Nghiên cứu ảnh hưởng của độ bằng phẳng mặt đường tới tuổi thọ của kết cấu áo đường mềm,đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên

Tính cấp thiết của đề tài Hiện nay, một số công trình đường giao thông vừa mới đưa vào hoặc sau một thời gian ngắn khai thác sử dụng, đã bộc lộ khiếm khuyết về mặt chất lượng như lún mặ

Nhóm sinh viên lớp Đường bộ K51 Trang 1

MỤC LỤC

I Tính cấp thiết của đề tài 4

II Mục tiêu nghiên cứu của đề tài: 4

III Nội dung của đề tài: 4

IV Phương pháp nghiên cứu: 5

V Ý nghĩa của đề tài: 5

Chương I: TỔNG QUAN VỀ ĐỘ BẰNG PHẲNG MẶT ĐƯỜNG, CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH 7

1.1Khái niệm, ý nghĩa và phân loại độ bằng phẳng 7

1.1.1 Khái niệm, ý nghĩa độ bằng phẳng mặt đường: 7

1.1.2 Phân loại độ bằng phẳng mặt đường: 8

1.2 Các yêu cầu độ bằng phẳng mặt đường 10

1.2.1.Tiêu chuẩn Việt Nam [8864:2011], mặt đường ô tô – xác định độ bằng phẳng bằng thước dài 3 m 10

1.2.2) Tiêu chuẩn Việt Nam [8865:2011], mặt đường ô tô – phương pháp đo và đánh giá xác định độ bằng phẳng theo chỉ số độ gồ ghề quốc tế IRI 12

1.2.2.1 Phục vụ công tác nghiệm thu 12

1.2.2.2 Phục vụ công tác quản lý, lập kế hoạch duy tu bảo dưỡng 13

1.3.Các phương pháp xác định độ bằng phẳng mặt đường 15

1.3.2 Phương pháp đo và đánh giá xác định độ bằng phẳng theo chỉ số độ gồ ghề quốc tế IRI, tiêu chuẩn Việt Nam [8865 – 2011] 17

1.3.3 Kết quả đo độ bằng phẳng 21

1.3.3.1 Kết quả đo độ bằng phẳng bằng thướt dài 3 m trên đoạn đường vào khu giảng đường ĐH GTVT – cơ sở 2 (Bảng 1.5) 21

1.3.3.2 Kết quả đo độ bằng phẳng bằng thướt dài 3 m trên đoạn đường Lê Văn Việt [Bảng 1.6] 23

1.3.3.2 Kết quả đo độ bằng phẳng bằng thiết bị đo trực tiếpZ250 trên đoạn đường Lê Văn Việt, Quận 9 25 1.3.3.3 Kết quả đo độ bằng phẳng bằng thướt dài 3 m trên Đại Lộ Đông Tây 27 1.3.3.3.1 Kết quả đo độ bằng phẳng bằng thướt dài 3 m trên Đại Lộ Đông Tây (phần làn xe máy + ô tô) (Bảng 1.7) 28 1.3.3.3.2 Kết quả đo độ bằng phẳng bằng thướt dài 3 m trên Đại Lộ Đông Tây (phần làn cho xe tải) (Bảng 1.8) 29 1.4 Kết luận chung : 31Chương II: ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ BẰNG PHẲNG MẶT ĐƯỜNG ĐẾN TÁC ĐỘNG ĐỘNG CỦA Ô TÔ LÊN MẶT ĐƯỜNG XE CHẠY VÀ AN TOÀN GIAO THÔNG 332.1.Ảnh hưởng của độ bằng phẳng mặt đường đến tác động động của ô tô lên mặt đường xe chạy 332.2 Ảnh hưởng động của ô tô đến tuổi thọ của kết cấu áo đường 422.2.1 Đánh giá ảnh hưởng của tải trọng trục xe và tốc độ xe chạy, độ bằng phẳng mặt đường đến áp lực của bánh xe ô tô xuống mặt đường 422.2.2 Tính toán hệ số qui đổi tải trọng trục về trục tiêu chuẩn có xét đến ảnh hưởng động của ô tô: 452.2.3 Ảnh hưởng động của ô tô đến việc lựa chọn chiều dày các lớp kết cấu áo đường: 472.3 Thiết lập quan hệ giữa hệ số qui đổi tải trọng trục xe và tốc độ, độ bằng phẳng mặt đường (tài liệu tham khảo 8) 492.4.Đánh giá ảnh hưởng của độ bằng phẳng mặt đường tới an toàn xe chạy 522.5 Kết luận chung: 54Chương III: ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ BẰNG PHẲNG MẶT ĐƯỜNG TỚI TUỔI THỌ KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG MỀM 553.1 Động học sự biến đổi của độ bằng phẳng mặt đường và mối quan hệ giữa độ bằng phẳng và cường độ kết cấu áo đường mềm 553.2.Ảnh hưởng của độ bằng phẳng mặt đường tới tuổi thọ kết cấu áo đường mềm 57

Nhóm sinh viên lớp Đường bộ K51 Trang 3

3.2.1 Ảnh hưởng của độ bằng phẳng mặt đường tới tuổi thọ kết cấu áo đường mềm khi xe không vượt tải 57

3.2.2 Ảnh hưởng của độ bằng phẳng mặt đường tới tuổi thọ kết cấu áo đường mềm khi xe vượt tải 66

