Nghiên cứu thiết kế kết cấu áo đường mềm đường ô tô cao tốc trong khu vực đồng bằng sông cửu long

II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nghiên cứu thiết kế kết cấu áo đường mềm cho đường ô tô cao tốc có số trục xe tiêu chuẩn tính toán lớn hơn 3120 trục/làn.ngày đêm Theo phương pháp tính toán dự

Đại Học Quốc Gia Tp.Hồ Chí Minh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

HỌ VÀ TÊN HỌC VIÊN : NGUYỄN VĂN TÂN

ĐỀ TÀI Nghiên cứu thiết kế kết cấu áo đường mềm đường

ô tô cao tốc trong khu vực đồng bằng sông Cửu Long

Chuyên nghành: Xây dựng đường ôtô và đường thành phố

LUẬN VĂN THẠC SĨ

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học : ………

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 1 :

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 2 :

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại Học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày …….……tháng…… ……năm 2010 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1 ………

2 ………

3 ………

4 ………

5 ………

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Bộ môn quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn Bộ môn quản lý chuyên ngành

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM

PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

Tp HCM, ngày 25 tháng 01 năm 2010

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: Nguyễn Văn Tân Phái : Nam

Chuyên ngành: Xây dựng đường ô tô và đường thành phố MSHV: 00108531

I- TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu thiết kế kết cấu áo đường mềm đường ô tô cao tốc trong khu vực đồng bằng sông Cửu Long

II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nghiên cứu thiết kế kết cấu áo đường mềm cho

đường ô tô cao tốc có số trục xe tiêu chuẩn tính toán lớn hơn 3120 trục/làn.ngày đêm

Theo phương pháp tính toán dựa trên cơ sở lý thuyết đàn hồi với các nội dung sau:

1 Phân tích cơ sở lý thuyết của phương pháp tính toán được sử dụng

2 Lựa chọn và thiết kế tính toán kết cấu áo đường

3 Thiết kế định hình kết cấu áo đường mềm cho một số trường hợp tải trọng tiêu chuẩn tính toán của đường ô tô cao tốc

III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 25 - 01 - 2010

IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 26 - 06 - 2010

V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Tiến sĩ Khoa học Trần Quang Hạ

Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

(Họ tên và chữ ký) QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

LỜI CẢM ƠN

Luận văn Khoa học theo chương trình đào tạo Thạc sĩ của Bộ Giáo dục

Đào tạo với đề tài: “Nghiên cứu thiết kế kết cấu áo đường mềm đường ô tô cao

tốc trong khu vực đồng bằng sông Cửu Long” Đã thực hiện tại Đại học Quốc gia

TP Hồ Chí Minh – Đại học Bách Khoa

Trước hết, tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với các Thầy –

Cô thuộc bộ môn Cầu đường, khoa Kỹ thuật Xây dựng, Trường Đại học Bách Khoa

TP Hồ Chí Minh những người đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong quá trình làm luận văn Đặc biệt là GVC.TSKH Trần Quang Hạ người đã tận tình chỉ bảo và hướng dẫn tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn

Nhân đây, tôi xin gửi lời cảm ơn đến các tác giả: GS.TS Dương Học Hải; GS.TS Nguyễn Xuân Trục; đã giúp tôi có được tài liệu tham khảo hữu ích để thực hiện luận văn

TP Hồ Chí Minh, ngày 26 tháng 06 năm 2010

Nguyễn Văn Tân

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Đề tài: “Nghiên cứu thiết kế kết cấu áo đường mềm đường ô tô cao tốc

trong khu vực đồng bằng sông Cửu Long” với mục đích phân tích, tính toán chọn

kết cấu áo đường mềm hợp lý cho đường ô tô cao tốc trong khu vực đồng bằng sông Cửa Long và đưa ra những luận cứ có ích cho công tác thiết kế kết cấu áo đường mềm đường ô tô cao tốc ở nước ta

Luận văn đã trình bày các cơ sở lý thuyết, các bước phân tích tính toán thiết

kế kết cấu áo đường mềm đường ô tô cao tốc, các kết quả nghiên cứu đạt được, kết luận và kiến nghị Đồng thời nêu ra những hạn chế và định hướng nghiên cứu phát triển của đề tài

Để tìm ra kết cấu áo đường mềm đường ô tô cao tốc trong khu vực đồng bằng sông Cửu Long, luận văn đã thực hiện các bước: Phân tích trạng thái ứng suất

