BÀI GIẢNG KHAI THÁC DƯỜNG Ô TÔ

CHƢƠNG 1 TÁC DỤNG TƢƠNG HỖ GIỮA CÁC YẾU TỐ CỦA HỆ THỐNG KHAI THÁC VẬN TẢI Ô TÔ: §1.1 MỐI QUAN HỆ TƢƠNG HỖ GIỮA “LÁI XE – ÔTÔ – ĐƢỜNG – MÔI TRƢỜNG” TRONG THIẾT KẾ VÀ KHAI THÁC ĐƢỜNG Một tuyến đƣờng đƣợc coi là thiết kế tốt thì sau khi xây dựng xong và đƣa đƣờng vào khai thác phải đạt đƣợc các mục đích cơ bản dƣới đây: Thực hiện tốt chức năng của đƣờng là vận chuyển hàng hoá và hành khách một cách an toàn, nhanh chóng và thuận lợi, thoả mãn đƣợc năng lực thông hành với tốc độ khai thác cho phép. Tiết kiệm đƣợc chi phí vận tải và các chi phí khai thác về đƣờng (Các phí tổn cho công tác duy tu bão dƣỡng thƣờng xuyên, sửa chữa vừa và sửa chữa lớn) Bảo đảm đƣợc tính thẩm mỹ của con đƣờng. Nghĩa là con đƣờng đƣợc xây dựng phải là một công trình kiến trúc, hài hoà với cảnh quan xung quanh, góp phần tô điểm thêm cảnh đẹp thiên nhiên; không phá vỡ môi trƣờng thiên nhiên. Các mục tiêu quan trọng trên có đạt đƣợc một cách đầy đủ, mỹ mãn hay không là hoàn toàn phụ thuộc vào các yếu tố thiết kế hình học mà chúng ta lựa chọn. Điều này đòi hỏi ngƣời kỹ sƣ thiết kế cần có những kỹ năng và kinh nghiệm cần thiết nhất định. Mối quan hệ hữu cơ giữa các mục tiêu quan trọng liên quan đến sáu vấn đề cần giải quyết trong thiết kế và khai thác đƣờng là: chức năng hoạt động, tính thẩm mỹ, tính kinh tế, năng lực thông hành, an toàn xe chạy và vấn đề môi trƣờng của tuyến đƣờng. Quan hệ giữa các mục tiêu quan trọng trong thiết kế các yếu tố hình học với các phần thiết kế tƣơng ứng của một tuyến đƣợc thể hiện trên biểu đồ hình 1.1 cho ta thấy giữa các mục tiêu có sự tác dụng tƣơng hỗ và những mối liên hệ trực tiếp hoặc gián tiếp giữa các phần thực hiện thiết kế khác nhau để hình thành một tuyến đƣờng. Hoạt động của con ngƣời cùng các phƣơng tiện đi lại (lái xe và ôtô) là những nhân tố ảnh hƣởng trực tiếp đến các mục tiêu quan trọng để xây dựng một con đƣờng. Mặt khác quá trình thiết kế, xây dựng và khai thác tuyến đƣờng đòi hỏi phải nghiên cứu tác động của môi trƣờng xung quanh đến đuờng và ngƣợc lại. Cần phải dự đoán những hậu quả tốt hay xấu có thể xảy ra đối với môi trƣờng trong quá trình xây dựng và khai thác đƣờng để có những giải pháp thích hợp nhằm bảo vệ và cải thiện môi trƣờng xung quanh

CHƯƠNG 1 - TÁC DỤNG TƯƠNG HỖ GIỮA CÁC YẾU TỐ CỦA HỆ THỐNG KHAI THÁC VẬN TẢI Ô TÔ:

§1.1/ - MỐI QUAN HỆ TƯƠNG HỖ GIỮA “LÁI XE – ÔTÔ – ĐƯỜNG – MÔI

Một tuyến đường được coi là thiết kế tốt thì sau khi xây dựng xong và đưa đường vào khai thác phải đạt được các mục đích cơ bản dưới đây:

- Thực hiện tốt chức năng của đường là vận chuyển hàng hoá và hành khách một cách an toàn, nhanh chóng và thuận lợi, thoả mãn được năng lực thông hành với tốc độ khai thác cho phép

- Tiết kiệm được chi phí vận tải và các chi phí khai thác về đường (Các phí tổn cho công tác duy tu bão dưỡng thường xuyên, sửa chữa vừa và sửa chữa lớn)

- Bảo đảm được tính thẩm mỹ của con đường Nghĩa là con đường được xây dựng phải là một công trình kiến trúc, hài hoà với cảnh quan xung quanh, góp phần tô điểm thêm cảnh đẹp thiên nhiên; không phá vỡ môi trường thiên nhiên

Các mục tiêu quan trọng trên có đạt được một cách đầy đủ, mỹ mãn hay không

là hoàn toàn phụ thuộc vào các yếu tố thiết kế hình học mà chúng ta lựa chọn Điều này đòi hỏi người kỹ sư thiết kế cần có những kỹ năng và kinh nghiệm cần thiết nhất định

Mối quan hệ hữu cơ giữa các mục tiêu quan trọng liên quan đến sáu vấn đề cần giải quyết trong thiết kế và khai thác đường là: chức năng hoạt động, tính thẩm mỹ, tính kinh tế, năng lực thông hành, an toàn xe chạy và vấn đề môi trường của tuyến đường

Quan hệ giữa các mục tiêu quan trọng trong thiết kế các yếu tố hình học với các phần thiết kế tương ứng của một tuyến được thể hiện trên biểu đồ hình 1.1 cho ta thấy giữa các mục tiêu có sự tác dụng tương hỗ và những mối liên hệ trực tiếp hoặc gián tiếp giữa các phần thực hiện thiết kế khác nhau để hình thành một tuyến đường

Hoạt động của con người cùng các phương tiện đi lại (lái xe và ôtô) là những nhân tố ảnh hưởng trực tiếp đến các mục tiêu quan trọng để xây dựng một con đường Mặt khác quá trình thiết kế, xây dựng và khai thác tuyến đường đòi hỏi phải nghiên cứu tác động của môi trường xung quanh đến đuờng và ngược lại Cần phải dự đoán những hậu quả tốt hay xấu có thể xảy ra đối với môi trường trong quá trình xây dựng

và khai thác đường để có những giải pháp thích hợp nhằm bảo vệ và cải thiện môi trường xung quanh

CÁC MỤC TIÊU QUAN TRỌNG

Môi trường Chức năng

của đường xe chạyAn toàn thông hành Năng lực kinh tếTính thẩm mỹTính

Phần:

Nghiên cứu sự hoà hợp với môi trường

Phần:

Mạng lưới đường

Phần:

Các mặt cắt ngang GT

TT

Phần : Các yếu tố mặt cắt thiết kế (alignments)

Các điều kiện xe chạy: Đĩ là tình trạng hiện hữu trên đường vào thời điểm các

phương tiện giao thơng đang hoạt động bao gồm các điều kiện về đường, dịng xe và trạng thái của mơi trường xung quanh, các điều kiện về khí hậu – thời tiết

Hình 1.2: Các sơ đồ đơn giản biểu thị mối quan hệ tương hỗ

“lái xe – ơtơ– đường – mơi trường”

Các điều kiện về đường: Là tổng hợp các thơng số thiết kế hình học cùng chất

lượng khai thác vận tải của đường

Các điều kiện về đường cĩ quan hệ và ảnh hưởng trực tiếp đến chế độ xe chạy trên đường ở thời điểm và vị trí đã được xác định

Các thơng số về điều kiện đường xá bao gồm hai loại Đĩ là các nhân tố khơng

thay đổi và các nhân tố biến đổi

Các yếu tố hình học của tuyến đường được thiết kế và xây dựng như: chiều dài các đoạn thẳng và đường cong, bán kính cong trên bình đồ, độ dốc dọc các đoạn lên dốc, xuống dốc, bán kính các đường cong đứng lối, lõm trên trắc dọc; các trắc ngang

nền đào, nền đắp Đĩ là các nhân tố khơng thay đổi bởi trong quá trình khai thác các

yếu tố này khơng biến đổi, hoặc nếu cĩ thay đổi, biến dạng thì sự biến đổi này cũng rất nhỏ và khơng đáng kể

Con đường được khai thác quanh năm nên nĩ chịu ảnh hưởng trực tiếp của các điều kiện về thời tiết – khí hậu Aûnh hưởng của các điều kiện thiên nhiên, thời tiết

cịn thay đổi theo từng địa phương mà tuyến đường đi qua Các nhân tố biến đổi của

đường bao gồm trạng thái của mặt đường và lề đường, bề rộng phần xe chạy; sự thay đổi của lưu lượng xe chạy và thành phần các dịng xe; loại hình các nút giao thơng và phương pháp tổ chức giao thơng

Sự biến đổi của thời tiết khí hậu của mơi trường xung quanh như mưa, giĩ, bão, sương mù … sự thay đổi của nhiệt độ, độ ẩm khơng khí ảnh hưởng đến sự thay đổi trực tiếp đến tầm nhìn xe chạy, cường độ và độ bám của mặt đường và lề đường gia cố hoặc khơng gia cố

Dịng xe: Bao gồm các loại phương tiện giao thơng trên đường Chúng khác

nhau bởi tải trọng, tốc độ, tỷ lệ tham gia của mỗi loại phương tiện cĩ trong dịng Các đặc trưng của dịng xe cũng như những nhân tố biến đổi của điều kiện đường đều cĩ thể chịu tác động của con người và phụ thuộc vào con người trực tiếp khai thác và làm thay đổi chúng

Ô tô

Đường Môi trường bên ngoài

1/ - Môi trường bên ngoài – Người lái

Mối quan hệ tổ hợp hệ thống “Lái xe – ơtơ – đường – mơi trường” được trình bày chi tiết trên sơ đồ hình 1.3

Các điều kiện về

thời tiết-khí hậu

Môi trường bên ngoài Các điều kiện về đường

- Chiều dài các đoạn thẳng và đường cong

- Các bán kính cong trên bình đồ Trắc dọc

Các thông số không đổi

Các thông số biến đổi

Tầm nhìn trên đường

- Bề rộng phần xe chạy và lề

- Số làn xe

- Trang bị kỹ thuật trên đường

- Nút giao nhau

- Tổ chức giao thông

- Trạng thái mặt đường và lề

- Độ dính bám Độ bằng phẳng

- Lưu lượng xe chạy

- Thành phần xe chạy

- Tải trọng

Dòng xe

Lái xe

Trình độ và trạng thái của lái xe

Loại và trạng thái kỹ thuật của xe

Ôtô

Hình 1.3: Sơ đồ quan hệ chi tiết giữa “lái xe – ơtơ – đường – mơi trường”

Trong các mối quan hệ tổ hợp trên thì quan hệ giữa “Người lái xe – ơtơ” là quan hệ cơ bản Một yêu cầu quan trọng đối với người lái xe là: Điều khiển xe chạy một cách an tồn, hợp lý và thực hiện hành trình cĩ hiệu quả Muốn đạt được yêu cầu trên thì địi hỏi người lái xe phải cĩ trình độ kỹ thuật, kinh nghiệm nghề nghiệp, sức khoẻ và phải hiểu tính năng kỹ thuật của loại xe sử dụng

Nghiên cứu mối quan hệ giữa người lái xe – ơ tơ trong quá trình khai thác đường giúp ta giải quyết được các yêu cầu trên đồng thời gĩp phần quan trọng đề nghiên cứu về lý thuyết dịng xe áp dụng cho việc thiết kế đường

Mơi trường xung quanh bao gồm các yếu tố tác động của thời tiết – khí hậu và địa hình, địa mạo thiên nhiên làm thay đổi mức độ cảm xúc của lái xe Mức độ cảm nhận các thơng tin của mơi trường bên ngồi phụ thuộc vào cường độ cảm xúc của người lái xe Từ những nhận biết này giúp lái xe phân tích và xử lý đúng hay sai các tình huống xảy ra

Mơi trường bên ngồi cĩ tác động mạnh mẽ đến tâm sinh lý của lái xe trong quá trình điều khiển xe trên đường Nếu như mơi trường bên ngồi cĩ nhiều yếu tố thuận lợi như thời tiết mát mẻ, cảnh quan đẹp đẽ người lái xe cảm thấy thoải mái thì hành động của lái xe sẽ chính xác hợp lý và xe chạy an tồn Ngược lại vào mùa hè nĩng bức, nhiệt độ khơng khí cao, lại phải đi qua các vùng đồi cát, ít cây cối làm thần kinh của người lái xe căng thẳng, phản ứng chậm và thiếu chính xác Nhất là phải đi qua khu vực cĩ quá nhiều biển báo chỉ dẫn làm lượng thơng tin quá nhiều, bão hồ, khiến

cho người lái xe căng thẳng thần kinh dẫn đến điều khiển xe thiếu chính xác và mất an toàn khi phải xử lý các tình huống cần thiết xảy ra trên đường

Nghiên cứu mối quan hệ “người lái xe – môi trường” chính xác là nhằm mục đích phục vụ cho việc nghiên cứu thiết kế cảnh quan – không gian đường ôtô cũng như đưa ra các giải pháp tổ chức giao thông khoa học, hợp lý, phù hợp với khả năng “cảm thụ thị giác” và khả năng “nhận biết thông tin” của con người trong quá trình di chuyển trên đường với một không gian luôn biến đổi và biến dạng

Con đường được xây dựng nhằm phục vụ cho mục đích vận tải nên các yếu tố hình học của đường thiết kế (bình đồ, trắc dọc, trắc ngang) cũng như khả năng chịu lực

và tuổi thọ của nó (cường độ nền mặt đường, độ ổn định về cường độ và biến dạng) phải phù hợp và đáp ứng được mọi yêu cầu về tính năng kỹ thuật của các loại xe chạy trên đường (ví dụ như: kích thước, tải trọng xe, tốc độ tối đa cho phép, bán kính quay tối thiểu, khả năng leo dốc, tiêu hao nhiên liện …) Do vậy, nghiên cứu mối quan hệ giữa “ôtô và đường” nhằm đưa ra các tiêu chuẩn kỹ thuật để thiết kế tuyến như các kích thước hình học cho các yếu tố bình đồ, trắc dọc, trắc ngang … Các thông số phù hợp với đặc trưng động lực của xe chạy và cấp đường (tốc độ thiết kế, độ dốc tối đa

…)

