Tính toán các kết cấu mặt đường và Hướng dẫn kỹ thuật thiết kế: Phần 1

Chia sẻ: Lê Thị Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:116

Thêm vào BST

Báo xấu

139
lượt xem 31
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Phần 1 Tài liệu trình bày cơ sở của phương pháp tính toán mặt đường, liên quan giữa việc lựa chọn cách thiết kế mặt đường và cách quản lý mạng lưới đường bộ, tầng mặt, nền đất, các vật liệu mặt đường.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tính toán các kết cấu mặt đường và Hướng dẫn kỹ thuật thiết kế: Phần 1

NGUYỄN QUANG CHIẾU THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN CÁC KẾT CẤU MẶT ĐUỜNG ■ HƯỚNG DẪN KỸ THUẬT ■ (Tái bản) NHÀ XUẤT BẢN XÂ Y DựNG HÀ N Ộ I - 2 0 1 0
L Ờ I G I Ớ I T H IỆ U Nước Pháp CÓ m ạng lưới đường ôtô dày đặc và tốt vào loại nhất Châu A u với tổng chiều dài trên 900.000km đường có m ặ t đường (trong đó có 8300 km đường cao tốc, 28.000 km quốc lộ, 350.000 km tỉn h lộ, đảm nhiệm m ột lượng vận chuyển trung bình vào khoảng 25.000 xe Ingày (có 20% xe nặng) trên các đường cao tốc, 10.000 x e/n g à y trên các quốc lộ, 1500 xe Ị ngày trên các tỉnh lộ và 150 xe I ngày trên các đường làng xã. Thiết k ế kết cấu m ặt đường các loại cho trên 900 000 km đường chịu một lượng vận chuyển khác nhau như vậy luôn ở trạng thái tối với giá thành hợp lý là một việc không đơn giản, đòi hỏi phải giải quyết đúng đăn từ vấn đề thu nhập các s ố liệu đầu vào cho đến việc chọn loại kết cấu, chọn phương pháp thiết k ế tính toán hợp lý cho từng loại m ặt đường. Trong khi mà ở nhiều nước vẫn còn thiết k ế mặt đường theo phương pháp kinh nghiệm, thì từ 30 năm trở lại đây những chuyên gia về đường ôtô của Pháp đã dần hoàn chírth một phương pháp thiết k ế hợp lý dựa trên kết quả của lý thuyết tính toán ứng suất và biến dạng của kết cấu nhiều lớp, kết hợp với kết quả th í nghiệm vật liệu m ặt đường trong các điêu kiện khác nhau, đồng thời đôi chiếu với kết quả quan trắc thực nghiệm các kết cấu m ặt đường đã có. Có th ể nói đây là một phương pháp khá hoàn chính kết thừa được những kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm về m ặt đường của Pháp và của các nước tiên tiến trên th ế giới, nó xét tới đầy đủ các điều kiện làm việc của m ặt đường dưới các loại tải trọng xe chạy khác n h a u , trong các điều kiện môi trường khác nhau, yêu cầu về p h ẩ m chất đường khác nhau. Phương pháp này đã được tập hợp lại đầy đủ trong tập H ư ớ n g d â n k ĩ th u ậ t th iế t k ế và tín h to á n các k ế t câ u m ă t đư ờng này. Với việc xuất bản tập sách quý này , chúng tôi mong muốn cung cấp cho bạn đọc m ột phương pháp tiên tiến đ ể tham khảo kh i thiết k ế kết cấu m ặt đường, một hạng m ục rất quan trọng trong khôi phục, cải tạo mạng lưới đường ôtô của chúng ta hiện nay. X in chân thành cảm ơn các bạn đồng nghiệp Pháp trong Cảu lạc bộ Phát triển Việt N am của Hội Cựu sinh viên Trường quốc gia cầ u Đường Paris và Tiến sĩ N guyễn Thành Long , Chủ tịch Câu lạc bộ, đã cộng tác và giúp đỡ trong việc dịch và xu ấ t bản quyển sách này. GS. V i ệ n sĩ Đ ặ n g Hữu 3
LỜI NÓI ĐẦU Phương pháp thiết k ế m ặt đường do Cục Đường bộ sử dụng dưới dạng Catalô các kết câu mẫu (xuất bản lần đầu năm 1971 và tái bản có bổ sung sửa chữa năm 1998) nhằm các mục tiêu chính: - Xác đ ịn h một chiến lược kinh t ế - kỹ thuật có giá trị cho toàn bộ mạng lưới đường quốc gia và bảo đảm sự đồng nhất về mức phục vụ; - Cung cấp các giải pháp kỹ thuật xác định và gần giống nhau cho các công tác đối ngoại và chớ m ạng lưới kỹ thuật của nhà nước; - Tránh không đ ể người thiết k ế phải tính toán nhiều trong thời kỳ mà các phương tiện tin học hiện có tại địa phương còn hạn chế. N hữ ng năm gần đây , do bôĩ cảnh kinh tế - xã hội đã thay đổi sâu sắc, đòi hỏi phải biên soạn một tài liệu làm rõ một phương pháp thiết k ế các kết cấu m ặt đường đã được những người làm đường chấp nhận. Dưới đây là một s ố yếu tố phát triển quan trọng nhất đó: * Việc tiêu chuẩn hóa các sản phẩm và vật liệu m ặt đường đã thay th ế khái niệm vật liệu m ẫu trong các hướng dẫn, như khái niệm về các cấp vật liệu đặc trưng bằng các tính năng cơ học của chúng. S ự đa dạng hóa các cấp tính năng đòi hỏi phải giải thích cách m ôđun hóa các cấp đó theo đúng chiều dày của các lớp m ặt đường; * Chính sách phân quyền cho địa phương đã làm phân hóa chiến lược của các chủ công trình trong lĩnh vực đường sá. N hư vậy , về m ặt kỹ thuật đơn thuần cần có một phương pháp duy nhất đ ể thống nhất các khái niệm sử dụng trên toàn lãnh th ổ quốc gia và cung cấp các công cụ chung cho phép đánh giá một cách khách quan các giải pháp do chủ công trình và các x í nghiệp đ ề nghị; * S ự tăng nhanh nhịp độ phát triển kỹ thuật đường sá làm cho việc áp dụng các đổi mới chỉ có th ể thích hợp khi xác định được những giải pháp kỹ thuật có th ể chấp nhận được; * Cuối cùng là hiện nay khắp nơi đều có các phương tiện tính toán cần thiết đ ể áp dụng phương pháp hợp lý vào thiết k ế các kết cấu m ặt đường. Tất nhiên , tập hướng dẫn này không xác định việc phải lựa chọn các thông s ố cơ bản nào củng như giá trị của các thông sô cơ bản đó. Việc lựa chọn (chiến lược đầu tư, tuổi thọ ban đầu, độ rủi ro tính toán, nguy cơ gián đoạn phục