Sau một thời gian dài nghiên cứu tài liệu, khảo sát thực tế và tiến hành thí nghiệm xác định độ nhám mặt đường của một số tuyến đường chính ở tỉnh Bến Tre, cuối cùng luận án thạc sĩ với
HIỆN TRẠNG MẠNG LƯỚI GIAO THÔNG ĐƯỜNG BỘ TỈNH BẾN TRE
Giới thiệu chung về các điều kiện tự nhiên tỉnh Bến Tre
Hình 1-1: Vị trí địa lý tỉnh Bến Tre 1.1.1 Vị trí địa lý và điều kiện tự nhiên
Tỉnh Bến Tre có hình dạng rẻ quạt với diện tích tự nhiên 2.359,8 km² Phía bắc giáp tỉnh Tiền Giang qua sông Tiền, phía tây và nam giáp tỉnh Vĩnh Long và Trà Vinh qua sông Cổ Chiên, và phía đông giáp biển Đông với bờ biển dài 65 km Bến Tre được bao bọc bởi bốn con sông lớn: Tiền Giang, Ba Lai, Hàm Luông và Cổ Chiên, chia tỉnh thành ba phần là cù lao An Hóa, cù lao Bảo và cù lao.
Minh là vùng đất phù sa màu mỡ, với điểm cực Nam nằm ở vĩ độ 9°48' Bắc, điểm cực Bắc ở vĩ độ 10°20' Bắc, điểm cực Đông ở kinh độ 106°48' Đông và điểm cực Tây ở kinh độ 105°57' Đông.
1.1.1.2 Điều kiện tự nhiên Địa hình : Địa hình tỉnh Bến Tre có độ cao trung bình từ 1 - 2 mét so với mực nước biển, thấp dần từ Tây Bắc xuống Đông Nam, độ cao chênh lệch khá lớn, tối đa là 3,5 mét Trong đó, Phần cao nhất thuộc khu vực huyện Chợ Lách và một phần huyện Châu Thành, độ cao tuyệt đối có nơi đạt trên 5 mét, nhưng đa số từ 3 đến 3,5 mét Phần đất thấp độ cao trung bình khoảng 1,5 mét, tập trung tại các vùng thuộc huyện Châu Thành và huyện Giồng Trôm Phần đất trũng, độ cao tối đa không quá 0,5 mét, phân bố ở các huyện ven biển như huyện Bình Đại, Ba Tri và Thạnh Phú Địa hình bờ biển của tỉnh chủ yếu là các bãi bồi rộng với thành phần chủ yếu là bùn hoặc cát Khi triều rút, các bãi bồi nổi lên và trải rộng ra biển hàng nghìn mét, tạo thuận lợi cho nuôi trồng hải sản Bến Tre có 4 nhóm đất chính là nhóm đất cát, nhóm đất phù sa, nhóm đất phèn và nhóm đất mặn Trong đó, nhóm đất mặn chiếm diện tích lớn nhất trong các loại đất của tỉnh 43,11%, nhóm đất phù sa chiếm 26,9% diện tích toàn tỉnh, nhóm đất phèn, chiếm khoảng 6,74% diện tích đất tự nhiên của tỉnh, nhóm đất cát chủ yếu là loại đất giồng chiếm diện tích thấp nhất 6,4% diện tích toàn tỉnh Với điều kiện địa chất là các loại đất phù sa như trên thì việc thực hiện xây dựng các tuyến đường là hết sức phức tạp và tốn kém
Bến Tre có khí hậu nhiệt đới gió mùa cận xích đạo, với nhiệt độ trung bình hàng năm từ 26°C đến 27°C, ít biến đổi trong năm Tỉnh này chịu ảnh hưởng của gió mùa đông bắc từ tháng 12 đến tháng 4 và gió mùa tây nam từ tháng 5 đến tháng 11, tạo ra hai mùa rõ rệt: mùa khô hạn và mùa mưa ẩm Lượng mưa trung bình hàng năm dao động từ 1.250 mm đến 1.500 mm, trong đó mùa khô chỉ chiếm khoảng 2 đến 6% tổng lượng mưa Độ ẩm không khí cao, từ 76% đến 86%, với các huyện ven biển có độ ẩm lên đến 83% đến 91%.
Tỉnh có mạng lưới sông ngòi dày đặc với tổng chiều dài khoảng 6.000 km, bao gồm các sông như Cổ Chiên (82 km), Hàm Luông (71 km), Ba Lai (59 km) và Tiền (83 km) Mật độ này tạo điều kiện thuận lợi cho phát triển giao thông thủy, cung cấp nguồn thủy sản phong phú và nước tưới tiêu cho cây trồng Tuy nhiên, nó cũng gây khó khăn cho giao thông bộ và việc cấp nước vào mùa khô do ảnh hưởng của thủy triều biển Đông, làm nước mặn xâm nhập sâu vào kênh rạch.
Tỉnh Bến Tre bao gồm 9 đơn vị hành chính, trong đó có Thành phố Bến Tre và 8 huyện: Châu Thành, Bình Đại, Ba Tri, Giồng Trôm, Mỏ Cày Nam, Mỏ Cày Bắc, Chợ Lách, Thạnh Phú Tỉnh có 7 thị trấn, 10 phường và 147 xã Thành phố Bến Tre là trung tâm hành chính, chính trị, kinh tế và văn hóa xã hội của tỉnh.