3.3 Các giải pháp tăng tuổi thọ kết cấu áo đường……… 68

KẾT LUẬN: 69

PHỤ LỤC ……… 70

PHẦN MỞ ĐẦU

I Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay, một số công trình đường giao thông vừa mới đưa vào hoặc sau một thời gian ngắn khai thác sử dụng, đã bộc lộ khiếm khuyết về mặt chất lượng như lún mặt đường, dồn nhựa, trồi nhựa hoặc xuất hiện khe nứt xảy ra ở khu vực tiếp giáp giữa cầu, cống và đường… ảnh hưởng trực tiếp đến an toàn vận hành là độ bằng phẳng hay nói cách khác là mức độ êm thuận, gây mất an toàn cho người, các phương tiện tham gia khi lưu thông và còn ảnh hưởng đến tuổi thọ của kết cấu áo đường mềm Tuy nhiên, độ bằng phẳng mặt đường không phải là hằng số, nó thay đổi theo thời gian, phụ thuộc vào các yếu tố: công nghệ sản xuất và chất lượng thi công các lớp vật liệu áo đường, nền đường; cường độ của kết cấu áo đường, tác động của xe chạy (tải trọng trục xe, lưu lượng xe chạy) và của các nhân tố khí hậu, thời tiết…

Thời gian phục vụ thực tế (tuổi thọ) của kết cấu áo đường có thể khác so với thời gian phục vụ tính toán (thiết kế) do ảnh hưởng của hàng loạt các yếu tố: sự thay đổi của lưu lượng xe, thành phần dòng xe và tác động động của phương tiện lên mặt đường do yếu tố tốc độ và độ bằng phẳng mặt đường

Chính những lý do trên việc “Nghiên cứu ảnh hưởng của độ bằng phẳng mặt đường tới tuổi thọ của kết cấu áo đường mềm “ là hết sức cần thiết

II Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:

Lượng hóa ảnh hưởng của sự thay đổi độ bằng phẳng mặt đường tới tuổi thọ

còn lại của kết cấu áo đường mềm

III Nội dung của đề tài:

- Tổng quan về độ bằng phẳng mặt đường, các phương pháp xác định;

- Thiết lập quan hệ giữa độ bằng phẳng mặt đường và hệ số động của phương tiện giao thông;

- Thiết lập quan hệ giữa hệ số qui đổi tải trọng trục xe và tốc độ, độ bằng

Nhúm sinh viờn lớp Đường bộ K51 Trang 5

- Đo độ bằng phẳng mặt đường trờn một số tuyến đường ở quận 9;

- Cỏc phương phỏp tớnh toỏn kết cấu ỏo đường mềm;

- Đỏnh giỏ ảnh hưởng của độ bằng phẳng đến tuổi thọ của kết cấu ỏo đường mềm

IV Phương phỏp nghiờn cứu:

-Sử dụng phương phỏp thực nghiệm, phương phỏp lý thuyết và cụng thức tớnh toỏn để xử lý số liệu, đỏnh giỏ kết quả

- Trờn cơ sở cỏc dữ liệu thu thập và cỏc phõn tớch, dự đoỏn được tuổi thọ kết cấu ỏo đường mềm trong thời gian khai thỏc

- Tham khảo thêm một số tài liệu khác để phục vụ tốt hơn cho quá trình làm

đề tài này

V í nghĩa của đề tài:

- Đề tài cung cấp cơ sở lý luận để đỏnh giỏ ảnh hưởng độ bằng phẳng mặt đường tới tỏc dụng phỏ hoại của phương tiện giao thụng đến kết cấu ỏo đường thụng qua hệ số động của phương tiện (ở cỏc chế độ xe chạy khỏc nhau: tốc độ xe chạy, tải trọng xe chạy cú tải, khụng tải, vượt tải) và đến tuổi thọ của kết cấu ỏo đường; đỏnh giỏ ảnh hưởng của độ bằng phẳng mặt đường tới an toàn xe chạy;

- Đề xuất giải phỏp nõng cao độ bằng phẳng mặt đường xe chạy và tuổi tho của kết cấu ỏo đường mềm

VI Cấu trỳc đề tài:

Đề tài gồm 124 trang, trong đú:

MẶT ĐƯỜNG TỚI TUỔI THỌ KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG MỀM KẾT LUẬN

Nhóm sinh viên lớp Đường bộ K51 Trang 7

Chương I:

TỔNG QUAN VỀ ĐỘ BẰNG PHẲNG MẶT ĐƯỜNG,

CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH

1.1.1 Khái niệm, ý nghĩa độ bằng phẳng mặt đường:

Độ bằng phẳng mặt đường là một trong các chỉ tiêu khai thác vận tải cơ bản, xác định trạng thái khai thác của đường ô tô, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả vận tải hàng hóa và hành khách, cũng như mức độ thuận lợi và an toàn xe chạy Tuy nhiên,

độ bằng phẳng mặt đường không phải là hằng số, nó thay đổi theo thời gian, phụ thuộc vào các yếu tố:

- Công nghệ sản xuất và chất lượng thi công các lớp vật liệu áo đường, nền đường

- Cường độ của kết cấu áo đường, tác động của xe chạy (tải trọng trục xe, lưu lượng xe chạy) và của các nhân tố khí hậu, thời tiết…Cùng với sự thay đổi của độ bằng phẳng mặt đường, tác động động của ô tô lên mặt đường cũng thay đổi