- biến dạng trong kết cấu áo đường mềm dưới tác dụng của áp lực bánh xe theo lý thuyết đàn hồi, chọn kết cấu áo đường, phân tích sự hợp lý về mặt cấu tạo và tính toán kiểm tra cường độ của kết cấu áo đường

Kết quả nghiên cứu cho thấy: Giải pháp kết cấu áo đường có tầng mặt bê

tông nhựa đặt gián tiếp trên móng cấp phối đá dăm thông qua lớp đá dăm gia cố

nhựa là hợp lý cho đường cao tốc trong khu vực đồng bằng sông Cửu Long Đồng thời đã xác định được một số nhược điểm trong lý thuyết tính toán thiết kế áo đường mềm hiện hành ở nước ta

Cuối bản luận văn đã đề nghị sử dụng giải pháp kết cấu áo đường mềm trên cho đường ô tô cao tốc trong khu vực đồng bằng sông Cửu Long khi số trục xe tiêu chuẩn tính toán Ntt > 1500 trục/làn.ngày đêm

MỤC LỤC

Trang

Nhiệm vụ luận văn thạc sĩ 3

Lời cảm ơn 4

Tóm tắt luận văn thạc sĩ 5

Mở đầu 8

1 Mục đích nghiên cứu của đề tài 8

2 Phạm vi nghiên cứu 8

3 Phương pháp nghiên cứu 9

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 9

Chương I Tổng quan 11

1.1 Giới thiệu về áo đường mềm 11

1.2 Giới thiệu về đường ô tô cao tốc 14

1.3 Giới thiệu về khu vực đồng bằng sông Cửu Long 17

1.4 Các công trình nghiên cứu về kết cấu áo đường mềm 18

1.5 Một số giải pháp kết cấu áo đường mềm cho công trình đường ô tô cao tốc 19

Chương II Cơ sở lý thuyết thiết kế áo đường mềm 26

2.1 Giới thiệu các phương pháp tính toán áo đường mềm hiện nay 26

2.2 Một vài kiến thức cơ bản lý thuyết đàn hồi ứng dụng 27

2.3 Các phương pháp thiết kế dựa trên cơ sở lý thuyết 31

2.4 Đặc điểm của tải trọng xe chạy tác dụng lên mặt đường và ảnh hưởng

của nó đến cơ chế làm việc của nền đất và vật liệu áo đường 37

2.5 Sự phân bố ứng suất, các hiện tượng phá hoại kết cấu và nguyên lý tính toán cường độ áo đường mềm 50

2.6 Tính toán cường độ áo đường mềm theo 3 tiêu chuẩn trạng thái giới hạn 54

Chương III Lựa chọn và thiết kế tính toán kết cấu áo đường 72

3.1 Giải pháp kết cấu áo đường đề xuất 72

3.2 Đặc điểm cấu tạo và tính chất các loại vật liệu sử dụng 73

3.3 Tính toán kết cấu áo đường 85

Chương VI Thiết kế định hình kết cấu áo đường mềm cho một số trường hợp tải trọng tiêu chuẩn tính toán của đường ô tô cao tốc 93

4.1 Phương án kết cấu 1-Tầng mặt 2 lớp đặt gián tiếp trên móng cấp phối đá dăm thông qua lớp đá dăm gia cố nhựa 93

4.2 Phương án kết cấu 2-Tầng mặt 3 lớp không sử dụng móng gia cố 94

4.3 Phương án kết cấu 3: Tầng mặt 2 lớp đặt gián tiếp trên móng nữa cứng thông qua lớp đá dăm gia cố nhựa 95

Kết luận và kiến nghị 98

Tài liệu tham khảo 100

MỞ ĐẦU

1 Mục đích nghiên cứu của đề tài:

Kết cấu là vấn đề phức tạp và đóng vai trò hết sức quan trọng trong xây dựng nói chung và trong ngành xây dựng công trình giao thông nói riêng Kết cấu hợp lý

sẽ đảm bảo công trình bền vững lâu dài, giảm giá thành xây dựng, nâng cao điều kiện khai thác sử dụng

Đối với công trình đường ô tô cao tốc, giá thành phần áo đường luôn chiếm tỉ

lệ rất cao trong tổng giá thành xây dựng công trình, đồng thời áo đường đóng vai trò quan trọng để đảm bảo lưu lượng xe thiết kế, tốc độ xe chạy và thời hạn thiết kế yêu cầu

