Bài giảng khai thác kiểm định đường chương 1 cơ sở lý luận

Những nhân tố gây ra sự suy giảm chất lượng đường ô tô  Lưu lượng, tải trọng xe • Hiện tượng mài mòn • Hiện tượng mỏi • Tác động của tải trọng xe đến độ bền kết cấu... Những nhân tố gâ

BÀI GIẢNG KHAI THÁC KIỂM ĐỊNH ĐƯỜNG

CHƯƠNG 1

CƠ SỞ LÝ LUẬN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP.HCM

KHOA CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG

GV: Trần Viết Khánh Tp.HCM, năm 2019

1

Chương 1: Cơ sở lý luận

1 Khái niệm

2 Mục đích nghiên cứu

3 Hệ thống khai thác vận tải đường ô tô

4 Những nhân tố gây ra sự suy giảm chất lượng đường ô tô

1 Khái niệm

• Khai thác đường là ngành khoa học dựa vào sự phân tích tác

dụng giữa các yếu tố trong hệ thống vận tải ô tô để tìm ra các biện pháp thích hợp, kinh tế nhằm:

 Đảm bảo chất lượng kỹ thuật của đường;

Chương 1: Cơ sở lý luận

1 Khái niệm

2 Mục đích nghiên cứu

3 Hệ thống khai thác vận tải đường ô tô

4 Những nhân tố gây ra sự suy giảm chất lượng đường ô tô

2 Mục đích nghiên cứu

 Nghiên cứu tác dụng tương hỗ giữa các yếu tố trong hệ thống vận tải ô tô;

 Khảo sát, đánh giá toàn diện chất lượng kỹ thuật của đường;

 Nghiên cứu khả năng phục vụ của từng tuyến;

 Định các thời hạn & phân loại công tác sửa chữa đường;

 Xác định các công nghệ, kỹ thuật sửa chữa hợp lý & kinh tế;

 Xác định các biện pháp tổ chức, điều khiển giao thông thích hợp

5

Chương 1: Cơ sở lý luận

1 Khái niệm

2 Mục đích nghiên cứu

3 Hệ thống khai thác vận tải đường ô tô

4 Những nhân tố gây ra sự suy giảm chất lượng đường ô tô

3 Hệ thống khai thác vận tải đường ô tô

7

3 Hệ thống khai thác vận tải đường ô tô

3 Hệ thống khai thác vận tải đường ô tô

Có 4 yếu tố và 7 quan hệ tác dụng tương hỗ

1 Yếu tố con người: bao gồm tất cả những người tham gia giao thông

và khai thác đường (người lái xe hoặc điều khiển các phương tiện giao thông, người đi bộ, hành khách, người hướng dẫn giao thông, …)

2 Yếu tố đường ô tô: bao gồm toàn bộ các công trình: Nền đường, kết cấu áo đường, các công trình trên đường, các thiết bị và các dấu hiệu hướng dẫn và đảm bảo an toàn giao thông, có thể tại mặt đường, trên đường và dưới mặt đất, tất cả tạo nên một tổ hợp công trình thống nhất

3 Yếu tố dòng xe: bao gồm toàn bộ các loại phương tiện giao thông chạy trên đường ô tô (kể cả các loại máy tự hành, mooc kéo theo, mô tô, xe máy, xe đạp, v.v…)

9

3 Hệ thống khai thác vận tải đường ô tô

Có 4 yếu tố và 7 quan hệ tác dụng tương hỗ

4 Yếu tố môi trường xung quanh: bao gồm những ý niệm nằm trong tầm nhìn của người đi trên đường, còn đối với người lái xe thì là tầm nhìn

từ trong cabin ra ngoài Đó là các yếu tố của đường: Phần dành cho xe chạy, các loại ký hiệu, tín hiệu, các loại thiết bị phòng hộ trên đường, các cây cối, đồi núi, v.v…

Hiểu thấu đáo về tác dụng tương hỗ giữa các yếu tố trong hệ thống khai thác vận tải ô tô mới có thể đưa ra được phương án tổ chức bảo dưỡng - sửa chữa đúng đắn, biện pháp kỹ thuật bảo dưỡng - sửa chữa đúng đắn, nghĩa là đạt hiệu quả kinh tế - kỹ thuật cao nhất

