Giáo trình Thiết kế đường ô tô - Chương 5: Thiết kế áo đường mềm

kế đường ô tô 193 5.1 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM 5.1.2 Cấu tạo kết cấu nền áo đường 10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 194 Chịu tác dụng trực tiếp của xe chạy Có tác dụng phân bố ứng suất do tải trọng xe xuống nền đường Là phạm vi nền đường cùng với kết cấu áo đường chịu tác dụng của tải trọng xe truyền xuống 5.1 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM 5.1.3 Yêu cầu đối với kết cấu áo đường mềm và phần lề đường có gia cố  Yêu cầu cơ bản:  Trong suốt thời kỳ sử dụng (theo thời hạn thiết kế) áo đường phải có đủ cường độ và duy trì được cường độ để hạn chế tối đa phá hoại của xe cộ và các yếu tố môi trường tư nhiên. Cụ thể là hạn chế các hiện tượng tích lũy biến dạng tạo ra vệt hằn lún bánh xe trên mặt, hạn chế nứt nẻ, bào mòn và bong tróc bề mặt, hạn chế nguồn ẩm xâm nhập vào các lớp kết cấu và khu vực tác dụng của nền đường  Bề mặt kết cấu áo đường (KCAĐ) mềm phải đảm bảo bằng phẳng, đủ nhám, dễ thoát nước mặt và ít gây bụi để đáp ứng yêu cầu giao thông an toàn, êm thuận. 10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 195 10/5/20 66 5.1 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM  Yêu cầu về độ bằng phẳng  Xác định chỉ số độ gồ ghề quốc tế IRI theo TCVN 8865:2011  Ngoài ra có thể xác định độ bằng phẳng bằng thước dài 3m theo TCVN 8864:2011 10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 196 5.1 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM  Yêu cầu về độ nhám  Xác định độ nhám mặt đường bằng phương pháp rắc cát theo TCVN 8866:2011 10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 197 5.1 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM  Yêu cầu về độ lún cho phép của KCAĐ 10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 198 10/5/20 67 5.1 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM 5.1.4 Đặc điểm chịu lực của KCAĐ 10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 199  Lực ngang (lực hãm, lực kéo, lực đẩy ngang) chủ yếu tác dụng trên phần mặt của áo đường mà không truyền sâu xuống các lớp phía dưới nên chỉ gây trạng thái ứng suất (sx) ở các lớp trên cùng của kết cấu áo đường, làm cho vật liệu tại đó bị xô trượt, bong bật, bào mòn dẫn đến phá hoại. Do vậy vật liệu làm tầng mặt phải có khả năng chống lại lực đẩy ngang (chống trượt)  Lực thẳng đứng: trái lại thì lực đứng truyền xuống khá sâu cho mãi tới nền đất. Như vậy về mặt chịu lực kết cấu áo đường cần có nhiều lớp, và để kinh tế thì cấu tạo các lớp có chất lượng vật liệu giảm dần từ trên xuống cho phù hợp với quy luật phân bố ứng suất thẳng đứng (sz) Hình 1: Sơ đồ phân bố ứng suất trong kết cấu áo đường theo chiều sâu P : tải trọng bánh xe sx : ứng suất do lực ngang sz : ứng suất do lực thẳng đứng 5.1 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM 5.1.5 Cấu tạo mặt đường  Kết cấu mặt đường có thể gồm tầng mặt và tầng móng, mỗi tầng có thể gồm nhiều lớp:  Tầng mặt ở trên: Chịu tác dụng trực tiếp của xe chạy  Tầng móng ở dưới: Có tác dụng phân bố ứng suất do tải trọng xe xuống nền đường. 10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 200 Đáy áo đường Nền đường K ế t c ấ u á o đ ư ờ n g 5.1 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM 5.1.5 Cấu tạo mặt đường 10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 201 Độ chặt = gktt : Khối lượng thể tích khô thực tế tại hiện trường, thông thường được xác định theo thí nghiệm rót cát (22TCN 346-06) gkmax : Khối lượng thể tích khô lớn nhất xác định theo thí nghiệm đầm nén trong phòng (22TCN 333-06) 10/5/20 68 5.1 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM 5.1.5 Cấu tạo mặt đường 10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 202 5.1 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM 5.1.6 Phân loại mặt đường  Phân loại theo tính chất cơ học.  Mặt đường cứng: Là kết cấu có độ cứng rất lớn, cường độ chống biến dạng (môđun đàn hồi) lớn so với đất nền có khả năng chịu uốn lớn, do đó mặt đường cứng làm việc theo nguyên lý tấm trên nền đàn hồi và phân bố áp lực của tải trọng xe chạy xuống nền đất trên một diện tích rộng khiến cho nền đất ít tham gia chịu tải ( mặt đường bêtông ximăng..)  