Tóm tăt 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 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

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội, 2017

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

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

Phản biện 1:....... (Đại học........ )

Phản biện 2:....... (Đại học ........)

Phản biện 3: ...... (Đại học........ )

Luận án đã được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp

Trường họp tại: Trường Đại học Giao Thông Vận Tải vào hồi giờ ’

ngày tháng năm 2017.

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:

1. Thư viện Quốc gia

2. Thư viện Trường Đại học Giao thông Vận tải

1

PHẦN MỞ ĐẦU

1. Giới thiệu tóm tắt luận án - 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 các số

liệu và những nội dung khác liên quan đến luận án. 2. Lý do chọn đề tài

Từng bước chuẩn hóa các số liệu đầu vào trong thiết kế mặt đường BTXM- đường ô tô, gắn với từng vùng miền cụ thể trong tính toán tương ứng với các đặc điểm về khí hậu khác nhau. Từ đó xây dựng nên các bộ số liệu nhằm áp dụng vào thiết kế mặt đường BTXM theo tiêu chuẩn AASHTO. 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. 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Mặt đường bê tông xi măng (Mặt đường bê tông xi măng thông thường có khe nối)- Đường ô tô trên khu vực miền Trung- Việt Nam.

2

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

- Nghiên cứu xác định các thông số về khí hậu khu vực: Nhiệt, mưa, gió phục vụ cho tính toán chênh lệch nhiệt độ trong tấm BTXM theo AASHTO.

- Nghiên cứu lựa chọn hệ số thoát nước dùng trong thiết kế mặt

đường BTXM theo AASHTO.

- 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 BTXM.

- 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, từ đó xác định được chênh lệch nhiệt độ trong tấm BTXM mặt đường ứng với độ tin cậy yêu cầu trong thiết kế. 2) Khảo sát nghiên cứu và kiến nghị lựa chọn hệ số thoát nước. 3) Phân tích sự ảnh hưởng của hệ số giãn nhiệt BTXM đến tính

toán bố trí khe nối trên mặt đường.

4) 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]... 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

3

của các phương tiện giao thông và những nhân tố thiên nhiên (mưa, gió, sự thay đổi nhiệt độ,...)[34].

- 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]. 1.1.3.Xem xét trạng thái làm việc của tấm BTXM mặt đường dưới tác dụng của khí hậu thời tiết [37]: Các yếu tố thời tiết ảnh hưởng trực tiếp đến sụ làm việc của tấm BTXM

mặt đường: Nhiệt độ không khí, bức xạ mặt trời, vận tốc gió, mưa...

Trong quá trình khai thác tùy vào từng thời điểm cụ thể mà tấm BTXM

xuất hiện các hình thức biến dạng sau:

- Biến dạng uốn vồng, biên dạng uốn võng và biến dạng co-giãn

tấm BTXM. 1.2. Tổng quan về các thông số đầu vào yêu cầu và phương trình tính toán mặt đường BTXM theo tiêu chuẩn AASHTO.[21],[24],. 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 k đàn hồi hữu hiệu (đã điều chỉnh theo mùa) của nền đất, kPa/mm, Cường độ chịu kéo uốn của bê tông S’ c, kPa, môđun đàn hồi của bê tông, Ec, kPa, khoảng cách khe nối, L, 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 hữu hiệu 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.

4

1.2.2.Phương trình tính toán mặt đường BTXM theo tiêu chuẩn AASHTO: Các công thức tính toán có các thông số chịu ảnh hưởng bởi các

yếu tố khí hậu thời tiết khu vực trong thiết kế:

-Công thức xác định độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu (TD(+)), là nhiệt độ ở bề mặt của tấm bê tông trừ đi nhiệt độ ở đáy tấm bê tông, oC, khi nhiệt độ bề mặt cao hơn nhiệt độ đáy tấm tính theo phương trình 1.13; dùng để kiểm tra ứng suất trong tấm BTXM do ảnh hưởng bởi nhiệt sự thay đổi nhiệt độ.

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

TEMP + 32) - 0,00018287. PRECIP; (1.13)

-Công thức xác định độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu (TD(-)), là nhiệt độ ở bề mặt của tấm bê tông trừ đi nhiệt độ ở đáy tấm bê tông, oC, khi nhiệt độ bề mặt thấp hơn nhiệt độ đáy tấm tính theo phương trình 1.16; dùng để kiểm tra đường nứt khi tải trọng đặt tại khe nối. TD(-) = -10,0786 + 734/D + 0,13597 WIND + 0,03889 (1,8 x TEMP + 32) + 0,000089. PRECIP; (1.16)

Trong 2 công thức trên: 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. 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],... 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

5

tiết lạnh kèm theo mưa. Đến mùa Hè thời tiết khô nóng, vào thời điểm này nhiệt độ ngày có thể lên tới trên 400C, trong khi độ ẩm không khí lại rất thấp.