Tuổi thọ và độ bền vững của các công trình trên đường chịu ảnh hưởng từ những tác động của môi trường bên ngoài Các yếu tố về địa hình, địa chất thuỷ văn, địa chất thuỷ văn (hiện tượng nước ngầm) cũng như sự biến động của chế độ thuỷ nhiệt với những tác dụng của nhiệt độ, độ ẩm của môi trường khiến cho nền mặt đường có thể biến dạng, mặt đường mất độ bằng phẳng, cường độ chịu lực giảm Mưa

to, gió lớn trong mùa mưa bão dễ làm cho mái taluy của nền đường (nhất là đường đi qua vùng núi) dễ bị xói lở, mất ổn định phát sinh những vùng trượt sâu phá hỏng nền đường

Trong điều kiện khí hậu nhiệt đới của nước ta thì các nhân tố như mưa, bão, nhiệt độ cao, nóng ẩm của thời tiết là những tác nhân rất xấu đối với hệ thống đường

xá Việt Nam Bởi vậy, nghiên cứu mối quan hệ giữa “môi trường và đường” là mối quan tâm đặc biệt của chúng ta để tìm ra những giải pháp kỹ thuật có hiệu quả trong việc xử lý xây dựng mặt đường và các công trình đường trên nền đất yếu ở vùng Châu thổ Bắc bộ và đồng bằng sông Cửu Long, cũng như xử lý bảo đảm ổn định mái taluy của các tuyến đường được xây dựng trên các địa hình vùng núi (thuộc khu vực Đông Bắc, Tây Bắc ở phía bắc, vùng cao nguyên Tây Nguyên …), xử lý chống thấm và chống xói lở taluy các tuyến đường xây dựng ở các vùng có lũ lụt, nước đọng thường xuyên (ví dụ miền Tây Nam Bộ …)

Tóm lại, nghiên cứu mối quan hệ qua lại của hệ thống tổ hợp “Lái xe – ôtô – đường – môi trường” cũng như mối liên hệ hữu cơ tay đôi giữa hai đối tượng trong hệ thống sẽ giúp cho những người làm công tác thiết kế, xây dựng cũng như khai thác đường có những ứng xử đúng đắn bằng các giải pháp kỹ thuật hợp lý, tạo điều kiện khai thác đường một cách có hiệu quả và nâng cao độ bền vững, độ tin cậy cũng như tuổi thọ của công trình đường

Mối quan hệ tổng hợp “Lái xe – ôtô – đường – môi trường” nêu trên cần được giải quyết tốt trên cơ sở của các đồ án thiết kế xây dựng tuyến mới hay thiết kế cải tạo nâng cấp để khai thác các tuyến đường hiện hữu

Mặt khác, chất lượng của một đồ án thiết kế không chỉ được đánh giá qua các chỉ tiêu kỹ thuật áp dụng theo đúng quy trình, quy phạm mà còn phải được xem xét toàn diện thông qua chất lượng khai thác chúng

Nghiên cứu các nhân tố ảnh hưởng đến chất lượng khai thác của đường ôtô, đường thành phố hiện hữu, trên cơ sở tổng hợp những số liệu thu thập được từ các công trình nghiên cứu ở nhiều nước trên nhiều tuyến đường hai làn xe cùng cấp hay khác cấp, tốc độ xe chạy khác nhau để tìm ra được các giới hạn, các tiêu chuẩn khai thác nhằm bảo đảm an toàn cho xe chạy Nhờ đó đưa ra các giải pháp thiết kế bình độ, trắc dọc, trắc ngang cùng các tiêu chuẩn kỹ thuật của đường theo quan điểm an toàn giao thông là hướng đi đúng đắn và rất hiệu qủa để ngăn ngừa tai nạn giao thông có thể xảy ra Đồng thời, cũng nhờ các tiêu chuẩn an toàn này chúng ta có thể đánh giá được chất lượng tốt, xấu của một đồ án thiết kế cũng như chất lượng cải tạo nâng cấp tuyến đường cũ hay đánh giá chất lượng khai thác của một tuyến đường hiện tại

Tất cả các hệ thống nhỏ nói trên đều có quan hệ, tác dụng qua lại với nhau trong một mức độ nhất định nào đó Để nghiên cứu các nguyên lý của nghiệp vụ khai thác đường thì trước nhất và quan trọng nhất là cần phân tích các hệ thống nhỏ, “Môi trường bên ngoài – Người lái xe”, “Ôtô – Đường”, “Môi trường bên ngoài – Đường” Đấy là những mô hình cơ – lý làm cơ sở cho lý thuyết khai thác đường ôtô

§1.2/ - HỆ THỐNG NHỎ “ NGƯỜI LÁI XE – MÔI TRƯỜNG BÊN NGOÀI”

Phân tích sơ đồ cơ cấu của hệ thống khai thác vận tải ô tô ta thấy vai trò chủ yếu trong việc vận hành hệ thống này là thuộc về người lái xe Người lái xe tuỳ theo điều kiện của môi trường bên ngoài mà chọn quỹ đạo hợp lý và chế độ chạy xe thích hợp Rõ ràng là các chỉ tiêu kinh tế – kỹ thuật phụ thuộc rất nhiều vào đặc điểm tâm sinh lý của người lái xe và vào tác dụng tương hỗ của môi trường bên ngoài đối với người lái xe.Vì thế các cơ sở khoa học trong khai thác đường phải dựa trước tiên vào việc phân tích các hệ thống “Người lái xe – Oâtô – Môi trường bên ngoài”

Môi trường bên ngoài là tổng hợp các vật, các hiện tượng ảnh hưởng đến điều kiện hoạt động của người lái xe trên đường, như cảnh quan chung quanh con đường, các điều kiện khí quyển : sương mù, bức xạ mặt trời, gió; tầm nhìn, độ chiếu sáng trên phần xe chạy, người đi bộ, cây trồng hai bên đường, nhà cửa hai bên đường, xe chạy ngược chiều, cùng chiều trên đường, chiều rộng, trạng thái, màu sắc phần xe chạy và

lề đường, vi khí hậu trong buồng lái v.v

Môi trường bên ngoài tác động không ngừng lên người lái xe Để chọn được cách tác dụng tối ưu của các yếu tố thuộc môi trường bên ngoài người lái xe điều khiển ôtô để ôtô có thể ở vị trí thuận lợi nhất trên phần xe chạy, làm cho các tác dụng của môi trường bên ngoài thật phù hợp với khả năng và điều kiện riêng của mình

Khi xe chạy trên đường, người lái xe bị các đối tượng của môi trường bên ngoài tác dụng liên tiếp, cường độ cảm xúc trong người lái xe tích lũy lại Tại bất cứ một thời điểm nào, tổng cộng cường độ cảm xúc trong người lái xe là bằng cường độ cảm xúc sinh ra do tình huống tại thời điểm ấy và những cường độ cảm xúc sinh ra do những tình huống đã trải qua trước đây còn tích lũy lại

Khi xe chạy, người lái xe không ngừng nhận được các thông tin từ bên ngoài Người lái xe gia công các thông tin này, phân tích chúng rồi chọn giải pháp xử lý Phản ánh chủ quan của môi trường bên ngoài dựa trên các đặc điểm tâm sinh lý của

người lái xe Cảm giác là hình thái đơn giản nhất của sự phản ánh chủ quan; đó là khả

năng của người lài xe, bằng các giác quan của mình, có thể phản ánh được các tính chất riêng rẽ của môi trường bên ngoài Lượng tối thiểu của sự kích thích, tác dụng lên các giác quan của người lái xe, làm cho người lái xe nảy sinh ra cảm giác rõ rệt được

gọi là ngưỡng tuyệt đối của cảm giác

Tổng hợp các cảm giác sẽ có sự thụ cảm; đó là sự phản ứng cảm xúc trực tiếp của môi trường bên ngoài một cách toàn bộ Ngưỡng tuyệt đối của thụ cảm là khối tối thiểu được chứa trong các dấu hiệu của những vật thể và những hiện tượng của môi trường bên ngoài mà nhờ đó có thể gây nên được sự phản cảm xúc của môi trường bên ngoài Vượt quá khối lượng thông tin ấy thì có thể làm cho sự thụ cảm các vật thể hay các hiện tượng đạt được như sự thụ cảm một thể nguyên vẹn

Trên cơ sở các cảm giác và thụ cảm, nảy sinh ra khái niệm về môi trường bên

ngoài, nghĩa là làm nhớ lại trong ý thức các thụ cảm trước kia

Hệ thống thần kinh trung ương thu thập từ các giác quan của người lái xe hầu như tất cả các tác động của những kích thích từ môi trường bên ngoài

Tuy nhiên, não không thụ nhận và gia công tất cả cái khối lượng to lớn những thông tin mà từng kích thước đã chứa trong bản thân Não sẽ lọc những cái không cần, những thông tin không có ích trong việc giải quyết bài toán cụ thể về định phương hướng Bộ phận lộc đó sẽ điều chỉnh sự cân bằng thông tin của người lái xe Nếu ở người lái chưa đủ lượng thông tin do từ môi trường bên ngoài đưa vào thì ngưỡng tuyệt đối của thụ cảm sẽ tự nâng cao lên và hạn chế tin tức đi vào

Có một khối lượng tối ưu của tin tức, với khối lượng thông tin đó người lái xe

đủ tin tưởng để lái xe và kịp thời điều chỉnh theo sự thay đổi của tình huống bên ngoài Nếu lượng thông tin đi vào quá nhiều, quá tải đối với người lái xe, thì người lái xe không còn cảm thấy được sự thay đổi khối lượng của các thông tin đưa vào nữa Điều này dẫn đến việc người lái xe không còn đánh giá đúng tình huống trước mắt trong khi lái xe nữa Khối lượng thông tin đến mức người lái xe không tiếp nhận được nữa gọi là

ngưỡng bảo hòa

Khi thụ cảm các thông tin, tất cả các giác quan của người lái xe đều tham gia hoạt động Điều chủ yếu trong sự hoạt động của người lái xe là sự thu cảm bằng mắt

sự chuyển động của xe và cái không gian trong đó xe chuyển động

Trên cơ sở cường độ cảm xúc này, người lái xe sẽ đánh giá sự nguy hiểm của chướng ngại vật và tình huống nĩi chung để điều khiển ơ tơ chạy trên mặt đường cho

an tồn

§1.3/ - HỆ THỐNG NHỎ “ Ơ TƠ - ĐƯỜNG”

Tác dụng tương hỗ giữa ơ tơ – đường là một tổ hợp phức tạp Phân tích hệ thống nhỏ “ơ tơ – đường” cho phép ta đánh giá độ ổn định của ơ tơ chạy trên đường, hiểu được tác dụng cơ học của ơ tơ lên kết cấu đường và từ đĩ phân tích được các nguyên nhân gây ra biến dạng hư hỏng mặt và nền đường

Về phần mức độ ổn định của ơ tơ phụ thuộc vào các yếu tố hình học của tuyến đường đã được đề cập trong tiêu chuẩn thiết kế đường TCVN 4054 – 05 Ở đây ta chỉ xét các tác dụng cơ học của ơ tơ lên mặt đường để tìm các nguyên nhân gây ra hư hỏng nền, mặt đường

Khi ơ tơ đứng yên trên mặt đường thì tải trọng tĩnh của ơ tơ sẽ truyền xuống kết cấu áo đường thơng qua bánh xe (hình-a) Bánh xe truyền lực Q lên mặt đường, và phản lực R của mặt đường cĩ giá trị bằng Q sẽ từ tâm của vệt bánh xe hướng thẳng gĩc lên trên Khi xe chạy thì ngồi các lực thẳng đứng cịn sinh ra các lực tiếp tuyến dọc và ngang tác dụng tương hỗ giữa xe và mặt đường

Ở bánh xe chủ động (hình- b) cĩ mơ men quay Mk tác dụng, làm phát sinh ra lực Pk ở mặt tiếp xúc của bánh xe và mặt đường, lực Pk cĩ hướng ngược chiều với hướng chuyển động của ơ tơ Lực Pk này gây ra một phản lực tiếp tuyến T = pk, nhờ đĩ

mà ơ tơ mới chuyển động được

Ở bánh xe bị động (hình - c) cĩ lực kéo P’k tác dụng theo hướng chuyển động của ơ tơ Phản lực tiếp tuyến T = P’k sẽ sinh ra ở mặt tiếp xúc và cĩ hướng ngược với hướng chuyển động của ơ tơ

Ở bánh xe chủ động và bị động đều gây ra một phản lực thẳng đứng R = Q, nhưng nằm lệch một đoạn b về phía bánh xe chuyển động

Để xác định các lực tác dụng tương hỗ giữa ơ tơ và mặt đường cần biết các đặc trưng của bánh xe, trong đĩ chủ yếu là:

l

T

T b

b

Hình 1-4: Sơ đồ các lực tác dụng lên mặt đường

Hình a: bánh xe đứng yên, hình b: bánh xe chủ động; hình c: bánh xe bị động

hình a

hình c hình b

- Tổng số trọng lượng trên bánh xe Q, (kN)

- Diện tích vệt tiếp xúc của bánh xe với mặt đường S,(cm2); hoặc đường kính của đường tròn tương đương vệt bánh xe D,(cm)

- Áp suất trên mặt tiếp xúc p, (Mpa)

Điều kiện làm việc của lốp xe và tác dụng của nó đối với mặt đường phụ thuộc vào tính chất cơ học của nó Bánh xe của các loại ô tô hiện nay là loại bánh hơi, có áp suất từ 0.175 Mpađến 0.9Mpa Theo trị số áp suất của hơi pb săm mà chia ra loại:

- Bánh hơi có áp suất lớn : 0.6Mpa ÷ 0.9Mpa

- Bánh hơi có áp suất trung bình : 0.3 Mpa ÷ 0.6 Mpa

- Bánh hơi có áp suất thấp : < 0.3 Mpa

Do tính đàn hồi nên bánh xe có biến dạng Trị số biến dạng nén u của bánh xe (hình 1- a) tính theo công thức: u = ky.Q

ky: Hệ số đặc trưng tính đàn hồi của lốp xe, phụ thuộc vào cấu tạo của lốp và áp suất hơi trong săm

Q: Tải trọng trên một bánh xe, (kN)