Mặt đường mềm: Là kết cấu với các tầng, lớp đều có khả năng chịu uốn nhỏ dưới tác dụng của tải trọng xe chạy chỉ chịu nén và chịu cắt trượt là chủ yếu. Ngoài ra, cường độ và khả năng chống biến dạng của nó có thể phụ thuộc vào sự thay đổi nhiệt độ và độ ẩm. 10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 203 5.1 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM 5.1.6 Phân loại mặt đường  Phân loại theo tầng mặt: có 4 loại  Tầng mặt đường cấp cao A1  Tầng mặt đường cấp cao A2  Tầng mặt đường cấp thấp B1  Tầng mặt đường cấp thấp B2 10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 204 10/5/20 69 5.1 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM 5.1.6 Phân loại mặt đường  Tầng mặt đường cấp cao A1:  Là loại kết cấu áo đường đáp ứng yêu cầu xe chạy không xuất hiện biến dạng dư, (áo đường chỉ làm việc trong giai đoạn đàn hồi), mức độ dự trữ cường độ cao. Mức độ an toàn xe chạy cao, tốc độ xe chạy lớn  Tuổi thọ áo đường cao : từ 15-25 năm.  Thường dùng cho với các tuyến đường có tốc độ thiết kế V > 60km/h  Vật liệu làm mặt đường cấp cao A1 : là bê tông nhựa chặt (BTNC) loại I. Theo TCVN 8819-2011 Mặt đường bê tông nhựa nóng – Yêu cầu thi công và nghiệm thu 10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 205 5.1 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM 5.1.6 Phân loại mặt đường  Tầng mặt đường cấp cao A1: 10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 206 5.1 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM 5.1.6 Phân loại mặt đường  Tầng mặt đường cấp cao A2:  Đáp ứng điều kiện xe chạy không xuất hiện biến dạng dư, vật liệu làm việc trong giai đoạn đàn hồi nhưng mức độ dự trữ cường độ nhỏ hơn áo đường cấp cao chủ yếu A1 . Lưu lượng xe chạy không cao chi phí duy tu bảo dường thường xuyên lớn hơn cấp cao A1  Tuổi thọ của mặt đường cấp cao A2 từ 8 - 12 năm  Áp dụng với các tuyến đường có tốc độ thiết kế V< 60km/h  Các loại vật liệu làm mặt đường cấp cao A2 : • BTNC loại II trộn nóng theo TCVN 8819-2011 • Bê tông nhựa nguội theo TCVN 8819-2011 • Láng nhựa nóng theo TCVN 8863 : 2011 • Láng nhũ tương nhựa đường axit theo TCVN 9505 2012 • Thấm nhập nhựa nóng TCVN 8809 : 2011 10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 207 10/5/20 70 5.1 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM 5.1.6 Phân loại mặt đường  Tầng mặt đường cấp thấp B1:  Đáp ứng yêu cầu lưu lượng xe chạy thấp, tốc độ xe chạy không cao, chi phí duy tu sửa chữa, bảo dưỡng lớn  Tuổi thọ từ (3 – 5) năm  Áp dụng với các tuyến đường có tốc độ thiết kế V< 40 km/h.  Các loại vật liệu làm mặt đường cấp thấp B1 : • Cấp phối đá dăm theo TCVN 8859-2011 • Đá dăm nước (Đá dăm Macadam) theo TCVN 9504:2012 • Cấp phối thiên nhiên theo TCVN 8857:2011 Với điều kiện phía trên chúng phải có lớp bảo vệ rời rạc được thường xuyên duy tu bảo dưỡng. 10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 208 5.1 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM 5.1.6 Phân loại mặt đường  Tầng mặt đường cấp thấp B2:  Tầng mặt đường cấp thấp B2 có lớp mặt trên là Đất cải thiện hay bằng đất, đá tại chỗ gia cố hoặc phế thải công nghiệp gia cố chất liên kết vô cơ với điều kiện là phía trên chúng phải có lớp hao mòn và lớp bảo vệ được duy tu bảo dưỡng thường xuyên  Cho phép xuất hiện biến dạng dư, lưu lượng xe chạy rất thấp, sinh bụi nhiều  Tuổi thọ mặt đường không cao (từ 1 - 3 năm)  Áp dụng với mặt đường giao thông nông thôn (GTNT) hoặc đường tạm. 10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 209 5.1 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM 10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 210 10/5/20 71 5.1 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM 5.1.7 Nội dung tính toán kết cấu áo đường mềm 5.1.7.1. Đặc điểm của tải trọng xe tác dụng lên mặt đường  Tải trọng tác dụng lên mặt đường lớn hay nhỏ phụ thuộc vào trọng lượng của trục sau ôtô.  Các xe tải nói chung thường có trọng lượng trục sau chiếm (0,65  0,7) trọng lượng toàn bộ của xe.  