vụ có thê chấp nhậnl ì) thuộc quyền của chủ công trình do từng chủ công trinh quyết định. Tài liệu này là thành quả lao động trong nhiều năm của m ạng lưới công tác nghiên cứu kỹ thuật của N hà nước, kết hợp rất chặt chẽ với các x í nghiệp xây dựng đường bộ và N hóm Đường ôtô của Tô chức Scétauroute. Trong khi ở nhiều nước còn thiết k ế các kết cấu m ặt đường theo phương pháp kinh nghiệm, th ì từ 30 năm lại đây ở Pháp đã khai thông dần một phương pháp gọi là "Phương p h á p hợp lý" dựa trên các kết quả của môn cơ học kết cấu. Phương pháp hợp lý này đã chỉ đạo việc xác lập các tờ catalô phát hành năm 1977, nhưng cho tới nay vẫn chưa công bô' Tập hướng dẫn này sửa chữa sự chậm trễ đó bằng cách thêm vào các kiến thức đã thu được từ đó trở đi và củng đ ế giới thiệu ra nước ngoài các cơ sở của phương pháp Pháp. Giám đốc Cục Đường bộ Christian Leyrit 5
PH Ạ M V I Á P D Ụ N G Các nguyên tắc trình bày trong tài liệu này có liên quan với việc thiết kế các kết cấu mặt đường ôtô (trừ mặt đường không rải mặt và mặt đường lát). Từ những căn cứ của nó, phương pháp tính toán này được áp dụng cho các cấp đường khác nhau từ các mặt đường ít xe cho đến các kết cấu của đường cao tốc. Nếu việc tính toán mật đường đã tiến hành theo các điều kiện khí hậu và tải trọng xe chạy hợp pháp trên lãnh thổ của nước Pháp, thì phương pháp thiết kế hợp lý, mà các nhân tố khác nhau trên đây đã được xử lý, cho phép chuyển các nguyên tắc đã nói rõ trong tài liệu này sang các bối cảnh khác. Ó đây không bàn đến các trường hợp riêng cho các yêu cầu của đường bãng sân bay hoặc cho các mạt bằng công nghiệp. Tuy nhiên, việc tiếp cận vế cơ học cùa việc tính toán là một trong những nét độc đáo của phương pháp Pháp, trong một số trường hợp, có thể cung cấp các yếu tố, từ đó có thể thiết lập các quy tác thích ứng với các điều kiện riêng này. Tài liệu cũng nêu rõ các giai đoạn của phương pháp tính toán dẫn đến sự xác dịnh chiều dày cùa các lớp khác nhau cùa kết cấu mặt đường phù hợp với chiến lược đầu tư và bảo dưỡrig đã chọn và tùy thuộc vào các mục tiêu phục vụ, lượng giao thồng và các điều kiện nrồi trường. Nó xác định các thồng số tính toán ràng buộc với các tính chất vật lý và cơ học của vật liệu đỏi với các kỹ thuật làm mặt đường khác nhau. Tuy nhiên, để xác định các kết cấu mặt đường thích hợp với một mạng lưới đường bộ nhàt định, còn cẩn phải bổ sung cho các quy định trong tài liệu này dữ liệu của một tập hợp các quy tắc để cho chủ công trình chọn. Như vậy có nghĩa là mỗi chủ công trình phải xác định các mục tiêu phục vụ, các mục tiêu này sẽ được thể hiện trong việc chọn thời gian phục vụ trước khi các công tác bảo dưỡng đầu tiên được tiến hành, chọn độ rủi ro gián đoạn phục vụ được chấp nhận do những biến động về thời tiết, v.v... v ề các điểm này khồng thể có nguyên tắc thích hợp cho mọi tình huống. 6
Phẩn 1 cơ sở CỦA PHƯUNG PHÁP TÍNH TOÁN MẶT m DUdNG 1.1. M Ô TẢ CHỨC N Ă N G C Ủ A CÁC LỚP M Ậ T ĐƯỜNG Mặt đường là m ột kết cấu nhiều lóp (hình 1.1) được rải trên m ột tổ hợp gọi là nền đất gồm có đất đào đắp (gọi là đất nền) và phía trên thường có một lớp trên nền đất. Mặt nền đất Mặt lớp trên nền đất Lề Lớp mặt xe chạy - Ị r— J— — — Lớp liên kết ' J ỉ-ĩần9 M ì Lớp móng trên -Ị I Tâng mong^ Lớp móng dưới í / i /ứ a Lớp trên nén đất V’ . . .'.'é' Y.Y V *4i/ V .V.”V-‘. • • & V Phần trên của nền đát Nền đất H ình 1.1. Thuật ngữ Lớp trên nền đất (lớp nền xử lý) Lớp này chuyển tiếp giữa đất nền và m óng của mặt đường và có m ột chức năng kép: - Trong giai đoạn thi côn g nó bảo vệ đất nền, bảo đảm cao trình và cho phép xe cộ ch ớ vật liệu xây dựng các lớp mặt đường đi lại trên đó; - Đ ối vớí chức nãng cơ học của mặt đường, lớp này bảo đảm sự đồng nhất và cải thiện các tính chất phán tán của vật liệu nền đắp hoặc của đất tại chỗ. V ai trò của các lớp tạo thành mặt đường: - Các lớp m óng (lớp m óng dưới và lớp m óng trên) - Lớp mặt. Có thể phân định bằng sự đóng góp vào các chức năng mà mặt đường phải bảo đảm. 7
Các lớp móng Lớp m óng của mặt đường thường gồm có hai lớp: lớp m óng dưới và lớp m óng trên. Các lớp này làm bằng vật liệu đã gia côn g (với các mặt đường chịu lượng vận chuyến cao) làm ch o mặt đường có cường độ cơ học chịu được tải trọng thẳng đứng do xe chạy gây ra. Các lớp m óng này phân bố đều áp lực trên nền đất và duy trì các biến dạng của nền đường nằm trong các giới hạn cho phép. Với mặt đường ít xe chạy trong một s ố trường hợp vai trò của lớp m óng dưới có thế được bảo đảm bằng việc xử lý đất tại chỗ. Tầng mặt Tầng mặt gồm có: - Lớp mặt x e chạy, là lớp trên cùng của kết cấu mặt đường, trực tiếp chịu phá hoại do xe cộ và khí hậu. - Lớp liên kết (có thể có hoặc không) giữa lớp mặt và lớp m óng. Tại mặt tiếp giáp giữa lớp mặt và lớp m óng trên ta có thể tìm biện pháp để làm chậm sự truyền nứt từ các lớp m ón g gia cố chất liên kết rắn trong nước lên lớp mặt. Các đặc trưng bề mặt của lớp mặt xe chạy phụ thuộc nhiều vào chất lượng sử dụng của mặt đường. N goài ra lớp mặt còn góp phần vào độ lâu bền của kết cấu mặt đường, đặc biệt là chức năng kín nước đỗi với lớp m óng. Các chức năng và các mục tiêu được xem xét để chọn lớp mặt được nói trong phần III. 1 .2 . S ự L À M V IỆ C C Ủ A C Á C H Ọ M Ặ T