Khi xe chạy, áp suất của hơi trong săm không cố định mà có thể thay đổi Khi bánh xe quay sẽ sinh ra lực ly tâm làm cho khối khí trong săm bị ép lại, áp suất hơi tăng lên, khi xe chạy trên đường không bằng phẳng, bánh xe bị va chạm, một phần năng lượng sinh ra sẽ làm cho khối không khí trong săm nóng lên, do đó mà áp suất hơi tăng lên (nếu nhiệt độ khối không khí trong săm đến 80o thì áp suất hơi sẽ tăng lên 30%)

Khi xe chạy, diện tích vệt tiếp xúc S của bánh xe với mặt đường sẽ giảm xuống

vì những nguyên nhân chủ yếu sau: Khi bánh xe quay mạnh, lực ly tâm tăng lên làm cho độ cứng của lốp xe tăng lên, khi bánh xe va chạm sẽ làm cho bánh xe nóng lên, áp suất hơi tăng lên do đó làm cho độ cứng của lốp xe lại càng tăng lên, khi xe chạy trên những chỗ không bằng phẳng, diện tích tiếp xúc của bánh xe với mặt đường sẽ giảm xuống

Trong khi tính toán người ta dùng một áp suất trung bình của bánh xe tác dụng lên mặt đường theo công thức p = Kc.pb

pb: Áp suất hơi trong săm, Mpa

Kc: Hệ số đặc trưng độ cứng của lốp xe, thay đổi từ 0.8 ÷ 1.5 (phụ thuộc vào cấu tạo của lốp và đặc biệt là số lượng các lớp dây, và vật liệu của dây trong khung lốp xe); trong tính toán kết cấu áo đường, dùng Kc = 1.1

Các trị số của Q, p và D của một số loại xe thường dùng tham khảo ở qui trình thiết kế áo đường mền 22TCN 211-96

Các loại ô tô khác nhau có thông số khác nhau, nên phải qui đổi về xe tính toán theo các hệ số qui đổi về trục xe tính toán (Xem chi tiết 22TCN 211-96)

Khi tính toán cường độ, tải trọng tính toán tiêu chuẩn được qui định là trục xe ô

tô (trục đơn) có tải trọng 10T đối với tất cả các loại áo đường mềm thuộc mạng lưới chung, có tải trọng trục 12T đối với áo đường đô thị

Loại đường Tải trọng trục

(kN)

Áp lực tính toán lên mặt đường(Mpa)

Đường kính vệt bánh xe (cm)

33

36 Tác dụng của tải trọng ngắn hạn lặp đi lặp lại nhiều lần trong một đơn vị thời gian lên mặt đường có khả năng làm phát sinh hiện tượng mỏi của vật liệu mặt đường

và có thể dẫn đến việc tích lũy các biến dạng Tần số tác dụng tải trọng của bánh xe thể hiện qua lưu lượng xe chạy N

Vì những lý do trên, khi xét tác dụng của tải trọng xe lên mặt đường cần phải chú ý đến cả p, D, v, và N

Khi xe chạy trên đường, giữa bánh xe và mặt đường có sức cản lăn F Khi xe chạy với tốc độ đều trên mặt đường nằm ngang thì lực kéo pk phụ thuộc chủ yếu vào sức cản lăn F, nếu bỏ qua sức cản của không khí:

P = F = f.Ga Trong đó:

f: Hệ số cản lăn

Ga : Trọng lượng của ô tô

Trị số của sức cản lăn lớn hay bé là do năng lượng tiêu hao trong việc làm biến dạng bánh xe và mặt đường quyết định Nó phụ thuộc vào tải trọng trên bánh xe, kích

cỡ của bánh, áp suất hơi trong săm, ma sát của bánh xe trên mặt đường, cường độ của

áo đường, độ bằng phẳng của mặt đường, tốc độ xe chạy

Bánh xe càng đàn hồi, tức độ cứng càng bé thì sức cản lăn càng lớn Công biến dạng lốp xe tiêu phí trong việc ma sát giữa các lớp cao su của lốp xe và biến thành nhiệt Trên đường bằng phẳng thì đối với bánh xe có áp suất lớn sẽ tốn ít công biến dạng hơn, nhưng trên đường không bằng phẳng thì đối với bánh xe có áp suất lớn sẽ có tác dụng va chạm với mặt đường nhiều hơn, do đó công biến dạng tăng lên Mặt đường càng gồ ghề, càng biến dạng nhiều thì sức cản lăn càng lớn Áp suất hơi bánh xe càng

Đối với đường bằng phẳng thì các yếu tố chủ yếu ảnh hưởng đến trị số của hệ

số sức cản lăn f là diện tích vệt tiếp xúc của bánh xe S, độ nén của lốp xe u (lốp xe càng non thì f càng lớn), áp suất hơi trong săm pb, áp suất trên vệt bánh xe p khi áp suất khi áp suất hơi trong săm không đổi và còn phụ thuộc vào tốc độ xe chạy v

Hệ số sức cản lăn của các loại mặt đường

Mặt đường đất ẩm ướt và không bằng phẳng 0.070 ÷ 0.150 Khi xe chạy với tốc độ không đổi thì sức cản lăn phụ thuộc chủ yếu vào độ bằng phẳng của mặt đường Trên mặt đường cùng loại nhưng không bằng phẳng, hệ số cản lăn f có thế tăng 1.5 lần ÷ 2.5 lần Vì vậy cơ quan quản lý khai thác đường phải đặc biệt chú ý đến việc giữ cho đường luôn bằng phẳng

Một chỉ tiêu quan trọng hơn nữa trong sự tác dụng tương hỗ giữa bánh xe và mặt đường, là hệ số bám  Chuyển động của bánh xe chủ động chỉ có thể thực hiện được khi phản lực nằm ngang T lớn hơn sức cản chuyển động Pk, nghĩa là lực kéo còn

bị lực bám của bánh xe với mặt đường hạn chế:

Q T

Pk  max   Trong đó:

Q – trọng lượng của bánh xe chủ động

Nếu Pk > Q tnì bánh xe sẽ trượt, quay tại chỗ

Trong khai thác đường, hệ số bám  có một vai trò quan trọng:  giảm thấp đến một trị số nào đó thì chuyển động của ôtô trên đường sẽ nguy hiểm hoặc không thực hiện được nữa

Trong khai thác đường thường chia ra 3 loại hệ số bám:

+ Hệ số bám dọc  khi bánh xe chuyển động trong mặt phẳng lăn không có lực ngang, khi không có trượt hay quay tại chỗ

+ Hệ số bám dọc 1 khi bánh xe chuyển động trong mặt phẳng lăn nhưng có trượt dọc và quay tại chỗ

+ Hệ số bám ngang 2 khi bánh xe chuyển động theo một góc với mặt phẳng quay, khi bánh xe vừa quay vừa trượt về một bên (trượt ngang)

Trị số hệ số bám  và 1 khác nhau không nhiều lắm, khi mặt đường khô ráo thì trị số của  lớn hơn một ít hoặc bằng trị số của 1

Trị số của hệ số 1 và 2 cũng chỉ khác nhau 10% khi mặt đường khô ráo

Hệ số bám phụ thuộc vào rất nhiều nhân tố, trong đó nhân tố chủ yếu là độ nhám của mặt đường, ngoài ra còn phụ thuộc vào độ bằng phẳng của mặt đường, độ cứng của lốp xe, áp suất hơi, hình dạng, diện tích tiếp xúc và độ mòn của lốp xe, tốc

độ xe chạy, tải trọng trên bánh xe

Hệ số bám có phụ thuộc vào loại mặt đường, nhưng đối với các loại mặt đường khác nhau khi ở trạng thái khô ráo thì trị số hệ số bám thay đổi rất ít

Bê tông xi măng

Bê tông nhựa

Đá dăm đen

Đá dăm

Đá lát

0.7 ÷ 0.8 0.7 ÷ 0.8 0.95 0.6 ÷ 0.7

-

0.4 ÷ 0.5 0.4 ÷ 0.5 0.60 0.3 ÷ 0.4

-

0.7 0.7 0.85

- 0.6

0.58 0.45 0.50

- 0.4

Khi xe chạy với tốc độ 50km/h ÷ 70km/h ở trên đường ẩm ướt và bẩn thì hệ số bám giảm xuống 2 ÷ 3 lần so với khi chạy ở mặt đường khô ráo.Tốc độ xe chạy càng cao thì hệ số bám  càng giảm Do đó trong quản lý khai thác đường, chúng ta phải cố gắng giảm f (tức là làm cho mặt đường bằng phẳng) và tăng (tức là làm cho mặt đường khô ráo sạch sẽ)

§1.4/ - HỆ THỐNG NHỎ “MÔI TRƯỜNG BÊN NGOÀI – ĐƯỜNG ”

Đường ngoài tác dụng của tải trọng ô tô, nó còn chịu tác dụng của các nhân tố thiên nhiên như khí hậu, thời tiết, thủy văn, địa chất mà ta qui ước gộp lại gọi là môi trường bên ngoài

Nghiên cứu hệ thống nhỏ này sẽ giúp ta đánh giá được cường độ và độ lâu bền của kết cấu đường và tìm được các hạn chế các tác dụng có hại của các yếu tố thiên nhiên lên đường

Với điều kiện khí hậu của nước ta, nghiên cứu tác dụng của môi trường bên ngoài lên kết cấu đường chủ yếu là nghiên cứu chế độ thủy nhiệt của nền, mặt đường

Nước mưa đọng lại ở mặt đường, lề đường, mương rãnh có thể làm hỏng dần các công trình đường Nước thấm vào các kẽ nứt của mặt đường làm cho vật liệu sẽ yếu đi, móng đất áo đường sẽ bị nhão ra, dần dần ở mặt đường phát sinh ra các ổ gà, lún sụp, gảy, và nước thấm vào lề đường và taluy nền làm giảm ma sát và lực dính có thể dẫn đến hiện tượng sụt lở taluy, lún sụp nền đường

Các nguồn nước gây ẩm nền móng áo đường chủ yếu là:

- Nước mưa rơi trên mặt đường, chảy theo dốc dọc và ngang của mặt đường, sẽ thấm một phần vào trong áo đường qua các kẽ nứt của mặt và lề đường

- Nước đọng trên mặt nền đường, trong các mương, các rãnh biên, thùng đấu vì thoát không tốt sẽ thấm vào nền đường do chuyển động phân tử và mao dẫn làm cho nền đất ẩm ướt

- Nước ngầm, theo hiện tượng mao dẫn, thấm lên làm ướt móng đất của áo đường

- Hơi nước chuyển động từ chỗ nóng ấm hơn đến chỗ lạnh hơn trong lớp đất nền áo đường

- Gió có tác dụng thổi bay mất các vật liệu hạt nhỏ trên đường, đặc biệt là mặt đường cấp phối sỏi ong Ở những vùng cát, gió đưa cát lấp mặt đường và các công trình trên đường

- Nhiệt độ có ảnh hưởng đến cường độ của vật liệu làm mặt đường, đặc biệt là đối với mặt đường gia cố bằng nhựa đường, mặt đường bê tông xi măng Sự thay đổi của nhiệt độ trong ngày có thể làm cho mặt đường co dãn, thể tích thay đổi không đều làm cho mặt đường nứt nẻ Dưới tác dụng của nhiệt độ cao làm cho mặt đường có gia

cố bằng nhựa có thể trở nên mền, dẻo, nhất là khi dùng lượng nhựa, loại nhựa không hợp lý Trên mặt đường phát sinh làn sóng, lún, vết hằn bánh xe Hiện tượng lúc nắng, lúc mưa làm nhiệt thay đổi làm cho mặt đường bị nứt nẻ, nếu thoát nước không tốt, nước sẽ thấm vào mặt đường, nền đường làm mặt đường bị lún, bong bật rồi phát triển thành các ổ gà

Nhiệm vụ của cơ quan khai thác đường là phải hiểu rõ đặc điểm khí hậu của từng địa phương mà đường đi qua, nắm được những qui luật diễn biến của các tác dụng của những yếu tố thiên nhiên lên kết cấu đường để có những biện pháp thích đáng đề phòng và khắc phục những nguyên nhân làm cho đường biến dạng hư hỏng Nhất là đối với đường thành phố, đặc điểm là nền thấp, mức nước ngầm cao gần đáy móng mặt đường, ảnh hưởng ngày càng lớn, cần nghiên cứu thường xuyên để đưa ra giải pháp khắc phục hợp lý./

CHƯƠNG II – BIẾN DẠNG HƯ HỎNG CỦA KẾT CẤU ĐƯỜNG VÀ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH

Như đã nói đến trong hai hệ thống nhỏ “ôtô – đường” và “môi trường bên ngoài

- đường”, các bộ phận của kết cấu đường không ngừng chịu tác dụng của tải trọng ôtô

và môi trường bên ngoài

Các lực tĩnh, động thẳng đứng và lực tiếp tuyến mà bánh xe truyền xuống mặt đường làm cho trong kết cấu nền đường phát sinh ra ứng suất và phát sinh biến dạng, bào mòn, hư hỏng

Các yếu tố khí hậu có thể gây cho đất nền bị ẩm ướt, lở sụt mái đường, gây ra ứng suất nhiệt làm nứt nẻ mặt đường, hoặc những biến dạng dẻo như chảy nhựa, làn sóng trên các mặt đường nhựa

Hiện nay, với yêu cầu phát triển ngày càng cao trong giao thông vận tải: Lưu lượng xe lớn, tải trọng xe lớn, vận tốc xe chạy cao, yêu cầu an toàn giao thông cao , đòi hỏi các kết cấu mặt đường phải vững chắc, thông xe được quanh năm Nhưng kết cấu mặt đường cấp cao phải thiết kế sao cho dưới tác dụng xe chạy sẽ không sinh ra các biến dạng dư

Biến dạng và hư hỏng của nền đường cũng ảnh hưởng trực tiếp đến trạng thái của mặt đường Nền đường bị lún vì đầm nén không kỹ, đất nền đường bị ẩm ướt vì dùng đất xấu, không có biện pháp thích đáng điều chỉnh hợp lý chế độ thủy nhiệt sẽ đem lại hiệu quả làm phát sinh các biến dạng lớn trong móng đất làm mặt đường bị lún, nứt nẻ, vỡ gãy

Các lề đường, mái taluy hư hỏng cũng sẽ làm giảm sút độ ổn định của cả kết cấu đường

Các công trình trên đường như cầu cống làm việc không tốt cũng ảnh hưởng lớn đến độ ổn định, cường độ của mặt đường, nền đường và nhiều khi làm gián đoạn giao thông hoặc phải hạn chế tốc độ, hạn chế tải trọng xe