Điều kiện của bánh xe tác dụng lên mặt đường phụ thuộc vào tính chất cơ học của bánh xe.  Kích thước và độ cứng của lốp là nhân tố quan trọng quyết định vệt tiếp xúc của bánh xe với mặt đường.  Vệt tiếp xúc của bánh xe với mặt đường trên thực tế đo được là hình elip. Để tiện tính toán áp lực bánh xe lên mặt đường và tiện mô phỏng thực nghiệm đo ép cường độ mặt đường người ta xem vệt tiếp xúc đó gần đúng là một hình tròn 10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 211 5.1 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM 5.1.7 Nội dung tính toán kết cấu áo đường mềm 5.1.7.1. Đặc điểm của tải trọng xe tác dụng lên mặt đường  Tải trọng ôtô tác dụng lên mặt đường trong một khoảng thời gian tương đối ngắn gọi là tải trọng tức thời và lặp đi lặp lại nhiều lần qua một điểm gọi là tải trọng trùng phục.  Tải trọng ôtô tác dụng lên mặt đường là tải trọng động và không đồng đều (xe lớn, xe nhỏ). 10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 212 5.1 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM 5.1.7 Nội dung tính toán kết cấu áo đường mềm 5.1.7.1. Đặc điểm của tải trọng xe tác dụng lên mặt đường  Các hiện tượng phá hoại KCAĐ mềm 10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 213 Hình 5.1: Các hiện tượng phá hoại KCAĐ mềm ở trạng thái giới hạn dưới tác dụng của tải trọng xe chạy 10/5/20 72 5.1 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM 5.1.7 Nội dung tính toán kết cấu áo đường mềm 5.1.7.2. Các tiêu chuẩn cường độ  Nội dung tính toán chính của KCAĐ là tính toán kiểm tra 3 tiêu chuẩn cường độ sau đây:  Kiểm toán ứng suất cắt ở trong nền đất và các lớp vât liệu chịu cắt trượt kém để không xảy ra biến dạng dẻo;  Kiểm toán ứng suất kéo uốn phát sinh ở đáy các lớp vật liệu liền khối để hạn chế phát sinh vết nứt dẫn tới phá hoại lớp đó;  Kiểm toán độ võng đàn hồi thông qua khả năng chống biến dạng biểu thị bằng trị số mô đun đàn hồi Ech của kết cấu nền áo đường so với trị số mô đun đàn hồi yêu cầu Eyc. Tiêu chuẩn này nhằm hạn chế hiện tượng mỏi cho KCAĐ 10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 214 5.1 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM 5.1.7 Nội dung tính toán kết cấu áo đường mềm 5.1.7.3. Tải trọng tính toán tiêu chuẩn  Khi tính toán cường độ, tải trọng tính toán tiêu chuẩn được quy định là trục đơn của ôtô có tải trọng trục là:  10T đối với tất cả các loại áo đường mềm thuộc mạng lưới chung, đường đô thị cấp khu vực trở xuống;  12T đối với áo đường trục chính đô thị, loại đường cao tốc, đường công nghiệp, đường trục chính toàn thành. 10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 215 5.1 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM 5.1.7 Nội dung tính toán kết cấu áo đường mềm 5.1.7.3. Tải trọng tính toán tiêu chuẩn  Trên những đường có các loại xe khác biệt nhiều so với loại xe tiêu chuẩn ở bảng 3-1 thì áo đường phải tính toán theo tải trọng của loại xe nặng nhất (đường vùng mỏ, đường công nghiệp)  Tự cân đo để xác định p và D của vệt bánh xe ứng với trục đơn nặng nhất để làm thông số tính toán  Nếu tải trọng loại xe nặng nhất không vượt quá tải trọng tính toán tiêu chuẩn 20% và số lượng của chúng chiếm dưới 5% số xe tải và xe buýt chạy trên đường thì vẫn cho phép tính toán theo tải trọng tiêu chuẩn. 10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 216 10/5/20 73 5.1 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM 5.1.7 Nội dung tính toán kết cấu áo đường mềm 5.1.7.4. Quy đổi về tải trọng tính toán tiêu chuẩn  Mục tiêu quy đổi là quy đổi số lần thông qua của các loại tải trọng trục i về số lần thông qua của tải trọng trục tính toán trên cơ sở tương đương về tác dụng phá hoại đối với KCAD  Việc quy đổi phải được thực hiện đối với từng cụm trục trước và cụm trục sau của mỗi loại xe khi nó chở đầy hang với quy định sau:  Cụm trục có thể gồm m trục có trọng lượng mỗi trục như nhau với các cụm bánh đơn hoặc cụm bánh đôi (m=1,2,3);  Chỉ cần quy đổi các trục có trọng lượng từ 25kN trở lên  Bất kể loại xe gì khi khoảng cách giữa các trục ≥3m thì việc quy đổi thực hiện riêng rẽ đối với từng