vũ Đình Phụng (2003), Sổ tay Thiết kế

đường ô tô, Tập 2, NXB XD.

42 Lục Đỉnh Trung, Trình Gia Câu, Biên dịch Nguyễn Quang Chiêu, Dương Học

Hải (1996), Công trình nền, mặt đường (Tập 1,2), NXB GTVT.

43 Trung tâm Dự báo khí tượng thủy văn Trung ương (2010), Đặc điểm khí tượng

thuỷ văn từ năm 2001- 2010.

44 Vũ Anh Tuấn, Nguyễn Văn Hưởng, Bùi Minh Tăng, Võ Văn Hòa-Trung tâm

Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương (2012), Nghiên cứu phân loại

và xác định loại hình thế thời tiết gây mưa lớn trên khu vực miền trung

và Tây nguyên Việt Nam.

141

45 Nguyễn Anh Tuấn (2014), Nghiên cứu xác định một số tham số về mưa góp

phầnhoàn thiện công thức tính lưu lượng thiết kế công trình thoát nhỏ

trên đường trong điều kiện khí hậu Việt Nam, luận án tiến sỹ kỹ thuật.

46 Viện KHCN GTVT (1995), Báo cáo tổng kết khoa học và công nghệ Đề tài

cấp Nhà nước “Công nghệ mới trong xây dựng và sửa chữa đường băng

sân bay”- KC 10 - 06.

47 Viện KHCN GTVT (2005), Báo cáo tổng kết khoa học và công nghệ Đề tài trọng

điểm cấp Bộ “Nghiên cứu công nghệ trong xây dựng mặt đường bộ và

đường sân bay bằng bê tông cốt thép và cốt thép ứng xuất trước”.

48 Viện KHCN GTVT (2001), Báo cáo kết quả kiểm tra chất lượng thi công

QL1A, Đoạn Vinh Đông Hà.

49 Viện KHCN GTVT (2002), Báo cáo kết quả thí điểm mặt đường BTXM cốt

thép liên tục tại QL 12A, Quảng Bình.

50 Viện KHCN GTVT (2006), Kết quả kiểm tra chất lượng mặt đường BTXM cốt

thép liên tục tại Trạm thu phí cầu Bãi Cháy.

51 Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường, (2011). Tài liệu hướng dẫn

đánh giá tác động của biến đổi khí hậu và xác định các giải pháp thích

ứng, NXB Tài nguyên-Môi trường và Bản đồ Việt Nam../

(ii) Tiếng nước ngoài

52 AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1986.

53 AASHTO Guide for Design ofPavement Structures 1993.

54 AASHTO Guide for Design ofPavement Structures 1998.

55 Ultra thin Whitetopping Promotion guide. Part of Product SP 126P. American

concrete Pavement Association, Stokie, Illionis, 1996.

56 ASTM C 309 (2006),Standard Specification for Liquid Membrane-Forming

Compounds for Curing Concrete. American Society for Testing and

Materials, West Conshohocken, PA.

57 B.Welca (1997) “Thin Interstale whitetopping: an adaptation of the ultra- thin

process. Construction News. North Edition October. 1997.

58 C.F.Shoor, E.J.Renier “Portlan cement concrete Overlays of exsisting Arphatic.

Concrete Secondary Road in Iowa, TransPortation Research Record

702”. TransPortation Research Board, Washington, DC,1979.

142

59 Concrete intersections: A guide for construction and Design TBO 19P.

American concrete Pavement Association, Stokie, Illionis, 1997.

60 E.C.Lokken “Concrete overlays for concrete and asphalt pavements”.

Proceedings of international Conference on Concrete Pavement Design.

Pardue University, West lafayette, Indiana. April, 1981.

61 “Long - Life Concrete Pavements in Europl and Canada”. FHWA. 2007.

62 Intergovernmental Panel on Climate Change-IPCC(UB liên chính phủ về thay

đổi khí hậu)

63 Palmer, R.P. Olsen, M.P.J., and Lytton, R.L (1998). TTICRCP-A Mechanistic

Model for the Prediction of Stresses, Strains and Displacements in

Continuously Reinforced Concrete Pavements. Research Report 371-2F,

Texas Transportation Institute, The Texas A&M University System,

College Station, TX.

64 Specification and Guidelines for Rigid Pavement Design- 2012.

65 Porland cement Resurfacing, NCHRP, Synthesis 204. TransPortation. Rescarch

Board, Washington, DC,1994.

66 Resurfacing With Porland Cement Concrete NCHRP, Syntheny, 1999.

TransPortation Research Board, Washington, DC.1982.

67 Whitetopping State of Pratice, EB 210.01P. American Concrete Pavements

Association, Stokie Illinois, 1998.

68 1977 Condition Survery. Concrete Resur facing Publication SR 180.01P.

(iii) Phần mềm tính toán

69 Phần mềm tải từ http://www.fhwa.dot.gov/pavement/tpp/rigidorder.cfm

70 Phần mềm tải từ:http://www.ltpp-products.com

71 Phần mềm thiết kế mặt đường ô tô theo tiêu chuẩn AASHTO./.

72 Phần mềm Crystal Ball.