Đ U Ờ N G K H Á C N H A U V À C Á C K lỂ U H Ư H Ỏ N G C Ủ A C H Ú N G Dưới tác dụng phối hợp của sự lặp lại của tải trọng xe chạy (giao thông), của các nhân tố khí hậu và của thời gian, mặt đường dần dà bị xuống cấp. V iệc tìm hiểu tính chất của các hư h ỏn g và cách tiến triển các hư hỏng này chủ yếu để: - Biết được cách làm việc của các kết cấu mặt đường; - Chọn m ô hình tính toán thích ứng với kỹ thuật; - Hiệu chỉnh lần cuối các kết quả tính toán về những điểm mà m ô hình cơ học dùng để tính toán kết cấu mặt đường chưa xác định rõ. Tùy theo tính chất và chất lượng của các lớp khác nhau mà thường gặp những hư hỏng sau đây. Lớp mặt xe chạy - Mài m òn do ứng suất tiếp của tải trọng bánh x e gây ra; - V ệt bánh xe do rão trong điểu kiện nhiệt độ cao và ứng suất do xe chạy gây ra lớn; 8
- Nứt do m ỏi vì lớp mặt bitum dính bám kém với lớp móng; - Nứt do truyền nứt từ lớp m óng lên; - Nứt do m ỏi nhiệt vì bitụm hóa già. Các lớp m óng gia cô - Nứt do m ỏi vì sự lặp lại của ứng suất kéo uốn khi tải trọng chạy qua; - Nứt do c o rút khi đông cứng của cấp phối đá gia c ố chất liên kết rắn trong nước; - Các tấm bêtông bị đội lên và cập kênh tại các vị trí đường nứt và khe nối, do chất lượng truyền lực kém và nền m óng bị xói mòn. Các lớp m óng không gia c ố và nên đường - Biến dạng dư của kết cấu (lún, vệt hằn bánh x e) do tích lũy tại các biến dạng dẻo. V ới m ỗi loại kết cấu mặt đường có những khuyết tật nổi bật thể hiện các cách làm việc riêng của loại mặt đường đó. 1.2.1. Các họ kết cấu mặt đường M ột trong những đặc trưng của mạng lưới đường ôtô của nước Pháp là sự tồn tại các kết cấu mật đường rất đa dạng m à có thể phân thành các họ sau đây: - Mặt đường m ềm ; - Mặt đường nhựa bitum dày; - Mặt đường có lớp m óng gia c ố chất liên kết rắn trong nước; - Mặt đường có kết cấu hỗn hợp; - Mặt đường có kết cấu đảo ngược; - Mặt đường bêtông xi măng. Trong bối cảnh của nước Pháp, các nhóm mặt đường khác nhau này được đặc ưưng tóm tắt như hình 1.2. 1.2.1.1. M ặt đường mềm Các kết cấu này gồm m ột lớp mặt bitum tương đối m ỏng (dưới 15cm ) có thể giảm xu ốn g còn một lớp láng nhựa do mặt đường ít xe chạy, được đặt trên m ột hoặc nhiều lớp vật liệu hạt không gia cố. Chiều dày tổng cộng của mặt đường thường từ 30 đến 60cm . 1.2.1.2. M ặt đường nhựa bitum dày Các kết cấu này gồm m ột lớp mặt bitum trên m ột thân mặt đường (lớp m ỏng) bằng vật liệu gia c ố các chất liên kết hyđrôcácbon làm thành một hoặc hai lớp (lớp m óng trên và lớp m ón g dưới). Chiều đày các lớp móng thường từ 15 đến 40cm . 9
Mặỉ đường mềm 1. Lớp mặt bằng vặt liệu bitum 2. Vật liệu bitum lớp móng (< 15cm) Vt fs ạ ỉ * ũ ụ tỉ 3. Vật liệu hạt không gia cố (20 - 50cm) Ỹ ////////////////Â 4. Mặt nén đất Mặt đường bitum dẩy 1. Lớp mặt vật liệu bitum 2. Vặt liệu bitum của lớp móng (15 - 40cm) 3. Mặt nén đất Mặt đường có lởp m óng gia c ố ch ất liên kết rắn trong nước 1. Lớp mặt bằng vật liệu bitum (6 - 14cm) 2. Vật liệu gia cố chất liên kết rắn trong nước (20 - 50cm) 3. Mặt nén đất 7 /////////////////1 Mặt đường kết c ấu hỗn hợp 1. Lớp mặt bằng vặt liệu bitum 2. Vật liệu bitum lớp móng (10 - 20cm) 3. Vật liệu gia cố chất liên kết rắn trong nước (20 - 40cm) 4. Mặt nén đất Mặt đường kết c ấu ngược 1. Lớp mật bằng vật liệu bitum 2. Vật liệu bitum lớp móng (10 - 20cm) 3. Vật liệu hạt không gia cố (~12cm) Ợ ////////////////A 4. Vật liệu gia cố chất Hên kết rắn trong nước 5. Mătnén đất MẶT DƯỜNG BÊ TÔNG XI MẦNG Tấm khòng thanh truyền lực với lớp m óng 1 Bê tông xi măng (20 - 28cm) 2. Bé tỏng nghèo (12 - 18cm) hoặc vặt liệu gia cố chất liên kết rắn trong nước (15 - 20) 3. Mặt nén đất Tấm có thanh truyền lực với lớp móng 1. Bê tông xi măng (17 - 23cm) 2. Bê tỏng nghèo (14 - 22cm) 3. Mật nến đất Tấm không có lớp m óng 1. Bê tông xi măng (20 - 39cm) 2. Lớp thoát nước 3. Mật nén đất Bẻ tông cốt th ép lièn tụ c (1) 1. Bè tòng xi măng (16 - 24cm) 2. Bê tông nghèo (12 - 14cm) 3. Mặt nén đất Bé tòng cốt thép liên tục (2) 1. Bẽ tông xi mâng (18 - 24cm) 2. Móng bằng vật !iệu nhựa (5cm) 3. Cát gia cố chất liên kết rắn trong nước (50 - 60cm; 3. Mặt nén đất H ỉn h 1.2. Các loại kết cấu mặt đường 10
1.2.1.3. M ặt đường có lớp móng gia cố các chất liên kết rắn trong nước Các kết cấu này thường được gọi là "mặt đường nửa cứng". Chúng gồm m ột lớp mặt bitum trên m ón g làm bằng vật liệu gia cố chất liên kết rắn trong nước được làm thành m ột hoặc hai lớp (lớp m óng trên và lớp m óng dưới) với chiều dày tổng cộn g vào khoảng từ 2 0 đến 50cm . 1.2.1.4. M ặt đường có kết cấu hỗn hợp C ác kết cấu này gồm một lớp mặt và m ột lóp m óng trên bằng vật liệu nhựa bitum (chiều dày của lớp m óng trên 10 đến 20cm ) trên m ột lóp m óng dưới bằng vật liệu gia cố chất liên kết rắn trong nước (20 đến 40cm ). Các kết cấu gọi là hỗn hợp là các kết cấu mà tỉ s ố giữa ch iều dày của vật liệu bitum trên chiều dày tổng cộn g của mặt đường vào khoảng 1/2. 1.2.1.5. M ặt đường kết cấu ngược Các kết cấu này gồm các lớp bitum chiều dày tổng cộn g khoảng 15cm đặt trên m ột lớp cấp phối không gia c ố (khoảng 12cm ), lớp này đặt trên m ột lớp m ón g dưới bằng vật liệu gia c ố chất liên kết rắn trong nước. Tổng chiều dày các lớp lên đến 6 0 - 80cm . 