trục  Khi khoảng cách giữa các trục <3m (giữa các trục và cụm trục) thì quy đổi gộp m trục có trọng lượng bằng nhau như một trục với việc xét đến hệ số trục C1 như quy định 10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 217 5.1 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM 5.1.7 Nội dung tính toán kết cấu áo đường mềm 5.1.7.4. Quy đổi về tải trọng tính toán tiêu chuẩn  Số trục xe quy đổi về tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn N - là tổng số trục xe quy đổi từ k loại trục xe khác nhau về trục xe tính toán sẽ thông qua đoạn đường thiết kế trong một ngày đêm trên cả 2 chiều (trục/ngày đêm); ni - là số lần tác dụng của loại tải trọng trục i có trọng lượng trục PI cần được quy đổi về tải trọng trục tính toán Ptt. C1 - là hệ số số trục được xác định theo biểu thức : C1=1+1,2 (m-1) Với m là số trục của cụm trục i. C2 - là hệ số xét đến tác dụng của số bánh xe trong 1 cụm bánh: với các cụm bánh chỉ có 1 bánh thì lấy C2 = 6,4; với các cụm bánh đôi (1 cụm bánh gồm 2 bánh) thì lấy C2 = 1,0; với cụm bánh có 4 bánh C2 = 0,38. 10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 218 44 2 1 1 ,).(.. tt I i k i P P nCCN    5.1 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM 5.1.7 Nội dung tính toán kết cấu áo đường mềm 5.1.7.4. Quy đổi về tải trọng tính toán tiêu chuẩn  Số trục xe tính toán (Ntt) là tổng số trục xe đã được quy đổi về xe tính toán tiêu chuẩn sẽ thông qua mặt cắt ngang đoạn đường thiết kế trong 1 ngày đêm trên làn xe chịu tải lớn nhất vào thời kỳ bất lợi nhất ở cuối thời hạn thiết kế.  Ntk là tổng số trục xe quy đổi từ k loại xe khác nhau về trục xe tính toán trong 1 ngày đêm trên cả 2 chiều xe chạy ở năm cuối thời hạn thiết kế.  Hệ số f1 là hệ số phân phối số trục xe tính toán trên mỗi làn xe 10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 219 10/5/20 74 5.1 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM 5.1.7 Nội dung tính toán kết cấu áo đường mềm 5.1.7.4. Quy đổi về tải trọng tính toán tiêu chuẩn  Hệ số f1 của các làn xe trên phần xe chạy xác định như sau:  Trên phần xe chạy chỉ có 1 làn xe thì f1=1  Trên phần xe chạy có 2 làn xe hoặc 3 làn nhưng không có dải phân cách thì f1=0.55  Trên phần xe chạy có 4 làn xe và có dải phân cách giữa thì f1=0.35  Trên phần xe chạy có 6 làn xe trở lên và có dải phân cách giữa thì f1=0.3  Ở chỗ nút giao nhau và chỗ vào nút, kết cấu áo đường trong phạm vi chuyển làn phải được tính với hệ số f1=0.5 của tổng số trục xe quy đổi sẽ qua nút 10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 220 5.1 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM 5.1.7 Nội dung tính toán kết cấu áo đường mềm 5.1.7.4. Quy đổi về tải trọng tính toán tiêu chuẩn  Tính số trục xe tiêu chuẩn tích lũy trong thời hạn thiết kế Ne :  Trong trường hợp dự báo được tỷ lệ tăng trưởng giao thông bình quân năm q Trong đó N1 : là số trục xe tiêu chuẩn trung bình ngày đêm của năm đầu đưa đường vào khai thác sử dụng (trục/ngày đêm) t : là thời hạn thiết kế, xác định tùy thuộc vào loại tầng mặt thiết kế (theo bảng 2-1 tiêu chuẩn 22TCN 211-06). Với tầng mặt cấp cao A1 lấy t=15 năm 10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 221 5.1 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM 5.1.7 Nội dung tính toán kết cấu áo đường mềm 5.1.7.4. Quy đổi về tải trọng tính toán tiêu chuẩn  Tính số trục xe tiêu chuẩn tích lũy trong thời hạn thiết kế Ne :  Trong trường biết số trục dự báo ở năm cuối của thời hạn thiết kế Nt (trục/ngày đêm) Trong đó q : tỷ lệ tăng trưởng giao thông bình quân năm Nt : số trục xe dự báo ở năm cuối của thời hạn thiết kế (trục/ngày đêm) t : là thời hạn thiết kế, xác định tùy thuộc vào loại tầng mặt thiết kế (theo bảng 2-1 tiêu chuẩn 22TCN 211-06). Với tầng mặt cấp cao A1 lấy t=15 năm 10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 222 10/5/20 75 5.1 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM 5.1.7 Nội dung tính toán kết cấu áo đường mềm 5.1.7.5. Các trạng thái tính toán áo đường mềm  Tính toán áo đường mềm theo 22TCN 211-06 theo 3 điều kiện giới hạn:  Tính toán cường độ theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi (độ lún đàn hồi).  