THIẾT kế kết cấu áo ĐƯỜNG, đại học xây DỰNG

Phạm Quốc Quốc việt việt Pham Quoc Viet NộI DUNG • ĐặC ĐIểM LμM VIệC CủA CáC LOạI VậT LIệU áO ĐƯờNG • TíNH TOáN KCAD THEO 22TCN 211-06 Pham Quoc Viet... BμI 1: tải trọng vμ sự tương tác

Trường Trường đại đại học học xây xây dưng dưng bộ

bộ môn môn đư đường ờng ôtô ôtô đư đường ờng đô đô thị thị

Thiết kế kết cấu

áo đường mềm

T

Th hS S Phạm Phạm Quốc Quốc việt việt

Pham Quoc Viet

NộI DUNG

• ĐặC ĐIểM LμM VIệC CủA CáC LOạI VậT LIệU áO ĐƯờNG

• TíNH TOáN KCAD THEO 22TCN 211-06

Pham Quoc Viet

BμI 1: tải trọng vμ sự tương tác

bánh xe - mặt đường

Định nghĩa KCAD:

- áo đường là công trình gồm nhiều tầng lớp vật liệu có cường độ và độ cứng lớn hơn so với nền đường để phục

vụ cho xe chạy, chịu tác dụng trực tiếp của xe chạy và các yếu tố thiên nhiên (mưa ,gió, biến đổi nhiệt độ ).

- Là bộ phận quyết định hiệu quả xe chạy (an toàn, êm thuận kinh tế vận doanh khai thác )

Pham Quoc Viet

1 Đặc điểm của tải trọng vμ phân bố trục của tải trọng trong KCAD:

a) Lực tác dụng của bánh xe :

áp lực truyền xuống mặt đường : p = α P0

Mặt đường mềm Mặt đường cứng

b) Các loại lực:

Pham Quoc Viet

2 Độ tin cậy khi tính toán KCAD:

Khi kết cấu áo đường lμm việc thì phải đạt yêu cầu vật liệu lμm việc trong giai đoạn đμn hồi; tức các ứng suất hay biến dạng phát sinh trong quá

trình lμm việc (ở trạng thái bất lợi nhất) không được vượt quá giá trị ứng suất hay biến dạng cho phép của vật liệu.

-Khái niệm: Độ tin cậy K hay độ bền vững tin cậy là xác suất các KCAD

“không từ chối phục vụ” trong thời kì giữa 2 lần sửa chữa lớn.Pham Quoc Viet

Pham Quoc Viet

BμI 2: yêu cầu thiết kế phân loại vμ cấu tạo kcad

1 Yêu cầu cơ bản khi thiết kế KCAD

a) áo đường phải có đủ cường độ tối thiểu và ổn định cường độ :

ẳ

- Chống biến dạng thẳng đứng

- Chống biến dạng trượt (không sinh biến dang dẻo)

- Chống biến dạng co, dãn do chịu kéo uốn hoặc do nhiệt độ

- Chịu bào mòn

b) áo đường phải đảm bảo đạt được độ bằng phẳng nhất định c) Bề mặt áo đường phải có đủ độ nhám cần thiết ) ặ g p ộ

d) Yêu cầu về vệ sinh: Càng ít bụi càng tốt, không độc hại…

2 Phân loại KCAD mềm:

- Nhằm tiện cho quản lý, khai thác Mặt đường được phân làm 4 cấp A1, A2, B1 và B2

Mỗi loại có phạm vi sử dụng, thời hạn sử dụng, và vật liệu sử dụng phù hợp

- Theo cấu trúc vật liệu:

Nhóm vật liệu theo nguyên lý cấp phối:

Nhóm vật liệu đá chèn đá:

Pham Quoc Viet

Nhóm vật liệu gia cố

Chất vô cơ: (xi măng và vôi) Chất hữu cơ (nhựa đường-bitum)

mặt đường láng nhựa 1 lớp, 2 lớp…

Pham Quoc Viet

Tổng hợp:

Pham Quoc Viet

3 Cấu tạo KCAD mềm:

- Yêu cầu về phân lớp KCAD:

+ Về mặt cơ học:

+ Về kinh tế- giá vật liệu:

+ Về công nghệ, máy thi công:

+ Về vốn đầu t− phân kỳ xây dựng:

σ z

σ 0z =p

Lớp 3 Lớp 2 Lớp 1

p

D

x [σ] 1

[σ] 2

[σ] 3 + Về vốn đầu t−, phân kỳ xây dựng:

Nền đất

z [σ] đất

- - Yêu cầu tác dụng các lớp:

a)Tầng mặt : - Bằng phẳng, độ nhám, chịu bào mòn, không bụi và chống bong bật.

