Đồ án nền mặt đường chi tiết.

THIẾT KẾ NỀN MẶT ĐƯỜNG1.1 Quy đổi số trục xe tiêu chuẩn.. Loại xe Trọng lượng trục P i Số trục sau Số bánh của mỗi cụm bánh ở trục sau Khoảng cách giữa các trục sau m Lượng xe 2 chiều n

THIẾT KẾ NỀN MẶT ĐƯỜNG

1.1 Quy đổi số trục xe tiêu chuẩn.

1.1.1 Số liệu.

Công trình đường thiết kế: cấp III

Tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn

 Tải trọng: Ptt = 100kN

 Áp lực tính toán lên mặt đường: p = 0,6MPa

 Đường kính vệt bánh xe: D = 33cm

Thời gian thiết kế kết cấu áo đường: t = 15 năm

Lưu lượng thiết kế đầu năm: N1 = 1550 xe/ng.đ

Hệ số tăng trưởng: q = 7%

Thành phần dòng xe:

 Xe con: 400 xe/ng.đ ( bỏ qua khi tính toán)

 Xe bus nhỏ: 350 xe/ng.đ + Xe tải vừa: 150 xe/ng.đ

 Xe bus lớn: 340 xe/ng.đ + Xe tải nặng 1: 75 xe/ng.đ

 Xe tải nhẹ: 200 xe/ng.đ + Xe tải nặng 2: 35 xe/ng.đ

1.1.2 Tính số trục xe quy đổi về trục xe tiêu chuẩn 100kN.

1.1.2.1 Dự báo thành phần giao thông ở năm đầu

Bảng 1.1.2.1.1.1 Dự báo thành phần giao thông ở năm đầu.

Loại xe

Trọng lượng trục P i

Số trục sau

Số bánh của mỗi cụm bánh ở trục sau

Khoảng cách giữa các trục sau (m)

Lượng xe 2 chiều n i

(xe/ng.đ)

Trục trước Trục sau

1.1.2.2 Tính số trục xe quy đổi về trục tiêu chuẩn 100kN

Công thức quy đổi:

4,4 k

i

P

P





(trục/ng.đ) Ntk: Là tổng số trục xe quy đổi từ k loại trục xe khác nhau về trục xe tính toán sẽ

thông qua đoạn đường thiết kế trong một ngày đêm trên cả 2 chiều (trục/ng.đ)

ni: Là số lần tác dụng của loại tải trọng trục i có trọng lượng trục Pi cần được quy

đổi về tải trọng trục tính toán Ptt

C1: Là hệ số trục được xác định theo biểu thức : C1 = 1 + 1,2.(m – 1)

C2: Là hệ số xét đến tác dụng của số bánh xe trong 1 cụm bánh: với các cụm bánh

chỉ có 1 bánh thì lấy C2 = 6,4; với các cụm bánh đôi (1 cụm bánh gồm 2 bánh) thì

lấy C2 = 1; với cụm bánh có 4 bánh thì lấy C2 = 0,38

Bảng 1.1.2.2.1.1 Bảng tính số trục xe quy đổi về số trục tiêu chuẩn

100kN.

Loại xe Pi (kN) mỗi cụm b xeSố b xe của trụcSố K/c giữacác

trục sau

C1 C2 ni C1.C2.ni.(Pi/100)4,4

Xe

buýt

nhỏ

Trục

Trục

Xe

buýt

lớn

Trục

Trục

Tải

nhẹ

Trục

Trục

Tải

vừa

Trục

Trục

Tải

nặn

g 1

Trục

Trục

Tải

g 2 Trụcsau 94.20 2 2 1.4 2.2 1.00 35 59

Tổng số trục xe quy đổi năm đầu tiên:

=>Ntk 677(trục/ng.đ)

1.1.2.3 Số trục xe tính toán trên 1 làn xe

Công thức xác định:

 Số trục xe tính toán trên 1 làn xe năm đầu

1

tt tk L

N  N f

Trong đó:

fL: Là hệ số phân phối số trục bánh xe tính toán trên mỗi làn xe

Đường thiết kế 2 làn, không dải phân cách, có fL = 0,55

=> Ntt = 672.0,55 = 372 (trục/ng.đ.lan)

1.1.2.4 Tính số trục xe tiêu chuẩn tích lũy trong thời hạn thiết kế

Công thức xác định:

q

(trục)

1.2 Lựa chọn kết cấu áo đường.

Với đường cấp III, số năm thiết kế t = 15 năm => Chọn kết cấu áo đường: cấp cao A1

Bảng 1.2.1.1.1.1 Lựa chọn kết cấu áo đường.

Lớp kết cấu

(từ dưới lên)

Bề dày lớp (cm)

E (MPa)

R ku

(MPa) (MPa) C  (đ

ộ)

Tính về độ võng Tính về trượt Tính kéo uốn

Cấp phối đá dăm

Cấp phối đá dăm

Bê tông nhựa hạt

Bê tông nhựa

Hình 1.2.1.1.2 Kết cấu áo đường.