Tính toán cường độ theo điều kiện trượt trong nền đất và trong các lớp vật liệu kém dính.  Tính toán cường độ theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn trong các lớp vật liệu liền khối.  Ghi chú:  Đối với áo đường cấp cao A1 và A2 đều phải tính toán kiểm tra theo 3 tiêu chuẩn cường độ. Về thứ tự tính toán, bắt đầu tính theo tiêu chuẩn 1, sau đó kiểm toán theo điều kiện 2 và 3.  Đối với áo đường cấp B1, B2 không yêu cầu kiểm tra theo tiêu chuẩn 2 và 3.10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 223 5.1 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM 5.1.7 Nội dung tính toán kết cấu áo đường mềm 5.1.7.6. Tính toán cường độ theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi  Kết cấu áo đường mềm được xem là đủ cường độ khi trị số mô đun đàn hồi chung Ech của kết cấu nền áo đường lớn hơn hoặc bằng trị số mô đun đàn hồi yêu cầu chung Eyc  Hệ số cường độ về độ võng trong (3.4) được chọn tùy thuộc vào độ tin cậy thiết kế như Bảng 3-2 10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 224 5.1 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM Nguyên tắc chọn độ tin cậy: Đường có tốc độ càng cao, thời hạn thiết kế càng dài thì chọn độ tin cậy càng cao. 10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 225 10/5/20 76 5.1 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM 5.1.7 Nội dung tính toán kết cấu áo đường mềm 5.1.7.6. Tính toán cường độ theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi  Trị số mô đun đàn hồi yêu cầu Eyc xác định theo Bảng 3.4 tùy thuộc số trục xe tính toán Ntt 10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 226 5.1 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM  Trị số trong ngoặc là mô đun đàn hồi yêu cầu tối thiểu cho kết cấu lề gia cố 10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 227 5.1 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM 5.1.7 Nội dung tính toán kết cấu áo đường mềm 5.1.7.6. Tính toán cường độ theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi a. Xác định trị số mô đun đàn hồi chung Ech của KCAD  Đối với hệ 2 lớp: sử dụng toán đồ Kogan (Hình 3-1)  Lập tỉ số Trong đó H là bề dày lớp áo đường có mô đun E1 D là đường kính tương đương của vệt bánh xe tính toán E0 là mô đun đàn hồi của nến đất 10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 228 = ; → Hình 5-2: Sơ đồ cơ bản hệ 2 lớp 10/5/20 77 5.1 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM 10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 229 Hình 3-1: Toán đồ để xác định mô đun đàn hồi chung của hệ 2 lớp Ech (Trị số ghi trên đường cong là tỷ số Ech/E1) Cách sử dụng: 1. Xác định tỷ số E0/E1 và H/D 2. Tra toán đồ được tỷ số Ech/E1  Tính được Ech Ví dụ: Cho số liệu như sau E0= 35 MPa; E1=78 Mpa H=56cm ; D=33cm E0/E1 = 0.45 H/D = 1.7 Tra được Ech/E1 =0.80  Ech = 0.8*78 = 62.4MPa 5.1 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM 5.1.7 Nội dung tính toán kết cấu áo đường mềm 5.1.7.6. Tính toán cường độ theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi a. Xác định trị số mô đun đàn hồi chung Ech của KCAD  Đối với hê 2 lớp: sử dụng toán đồ Kogan  Trong tường hợp tỷ số H/D >2 thì có thể dùng công thức gần đúng đề tính toán Ech 10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 230 5.1 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM 5.1.7 Nội dung tính toán kết cấu áo đường mềm 5.1.7.6. Tính toán cường độ theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi a. Xác định trị số mô đun đàn hồi chung Ech của KCAD  Đối với hệ nhiều lớp: Vì kế cấu áo đường mềm thường có nhiều lớp nên cần quy đổi về hệ 2 lớp để áp dụng toán đồ Kogan. Việc quy đổi được thực hiện đối với 1 lớp một từ dưới lên. Ví dụ như sơ đồ sau: 10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 231 Hình 5-3: Sơ đồ đổi hệ 4 lớp về hệ 2 lớp 10/5/20 78 5.1 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM 5.1.7 Nội dung tính toán kết cấu áo đường mềm 5.1.7.6. Tính toán cường độ theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi a. Xác