===>Độ bằng phẳng mặt đường đảm bảo tốc độ cho phép của xe chạy và an toàn tuyệt đối trong giao thông

Hình 1.1 Dự án Đại Lộ Đông Tây sau khi đưa vào khai thác (Trích nguồn từ

website: Báo Xây Dựng)

Hình 1.2 Dự án Đại Lộ Thăng Long sau khi đưa vào khai thác [Trích nguồn từ

website: Báo Xây Dựng]

1.1.2 Phân loại độ bằng phẳng mặt đường:

l

Nhóm sinh viên lớp Đường bộ K51 Trang 9

Xét ảnh hưởng đến dao động của ô tô, độ không bằng phẳng mặt đường được chia làm 3 nhóm: độ không bằng phẳng vĩ mô, độ không bằng phẳng vi mô và độ nhám:

-Độ không bằng phẳng vĩ mô: cấu tạo từ các mấp mô uốn lượn điều hòa với

chiều dài bước sóng 50m hoặc lớn hơn Độ không bằng phẳng vĩ mô ảnh hưởng đến công tác của động cơ ô tô và chế độ chạy xe nhưng thực tế không gây ra dao động của ô tô trên hệ thống treo Đây chính là mặt cắt dọc đường và khi phân tích độ bằng phẳng nó không được xét tới;

-Độ không bằng phẳng vi mô: cấu tạo từ các mấp mô có chiều dài từ 10 cm

đến 50m, gây ra các dao động của ô tô trên hệ thống treo, mang đặc trưng riêng của

độ bằng phẳng

-Độ nhám: đây là toàn bộ các mấp mô với chiều dài bước sóng nhỏ hơn

10cm, không tạo ra các dao động tần số thấp của ô tô Khi phân tích độ bằng phẳng không xét đến độ nhám

a) b)

Hình 1.4 Dự án cao tốc Cầu Giẽ - Ninh Bình sau khi đưa vào khai thác [Trích nguồn

từ website: Báo Thanh Niên]

Xét trường hợp dao động của ô tô khi tương tác với đường

(t) thời gian dao động

Dao động của ô tô xuất hiện trên bề mặt không bằng phẳng chia thành 2 loại :

- Dao đông không ổn định khi xuất hiện các mấp mô riêng lẻ hay lặp lại của các mô có kích thước và hình dạng khác nhau, đây là trường hợp phổ biến

- Dao động ổn định xuất hiện khi lặp lại các mấp mô có sự điều khiển theo một dạng nhất định dạng sóng, răng lược, đây là trường hợp không phổ biến ít gặp

1.2 Các yêu cầu độ bằng phẳng mặt đường

1.2.1.Tiêu chuẩn Việt Nam [8864:2011], mặt đường ô tô – xác định độ bằng phẳng bằng thước dài 3 m

Tiêu chí đánh giá, kiểm tra nghiệm thu độ bằng phẳng theo quy định tại Bảng 1.1, được phân thành ba mức: rất tốt, tốt và trung bình tùy thuộc vào vị trí lớp kết cấu và vật liệu làm lớp kết cấu

Nhóm sinh viên lớp Đường bộ K51 Trang 11

Khi kiểm tra và nghiệm thu công trình mặt đường đang làm và vừa làm xong thì áp dụng các tiêu chuẩn đánh giá dưới đây:

- Đối với đường cao tốc, đường cấp I, cấp II phải đạt mức độ bằng phẳng rất tốt;

- Đối với đường ô tô các cấp khác phải đạt mức độ bằng phẳng tốt;

Đối với tất cả các cấp đường cho phép có 5 % số khe hở vượt quá trị số khe

hở lớn nhất quy định tương ứng với mức độ bằng phẳng yêu cầu nói trên, nhưng trị

số khe hở lớn nhất không được quá 1,4 lần trị số quy định tương ứng

Khi đánh giá mặt đường cũ đang sử dụng, nếu độ bằng phẳng đạt mức trung bình thì có thể xem là độ bằng phẳng vẫn còn đạt yêu cầu khai thác

Bảng 1.1 Tiêu chí đánh giá độ bằng phẳng

Vị trí lớp

trong kết cấu

Vật liệu lớp kết cấu

70 % số khe hở đo được không quá 3 mm; 30% còn lại không quá 5 mm

50 % số khe hở đo được không quá 3 mm; còn lại không quá 5 mm

100 % số khe

hở không vượt quá 5

mm

50 % số khe hở đo được không quá 5 mm; còn lại không quá 7 mm

100 % số khe

hở không vượt quá 7

mm Lớp mặt trên

mm

70 % số khe hở đo được không quá 7 mm; còn lại không quá 10 mm

50 % số khe

hở đo được không quá 7 mm; còn lại không quá 10

mm

100 % số khe hở không vượt quá 10

mm

70 % số khe hở đo được không quá

10 mm; còn lại không quá 15 mm

100 % số khe

hở không vượt quá 15

mm Móng dưới,

lớp đáy áo

đường, nền

đất, lề đất

100 % số khe hở không vượt quá 15

mm

70 % số khe hở đo được không quá 15mm; còn lại không quá 20 mm

100 % số khe

hở không vượt quá 20

mm

1.2.2) Tiêu chuẩn Việt Nam [8865:2011], mặt đường ô tô – phương pháp

đo và đánh giá xác định độ bằng phẳng theo chỉ số độ gồ ghề quốc tế IRI

1.2.2.1 Phục vụ công tác nghiệm thu

Với đường xây dựng mới: mặt đường bê tông nhựa và bê tông xi măng khi nghiệm thu trong vòng 1 năm từ khi làm xong mặt đường phải đảm bảo đạt được độ bằng phẳng với giá trị IRI tuỳ thuộc vào cấp đường [TCVN 4054, TCVN 5729] thoả mãn yêu cầu quy định trong bảng 1.2