1.2.1.6. M ặt đường bêtông ximãng Các kết cấu này gồm một lớp bêtông xi m ăng dày từ 15 đến 40cm thường được phủ m ột lớp mặt m ỏng bằng vật liệu bitum. Lóp bêtông được đặt trên lớp m ón g (có thể bằng vật liệu gia c ố chất liên kết rắn trong nước, bằng bêtông xim ăng hoặc bằng vật liệu thoát nước không gia cố) hoặc đặt trực tiếp trên nền đường, trong trường hợp này thường có m ột lớp bitum ở giữa. Tấm bêtông có thể liên tục có tăng cường theo ch iều dọc (bêtông cốt thép liên tục) hoặc gián đoạn có hoặc không có thép liên kết giữa các khe. 1.2.2. Sự làm việc và hư hỏng của các họ kết cấu khác nhau Chương này m ô tả các nét đặc trưng nhất của sự làm việc và hư hỏng của các họ kết cấu mặt đường khác nhau. Sự m ô tả ngắn gọn này là không đầy đủ. N ó không bao gồm các trường hợp mà việc chọn các thành phần phối hợp, việc c h ế tạo hoặc thi côn g có những sai sót hoặc không thích hợp. 1.2.2.1. M ặt đường mềm * ứ n g su ấ t d o xe ch ạy gây ra C ác vật liệu hạt không liên kết làm lớp m óng của mặt đường này c ó đ ộ cứng nhỏ phụ thuộc vào độ cứng của đất và chiều dày của chúng. V ì chiểu dày lớp bitum khá m ỏng nên các ứng suất thẳng đứng do xe chạy gây ra được truyền xuống nền đất theo m ột góc phân bố ngang nhỏ. úng suất thẳng đứng lớn do lặp đi lặp lại gây ra các biến dạng dẻo trong đất hoặc trong lớp cấp phối tạo thành các biến dạng dư ở bể mặt của mặt đường. Đ á y của lớp mặt bitum chịu ứng suất kéo uốn lặp lại. 11
*Ánh hưởng của các điiềuu Hiện môi trường Đ ộ cứng nhỏ của kết cấm llàm cho các kết cấu mặt đường này đặc biệt nhạy cảm với những thay đổi trạng tháii ẩẩrm ướt của đất nền. Đ iều này được thể hiện qua "hiệu ứng cạnh": Sự giảm sức chịu tải ởfthời kỳ ẩm ướt có thể làm lún .sệ m ép và nứt co trong thời kỳ khô hạn. Chú ý: Việc giảm sức chịịu! tảỉi do thay đổi trạng thái ẩm ướt của đất nền nhạy cảm với nước càng rõ hơn (vê mùa mưa vài tcan .băng) khi điểu kiện thoát nước và không thấm nước của lớp mặt đều xấu. Các kết cấu khác ciũnịg mhưvậy nên sau này chúng tôi không nhắc lại nữa. * S ự tiến triể n của cá c ihưc hiòng Sự phát triển thường thỉấyy của mặt đường m ềm được thể hiện trước tiên bằng sự xuất hiện các biến dạng dư kiểui việt bánh bán kính lớn, các chỗ lõm và lún làm giảm chất lượng của m ặt cắt ngang Víà imậặt cắt dọc. N hững biến dạng này tiãmg lên theo lượng giao thông tích lũy về chiều sâu và chiều rộng tùy thuộc vào chất Uươ/ng trung bình của kết cấu và độ phân tán của các đặc trưng cơ học của thân m ặt đường wà (CÙa đất. Các ứng suất uốn iặp hại trrong lớp mặt bitum gây ra phá hoại do m ỏi dưới dạng các đường nứt, đầu tiên là c ắ c điưcờng nứt riêng rẽ rồi phát triển dần thành m ột m ạng đường nứt nhỏ. Nước thấm xuống dè dlàmg hơn làm tăng nhanh các hiện tượng: m ở rộng đường nứt, bong bật vật liệu rồi tạo thiàrnhi các ổ gà. Nếu không bảo dưỡng kịp thời thì mặt đường bị h ỏng rất nhanh ch o đến khii íhoiàn toàn bị phá hỏng. 1.2.2.2. M ặt đường bừiurrn (tíày * ứ n g su ấ t d o xe ch ạ y g â y ira Đ ộ cứng và độ bền chịiu lké',0 của các lớp m óng bằng vật liệu bitum cho phép khuếch tán ứng suất thẳng đứng tiriryềìn xuống lớp nền do đó giảm nhanh chúng. N gược lại, tải trọng xe chạy gây ra ứng Sĩuẵít kéo uốn trong các lớp có chất liên kết. Các mặt đường này thưrờmg có nhiều lớp. Khi các lớp này dính chặt nhau, độ dãn dài lớn nhất sinh ra ở đáy củ a liớp sâu nhất. Nhưng nếu các lớp không dính chặt với nhau, từng lớp sẽ chịu ứng suất Ikéio và sẽ có thể bị phá hoại do m ỏi. Như vậy, chất lượng của các mặt tiếp giáp có ảnh huiởmg lớn đến tình hình làm việc của loại mặt đường này. Còn ứng suất tác dụng lê:n nền đất thì thường nhỏ và không gây biến dạng dư ở lớp mặt trước khi các lớp biturm Ibị phá hoại do mỏi. * Ả nh hưởng củ a c ú c điềm kúện môi trường Tương tự như ảnh hưíởmg đãi nói trong mặt đường m ềm . N ói chung chỉ xảy ra vết hằn bánh xe do từ biến ở nhiệt độ cao và dưới tác dụng của xe nặng chạy chậm , trong lớp mặt. 12
* S ự tiến triể n của cá c h ư hỏng K hông bảo dưỡng thì quá trình phá hoại của mặt đường bitum dày sẽ phát triển cho đốn hư hỏng hoàn toàn. Theo phương pháp tính m ỏi của Pháp thì sự xuất hiện các đường nứt dọc do m ỏi trong các vệt bánh xe thường xảy ra sau sự phá hoại bề mặt. Các đường nứt dọc dần trở thành các đường nứt lưới với kích thước của ô lưới giảm dần. V iệc ch u yên sang đường nứt lưới này sẽ xảy ra trong các vùng có chất lượng thấp (sức chịu tải của nền, các đặc trưng của vật liệu liên kết, khu vực mà lớp mặt bị bong ra). Đ ường nứt phát triển làm cho nước thấm nhanh vào thân mặt đường, khiến cho dường nứt m ớ rộng m iệng, vật liệu bị bong ra và tạo thành ổ gà. Ở giai đoạn nàv các lớp liên kết bị hỏng, cách làm việc của mặt đường thay đổi nhiều: dưới tác dụng của tải trọng sẽ tạo thành các khối làm việc riêng rẽ. V ới cách tính toán và vật liệu dùng ở Pháp cho các mặt đường này không quan sát hoặc ít quan sát thấy các biến dạng dư do tải trọng gây ra trong đất, trừ các trường hợp cá biệt (giao thông nặng sau mùa đông khắc nghiệt, thiếu sót về thi c ô n g .. .)