3 Hệ thống khai thác vận tải đường ô tô

Có 4 yếu tố và 7 quan hệ tác dụng tương hỗ

Ví dụ trong quan hệ tác dụng tương hỗ giữa xe và đường, có biết được tác dụng của ô tô lên đường làm cho đường sẽ bị tích lũy biến dạng lún, bị mài mòn, dao động đơn điệu của một loại xe sẽ làm cho đường lượn sóng đều đều, v.v… thì cần phải theo dõi diễn biến lưu lượng xe chạy trên đường và thời gian khai thác, quản lý cho chạy xe không quá tải, theo dõi biến dạng của đường, độ hao mòn mặt đường, v.v… để đề ra phương pháp bảo dưỡng hay sửa chữa đúng đắn

Có biết được đường cũng tác dụng trở lại xe chạy trên đường bằng lực bám, lực xung kích, các đường cong nằm không cong đều sẽ làm cho xe chạy bị lắc ngang, các đường cong đứng sẽ làm cho bánh xe bị gia tải hoặc giảm tải, v.v… người quản

đảm bảo xe chạy tốt Nếu xét trường hợp mặt đường lồi lõm quá mức cho phép sẽ làm cho xe mau hỏng, xe chạy bị giảm tốc xuống mức dưới tốc độ thiết kế thì đường đã bị xuống cấp, và muốn không có điều đó xảy ra thì phải biết nguyên nhân lồi lõm mặt đường là do xe chạy quá tải hoặc do chế độ thủy nhiệt sinh ra, v.v… để tìm ra cách khắc phục, hoặc sửa chữa, cải tạo phù hợp nhất

11

Chương 1: Cơ sở lý luận

1 Khái niệm

2 Mục đích nghiên cứu

3 Hệ thống khai thác vận tải đường ô tô

4 Những nhân tố gây ra sự suy giảm chất lượng đường ô tô

4 Những nhân tố gây ra sự suy giảm chất lượng đường ô tô

 Các yếu tố khí hậu

 Chất lượng vật liệu

 Chất lượng kỹ thuật thiết kế, thi công

 Lưu lượng, tải trọng xe

 Chế độ thủy nhiệt

13

4 Những nhân tố gây ra sự suy giảm chất lượng đường ô tô

 Các yếu tố khí hậu

• Mưa

• Ánh nắng

• Gió

4 Những nhân tố gây ra sự suy giảm chất lượng đường ô tô

 Mưa

• Mỗi loại vật liệu cần một lượng ngậm nước tối ưu để đảm bảo tính

ổn định cường độ của nó

• Mưa ảnh hưởng đến lượng nước, thủy văn, thủy lực, vận tốc dòng

chảy trên mặt đường, lề đường và mái dốc đào, đắp đường, gây xói mòn, tác hại lớn cho đường sá

• Mưa lũ làm mềm yếu đất nền, giảm sức chống cắt của đất, gây sạt

lở mái ta luy nền đường

• Mưa ảnh hưởng đến chế độ thủy nhiệt tác động trực tiếp lên con

đường

15

4 Những nhân tố gây ra sự suy giảm chất lượng đường ô tô

 Nắng

• Nắng gây ra nhiệt, làm khô mặt đường, nhưng lại có ảnh hưởng

không tốt đối với vật liệu làm đường đặc biệt là mặt đường BTN, BTXM

• Sự thay đổi của nhiệt độ làm cho mặt đường co giãn, thể tích thay

đổi không đều gây nên hiện tượng nứt nẻ của mặt đường BTXM

• Dưới tác dụng của nhiệt độ cao, mặt đường nhựa có thể trở nên

mềm, dẻo, nhất là khi dùng lượng nhựa, loại nhựa không hợp lý, trên mặt đường phát sinh làn sóng, lún, vệt hằn bánh xe, chảy nhựa mặt đường