Tốc độ gia tăng dân số giai đoạn 2010 – 2013 đạt 0,63%/năm, với năm 2010 và 2012 ghi nhận tỷ lệ tăng trưởng cao nhất lần lượt là 0,66% và 0,74% Tuy nhiên, từ năm 2012 trở đi, tỷ lệ này đã có xu hướng giảm dần.
- Tỷ lệ sinh có năm tăng năm giảm
- Tỷ lệ tăng cơ học khá cao
Năm 2014, tỉnh Bến Tre có tổng dân số 1.262.205 người, trong đó dân thành thị chiếm 11,4% Tỷ lệ giới tính nữ là 50,96%, với mật độ dân số trung bình đạt 535 người/km² Thành phố Bến Tre có mật độ dân số cao nhất với 1.698 người/km², trong khi huyện Thạnh Phú có mật độ thấp nhất là 302 người/km².
Khái quát chung về mạng lưới giao thông đường bộ tỉnh Bến Tre
1.2.1 Mạng lưới giao thông đường bộ tỉnh Bến Tre [13]
Tỉnh Bến Tre có địa hình độc đáo với các cù lao như An Hóa, Bảo và Minh, tạo thành một ốc đảo hình nan quạt Hiện nay, giao thông đường bộ và đường thủy là phương tiện chính cho việc di chuyển và vận chuyển hàng hóa giữa Bến Tre và các tỉnh lân cận.
Với vị trí ven biển và sự hiện diện của 4 sông lớn cùng hàng trăm kênh rạch, sự phát triển hệ thống đường bộ của tỉnh gặp nhiều thách thức Giao thông thủy có nhiều lợi thế, nhưng hệ thống đường bộ lại thiếu cầu lớn, dẫn đến tình trạng quá tải, đặc biệt là trên QL.60 từ Bến Tre đến Tiền Giang qua cầu Rạch Miễu Bên cạnh đó, QL.57 nối cù lao Minh đến trung tâm tỉnh Vĩnh Long qua phà Đình Khao cũng gặp khó khăn Hệ thống cầu yếu và tải trọng thấp đã ảnh hưởng đáng kể đến khả năng lưu thông của đường bộ trong tỉnh.
- Trên địa bàn tỉnh Bến Tre có 2 tuyến quốc lộ đi ngang là quốc lộ 60 và quốc lộ 57 với tổng chiều dài 126,506 km; bao gồm:
- Bê tông nhựa chiếm: 58,7 % với 74,26 km
- Láng nhựa chiếm: 36,72 % với 46,45 km
- Đá dăm, cấp phối chiếm: 4,58 % với 5,79 km
Cụ thể các tuyến như sau:
Quốc lộ 57 bắt đầu từ ngã tư Đồng Quê, giao với quốc lộ 53, thuộc phường
Quốc lộ 57, dài khoảng 104,3 km, bắt đầu từ thành phố Vĩnh Long, đi qua các huyện Long Hồ, Chợ Lách, Mỏ Cày Bắc, Mỏ Cày Nam và kết thúc tại xã Thạnh Phong, huyện Thạnh Phú, Bến Tre Được chuyển đổi từ tỉnh lộ 888 theo quyết định của Bộ Giao thông vận tải vào ngày 25 tháng 6 năm 1999, QL57 là trục giao thông xương sống của Cù Lao Minh và là tuyến đường quan trọng kết nối tỉnh Bến Tre với các tỉnh ĐBSCL Tuyến đường này có tổng chiều dài cầu lên đến 2.671m, với mặt đường trung bình rộng từ 5-7m, bao gồm 41,45 km đường BTN và 46,45 km mặt đường láng nhựa, chất lượng trung bình.
Quốc lộ 60 bắt đầu từ Quốc lộ 1 tại ngã ba Trung Lương giao với quốc lộ
57 tại thị trấn Mỏ Cày, với quốc lộ 53 tại thành phố Trà Vinh, với quốc lộ
Tuyến đường Nam Sông Hậu dài 115 km kết nối thị trấn Tiểu Cần với thành phố Sóc Trăng, tạo liên thông cho 6 tỉnh Tiền Giang, Bến Tre, Trà Vinh, Sóc Trăng, Hậu Giang và Kiên Giang Đây là trục giao thông quan trọng theo hướng Bắc - Nam, kết nối với vùng kinh tế trọng điểm phía Nam, đặc biệt là TP Hồ Chí Minh Quốc lộ 60 tại tỉnh Bến Tre dài khoảng 30 km, với mặt đường rộng từ 7-21 m và có 8 cầu BTCT vĩnh cửu tổng chiều dài 2.273 m Chính phủ đã phê duyệt nâng cấp mở rộng đoạn tuyến này theo hình thức hợp đồng B.O.T.
Mạng đường tỉnh bao gồm 6 tuyến với tổng chiều dài 188,4 km, trong đó bê tông nhựa chiếm 108,7 km và láng nhựa chiếm 74,94 km Phần còn lại là phà và cầu, với tổng số 45 cầu có chiều dài 3.796 m trên hệ thống đường tỉnh.