+ Vùng Duyên hải Nam Trung Bộ (bao gồm khu vực đồng bằng ven biển Nam Trung Bộ thuộc phía Nam đèo Hải Vân). Về mùa hè 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. 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

- Thông số TD(+)& TD(-) được xác định theo công thức 1.13 & 1.16 - 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 xác định được độ chênh lệch nhiệt độ giữa mặt trên và mặt dưới tấm BTXM trong thời gian sử dụng mặt đường có 2 cách: Đặt các đầu đo nhiệt độ ở các độ sâu khác nhau trong mặt đường và tiến hành

6

quan trắc; hoặc giải bài toán phân bố nhiệt theo chiều sâu với phương trình truyền nhiệt một chiều sau:

= a (1.23)

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:

- 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).[20]

- 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. [20]

- 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.

- 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.[21].

- Năm 2008 công ty tư vấn SMEC liên danh với Hội Cầu đường

Việt Nam đã biên soạn Tiêu chuẩn thiết kế mặt đường cứng.[34]

- 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.[18]

- Trước đây trong TCN223-95, Khi tính toán ứng suất nhiệt theo

công thức thực nghiệm của N.Westergard. [1]

- 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: “Quy

7

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] 1.4.2.Những nghiên cứu liên quan ở nước ngoài: - Ở Trung Quốc người ta đã bố trí quan trắc sự phân bố nhiệt độ trong mặt đường BTXM .[20]. - Ở Ấn Độ:Khi tính toán ứng suất nhiệt đã dùng trị số gradien

[20].

- 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.[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: 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, tốc độ gió và lượng mưa trung bình năm. Do đó để từng bước ứng dụng tiêu chuẩn AASHTO vào việc tính toán tấm BTXM mặt đường 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 đó từng bước áp dụng tính toán tấm BTXM mặt đường theo AASHTO cho khu vực miền Trung. Việc nghiên cứu lựa chọn 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

8

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 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. Từ lượng mưa trung bình năm cùng với các số liệu khác tiến hành kiến nghị lựa chọn giá trị hệ số thoát nước Cd áp dụng vào tính toán tấm bê tông. 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, tốc độ gió và nhiệt độ trung bình năm của khu vực phù hợp với đặc điểm diễn biến thời tiết ở nước ta hiện nay chịu tác động của hiện tượng BĐKH;

+ 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.

+ Kết hợp khảo sát thu thập số liệu thực tế đo chênh lệch nhiệt độ

tấm BTXM hiện trường.

+ Nghiên cứu hệ số giãn nở nhiệt BTXM làm cơ sở đánh giá việc

bố trí các khe trong thiết kế mặt đường.

+ Khảo sát nghiên cứu và kiến nghị lựa chọn hệ số thoát nước khi

thiết kế mặt đường BTXM.

+ 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, ngoài ra còn kết hợp với khảo sát và thực nghiệm hiện trường.

9

1.8. Kết luận chương 1

- 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.

- 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.

- 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.

- Việc nghiên cứu hệ số giãn nở nhiệt của bê tông sẽ góp phần chính xác hóa quá trình bố trí cấu tạo cho tấm BTXM và xử lý khe nối cho mặt đường.

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

- Số lượng các trạm thu thập số liệu: 13 Cụ thể như sau: Từ Thanh Hóa đến Khánh Hòa và Đắc Lắc

(Mỗi tỉnh 1 trạm).

-Thời gian thu thập số liệu: 36 năm, từ 1980 đến 2015.

2.1.2.Các loại số liệu thu thập

- Các loại số liệu thu thập gồm: Nhiệt độ trung bình năm, tốc độ gió trung bình năm và lượng mưa năm cho 36 năm từ năm 1980 đến 2015. (Được thống kê trong phụ lục 1-6).