định trị số mô đun đàn hồi chung Ech của KCAD  Đối với hệ nhiều lớp:  Cách 1: Sử dụng công thức đổi tầng của GS Đặng Hữu Trong đó = ℎ + ℎ; = ℎ ℎ ; =  : là hệ số hiệu chỉnh, tính theo công thức: 10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 232 5.1 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM 5.1.7 Nội dung tính toán kết cấu áo đường mềm 5.1.7.6. Tính toán cường độ theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi a. Xác định trị số mô đun đàn hồi chung Ech của KCAD  Đối với hệ nhiều lớp:  Cách 2: Dùng phương pháp trung bình số học theo chiều dày các lớp hi. Thường áp dụng cho các lớp mặt có tính chất cơ lý và biến dạng gần như nhau 10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 233 5.1 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM 5.1.7 Nội dung tính toán kết cấu áo đường mềm 5.1.7.6. Tính toán cường độ theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi b. Xác định trị số mô đun đàn hồi chung móng Echm của KCAD  Dùng toán đồ Kogan cho hệ 2 lớp dưới cùng để xác định Echm trên mặt các lớp móng theo trình tự như sơ đồ bên dưới: 10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 234 Hình 5-4 Sơ đồ xác định mô đun đàn hồi chung trên mặt các lớp móng Echm 10/5/20 79 5.1 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM 5.1.7 Nội dung tính toán kết cấu áo đường mềm 5.1.7.6. Tính toán cường độ theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi c. Xác định các đặc trưng tính toán của đất nền  Các đặc trưng tính toán của đất nền gồm:  Mô đun đàn hồi đất nền E0  Lực dính và góc ma sát của đất nền c,   Các đặc trưng tính toán của đất nền được xác định thông qua khảo sát và thí nghiệm hiện trường hoặc thí nghiệm trong phòng. Trong phạm vi môn học các đặc trưng này được tham khảo theo Bảng B-3 (phục lục B tiêu chuẩn 22TCN 211-06) 10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 235 5.1 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM 10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 236 5.1 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM 5.1.7 Nội dung tính toán kết cấu áo đường mềm 5.1.7.6. Tính toán cường độ theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi d. Xác định các đặc trưng tính toán của lớp Bê tông nhựa  Các đặc trưng tính toán gồm:  Mô đun đàn hồi E • Tính về độ võng : dùng E tương ứng nhiệt độ t = 30oC • Tính về trượt : dùng E tương ứng t=60oC • Tính về kéo uốn : dùng E tương ứng t = 10oC-60oC  Cường độ chịu kéo uốn Rku  Các đặc trưng này xác định thông qua thí nghiệm trong phòng theo hướng dẫn của tiêu chuẩn 22TCN 211-06. Trong phạm vi môn học các đặc trưng này được tham khảo theo Bảng C-1 (phục lục C tiêu chuẩn 22TCN 211-06) 10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 237 10/5/20 80 5.1 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM 10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 238 5.1 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM 5.1.7 Nội dung tính toán kết cấu áo đường mềm 5.1.7.6. Tính toán cường độ theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi e. Xác định các đặc trưng tính toán của các lớp móng  Các đặc trưng tính toán gồm:  Mô đun đàn hồi E  Cường độ chịu kéo uốn Ru  Lực dính và góc ma sát của đất nền c,   Các đặc trưng này xác định thông qua thí nghiệm trong phòng theo hướng dẫn của tiêu chuẩn 22TCN 211-06. Trong phạm vi môn học các đặc trưng này được tham khảo theo Bảng C-2 (phục lục C tiêu chuẩn 22TCN 211-06) 10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 239 5.1 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM 10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 240 10/5/20 81 5.1 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM 10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 241 5.1 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM 5.1.7 Nội dung tính toán kết cấu áo đường mềm 5.1.7.7. Tính toán cường độ theo tiêu chuẩn cắt trượt  Tính toán cường độ theo tiêu chuẩn cắt trượt cho nền đất và các lớp vật liệu kém dính kết.  