Hiện trạng các tuyến đường tỉnh như sau:
1 ĐT 882: Nối Quốc lộ 57 với Quốc lộ 60, dài 9,9Km Toàn tuyến là đường BTN chất lượng mặt đường trung bình đạt tiêu chuẩn đường cấp IV đồng bằng với nền rộng 9m, mặt rộng 6m
2 ĐT 883: Tuyến dài 76,2km đi từ ĐT.884 - xã Tân Phú, H Châu Thành đến km76+205 – xã Thới Thuận huyện Bình Đại, bao gồm 51,6km mặt đường bê tông nhựa, láng nhựa 22,9km, còn lại là cầu Hiện tuyến được đầu tư nâng cấp mở rộng một số đoạn đạt tiêu chuẩn đường cấp II đồng bằng với mặt đường rộng 21m, phần còn lại đạt tiêu chuẩn đường cấp IV đồng bằng với mặt đường rộng từ 6 - 9m, chất lượng khá tốt
3 ĐT 884: Tuyến dài 27,7km đi từ ngã tư Tân Thành, Tp Bến Tre qua huyện Châu Thành và kết thúc tại QL.57 thuộc địa phận huyện Chợ Lách Toàn tuyến là đường láng nhựa, đạt tiêu chuẩn đường cấp IV đồng bằng, mặt đường rộng từ 6-8m chất lượng tốt
4 ĐT 885: Tuyến dài 42,9km nối thành phố Bến Tre với huyện Ba Tri qua thị trấn Giồng Trôm Hiện trạng tuyến là đường bê tông nhựa (24,4Km) và láng nhựa (18,5Km), đạt tiêu chuẩn đường cấp IV đồng bằng, mặt đường rộng từ 6- 7m chất lượng trung bình và tốt
5 ĐT 886: Tuyến dài 8,1km đi từ ngã ba Tán Dù xã Thạnh Phước đến bãi biển xã Thừa Đức Hiện trạng tuyến là đường láng nhựa đạt tiêu chuẩn đường cấp IV đồng bằng với nền rộng 9m, mặt rộng 7m, chất lượng mặt đường tốt
6 ĐT 887: Tuyến dài 24,1km đi từ cầu Mỹ Hóa thành phố Bến Tre đến ngã ba Sơn Đốc huyện Giồng Trôm Toàn tuyến đạt tiêu chuẩn đường cấp IV đồng bằng với nền rộng 9-11m, mặt rộng 8m; toàn tuyến là đường BTN, chất lượng mặt đường tốt
Hệ thống đường đô thị tỉnh Bến Tre hiện có tổng chiều dài 114,4 km, bao gồm các tuyến đường nội ô thành phố và đường thị trấn, trong đó 95,7% đã được nhựa hóa.
* Đường huyện: trên địa bàn tỉnh có 42 tuyến đường huyện với tổng chiều dài 453,7 km, tỷ lệ nhựa hoá đạt 53,5%
* Đường xã, giao thông nông thôn: mạng đường giao thông nông thôn có tổng chiều dài 3.286,8 km, tỷ lệ láng nhựa và bê tông hoá đạt 77,7%
Hiện nay, trên toàn tỉnh chỉ có một số tuyến đường chuyên dùng, chủ yếu phục vụ cho cảng Giao Long và hai khu công nghiệp Giao Long, An Hiệp, bao gồm đường vào cảng Giao Long, đường Giao Long – Nguyễn Thị Định, và đường vào khu công nghiệp An Hiệp.
Thực trạng khai thác và mức độ hư hỏng của mạng lưới đường ôtô tỉnh Bến Tre:
- Tổng chiều dài mạng lưới đường toàn tỉnh là 4170,3km, trong đó:
+ Đường quốc lộ: 126,506Km, đường BTN 56,6%, láng nhựa 36,7%, còn lại là đường cấp phối đá dăm
+ Đường tỉnh: 188,9Km, đường BTN 58,2%, láng nhựa 41.8%
+ Đường đô thị : 114,00Km đã được nhựa hóa 95,7%;
+ Đường huyện: với tổng chiều dài 453,7 km, tỷ lệ nhựa hoá đạt 53,5% + Đường xã: có tổng chiều dài 3.286,8 km, tỷ lệ láng nhựa và bê tông hoá đạt 77,7%
Hệ thống giao thông tỉnh Bến Tre đã được đầu tư nhưng vẫn còn nhiều tuyến đường cấp thấp, gây khó khăn trong di chuyển, đặc biệt vào mùa mưa Mặc dù phong trào phát triển giao thông nông thôn theo hình thức nhà nước và nhân dân cùng làm đang phát triển, nhưng tỉnh còn nghèo và kinh phí hạn chế, không đủ đáp ứng nhu cầu nâng cấp hệ thống giao thông Vốn đầu tư cho giao thông so với nhu cầu là rất ít, đặc biệt trong công tác bảo dưỡng, duy tu và sửa chữa đường bộ, nhất là đối với hệ thống đường huyện, xã và liên ấp.
Hệ thống cầu cống hiện nay còn yếu kém, do địa hình bị chia cắt bởi nhiều kênh rạch, dẫn đến việc các tuyến đường xã và huyện hạn chế khả năng lưu thông của xe cơ giới, chủ yếu chỉ phục vụ cho xe thô sơ và xe tải trọng nhẹ.