- Trong đó trạm Đà Nẵng còn thu thập chi tiết thêm số liệu ngày,

số liệu tháng. (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

10

vực miền Trung Việt Nam, do các đài khí tượng khu vực quan trắc đo đạc thu thập và xử lý, và được cung cấp từ nguồn 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

- Số liệu về nhiệt độ, gió và mưa của 13 trạm thuộc 13 tỉnh thành khu vực miền Trung 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 (Hình 2.1)[72]

Hình 2.1.Sơ đồ phân tích tính toán *Chi tiết quá trình xử lý số liệu cho từng trạm nghiên cứu: - Dựa vào bảng số liệu thu thập của từng trạm (PL 1-6), tiến hành xác định quy luật phân bố từng yếu tố (Nhiệt độ, tốc độ gió và lượng mưa) trên cơ sở số liệu của 36 năm, từ đó xác định: Giá trị khởi tạo, hàm phân phối, hàm phù hợp nhất tương ứng với từng yếu tố.

11

- Xây dựng công thức tính: Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu (TD(+)) và độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu (TD(-)) (công thức 1.13 &1.16)

- Chạy mô phỏng Monte Carlo: 5000 lần - 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.

- Phân tích độ nhạy của các thông số nhiệt, gió, mưa ảnh hưởng

đến TD(+) và TD(-):

Qúa trình trên được thực hiện riêng cho từng trạm và lần lược

cho 13 trạm nghiên cứu. 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 cậy thiết 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, tốc độ gió 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 như 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

TT

Tên trạm

Giá trị khởi tạo của các thông số dùng để tính toán TD(+) và TD(-) TEMP (0C) WIND (km/h) PRECIP (mm)

1 2 3 4 5 6

TP Thanh Hóa TP Vinh Kỳ Anh Đồng Hới Đông Hà Hương Thủy

23.88 24.30 24.46 24.80 25.11 25.01

9.37 6.48 9.30 10.88 4.54 9.60

1679.16 2043.00 1341.46 2044.52 2854.13 2539.94

12

TT

Tên trạm

Giá trị khởi tạo của các thông số dùng để tính toán TD(+) và TD(-) TEMP (0C) WIND (km/h) PRECIP (mm)

Đà Nẵng Tam Kỳ TPQuảng Ngãi

2297.75 1890.82 2840.70 1440.93 1668.33 1377.81 2062.25

25.84 25.68 25.94 26.71 26.75 26.83 23.75

5.58 10.99 3.86 7.36 4.21 10.49 6.00

7 8 9 10 Quy Nhơn 11 Tuy Hòa 12 Nha Trang 13 B.M.Thuột 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 TD(+) và 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 và thể hiện trên hình 2.49 & 2.50

Ảnh hưởng của các yếu tố đến TD(+)

)

100

%

(

Chỉ số độ nhạy của các yếu tố ảnh hưởng đến TD(+), (%) TEMP (+)

80

60

40

Chỉ số độ nhạy của các yếu tố ảnh hưởng đến TD(+), (%) WIND (+)

g n ở ư h h n ả

20

ệ l

0

ỷ T

Chỉ số độ nhạy của các yếu tố ảnh hưởng đến TD(+), (%) PRECIP (-)

Trạm khảo sát

Hình 2.49. Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố khí hậu đến TD(+)

13

Ảnh hưởng của các yếu tố đến TD(-)

)

%

(

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

120 100 80 60 40 20 0

ệ l

ỷ T

Chỉ số độ nhạy của các yếu tố ảnh hưởng đến TD(-), (%) PRECIP (+)

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)

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); 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: 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, vận tốc gió 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.

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.

14

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

Để xác định tổng trục xe đơn tiêu chuẩn (W80) thì cần tiến hành xác định các yếu tố sau: Hệ số phân bố theo chiều xe chạy (DD) , hệ số phân bố theo làn xe trên mặt cắt ngang đường (DL), 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 /làn) (3.1) W80 = DD x DL x

3.1.2.Độ tin cậy (R) [21] Độ tin cậy của mặt đường được lựa chọn phụ thuộc vào cấp hạng

và chức năng con đường. 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: S0= 0,3÷0,4 (Với mặt đường cứng)

15

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). 3.1.5. Tính môđun phản lực nền hữu hiệu (trị số k).[40] - Khái niệm

Môđun phản lực nền hữu hiệu(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.

-Phương pháp xác định:

Có thể dùng một trong ba phương pháp sau để xác định trị số k: 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, Xác định trị số k thiết kế theo phương pháp đo chậu võng bằng thiết bị đo động FWD, Xác định trị số k thiết kế bằng tấm ép chịu tải

3.1.6.Tính Cường độ chịu kéo uốn (Môđun 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)

3.1.7. Tính Môđun 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- môđun 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.