1.3 Kiểm toán kết cấu áo đường.

1.3.1 Kiểm toán về độ võng.

Điều kiện kiểm toán Ech K Edvcd yc

Việc đổi tầng 2 lớp một từ dưới lên được thực hiện theo biểu thức:

3 1/3 '

tb 1

1 k.t

1 k



2 1

h k h



và

2 1

E t E



Bảng 1.3.1.1.1.1 Kết quả tính đổi tầng 2 lớp một từ dưới lên để tìm E tb.

1

E t E

1

h k h

' tb

E (MPa

)

Cấp phối đá dăm

Cấp phối đá dăm

Bê tông nhựa hạt

Bê tông nhựa hạt

Hệ số điều chỉnh 

Có

2

D 33 

Theo bảng “hệ số điều chỉnh  ” => = 1,210

=> Modun đàn hổi trung bình

'

E .E 1,209.309,5 368, 42MPa

Tính Ech

Có

2

D 33  và

o tb

E 0,114

Theo “toán đồ” =>

ch

ch tb

E 0,5331 E 196, 41MPa

Xác định modun đàn hồi yêu cầu: Ech ≥ Kdctb.Eyc

Theo bảng “trị số modun đàn hồi yêu cầu”

Với số trục xe tính toán trong 1 ngày đêm trên 1 làn xe: N = 372 (trục/ng.đ.lan).15tt

Cấp đường A1 => Eyc = 170,32MPa

Theo bảng “lựa chọn độ tin cậy thiết kế tùy theo loại và cấp hạng đường”

Với đường cấp III => Độ tin cậy thiết kế là 0,90

Theo bảng “xác định hệ số cường độ về độ võng phụ thuộc độ tin cậy”

Với độ tin cậy thiết kế là 0,90 =>1,1

=> Cấu tạo kết cấu dự kiến đảm bảo yêu cầu về cường độ theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi cho phép

1.3.2 Kiểm toán về độ cắt trượt trong đất nền.

Điều kiện kiểm toán

tt

ax av tr

cd

C

K

Việc đổi tầng 2 lớp một từ dưới lên được thực hiện theo biểu thức:

3 1/3 '

tb 1

1 k.t

1 k



Với

2 1

h k

h



và

2 1

E t E



Bảng 1.3.2.1.1.1 Kết quả tính đổi tầng 2 lớp một từ dưới lên để tìm E tb

1

E t E

1

h k h

' tb

E (MPa

)

Cấp phối đá dăm

Cấp phối đá dăm

Bê tông nhựa hạt

Bê tông nhựa hạt

Hệ số điều chỉnh  theo H/D

Theo bảng “hệ số điều chỉnh  ” => = 1,210

=> Modun đàn hổi trung bình

'

Xác định ứng suất cắt hoạt động do tải trọng bánh xe tiêu chuẩn tính toán gây ra

trong nền đất Tax

2

D 33 



tb 1

E E

8,52

 Góc nội ma sát của đất nền  28

 Áp lực bánh xe lên mặt đường của bánh xe tiêu chuẩn tính toán p = 0,6MPa Theo “toán đồ xác định ứng suất trượt từ tải trọng bánh xe ở lớp dưới hệ 2 lớp”

=>

ax

ax

T

0,0101 T 0,0101.0,6 0,006MPa

Xác định ứng suất cắt hoạt động do trọng lượng bản thân các lớp kết cấu áo đường gây ra trong nền đất Tav

 Chiều dày lớp KCAD h = 66cm

 Góc nội ma sát của đất nền  28

Theo “toán đồ ứng suất cắt hoạt động do trọng lượng bản thân mặt đường”

=> Tav = -0.0022

Xác định trị số Ctt

Ctt = C.k1.k2.k3

Trong đó:

K1: Hệ số xét đến sự suy giảm sức chống cắt trượt khi đất hoặc vật liệu kém dính chịu tải trọng động và gây dao động, K1 = 0,6 (với kết cấu đường phần xe chạy) K2: Hệ số xét đến các yếu tố tạo ra sự làm việc không đồng nhất của kết cấu

Có N = 372 trục/ng.đ.lan => K2 = 0,939615tt

K3: Hệ số xét đến sự gia tăng sức chống cắt trượt của đất hoặc vật liệu kém dính trong điều kiện chúng làm việc trong kết cấu khác với trong mẫu thử, K3 = 1,5 (đất nền á cát)

=> Ctt = 0,014.0,6.0,9396.1,5 = 0,0118

Theo bảng “chọn hệ số cường độ về cắt trượt tùy thuộc độ tin cậy”

Với độ tin cậy thiết kế là 0,90 =>Ktrcd 0,94

Vậy

tt

cd

=> Cấu tạo kết cấu dự kiến đảm bảo yêu cầu về cường độ theo tiêu chuẩn chịu cắt trượt trong đất nền