Phân loại các biến dạng và hư hỏng của nền đường, mặt đường, các công trình trên đường và tìm ra nguyên nhân các hư hỏng ấy sẽ giúp cho cơ quan khai thác đường

có biện pháp đề phòng và sửa chữa kịp thời

§ 2.1/ - CÁC LOẠI BIẾN DẠNG VÀ HƯ HỎNG ĐIỂN HÌNH CỦA NỀN, MẶT ĐƯỜNG, CỐNG

Nền và mặt đường là kết cấu tổng thể, biến dạng của nền ảnh hưởng lớn đến mặt đường Để tìm ra các nguyên nhân ta phân biệt biến dạng của nền đường và biến dạng của mặt đường

- Trong nền đường có biến dạng đàn hồi và biến dạng còn dư Biến dạng còn

dư có thể là đều, có thể là không đều Biến dạng còn dư đều là khi nền đường lún đều

do đất được nén lại trong quá trình theo thời gian Biến dạng còn dư mà đều đặn trên khắp cả đoạn đường thì không có gì nguy hiểm, tuy nhiên trường hợp này ít xảy ra một cách hoàn toàn như thế Biến dạng còn dư không đều làm cho nền đường lún không đều cả chiều dọc lẫn chiều ngang vì các nguyên nhân thường gặp như đất không đồng chất, độ ẩm không đều trong đất, chiều cao nền đường không như nhau, tải trọng tác dụng không đều Nền đường biến dạng không đều sẽ làm hư hỏng mặt đường

- Ngoài ra còn có các loại biến dạng hư hỏng khác như: nền đường bị sụp, lề đường biến dạng, mái taluy nền đường bị lở, trụt, trượt

+ Lề đường bị biến dạng khi mặt đường hẹp, xe thường chạy hoặc tránh nhau ra phía lề, đất lề đường đầm nén không kỹ, lề không được gia cố và nhất là việc thoát nước mặt chảy trên lề đường không đảm bảo

+ Nền đường bị trượt thường gặp ở các đoạn đường đắp trên sườn dốc, hay ở các đoạn đất thường trụt lở, nguyên nhân là do móng đất không được chuẩn bị tốt trước khi đắp nền, ví dụ không làm bậc cấp ở sườn dốc, không đầm nén đất kỹ, ở móng đất có lớp đất yếu, đất quá ẩm

+ Mái đường có thể bị lở do gió, nước xâm thực, chủ yếu thường thấy ở nền đường đất cát, đất ít dính

+ Mái đường bị trượt theo nhiều hình thức trượt, như mái đường bị trượt quay,

bị trượt khi lún, bị trượt trôi, bị trượt cắt

 Thường gặp mái đường bị trượt quay ở nền đường đắp cao, đất yếu, đất

ẩm ướt đầm nén khơng kỹ

 Mái đường bị trượt khi lún thường gặp ở những nơi nền đất đắp trên các lớp đất yếu, cĩ khả năng lún và trồi sang một bên, hoặc khi cĩ những lớp cát trồi, hoặc những lớp khống dễ bị nước xĩi mịn như thạch cao, đất muối v.v

 Mái đường bị trượt trơi thường thấy ở những đoạn đường đắp trên sườn dốc hoặc trên lớp đá nghiên khơng ổn định

- Trong kết cấu mặt đường thường gặp những biến dạng và hư hỏng sau

- Biến dạng đàn hồi, phát sinh trong mặt đường vững chắc, cường độ cao, được đầm nén kỹ, đặt trên nền đất khơ ráo đủ độ chặt yêu cầu Sau khi bánh xe đi qua rồi thì biến dạng này sẽ phục hồi hồn tồn

- Biến dạng dẻo khơng phục hồi (cịn dư) trong phạm vị bé phát sinh là do mỗi lần bánh xe chạy qua làm cho mặt đường mền được nén lại Tác dụng này của bánh xe

sẽ đầm nén cho mặt đường dần dần chặt thêm, nếu trị số của biến dạng này khơng vượt quá mức độ nhất định nào đĩ thì nĩ cĩ tác dụng tốt Hiện tượng này xảy ra trong giai đoạn đầu khi mặt đường vừa mới xây dựng xong

- Vết hằn bánh xe là những giải lõm xuống phát sinh trên mặt đường Nguyên nhân cĩ thể là do bánh xe đi qua lại nhiều lần ở một chỗ làm mặt đường bị nén lại ở chỗ ấy Vết bánh xe thường xuất hiện vào mùa mưa nhiều, đất nền bị ẩm ướt, thường xuất hiện trên các mặt đường cấp phối đá dăm, đường đất

1 - Đường nứt ngang do ứng suất nhiệt

2 – Đường nứt chéo – dọc

3 – Đường nứt gần mét phần xe chạy

4 – Đường nứt dọc theo mép nối dọc của

mặt đường bê tông nhựa

5 – Đường nứt dọc theo vết bánh xe chạy

6 – Lưới đường nứt

CÁC LOẠI ĐƯỜNG NỨT ĐIỂN

HÌNH TRÊN MẶT ĐƯỜNG

Hình a: Khi lớp bị cắt

Hình b: Khi lớp bị uốn

Hình a

Hình b

lkp

- Mặt đường bị lún, làm thành những chỗ lõm xuống có diện tích lớn hoặc bé, mặt của chỗ bị lún thoải và bên cạnh chỗ bị lún mặt đường không bị trồi lên Nguyên nhân do nền đất bị yếu cục bộ, do quá ẩm, hoặc do trứơc kia đầm lèn bỏ sót, bây giờ

xe đi qua đầm nén chỗ ấy lún xuống, hoặc do vật liệu cấu tạo mặt đường không đồng nhất, cũng có khi do xe quá nặng đi qua

- Mặt đường bị nứt nẽ là khi trên mặt đường phát sinh các đường nứt với nhiều hình dạng và mức độ khác nhau Những đường nứt ngang phát sinh chủ yếu do sự thay đổi nhiệt độ trong mặt đường, các ứng suất nhiệt lớn phát sinh làm vật liệu mặt đường

bị nứt nẻ Các đường nứt ngang này thường xuất hiện một cách có quy luật trên mặt đường Chúng cách nhau tương đối đều đặn, thường không quá 10m thường thấy hiện tượng nứt nẻ này trên mặt đường bêtông nhựa, mặt đường đá dăm và sỏi sạn gia cố nhựa, mặt đường bê tông xi măng khi các khe biến dạng bố trí không hợp lý

- Các đường nứt dọc theo vệt bánh xe phát sinh chủ yếu là do đất móng yếu, quá ẩm ướt, hoặc từng lớp vật liệu trong kết cấu mặt đường không đủ cường độ, hoặc

do xe có trọng tải quá lớn chạy qua, hoặc do chiều dày mặt đường không đủ

- Các đường nứt chéo dọc phát sinh chủ yếu là do đất nền đầm nén không kỹ, thường lấy trên mặt đường ở chỗ nền đắp cao trên các cống

- Lưới đường nứt là kết quả phát triển của các loại đường nứt riêng rẽ nói trên Lưới đường nứt có hình dạng bất kỳ nhưng các đường nứt nối liền nhau và gần nhau

- Mặt đường vỡ gãy là hiện tượng hư hỏng nặng của mặt đường Trên cả chiều dày của kết cấu mặt đường bị gãy, có khi kèm theo lưới đường nứt dày đặc Nguyên nhân là do lớp đất dưới móng mặt đường hoặc các lớp vật liệu mặt đường đã làm việc trong trạng thái dẻo dưới tác dụng trùng phục của xe ôtô

- Mặt đường còn có thể vỡ gãy ở vị trí dọc theo mép phần xe chạy, do chiều dày của mặt đường ở chỗ này mỏng hơn ở giữa, do nền đất ở chỗ này ẩm ướt vì nước ở lề đường thắm sang, hoặc do đầm lèn mặt đường ở những chỗ này không kỹ

- Đối với mặt đường bêtông xi măng, dưới tác dụng của lực thẳng đứng, tấm bêtông sẽ bị uốn trên nền đất và sinh ra biến dạng Nếu ứng suất gần đến giới hạn cường độ chịu uốn của tấm bê tông xi măng thì sẽ phát sinh kẽ nứt trên mặt đường và tấm dần dần bị phá hỏng Dưới tác dụng của tải trọng lớn truyền qua tấm bê tông xi măng xuống móng đất quá ẩm có thể làm đất bị lún và tấm bê tông xi măng bị lún sụt theo Dưới tác dụng trùng phục của bánh xe trong thời gian dài, cường độ của tấm bêtông xi măng giảm xuống vì hiện tượng mỏi của vật liệu, sẽ làm phát sinh ra những

kẽ nứt nhỏ rồi dần dần phát triển lên Nhiệt độ khác nhau trong chiều dày của tấm cũng là một nguyên nhân gây ra nứt Các đường nứt của tấm bêtông ximăng có nhiều loại như nứt dọc, nứt ngang, nứt chéo, nứt hướng tâm, nứt vòng tròn Ngoài ra ở mép khe nối và góc tấm thường bị gãy vì tác dụng va chạm của bánh xe

- Riêng lớp mặt của kết cấu mặt đường có thể phát sinh các loại biến dạng và

hư hỏng như sau:

+ Mặt bị bào mòn Đó là hiện tượng biến dạng cơ bản của lớp mặt đường Nguyên nhân gây ra bào mòn lớp mặt là tác dụng lực của bánh xe và các yếu tố khí quyển

+ Mặt đường bị bào mòn nhiều ở các đoạn đường xe thường xuyên hãm xe như đoạn xuống dốc, vùng dân cư, trước đường vòng, trước nơi giao nhau, trước bến xe Ngoài ra, khi xe chạy qua đường vòng, khi tránh xe, vượt xe còn phát sinh các lực ngang Tác dụng của các lực ngang này cũng làm cho bánh xe và mặt đường bị bào mòn

+ Các yếu tố khí quyển cũng có những tác dụng phong hóa về mặt vật lý, hóa học đến các vật liệu làm đường và làm yếu các vật liệu này, do đó dưới tác dụng của lực thẳng đứng và nằm ngang của bánh xe các vật liệu này càng dể bị vỡ, dễ bị bào mòn hơn

+ Mặt đường bị lõm Chủ yếu là trên các mặt đường nhựa, có những chỗ hũm lõm vào Hiện tượng này sinh ra chủ yếu là do vật liệu làm mặt đường nhựa trở nên quá dẻo khi nhiệt độ nền đường lên cao Thường gặp ở những chỗ đỗ xe, bến xe, trước chỗ giao nhau

+ Lớp mặt đường bị trượt, làn sóng Hiện tượng này thường gặp ở các loại mặt đường nhựa, cấp phối đá dăm, đường đất Dưới tác dụng của lực tiếp tuyến, khi lực dính bám giữa lớp trên và lớp dưới của tầng mặt không đủ hoặc bị phá hoại, lớp trên sẽ trượt và dồn lại từng đoạn trên mặt của lớp dưới; do đó mà sinh ra trượt và làn sóng Trượt và làn sóng cũng có thể phát sinh trong trường hợp lực dính bám giữa lớp trên

và lớp dưới đủ, nhưng lớp trên quá dẻo, nhất là trong mùa nắng gắt (đối với đường nhựa), hoặc trong mùa ẩm ướt (đối với đường cấp phối, đường đất và chất liên kết là các hạt sét bụi quá nhiều) Hiện tượng trượt và làn sóng thường phát sinh ở những đoạn dưới một dốc dài, trước đường vòng, trước chỗ giao nhau, bến xe nói chung ở những đoạn đường mà xe thường phải sử dụng hãm Làn sóng còn phát sinh trong trường hợp trên mặt đường thường có một loại xe với một vận tốc gần như nhau Thùng xe và bánh xe sẽ bị dao động với một tần số và biên độ không đổi làm cho tác

dụng va chạm của bánh xe lên mặt đường xảy ra lập đi lập lại trên cùng một chỗ Ơû những chổ ấy mặt đường sẽ bị nén xuống và lún nhiều hơn, tạo thành làn sóng Dưới tác dụng va chạm của bánh xe dần dần những chỗ này sẽ bị gãy vỡ, làm thành ổ gà, bước sóng cách đều nhau một cách có quy luật, thường vào khoảng 0,5 – 2,0m tùy theo tốc độ và loại xe thường chạy trên đường

+ Vật liệu hạt nhỏ bị bốc trên lớp mặt đường, đó là hiện tượng hư hỏng ban đầu của lớp mặt Chỗ vật liệu hạt nhỏ bị bốc rời có thể sâu từ vài mm đến 2cm, có thể chiếm một diện tích nhỏ hoặc vài m2 trên mặt đường và dần dần có thể lan ra khắp mặt đường Nguyên nhân của hiện tượng này là do bánh xe chạy qua va chạm vào các hạt vật liệu ở mặt đường, đập vỡ ra các hạt này bị cuốn theo gió theo bánh xe, hoặc do nước hòa tan các chất liên kết hữu cơ bám vào các viên đá không tốt, không đủ, hoặc

do đầm nén vật liệu mặt đường không kỹ

+ Lớp mặt đường bị ổ gà Đó là hiện tượng hư hỏng cục bộ của lớp mặt Ơû mặt đường đá dăm thi công theo phương pháp đá chèn đá Đá gắn chặt với nhau chủ yếu là

do lực ma sát, lớp đá mặt và bột đá do đá vở ra khi lu lèn lấp kín kẽ hỡ giữa các viên

đá dăm, khi lớp này bị bốc ra vì tác dụng của va chạm bánh xe và gió cuốn sau bánh

xe, hoặc do nước mưa xói mòn, hoặc bị dính vào bánh xe ẩm bẩn, thì mặt đường đá dăm sẽ mất chất liên kết, trở nên ghồ ghề lộ ra những kẽ hở, lực ma sát giữa các hòn

đá dăm do đó cũng giảm đi

- Cống thường gặp những biến dạng và hư hỏng sau:

+ Cống thường hư hỏng chủ yếu là do tác dụng của nước, do các khuyết tật trong kết cấu, do móng đất dưới công không đủ cường độ, do thi công không đúng quy cách

+ Nước chảy qua cống có thể xói mòn lòng chảy ở gần miệng cống, xói mòn móng và làm lở đất, sụt cửa cống Nếu nước chảy qua cống với vận tốc quá nhỏ có thể làm đọng bùn, rác rưỡi trong lòng cống Nước có thể thấm xuống các khe giữa các ống cống làm mềm yếu đất móng, đùn đất móng chảy ra ngoài làm sụt, gãy các ống cống