- Quy mô đường nhỏ: các tuyến đường tỉnh chủ yếu đạt tiêu chuẩn cấp IV,
V, VI, các tuyến đường huyện chủ yếu đạt cấp VI trở xuống, một số tuyến chưa được vào cấp, các tuyến đường xã hầu như chưa được vào cấp
- Một số nguyên nhân chủ yếu gây hư hỏng nền, mặt đường, cụ thể như sau:
TỔNG QUAN VỀ ĐỘ NHÁM MẶT ĐƯỜNG
Độ nhám mặt đường và vai trò độ nhám trong an toàn giao thông đường bộ [1], [12], [15], [5], [19]
2.1.1 Độ nhám mặt đường Độ nhám mặt đường là một yếu tố kỹ thuật quan trọng nhất để cho xe chạy an toàn ở tốc độ cao khi phải hãm (thắng) xe đột ngột, nhất là trong điều kiện mặt đường bị mưa ẩm ướt
Khi nghiên cứu độ nhám mặt đường, việc phân tích cấu trúc bề mặt là rất quan trọng Các thành phần nhám thô (0,5 đến 15mm) và nhám mịn (dưới 0,5mm) đều ảnh hưởng đến độ nhám tổng thể Để đảm bảo chất lượng, các mặt đường cần được thiết kế sao cho đáp ứng yêu cầu về cả nhám thô và nhám mịn.
Hình 2.1: Sơ đồ biểu diễn cấu trúc nhám mặt đường
Độ nhám vĩ mô (nhám thô – macrotexture) là sự chênh lệch giữa bề mặt đường và mặt phẳng chuẩn, với kích thước bước sóng và biên độ tối thiểu từ 0,5mm Độ nhám này không ảnh hưởng đến sự tương tác giữa lốp xe và mặt đường Nó phản ánh độ nhám tổng thể của bề mặt đường, được hình thành bởi hình dáng và kích thước của các hạt cốt liệu lộ ra.
(độ nhám bề mặt của hạt đá) Mặt đường Độ nhám vĩ mô (độ nhám của toàn bộ mặt đường)
Nhám vi mô, hay còn gọi là nhám mịn, được định nghĩa là độ chênh cao giữa bề mặt đường và mặt phẳng chuẩn, với kích thước bước sóng và biên độ nhỏ hơn 0,5mm Độ nhám vi mô phản ánh độ xù xì của bề mặt hạt cốt liệu lộ ra trên mặt đường, thường khó nhận thấy bằng mắt thường.
2.1.2 Vai trò của độ nhám trong an toàn giao thông đường bộ
Khi mặt đường ẩm ướt, độ nhám vĩ mô và vi mô bị ảnh hưởng, tạo ra trạng thái bất lợi cho sự tiếp xúc giữa lốp xe và mặt đường Hiệu ứng màng nước xuất hiện, làm giảm khả năng tiếp xúc giữa chúng.
Hình 2.2 Mặt đường ẩm ướt là mối hiểm hoạ của các lái xe khi di chuyển
Độ nhám vi mô đóng vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu hiệu ứng màng nước, giúp nước dễ dàng xâm nhập vào đá khi lốp xe tiếp xúc với mặt đường Kết quả là tạo ra sự tiếp xúc khô giữa lốp xe và mặt đường, ảnh hưởng đến sức chống trượt của mặt đường, đặc biệt khi lưu thông ở cả tốc độ thấp và cao.
Hình 2.3 Hiệu ứng xua tan màng nước của độ nhám vi mô
Khi xe di chuyển với tốc độ cao trên 65 km/h, khả năng ép nước ra khỏi lốp xe giảm do hiện tượng màng nước (hydroplaning) xuất hiện, tạo ra một lớp nước ngăn cách lốp với mặt đường Lớp màng nước dày hơn làm giảm diện tích tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường, dẫn đến giảm hệ số ma sát Khi tốc độ đạt khoảng 100 km/h, nguy cơ mất hoàn toàn sự tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường gia tăng, với bề dày lớp nước có thể lên tới 3 mm.
Hình 2.4 Quá trình xuất hiện hiệu ứng màng nước giữa lốp xe với mặt đường
Độ nhám vĩ mô đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra các kênh thoát nước, đặc biệt khi xe chạy với vận tốc cao Khi hiệu ứng màng nước lớn, độ nhám vĩ mô quyết định sức chống trượt của mặt đường Nó giúp giảm áp lực nước xung quanh lốp xe, đảm bảo rằng một diện tích lớn của lốp vẫn duy trì sự tiếp xúc ma sát với bề mặt đường Do đó, nhám vĩ mô có ý nghĩa quan trọng trong việc kháng trượt khi xe di chuyển nhanh.
Theo quan điểm về nhám (nhám vĩ mô và nhám vi mô), mặt đường có thể phân thành loại với các mô tả chi tiết ở bảng 2.1 dưới đây
Bảng 2.1 Phân loại độ nhám theo bề mặt đường
Phân loại bề mặt Mức độ nhám bề mặt
A Ghồ ghề (Rough) Thô ráp (Harsh)
B Ghồ ghề (Rough) Trơn nhẵn (Polished)
C Phẳng (Smooth) Thô ráp (Harsh)
D Phẳng (Smooth) Trơn nhẵn (Polished)
Nghiên cứu thực nghiệm của Viện Nghiên cứu Đường bộ và Giao thông Anh (TRRL) đã xác định sức kháng trượt của 4 loại mặt đường thông qua hệ số hãm phanh của thiết bị đo hiện trường với lốp xe nhẵn.