Bảng 1.2 Tiêu chí nghiệm thu độ bằng phẳng theo IRI đối với đường xây dựng mới

Đường cao tốc cấp 120, cấp 100, cấp 80; đường ô tô

cấp 80

IRI < 2,0

Với đường cải tạo, nâng cấp, tăng cường: mặt đường bê tông nhựa và bê tông

xi măng khi nghiệm thu trong vòng 1 năm từ khi làm xong mặt đường phải đảm bảo đạt được độ bằng phẳng với giá trị IRI tuỳ thuộc vào cấp đường (TCVN 4054,

Nhóm sinh viên lớp Đường bộ K51 Trang 13

Bảng 1.3 Tiêu chí nghiệm thu độ bằng phẳng theo IRI đối với đường cải tạo,

nâng cấp, tăng cường

Đường cao tốc cấp 120, cấp 100 và cấp 80; đường ô tô

cấp 80

IRI < 2,2

1.2.2.2 Phục vụ công tác quản lý, lập kế hoạch duy tu bảo dưỡng

Để phục vụ cho công tác quản lý, lập kế hoạch duy tu bảo dưỡng sử dụng phương pháp đo IRI để đo trên các loại mặt đường bê tông nhựa, bê tông xi măng Ngoài ra có thể sử dụng IRI để đo trên các loại mặt đường đang khai thác (Bảng 1.4)

Cần có kế hoạch kiểm tra chất lượng độ bằng phẳng theo IRI hàng năm nhằm phục vụ cho công tác dự báo mức độ suy giảm độ bằng phẳng mặt đường và lập kế hoạch duy tu sửa chữa mặt đường

Chất lượng độ bằng phẳng mặt đường dưới tác dụng của xe chạy và ảnh hưởng của môi trường sẽ suy giảm theo thời gian kể từ lúc đưa đường ô tô vào khai thác

Bảng 1.4 Phân cấp chất lượng độ bằng phẳng theo IRI của đường đang khai thác

Loại mặt đường Cấp đường

Tình trạng mặt đường Tốt Trung bình Kém Rất kém Cấp cao A1: Bê tông

nhựa chặt, bê tông

nhựa rỗng, bê tông xi

Nhóm sinh viên lớp Đường bộ K51 Trang 15

-Có thể sử dụng tiêu chuẩn này để nghiệm thu độ bằng phẳng trên từng đoạn hoặc để đánh giá độ bằng phẳng của mặt đường ô tô trong quá trình khai thác một khi không có các phương tiện đo độ bằng phẳng tự hành khác

*Tóm tắt thí nghiệm

Tại vị trí thử nghiệm, đặt thước thẳng dài 3 m trên mặt đường theo hướng song song hoặc vuông góc với trục đường xe chạy Dùng nêm để lùa vào khe hở giữa mặt đường và cạnh dưới của thước tại các điểm đo cách nhau 50 cm tính từ đầu thước Xác định khe hở tương ứng với từng chiều cao của nêm làm cơ sở để kiểm tra

và đánh giá chất lượng độ bằng phẳng mặt đường

*Thiết bị, dụng cụ :

-Thước thẳng: thường được chế tạo bằng kim loại không rỉ, dài 3,0 m Thước

phải thẳng, nhẹ, đủ cứng không bị biến dạng trong quá trình thử nghiệm và có đánh

dấu tại các điểm đo cách nhau 50 cm tính từ đầu thước (Hình 1.6)

Hình 1.6 Thước thẳng 3,0 mét

-Con nêm: thường được chế tạo bằng kim loại không rỉ và ít bị mài mòn, hình tam giác có khắc dấu 6 giá trị chiều cao: 3 mm, 5 mm, 7 mm, 10 mm, 15 mm và 20

mm để nhanh chóng đọc được trị số khe hở (mm) giữa mặt đường và cạnh dưới của thước thẳng 3 mét (Hình 1.7)

Hình 1.7.Con nêm

-Chổi để quét sạch mặt đường, dụng cụ hướng dẫn giao thông (biển báo, côn dẫn hướng, )

*Mật độ thử nghiệm:

-Khi kiểm tra đánh giá độ bằng phẳng trong quá trình thi công và nghiệm thu:

đo theo từng làn, theo hướng dọc với trục đường, cách mép đường hoặc bó vỉa tối

thiểu 0,6 m, mật độ đo 25 mét dài/1 vị trí

-Khi đánh giá độ bằng phẳng của mặt đường cũ đang khai thác: đo theo từng làn, theo hướng dọc trong phạm vi vệt hằn bánh xe, mật độ đo 50 m dài/1 vị trí