Ngoài ra cống thường bị rỗ và bị ăn mòn do bị phân hóa Nước ngầm và nước mặt ăn mòn hay hòa tan các chất liên kết ở mặt ngoài của các ống cống, làm cho bê tông của cống rỗ lớp bão vệ, nước có thể xâm nhập vào trong và làm gỉ các cốt thép

PHẲNG CỦA MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ

Độ bằng phẳng của đường có thể định nghĩa sai lệch theo phương thẳng đứng của bề mặt đường so với mặt phẳng hoàn toàn nằm ngang Những sai lệch này phản ánh biến dạng lồi lõm theo phương thẳng đứng của bề mặt đường, có ảnh hưởng đến đặc tính động lực của xe cộ, ảnh hưởng đến chất lượng chạy xe và trị số tải trọng động

mà mặt đường phải chịu

Độ bằng phẳng là một chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng của mặt đường (hay móng đường) Mỗi loại đường cần phải đạt được một mức độ bằng phẳng quy định để đảm bảo được tốc độ xe chạy cho phép và an toàn tuyệt đối trong giao thông

Biến dạng theo hướng dọc của bề mặt đường có các hình thức khác nhau Có loại biến dạng lồi lõm bước sóng dài với tần suất thấp, loại này thường là do biến dạng

dẻo của vật liệu các lớp ở dưới tương đối sâu trong kết cấu áo đường gây ra, nếu bề mặt bị đẩy trượt vật liệu lớp mặt do tác dụng của lực ngang thì thường tạo ra hiện tượng không bằng phẳng với bước sóng ngắn có tần suất cao Nếu do nguyên nhân thi công dẫn đến không bằng phẳng thì hai hình thức nói trên đều có

Để định được kích thước, hình dáng, số lượng của những chổ không bằng phẳng và biến dạng của mặt đường, nói chung để đánh giá mức độ bằng phẳng của mặt đường, có thể dùng nhiều thiết bị khác nhau, có thể giới thiệu hai loại chính:

2.2.1/ - Thước đo độ bằng phẳng mặt đường dùng thước dài 3m:

- Phương pháp đo dùng thước dài 3m để đo dộ bằng phẳng hình học và mặt đường nhằm khống chế và đánh giá độ bằng phẳng của các lớp cấu tạo mặt đường (lớp móng, lớp mặt) trong quá trình thi công và nghiệm thu các lớp này

- Thước 3m được dùng làm đường thẳng chuẩn xác định độ bằng phẳng của mặt đường Thước 3m phải đảm bảo thẳng, nhẹ và đủ cứng Độ võng giữa thước đo trọng lượng bản thân gây ra là không được lớn hơn 0.5mm Vật liệu làm thước thường bằng hợp kim nhôm hay có thể là bằng gỗ tốt (chắc, khô, không cong, không vênh)

- Cây nêm có chiều cao thay đổi theo 5 nấc: 3mm; 5mm; 7mm; 10mm; 15mm được dùng để đo nhanh khe hở giữa cạnh dưới của thước dài 3m với mặt đường

Phương pháp đo và qui định về chất lượng độ bằng phẳng của mặt đường

- Trên bề mặt các lớp cấu tạo của mặt đường (móng hay mặt đường) tại trắc ngang cần kiểm tra, đặc thước dài 3m song song với trục đường ở 3 vị trí giữa tim đường, ở bên phải và bên trái tim đường và cách mép đường 1m để đo độ bằng phẳng Dọc theo thước, cứ cách mỗi khoảng 50cm kể từ đầu thước, đo khe hở giữa cạnh dưới của thước với mặt đường bằng cách đẩy nhẹ nhàng nêm vào khe hở để đọc trị số khe

hở tương ứng Các khe hở này được lấy tròn theo các trị số 3mm; 5mm; 7mm; 10mm; 15mm

Ghi kết quả đo được ở mỗi vị trí vào sổ theo dạng biểu mẫu sau:

vị trí 1 vị trí 2 vị trí 3 vị trí 4 vị trí 5 Phải

Cứ 100m đường, mặt đường rộng 7,5m đo tại 3 trắc ngang cần kiểm tra Với mỗi kilomét đường so sánh các tổng số khe đã đo với tiêu chuẩn đã qui định để đánh giá chất lượng về độ bằng phẳng hình học của lớp cấu tạo mặt đường (lớp móng hay lớp mặt) được kiểm tra

Phương pháp đo độ bằng phẳng bằng thước dài 3m đơn giản, dễ làm Thường dùng

15mm 5mm

3mm

7mm 10mm

3m

Bảng tiêu chuẩn qui định về chất lượng độ bằng phẳng của mặt đường

Mức độ bằng phẳng đạt được (h)

Lớp mặt và móng đá dăm cấp phối Tất cả khe hở giữa mặt

đường và thước không vượt

quá 10mm

70% khe hở đo được không quá 10mm, phần còn lại không quá 15mm

Tất cả khe hở giữa mặt đường và thước không vượt quá 15mm

Lớp móng và mặt dùng nhựa đường (Trộn trên đường hay thiết bị)

Tất cả khe hở giữa mặt đường và thước không vượt quá 10mm

Lớp móng và mặt đường đá dăm (sỏi) đen Tất cả khe hở giữa mặt

đường và thước không vượt

quá 5mm

70% khe hở đo được không quá 5mm, phần còn lại không quá 7mm

Tất cả khe hở giữa mặt đường và thước không vượt quá 7mm

Mặt đường bê tông nhựa và bê tông xi măng 70% khe hở giữa mặt

đường và thước không quá

3mm, phần còn lại không

quá 5mm

50% số khe hở không vượt quá 3mm, phần còn lại không quá 5mm

Tất cả khe hở giữa mặt đường và thước không vượt quá 5mm

Chú thích: Cho phép có 5% số khe hở vượt quá qui định, nhưng khe hở lớn nhất không

được vượt quá 2 lần trị số qui định

2.2.2/ - Đo độ bằng phẳng mặt đường theo chỉ số độ gồ ghề quốc tế IRI:

Kiểm tra và đánh giá độ bằng phẳng mặt đường thông qua chỉ số độ gồ ghề quốc tế IRI (International Roughness Index) phục vụ cho việc kiểm tra, đánh giá độ bằng phẳng mặt đường của đường ô tô và đường cao tốc trong công tác: nghiệm thu, khảo sát thiết kế tăng cường, xây dựng ngân hàng dữ liệu đường ô tô, dự báo đầu tư

sửa chữa nâng cấp đường ô tô

Độ gồ ghề mặt đường: Phản ảnh những mấp mô theo mặt cắt dọc của mặt đường với bước sóng có biên độ đặc trưng ảnh hưởng đến đặc tính động lực của xe, chất lượng chạy xe, điều kiện thoát nước và gây ra tải trọng động tác động lên đường

Chỉ số độ gồ ghề IRI: là chỉ số biểu thị mức độ gồ ghề mặt đường theo chuẩn quốc tế IRI là một mô phỏng toán học và được tính toán thông qua mô hình toán học

“một phần tư xe” biểu thị phản ứng xóc của xe với mặt cắt dọc đường khi một xe ô tô chuẩn (xe Golden car) chạy trên đường với tốc độ chuẩn là 80 km/h Đơn vị của IRI thường sử dụng là m/km và có giá trị từ 0 (m/km) đến 20 (m/km)

Độ lớn của giá trị IRI phụ thuộc vào tình trạng gồ ghề bề mặt của mặt cắt dọc đường; mặt đường càng kém bằng phẳng, IRI càng lớn Trên cơ sở số liệu mặt cắt dọc đường cụ thể đã đo, giá trị IRI sẽ được tính toán thông qua phần mềm chuyên dụng (phần mềm mô phỏng toán học) kèm theo thiết bị đo

Việc xác định độ bằng phẳng mặt đường theo IRI, tuỳ thuộc vào thiết bị hiện

có, sẽ sử dụng một trong hai phương pháp đo sau:

a/ - Phương pháp đo gián tiếp: Là phương pháp đo không đưa ra trực tiếp giá

trị IRI của toàn bộ tuyến đường thí nghiệm mà phải gián tiếp xác định IRI thông qua phương trình thực nghiệm được thiết lập trên cơ sở quan hệ giữa giá trị độ xóc và giá trị IRI đo được trên các đoạn đường ngắn chọn trước gọi là các đoạn định chuẩn

Đo độ bằng phẳng trên toàn tuyến : Tiến hành chạy xe có lắp thiết bị đo xóc

mặt đường kiểu phản ứng trên các làn xe của tuyến đường Trong quá trình thí nghiệm cần phải tuân thủ đúng các điều sau:

+ Chỉ được phép chạy xe đo xóc với các tốc độ định chuẩn đã lựa chọn Tuỳ thuộc vào điều kiện thực tế lúc đo, có thể chỉ sử dụng một tốc độ định chuẩn chủ đạo

để đo cho toàn tuyến hoặc phải sử dụng thêm tốc độ định chuẩn dự phòng cho các đoạn đường có tình trạng lưu thông khó khăn Nếu trên một đoạn đường nào đó phải chạy xe với tốc độ định chuẩn dự phòng thì việc đo phải được thực hiện riêng, tránh tình trạng thay đổi tốc độ đo từ đoạn này sang đoạn khác

+ Vận tốc xe đo phải giữ không đổi so với vận tốc khi định chuẩn ( sai số giữa vận tốc định chuẩn và vận tốc đo khi thí nghiệm không được trênh nhau quá 3km/giờ)

+ Chạy đúng làn cần đo, không chạy lấn sang làn xe khác

+ Trong quá trình đo xóc, cần đánh dấu các vị trí cần ghi nhớ như: Cột cây số, các vị trí đầu cầu và cuối cầu, đoạn đường xấu

+ Nếu tại đoạn đường nào đó, do trở ngại giao thông nên xe đo xóc không chạy được đúng với vận tốc định chuẩn dự kiến thì phải huỷ kết quả và tiến hành đo lại

Tính toán và báo cáo kết quả thí nghiệm đo độ bằng phẳng IRI:

+ Tính toán độ bằng phẳng IRI: Trên cơ sở kết quả thí nghiệm đo xóc, căn cứ

vào tốc độ của xe đo trên từng đoạn mà sử dụng phương trình tương quan thực nghiệm giữa IRI và độ xóc cộng dồn tương ứng với vận tốc định chuẩn đã thiết lập để tính ra giá trị IRI

+ Báo cáo kết quả:Trong hồ sơ báo cáo kết quả phải nêu rõ các nội dung sau

 Chiều dài và đặc điểm của tuyến thí nghiệm

 Các thiết bị thí nghiệm và tính năng kỹ thuật

 Lý trình và tình trạng mặt đường của các đoạn định chuẩn

 Các kết quả thí nghiệm trên các đoạn định chuẩn, các phương trình tương quan thực nghiệm tương ứng với từng vận tốc thí nghiệm

 Vận tốc thí nghiệm thực tế

 Bảng và đồ thị kết quả IRI chi tiết của từng làn xe theo từng đoạn đường

có chiều dài không đổi ( từ 100m đến 500 m ), IRI trung bình của từng làn xe, IRI trung bình của từng đoạn đường theo các cột Km và theo các đoạn đồng đều thống kê

 Các ghi chú cần ghi nhớ: cột Km, đoạn hư hỏng, đoạn qua cầu, đoạn giao đường sắt

Ghi chú: Kết quả tính toán và báo cáo IRI trên các đoạn không bao hàm các

giá trị IRI của các đoạn đặc biệt như đoạn qua cầu, đoạn giao với đường sắt

b/ - Phương pháp đo trực tiếp: Là phương pháp đo đưa ra trực tiếp giá trị IRI

của toàn bộ tuyến đường thí nghiệm Do tốc độ đo nhanh và cơ động nên phương pháp này thích hợp với việc đo độ bẳng phẳng theo IRI trên đường cấp cao

Đo độ bằng phẳng trên toàn tuyến

Tiến hành chạy xe đo có gắn hệ thống thiết bị đo độ bằng phẳng mặt đường trên mỗi làn xe của tuyến đường cần thử nghiệm Trong quá trình chạy xe phải đảm bảo tuân thủ đúng các yêu cầu sau:

+ Chạy đúng làn cần đo, không chạy lấn sang làn xe khác

+ Vận tốc xe chạy khi đo phải đảm bảo nằm trong phạm vi vận tốc cho phép quy định của thiết bị

+ Nếu tại đoạn đường nào đó, do trở ngại giao thông dẫn đến vận tốc chạy xe nằm ngoài khoảng vận tốc cho phép thì phải huỷ kết quả và tiến hành đo lại

+ Trong quá trình thí nghiệm, cần đánh dấu các vị trí cần ghi nhớ như: cột cây

số, các vị trí đầu và cuối cầu, đoạn đường xấu

Tính toán và báo cáo kết quả thí nghiệm đo độ bằng phẳng IRI (như phương pháp đo gián tiếp)

Tiêu chuẩn đánh giá phục vụ công tác nghiệm thu:

+ Với đường xây dựng mới:

Độ bằng phẳng mặt đường bê tông nhựa và bê tông xi măng khi nghiệm thu hoàn công phải đảm bảo đạt được độ bằng phẳng với giá trị IRI tuỳ thuộc vào cấp đường thoả mãn yêu cầu quy định như sau

Đường cao tốc cấp 120, cấp 100 và cấp 80 IRI  2,0

Đường cao tốc cấp 60, đường ô tô cấp 60 IRI  2,5

+ Với đường cải tạo, nâng cấp:

Độ bằng phẳng mặt đường bê tông nhựa và bê tông xi măng khi nghiệm thu hoàn công phải đảm bảo đạt được độ bằng phẳng với giá trị IRI tuỳ thuộc vào cấp đường

thoả mãn yêu cầu quy định như sau:

Đường cao tốc cấp 120, cấp 100 và cấp 80 IRI  2,5

Đường cao tốc cấp 60, đường ô tô cấp 60 IRI  3,0

Tiêu chuẩn đánh giá phục vụ công tác quản lý, lập kế hoạch duy tu bảo dưỡng

Chất lượng mặt đường theo chỉ tiêu IRI phục vụ cho công tác quản lý, lập kế hoạch duy tu bảo dưỡng đường ô tô được phân thành 4 cấp: tốt, khá, kém và rất kém với giá trị IRI tuỳ thuộc vào loại mặt đường và cấp đường qui định như sau:

IRI  2 2<IRI  4 4<IRI  6 6<IRI  8

Đường cao tốc cấp

60, đường ô tô cấp 60

IRI  3 3<IRI  5 5<IRI  7 7<IRI  9

Đường ô tô cấp 40

và cấp 20 IRI  4 4<IRI  6 6<IRI  8 8<IRI  10 Cấp cao A2:

Bê tông nhựa

rải nguội, rải

và cấp 20 IRI  8 8<IRI  12 12<IRI  16 16<IRI  20

Chất lượng độ bằng phẳng mặt đường dưới tác dụng của xe chạy và ảnh hưởng của môi trường sẽ suy giảm theo thời gian kể từ lúc đưa đường ô tô vào khai thác Cần

có kế hoạch kiểm tra chất lượng độ bằng phẳng IRI hàng năm nhằm phục vụ cho công tác dự báo mức độ suy giảm độ bằng phẳng mặt đường và lập kế hoạch duy tu sửa chữa mặt đường

§ 2.3 - SỰ HAO MÒN CỦA MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ VÀ CÁCH ĐO

Do tác dụng của lực ở bánh xe lên mặt đường và tác dụng của các nhân tố khí quyển mà mặt đường bị hao mòn Tác dụng của nước, nhiệt độ, gió làm cho vật liệu

bị phong hóa, tạo thêm điều kiện để mặt đường mau mòn dưới tác dụng của bánh xe

Khi bánh xe chạy trên đường, các lực xung kích thẳng đứng tác dụng làm cho vật liệu vỡ dần ra, và các lực ngang sẽ làm bóc vật liệu ấy đi Khi xe chạy bánh xe sẽ

bị trượt trên mặt đường về phía trước cũng như về một bên, do đó mặt đường bị bào mòn

Mặt đường có thể bị bào mòn đều và không đều trên phần xe chạy Mặt đường mòn không đều làm cho chất lượng khai thác của nó giảm đi, sở dĩ mặt đường mòn không đều là vì các nguyên nhân thường gặp sau:

- Cường độ mặt đường và tính chịu bào mòn của vật liệu ở mặt đường không đều Việc duy tu, sửa chữa từng chỗ riêng rẽ làm cho mặt đường không đồng nhất về cường độ cũng như sức chịu bào mòn, chủ yếu thì bị bào mòn nhanh

- Xe phân phối không đều trên phần xe chạy Xe nặng, ôtô buýt có tác dụng bào mòn mặt đường nhiều hơn

- Tốc độ xe lớn bé khác nhau cũng bào mòn mặt đường khác nhau Tốc độ lớn thì sinh ra lực xung kích lớn, lực trượt lớn khi qua các chỗ lồi lõm, làm cho các chỗ ấy

Trị số chiều dày bị hao mòn cho phép H o của các loại mặt dường

Cấu tạo mặt đường càng vững chắc, lớp hao mòn làm bằng vật liệu đồng nhất, thì mặt đường càng có khả năng được bào mòn đều đặn Mặt đường đá dăm, cấp phối, đất cải thiện không có lớp hao mòn làm bằng chất liên kết hữu cơ thì khó bảo đảm hao mòn đều đặn, mà thường phát sinh lồi lõm, ổ gà Mặt đường nhựa dùng loại nhựa

có độ nhớt càng lớn (độ kim lún càng bé) thì độ bào mòn càng nhỏ Mặt đường bê tông

xi măng lúc mới đưa ra sử dụng bào mòn gấp hai lần so với mười năm sau

Việc xác định trị số hao mịn cho phép của mặt đường cĩ ý nghĩa quan trọng trong việc đề ra các biện pháp khai thác đường cho hợp lý Nghiên cứu để biết quy luật hao mịn mặt đường giúp ta cĩ khả năng dự định khối lượng cơng tác và biện pháp cần thiết để duy tu hàng năm, trung tu và đại tu đường, để làm lại hồn tồn lớp hao mịn hay làm lại một phần

Hiện tượng bào mịn mặt đường phụ thuộc rất nhiều yếu tố, tính tốn phức tạp, cho đến nay chưa cĩ một phương pháp chính xác nào để cĩ thể xác định đúng được độ hao mịn của mặt đường

Theo các kết quả nghiên cứu, đo đạt trong nhiều năm gần đây trên những con đường khác nhau, người ta đề nghị các cơng thức gần đúng phản ánh cho quy luật hao mịn của mặt đường

Độ hao mịn của mặt đường tuân theo thời gian và đặc trưng bằng một đường cong, phụ thuộc vào tổng số khối lượng xe cộ hàng hĩa chuyên chở trên đường

Trong giai đoạn đầu (I) sau khi đưa đường vào khai thác, kết cấu mặt đường bị

xe cộ đầm nén lại, chiều dày của mặt đường bé lại một lượng là ho Trong giai đoạn (II), là giai đoạn phục vụ chủ yếu của mặt đường, thì giữa độ hao mịn và tổng số tổng khối lượng xe cộ (cả hàng hĩa) chạy trên đường gần như cĩ quan hệ bậc nhất, đoạn

AB xem như là một đoạn thẳng Để đạt được quan hệ bậc nhất này thì việc duy tu bảo dưỡng mặt đường phải kịp thời và đảm bảo chất lượng Trường hợp trái lại, đường sẽ phát sinh ổ gà sớm, hao mịn khơng đều và quan hệ khơng theo bậc nhất mà theo đường cong AB1, nghĩa là cường độ hao mịn mặt đường tăng nhiều Đến hết giai đồn

II, khi trị số hao mịn đã đạt đến một trị số cho phép tối đa là H0 mà tổng số khối lượng

xe cộ chạy trên đường cứ tiếp tục tăng lên thì mặt đường sẽ bị bào mịn rất nhanh vì lúc ấy trên mặt đường dễ phát sinh ổ gà và hiện tượng mịn khơng đều; đoạn BC sẽ biến dạng cong Cơ quan khai thác đường cần tiến hành làm lại lớp hao mịn, khơng được để mặt đường bước sang giai đoạn III

Lưu lượng xe càng lớn, xe nặng càng nhiều, mặt đường càng mau mịn Mặt khác ảnh hưởng của các nhân tố khí quyển càng nhiều thì mặt đường hao mịn càng chĩng Vì thế độ hao mịn của mặt đường phụ thuộc vào khối lượng xe cộ chạy trên đường và điều kiện khí hậu thới tiết của từng vùng Thơng thường mặt đường mịn

Hao mòn

Các giai đoạn

Sơ đồ phát triển của hao mòn mặt đường theo thời gian

khơng đều vì thế khơng thể chỉ tính thời hạn phục vụ của lớp hao mịn theo độ mịn trung bình để định kỳ sửa chữa mà phải quy định thêm là bất kỳ trường hợp nào cũng khơng để cho lớp chịu lực ở dưới bị mịn và phá hỏng Theo kinh nghiệm, người ta quy định dù là độ hao mịn trung bình chưa đến trị số giới hạn cho phép Ho, nhưng khi lớp hao mịn vì mịn khơng đều, đã để lộ ra khoảng 5% diện tích của lớp chịu lực thì phải tiến hành bổ khuyết ngay ở những chỗ ấy Trường hợp lớp hao mịn dày thì khơng cho phép để lộ ra quá 1,5% diện tích của lớp chịu lực Trường hợp lớp hao mịn mỏng nằm trên lớp chịu lực vững chắc thì cho phép để lộ ra khoảng 15 – 20% diện tích lớp chịu lực

Trị số tham khảo về độ hao mịn hàng năm của các loại mặt đường

Khi cường độ giao thơng nhỏ

0 , 5

0 , 16

1 , 10

5 , 35

1 , 24

-

9 , 3

1 , 3

0 , 12

5 , 8

4 , 23

0 , 14

3 , 37

4 , 29

4 , 1

1 , 1

0 , 7

8 , 5

4 , 13

5 , 8

1 , 24

8 , 18

Ghi chú: - Tử số – đối với đá hỏa thành

- Mẫu số – đối với đá vơi

Để đo độ hao mịn của mặt đường cĩ thể dùng các phương pháp sau:

1/ - Dùng các miếng kim loại mềm (chì, kẽm) hình tam giác, hình thang, hình chữ thập cĩ chiều cao lớn hơn độ bào mịn thép H0 của mặt đường một ít Đặt đứng miếng kim loại này ở trong lớp mặt đường ngay trong lúc đang thi cơng mặt đường Trong quá trình khai thác đường, mặt đường mịn, miếng kim loại mềm này sẽ mịn theo Khi đĩ độ bào mịn, khơng cần phải lấy miếng kim loại lên mà cứ giữ nguyên vị trí của nĩ trong mặt đường, ta đo chiều dài của cạnh miếng kim loại lộ ra trên mặt đường, rồi dùng tính chất đồng dạng của các hình mà tìm ra độ bào mịn của miếng kim loại, và đĩ cũng là trị số bào mịn của mặt đường

>Ho

Các miếng kim loại mềm để xác định độ mài mòn của mặt đường

Hình tam giác Hình chữ thập Hình thang

>Ho

>Ho

>Ho

Theo hình a, hình b ta tính được trị số độ bào mịn của mặt đường theo cơng thức (trường hợp miếng kim loại hình tam giác)

m

n H

h  Trong đĩ:

H – Chiều cao miếng kim loại mềm, mm;

m – Đáy miếng kim loại mềm, mm;

n – Cạnh miếng kim loại mềm lĩ ra trên mặt đường sau khi mặt đường cùng miếng kim loại bị bào mịn, mm;

h – Độ bào mịn của mặt đường, mm

Dùng các miếng kim loại mềm đặt vào lớp mặt đường để xác định độ hao mịn

là một phương pháp tương đối đơn giản, nhưng khi cần đo thì khĩ tìm các miếng kim loại này trên mặt đường nhất là trên các đường nhựa

2/ - Dùng các mốc kim loại khơng rỉ đặt sâu trong lớp mặt đường rồi dùng nút cao su hoặc mattit cĩ màu sắc dễ nhận đậy lỗ lại Mỗi khi cần đo thì lấy nút ra, đặt thước đo độ hao mịn mặt đường lên đầu mốc (1)

Thước đo gồm cĩ bàn máy (4), thước di chuyển (3), du xích (2) Mỗi lần đo phải đo cả 4 phương thẳng gĩc với rồi lấy trị số trung bình

Hiệu số hai lần đo trong khoảng thời gian t năm là chiều dày bị bào mịn của mặt đường trong khoảng thời gian đĩ, trị số hao mịn hằng năm H tính theo cơng thức:

t

h h

H t  2

 , mm Trong đĩ:

h1 – trị số đo lần thứ nhất, mm;

h2 – trị số đo sau t năm, mm Trên đoạn đường muốn đo độ hao mịn ta bố trí 3 trắc ngang cách nhau 10 m, tại mỗi trắc ngang đặc 3 ÷ 5 mốc trong mặt đường Đối với đường cấp cao thường đo

Sơ đồ tính độ bào mòn của mặt đường khi dùng miếng kim loại mềm

Hình a: Trước khi mặt đường bị bảo mòn

Hình b: Sau khi mặt đường bị bào mòn

số bám giữa bánh xe với mặt đường quá thấp

Để giải quyết vấn đề này người ta tiến hành đồng thời theo nhiều hướng: Về mặt các nhà chế tạo ơ tơ thì chú ý nâng cao chất lượng hệ thống hãm xe và hệ thống tay lái Những nhà sản xuất lốp xe ơ tơ thì chú ý thay đổi cải tiến cấu tạo và hình dạng mặt ngồi của lốp xe nhằm tăng cao độ bám của mặt lốp xe với mặt đường Về phần những người thiết kế, xây dựng và khai thác đường thì tìm cách làm cho mặt đường cĩ

độ nhám cao, lâu mịn và tương đối ổn định cả khi mặt đường bị ẩm ướt

Cĩ rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến độ bám của bánh xe với mặt đường, trong

đĩ cĩ yếu tố quan trọng là độ nhám của mặt đường

Hiện nay cĩ rất nhiều phương pháp và thiết bị để xác định độ bám của bánh xe với mặt đường Cĩ thể phân thành hai nhĩm lớn

Một là phương pháp trực tiếp xác định hệ số bám và nhĩm thứ hai là phương pháp gián tiếp qua việc đo độ nhám của mặt đường

Sơ đồ đặt mốc bằng kim loại

trong lớp mặt đường để độ hao

mòn

1 – Mốc bằng kim loại không rỉ

2 – Nút bằng cao su hoặc mattit

Sơ đồ thiết bị đo độ hao mòn mặt đường

1 – Mốc kim loại

2 – Du xích

3 – Thước có chia vạch

4 – Bàn máy

+ Trong phương pháp trực tiếp đo hệ số bám người ta dùng các thiết bị khác nhau như xe đo lực, bản thân ô tô, các thiết bị đo giảm tốc, thiết bị cầm tay như dụng

cụ đo kiểu quả lắc, bàn cao su trượt trên mặt đường hoặc các dụng cụ dùng đo ở trong phòng thí nghiệm như giá đo có bánh rơi hay giá đo có bánh cố định v v

+ Trong phương pháp đo gián tiếp qua việc xác định độ nhám của mặt đường người ta dùng phương pháp rắc cát, phương pháp chụp ảnh nổi mặt đường, phương pháp áp khuôn bằng thạch cao lên mặt đường

Nguyên tắc làm việc và cách sử dụng một số thiết bị đo độ nhám và độ bám của mặt đường tương đối phổ biến

2.4.1/ - Phương pháp xác định độ nhám của mặt đường bằng phương pháp rắc cát:

Phương pháp đo gián tiếp xác định độ nhám của mặt đường bằng cách dùng cát

để đo chiều sâu trung bình cấu trúc vĩ mô bề mặt áo đường

Kỹ thuật này được dùng để nghiệm thu mặt đường mới hoặc để đánh giá chất lượng của mặt đường hiện đang khai thác có lớp phủ mặt là bê tông nhựa hoặc bê tông

xi măng.