Mục tiêu của đề tài này là phân tích, tính toán chọn kết cấu áo đường mềm hợp lý cho đường ô tô cao tốc trong khu vực đồng bằng sông Cửa Long để đạt được hiệu quả kinh tế - kỹ thuật cao nhất Đồng thời đưa ra những luận cứ có ích cho công tác thiết kế kết cấu áo đường mềm đường ô tô cao tốc, góp phần xây dựng mạng lưới đường ô tô cao tốc nước nhà

xe chạy và tính toán theo phương pháp lý thuyết tương ứng với điều kiện thực tế khu vực đồng bằng sông Cửu Long theo các nội dung chính sau:

+ Phân tích cơ sở lý thuyết của phương pháp tính toán được sử dụng

+ Lựa chọn và thiết kế tính toán kết cấu áo đường

+ Thiết kế định hình kết cấu áo đường mềm cho một số trường hợp tải trọng

tiêu chuẩn tính toán của đường ô tô cao tốc

3 Phương pháp nghiên cứu:

Trên cơ sở lý thuyết đàn hồi ứng dụng, phân tích tính toán trạng thái ứng suất – biến dạng của hệ bán không gian đàn hồi (Kết cấu mặt đường đặt trên nền đường) dưới tác dụng của áp lực bánh xe với các số liệu đầu vào cho trước, từ đó chọn giải pháp kết cấu hợp lý theo trình tự sau:

- Sử dụng số liệu tải trọng thiết kế cho trước

- Phân tích trạng thái ứng suất - biến dạng trong kết cấu áo đường mềm dưới tác dụng của áp lực bánh xe theo lý thuyết đàn hồi

- Chọn sơ bộ các phương án vật liệu khác nhau cho từng lớp kết cấu Phân tích đặc điểm làm việc của mỗi loại vật liệu đã chọn, từ đó chọn ra giải pháp kết cấu hợp lý nhất về mặt cấu tạo

- Ứng dụng cơ sở lý thuyết để tính toán kiểm tra kết cấu theo các tiêu chuẩn sau:

+ Kiểm tra kết cấu theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi cho phép

+ Kiểm tra kết cấu theo điều kiện cân bằng giới hạn trượt trong nền đất và trong lớp vật liệu kém dính kết

+ Kiểm tra kết cấu theo tiêu chuẩn chịu kéo khi uốn trong các lớp vật liệu toàn khối

- Thiết kế định hình kết cấu áo đường mềm cho một số trường hợp tải trọng tiêu chuẩn tính toán của đường ô tô cao tốc

- Đưa ra các kết luận, kiến nghị từ việc nghiên cứu luận văn này: Đặc điểm làm việc của từng lớp kết cấu áo đường mềm đường ô tô cao tốc, loại vật liệu và chiều dày hợp lý cho từng lớp kết cấu áo đường mềm đường ô tô cao tốc, kết cấu áo đường mềm định hình cho đường ô tô cao tốc

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:

thuyết được sử dụng rộng rãi ở nước ta và một số nước khác Tuy nhiên cở sỡ lý thuyết tính toán thiết kế áo đường mềm hiện hành ở nước ta (Tiêu chuẩn 22TCN 211-06) vẫn còn nhiều vấn đề cần được xem xét bổ sung, chẳng hạn: hàm phân bố tải trọng ngang của bánh xe tại vị trí dốc dọc hoặc cong nằm chưa được xác định, diện phân bố áp lực bánh xe tương đương là hình tròn là chưa phù hợp với thực tế, chọn cường độ vật liệu tương ứng với nhiệt độ bất lợi chưa có sự phân biệt giữa các vùng khí hậu khác nhau trong nước Đặc biệt đối với lĩnh vực đường ô tô cao tốc vừa mới được cập nhật trong những năm gần đây cần được chú trọng quan tâm nghiên cứu để hoàn thiện dần cơ sở lý thuyết