• Dưới tác dụng của nhiệt độ thấp, nhựa chóng hóa già, dòn làm mặt

4 Những nhân tố gây ra sự suy giảm chất lượng đường ô tô

 Gió

• Gió làm nước mặt bốc hơi nhanh, nhưng lại gây khó khăn cho xe

bám đường để chạy, khó khăn cho người lái xe nhìn đường, khó khăn cho thi công

• Có thể nhiệt độ ngoài trời khá cao, nhưng gió vẫn làm nguội các tia

nhựa trong lúc rải nhựa làm giảm tính dính bám của nhựa với đá

• Khi đang tưới nhựa mà mặt đá bị gió thổi làm cho bị phủ một lớp bụi

mỏng, lớp bụi mỏng này làm nhựa kém dính bám với đá

17

4 Những nhân tố gây ra sự suy giảm chất lượng đường ô tô

 Chất lượng vật liệu

Vật liệu dùng để đắp nền đường thường được chọn là các loại đất có khả năng chịu lực tốt, dễ đầm lèn, trạng thái của đất ít thay đổi khi độ

ẩm biến đổi nhiều, v.v

Các loại đất bị trương nở, hoặc co ngót nhiều khi bị thay đổi lớn về độ

ẩm sẽ làm các lớp kết cấu mặt đường bên trên bị phá hủy nhanh chóng

Chất lượng của vật liệu như: kích cỡ hạt, thành phần cấp phối, độ dính kết, cường độ, sức chịu mài mòn, tính nhạy cảm với nước, là những yếu tố quyết định đến chất lượng đường ô tô

Khi thiết kế phải tôn trọng những quy định về yêu cầu kỹ thuật của vật liệu trong thi công và nghiệm thu

4 Những nhân tố gây ra sự suy giảm chất lượng đường ô tô

 Chất lượng thiết kế, thi công

• Chất lượng kỹ thuật xấu của một đồ án thiết kế đường, và công tác

thi công không đạt yêu cầu có thể gây ảnh hưởng rất xấu, làm cho mặt đường nhanh chóng suy giảm chất lượng và hư hại

 Nhiệt độ thi công nhựa đường quá thấp;

 Màng nhựa chưa bao kín các hạt đá;

4 Những nhân tố gây ra sự suy giảm chất lượng đường ô tô

 Lưu lượng, tải trọng xe

• Hiện tượng mài mòn

• Hiện tượng mỏi

• Tác động của tải trọng xe đến độ bền kết cấu

4 Những nhân tố gây ra sự suy giảm chất lượng đường ô tô

 Hiện tượng mài mòn

• Sự mài mòn lớp mặt xảy ra chủ yếu là do lực ma sát gây ra bởi bánh

xe

• Lực ma sát làm bong bật các hạt đá mặt đường không rải nhựa, đối

với mặt đường láng nhựa và bê tông nhựa thì nó làm nhẵn mặt các viên đá

• Sự mài mòn tùy thuộc vào cường độ vận chuyển, thành phần dòng

xe (số lượng xe, loại xe nhẹ hay xe nặng) và vào tốc độ của xe

21

4 Những nhân tố gây ra sự suy giảm chất lượng đường ô tô

 Hiện tượng mỏi: giảm cường độ theo thời gian dài

• Xuất hiện phổ biến trên các đường nhựa, do sự không liên tục trong

cấp phối của vật liệu, và sự khác nhau giữa một bên là móng đường

và nền đường với một bên là lớp mặt đường

• Nguyên nhân từ các lực thẳng đứng do truyền tải và các lực kéo nén

tác dụng lên kết cấu mặt đường Trong bề dày áo đường sự ma sát lặp đi lặp lại giữa các hạt đá dẫn đến tác dụng làm vụn dần mặt đá, sản sinh ra các hạt bụi nhỏ và làm tăng tính dẻo của phối liệu

• Có thể thấy sự phát sinh trên đường những vết nứt dọc và nứt

• Hiện tượng mỏi tùy thuộc vào số lần lặp đi lặp lại của tải trọng bánh

xe, và phụ thuộc rất nhiều vào trọng lượng của trục xe

4 Những nhân tố gây ra sự suy giảm chất lượng đường ô tô

 Hiện tượng mỏi: giảm cường độ theo thời gian dài

• Hiện tượng mỏi thể hiện từ từ, càng trải qua nhiều thời gian (kể từ

khi bắt đầu đưa vào khai thác) tác động tích luỹ lại càng nhiều hơn

• Ở giai đoạn đầu, có thể hơn một nửa tuổi thọ có ích của con đường

(thậm chí có thể 2/3) không thấy xuất hiện những hư hỏng có thể trông thấy được bằng mắt thường nếu có một sự bảo dưỡng tối thiểu cho lớp mặt

