LUẬN VĂN THẠC SỸ CHUYÊN NGÀNH XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ VÀ ĐƯỜNG THÀNH PHỐ NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN ỨNG SUẤT CẮT TRƯỢT XUẤT HIỆN TRONG LỚP BÊ TÔNG NHỰA MẶT ĐƯỜNG XÉT ĐẾN TÁC DỤNG LỰC NGANG CỦA TẢI TRỌNG XE CHẠY

Kiểm toán kết cấu áo đ ờng theo tiêu chuẩn chịu cắt tr ợt trong nền đất và các lớp vật liệu kém dính Điều kiện tính toán: Kết cấu nền áo đ ờng có tầng mặt là A1, A2, B1 đ ợc xem là đủ c

Trang 1

“Nghiên cứu tính toán ứng suất cắt tr ợt xuất hiện trong lớp bê tông nhựa mặt đ ờng xét đến tác dụng lực ngang của tải trọng xe chạy”

Tên đề tài:

Trang 3

ưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưđườngưbêưtôngưnhựa

1.1:ưBêưtôngưnhựaưvàưtìnhưhìnhưsửưdụngưbêưtôngưnhựaưlàmư

đườngưởưViệtưNam

1.1.1: Thành phần vật liệu và cấu chúc của bê tông nhựa làm đ ờng ô tô

Bao gồm cốt liệu hạt thô, cốt liệu hạt mịn, tạo bộ khung vững chắc chịu lực cho hỗn hợp Thành phần và kích cỡ hạt cốt liệu phải đảm bảo thoả mãn đ ờng cong cấp phối tiêu chuẩn đ ợc quy định cho mỗi loại bê tông asphalt khác nhau

Thành phần cốt liêu:

Thành phần chất kết dính bitum:

Trong hỗn hợp bê tông asphalt, bitum cùng với bột khoáng tạo nên chất liên kết asphalt Bột khoáng làm màng nhựa trở nên mỏng do đó tăng khả năng dính kết Ngoài ra bột khoáng còn làm tăng khả năng ổn định nhiệt của bitum do việc sử dụng bột khoáng làm tăng điểm hoá mềm trong khi không làm thay đổi điểm gãy của bitum

Một số thành phần khác:

Ngoài ra trong hỗn hợp bê tông asphalt còn có thể có thêm chất phụ gia Có nhiều loại phụ gia đ ợc nghiên cứu để cải thiện một số tính chất nhất định của bê tông asphalt phù hợp với mục đích sử dụng.

Trang 4

1.1.2: Các thuộc tính cơ học của bê tông Asphalt:

Độ cứng của bê tông Asphalt:

Biến dạng d của bê tông Asphalt.

Để xác định biến dạng d của hỗn hợp bitum mà đại diện là bê tông asphalt cần phân tích độ cứng thấp của vật liệu (độ cứng dẻo nhớt), tức là sự nhạy cảm của bê tông asphalt ở nhiệt độ cao hoặc thời gian tác dụng tải trọng dài

Tuổi thọ mỏi của bê tông asphalt phụ thuộc vào nhiệt độ thí nghiệm và tần suất của tải trọng tác dụng Nếu nhiệt độ càng thấp, hoặc tần suất tác dụng càng cao thì tuổi thọ của vật liệu bê tông asphalt càng lớn Ngoài ra khả năng chịu mỏi của bê tông asphalt chịu ảnh h ởng của thành phần cấu trúc của nó

Đặc tính chịu mỏi của bê tông Asphalt.