Kết cấu áo đường mềm được sử dụng khá rộng rãi trong nước và trên thế giới, đặc biệt trong các tuyến đường ô tô cao tốc Hiện nay nước ta đang chú trọng xây dựng mạng lưới đường ô tô cao tốc để đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế xã hội Do vậy nội dung nghiên cứu của đề tài này có ý nghĩa cấp bách và rất thiết thực, nếu thành công và được áp dụng sẽ đem lại hiệu quả kinh tế - kỹ thuật rất quan trọng, giúp ích cho các nhà thiết kế, chủ đầu tư tham khảo để lựa chọn giải pháp kết cấu áo đường cho phù hợp

Thông qua đề tài này có thể gợi ra được những khía cạnh chưa hợp lý trong

lý thuyết tính toán cũng như quy trình quy phạm đang được sử dụng trong tính toán thiết kế áo đường mềm hiện nay để nghiên cứu chỉnh sửa cho phù hợp hơn

CHƯƠNG I TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu về áo đường mềm

1.1.1 Khái niệm

Áo đường mềm là một kết cấu có khả năng chống biến dạng không lớn, có

độ cứng nhỏ (nên cường độ chịu uốn thấp) và phụ thuộc vào sự thay đổi của nhiệt

độ, độ ẩm Trừ mặt đường bê tông xi măng thuộc loại áo đường cứng, tất cả các loại

áo đường làm bằng vật liệu hổn hợp đá-nhựa (bê tông nhựa …) bằng sỏi đá, đất hoặc đá, đất gia cố liên kết vô cơ (xi măng, vôi …) hay chất liên kết hữu cơ (bi-tum, gu-đơ-rông …) đều thuộc loại áo đường mềm

1.1.2 Tài liệu cần thu thập khi thiết kế áo đường mềm

Để thiết kế áo đường mềm cần thu thập và điều tra các số liệu sau:

- Quy mô giao thông sẽ chạy qua trên đường

Chọn năm tính toán trong tương lai bao gồm lưu lượng và tốc độ xe chạy thiết kế ở cuối thời kỳ khai thác

- Điều tra, thí nghiệm, quan trắc

Xác định các thông số tính toán đối với nền đất (trường hợp áo đường mới)

và đối với kết cấu nền mặt cũ (trường hợp thiết kế nâng cấp cải tạo)

- Điều tra vật liệu xây dựng dọc tuyến

- Điều tra khí hậu, địa chất thủy văn

- Điều tra điều kiện và phương tiện thi công

- Điều tra thu thập các số liệu luận chứng hiệu quả kinh tế

1.1.3 Nguyên tắc cấu tạo áo đường mềm đường ô tô cao tốc

Kết cấu áo đường mềm hoàn chỉnh gồm tầng mặt; tầng móng và nền đất, mỗi tầng có nhiều lớp

Bảng 1-1: Sơ đồ cấu tạo các lớp áo đường mềm

Lớp hao mòn Tầng mặt

+ Lớp hao mòn là một lớp mỏng 2-4cm, làm bằng vật liệu có dính kết đặt trên lớp mặt chịu lực chủ yếu Với đường ô tô cao tốc để đảm bảo tốc độ xe chạy cao yêu cầu độ bằng phẳng và độ nhám bề mặt của lớp hao mòn rất cao Chiều dày lớp hao mòn không được tính đến trong tính toán cường độ của kết cấu áo đường

+ Các lớp mặt chịu lực chủ yếu bên dưới có vai trò chịu tải trọng và phân bố tải trọng xe chạy lên lớp móng trên, đồng thời tạo bề mặt bằng phẳng để đặt lớp hao mòn Đối với đường ô tô cao tốc yêu cầu về cường độ chung của kết cấu cao thì lớp mặt dưới có thể được cấu tạo gồm các lớp riêng biệt như sau:

* Lớp trên vừa đóng vai trò liên kết giữa lớp hao mòn và lớp chịu lực chủ yếu bên dưới, đồng thời tham gia chịu lực cùng kết cấu Nếu đạt được độ nhám yêu cầu thì có thể thay cho lớp hao mòn

* Lớp dưới chịu lực chính trong phần tải trọng tầng mặt và cùng với lớp móng trên chịu tải trọng chính trong toàn kết cấu

- Tầng móng ở dưới, chỉ chịu lực thẳng đứng, có tác dụng truyền và phân bố tải trọng thẳng đứng để khi truyền xuống nền đất thì ứng suất sẽ giảm đến một mức