1.3.3 Kiểm tra cường độ chịu kéo uốn.

1.3.3.1 Tính ứng suất kéo uốn lớn nhất ở đáy các lớp bê tông hạt trung

Công thức xác định

ku ku.p.kb

 

Trong đó:

p: Áp lực bánh của tải trọng trục tính toán, p = 0,6

kb: Hệ số xét đến đặc điểm phân bố ứng xuất trong kết cấu áo đường dưới tác dụng của tải trọng tính toán, kb = 0,85 (tính cho tải trọng tiêu chuẩn)

Tính Etb

3 1/3 '

tb 1

1 k.t

1 k



Với

2 1

h k h



và

2 1

E t E



Bảng 1.3.3.1.1.1 Kết quả tính E tb

1

E t E

1

h k h

' tb

E (MPa

)

Cấp phối đá dăm

Cấp phối đá dăm

Bê tông nhựa hạt

Bê tông nhựa hạt

Modun đàn hồi Etb’ của các lớp kết cấu dưới lớp bê tông nhựa = 293,75MPa

Bề dày của các lớp kết cấu dưới lớp bê tông nhựa = 54 cm

Hệ số điều chỉnh 

Có

1,64

D 33

Theo bảng “hệ số điều chỉnh  ” => = 1,1889

=> Modun đàn hồi trung bình

'

E .E 1,1889.293,75 349, 25MPa

Tính Ech

Có

1,64

D 33 và

o tb

0,1203

E 349,25 

Theo “toán đồ” =>

ch

ch tb

E

0, 4967 E 0,4739.349, 25 173, 47

Tính ku

Với h1 = 12 cm

i i 1

i

E h

h

1

0,3636



và

1 ch

10,57

E 173, 47  Theo “toán đồ xác định ứng suất kéo uốn đơn vị ku ở các lớp của tầng mặt”

=>ku = 1,9344

Vậy ku 1,9328.0,6.0,85 0,9865MPa

1.3.3.2 Tính ứng suất kéo uốn lớn nhất ở đáy các lớp bê tông hạt mịn

Công thức xác định

ku ku.p.kb

 

Trong đó:

p: Áp lực bánh của tải trọng trục tính toán, p = 0,6

kb: Hệ số xét đến đặc điểm phân bố ứng xuất trong kết cấu áo đường dưới tác dụng của tải trọng tính toán, kb = 0,85 (tính cho tải trọng tiêu chuẩn)

Tính Etb

3 1/3 '

tb 1

1 k.t

1 k



Với

2 1

h k h



và

2 1

E t E



Modun đàn hồi Etb’ của các lớp k/c dưới lớp bê tông nhựa trên cùng = 393,9MPa

Bề dày của các lớp kết cấu dưới lớp bê tông nhựa trên cùng = 61 cm

Hệ số điều chỉnh 

Có

1,85

D 33

Theo bảng “hệ số điều chỉnh  ” => = 1,2027

=> Modun đàn hồi trung bình

'

E .E 1,2027.393,9 473,77MPa

Tính Ech

Có

1,82

D 33  và

o tb

0,0886

E 473,77 

Theo “toán đồ” =>

ch

ch tb

E 0,463 E 0,463.473,77 219,36

Tính ku

Có h1 = 5cm

1

0,1515

1 ch

7, 29

E 219,36  Theo “toán đồ xác định ứng suất kéo uốn đơn vị ku ở các lớp của tầng mặt”

=>ku = 1,9501

Vậy ku 1,9501.0,6.0,85 0,9946MPa

1.3.3.3 Kiểm toán theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn ở đáy lớp bê tông nhựa

Điều kiện kiểm toán

ku tt

ku ku

cd

R K

 

Cường độ chịu kéo uốn tính toán của vật liệu liền khối được xác định

ku

tt 1 2 ku

R k k R

Trong đó:

Rku: Cường độ chịu kéo uốn giới hạn ở nhiệt độ tính toán

k2: Hệ số xét đến sự suy giảm cường độ theo thời gian so với các tác nhân về khí hậu thời tiết, k2 = 1

k1: Hệ số xét đến sự suy giảm cường độ do vật liệu bị mỏi dưới tác dụng của tải trọng trùng phùng

Đối với vật liệu bê tông nhựa

e

 Với lớp bê tông nhựa hạt trung:

ku tt

R 0,5.1.2 1 MPa

 Với lớp bê tông nhựa hạt mịn:

ku tt

R 0,5.1.2 1 MPa Theo bảng “chọn hệ số cường độ về cắt trượt tùy thuộc độ tin cậy”

Với độ tin cậy thiết kế là 0,9 =>

ku cd

K 0,94

Với lớp bê tông nhựa hạt trung

ku tt

cd

=> Đạt Với lớp bê tông nhựa hạt mịn

ku tt

cd

=> Đạt Vậy kết cấu thiết kế dự kiến đạt được điều kiện đối với 2 lớp bê tông nhựa