• Sau giai đoạn nói trên, các hư hỏng càng ngày càng nhanh, nó được

thể hiện bằng những vết nứt và những vết lún của bánh xe và dẫn đến mặt đường mất bằng phẳng và dần bị bong bật

23

4 Những nhân tố gây ra sự suy giảm chất lượng đường ô tô

 Tác động của tải trọng xe đến độ bền kết cấu

• Về mặt nguyên lý, tổ hợp gồm: Tải trọng trục + bánh xe + mặt đường

giữ vai trò quyết định đến độ bền và tuổi thọ của kết cấu mặt đường, trong đó, toàn bộ trọng lượng bản thân xe được phân bố qua các trục bánh xe để thông qua bánh xe truyền trực tiếp tải trọng xuống mặt đường

• Xét về yếu tố tải trọng trục và bánh xe, nếu để cho các phương tiện

có mức độ trọng tải không hợp lý sẽ gây hư hỏng cho kết cấu mặt đường và các công trình cầu cống trên đường

• Tải trọng càng cao càng dễ gây hư hỏng cho đường, xe bánh đơn,

trục đơn gây hư hỏng đường nhiều hơn xe bánh kép, trục kép cùng tải trọng

4 Những nhân tố gây ra sự suy giảm chất lượng đường ô tô

 Tác động của tải trọng xe đến độ bền kết cấu

25

4 Những nhân tố gây ra sự suy giảm chất lượng đường ô tô

 Tác động của tải trọng xe đến độ bền kết cấu

Từ kết quả tính toán, AASHTO đã đưa ra một số thông báo như sau:

• Để đạt được mức độ ảnh hưởng tới mặt đường tương đương như

do xe có tải trọng trục đơn tiêu chuẩn 8,0 tấn gây ra, thì với loại xe tải nhẹ có tải trọng trục đơn 4,45 tấn phải tác động gấp 12 lần so với

xe tiêu chuẩn;

• Nguy cơ gây hư hỏng mặt đường của xe có tải trọng trục đơn tiêu

chuẩn 8,0 tấn gấp 3000 lần so với xe con có tải trọng trục đơn 0,89 tấn;

• Cùng chịu một tải trọng như nhau là 13,3 tấn nhưng nguy cơ gây hư

hỏng mặt đường của xe tải nặng trục đơn sẽ lớn gấp khoảng 11 lần

so với xe trục kép;

4 Những nhân tố gây ra sự suy giảm chất lượng đường ô tô

27

4 Những nhân tố gây ra sự suy giảm chất lượng đường ô tô

của đường

đường với mức độ khác nhau

và ảnh hưởng đến chế độ thủy nhiệt của đường

4 Những nhân tố gây ra sự suy giảm chất lượng đường ô tô

 Chế độ thủy nhiệt

• Các nguồn nước ở địa phương ảnh hưởng đến chế độ thủy nhiệt của đường

Phân đường làm 3 loại chịu ảnh hưởng của các nguồn nước như sau:

- Loại I: Gọi là đường ở vùng khô ráo, là vùng thoát nước mặt tốt, không

có nước đọng, còn nước ngầm ở dưới sâu không ảnh hưởng đến tầng hoạt động (bình thường độ sâu tầng này là za = 1m đến 1,5m), nền đường chỉ bị ảnh hưởng của nước mưa và hơi nước

- Loại II: Đường ở vùng ẩm ướt theo mùa, là vùng bị ảnh hưởng của nước mặt ở hai bên đường (lâu hơn 20 ngày), nhưng nước ngầm ở sâu không ảnh hưởng đến đường đến tầng hoạt động

- Loại III: Đường ở vùng rất ẩm ướt, là trường hợp mực nước ngầm ở nông, nước mặt cũng không thoát được Những nguồn nước này thường xuyên ảnh hưởng đến nền đất và móng của đường