Một trong những nhiệm vụ quan trọng của những người làm đường là đảm bảo mặt đường không bị trơn trượt, đặc biệt là trong điều kiện ẩm ướt Độ nhám của mặt đường ô tô là yếu tố then chốt để đảm bảo an toàn khi xe chạy ở vận tốc cao Các nhà thiết kế và quản lý đường ô tô trên toàn thế giới đang tìm kiếm nhiều phương pháp để tăng cường độ nhám và ổn định cho mặt đường, nhằm chống lại hiện tượng Hydroplanning, đặc biệt trên các tuyến đường cao tốc và đường ô tô cấp cao Việc xây dựng mặt đường có độ nhám cao cũng cần được chú trọng ở những đoạn đường dốc, quanh co, gần nút giao thông và khu vực đông dân cư.
Độ nhám là một chỉ tiêu chất lượng quan trọng của mặt đường, phụ thuộc vào cấu trúc bề mặt Độ bền và độ nhám của mặt đường là hai tham số chất lượng sử dụng thiết yếu, trong đó độ bền liên quan đến chất lượng toàn bộ kết cấu mặt đường, bắt đầu từ nền đường được đầm nén chuẩn Độ nhám bề mặt của mặt đường ô tô được tạo ra bởi loại bê tông nhựa đặc biệt.
Một tổng kết nghiên cứu quốc tế cho thấy điều kiện đường sá, đặc biệt là tình trạng đường xấu và trơn trượt, đã gây ra 20% số vụ tai nạn do hệ số bám của bánh xe xuống mặt đường quá thấp và độ nhám mặt đường không đảm bảo Để cải thiện khả năng chống trơn trượt của mặt đường ô tô, các nhà nghiên cứu khuyến nghị cần xem xét nhiều yếu tố như mặt đường, phương tiện giao thông, người điều khiển và ý thức của người tham gia giao thông, tức là cả nhân tố chủ quan và khách quan liên quan đến chất lượng công trình.
Trong luận văn này, chúng tôi không phân tích các nhân tố chủ quan Thay vào đó, các nhà nghiên cứu đã thực hiện các giải pháp cải thiện đồng thời theo hai hướng liên quan đến nhân tố khách quan.
Để nâng cao an toàn khi lái xe, cần cải tiến chất lượng hệ thống phanh, bao gồm hệ thống phanh ABS giúp hạn chế trượt bánh xe khi phanh gấp và phanh đĩa để tăng độ tin cậy Hệ thống lái cũng được cải tiến với trợ lực dầu, giúp người lái dễ dàng điều khiển trong điều kiện trơn trượt Ngoài ra, nghiên cứu về lốp xe cũng được chú trọng, với việc cải tiến kích thước, vật liệu và vân lốp nhằm tăng cường sức bám giữa bánh xe và mặt đường.
Để xây dựng mặt đường có độ nhám cao, lâu mòn và ổn định trong điều kiện ẩm ướt, ngành xây dựng công trình đường ô tô cần đảm bảo an toàn giao thông Các nhà nghiên cứu phải xác định rõ ràng các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám mặt đường và mối quan hệ giữa độ nhám và cự ly hãm xe Mặc dù yêu cầu có thể khác nhau tùy theo điều kiện phát triển khoa học kỹ thuật, nhưng hai vấn đề chính vẫn là giải pháp xây dựng và đánh giá hiệu quả của giải pháp thông qua thử nghiệm thích hợp Việc nghiên cứu và áp dụng các biện pháp tăng cường độ bám của mặt đường từ kinh nghiệm quốc tế là cần thiết cho sự phát triển của ngành.
Các nhân tố ảnh hưởng đến độ nhám [1], [12], [15], [5], [19]
2.2.1 Các nhân tố ảnh hưởng đến độ nhám vi mô
Độ nhám vi mô của bề mặt cốt liệu được đánh giá qua chỉ số độ mài bóng cốt liệu đá (PSV) theo tiêu chuẩn British Polish Stone Value Test (ASTM D3319) Độ bền nhám vi mô phụ thuộc vào khả năng kháng mài bóng của cốt liệu đá, và sau thời gian sử dụng, bề mặt đá có thể bị mài bóng do tác động của lốp xe và thời tiết Vật liệu đá có chỉ số PSV cao sẽ có sức kháng mài bóng tốt hơn, dẫn đến độ bền nhám vi mô cao hơn Đối với cát, độ bền nhám vi mô chủ yếu phụ thuộc vào hàm lượng thạch anh và silic, trong khi các cốt liệu có thành phần cacbonat và đôlômit cao thường có tính kháng mài bóng thấp Để đạt được độ nhám vi mô cao và bền, cốt liệu cần có chất lượng tốt, với thành phần hạt cứng và không tan trong axit, đặc biệt là các vật liệu chứa silic và silicát cao.
2.2.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến độ nhám vĩ mô a) Các nhân tố liên quan đến cốt liệu
Để đảm bảo mặt đường có độ nhám vĩ mô tốt, bên cạnh việc sử dụng cốt liệu có độ xù xì thô ráp (độ nhám vi mô tốt), chúng ta cần chú ý đến các đặc điểm khác của cốt liệu.