- Cường độ cao, chống được biến dạng dẻo ở nhiệt độ cao, chống nứt.

- Có kết dính với các lớp dưới.

+ Lớp mặt trên: - Lớp bảo vệ

- Lớp hao mòn + Lớp mặt dưới: - là tầng chịu tải tải chủ yếu & truyền xuống lớp dưới (có thể làm 2 lớp)

b) Tầng móng:

- Chủ yếu chịu lực, truyền ứng suất xuống

- Dùng vật liệu rời rạc có cường độ lớn

- Vì σz giảm dần nên có thể phân các lớp c) Lớp đáy áo đường:

- Chức năng: ngăn nước, cách hơi, tạo hiệu ứng “đe”

giúp lu lèn các lớp trên, làm lớp đệm cho nền đất.

- Thường bằng vật liệu kín (đất gia cố, đất đầm chặt K>98)

d) Móng nền đất trong khu vực za:80-120cm phía dưới móng. Pham Quoc Viet

Ví dụ KCAD mềm thông thường:

σ z

σ 0z =p

Nền đất Lớp 3 Lớp 2 Lớp 1

p

D

x

[σ] 1

[σ] 2

[σ] 3

[σ] đất

Lớp tạo nhám (Novachip)

Nền đất

z

Lớp dính bám (0,5Kg/m2) Lớp thấm bám

BTN nóng hạt min 4-6 cm

BTN nóng hạt thô 5-8 cm

CPDD loại 1: 12-18cm CPDD loại 2: 28-36cm

Đất nền chọn lọc K98

Pham Quoc Viet

BμI 3: vËt liÖu sö dông cho kÕt cÊu ¸o ®−êng

1 VËt liÖu cho tÇng mãng: yªu cÇu vμ t¸c dông

2 VËt liÖu cho tÇng mÆt:

2 VËt liÖu cho tÇng mÆt:

Pham Quoc Viet

phối

– Vật liệu sử dụng có kích cỡ thay đổi theo nguyên lý CP(đá, sỏi cuội, cát, đất)

ỗ

sau khi lu lèn có độ chặt lớn, độ rỗng nhỏ, cường độ hình thành do lực dính

và lực ma sát Uư điểm là dễ sử dụng vật liệu địa phương cường độ không đòi hỏi cao, kết cấu kín Nhược điểm:

ổn định nước kém, dễ bong bật, lầy lội khi mưa, bụi khi khô

Phạm vi sử dụng: Móng trên hoặc – Phạm vi sử dụng: Móng trên hoặc móng dưới cho áo đường cấp cao – Làm tầng mặt cho đường cấp thấp thì phải có lớp hao mòn hoặc bảo vệ

• Nhóm vật liệu theo nguyên lý đá chèn đá

– Vật liệu có kích cỡ đồng đều, sắc cạnh, được lu lèn chạt lại, móc bám vào nhau tạo cường độ

– Chất kết dính được hình thành từ bột đá kết hợp với nước ( mặt đường đá dăm

nước) Đôi khi sử dụng đất làm chất kết dính

– Ưu điểm: cường độ cao, thi công đơn giản

– Nhược điểm: Độ rỗng lớn, chứa nước, chịu bong bật bề mặt kém, khi hư hỏng thì nhanh bị phá hoại, công lu lèn lớn.