độ mà đất nền đường có thể chịu đựng được mà không tạo nên biến dạng thẳng đứng hoặc biến dạng trượt quá lớn Do không chịu tác dụng phá hoại bề mặt và tải trọng ngang như các lớp mặt nên vật liệu tầng móng có thể dùng loại vật liệu rời rạc kích cở lớn (cấp phối đá dăm, cấp phối sỏi cuội…) hoặc chịu bào mòn kém ( như các lớp đất gia cố vô cơ…) nhưng phải đảm bảo độ cứng và độ chặt nhất định và có thể có cường độ giảm dần theo chiều sâu do vậy tầng móng có thể bố trí vài lớp vật liệu khác nhau có cường độ nhỏ dần từ trên xuống dưới và có thể tận dụng vật liệu tại chổ

+ Lớp móng trên nằm dưới lớp mặt và cùng với lớp mặt phân bố tác dụng

trùng phục của bánh xe xuống lớp móng dưới và nền Lớp này đóng vai trò chịu tải chủ yếu, do vậy đối với đường cao tốc nên sử dụng vật liệu có liên kết vô cơ (móng

nữa cứng) hoặc hữu cơ để tăng cường độ và độ ổn định, giảm nứt do co ở nhiệt độ thấp, giảm tải trọng thẳng đứng truyền xuống nền đường, đồng thời giảm chiều dày các lớp móng

+ Lớp móng dưới cần chú ý đến khả năng chống nước thấm từ phía dưới nền đường lên kết cấu áo đường, đặc biệt khi xây dựng đường trong khu vực ngập nước,

có nước ngầm

- Lớp đáy áo đường có những tác dụng quan trọng sau:

+ Tạo một nền chịu lực đồng nhất có sức chịu tải cao

+ Ngăn chặn ẩm thấm từ trên xuống nền hoặc từ dưới lên kết cấu

+ Tạo “hiệu ứng đe” khi lu lèn lớp móng phía trên được dễ dàng

Nếu nền đường được xử lý đảm bảo các chức năng trên thì không cần bố trí lớp đáy áo đường

- Để đảm bảo điều kiện áo đường làm việc tốt và thi công thuận lợi, bề dày tối thiểu của các lớp kết cấu không được < 1,5 lần kích cở hạt cốt liệu lớn nhất và không được nhỏ hơn giá trị tối thiểu qui định

- Cường độ các lớp kề liền nhau không nên chênh nhau 1,5-3,0 lần về mô đun đàn hồi hoặc mô đun biến dạng Tuy nhiên kết cấu cũng không nên bố trí quá nhiều lớp để tránh phức tạp trong thi công

1.2 Giới thiệu về đường ô tô cao tốc

1.2.1 Chức năng của đường cao tốc

- Đường cao tốc là đường có chức năng đặc biệt, là đường chuyên dùng, chủ yếu phục vụ cho các loại xe cơ giới; các loại xe thô sơ như xe đạp, xe ba gác, xe xích lô, xe xúc vật… không được đi trên đường này

- Đường cao tốc bảo đảm cho xe chạy liên tục, chỉ được dừng xe ở những chỗ qui định – làn dừng xe khẩn cấp (trường hợp khẩn cấp thì mới được đậu trên lề đường)

- Đường cao tốc tách biệt 2 chiều xe chạy (có dải phân cách giữa), mỗi chiều

+ Ở Pháp và Anh là 110 km/h

+ Thường qui định tốc độ thấp nhất trên đường cao tốc là 60 km/h

- Năng lực thông xe lớn

Theo thống kê thực tế:

+ Đường ô tô hai làn xe ở các nước: 5000 ÷ 6000 xe/ngày đêm;

+ Đường cao tốc 4 làn xe: 34000 ÷ 50000 xe/ngày đêm;

+ Đường cao tốc 6 làn xe đạt: 70000 ÷ 100000 xe/ngày đêm Đường cao tốc là một giải pháp hữu hiệu và được nhiều nước sử dụng trong mạng lưới đường chung của cả nước; nó đáp được lưu lượng giao thông lớn, là một giải pháp giải quyết tình trạng ùn tắc xe

- An toàn xe chạy cao

Theo thống kê ở các nước, tỷ lệ số vụ tai nạn trên đường cap tốc giảm chỉ bằng 1/3 số vụ trên đường ô tô thông thường và tỷ lệ người chết do tai nạn so với trên đường ô tô chỉ bằng 1/2