Điều kiện tính toán: kết cấu nền áo đường có tầng mặt là loại A1, A2 được xem là đủ cường độ khi thỏa mãn biểu thức (3.7) 10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 242 Trong đó Tax: ứng suất cắt hoạt động lớn nhất do tải trọng bánh xe tính toán gây ra trong nền đất hoặc trong lớp vật liệu kém dính (MPa) Tav: ứng suất cắt hoạt động do trọng lượng bản thân các lớp vât liệu nằm trên nó gây ra tại điểm đang xét (MPa) Ktrcd là hệ số cường độ về chịu cắt trượt, chọn theo độ tin cậy thiết kế như Bảng 3-7 Ctt: lực dính tính toán của đất nền hoặc vật liệu kém dính (MPa) ở trạng thái độ ẩm và độ chặt tính toán. ; (3.7) 5.1 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM 5.1.7 Nội dung tính toán kết cấu áo đường mềm 5.1.7.7. Tính toán cường độ theo tiêu chuẩn cắt trượt 10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 243 10/5/20 82 5.1 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM 5.1.7 Nội dung tính toán kết cấu áo đường mềm 5.1.7.7. Tính toán cường độ theo tiêu chuẩn cắt trượt a. Xác định ứng suất cắt hoạt động lớn nhất Tax  Việc xác định Tax được thực hiện thông qua việc xác định (biết p sẽ tính được Tax) theo toán đồ Hình 3-2 (khi = 0 ÷ 2) hoặc toán đồ Hình 3-3 (khi = 0 ÷ 4)  Trình tự xác định được chỉ dẫn bằng các mũi tên trên toán đồ và lưu ý cũng phải chọn trị số  ở trạng thái bất lợi 10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 244 5.1 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM 10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 245 Hình 3-2: Toán đồ để xác định ứng suất trượt từ tải trọng bánh xe ở lớp dưới của hệ hai lớp (H/D = 02,0). 5.1 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM 10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 246 Hình 3-3: Toán đồ để xác định ứng suất trượt từ tải trọng bánh xe ở lớp dưới của hệ hai lớp (H/D = 04,0). 10/5/20 83 5.1 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM 5.1.7 Nội dung tính toán kết cấu áo đường mềm 5.1.7.7. Tính toán cường độ theo tiêu chuẩn cắt trượt a. Xác định ứng suất cắt hoạt động lớn nhất Tax  Khi kiểm tra trượt trong nền đất dưới đáy áo đường, để áp dụng toán đồ tìm Tax phải đổi hệ nhiều lớp về hệ 2 lớp: lúc này trị số Etb tính được đóng vai trò E1 và trị số mô đun đàn hồi của nền đất E0 đóng vai trò của E2. 10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 247 5.1 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM 5.1.7 Nội dung tính toán kết cấu áo đường mềm 5.1.7.7. Tính toán cường độ theo tiêu chuẩn cắt trượt a. Xác định ứng suất cắt hoạt động lớn nhất Tax  Khi kiểm tra trượt trong lớp vật liệu kém dính thì trị số E2 phải được thay bằng trị số mô đun đàn hồi chung móng Echm ở trên mặt lớp đó (trong khi c và  vẫn dùng trị số tính toán của lớp đó), còn trị số E1 phải được thay bằng trị số mô đun đàn hồi trung bình Etb của các lớp nằm trên nó. 10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 248 5.1 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM 5.1.7 Nội dung tính toán kết cấu áo đường mềm 5.1.7.7. Tính toán cường độ theo tiêu chuẩn cắt trượt b. Xác định ứng suất cắt hoạt động do trọng lượng bản thân Tav  Xác định Tav được thực hiện với toán đồ Hình 3-4 tuỳ thuộc vào bề dày tổng cộng H của các lớp nằm trên lớp tính toán và trị số ma sát trong  của đất hoặc vật liệu lớp đó.  Chú ý rằng trị số Tav có thể mang dấu âm hoặc dương và phải dùng dấu đó trong công thức (3.7) 10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 249 10/5/20 84 5.1 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM 10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 250 Hình 3-4: Toán đồ tìm ứng suất cắt hoạt động Tav do trọng lượng bản thân mặt đường (ở toán đồ này Tav được tính bằng MPa). - 5.1 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM 5.1.7 Nội dung tính toán kết cấu áo đường mềm 5.1.7.7. Tính toán cường độ theo tiêu chuẩn cắt trượt c. Xác định trị số lực dính tính toán Ctt  Trị số Ctt được xác định theo biểu thức Ctt = C.K1.K2.K3 Trong đó: C: lực dính của đất nền hoặc vật liệu kém dính K1 : hệ số xét đến sự suy giảm sức chống cắt trượt Với kết cấu nền áo đường phần xe chạy thì lấy K1=0,6; với kết cấu áo lề gia cố thì