Trang 5

1.1.2: Các thuộc tính cơ học của bê tông Asphalt:

Bê tông nhựa ngày càng đ ợc sử dụng rộng rãi ở Việt Nam và trên thế giới bởi những tính năng u việt của loại vật liệu này ở các n ớc phát triển, diện tích mặt đ ờng nhựa chiếm khoảng 90% tổng diện tích mặt đ ờng có rải mặt ở n ớc ta có khoảng gần

78.000 km đ ờng ôtô, trong đó có 15.284 km quốc lộ; 16.403 km tỉnh lộ; 36.900 km huyện lộ; 3.211 km đ ờng đô thị; 5.451 km đ ờng chuyên dụng Ngoài ra trong quy hoạch mạng đ ờng cao tốc n ớc ta còn phải xây dựng mới thêm 6.200 km Hầu hết các mặt đ ờng đ ợc xây dựng trong những năm vừa qua đều là mặt đ ờng nhựa, chiểm tỷ lệ khoảng trên 80% tổng diện tích mặt đ ờng cỏ rải, trong đó phần lớn là đ ợc sử lý bằng

bê tông asphalt Điều này cũng phù hợp với trào l u chung của thế giới, trên thế giới vật liệu bê tông asphalt đã và đang là vật liệu rất thông dụng

1.1.3: Tình hình sử dụng bê tông nhựa tại Việt Nam:

Trang 6

B ớc 2: Thiết kế cấu tạo mặt đ ờng:

B ớc 3: Lập sơ đồ tính kết cấu, sơ đồ tính là sơ đồ thực tế đã đ ợc đơn giản hoá một cách hợp lý để quá trình tính toán đ ợc dễ dàng thuận tiện

B ớc 4: Phân tích kết cấu để xác định ứng suất, chuyển vị tại các điểm cực hạn trong kết cấu Dựa vào việc mô tả dạng thức phá hoại ta có thể xác định đ ợc vị trí các điểm cực hạn trong kết cấu áo đ òng

B ớc 5: So sánh các giá trị tính toán với trị số tối đa cho phép để đánh giá xem kết cấu dự kiến có thoả mãn các điều kiện yêu cầu không?

B ớc 6: Nếu không thoả mãn thì quay lại b ớc 2 thiết kế lại cấu tạo mặt đ ờng và tính lại theo các b ớc 3,4,5 cho đến khi thoả mãn yêu cầu

B ớc 7: Xem xét tính khả thi về mặt kinh tế của kết quả thiết kế (luận chứng kinh

tế – kỹ thuật) để chọn ph ơng án thiết kế hợp lý

Trang 7

Hình 1-1: Sơ đồ phá hoại kết cấu mặt đ ờng

Trang 9

1.2.1: Nguyên lý chung của ph ơng pháp.

Công tác thiết kế cấu tạo là chọn và bố trí vật liệu phù hợp với chức năng và yêu cầu vào các tầng, lớp của kết cấu áo đ ờng gồm tầng mặt, tầng móng và phù hợp với các

điều kiện của tải trọng thiết kế Đồng thời phải chọn các giải pháp nhằm tăng c ờng độ

và sự ổn định c ờng độ của khu vực tác dụng, tránh hoặc hạn chế những tác động bất lợi của chế độ thuỷ nhiệt

1.2:ưphươngưphápưthiếtưkếưđườngưmặtưđườngưmềmư22tcnư211-06.

1.2.1: Thiết kế cấu tạo áo đ ờng.

a Nội dung của công tác thiết kế cấu tạo

Trang 10

lớp mặt cùng làm việc hợp lý, hỗ trợ lẫn nhau tăng c ờng sự ổn định đối với nhiệt, ẩm

với chức năng của mỗi tầng, lớp phù hợp với sơ đồ truyền lực của tải trọng bánh xe tác dụng đồng thời phù hợp với khả năng cung ứng vật liệu, khả năng thi công và khả năng khai thác duy tu, sửa chữa, bảo trì sau này

tiêu kinh tế – kỹ thuật từ đó lựa chọn ra ph ơng án tốt nhất, chú ý ngoài chỉ tiêu kinh

tế – kỹ thuật còn phải chú ý đến các yêu cầu bảo vệ môi tr ờng, phù hợp với cảnh quan và cả yêu cầu bảo vệ sức khỏe ng ời lao động và an toàn khi thi công

b Các nguyên tác thiết kế cấu tạo áo đ ờng mềm.