- Chí phí vận doanh giảm

Theo số liệu của Nhật Bản, chi phí vận doanh trên đường cao tốc giảm 17%

so với chi phí trên đường ô tô thông thường

Nếu lưu lượng 20000 xe/ngày đêm, chỉ 7 năm là thu hồi vốn làm đường cao tốc

Ở Đức thời gian đi trên ĐCT giảm được 47% so với đường ô tô thông thường và nhiên liệu cũng tiết kiệm được 93% trên các hành trình quan trắc bằng 147km

- Bảo đảm giao thông trong mọi điều kiện thời tiết khí hậu

Sở dĩ đường cao tốc đạt được các ưu điểm trên là vì do đường cao tốc có các khác biệt sau:

+ Dòng xe trên đường cao tốc thuần nhất hơn, không có tình trạng giao thông hỗn hợp với nhiều loại phương tiện xe cộ có các tốc độ quá khác nhau;

+ Không chịu ảnh hưởng của xe chạy ngược chiều

+ Không bị ảnh hưởng của các dòng xe giao cắt

Vì có các ưu điểm trên mà mạng lưới đường cao tốc ở các nước không ngừng phát triển, nhất là mạng lưới đường cao tốc đô thị và các đường cao tốc liên vận quốc tế Ở châu Á các nước Hàn Quốc, Sigapore, Thái Lan là những nước có mạng lưới đường cao tốc khá phát triển;

Hàn Quốc có mật độ ĐCT là 13 km/1000 km2 và 50÷150 km/1 triệu dân;

Mỹ là 9 km/1000 km2 và 380 km/1 triệu dân

1.2.2.2 Khuyết điểm

- Diện tích chiếm đất xây dựng lớn

+ Với đường 4 làn xe chiếm ít nhất là 30÷35 m, đường 6 làn xe -50 ÷ 60m, đường 8 làn xe -70÷ 80m

+ Một nút giao thông khác mức, để ra vào đường cao tốc, chiếm 4-10 ha đất + Ở các nước, giá đất giành cho đường chiếm tới ≥1/3 so với tổng chi phí cho xây dựng đường cao tốc

- Vấn đề liên hệ giữa đường cao tốc với giao thông địa phương phức tạp và khó giải quyết

+ Đường cao tốc phân chia lãnh thổ thành 2 phần riêng biệt tạo sự phân cách địa giới dẫn đến các phân cách khác, nhiều khi đảo lộn cuộc sống và sinh hoạt bình thường của một người dân Các đường giao nhau với đường cao tốc đều phải là khác mức

+ Thường dùng hệ thống đường gom để giải quyết giao thông địa phương và thông qua đường cao tốc ỡ những vị trí thuận lợi

- Ô nhiễm môi trường lớn

Do lưu lượng xe chạy lớn nên môi trường hai bên đường bị ô nhiễm nặng do khí thải và tiếng ồn gây nên

1.3 Giới thiệu về khu vực đồng bằng sông Cửu Long

- Địa hình: Đồng bằng thấp và tương đối bằng phẳng Độ cao mặt đất tuyệt đối từ 0,4 – 5 m, độ dốc thay đổi khoảng 45cm/km chiều dài, diện tích khoảng 4 triệu ha

- Địa chất: Phần lớn là nền sét yếu, cường độ thấp

- Thủy văn: Thời gian ngập nước kéo dài

- Khí hậu: Nhiệt độ trung bình trong năm khoảng 26,70C, cao nhất 28,20C vào tháng 4, thấp nhất 25,20C vào tháng 1 Một năm có 2 mùa rõ rệt là mùa mưa và mùa khô Lượng mưa trung bình năm 1.799,5 mm, tháng mưa nhiều lên tới 548,9

mm Tổng số giờ nắng bình quân trong năm 2.372 giờ; tổng lượng bức xạ trung bình năm đạt 140 – 150 kcal/cm2; độ ẩm trung bình là 86%

- Điều kiện cung cấp vật liệu xây dựng đường ô tô: Nguồn vật liệu đá, cấp phối thiên nhiên rất khan hiếm

- Điều kiện giao thông:

Hình 1-1: Giao thông thủy bằng xuồng nhỏ

+ Giao thông đường thủy chiếm tỉ lệ cao, bằng các phương tiện nhỏ không đáp ứng được nhu cầu phát triển kinh tế xã hội của khu vực