– Phạm vi sử dụng: Làm lớp móng dưới cho đường cấp cao

– Làm tầng mặt cho đường cấp thấp nhưng phải có lớp hao mòn, bảo vệ

Vật liệu cấp phối đá dăm: phổ biến sử dụng

vì phát huy được ưu điểm của hai loại mặt đường trên Pham Quoc Viet

• Nhóm vật liệu gia cố chất liên kết hữu cơ

– Vật liệu liên kết là nhựa đường (bitum)

Các loại mặt đường:

– Các loại mặt đường:

Mặt đường láng nhựa

– Lớp láng nhựa trên bề mặt mặt đường cấp phối hoặc đá dăm đã hình thành cường độ

Mặt đường thấp nhập nhựa ặ g p ập ự

– Rải các lớp đá chèn và nhựa trên lớp mặt đường đá dăm đã hình thành cường độ

Pham Quoc Viet

– Nguyờn lý đỏ chốn đỏ+trộn nhũ tương nhựa hoặc nhựa đặc đưn núng

Mặt đường BTN hay asphalt

– Bitum nhựa+bột đỏ=chất liờn kết asphalt – asphalt+cỏt=vữa asphalt

– vữa asphalt+cấp phối cốt liệu=bờ tụng asphalt

• Cú thể trộn núng, rải núng

• Trộn nguội rải nguội

• Theo kớch cớ hạt mà phõn loại BTN cỏt (5mm), hạt nhỏ (15mm);hạt trung (25mm), hạt lớn 40mm

• Phõn theo độ rỗng cũn dư thỡ gọi là chặt (3-5%), hoặc rỗng(5-10%)

ưu điểm của cỏc loại mặt đường nhựa

- Kớn

- Kớn

- Cường độ cao, chịu được bong bật

- dễ tạo phẳng

- Giảm ồn và ớt bụi

- Khai thỏc ngay sau khi thi cụng Nhược điểm:

-Ổn định nhiệt kộm Pham Quoc Viet

Tác dụng:

Là lớ bá dí h h ặt lớ ó d h t

Tác dụng:

- Tăng cường bám dính giữa các lớp

- Tránh trượt giữa hai lớp vật liệu

- Tăng cường độ của hai lớp vật liệu nhờ

ự kết hợ là iệ đồ thời

- Làm lớp bám dính cho mặt lớp móng dạng hạt.

- Làm cứng và ổn định bề mặt lớp móng.

- Chống thấm bề mặt móng nhờ lớp nhũ tương thâm nhập len lõi vào các lỗ rỗng của lớp đá.

- Làm tăng mức độ dính bám giữa lớp móng và

sự kết hợp làm việc đồng thời

BμI 4: thiết kế cấu tạo kcad mềm

Đảm bảo : - Vấn đề cơ học và kinh tế

- Vấn đề duy tu bảo dưỡng

ấ ề ấ

- Vấn đề chất lượng xe chạy

1 Nội dung thiết kế áo đường:

a) Thiết kế cấu tạo + Căn cứ : - Nxe, tầm quan trọng của đường

- P/A sử dụng và trình độ sản xuất vật liệu

- Trình độ công nghệ thi công, duy tu

- Xét đầu tư phân kỳ, xét giá thành kinh tếXét đầu tư phân kỳ, xét giá thành kinh tế b) Tính toán cường độ kết cấu: phải tính toán dự trữ

c) Tính toán luận chứng kinh tế kỹ thuật,

so sánh phương án tối ưu cho từng đoạn

2 Đảm bảo quy định chiều dày tối thiểu:

HTHI CÔNG của các lớp

Pham Quoc Viet

Số trục xe tiêu chuẩn tích luỹ trong thời hạn tính toán 15 nam kể từ khi đưa mặt đường vào khai thác trên 1 làn xe (trục xe/làn)

Bề dày tối thiểu của tầng mặt cấp cao A1 (cm)

Loại lớp kết cấu áo đường Bề dày tối thiểu (cm) Bề dày thường sử dụng (cm)

Bê tông nhựa, đá dăm trộn nhựa

Hạt lớn Hạt trung Hạt nhỏ

5 4 3

5 – 8

4 – 6

3 - 4

Bề dμy tối thiểu của tầng mặt cấp cao A1 tuỳ thuộc quy mô giao thông (22TCN 211-06)

(22TCN 211-06)

Cấp phối đá dăm Dmax=37,5mm

Dmax≤25mm

12 (15)