16

3.1.8.Môđun đàn hồi của lớp móng, (Eb.)

Môđun đàn hồi lớp móng (Eb), được xác định nhờ sự tương quan với

trị số CBR.

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)

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.

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

Độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu của tấm bê tông xi măngtính theo công thức 1.13 và độ chênh lệch nhiệt độ âm hữu hiệu của tấm bê tông xi măng tính theo công thức 1.16. 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]

- Yêu cầu về thoát nước của kết cấu áo đường và những vấn đề

liên quan hiện hành của Việt Nam.[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

- Chất lượng thoát nước của kết cấu áo đường và những vấn đề

liên quan.

- Yêu cầu cơ bản trong thoát nước kết cấu áo đường của

AASHTO và hệ số thoát nước Cd

- Vấn đề thoát nước kết cấu cho mặt đường BTXM hiện nay ở

khu vực miền Trung 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)

17

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].

Cấu tạo thoát nước ở mép tấm

Lượng mưa trung bình năm; mm

Không có có

Đất nền từ A-4 đến A7-6 Đất nền từ A1 đến A3 Lớp móng Lớp móng trên thấm trên không nước thấm nước 0.90-1.00 0.70-0.90 >762 mm 1.05-1.15 0.75-0.95 >762 mm 0.80-0.90 Không có >1500 mm 0.65-0.85 1.00-1.10 >1500 mm 0.70-0.90

Lớp móng trên không thấm nước 0.75-0.95 0.90-1.10 0.70-0.90 0.85-1.05

Lớp móng trên thấm nước 0.85-0.95 1.00-1.10 0.80-0.90 0.95-1.05

có

Bảng 3.13:Hệ số thoát nước Cd đã được điều chỉnh và kiến nghị cho khu vực miền Trung

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). 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

18

Sự xuất hiện đồng thời 3 yếu tố: nhiệt, gió và mưa

15

i

Số lần xuất hiện nhiệt độ lớn nhất trong 36 năm

10

) n ầ l ( n ệ h t ấ u x n ầ

l

5

Số lần xuất hiện vận tốc gió lớn nhất trong 36 năm

ố S

0

I

I

I I

I I

I I

I I I

I I I

X X X

I

V V V

I

X

V

V

Số lần xuất hiện lượng mưa ngày lớn nhất trong 36 năm

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)

Tiến hành khảo sát theo sơ đồ hình 3.10, thu được số liệu tương ứng với 3 ngày đo (bảng 3.22), sau đó lựa chọn số liệu 1 ngày đêm (14.6.2016) để tính toán kiểm tra (bảng 3.19); từ đó tiến hành vẽ các đồ thị với những thông số liên quan, xác định sự biến thiên nhiệt độ trong tấm BTXM cho một ngày đêm, xác định giá trị chênh lệch nhiệt độ mặt trên và mặt dưới tấm BTXM, so sánh với lý thuyết tính toán để có những nhìn nhận đánh giá chính xác về quá trình thiết kế tấm BTXM mặt đường. (Bảng 3.22) 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

19

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

Bố trí khe giãn trong mặt đường BTXM có những bất cập 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) 3.5.3.Thiết kế khe giãn ở một số nước [14],[15],[20],[42]

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.

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. 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.

- 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 bất lợi của các yếu tố khí hậu vào các tháng trong năm

20

- Khảo sát phân tích đánh giá và xác định các quan hệ, biến đổi

và những thông số về nhiệt độ với tấm BTXM mặt đường.

Với các số liệu khảo sát thu thập phân tích cùng những kết quả nhận

thấy rằng:

- 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. Lượng mưa trung bình năm của khu vực lớn: Theo thống kê ở bảng 2.29 (cột 5), 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./.

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

- Nhiệt độ trung bình năm, lượng mưa trung bình năm và tốc độ gió trung bình năm: Các thông số này đã được 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).

21

- Tính độ chênh lệch nhiệt độ dương hữu hiệu (TD(+)): Từ giá trị khởi tạo 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

TT

Tên trạm

70

95

80

Giá trị TD(+)(0C)tương ứng với R (%) 90 50

1 TP Thanh Hóa 2 TP Vinh 3 Kỳ Anh 4 Đồng Hới 5 Đông Hà 6 Hương Thủy 7 Đà Nẵng 8 Tam Kỳ 9 TP Quảng Ngãi 10 Quy Nhơn 11 Tuy Hòa 12 Nha Trang 13 B.M.Thuột