29

4 Những nhân tố gây ra sự suy giảm chất lượng đường ô tô

Ví dụ về mùa mưa mực nước ngầm dâng cao khiến cho độ ẩm trong nền đường tăng lên làm mặt đường bị phá hoại nhiều trong mùa mưa (lồi lõm, nứt, sinh nhiều ổ gà, )

4 Những nhân tố gây ra sự suy giảm chất lượng đường ô tô

Nơi có nhiều địa vật, cây cối trên mặt đất cũng làm cho khó thoát nước

và nước khó bay hơi thì chế độ thủy nhiệt cũng ảnh hưởng xấu đến

đường

31

4 Những nhân tố gây ra sự suy giảm chất lượng đường ô tô

4 Những nhân tố gây ra sự suy giảm chất lượng đường ô tô

Khi W < 0,70Wnh thì dưới tác dụng trùng phục của tải trọng p < pgh (giá trị tác dụng tĩnh một lần) nền đất vẫn trở nên biến cứng khi đủ số lần tác dụng rất lớn

33

4 Những nhân tố gây ra sự suy giảm chất lượng đường ô tô

 Chế độ thủy nhiệt

• Các biện pháp cải thiện chế độ thủy nhiệt cho đường

Mục đích cải thiện chế độ thủy nhiệt của đường là hạn chế ảnh hưởng xấu của các nguồn nước gây ẩm đường, nhằm làm tăng được độ ổn định của nền đường, cường độ của nền đường và mặt đường:

Các biện pháp có thể áp dụng:

chuyển vào vùng dưới áo đường

 Thoát nước mặt, tức là bố trí kênh, rãnh ngầm hoặc công trình dẫn nước

để cho nguồn nước đọng thoát đi nơi khác

4 Những nhân tố gây ra sự suy giảm chất lượng đường ô tô

 Chế độ thủy nhiệt

• Các biện pháp cải thiện chế độ thủy nhiệt cho đường

đặt ở hai bên đường, hoặc dưới tim đường, dưới lề đường, dưới dải phân cách; hoặc bằng các phương pháp khác: Giếng thu nước, điện phân, v.v làm cho mực nước ngầm hạ xuống sâu

 Làm lớp chứa nước Vật liệu thường là cát, sỏi sạn, v.v để làm móng

đường vừa chịu lực kiêm chứa được toàn bộ lượng nước sinh ra trong mùa mưa, do thấm từ trên mặt đường xuống,… mà có, không ảnh hưởng đến khả năng làm việc của áo đường Lượng nước này sẽ từ từ được thấm ra môi trường xung quanh và bốc hơi đi hết trước khi mùa mưa mới bắt đầu



35

4 Những nhân tố gây ra sự suy giảm chất lượng đường ô tô

 Chế độ thủy nhiệt

• Các biện pháp cải thiện chế độ thủy nhiệt cho đường

 Làm lớp thoát nước, bằng vật liệu thường dùng là cát, đá hộc, , chiều

dày đủ lớn, cho phép dòng thấm chảy được trong đó, nhưng cần phải

có chiều dày dự trữ và cũng phải đảm bảo thêm yêu cầu tính toán về cường độ mặt đường và yêu cầu về thi công

 Làm lớp cách nước, bằng xỉ, cát, đá hộc, đất trộn bi tum dầy 3 đến 5cm,

đá dăm gia cố xi măng, đất dính được đầm nén đạt độ chặt lớn nhất ở

độ ẩm tốt nhất dày 15-20cm, cát gia cố chất dính kết vô cơ, bê tông nhựa, v.v , ngăn cách dòng nước hoặc hơi nước thấm vào nền đường, ngăn cách nước mao dẫn từ mực nước ngầm lên làm ẩm tầng hoạt

4 Những nhân tố gây ra sự suy giảm chất lượng đường ô tô

 Chế độ thủy nhiệt

• Các biện pháp cải thiện chế độ thủy nhiệt cho đường

 Thay đất hoặc làm thay đổi tính chất của đất (đầm chặt đất,…), là biện

pháp được xét đến khi không có điều kiện sử dụng các biện pháp khác và cũng không có điều kiện sử dụng vật liệu đắt tiền Biện pháp này không chỉ

có tác dụng ngăn chặn ảnh hưởng xấu của các nguồn ẩm mà còn làm tăng được cường độ của nền và mặt đường

37