-Trường hợp cần thiết có thể đo theo hướng vuông góc với trục đường

*Cách tiến hành:

-Kiểm tra lại độ thẳng của thước trước mỗi lần sử dụng Đặt dụng cụ hướng dẫn giao thông (biển báo, côn dẫn hướng,.) tại vị trí đo, dùng chổi quét sạch mặt đường tại các vị trí đo độ bằng phẳng

-Tại mỗi vị trí thử nghiệm trên mặt đường hoặc trên bề mặt lớp vật liệu, đặt thước dài 3 m song song tim đường Dọc theo chiều dài thước, tại các điểm đo cách

Nhóm sinh viên lớp Đường bộ K51 Trang 17

nhau 50cm đã xác định trên thước, đẩy nhẹ nhàng con nêm vào khe hờ giữa cạnh dưới của thước với mặt đường

1.3.2 Phương pháp đo và đánh giá xác định độ bằng phẳng theo chỉ số độ

gồ ghề quốc tế IRI, tiêu chuẩn Việt Nam [8865 – 2011]

*Phạm vi áp dụng:

-Tiêu chuẩn này quy định phương pháp xác định độ bằng phẳng mặt đường ô

tô theo chỉ số độ gồ ghề quốc tế IRI (International Roughness Index)

-Tiêu chuẩn được sử dụng để kiểm tra, đánh giá mặt đường làm mới, mặt đường cải tạo, nâng cấp và mặt đường đang khai thác

* Thuật ngữ và định nghĩa

*Độ gồ ghề mặt đường (Roughness)

Độ gồ ghề của mặt đường là độ lệch của mặt đường so với mặt phẳng chuẩn;

độ lệch này được thể hiện bằng kích thước đặc trưng ảnh hưởng đến đặc tính động lực của xe, đến chất lượng xe chạy

*Chỉ số độ gồ ghề quốc tế IRI (International Roughness Index)

Chỉ số độ gồ ghề quốc tế IRI là chỉ số được tính trên cơ sở số đo mặt cắt dọc của đường, bằng cách sửdụng mô phỏng "một phần tư xe” với tốc độ mô phỏng chạy

*Phương pháp đo độ bằng phẳng theo IRI

-Phương pháp đo gián tiếp: là phương pháp đo không đưa ra trực tiếp giá trị IRI của toàn bộ tuyến đường Việc xác định độ bằng phẳng IRI được xác định gián

tiếp thông qua phương trình thực nghiệm được thiết lập trên cơ sở quan hệ giữa giá trị IRI và giá trị độ xóc đo được trên các đoạn đường ngắn chọn trước gọi là các đoạn định chuẩn

Hình 1.8 Thiết bị đo sóc nảy (Hình ảnh này được nhóm tác giả chụp hình lại từ thiết

bị đo sóc nảy của trung tâm đào tạo thực hành và chuyển giao công nghệ giao thông vận tải, trường ĐH GTVT – cơ sở 2)

-Phương pháp đo trực tiếp: là phương pháp đo đưa ra trực tiếp giá trị IRI của toàn bộ tuyến đường thí nghiệm Do tốc độ đo nhanh và cơ động nên phương pháp này thích hợp với việc đo độ bẳng phẳng theo IRI trên đường cấp cao

Nhóm sinh viên lớp Đường bộ K51 Trang 19

Hình 1.9 Thiết bị đo trực tiếp Z250 (Thiết bị mà nhóm tác giả dùng để đo trên

đường Lê Văn Việt, với chiều dài đo L = 100m)

*Thiết bị, dụng cụ

Phương pháp đo gián tiếp:

Thiết bị đo mặt cắt dọc chuyên dụng: thường dùng để xác định IRI trên các đoạn đường định chuẩn Các thiết bị này phải có đủ các tính năng kỹ thuật sau:

-Đo được cao độ mặt cắt dọc của mặt đường một cách tuần tự, liên tục với khoảng cách bước đo không đổi 254 mm hoặc 300 mm tùy thuộc từng loại thiết bị đo;

-Độ chính xác của phép đo cao độ phải nhỏ hơn hoặc bằng ± 0,5 mm;

-Có bộ vi xử lý kèm theo phần mềm chuyên dụng để thu thập, lưu trữ và xử lý

số liệu đo Trên cơ sở số liệu mặt cắt dọc mặt đường đã đo, giá trị IRI sẽ được tự động tính toán và hiển thị thông qua phần mềm chuyên dụng kèm theo thiết bị đo

Thiết bị đo xóc kiểu phản ứng: dùng để xác định độ bằng phẳng mặt đườngtrên toàn tuyến thông qua giá trị độ xóc Thiết bị này thường được lắp trên xe ô

tô con, có các tính năng kỹ thuật sau:

-Có khả năng đo được độ dịch chuyển tương đối giữa sàn xe và trục xe (độ xóc) khi xe chạy trên đường

-Kết quả đo được thể hiện qua trị số độ xóc cộng dồn trên các khoảng chiều dài không đổi định truớc (thông thường từ 50 m đến 1000 m) và được lưu trữ trên băng giấy hay các tệp tin trên máy tính xách tay kèm theo

-Tuỳ thuộc vào loại thiết bị mà kết quả đo được thể hiện qua đơn vị sau: m/km, mm/km, mm/m hoặc số/km