8 (15) 15 – 24 Cấp phối thiên nhiên 8 (15) 15 – 30

Các loại đất, đá, phế thải công nghiệp gia cố chất liên kết vô cơ theo phương pháp trộn 12 15 - 18

Pham Quoc Viet

BμI 5: tính toán kcad mềm

theo 22tcn 211-06

1 Các trạng thái giới hạn:

=> KCAĐ trong giai đoạn đàn hồi

lú

kéo khe nứt

kéo nén

D0

truyền áp lực nên đất (đất bị nén lại)

trồi cắt

Pham Quoc Viet

2 Xác định các thông số (22TCN 211-06)

a) Xác định Eyc

x

P

σ 0z =p

D

T đ bá h đôi

Đặc điểm trục xe tiêu chuẩn tính toán

Số liệu dòng xe Số trục xe tiêu chuẩn Ntk

Số trục xe tiêu

Trục đơn, bánh đôi P=100 KN (10T) D=33cm p=0,6 MPa

Tra bảng TCN

Số trục xe tiêu chuẩn tính toán trên 1 làn Ntt

Eyc

g

so sánh với E min Tham khảo các loại xe trong

phụ lục A 22TCN 211-06

2 Tính toán các thông số (22TCN 211-06)

b) Xác định Ech Kết cấu áo đường nhiều lớp Hệ kết cấu 2 lớp

Tra toán đồ Kogan

h/D

E 0 /E tb

Ech//Etb

Xét thêm hệ

số điều chỉnh

Pham Quoc Viet

2 Tính toán các thông số (22TCN 211-06)

c) Xác định Kdv

cd

Cấp hạng đường ĐĐộ tin cậy Kộ tin cậy K

cd

d) Xác định các thông số khác: 22TCN-211-06Pham Quoc Viet

BμI 6: tính toán kcad mềm

tăng cường

A- Tại sao vμ khi nμo phải tăng cường áo đường mềm :

- Sau khi khai thác, dưới tác dụng của xe chạy, của tự nhiên… thường hư hỏng:

+ Nứt: - nứt dọc nứt ngang nứt phản ảnh + Nứt: nứt dọc, nứt ngang, nứt phản ảnh

-nứt thành lưới (nứt mai rùa hoặc nứt thành miếng)

+ Biến dạng bề mặt: -Vệt hằn bánh, lún sụt

-Làn sang xô dồn

-Đẩy trượt trồi

-Mất mui luyện hoặc mui luyện ngược (đường cấp thấp ) + Hư hỏng bề mặt: - Chảy nhựa

- Bong tróc, rời rạc

- Mài mòn lộ đá

- ổ gà

- Bên cạnh đó mật độ tăng xe cao…

=> Cần tăng cường kết cấu áo đường

Pham Quoc Viet

B- Vật liệu được sử dụng để tăng cường áo đường mềm :

+ Hỗn hợp nhựa : + Vật liệu hạt không sử dụng chất liên kết

C- Trình tự tính toán bề dμy phải tăng cường :

- Nguyên tắc: dựa vào việc kiểm tra 3 tiêu chuẩn cường độ

- Để tính toán phải áp dụng không chính xác toán đồ Kogan

- Đo cường độ chung của kết cấu cũ trên từng đoạn, xác định Ecũ

ch

2 (1 )

ch

pD E

l

=

Đo Ech của

đường

cũ theo

PP bàn nén tĩnh

và thiết

bị động FWD Pham Quoc Viet

BμI tập: tính toán kcad mềm

1- Với số liệu dòng xe như sau: N 15 = 1250 xe/ngd Trong đó có : 50% xe con;

30% xe tải trung 30% xe tải trung 20% xe tải nặng loại 1 (trục sau 10T) Biết đây lμ đường cấp III, hãy chọn loại mặt đường vμ tính E yc 2- Cho kết cấu áo đường như sau:

Lớp 1 BTAF hạt trung h 1 = 7cm; E 1 = 350MPa Lớp 2 CPĐD loại 1 h 2 = 16cm; E 2 = 300MPa Lớp 3 CPĐD loại 2 h 3 = 34cm; E 3 = 220MPa

Đất nền á sét có E = 38MPa

Đất nền á sét có E 0 = 38MPa Hãy tìm E ch của KCAD trên.

Pham Quoc Viet