Trang 11

với áo đ ờng cao tốc và đ ờng cấp I hoặc cấp II thì không nên xét đến ph ơng án phân kỳ xây dựng áo đ ờng Đối với các đoạn đ ờng có tầng mặt là loại cấp cao A1 qua vùng đất yếu thì có thể thiết kế kết cấu nền áo đ ờng theo nguyên tắc phân kỳ xây dựng, đợi sau khi nền đ ờng đi vào ổn định mới rải tiếp lớp mặt bê tông nhựa cấp cao A1 hoặc các lớp tạo phẳng, tạo nhám trên cùng

Trang 12

vào cấp hạng đ ờng, thời hạn thiết kế và tham khảo số trục xe tiêu chuẩn tích luỹ trên một làn xe trong suốt thời hạn thiết kế để chọn loại tầng mặt thiết kế là loại tầng mặt cấp cao A1, A2 hay cấp thấp B1, B2

c Thiết kế cấu tạo tầng mặt.

năng chống biến dạng giảm dần từ trên xuống; Kết cấu tầng móng nên thay đổi trên từng đoạn tuỳ thuộc điều kiện nền đất và tình hình vật liệu tại chỗ sẵn có, cố gắng tận dụng tối đa vật liệu tại chỗ (gồm cả phế thải công nghiệp) để làm lớp móng d ới

d Thiết kế cấu tạo lớp móng.

Trang 13

ởng của các nguồn ẩm bên ngoài, n ớc m a, n ớc ngầm, n ớc đọng hai bên đ ờng

c Thiết kế cấu tạo tầng mặt.

d Thiết kế cấu tạo lớp móng.

8 ( 6 với các đ ờng khác) và 50cm tiếp theo trị số CBR 5 ( 4 với các đ ờng khác)

e Thiết kế cấu tạo đối với khu vực tác động của nền đ ờng.

K 0.98; với đ ờng cấp V đến cấp IV thì K 0.95

Trang 14

a Kiểm toán kết cấu áo đ ờng theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi cho phép.

1.2.3: Kiểm toán các trạng thái giới hạn của kết cấu áo đ ờng.

Điều kiện tính toán: Theo tiêu chuẩn này kết cấu đ ợc xem là đủ c ờng độ khi trị số mô

Trang 15

b Kiểm toán kết cấu áo đ ờng theo tiêu chuẩn chịu cắt tr ợt trong nền đất và các lớp vật liệu kém dính

Điều kiện tính toán: Kết cấu nền áo đ ờng có tầng mặt là A1, A2, B1 đ ợc xem là đủ c ờng độ chịu cắt khi tại tất cả các điểm trong nền đất và trong lớp vật liệu áo đ ờng kém dính thoả mãn điều kiện trên

Trang 16

Trang 17

Trang 18

Kết quả lời giải này lập thành toán đồ để tra trị số ứng suất cắt hoạt động lớn nhất do

góc ma sát trong của nền đất hoặc các lớp vật liệu kém dính

Trang 19

cộng H của các lớp nằm trên lớp tính toán và trị số ma sát trong  của đất hoặc vật liệu

thức kiểm toán điều kiện tr ợt

Trang 20

Ctt = C K1 K2 K3Trong đó:

C : lực dính của đất nền hoặc vật liệu kém dính

trọng động và gây dao động

Trang 21

Việc kiểm toán c ờng độ áo đ ờng theo điều kiện tr ợt th ờng đ ợc tiến hành đối với nền đất

này th ờng có , c nhỏ Còn các lớp kết cấu áo đ ờng làm bằng các vật liệu khác nh : đá

này vì c ờng độ chống cắt lớn Tuy nhiên riêng đối với tầng mặt làm bằng hỗn hợp đá nhựa hoặc bê tông nh a thì cần phải kiểm toán theo điều kiện này vì về mùa hè nhiện độ

đồng thời mặt đ ờng còn chịu ảnh h ởng nghiêm trọng của lực ngang do xe chạy gây ra

Trang 22

c Kiểm toán kết cấu áo đ ờng theo tiêu chuẩn chịu kéo khi uốn của các lớp vật liệu liền khối.