• 1.2.2.3. M ặt đường có lớp móng gia cô chất liên kết rắn trong nước * ứ n g su ất do xe ch ạ y gây ra D o vật liệu gia c ố chất liên kết rắn trong nước có độ cứng lớn, ứng suất thảng đứng từ mặt đường truyền xuống nền đất nhỏ. N gược lại, lớp m óng chịu ứng suất kéo uốn. Ưng suất này có tính quyết định trong việc tính toán lại mặt đường này. Các kết cấu này thường gồm một lớp m óng trên và một lóp m óng dưới. Khi lực dính bám giữa các lớp này bảo đảm tính liên tục của chuyển vị thì ứng suất k éo lớn nhất quan sát thấy ở đáy của lớp m óng dưới. Trường hợp ngược lại (xảy ra sự trượt tương đối) thì ở đáy của cả hai lớp đểu chịu kéo. Mặt tiếp giáp của lớp mặt bitum và lớp m óng trên cũng là m ột vùng nhạy cảm vì: - Chịu ứng suất thẩng đứng và ứng suất cắt nằm ngang, và. - M ấy centim et phía trên của lớp m óng gia c ố thường có cường độ thấp. * Ả n h hưởng củ a c á c điều kiện m ôi trườnq Các lớp m óng gia c ố chất liên kết rắn trong nước bị co rút do nhiệt độ và khi ngưng kết. D o ma sát giữa lớp m óng và nền đất phía dưới sự co rút này bị cản trở, gây ra một đường nút ngang. Nếu không có bố trí cấu tạo đặc biệt thì các đường nứt này sẽ truyền lên lớp mặt. Các đường nứt này xuất hiện trên lớp mặt với một khoảng cách tương đối đều (từ 5 đến 15m). Các đường nứt này m ở rộng theo nhiệt độ từ vài phần mười m ilim et đến vài m ilim et. K hi mới xuất hiện trên bề mặt, các đường nứt do co rút này thường rõ ràng và có xu hướng m ớ rộng và phân nhánh ra dưới tác dụng của tải trọng xe chạy. 13
v ề mặt cơ học những chỗ gián đoạn này làm tăng ứng suất theo hướng ngang xung quanh vệt bánh xe, so với trị số quan sát được trong một môi trường liên tục. Sự tăng ứng suất này tỉ lệ ngược với chất lượng truyền tải trọng giữa hai mép của đường nứt. N goài ra nếu sự truyền tải trọng nhỏ thì áp lực do tải trọng truyền lên nền m óng sẽ tăng mạnh. Đ ường nứt co làm cho nước dễ thấm xuống do đó làm giảm chất lượng dính bám ớ mặt tiếp giáp với phần trên của lớp móng, làm tăng độ dãn dài ở đáy của lớp mặt bitum, làm tãng ứng suất kéo ở đáy của các lớp gia c ố cũng như thay đổi điều kiện g ố i trê nền m ón g của mặt đường. N goài ra còn ảnh hưởng đến sự truyền tải trọng giữa các m ép của đường nứt, làm cho dập nát dễ dàng, làm tãng ứng suất kéo theo hướng ngang ở đáy của các lớp gia c ố và tăng ứng suất thẳng đứng trên nền m óng của mặt đường. * S ự tiến triể n củ a cá c h ư hỏng Lớp mật bitum trên các lớp móng gia cô' đầu tiên được thi côn g trong thập kỷ 6 0 có ch iều dày nhỏ (5cm ) và thường thấm nước. Bề mặt của lớp m óng thi công thiếu cẩn thận, được bảo vệ không tốt nên bị hư hỏng nhanh do dập nát và thấm nước (qua các đường nứt co rút hoặc trong các vùng có lớp thấm mật). Từ đó về mùa mưa bị phụt bùn lên mặt. Những hư hỏng này phát triển nhanh thành các vệt hằn bánh xe có đường nứt rồi sau đó thành ổ gà. Các mặt đường xây dựng sau 1975 đã được chú ý nhiều về chất lượng của bề mặt lớp m ón g, đã tãng chiều dày của lớp mặt bitum và bịt kín các đường nứt do co rút nên đã hạn c h ế được rất lớn hiện tượng phùi bùn. M ặt khác đã áp dụng một số biện pháp kiểm tra đường nứt do co rút (tạo các đường nứt trước trong các lớp m óng) và hạn chế hoặc làm chậm sự truyền lan các đường nứt lên lóp mặt. 1.2.2.4. M ặt đường có kết cấu hỗn hợp Các lớp khác nhau của các kết cấu hỗn hợp có một chức năng khác nhau. Lớp vật liệu gia c ố chất liên kết rắn trong nước bố trí ờ lớp m óng dưới nhờ có độ cứng lớn sẽ phân bố và làm giảm ứng suất truyền lên nền đất. Mặt khác lớp này là lớp m óng có khả năng ít biến dạng đỡ các lớp bitum phía trên. Các lớp bitum (trong đó thường có Iĩiột lớp cấp phối đá bitum ) có nhiều nhiệm vụ. Các lớp này bảo đảm chất lượng bằng phẳng và liên tục của các vật liệu này, nhờ chiều dày của nó các lớp này làm chậm sự truyền các đường nứt ngang của các lớp vật liệu gia c ố chất liên kết rắn trong nước và giảm ứng suất uốn ở đáy của lớp m óng. * ứ n g su ấ t d o xe ch ạ y gây ra Ở giai đoạn đầu tiên các lớp dính chặt nhau. Như vậy lớp bitum ít chịu k éo (trừ các khu vực ở gần đường nứt ngang của lớp gia cố). Ngược lại ở đáy của lớp gia c ố chất liên kết rắn trong nước thì lại chịu mỏi do uốn. 14
D o những chuyển động dãn nở khác nhau giữa lớp cấp phối đá bitum và các lớp cấp phối đá gia c ố chất liên kết rắn trong nước và tác động của lượng g ia o thông, các lớp này c ó thể không dính bám với nhau nữa ở một số khu vực. Đ iều này c ó thể làm tăng mạnh ứng suất kéo trong lớp cấp phối đá - bitum và lớp này lại có thể bị hỏng do m ỏi. * Ả n h hưởng củ a cá c điều kiện m ôi trường Lớp gia cô' chất liên kết rắn trong nước bị co rút, tuy nhiên lớp bitum bảo đảm giảm nhỏ gradien nhiệt độ hàng ngày. Chênh lệch nhiệt độ hàng ngày cùng với tác dụng của x e chạy gây ra sự truyền nứt lên lớp bêtòng nhựa (chiều dày của lớp bêtông nhựa sẽ làm giảm cường độ của ứng suất). *Sự tiến triển của các hư hỏng V ới các kết cấu được xây dựng theo "Catalô các kết cấu m ẫu của mặt đường làm m ới 1977" [2] về tổng thể là thỏa mãn tình hình chịu lực. T rong các m iền khí hậu đại dương h iếm thấy xuất hiện đường nứt, trong các m iền khí hậu lụ c địa khi dùng cốt liệu c ó hệ s ố dãn nở lớn thì quan sát thấy xuất hiện đường nứt. Các đường nứt ngang của lớp bitum thì nhỏ và thưa tuy nhiên cần bảo dưỡng để tránh tăng nhanh hư hỏng, do nước thấm . Trên đất có sức chịu tải thấp khi chiều dày và chất lượng cấp