+ Giao thông đường bộ: Đang đầu tư xây dựng và nâng cấp mạng lưới đường ô tô Và để đảm bảo tạo điều kiện phát triển kinh tế khu vực này trong tương lai cần thiết phải đầu tư xây dựng các tuyến đường ô tô cao tốc đáp ứng nhu cầu vận tải lớn

1.4 Các công trình nghiên cứu về kết cấu áo đường mềm

- Nguyễn Quang Chiêu: Các kết cấu mặt đường kiểu mới, nhựa đường và các loại mặt đường nhựa – Nhà xuất bản xây dựng

- Trần Quang Hạ: Tải trọng, tải trọng tiêu chuẩn và đề nghị phân cấp kỹ thuật xây dựng đường Báo cáo khoa học, Đại học Giao thông vận tải Thành phố Hồ Chí Minh năm 2003

- Trần Quang Hạ: Nghiên cứu lý thuyết tính toán và thiết kế nền mặt đường

- Luận văn thạc sĩ của học viên Võ Minh Châu năm 2008 - trường Đại Học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh: Nghiên cứu thành phần hạt của cốt liệu ảnh hưởng tới độ nhám của lớp mặt đường bê tông nhựa cho áo đường mềm có cấp thiết

kế 80 Km/h < V < 120 Km/h

- Luận văn thạc sĩ của học viên Trần Huỳnh Chương năm 2009 - trường Đại Học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh: Nghiên cứu mối quan hệ giữa độ bền

MARSHALL với hàm lượng nhựa, cấp phối đá dăm và độ rỗng của hỗn hợp bêtông

bê tông nhựa dùng cho thiết kế kết cấu áo đường mềm đường cao tốc

1.5 Một số giải pháp kết cấu áo đường mềm cho công trình đường ô tô cao tốc 1.5.1 Giải pháp vật liệu cho lớp phủ mặt đường:

1.5.1.1 Lớp phủ mỏng tạo nhám (very thin overlay, VTO)

- VTO là một lớp bê tông nhựa mỏng nhằm tạo nhám trên mặt đường hiện hữu Hỗn hợp là cấp phối gián đoạn với chất kết dính là bitum cải tiến PMD Chiều dày của lớp mỏng phủ tạo nhám khoảng 2 – 2,5cm với độ rỗng từ 12 – 15% Lớp bê tông nhựa này thường dùng cho đường có tốc độ xe chạy lớn hơn 80km/h

- Cốt liệu đá có cường độ cao, khả năng chống mài mòn lớn với hệ số Los Angeles < 25% , hạt dạng khối, hàm lượng hạt dẹt < 15% với thành phần cấp phối cốt liệu như sau (bảng 1-2):

Bảng 1-2 Cấp phối cốt liệu của hỗn hợp VTO theo yêu cầu của ESSO

- Ở Pháp, người ta thiết kế một hỗn hợp đá trộn nhựa mỏng (bảng 1-3) để bảo dưỡng mặt đường với chiều dày khoảng 3 – 4cm Ngoài chức năng bảo dưỡng mặt đường lúc bắt đầu bị hư hỏng hay tăng khả năng chống hư hỏng bề mặt lớp bê tông nhựa, nó còn có chức năng tạo nhám nhằm bảo đảm xe chạy an toàn, êm thuận

và bảo vệ kết cấu áo đường bên dưới

Bảng 1-3 Hỗn hợp đá trộn nhựa mỏng để bảo dưỡng đường ô tô của Pháp

giữa

2 và 6mm

4 và 6mm

0/2; 2/4;

6/10 hoặc 0/4;

6/10 bột khoáng

0/2; 2/4;

6/10;

10/14 hoặc 0/4;

6/10 và 10/14; bột khoáng

0/2; 2/4;

6/10 hoặc 0/4;

6/10; bột khoáng 0/2 tròn (0 hoặc 10%)

0/2; 2/4;

6/10; 0/14 hoặc 0/4;

6/10 và 10/14 bột khoáng 0/2 tròn (0 hoặc 10%)

0/2; 2/4; 4/6 hoặc 0/2 và 2/6 bột khoáng

Đường cong lý thuyết Lọt qua

kết trung bình (%)