Điều kiện tính toán: Kết cấu áo đ ờng đ ợc xem là đủ c ờng độ khi c ờng độ chịu kéo khi uốn của các lớp vật liệu liền khối thoả mãn điều kiện sau:

Trang 23

biểu thức sau

Trong đó:

p : áp lực bánh của tải trọng trục tính toán

trọng tính toán là bánh đôi hoặc bánh đơn;

Trang 24

Xác định ứng suất kéo uốn đơn vị: đ ợc xác định nhờ kết quả lời giải bài toán hệ đàn hồi 2, 3 lớp có mô hình tính toán nh hình vẽ:

Trang 25

Trang 26

Kết quả bài toán đã đ ợc lập thành toán đồ để tiện tra cứu Giá trị ứng suất kéo uốn

đối với tr ờng hợp lớp vật liệu liền khối nằm trong tầng móng thì phụ thuộc vào tỷ số h1/D, E1/E2, E2/E3

Chú ý: E3 ở đây chính là mô đun đàn hồi chung của nền đ ờng và các lớp móng nằm phái d ới lớp vật liệu liền khối cần đ ợc kiểm tra

Trang 27

C ờng độ chịu kéo khi uốn tính toán đ ợc xác định theo biểu thức sau:

tính toán duới tác dụng của tải trọng tác dụng 1 lần

Trang 28

1.2.3: KiÓm to¸n c¸c tr¹ng th¸i giíi h¹n cña kÕt cÊu ¸o ® êng.

T¶i träng trôc tÝnh to¸n tiªu chuÈn:

1.2.4: C¸c th«ng sè thiÕt kÕ.

Tai träng trôc tÝnh to¸n

tiªu chuÈn, P (kN) ¸p lùc tÝnh to¸n lªn mÆt ® êng, p (Mpa) D êng kÝnh vÖt b¸nh xe, D(cm)

Trang 29

b Thông số mô đun đàn hồi của vật liệu và nền đất:

1.2.4: Các thông số thiết kế.

Là đại l ợng đặc tr ng cho khả năng chống lại biến dạng của vật liệu và nền đất

Thí nghiệm xác định môđuyn đàn hồi đ ợc thực hiện thông qua việc đo ép 1 tấm kim loại:

Đối với các loại vật liệu có tính toàn khối lớn thì có thể tiến hành thí nghiệm nén một trục nở hông tự do,

Trang 30

c Các thông số về c ờng độ chống cắt của nền đất và vật liệu áo đ ờng

Các thông số này đ ợc xác định qua thí nghiệm cắt theo một mặt phẳng định tr ớc Mẫu đ ợc gia công chế bị ở trạng thái bất lợi nhất về độ ẩm Th ờng chế bị mẫu trực tiếp trong khuôn thiết bị cắt

Phải tiến hành cắt ít nhất 3 mẫu có cùng trạng thái về độ chặt, độ ẩm, nhiệt với những trị số tải trọng thẳng đứng khác nhau (tải trọng lớn nhất không đ ợc v ợt quá trị số ứng suất có thể phát sinh trong kết cấu áo đ ờng)

Từ các trị số ứng suất chống cắt giới hạn t ơng ứng với các trị số lực thẳng đứng khác nhau ta có thể xác định đ ợc giá trị , c theo ph ơng trình columb

= c+.tg

Trang 31

d Thông số về c ờng độ chịu kéo khi uốn của vật liệu liền khối

Xác định theo thí nghiệm uốn mẫu: C ờng độ chịu kéo – uốn giới hạn Rku của vật liệu đ ợc xác định theo công thức:

trong đó:

P là tải trọng phá hoại mẫu;

L là khoảng cách giữa hai gối tựa; b, h là chiều rộng và chiều cao mẫu

Trang 32

d Thông số về c ờng độ chịu kéo khi uốn của vật liệu liền khối

Sau đó xác định c ờng độ chịu kéo khi uốn của mẫu qua công thức:

Rku = Kn.Rc

Trang 33

Là hiện t ợng mặt đ ờng bị biến dạng lún võng xuống d ới tác dụng của tải trọng bánh

xe, có khi còn xuất hiện kèm theo hiện t ợng mặt đ ờng bị đẩy trồi lên xung quanh

bánh xe Nếu mặt đ ờng không chịu đ ợc biến dạng lớn có thể bị nứt theo h ớng dọc rồi phát triển dần thành nứt mạng l ới

ưgiảiưphápưtínhưtoánưxétưđếnưtrongưphươngưphápưtínhư

– cơ chế hư hỏng

hiệnưhành

Nguyên nhân của hiện t ợng này do nền đất quá yếu kết hợp với chế độ thuỷ nhiệt

bất lợi nên không chịu đ ợc tác dụng của tải trọng do mặt đ ờng truyền xuống dẫn

đến biến dạng lún quá lớn, hoặc có thể còn phát sinh ứng suất cắt lớn dẫn đến nền

đất sẽ bị tr ợt trồi dẫn đến hiện t ợng mặt đ ờng bị đẩy trồi lên

Trang 35

về sau th ờng phát sinh hiện t ợng nứt dọc và càng làm cho hiện t ợng lún vệt bánh xe

và hiện t ợng nứt dọc trầm trọng hơn, làm giảm độ bằng phẳng của tuyến đ ờng và

ảnh h ởng đến chất l ợng khai thác vận doanh

Trang 36

có liên quan đến số lần tác dụng của tải trọng lặp, độ lớn ứng suất lặp và độ cứng

kết cấu nền mặt đ ờng Đây là hiện t ợng phản ảnh rất trực quan chất l ợng khai thác của tuyến đ ờng cho nên cần phải có những nghiên cứu bổ xung

Trang 37

MÆt ® êng

Trang 38

trong lớp mặt đ ờng lớn v ợt quá c ờng độ chống cắt và/hoặc c ờng độ chịu kéo làm cho vật liệu bị tr ợt trồi lên phía sau hoặc bị nứt

Hiện t ợng phá hoại này ch a đ ợc xem xét cẩn thận trong tiêu chuẩn 22 TCN 211-06 Trong tiêu chuẩn 22TCN 211-06, chỉ đ a ra lời khuyên tại các vị trí có lực ngang lớn thì lớp mặt đ ờng nên làm bằng BTXM hoặc là mặt đ ờng cấp cao A1 Còn trong tiêu chuẩn 22TCN 211-93 thì mới chỉ đ a ra toán đồ để xác định ứng suất cắt lớn nhất trong lớp BTN chỉ có lực thẳng đứng tác dụng còn một thành phần rất quan trọng đó

Trang 40

Nguyên nhân chủ yếu gây ra nứt do co ở nhiệt độ thấp là khi nhiệt độ môi tr ờng xuống thấp (th ờng là ở nhiệt độ âm), và tốc độ giảm nhiệt trong không khí quá nhanh, thì mặt trên của lớp bê tông nhựa có xu h ớng co lại trong khi mặt d ới thì có

xu h ớng giữ nguyên làm cho tấm bê tông nhựa có xu h ớng cong lên, mặt d ới của tấm bê tông nhựa sẽ bị nứt và kết hợp với sự tác động của tải trọng làm cho vết nứt lan truyền lên trên thành các vết nứt ngang đ ờng cách nhau một khoảng cách nhất

Định dạng
Số trang	90
Dung lượng	1,37 MB