lấy K1 = 0,9 để tính toán K2 : hệ số xét đến các yếu tố tạo ra sự làm việc không đồng nhất của kết cấu, xác định theo Bảng 3-8 K3 : hệ số xét đến sự gia tăng sức chống cắt trượt, xácđịnh tùy thuộc vào loại đất 10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 251 5.1 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM 5.1.7 Nội dung tính toán kết cấu áo đường mềm 5.1.7.7. Tính toán cường độ theo tiêu chuẩn cắt trượt c. Xác định trị số lực dính tính toán Ctt 10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 252 10/5/20 85 5.1 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM 5.1.7 Nội dung tính toán kết cấu áo đường mềm 5.1.7.8. Tính toán cường độ theo tiêu chuẩn kéo uốn  Tính toán cường độ theo tiêu chuẩn kéo uốn cho các lớp vật liệu liền khối  Điều kiện tính toán: kết cấu được xem là đủ cường độ khi thỏa mãn biểu thức (3.9) 10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 253 Trong đó sku: ứng suất chịu kéo uốn lớn nhất phát sinh ở đáy lớp vật liệu liền khối dưới tác dụng của tải trọng bánh xe Rkutt : cường độ chịu kéo uốn tính toán của vật liệu liền khối Rkucd : hệ số cường đô chịu kéo uốn, được tùy chọn theo độ tin cậy thiết kế giống như trị số Rtrcd theo Bảng 3-7 ; (3.9) 5.1 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM 5.1.7 Nội dung tính toán kết cấu áo đường mềm 5.1.7.8. Tính toán cường độ theo tiêu chuẩn kéo uốn a. Xác định trị số sku  Trị số sku được xác định theo biểu thức Trong đó: p: là áp lực bánh của tải trọng trục tính toán kb : hệ số xét đến đặc điểm phân bố ứng suất trong KCAD. Khi kiểm tra với cụm bánh đôi thì lấy kb=0.85 Khi kiểm tra với cụm bánh đơn thì lấy kb=1.0 : ứng suất kéo uốn đơn vị; trị số này xác định theo toán đồ Hình 3-5 cho trường hợp tính ở đáy các lớp liền khối trong tầng mặt tùy thuộc vào tỷ số h1/D và E1/Echm và xác định theo toán đồ Hình 3-6 cho trường hợp tính ở đáy các lớp liền khối trong tầng móng 10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 254 5.1 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM 5.1.7 Nội dung tính toán kết cấu áo đường mềm 5.1.7.8. Tính toán cường độ theo tiêu chuẩn kéo uốn a. Xác định trị số sku  Các ký hiệu dùng trong toán đồ tra : ứng suất kéo uốn đơn vị  h1 : là tổng bề dày các lớp kết cấu kể từ đáy lớp được kiểm tra kéo uốn trở lên đến bề mặt áo đường.  E1 : là mô đun đàn hồi trung bình của các lớp nằm trong phạm vi h1  D là đường kính vệt bánh xe tính toán  Ech.m là mô đun đàn hồi chung của nền đất và các lớp nằm phía dưới đáy lớp vật liệu liền khối được kiểm tra. 10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 255 10/5/20 86 5.1 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM 10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 256 Hình 3-5: Toán đồ xác định ứng suất kéo uốn đơn vị ở các lớp của tầng mặt (số trên đường cong là tỷ số E1/Echm) 5.1 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM 10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 257 Hình 3-6: Toán đồ xác định ứng suất kéo uốn đơn vị ở các lớp liền khối của tầng móng (số trên đường cong là E1/E2 ; số trên đường tia là E2/E3 ) 5.1 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM 5.1.7 Nội dung tính toán kết cấu áo đường mềm 5.1.7.8. Tính toán cường độ theo tiêu chuẩn kéo uốn b. Xác định trị số Rkutt :  Cường độ chịu kéo uốn tính toán Rkutt được xác định theo biểu thức Trong đó: Rku : cường độ chịu kéo uốn giới hạn ở nhiệt độ tính toán k2 : hệ số xét đến sự suy giảm cường độ theo thời gian k1 : hệ số xét đến sự suy giảm cường độ do vật liệu bị mỏi 10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 258 10/5/20 87 5.1 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM 5.1.7 Nội dung tính toán kết cấu áo đường mềm 5.1.7.8. Tính toán cường độ theo tiêu chuẩn kéo uốn b. Xác định trị số Rkutt :  Hệ số k2 lấy như sau:  Với các vật liệu gia cố chất liên kết vô cơ lấy k2=1,0  Với BTN loại II, BTN rỗng và các loại hỗn hợp vât liệu hạt trộn nhựa lấy k2=0,8  Với BTN chặt loại I và BTN chặt dùng nhựa polime lấy k2=1,0 10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 259 5.1 THIẾT KẾ ÁO ĐƯ