Độ bền của nhám vĩ mô chủ yếu phụ thuộc vào tính chịu bào mòn của cốt liệu Cốt liệu có sức chịu bào mòn kém sẽ nhanh chóng mất độ nhám vĩ mô do tác động của bánh xe và thời tiết Để xác định tính chịu mài mòn của cốt liệu, người ta sử dụng thí nghiệm độ bào mòn Los Angeles.
Hình khối và góc cạnh của cốt liệu rất quan trọng để đảm bảo độ bền và độ nhám của bề mặt đường Các hạt cốt liệu cần có dạng hình khối, tránh sử dụng nhiều hạt dẹt, nhằm ngăn chặn tình trạng gãy vụn và duy trì cường độ cho lớp tạo nhám.
Diện tích cốt liệu thô nổi lên mặt đường trong hỗn hợp bê tông nhựa là khu vực mà lốp xe tiếp xúc nhiều nhất.
Việc thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa cho lớp mặt đường cần tối ưu hóa thành phần hạt cốt liệu thô để tăng cường sức kháng trượt Sử dụng một lượng lớn cốt liệu thô được kết nối chặt chẽ với nhau và với lớp dưới sẽ tạo ra một bề mặt đường có độ nhám vĩ mô cao, góp phần nâng cao khả năng chống trượt của mặt đường.
Việc tăng độ nhám vĩ mô của hỗn hợp cốt liệu được thực hiện thông qua việc lựa chọn thành phần cấp phối trong đường bao chuẩn, nhằm nâng cao giá trị chiều sâu trung bình rắc cát H (m) của bề mặt đường sau khi rải Điều này giúp đảm bảo độ rỗng dư lớn, dao động từ 12% đến 23%, so với lớp phủ bê tông nhựa thông thường chỉ có độ rỗng dư khoảng 4% đến 6% Bên cạnh đó, hàm lượng nhựa trong hỗn hợp và hệ số đầm nén cũng đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện chất lượng bề mặt đường.
Sử dụng quá nhiều nhựa hoặc đầm nén quá chặt có thể làm giảm diện tích nổi lên của cốt liệu thô và độ rỗng dư, từ đó giảm sức kháng trượt của mặt đường Ngoài ra, tính chất vật lý của nhựa cũng ảnh hưởng lớn đến độ nhám vĩ mô; nếu nhựa đường không ổn định nhiệt cao, nó sẽ dễ bị chảy vào mùa nóng, gây hư hỏng lớp mặt và giảm diện tích cốt liệu thô.
2.2.3 Các nhân tố ảnh hưởng đến độ nhám mặt đường nói chung a) Trong quá trình thiết kế công thức trộn
● Cấp phối cốt liệu của hỗn hợp
Một cấp phối cốt liệu hợp lý giúp đá dăm (hạt trên sàng 5mm) trở thành khung sườn chịu lực chính, trong khi hạt cát đóng vai trò là vật liệu chèn, tăng cường liên kết tiếp xúc và ổn định cho sườn đá dăm Bột khoáng tương tác với nhựa để tạo thành chất liên kết Asphalt, không chỉ liên kết khung cốt liệu mà còn lấp đầy một phần lỗ rỗng còn lại.
Hàm lượng đá dăm đủ mới tạo thành được khung sườn chịu lực cho BTN và tạo độ nhám cho hỗn hợp
Hàm lượng đá dăm trong mặt đường BTN thấp, với các viên đá "bơi" trong vữa nhựa (cát + chất liên kết Asphalt) Độ nhám ban đầu của mặt đường đã thấp, và trong quá trình khai thác, dưới tác động của xe cộ, các viên đá có xu hướng "chìm" xuống, dẫn đến độ nhám ngày càng giảm Điều này khiến mặt đường trở nên trơn, nhẵn, dễ xảy ra hiện tượng trượt khi trời mưa.
Một hàm lượng nhựa hợp lý, vừa đủ bao bọc và liên kết cốt liệu khoáng chất cũng cho phép cải thiện độ nhám của mặt đường BTN
Hàm lượng nhựa quá cao trong bê tông nhựa (BTN) có thể làm giảm tính ổn định nhiệt, dẫn đến hiện tượng nhựa "nổi trồi" trên bề mặt khi nhiệt độ tăng, gây giảm độ nhám và làm mặt đường trơn trượt khi mưa Do đó, việc sử dụng hàm lượng và loại nhựa đường hợp lý là rất quan trọng để đảm bảo độ nhám cần thiết mà vẫn duy trì được sự ổn định và cường độ cao cho lớp mặt đường.
Lớp phủ bê tông nhựa tạo nhám thường mỏng và có độ rỗng dư lớn, dẫn đến việc dễ bị phá hoại liên kết đá nhựa và hư hỏng liên kết với lớp dưới sau một thời gian sử dụng Tình trạng này thường xảy ra do tải trọng xe và đặc biệt là do nước thấm vào Vì vậy, trong các lớp mặt đường tạo nhám, việc sử dụng nhựa đường cải tiến là cần thiết để tăng cường độ bền và khả năng chống thấm.
Tại Việt Nam, nhựa đường có độ kim lún 60/70 đã trở nên phổ biến trong xây dựng và bảo trì mặt đường mềm Tuy nhiên, loại bitum thông thường này vẫn chưa đáp ứng đủ các tiêu chuẩn cơ lý cần thiết cho lớp mặt tạo nhám hiện nay.