phối đá gia c ố chất liên kết rắn trong nước không đủ thì thấy xuất hiện cá c vệt lõm lớn làm nứt rạn lớp bitum phía trên. 1.2.2.5. M ặt đường kết cấu ngược Mặt đường kết cấu ngược là các kết cấu có ba lóp mà mỗi lớp có m ột chức năng riêng. Lớp m óng dưới bằng vật liệu gia cố chất liên kết rắn trong nước nhằm giảm nhỏ ứng suất truyền lên nền đất, mặt khác tạo thành một lớp m óng ít biến dạng ch o các lớp nằm trên nó. Trong m ột số trường hợp và trong những điểu kiện nhí'ĩ định nào đó, lớp trên nền đất xử lý bằng cách gia c ố chất liên kết có thể thay thế cho lớp m ón g dưới này. Lớp vật liệu hạt có khả năng biến dạng tương đối theo hướng ngang, có thể tránh được sự lan truyền các đường nứt do co rút vì nhiệt độ của lớp vật liệu gia c ố chất liên kết rắn trong nước. Lớp mặt bitum bảo đảm được độ bằng phẳng và không thấm nước. * ứ n g su ất do xe chạy gây ra Lớp gia cố chất liên kết rắn trong nước bảo đảm phần lớn độ cứng khi uốn của kết cấu. Lớp bitum cũng chịu uốn ở đáy lớp, biên độ của độ dãn dài phụ thuộc vào chiều dày và đ ộ cứng của ỉớp vật liệu hạt. Lớp vật liệu hạt m ỏng, bị kẹp bởi các lớp liên kết được đặt trên m ột lóp m óng cứng chịu các ứng suất tương đối cao. Từ đó lớp cấp phối đá dăm phải được chọn để chịu 15
được trượt và có m ôđun cao nhằm hạn ch ế biến dạng của lớp bitum. Chiều dày của lớp vật liệu hạt thường vào khoảng 12cm để đạt được độ chặt cao. * Ả n h hưởng củ a cá c điều kiện môi trường H iệu ứng nhiệt đối với sự phát triển đường nứt do co rút của các lớp gia cố chất liên kết rắn trong nước và với khả năng biến dạng của các lớp bitum đã nói trong các kết càu trên đây cũng xảy ra đối với kết cấu ngược. * S ự tiến triể n củ a c á c h ư hóng Các kết cấu ngược đầu tiên làm năm 1975. Những thí nghiệm về m ỏi do LCPC tiến hành ch o thấy cá c kiểu hư hỏng tiềm tàng: lớp vật liệu hạt bị lún nhẹ theo vệt bánh xe và sau m ột số lớn chu kỳ tác dựng trong các lớp bitum đột ngột xuất hiện m ột đường nứt ngang do m ỏ i. Các đường nứt này rất nhỏ và thưa. Mặt khác không thấy c ó sự lión quan giữa các đường nứt này với các đường nứt của lớp vật liệu gia c ố chất liên kết ràn trong nước và như vậy là lớp vật liệu hạt có xác dụng tốt trong v iệc ch ốn g truyền nứt. N ếu thi cô n g k h ôn g tốt nước thấm vào và đọng lại trong lớp vật liệu hạt thì mặt đường bị h ỏn g nhanh. 1.2.2.6. M ặt đường bẻ tỏng xi máng * ứ n q su ất d o x e ch ạ y gây ra D o m ôđ u n đàn h ổi củ a bê tòng xi m ãng ca o , ứng suất do xe ch ạy chủ yếu làm cho tấm bê tông chịu uốn. ứng suất nén truyền xuống đất nhỏ. Cũng như các mặt đường có * m óng gia c ố chất liên kết rắn trong nước, ứng suất có tính quyết định là ứng suất kéo uốn ở đáy. Khi ngưng kết và dưới tác dụng của các chu kỳ nhiệt độ, bê tông chịu các bước co rút. Thường khống ch ế việc xuất hiện đường nứt hoặc bằng cách thi côn g các khe ngang hoặc bằng cách đặt các cốt thép dọc liên tục nhằm phân bỏ' các biến dạng co rút bằng cách tạo nên nhiều đường nứt nhỏ. ứng suất ngang khi xe chạy ờ mép tấm càng lớn nếu sự truyền tải trọng giữa các tấm nhỏ. Đ ộ nhỏ của các đường nứt của bê tông cốt thép liên tục cho phép bảo dảm m ột sự gần như liên tục của kết cấu. Với các kết cấu bằng bê tông có thanh truyền lực, việc truyền tải trọng được bảo đảm nhờ các thanh thép nằm đúng các khe nối ngang. * Ả n li hưởng củ a c á c điều kiện m ôi trường V ới các kết cấu này, ứng suất do sự thav đổi các điều kiện của m ôi trường gây ra có thê lớn hơn nhiều so với ứng suất do xe chạy gây ra. Tuy nhiên chính là sự kết hợp của ứng suất do tải trọng và gradien nhiệt độ gây ra sự phá hoại do m ói của mặt đường. Sự thay đổi của nhiệt độ theo mùa gây ra sự thay đổi chiều dài của tấm nhưng m a sát giữa tấm và m óng cản trở sự thay đổi này. ứng suất kéo càng nhò khi sự cách ly giữa tấm và nền m óng càng có hiệu quả và khi tấm ngắn. 16
Sự thay đ ổi hàng ngày của nhiệt độ m ôi trường gây ra các gradien nhiệt trong tấm và các tấm có xu hướng biến dạng. N ó làm thay đ ổi điều kiện gối của tấm lên nền m óng, dẫn đến việc tăng tác dụng của xe cộ. * S ự tiến triể n của cá c hư hỏng Với mặt đường bê tông cổ điển có các tấm gián đoạn, sự tạo thành đường nứt do ứng suất k éo uốn lớn ở đáy tấm là một trong hai kiểu phá hoại ch ín h ... V iệ c b ố trí kết cấu được áp dụng ở Pháp: m ở rộng mặt đường và liên kết giữa các băng d ọc nhằm giảm và hạn c h ế việc xuất hiện các đường nứt ngang và gãy góc tấm. K iểu phá hoại chủ yếu thứ hai là hiện tượng tấm bị dội lên. Đ ó chủ yếu là d o ở mặt tiếp giáp của tấm và lớp móng có nước, kết quả phối hợp của: - N ền m óng bị xói mòn; - Tác dụng lặp lại của xe cộ; - Sự truyền lực giữa các tấm yếu sinh ra sự m ất đối xứng của ứng suất và ch u yển vị giữa các tấm. Sử dụng vật liệu ít bị xói m òn làm lớp m óng và thoát nước thích hợp ở cá c m ặt tiếp giáp (giữa tấm và nền, giữa tấm và lề) là các giải pháp cấu tạo hiện được dùng ở Pháp ch o phép tránh được sự phá hoại mặt đường bê tông do bi đội lên rồi bị cập kênh giữa các tấm. K iểu phá hoại của mặt đường bê tông cốt thép liên tục còn ít được biết đến. Loại mặt đường này m ới được thi công ở Pháp lẩn đầu tiên vào năm 1983. Khi thấy vết nứt, ta có thể n gh ĩ rằng sự hư hỏng cũng bắt đầu tương