Phương pháp đo trực tiếp:

Bộ phận đo gia tốc chuyển dịch thẳng đứng:

-Có khả năng thu nhận và xử lý được các số liệu gia tốc chuyển dịch thẳng đứng biến thiên một cách liên tục, tuần tự với khoảng cách bước đo không đổi 254

mm hoặc 300 mm tùy thuộc vào loại thiết bị

-Có khả năng kiểm tra, hiệu chính thông qua phần mềm điều khiển thiết bị -Sai số của phép đo phải nhỏ hơn 0.01g (g: gia tốc trọng trường)

Bộ phận đo cao độ bề mặt mặt đường: hoạt động theo nguyên lý "không tiếp xúc” bằng tia la-de, sóng siêu âm hoặc hệ quang học nhằm xác định chiều cao từ thiết bị đo gắn trên thân xe đến bề mặt mặt đường khi xe chạy Bộ phận đo cao độ phải có các tính năng kỹ thuật sau:

-Có khả năng thu nhận và xử lý số liệu đo cao độ liên tục, tuần tự theo suốt dọc hành trình khảo sát với khoảng cách bước đo không đổi 254 mm hoặc 300 mm

-Có khả năng kiểm tra, hiệu chỉnh thông qua phần mềm điều khiển thiết bị -Có khả năng đo được độ dịch chuyển theo chiều thẳng đứng >100 mm

-Sai số của phép đo: phải nằm trong giới hạn ± 0,5 mm

Nhóm sinh viên lớp Đường bộ K51 Trang 21

Bộ phận đo chiều dài: phải đảm bảo các tính năng kỹ thuật sau:

-Có khả năng đo và hiển thị được liên tục chiều dài cộng dồn khi xe chạy -Độ chính xác của phép đo chiều dài: nằm trong giới hạn ± 0,1%

Máy tính xách tay: loại có cấu hình đủ mạnh để truy nhập, xử lý liên tục các tín hiệu đo theo thuật toán đã được lập trình và lưu trữ các sốliệu đo trong ổ đĩa cứng Phần mềm chuyên dụng phải có các chức năng cơ bản sau:

-Có khả năng hiệu chỉnh chiều dài thông qua phần mềm của thiết bị

-Hiển thị được vận tốc chạy xe và chiều dài chạy xe trong quá trình đo

-Quản lý và định chuẩn các bộ phận đo của hệ thống thiết bị

-Thu nhận và xử lý các tín hiệu đo một cách tuần tự, liên tục trong suốt quá trình đo

-Ghi lại các số liệu về gia tốc chuyển dịch thẳng đứng của thân xe, cao độbềmặt mặt đường, chiều dài cộng dồn của hành trình xe đo, vận tốc của xe đo -Tính toán và hiển thị kết quả đo trị số IRI theo từng làn xe với chiều dài đoạn không đổi tuỳchọn (thông thường từ 50 m đến 1000 m)

-Cho phép người điều khiển đưa vào các sự kiện trên dọc tuyến khảo sát như:

vị trí cột ki lô mét, vị trí đầu cuối cầu, vị trí hư hỏng

1.3.3 Kết quả đo độ bằng phẳng

Nhóm tác giả đã tiến hành đo độ bằng phẳng trên các đoạn đường Lê Văn Việt, Đại Lộ Đông Tây và khu giảng đường ĐH GTVT – cơ sở 2 Kết quả đo như sau:

1.3.3.1 Kết quả đo độ bằng phẳng bằng thướt dài 3 m trên đoạn đường vào khu giảng đường ĐH GTVT – cơ sở 2 (Bảng 1.5)

Hình 1.10 Sơ đồ tuyến đường đo trong khu giảng đường ĐH GTVT – cơ sở 2,

đoạn thí nghiệm có chiều dài L= 100 m

SONG

VUÔNG GÓC

Nhóm sinh viên lớp Đường bộ K51 Trang 23

Kết luận: Căn cứ vào tiêu chuẩn Việt Nam [8864 – 2011]; mặt đường ô tô – xác định độ bằng phẳng bằng thước dài 3 m và kết quả đo độ bằng phẳng bằng thước dài 3,0m (bảng 1.5), trong khu giảng đường ĐH GTVT cơ sở 2 Cho thấy độ bằng phẳng trong khu giảng đường ĐH GTVT – cơ sở 2 đạt mức độ tốt, vì số khe hở giữa mặt đường và thước dài 3 m x



1.3.3.2 Kết quả đo độ bằng phẳng bằng thướt dài 3 m trên đoạn đường Lê Văn Việt (Bảng 1.6)

Hình 1.11 Sơ đồ tuyến đường Lê Văn Việt cần đo, đoạn thí nghiệm có chiều dài L = 100m

Hình 1.12 Hình ảnh đo độ bằng phẳng bằng thước dài 3,0 m trên đoạn thí nghiệm đường

Lê Văn Việt, Quận 9, chiều dài đo L= 100 m (Nhóm tác giả đã tiến hành đo độ bằng phẳng bằng thước dài 3,0 m)

SONG

VUÔNG GÓC

Nhóm sinh viên lớp Đường bộ K51 Trang 25

1.3.3.2 Kết quả đo độ bằng phẳng bằng thiết bị đo trực tiếp Z250 trên đoạn đường Lê Văn Việt, Quận 9

c) d)