Để đảm bảo an toàn cho phương tiện lưu thông trên cao tốc với tốc độ cao, việc sử dụng vật liệu nhựa đường phù hợp để chế tạo bê tông nhựa phủ có độ nhám lớn và độ bền cao là rất quan trọng.
Trong nhiều năm qua, các nhà nghiên cứu và sản xuất nhựa đường trên thế giới đã thiết kế sản phẩm dựa trên các tiêu chí của lớp bê tông nhựa Những tiêu chí này bao gồm việc tăng độ ma sát mặt đường để đảm bảo an toàn giao thông cho phương tiện lưu hành với tốc độ cao, khả năng chịu đựng điều kiện thời tiết khắc nghiệt, khả năng chịu tải trọng nặng, không gây hại cho môi trường, có khả năng tái sinh, dễ dàng bảo trì, và đảm bảo tính kinh tế với chi phí đầu tư hợp lý.
Ảnh hưởng của độ nhám tới cự ly hãm xe và quy định độ nhám với từng cấp đường [7]
2.3.1 Ảnh hưởng của độ nhám tới cự ly hãm xe a) Lực bám của bánh xe với mặt đường
Khi ô tô đang chuyển động thì có các lực tác dụng lên bánh xe chủ động và bị động
Lực kéo Pk tác dụng lên mặt đường tại bánh xe chủ động, theo Định luật III Newton, tạo ra lực T tác động trở lại bánh xe theo phương ngang, ngược chiều và cùng độ lớn với Pk Lực T giúp điểm tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường trở thành tâm quay tức thời của bánh xe, cho phép xe di chuyển T được gọi là lực bám của bánh xe và mặt đường.
Bánh xe không chỉ chịu trọng lượng Gk theo phương thẳng đứng mà còn bị tác động bởi lực R từ mặt đường, lực này cũng theo phương thẳng đứng nhưng lệch tâm một đoạn a Sự lệch tâm này xảy ra do quá trình chuyển động khiến bánh xe bị biến dạng và xô về phía trước.
Lực tác dụng lên bánh chủ động Lực tác dụng lên bánh xe bị động
Hình 2.5 Các lực tác dụng lên bánh xe
Về bản chất: T là lực ma sát trượt giữa bánh xe và mặt đường, nó phụ thuộc vào:
+ Áp suất hơi của bánh xe, tính chất bề mặt tiếp xúc của bánh xe
+ Tính chất bề mặt tiếp xúc của mặt đường (ráp hay nhẵn, trơn)
+ Tình trạng mặt đường (khô, sạch hay ẩm, bẩn)
Lực bám T là lực bị động, chỉ xuất hiện khi có lực Pk, và tỷ lệ thuận với Pk cho đến giá trị tối đa Tmax Khi Pk vượt quá Tmax, điểm tiếp xúc không còn là tâm quay tức thời, dẫn đến bánh xe quay tại chỗ hoặc trượt, khiến xe không thể di chuyển Đối với bánh xe bị động, lực P tác động tại tâm bánh xe, tạo ra phản lực tiếp tuyến T ngược chiều chuyển động, do đó có mối quan hệ R = Gt.
Trong đó Gt là thành phần trọng lực tác dụng lên trục bị động
Như vậy điều kiện chuyển động bình thường của xe về lực bám là P k ≤
Bằng thực nhiệm người ta tính được lực bám lớn nhất giữa bánh xe với mặt đường theo công thức sau:
Gk : là thành phần trọng lực tác dụng lên trục chủ động
: là hệ số bám của bánh xe đối với mặt đường Ý nghĩa của hệ số bám
- Hệ số bám phụ thuộc vào độ mài mòn của lốp xe và đặc biệt là phụ thuộc vào tình trạng mặt đường và độ nhám của lớp mặt
- Khuyến khích sử dụng loại mặt đường có độ bằng phẳng cao, vật liệu lớp mặt cứng, đồng đều, ít mòn để tăng độ bám của mặt đường
Mặt đường cần phải trong tình trạng tốt, vì nếu bề mặt đường bẩn và ẩm ướt, lực bám sẽ giảm đáng kể, khiến bánh xe dễ bị trơn trượt và gây mất an toàn khi lái xe.
- Trong điều kiện lốp xe trung bình, vận tốc chạy xe trung bình thì có thể tham khảo các giá trị của như sau:
Bảng 2.2 Các giá trị hệ số bám dọc φ
Tình trạng mặt đường Điều kiện xe chạy
Khô sạch Rất thuận lợi 0,7
Khô sạch Bình thường 0,5 Ẩm và bẩn Không thuận lợi 0,3
Theo điều kiện lực bám, để xe chuyển động được thì:
Kết hợp với điều kiện chuyển động được của ô tô về mặt lực kéo ta có f G
điều kiện chuyển động chung của xe Biểu thức G
là đặc tính động lực tính theo lực bám và ký hiệu là D b , ta có:
Khi xác định độ dốc ib theo lực bám cũng tính cho trường hợp xe lên dốc và chuyển động đều, như vậy ta có:
Vậy khi xe vượt được dốc phải đảm bảo điều kiện i b ≥ i
Theo định luật bảo toàn chuyển động của khối tâm của cơ hệ có thể phân tích quá trình chuyển động của ô tô như sau:
Khi khởi động, áp lực hơi nước hoặc khí nén trong động cơ không đủ để di chuyển khối tâm của hệ Chuyển động chỉ xảy ra khi động cơ truyền mô men quay M k cho các bánh chủ động Khi bánh chủ động có xu hướng trượt về phía sau, lực bám T sinh ra sẽ hướng về phía trước, giúp trọng tâm ô tô di chuyển sang phải Đối với bánh bị động, lực P tác động vào trục bánh, khiến cả bánh và điểm A tiếp xúc với mặt đường trượt về phía trước Lực ma sát hướng về phía sau cản trở chuyển động Nếu lực bám T không đủ lớn để vượt qua sức cản của bánh bị động, ô tô sẽ không thể di chuyển và các bánh chủ động sẽ quay tại chỗ.