tự như với các kết cấu khác. Trái lại, do có cốt thép và đường nứt nhỏ, sự không liên tục theo chiều ngang vẫn có chất lượng truyền lực thực tế giốn g như chất lượng truyền lực của cá c khe nối dọc. 1.3. LỊCH S Ử PH ÁT TRIEN p h ư ơ n g p h á p t í n h t o á n c ủ a p h á p Sự phát triển của phương pháp thiết k ế không thể tách rời sự phát triển của hai loại yếu tố: ' Các vật liệu mật đường và kỹ thuật thi công; - Tải trọng, lượng giao thông của xe tải chở nặng và tốc độ của xe con. Ở Pháp cho đến những năm 50 việc thiết k ế mặt đường m ềm vẫn được tiến hành theo phương pháp thực nghiệm , tương tự với các kết cấu đã xây dựng. V ới các m ặt đường bẳng vật liệu không liên kết thường dùng phương pháp CBR của M ỹ. V ới các kết cấu bê tông như đoạn đầu đường cao tốc m iền Tây được xây dựng năm 1939, thì tính sức bền vật liệu theo phương pháp Westergaard (1927) cho các tấm bê tông. 17
Các côn g trình lý thuyết của Biưmister (1943) về tính ứng suất và biến dạng của bán không gian nhiều lớp đàn hồi dưới một tải trọng thẳng đứng hình tròn, cũng như các cô n g trình của Ivanov (L iên X ô cũ) và của M ac Leod (Canada) phân tích tình hình làm v iệc của mặt đường từ các m ô hình đàn hồi dẻo được xem như những côn g trình đầu tiên của m ột phương pháp thiết k ế cơ h ix lý thuyết. Sau ch iến tranh th ế giới lân thứ liai các kv sư Pháp đã đề ra phương pháp thiết k ế mặt đường theo cơ học. N ăm 1948 Hortei đã giải Uiích về mặt lý thuyết tình hình làm việc của mặt đường bẳng cách đối chiêu các số liệu thực nghiệm của phương pháp CBR và các kết quả tính toán của bài toán Boussinesq. Năm 1959 Jeuffroy và B achelez đã công bố m ột loạt các toán đồ v ề sự làm việc của các kết cấu ba lớp đàn hồi theo m ột phương pháp gần với phương pháp của Burnúster. Ở Pháp, thời kỳ này tương ứng với thời kỳ thôi không :àm m óng đá hộc và thừa nhận hiệu quả cấu trúc cùa sự truyền lực của mặt đường nhựa. Các thực n g h iệĩr được tiến hành ở Mỹ vào những năx.1 1950 (thí nghiệm H R B ở M aryland năm 1949, .hí nghiệm WASHO ở Idaho từ 1953 - 1954 và A A SH O từ 1955 - 1961) đã cung cấp các số liệu chù yếu để định lượng tác dụng của xe cộ và sự tích lũy củ a nó, là cơ sở của m ột phương pháp thực nghiệm đối lập với trường phái lý thuyết. N ăm 1964 L éger đã làm m ột tổng hợp trong tập K h u y ến nghị về thiết k ể m ặt đường cao tố c và m ặt đường c ó lượng gian thông nặng và trong bảng giải thích kèm theo [33]. Các tài liệu này đã đưa ra nhiểu khái niệm hiện còn được dùng trong thiết k ế mặt đường như hệ số tương đương của các trục bánh xe (rút ra từ thí nghiệm A A SH O ) hoặc xét tới độ cứng của các vật liệu mặt đường thông qua các hệ số tương đương chiều dày lấy theo các kết quả của lý thuyết đàn h ồi. Sự bất cập của các mặt đường mềm truyền thống dưới tác dụng của nhiều tải trọng xe nặng đã đưa đến v iệ c nghiên cứu các vật liệu mặt đường liên kết có độ cứng và độ bền cao. N goài việc cải tiến kỹ thuật bitum, trong những năm 60 ở Pháp đã phát triển các kết cấu bằng vật liệu gia c ố các chất iién kết rắn trong nước gọi là các kết cấu "nửa cứng". M ột ý tưởng quan trọng khác lược đề ra trong cùng thời kỳ này là việc tiêu chuẩn h óa vật liệu để hạn c h ế những thay đổi các tính chất cơ học của chúng trong m ột tỉ lệ hợp lý. Đ iều này đã được cụ thể hóa bằng việc từ 1966. Cục Đường bộ xuất bản m ột loạt các quy phạm và khuyến nghị xác định các công thức, các đặc trưng cơ học tối thiểu phải đạt được cũng như các phương pháp thi công. N hờ những tiến bộ về thăm dò cùng với việc phát triển các thiết bị m ới (m áy đ o độ võng Lacroix - hình 1.4, m áy rung, máy đo độ biến dạng) mà hiểu được sự làm việc của mặt đường. 18
Hình 1.3. Một sô' sách về thiết k ế và xây dựng mặt đường
Hình 1.4. Thiết bị do độ võng Lacroix N ăm 1971, Cục Đ ư ờn g bộ đã xuất bản tập C a ta lô c á c kết cấu m ẫu củ a m ặt đườmg. Đ ể tính toán kết cấu phải x em xét hai tiêu chuẩn: - Trị số áp lực giới hạn Itrên đất nền, tra từ các toán đồ CBR đã có; - Đ ộ dãn dài giới hạn củ a các lớp liên kết. Thực tế độ dãn dài này không được tímh trực tiếp mà được xác địnhi từ độ võng bề mặt của mặt đường. V iệc sử dụng tin học đ ể giải bằng sô' bài toán nhiều lớp đã khắc phục được những giiới hạn về số lớp và cho phép phân tích chính xác, đầy đủ và hệ thống hơn úng suất và b iến dạng trong các kết cấu mặit đường. Từ 1964 đã sử dụng phần m ềm A lizé [38] trong vitệc tính toán kiểm tra biến dạmg kéo của các lớp liên kết ở Catalô 1974 và sau đó được ÍSỦ dụng m ột cách có hệ thốing để xác định C a ta lô c á c kết cấu m ẫu củ a m ặt đường m ớ i, nãm 1977 (hình 1.3). Phương pháp luận đ ư ợc xây dựng cùng với việc lập Catalô 1977 rồi H ư ớ n g dẫn thi ết k ế tăng cư ờ n g m ặt đường mềm [3] đã xác định các nguyên tắc của phương pháp tính toán lý thuyết được làm rõ và phát triển trong tài liệu này. 1.4. N H Ũ N G N É T L Ớ N C Ủ A PHUƠNG PHÁP TÍNH T O Á N PH ÁP V iệc lựa ch ọn giữa thiiết k ế kết cấu mặt đường làm m ới và k h ôi phục mặt đườrag trước hết phải được xem Xíét trong một khuôn khổ kinh tế - k ĩ thuật rộng rãi, trong đ ó c ó v iệ c ch ọ n chính sách quản lý mạng lưới đường m à chủ côn g trình đã làm như đ ã nêu ở phần II. Trong bước tính toán thuần túy, phương pháp của Pháp dựa trên sự kết hợp giữa c á c thành tựu của cơ học lý thuiyết và các yếu tố thực nghiệm: - Các phương pháp c ủ a cơ học được dùng để xác định m ột m ô hình kết cấu m;ặt đường và tính toán các ứnịg suất do tải trọng tiêu chuẩn của trục bánh tính toán gây r;a; tương ứng với trục hợp pháip; 20