Tọa độ Kinh độ Vĩ độ 99 99.9 105o47' 19o45' 5.95 6.12 6.19 6.26 6.31 6.4 6.48 105o41' 18o40' 5.59 5.66 5.70 5.76 5.79 5.86 5.92 106o16' 18o06' 6.11 6.29 6.38 6.47 6.52 6.62 6.73 106o36' 17o29' 6.23 6.35 6.42 6.52 6.58 6.71 6.79 107o05' 16o50' 5.33 5.49 5.60 5.78 5.95 6.27 6.78 107o35' 16o26' 6.04 6.16 6.21 6.27 6.32 6.42 6.51 108012’ 16002’ 5.73 5.83 5.89 5.97 6.03 6.13 6.20 108o28' 15o34' 6.58 6.38 6.48 6.55 6.67 6.77 7.05 108o48' 15o07' 5.45 5.45 5.51 5.58 5.65 5.70 5.80 109o13' 13o46' 6.29 6.29 6.41 6.48 6.56 6.63 6.74 109o17' 13o05' 5.88 5.88 6.01 6.08 6.17 6.24 6.36 109o12' 12o13' 6.64 6.64 6.74 6.80 6.90 7.00 7.19 108,03' 12,40' 5.47 5.46 5.60 5.65 5.72 5.77 5.85 -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

99

80

70

50

95

Giá trị TD(-)(0C)tương ứng với R (%) 90

-

1 TP Thanh Hóa 2 TP Vinh 3 Kỳ Anh 4 Đồng Hới 5 Đông Hà 6 Hương Thủy 7 Đà Nẵng

Tọa độ Kinh độ Vĩ độ 99.9 105o47' 19o45' -2.64 -2.90 -3.00 -3.12 -3.18 -3.24 -3.27 105o41' 18o40' -3.01 -3.05 -3.07 -3.10 -3.13 -3.17 -3.2 106o16' 18o06' -2.64 -2.87 -3.01 -3.16 -3.24 -3.33 -3.41 106o36' 17o29' -2.33 -2.47 -2.58 -2.74 -2.89 -3.23 -3.79 107o05' 16o50' -3.21 -3.40 -3.43 -3.53 -3.61 -3.73 107o35' 16o26' -2.44 -2.65 -2.76 -2.85 -2.89 -2.94 -2.98 108012’ 16002’ -3.00 -3.11 -3.17 -3.24 -3.28 -3.33 -3.38

22

TT

Tên trạm

99

80

70

50

95

Giá trị TD(-)(0C)tương ứng với R (%) 90

8 Tam Kỳ 9 TP Quảng Ngãi 10 Quy Nhơn 11 Tuy Hòa 12 Nha Trang 13 B.M.Thuột

Tọa độ Kinh độ Vĩ độ 99.9 108o28' 15o34' -2.35 -2.45 -2.49 -2.56 -2.61 -2.68 -2.78 108o48' 15o07' -3.16 -3.24 -3.30 -3.38 -3.46 -3.65 -3.89 109o13' 13o46' -2.27 -2.88 -2.99 -3.15 -3.30 -3.60 -4.15 109o17' 13o05' -3.14 -3.29 -3.40 -3.57 -3.75 -4.16 -4.73 109o12' 12o13' -2.37 -2.45 -2.50 -2.55 -2.59 -2.66 -2.74 108,03' 12,40' -3.06 -3.28 -3.38 -3.47 -3.52 -3.57 -3.61

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

Dựa vào các số liệu đầu vào giả định cùng với những thông số lựa chọn của khu vực, tiến hành tính toán kết cấu và chiều dày tấm BTXM, kết quả cho ra chiều dày tấm BTXM là 27 cm. 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 Với các số liệu đầu vào như trên, tiến hành kiểm tra lại thì thấy chiều

dày tấm BTXM 27 cm và kết cấu như trên là đảm bảo các yêu cầu. 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.

23

- 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 tin cậy lựa chọn, phục vụ cho việc tính toán kiểm tra khi thiết kế mặt đường được nhanh hơn.

- 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. 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 thác các 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 vưc 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.

24

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, 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 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, cùng 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 trạm khảo sát, vị trí các điểm đo ngoài thực tế chưa nhiều. D. Hướng nghiên cứu tiếp theo Luận án đã nghiên cứu về các thông số khí hậu thời tiết, còn những

thông số khác là định hướng cho những nghiên cứu tiếp theo./.

DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ

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,Th.s Nguyễn Văn Tươi, KS Phạm Đăng Nhân (2016),Khảo sát sự chênh lệc 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.