Hình 1.13 Hình ảnh đo độ bằng phẳng bằng thiết bị đo trực tiếp Z250 trên đoạn thí

nghiệm đường Lê Văn Việt, Quận 9 (Nhóm tác giả đã tiến hành đo độ bằng phẳng bằng thiết bị đo trực tiếp Z250)

-Kết quả đo :8.7 m/Km, với chiều dài thí nghiệm L = 100 m

a) b)

Hình 1.14.Hình ảnh hiển thị kết quả đo trên thiết bị Z250, với chiều dài đo L= 100m

(Nhóm tác giả đã tiến hành đo)

Hình 1.15 Đồ thị nhận được sau khi đo bằng thiết bị Z 250

Từ kết quả trên đồ thị cho thấy chỗ lõm xuống nhất tương ứng với hình ảnh như trên và những chỗ lõm này sẽ gây ra đọng nước Kết quả này phản ánh đúng với thực tế độ bằng phẳng của đoạn đường Lê Văn Việt đang xuống cấp

Kết luận: Căn cứ vào tiêu chuẩn Việt Nam [8865 – 2011], mặt đường ô tô – phương pháp đo và đánh giá xác định độ bằng phẳng theo chỉ số độ gồ ghề quốc tế IRI và kết quả đo độ bằng phẳng theo chỉ số độ gồ ghề quốc tế IRI trên thiết bị Z250, hình 1.14 và hình 1.15, đường Lê Văn Việt, Quận 9 Cho thấy độ bằng phẳng trên đường Lê Văn Việt, Quận 9 rất kém

Từ kết quả đo và đánh giá độ bằng phẳng theo chỉ số độ gồ ghề quốc tế IRI trên thiết bị Z250 theo tiêu chuẩn Việt Nam [8865-2011] trên đường Lê Văn Việt, Quận 9 Nhóm tác giả tiến hành so sánh với kết quả đo, đánh giá độ bằng phẳng bằng thước dài 3 m theo tiêu chuẩn Việt Nam [8864-2011] Cho thấy kết quả đo, đánh giá của hai phương pháp đo là hoàn toàn phù hợp với nhau

1.3.3.3 Kết quả đo độ bằng phẳng bằng thướt dài 3 m trên Đại Lộ Đông Tây

Hình 1.16 Sơ đồ tuyến đường đại lộ Đông Tây cần đo,chiều dài đoạn

thí nghiệm L = 1 km

1.3.3.3.1 Kết quả đo độ bằng phẳng bằng thướt dài 3 m trên Đại Lộ Đông

Tây (phần làn xe máy + ô tô) (Bảng 1.7)

SONG

VUÔNG GÓC

9,5 2%

3,17

Kết luận: Căn cứ vào tiêu chuẩn Việt Nam [8864 – 2011]; mặt đường ô tô – xác định độ bằng phẳng bằng thước dài 3 m và kết quả đo độ bằng phẳng bằng thướt dài 3 m (Bảng 1.7) trên đoạn thí nghiệm ở Đại Lộ Đông Tây (làn xe máy + ô tô) Cho thấy độ bằng phẳng trên đoạn thí nghiệm ở Đại Lộ Đông Tây không đạt

1.3.3.3.2 Kết quả đo độ bằng phẳng bằng thướt dài 3 m trên Đại Lộ Đông Tây (phần làn cho xe tải) (Bảng 1.8)

a) b)

c) d)

Hình 1.19 Một số điểm đo trên đại lộ Đông Tây (phần làn đường cho xe tải)

SONG

VUÔNG GÓC

1.4 Kết Luận chung :

-Có rất nhiều nhân tố ảnh hưởng đến độ bằng phẳng mặt đường như lưu lượng

xe chạy, tải trọng xe chạy, đặc biệt những tuyến đường có nhiều xe nặng lưu thông

- Vấn đề độ bằng phẳng hiện nay rất quan tâm bởi xe nặng chạy nhưng kinh

phí bảo dưỡng, sữa chữa nước ta hiện nay hạn chế nên ảnh hưởng nghiêm trọng đến

tuổi thọ của con đường

- Trên cơ sở các kết quả đo của nhóm tác giả bằng thước 3 m và thiết bị đo

trực tiếp Z 250 đã cho thấy tình trạng độ bằng phẳng hiện giờ của đường Lê Văn

Việt, Đại Lộ Đông Tây và khu giảng đường ĐH GTVT – cơ sở 2

Hình 2.1.Dao động của mô hình ô tô hai bậc tự do

Một ô tô đang chạy với vận tốc V không đổi trên mặt đường không bằng phẳng (hình 2.1) Trong quá trình nguyên cứu sơ bộ, ta có thể xây dựng mô hình cơ học của ô tô bằng hệ hai bậc tự do (hình 2.1)

Ta kí hiệu m là khối lượng ô tô, Jc là momen quá tính khối của ô tô đối với trục đi qua khối tâm ô tô và vuông góc mặt phẳng hình vẽ 2.1, C1 và C2 là độ cứng của lò xo, S1 và S2 là khoảng cách giữa hai bánh xe (l = S1 + S2)