Khi lái xe, việc ước tính khoảng cách tới chướng ngại vật là rất quan trọng để xác định cường độ hãm phanh, giúp xe dừng kịp thời Thiết kế đường cần đảm bảo khoảng cách an toàn này cho người lái xe trong mọi tình huống Do đó, chiều dài hãm xe đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn khi chạy xe.
Khi hãm phanh, má phanh tác động lên vành xe, tạo ra mô men hãm Mh, từ đó sinh ra lực hãm phanh Ph.
Hình 2.6 Sơ đồ phát sinh lực hãm xe
Lực hãm phanh P chỉ phát huy tác dụng khi có đủ sức bám giữa lốp xe và mặt đường; nếu không, xe sẽ trượt mặc dù bánh xe đã ngừng quay Do đó, lực hãm có hiệu quả tối đa chỉ bằng lực bám lớn nhất.
Ph = Tmax = .Gh Trong đó:
Trọng lượng hãm Gh của xe bằng trọng lượng toàn bộ G, do tất cả các bánh xe đều có bộ phận hãm phanh Ngoài lực hãm phanh Ph, các lực cản khác cũng ảnh hưởng đến quá trình hãm, tuy nhiên, khi xe hãm, tốc độ giảm khiến lực cản do không khí trở nên không đáng kể.
Tổng lực hãm trong trường hợp này chỉ bao gồm lực hãm phanh P h và lực cản do dốc Pi, trong khi lực cản lăn Pf và lực quán tính Pj được bỏ qua để tăng cường an toàn.
∑P hãm = Ph + Pi = G iG = G( i) trong đó: i – độ dốc dọc của đường
Theo nguyên lý bảo toàn năng lượng, công của tổng lực hãm A trên chiều dài hãm xe Sh phải bằng động năng W tiêu hao khi tốc độ ô tô giảm từ v1 xuống v2 (m/s).
Do đó có thể tính được chiều dài hãm xe:
Trong thực tế, cự ly hãm lý thuyết S h không thể đạt được do khi hãm xe với cường độ cao, bánh xe có thể ngừng quay và bắt đầu trượt, đặc biệt trên đường ẩm ướt Nếu bánh xe bị hãm hoàn toàn, bánh trước sẽ không thể lái và bánh sau có thể trượt ngang, gây nguy hiểm Vì vậy, chiều dài hãm xe thực tế sẽ lớn hơn so với lý thuyết, và cần đưa vào công thức hệ số sử dụng phanh k Theo thực nghiệm, hệ số k nên được lấy là 1,2 cho ô tô con.
= 1,3 – 1,4 với ô tô tải và ô tô buýt Do đó ta có:
Nếu tốc độ xe tính bằng km/h thì:
Khi hãm xe, nếu xe dừng lại hẳn thì V2 = 0, do đó:
Theo định luật bảo toàn chuyển động của khối tâm, quá trình hãm phanh của ô tô diễn ra khi người lái phanh má phanh áp chặt vào tang quay gắn với bánh xe Lực ma sát giữa má phanh và tang quay tạo ra mô men hãm, giúp giảm tốc độ của xe.
Lực ma sát giữa má phanh và tang quay không làm thay đổi chuyển động của khối tâm, do đó không thể hãm xe đang chạy Tuy nhiên, ma sát này giúp bánh xe quay chậm lại và tăng cường ma sát giữa bánh xe và mặt đường Lực bám khi hãm là lực ngoài, có chiều ngược với chuyển động, khiến khối tâm của xe giảm tốc và bị hãm lại.
Tính toán và so sánh cự ly hãm xe với vận tốc khi V 2 = 0
STT V (Km/h) K Sh (m) ứng với các giá trị
Biểu đồ Mối quan hệ giữa vận tốc và cự ly hãm xe
Sh ứng với hệ số bám là 0,70
Sh ứng với hệ số bám là 0,50
Sh ứng với hệ số bám là 0,30
2.3.2 Quy định độ nhám với từng cấp đường :
Tiêu chuẩn TCVN8866-2011 quy định yêu cầu về độ nhám bề mặt kết cấu áo đường, trong đó độ nhám của bê tông nhựa phải đạt mức tối thiểu thông qua chỉ tiêu chiều sâu rắc cát trung bình Yêu cầu này phụ thuộc vào tốc độ chạy xe và mức độ nguy hiểm của đoạn đường thiết kế.
Bảng 2.3 Yêu cầu về độ nhám mặt đường trong tiêu chuẩn TCVN8866-2011
Htb mm Đặc trưng độ nhám bề mặt Phạm vi áp dụng
Htb