A/ - Phương pháp thí nghiệm:

A.1/ - Chuẩn bị thiết bị và vật liệu:

- Vật liệu cát tiêu chuẩn dùng để thử nghiệm cần phải khô, sạch, tròn cạnh và có đường kính cỡ hạt thoả mãn yêu cầu lọt qua sàng cỡ N o 50 và giữ lại trên sàng cỡ N o

100

- Ống đong cát dùng để xác định thể tích bên trong là 25 cm3

- Bàn xoa cát hình tròn, bằng gỗ, đường kính 6.0 - 7.5 cm , dày khoảng 2.0 cm Mặt đáy của bàn xoa được phủ một lớp cao su mỏng, mặt trên có núm để cầm

- Một bàn chải sắt cứng và một bàn chải lông mềm để quét sạch mặt đường

- Một thước dài khắc vạch tới 500 mm để đo đường kính mảng cát thí nghiệm

A.2/ - Tiến hành thí nghiệm:

- Vị trí thử nghiệm : Chọn các vị trí thử nghiệm tại các vệt xe chạy trên các làn

xe Khoảng cách tối thiểu từ điểm đo đến mép mặt đường là 50 cm Khoảng cách tối thiểu giữa hai điểm đo kề nhau trên cùng một mặt cắt ngang là 100 cm Không được thí nghiệm khi mặt đường ẩm ướt

- Đong cát: Đổ đầy cát nói trên vào ống đong có thể tích đã biết, rồi dùng thước

rà gạt phẳng

- Thực hiện phép đo: Đổ thể tích cát đã đong lên mặt đường đã làm sạch Dùng bàn xoa có bịt cao su, san cát từ trong ra ngoài theo hình xoắn ốc để tạo thành một mảng cát tròn liên tục, lấp đầy các lỗ hổng trên mặt đường cho ngang bằng với các đỉnh của các hạt cốt liệu Đo và ghi đường kính của hình tròn mảng cát tại ít nhất bốn vị trí cách đều nhau trên mỗi đường bao chu vi của hình tròn cát Tính đường kính trung bình của mảng cát thí nghiệm, lấy tròn đến từng mm để làm trị số tính toán

B/ - Tính toán xử lý kết quả:

- Chiều sâu trung bình đo bằng cát tại mỗi vị trí đo ( htbi ) được xác định bằng

tỷ số giữa thể tích cát đã biết V và diện tích mảng tròn cát S , được xác định như sau:

htbi - Tính bằng mm và lấy đến 2 trị số sau dấu phẩy

V - Thể tích cát đã biết, đựng trong ống đong ( 25 000 mm 3 )

D - Đường kính trung bình của mảng cát thí nghiệm đã đo , tính theo mm

- Chiều sâu trung bình cấu trúc vĩ mô của đoạn mặt đường được xem là đồng nhất về độ nhám (Htb) được tính bằng trung bình số học của tất cả các giá trị chiều sâu trung bình đo bằng cát (htbi ) tại các điểm đo trong đoạn :

Htb =

n

h n

i tbi

- Sai số của các lần đo tại cùng một vị trí thử nghiệm không được phép vượt quá 1% so với giá trị trung bình của các lần đo lặp

- Đối chiếu giá trị chiều sâu trung bình cấu trúc vĩ mô của mặt đường với các giá trị của bảng 1 để đánh giá tình trạng an toàn về nhám của các đoạn đường hiện có,

đề ra được các biện pháp khắc phục như : tăng cường một lớp tạo nhám, hạn chế tốc

H > 1.20 Rất thô

Đường qua nơi địa hình đi lại khó khăn, nguy hiểm ( đường vòng, quanh co , đường cong có bán kính < 150 mét mà không hạn chế tốc độ ; đoạn đường có độ dốc dọc > 5%, chiều dài dốc > 100 mét )

- Thật ra khi gạt cát bằng thiết bị cầm tay, tại vệt cát cịn những lỗ chưa lấp kín hết cát được, vì thế trị số độ nhám đo được thường bé hơn độ nhám thực tế của mặt đường một ít

- Ưu điểm của phương pháp này là đơn giản, thiết bị khơng phức tạp nhưng cĩ nhược điểm là phải cấm xe khi đang đo, số liệu đo cịn phụ thuộc và thao tác của người đo và khĩ làm đối với mặt đường ít nhám

Ghi chú:

Độ nhám mặt đường bao gồm 2 thành phần: nhám vi mơ (Microtexture) và nhám vĩ mơ (Macrotexture) đĩ cũng là 2 thành phần chủ yếu tạo nên sức kháng trượt

+ Độ nhám vi mơ (độ nhám mịn – Microtexture): Chính độ xù xì của bề mặt cốt liệu

đá lộ ra trên mặt đường Khĩ nhìn thấy được độ nhám này (<0,5 mm) Độ nhám vi mơ là sự duy trì lâu bền của các hạt cốt liệu phụ thuộc trước hết là vào các đặc trưng thạch học của loại

đá gốc

+ Độ nhám vĩ mơ (độ nhám thơ - Macrotexture): Chính là độ nhám của tồn bộ mặt đường và được hình thành từ hình dáng kích thước các hạt cốt liệu lộ ra trên mặt đường Độ nhám hay độ xù xì này dễ dàng nhìn thấy (> 0,5 mm) Như vậy khác với độ nhám vi mơ, sự duy trì bền lâu của nĩ lại phụ thuộc nhiều yếu tố khác, trong đĩ việc liên kết, ổn định các hạt vật liệu đá ở những vị trí xác định trong kết cấu mặt đường đĩng vai trị quyết định khá lớn

2.4.2/ - Phương pháp xác định hệ số bám của mặt đường theo chiều dài hãm của ơ tơ:

Ơ tơ chạy với tốc độ quy định trên đoạn đường cần đo ϕ hãm đột ngột cho đến khi xe dừng hẳn lại

Hệ số bám ϕ của mặt đường được tính theo cơng thức:

ϕ = (v2K / 254S

h) ± i Trong đĩ:

v _ vận tốc của xe lúc bắt đầu hãm km/giờ

S

h _chiều dài hãm xe đo được trên đường, m

i _độ dốc dọc của đoạn đường thí nghiệm, %

k _thơng số kể đến sự thay đổi hệ số ϕ : khi tốc độ xe biến đổi trong quá trình hãm xe, nếu tốc độ của xe lúc bắt đầu hãm là 60 km/giờ thì k = 0,7

Điều kiện cần để cho việc xác định ϕ được tương đối chính xác của phương pháp này là khi xe hãm đột ngột, tất cả các bánh xe phải được hãm cứng lại, sau đĩ ơ

Như vậy thiết bị của bộ phận hãm phải điều chỉnh thật tốt, bảo đảm hãm cứng các bánh xe cùng mốt lúc Mặt khác độ dài hãm xe S

h phải xác định chính xác Để thực hiện được điều này, người ta lắp vào đó thiết bị bắn làm dấu trên mặt đường Trong ống, người ta nạp sơn bột hay phấn bột độ 0,5gam; khi hãm xe thì sơn bột này được bắn ra làm dấu cho vị trí bặt đầu hãm xe Người ta đo từ tâm của dấu sơn trên mặt đường cho đến khi vị trí xe dừng hẳn được S

h Khi tiến hành thí nghiệm người ta chọn đoạn đường bằng phẳng và thẳng, rửa sạch đường và trên mặt đường giữ cho thật ẩm Dùng xe tiêu chuẩn, chạy với vận tốc

60 km/giờ và hãm thật đột ngột Nếu vận tốc xe lúc bắt đầu hãm không sai lệch quá ± 0.5 km/giờ và chiều dài hãm xe S

h đo không sai lệch quá ± 0.1 m thì sai số khi xác định hệ số bám ϕ không sai quá ± 3% Tiến hành thí nghiệm 5 lần trên một đoạn đường rồi lấy trị số trung bình

Phương pháp này có ưu điểm là đơn giản, dễ thực hiện và giữ được các điều kiện thực tế trong khi xe chạy trên đường, tuy nhiên có các nhược điểm chủ yếu sau:

+ Chiều dài hãm xe thực ra là do sự di chuyển không bị trượt và cả có bị trượt của bánh xe đã bị hãm, mà quan hệ của 2 phần di chuyển này của bánh xe lại phụ thuộc vào những yếu tố khó xác định như trạng thái kỹ thuật của thiết bị hãm, đặc tính tâm lý của lái xe, cường độ sức ép của chân lái xe lên bàn đạp hãm

+ Khó xác định ϕ trong trường hợp vận tốc cao, vì ô tô có thể bị lật đổ khi hãm đột ngột

+ Lớp xe mòn nhanh và chóng hư hỏng

2.4.3/ - Phương pháp xác định hệ số bám của mặt đường bằng con lắc Anh:

Thiết bị thí nghiệm độ nhám mặt đường bằng con lắc Anh đã được chuẩn hóa theo một qui trình quốc tế mang mã hiệu theo tên gọi theo AASHTO:T278 - 90 hay tên gọi theo ASTM:E303 - 93 đã đượng nhiều nước trên thế giới dùng làm tiêu chuẩn của riêng mình như Anh, Mỹ, Trung Quốc

Ở Việt Nam thiết bị con lắc Anh cũng dùng phổ biến để thí nghiệm thí điểm các tuyến đường quan trọng và được Bộ Giao thông vận tải thừa nhận như: Quốc lộ 51, Nam Thăng Long (Hà Nội), Bắc Thăng Long

Đây là một loại thiết bị thí nghiệm kiểu có thể xách tay Mặt dưới của con lắc

có lắp một mảng trượt bằng cao su như là mặt lốp xe cho con lắc rơi tự do từ một độ cao nhất định và khi con lắc trượt qua bề mặt đường ẩm ướt sẽ bị tổn hao một phần năng lượng, nhờ độ cao con lắc lên cao trở lại sẽ có thể biết được phần năng lượng bị tổn hao này, từ đó theo nguyên lý bảo toàn công năng sẽ xác định được trị số chống

trượt BPN (Bristish pendulum number) của vật liệu mặt đường (hay gọi là độ nhám

mặt đường) Điều kiện thí nghiệm gần như tương ứng với tình huống cản trở ma sát khi bánh xe trượt với tốc độ 50 km/h

Hệ số bám mặt đường được tính theo công thức sau:

n : Hệ số bám theo phương ngang mặt đường

BPN: Độ nhám của mặt đường đo bằng thiết bị con lắc Anh

Những điều cơ bản về quy trình thí nghiệm độ nhám mặt đường bằng thiết bị xách tay con lắc Anh (AASHTO:T278-90; ASTM:E303-93)

+ Giá trị đo được, hay trị số con lắc Anh, viết tắt là BPN (Bristish pendulum number) cho bề mặt phẳng đại diện cho tính chất ma sát thu được

do vậy cho phép mảnh trượt tạo ra sự tiếp xúc (chạm) với bề mặt thử

+ Một kim (drag poiter) biểu thị BPN Độ ma sát giữa mảnh trượt và bề mặt thử càng lớn, độ đu đưa càng bị giảm, và BPN càng lớn

- Dụng cụ:

+ Con lắc Anh có con lắc với mảnh trượt và khung giữ mảnh trượt có trọng lượng 1500 ± 30g Khoảng cách từ trọng tâm của con lắc đến tâm dao động là 16.2 ± 0.2 in (411 ± 5mm)

+ Mảnh trượt – Cấu tạo của mảnh trượt bao gồm 1 miếng đỡ bằng cao su Thành phần của cao su là cao su tự nhiên thoả mãn tiêu chuẩn của kỹ thuật qui định

+ Vật chuẩn tiếp xúc bao gồm 1 thước mỏng có thể dễ dàng đánh dấu chiều dài vệt tiếp xúc

+ Các dụng cụ linh tinh khác chẳng hạn như bình đựng nước, nhiệt kế bề mặt,

và bàn chải được đòi hỏi

- Thí nghiệm hiện trường: Bề mặt thí nghiệm ngoài hiện trường không có các

hạt rời rạc Mặt phẳng thử nghiệm không cần phải nằm ngang miễn là dụng cụ có thể

thuỷ chuẩn tại vị trí công tác bằng cách sử dụng các ốc chỉnh thăng bằng bọt nước khi đầu của con lắc không tiếp xúc với mặt đất

- Chuẩn bị dụng cụ thí nghiệm: Thuỷ chuẩn – cân bằng dụng cụ một cách

chính xác bằng cách vặn các ốc cân bằng cho đến khi bọt khí ngay chính giữa tâm của giọt nước Chỉnh zero – Nâng bộ phận cơ của con lắc và đặt con vào vị trí chuẩn bị và vặn kim ngược chiều kim đồng hồ cho đến khi nó tựa vàoốc chỉnh tại tay đòn con lắc Giải phóng con lắc và ghi nhận chỉ số đọc của kim

- Chỉnh chiều dài trượt :

+ Với con lắc được treo một cách tự nhiên, đặt cái nêm nằm dưới ốc chỉnh của quai nâng Hạ thấp dần con lắc để cạnh của mảnh trượt vừa tiếp xúc với bề mặt thử nghiệm Khoá đầu của con lắc một cách chắc chắn và nhấc quai nâng để lấy nêm ra + Nâng con lắc bằng cách nhấc quai nâng, xoay chuyển con lắc sang phải, hạ mảnh trượt, và cho phép con lắc chuyển động sang trái cho đến khi cạnh của mảnh trượt tiếp xúc bề mặt thử Đặt thước chuẩn tiếp xúc phía sau mảnh trượt và song song với phương dao động để thẩm tra lại chiều dài tiếp xúc Chiều dài trượt còn có thể chỉnh bằng các núm điều chỉnh chiều cao Chỉnh bọt nước của dụng cụ lại một lần nữa Đặt con lắc ở vị trí chuẩn bị và xoay ngược chiều kim đồng hồ cho đến khi nó tựa vào

ốc chỉnh của tay đòn con lắc

Làm ẩm lại bề mặt thử và không chậm trễ thực hiện 4 thử nghiệm nếu mảnh trượt làm bằng cao su tự nhiên hoặc 5 thử nghiệm nếu bằng cao su AASHTO M 261 Làm ẩm lại bề mặt thử trượt mỗi lần đung đưa và ghi nhận kết quả

- Báo cáo kết quả:

+ Các giá trị riêng rẽ BPN, giá trị trung bình của BPN cho mỗi bề mặt thử nghiệm

+ Nhiệt độ của bề mặt thử nghiệm

+ Loại, tuổi thọ, điều kiện, cấu trúc, và vị trí của bề mặt thử

+ Loại và nguồn gốc cốt liệu của thí nghiệm giá trị độ bóng

+ Loại và tuổi thọ của mảnh trượt

Bảng đánh giá chất lượng giá trị tối thiểu đề nghị (Khi đo bằng con lắc Anh)

Cấp

Giá trị tối thiểu BPN (*) (với mặt đường ướt)