Hình2.2 Dao động của mô hình ô tô một bậc tự do

Theo nghiên cứu của Nguyễn Văn Khang (tài liệu tham khảo 6) [1], giả sử quy luật nhấp nhô của mặt đường được xác định bởi :

Hình 2.3 Sơ đồ tác động của bánh xe ô tô lên mặt đường không bằng phẳng

Theo nghiên cứu của tác giả (tài liệu tham khảo 8) [7, 11,12,13,14,15,16, 17, 18]độ bằng phẳng mặt đường có các kích thước và hình dạng khác nhau, sự phân bố chúng trên mặt đường mang tính chất ngẫu nhiên, ngoại trừ mặt đường bê tông xi măng

Khi xe ô tô chuyển động trên đường có thể gặp chỗ nhô lên hoặc lõm xuống của mặt đường Để xác định áp lực lớn nhất của bánh xe truyền xuống mặt đường trong quá trình chuyển động, giả thiết ô tô chuyển động với vận tốc không đổi V trên mặt đường không bằng phẳng, có dạng lượn sóng hình sin (hình 2.3) Từ hình 2.3 và với giả thiết trên, tác giả đã thiết lập được phương trình lượn sóng của mặt đường có dạng:

y = A cosx + B ( 2 ) Dựa vào hình 2.3 , ta chứng minh như sau :

== >tuần hoàn chu kì



Thay vào phương trình (2) , ta được

l x



2

) (7) Lấy đạo hàm bậc 2 của phương trình (1), ta có:

Khi xe ô tô rơi xuống mặt đường, sinh ra lực quán tính Qqt:

2

l

V g

Q k  

(14) Khi đó, ô tô tác động lên mặt đường lực lớn nhất Rmax được xác định như sau:

Quan hệ giữa ứng suất (biến dạng) gây ra bởi tác động của tải trọng bánh xe khi xe chuyển động với ứng suất (biến dạng), gây ra do tác động của tải trọng bánh

xe khi xe ô tô không chuyển động là hệ số động của tải trọng Kđ:

Hệ số động nhỏ nhất Kđmin = Pmin/Ptĩnh; Hệ số động lớn nhất Kđmax = Pmax/Ptĩnh Trong đó: Pmin, Pmax là giá trị áp lực nhỏ nhất và lớn nhất của bánh xe ô tô lên mặt đường khi xe chạy; Ptĩnh – áp lực của bánh xe ô tô lên mặt đường khi xe không chuyển động

Vậy, áp lực động lớn nhất của bánh xe truyền xuống mặt đường khi chuyển động trên mặt đường không bằng phẳng là:

2 2 max

R



max = 1+

o h

o Q Q

Q x gl

V



2

2 2

2 

(18)

Như vậy hệ số động lớn nhất Kđmax1, khi V=0 thì Kđmax=1= Ktĩnh Để thể hiện mối quan hệ giữa hệ số động với vận tốc xe chạy và độ bằng mặt đường nhóm tác giả đã tính hệ số động ứng với một loại xe nhất định,ví dụ xe YAZ61, kết quả thu được ở bảng sau :

1 1.061 1.122 1.183 1.244 1.305 1.366 1.427 1.488 1.549 1.610 1.2 1.042 1.085 1.127 1.169 1.212 1.254 1.296 1.339 1.381 1.423 1.5 1.027 1.054 1.081 1.108 1.135 1.163 1.190 1.217 1.244 1.271

2 1.015 1.030 1.046 1.061 1.076 1.091 1.107 1.122 1.137 1.152 2.5 1.010 1.020 1.029 1.039 1.049 1.059 1.068 1.078 1.088 1.098

3 1.007 1.014 1.020 1.027 1.034 1.041 1.047 1.054 1.061 1.068 3.5 1.005 1.010 1.015 1.020 1.025 1.030 1.035 1.040 1.045 1.050

4 1.004 1.008 1.011 1.015 1.019 1.023 1.027 1.030 1.034 1.038 4.5 1.003 1.006 1.009 1.012 1.015 1.018 1.021 1.024 1.027 1.030

Bảng 2.2 Bảng giá trị hệ số động lớn nhất ứng với xe YAZ61Q =54KN, 0

1 1.244 1.488 1.732 1.976 2.219 2.463 2.707 2.951 3.195 3.439 1.2 1.169 1.339 1.508 1.677 1.847 2.016 2.186 2.355 2.524 2.694 1.5 1.108 1.217 1.325 1.434 1.542 1.650 1.759 1.867 1.976 2.084

2 1.061 1.122 1.183 1.244 1.305 1.366 1.427 1.488 1.549 1.610 2.5 1.039 1.078 1.117 1.156 1.195 1.234 1.273 1.312 1.351 1.390

3 1.027 1.054 1.081 1.108 1.135 1.163 1.190 1.217 1.244 1.271 3.5 1.020 1.040 1.060 1.080 1.100 1.119 1.139 1.159 1.179 1.199

4 1.015 1.030 1.046 1.061 1.076 1.091 1.107 1.122 1.137 1.152 4.5 1.012 1.024 1.036 1.048 1.060 1.072 1.084 1.096 1.108 1.120

Bảng 2.3 Bảng giá trị hệ số động lớn nhất ứng với xe YAZ61Q =54KN, 0

Bảng 2.4 Bảng giá trị hệ số động lớn nhất ứng với xe YAZ61Q =54KN, 0