- Các kết quả thí nghiệm ở trong phòng về hư hỏng do m ỏi của vật liệu mặt đường được sử dụng tiếp để đánh giá độ bền m ỏi của kết cấu, vẫn giữ các giả thiết cộ n g các hư hỏng của Miner; - N hững hiểu biết rút ra từ việc quan sát sự làm việc của các mặt đường thực tế (các s ố liệu n gh iên cứu kết cấu mặt đường của LCPC) được dùng để: + Xác định tiêu chuẩn kiểm tra biến dạng dư của đất nền và của các lớp không liên kết; + Chinh lý các kết quả của mô hình tính toán; Làm như vậy là để xét đến tính không đại biểu của m ô hình toán h ọc (do việc đơn giản hóa đã dùng) và do sự sai lệch của các thí nghiệm xác định tính chất của vật liệu. M ột trong những đặc trưng của phương pháp thiết k ế của Pháp là ch ọn cách tính toán xác suất. N hư sẽ được nói rõ sau này, người ta không tính toán kết cấu với m ột tuổi thọ ch o trước m à người ta đánh giá xác suất tích lũy phá hoại theo thời gian. Chi tiết của đặc trưng cơ học của đất nền và của các vật liệu mặt đường được trình bày trong cá c phần IV và V. Các số liệu yêu cấu để tính toán các kết cấu mặt đường làm m ới cho ở m ục 6.2; mục 6.3 sẽ xác định các giai đoạn tính toán; m ục 6 .4 m inh họa các m ô hình và tiêu chuẩn tính toán cho từng k ĩ thuật. 1.4.1. Tính chất xác suất của việc tính toán chiểu dày M ột trong những đặc điểm cơ bản của việc tính toán kết cấu mặt đường là tính chất xác suất của nó. Đ iều này là do tầm quan trọng của sự phân tán và tính chất bấp bênh của các nhân tố khác nhau có tác dụng đáng kể với cường độ của mặt đường theo thời gian. N ếu quá trinh sản xuất các vật liệu của các lớp mặt đường và sự thận trọng khi thi cô n g đã ch o phép hạn ch ế một số thay đổi của đặc trưng thì sự phát triển các hư hỏng do m ỏi vể thực chất vẫn giữ tính chất bấp bênh, sự phân tán của các kết quả thí nghiệm ở trong phòng thí nghiệm đã chứng tỏ điều đó. Thêm vào những mặt đặc trưng đó của các vật Liệu là sự biến đổi bề dày của các lớp mặt đường thi côn g ở hiện trường, sự biến đổi đó phụ thuộc vào các phương pháp thi công và chất lượng công tác. Cuối cùng, các tham sô' của m ôi trường và lượng vận chuyển là các yếu tố gây ra ứng suất trong mặt đường cũng thay đổt trong cuộc đời của mặt đường m à thường không thể dự báo chính xác (thời kì đóng bãng, tỉ lệ tăng x e .. Sự kết hợp toàn bộ các điểm không chắc chắc này là lý do áp dụng phương pháp xác suất để đánh giá sư tăng trưởng nguy cơ xuống cấp của mặt đường Đ iều này được thể h iện trong các khái niệm về tuổi thọ ban đầu và độ rủi ro của tính toán nói ở m ục 1.4.2. M ụ c 1.4.4. nói rõ cách xác định ứng suất cho phép. 21
1.4.2. Các khái niịệim về ttuổi ithọ ban đầu và độ rủi ro tính toán K hái niệm "tuổi thiọ'" c.ảai mật: đường là một khái niệm khó xác định và ít dùng một mặt d o sự xuống cấp của mặt điườmg phát triển không đồng đều, mặt khác vì lý do an toàn và kinh tế nên viiệc, biảo) dưỡmg mặt đường thường được tiến hành trước khi kết cấu mặt đường bị phá hoai hoiàni toàm. Vì vậy cần tìm m ột thuật ngữ khác để tính toán các thiết k ế m ặt đường. X ét tới tính chất xầc suiấtí đã mói! trên đây, mục tiêu có thể được ghi nhận là xác suất xuất h iện sự xuống cấ)p (vối rmột ttímh chất hoặc m ột biên độ cho trước) trước m ột thời kỳ p năm ch o trước, phải nhỏ Ihcơn mcột giá trị quy định. X ác suất phá hoại này dỉưíợc gcọi là "độ rủi ro tính toán" và thời kỳ pnăm được gọi là "tuổi thọ ban đầu tính toánì" Đ ộ r ủ i ro x % tro n g thờìi kkỳ p măm được dùng đ ể thiết k ế m ặt đường ch ín h là x á c suất x u ấ t h iện cá c h ư hỏn g đòi hiỏi phiải’ làm công tác tăng cư ờ ng tương tự n h ư làm m ới mặt đường tron g thời kỳ p lĩămi dỉó, trong thời gian này không tiến hành bất kỳ v iệ c sửa chữa kết cấ u nào cả. 1.4.3. Các yếu tố p»hải ttírnh đến khi tính toán mặt đường Phải xét các yếu tố §âlì $ằịy l&ìl tunh tôấĩì mật đường: - Lượng giao thông:; - M ôi trường (các số liệm vvề khií hậu); - N ền đất dưới mặt đườmgị; - Các vật liệu mặt đườngg; - Chất lượng thi công. 1.4.3.1. Lượng giao thôềngg M ặt đường được tính tooánh với litíơng giao thông của xe năng. Phương pháp tính toán là phương pháp tính đối lưọợnpg giaio Ithông thực tế gồm các tổ hợp các xe có tải trọng trục và hình dạng trục bánh kháácc nhaiu, thành một số tích lũy N E các lần chạy qua của trục bánh tính toán. Ở P h á p trụac bbánh tímh toán là trụ c đơn bánh kép 130kN . M ối quan hệ tuơng đươơngg giữa tcác trục bánh khác nhau là sự tương đương của hư hỏng đơn vị. Các quan hệ nnàly được rút ra từ những tính toán ứng suất trong kết cấu mặt đường và có xét tới tình hìiìnẩh mỏ)i của vật liệu. Thực ra sự phá hoại tương đối của các trục bánh không biểu thị bằằn Ịg môt quan hệ đơn nhất, các giá trị của hệ số phá hoại phụ thuộc vào vật liệu , vào kiểuu ị ìưhỏmg và vào kết cấu mặt đường. M ục 6.2.1 ch o các hệ số có thể dùng ch o các loại rrmặ t đưctog khác nhau với lượng giao thông trung bình c ó thể quan sát được ở Pháp. 22