- Đoạn nối vào các đường có lưu lượng thấp, trên

những đường không hạn chế tốc độ (đoạn giảm tốc

ở nút giao thông)ä

65

B

- Đường mô tô, xe tải và đường cấp 1

- Đường có lưu lượng lớn trong đô thị ( lưu lượng

- Trị số con lắc Anh (BPN) dùng để đánh giá độ nhám mặt đường ứng với nhiệt

độ chuẩn của mặt đường là 20o

C Trường hợp nhiệt độ mặt đường khác 20oC thì quy đổi về 20oC theo biểu đồ trên

Các cơ quan quản lý khai thác đường ô tô phải thường xuyên, định kỳ xác định chất lượng mặt đường về độ nhám để đánh giá chất lượng khai thác có biện pháp kịp thời thích hợp nâng cao độ nhám mặt đường, nhằm đảm bảo an toàn cho xe chạy

XÁC ĐỊNH:

Dưới tác dụng trùng phục của tải trọng xe cộ chạy trên đường và tác dụng của các nhân tố khí quyển trong kết cấu mặt đường, gồm các lớp vật liệu mặt đường và

móng đất của mặt đường (vùng hoạt động của hoạt tải trọng đất nền đường), phát sinh các ứng suất và biến dạng

Biến dạng có thể đàn hồi hay dẻo (còn dư) Nếu biến dạng vượt quá một trị số cho phép nào đó thì trong các lớp của kết cấu mặt đường cấu trúc của vật liệu có thể bị biến đổi, sự liên kết giữa các hạt của vật liệu có thể bị phá hủy và dần dần gây nên hiện tượng nứt, vỡ, lún, sụp trong kết cấu mặt đường

Trạng thái ứng suất biến dạng của kết cấu mặt đường phụ thuộc vào đặc điểm cấu tạo của nó, cấu trúc và tính chất của vật liệu các lớp, cường độ và tính chất của đất nền đường

Nhiều phương pháp tính toán mặt đường dựa trên điều kiện làm việc thực tế của mặt đường, đều cho rằng biến dạng của vật liệu trong các lớp mặt đường tỉ lệ với ứng suất Do đó các phương pháp tính toán mặt đường hiện nay đều dựa trên cơ sở của lý thuyết đàn hồi

Trong khai thác đường, ngoài việc chú ý đến cường độ chung của toàn kết cấu mặt đường, thì vấn đề thường xuyên đặt ra là phải quan tâm nhiều đến độ bền của tầng mặt Việc duy tu, bảo dưỡng, sửa chữa, gia cường kết cấu mặt đường phần lớn đều liên quan đến lớp trên của kết cấu mặt đường

Tầng mặt của kết cấu mặt đường chịu lực nén, kéo và cắt (tiếp tuyến) Nguy hiểm cho tầng mặt hơn cả là lực kéo và lực tiếp tuyến Ưùng suất kéo càng lớn khi cường độ của các lớp càng nhỏ Ưùng suất tiếp tăng khi đường kính vệt tiếp xúc giảm

và khi áp suất trung bình trên diện tích tiếp xúc tăng

Tùy thuộc vào ý nghĩa của đường, những yêu cầu về khai thác mà yêu cầu về biến dạng thể hiện qua các tiêu chuẩn của trạng thái giới hạn của mặt đường, phải được hạn chế không vượt quá trị số quy định nào đó

Những kết cấu mặt đường mà tầng mặt là cấp cao chủ yếu thì phải cấu tạo sao cho dưới tác dụng của ôtô trong chúng không phát sinh các biến dạng dư Chỉ khi nào kết cấu mặt đường làm việc trong giai đoạn biến dạng đàn hồi thì mới có thể giữ được chất lượng khai thác cao, bảo đảm khả năng xe chạy với tốc độ lớn trong suốt cả một thời kỳ dài giữa hai lần sửa chữa

Những kết cấu mặt đường mà tầng mặt là cấp cao thứ yếu, có các yêu cầu khai thác tương đối cũng cao thì cũng phải bảo đảm sao cho không có tích lũy biến dạng

dư, nhưng kể đến kỳ hạn giữa hai lần sửa chữa có ngắn hơn, nên ta lấy dự trữ cường

độ càng nhỏ hơn

Những kết cấu mặt đường có các tầng mặt là loại quá độ mà việc sửa chữa định

kỳ cho bằng phẳng không tốn kém lắm thì có thể cho phép được tích lũy phần nào biến dạng dư dưới tác dụng trùng phục của xe chạy

A/ - Các Tiêu chuẩn về trạng thái giới hạn của mặt đường mềm và mặt đường cứng:

+ Đối với mặt đường mềm: Để đảm bảo sự làm việc của kết cấu mặt đường

không có tích lũy biến dạng dư thì điều cần thiết là: biến dạng dẻo không được suất hiện trong bất kỳ một lớp nào của kết cấu mặt đường và cả nền đất, tính liên tục của các lớp toàn khối không được phá vỡ, và độ võng của kết cấu mặt đường dưới tải trọng

tính tốn khơng được vượt quá trị số cho phép Như vậy kết cấu mặt đường mềm phải bảo đảm thỏa mãn đồng thời được các tiêu chuẩn sau

 Tiêu chuẩn về độ võng

 Tiêu chuẩn về cân bằng giới hạn trượt

 Tiêu chuẩn về chịu kéo khi uốn của các lớp vật liệu tồn khối

+ Đối với mặt đường cứng Để đảm bảo sự làm việc trong giai đoạn đàn hồi,

cần phải thỏa mản đồng thời các điều kiện về tiêu chuẩn về cường độ

B/ - Các phương pháp đánh giá cường độ kết cấu mặt đường

Khi các tiêu chuẩn về cường độ của mặt đường mềm và mặt đường cứng khơng đáp ứng được yêu cầu thì phải tiến hành sửa chữa, gia cường mặt đường Trong quá trình khai thác đường để kiểm tra, đánh giá cường độ của mặt đường người ta dùng nhiều phương pháp và thiết bị khác nhau:

B.1/ - Phương pháp xác định mơđun đàn hồi mặt đường bằng cách truyền tải trọng qua tấm ép

Ta biết mơđun đàn hồi đặc trưng cho khả năng chống biến dạng của kết cấu mặt đường, của vật liệu từng lớp hay của đất đã biến cứng (làm việc trong giai đoạn biến dạng phục hồi) dưới tác dụng của tải trọng Thành thử đất hoặc vật liệu cần qua biến cứng sơ bộ trước khi xác định mơđun đàn hồi, tức là cho chịu tải trọng lập lại nhiều lần tới khi khơng xảy ra sự tích lũy biến dạng dư nữa

- Các thiết bị dùng để thí nghiệm:

+ Xe ơtơ

+ Kích thủy lực

+ Tấm ép

+ Thiên phân kế để đo độ lún của tấm ép

- Thiên phân được mắc thật chắc chắn trên một dầm chuẩn này phải cách tấm

ép khơng nhỏ hơn 4 lần đường kính tấm ép để đo chuyển vị thẳng đứng của mặt đường khi đĩ khơng gây ra độ lún đáng kể của gối tựa dầm chuẩn Để bảo đảm cho độ lún của tấm ép khơng bị ảnh hưởng

- Tạo tải trọng thí nghiệm nhờ kích theo cách sau: đặt tấm ép cĩ diện tích xấp xỉ diện tích vệt bánh xe ơtơ tính tốn lên trên mặt đường và gây cấp tải trọng đầu tiên, rồi giữ tải trọng ấy cho đến khi tốc độ phát triển độ lún khơng quá 0,02mm/phút Ghi số

hđh

hd

hđh

h2 d

h1 d

Tải trọng tính toán trên tấm ép, kG/cm2

đọc ở các thiên phấn kế, dỡ tải cho tấm ép và chỉ giữ lại một tải trọng rất bé để tấm ép

và kích không bị xê dịch Giữ tấm ép ở trạng thái dỡ tải cho tới khi sự hồi phục đàn hồi của biến dạng ngừng hẳn, rồi ghi số đọc ở các thiên phấn kế Sau đó gây cấp tải trọng tiếp theo Cứ làm như thế cho đến khi đạt tới tải trọng tính toán Nên chọn trị số của các cấp tải trọng như thế nào để trong quá trình mỗi lần đo chỉ làm từ 3 ÷ 4 lần gia tải

là được

Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa trị số biến dạng đàn hồi với áp suất P thường gần như đường thẳng Khi xác định môđun đàn hồi của mặt đường, cần sử dụng đoạn đường cong có các ứng suất gần với ứng suất tính toán đối với mặt đường

Khi có trị số biến dạng đàn hồi l ứng với ứng suất p, ta tính môđun đàn hồi của kết cấu mặt đường theo công thức sau:

Trong đó:

+ lđh: Là biến dạng hồi phục đo được tương ứng với cấp tải trọng p, cm

+ p: Áp suất gây ra biến dạng đàn hồi, kG/cm2

 p = 0.6 Mpa đối với trường hợp đo ép trên mặt các lớp vậït liệu

 p = 0.2 ÷ 0.45 Mpa trên mặt đất nền

+ : Hệ số poission, lấy như sau:

  = 0,30 – đối với kết cấu mặt đường

Chỉ nên bóc các lớp kết cấu theo một diện tích nhỉnh hơn diện tích tấm ép một chút nhằm để giữ những điều kiện phân bố tải trọng gần giống với điều kiện làm việc thực tế

Tất cả các lớp kết cấu của mặt đường đều được thí nghiệm bằng một tấm ép có cùng đường kính

Khi đặt tấm ép lên mặt đường, lên mặt của các lớp kết cấu hoặc lên mặt nền đất đều phải bảo đảm cho đáy tấm ép bám khít vào Muốn được thế cần phải sửa sang bề mặt cho thật phẳng trước khi đặt tấm ép lên, nhưng không được phá hoại cấu trúc sẵn

có của vật liệu Đôi khi có thể rải dưới tấm ép một lớp vữa ximăng ninh kết nhanh, hoặc một lớp cát mỏng 1 2mm; cát phải rây lọt qua sàng 0,5mm

B.2/ - Phương pháp xác định môđun đàn hồi của kết cấu mặt đường bằng chính tác dụng của bánh xe ôtô

Trong phương pháp xác định môđun đàn hồi của kết cấu mặt đường bằng chính tác dụng của bánh xe kép ở trục sau của ôtô người ta tìm cách đo độ lún đàn hồi của mặt đường tại vị trí tác dụng của bánh xe kép bằng các thiết bị khác nhau như cần đo

độ võng (theo nguyên tắc cần Ben kenman), máy thủy bình chính xác

B.2.1/ - Phương pháp xác định môđun đàn hồi chung của áo đường mềm bằng cần đo độ võng Ben – ken – man:

- Chọn vị trí điểm đo: Các điểm đo độ võng thường được bố trí ở vệt bánh xe phía ngoài cách mép đường 0.6m ÷ 1.2m là nơi thường có độ võng cao hơn các làn vệt bánh phía trong Quá trình quan sát bằng mắt thường thấy tình trạng của mặt đường trên các làn khác nhau thì ta phải đo độ võng cho làn yếu nhất

- Chuẩn bị cần đo: Trước mỗi ca đo phải kiểm tra mức độ chính xác của cần, đo bằng cách đối chiếu kết quả đo chuyển vị thẳng đứng trực tiếp ở mũi đo với kết quả đo được ở chuyển vị thẳng đứng ở cuối cánh tay đòn phía sau của cần đo Kết quả sai khác quá 5% thì phải kiểm tra lại các khớp quay

- Chuẩn bị xe đo: Xe đo trục sau phải là trục đơn, khe hở giữa 2 bánh đôi là 5cm, các thông số của trục sau xe đo chỉ được sai lệch 5% so với tiêu chuẩn qui định sau đây

+ Xác định đường kính của vệt bánh xe tiếp xúc với mặt đường bằng giấy kẻ ô

ly Từ đó tìm được đường kính tương đương:

S.2

Q

p  kG/cm2 Với: Q là trọng lượng của trục sau của xe đo

+ Cho xe ô tô vào vị trí cần đo

+ Đặt đầu cần đo vào kẽ hở của bánh xe kép ở trục sau

+ Vài phút sau ta quan sát thiên phấn kế, khi nào trong vòng 10 giây số đọc ở thiên phấn kế không dịch quá 0,01mm thì ghi lại số đo vào nhật ký thí nghiệm (i1)

+ Cho xe tiến về phía trước với tốc độ 0.5m/giây, trục sau xe cách vị trí đo ít nhất là 5m

+ Quan sát thiên phấn kế khi nào trong vòng 10 giây số đọc ở thiên phấn kế không dịch quá 0,01mm thì ghi lại số đo vào nhật ký thí nghiệm (i2)

+ Độ võng của mặt đường ở điểm thứ 2 (cách điểm đầu 5 – 10m) cũng đo tương

tự như vậy

+ Áp dụng công thức

dh

2 t

t t

ch

l

)1.(

D.p.693,0E

+ D: là đường kính tương đương của vệt bánh xe tiêu chuẩn D = 33cm

- Nếu trị số độ võng ở 2 điểm chênh lệch nhau không quá 10% – 15% thì tính

độ võng bình quân số học Độ võng trung bình này sẽ là đặc trưng cường độ của đoạn vừa đo ấy Nếu độ võng 2 lần đo ấy sai khác nhau nhiều thì bổ xung điểm thứ 3 cách điểm thứ hai 5m – 10m, rồi chọn trị số gần nhau nhất trong 3 điểm đo ấy để tính trung bình số học

B.2.1/ - Phương pháp xác định môđun đàn hồi của kết cấu mặt đường bằng máy thủy bình Ni 004:

- Sơ đồ đo:

- Trình tự đo:

+ Xác định đường kính của vệt bánh xe tiếp xúc với mặt đường bằng giấy kẻ ô

ly Từ đó tìm được đường kính tương đương:

b

s 1,13 S

D  (giả sử diện tích vệt bánh xe S b = 850cm 2 , D s = 33cm)

+ Cho xe ô tô vào vị trí cần đo Chờ thời gian cho mặt đường hết lún

+ Đặt bu lông vào có dáng giấy kẻ ly vào giữa khe 2 lốp sau

+ Đặt máy thủy bình ổn định, cách xa 3m – 4m (ngoài vùng ảnh hưởng) Để giây ngắm của máy vào số chẵn trên băng giấy kẻ ly

+ Cho ô tô từ từ chạy ra khỏi bu lông Mặt đường cao lên Đọc trị số chênh lệch