Chiều dày trung bình 3-4cm 3-4cm 4cm 3-4cm 4cm 3cm

1.5.1.2 Lớp bê tông nhựa SMA (Stone mastic asphalt)

- SMA là phát minh của nước Đức những năm 1960 và được sử dụng rộng

rãi ở các nước Châu Âu SMA có khả năng chống nứt, chống trơn trượt tốt, ổn định với nước và thời gian Bảng 1-4 giới thiệu miền tiêu chuẩn cho SMA

Bảng 1-4 Hỗn hợp SMA của CHLB Đức và thành phần phối hợp yêu cầu

Loại hỗn hợp SMA 0/11S(*) 0/8S(*) 0/11S(*) 0/8S(*)Cốt liệu khoáng % Cốt liệu nghiền;Cát nghiền;

Kiểu thí nghiệm yêu

cầu (mẫu Marshall)

độ rỗng %

3,0 - 0,4 3,0 - 0,4 2,0 - 0,4 2,0 - 0,4

1.5.1.3 Lớp bê tông nhựa thoát nước (OGFC)

- Thực chất là một lớp bê tông nhựa dày khoảng 4cm được sử dụng như một lớp thảm thoát nước có độ rỗng lớn (có thể 20%) Nước có thể thoát theo hướng thẳng đứng và nằm ngang Công nghệ này được sử dụng rộng rãi ở Pháp Lớp thoát nước này nhằm khắc phục hiện tượng tạo màng nước mỏng trên mặt đường, cải thiện độ bám giữa bánh xe, nhất là khi mặt đường ẩm ướt, giảm sự bắn nước sau

- Đối với hỗn hợp bê tông nhựa thoát nước, cấp phối được sử dụng là đường cong cấp phối gián đoạn (bảng 1-5) Cốt liệu phải có cường độ cao, khả năng chịu mài mòn tốt và không sử dụng sỏi nghiền Đối với cấp phối nhỏ thì thường dùng cát xay, chất kết dính là bitum cải tiến có độ dính nhớt cao và cần chú ý đến nhiệt độ khi trộn

Bảng 1-5 Lớp bê tông nhựa thoát nước– khuyến nghị của ESSO

Đường cong cốt liệu OGDM

1.5.1.4 Công nghệ Novachip ở Châu Âu và Mỹ :

- Công nghệ NovaChip là công nghệ mới tạo lớp phủ mặt đường siêu mỏng (dày 15-25mm) có độ bền cao và độ nhám lớn Mục đích chính là tạo một lớp phủ mỏng để tạo nhám và tạo độ bằng phẳng mặt đường trên các đường cũ nhằm nâng cao tuổi thọ cũng như cường độ của đường Ngoài ra, công nghệ NovaChip được sử dụng làm lớp phủ tạo nhám trên đường có xe chạy tốc độ cao, lưu lượng lớn hay trên các đường cao tốc, các đường quốc lộ quan trọng

- Lớp bê tông nhựa này được sử dụng với loại nhựa thông thường, có chiều dày thảm tối thiểu là 12.5mm và cần phải có một lớp lót nhựa dính bám đặc biệt (NovaBond) trên mặt đường cũ để tăng khả năng dính bám giữa hai lớp với nhau Lớp phủ mỏng công nghệ NovaChip gồm hai phần chính (hình 1.2): lớp phủ mỏng dùng bê tông nhựa thông thường với thành phần hạt loại A, B, C và lớp lót rải trên

bề mặt đường cũ Về giá thành thì 1m2 lớp phủ mỏng rải trên mặt đường có chiều dày 15 – 20mm tương đương với giá thành của lớp phủ mỏng dày 30 – 35mm nhựa thông thường Cự ly vận chuyển không lớn hơn 50km, nhiệt độ lu lèn sau khi rải khoảng 110 – 1600C và phải có thiết bị rải đặc chủng và xe cấp nhũ tương nhựa có

tính dính đặc biệt Tuồi thọ của lớp phủ mỏng này có thể 8 – 10 năm

Hình 1.2 Công nghệ NovaChip

* Những ưu điểm của công nghệ NovaChip:

+ Lớp bê tông nhựa tạo nhám NovaChip sử dụng loại nhựa thông thường nên giá thành rẻ

+ Lớp bê tông nhựa này có tác dụng như là một lớp bê tông nhựa tăng cường nhằm nâng cao cường độ của mặt đường cũ cũng như là lớp bảo vệ mặt đường vừa

có độ bằng phẳng vừa có độ nhám cao

+ Nhờ có lớp lót đặc biệt nên khả năng dính bám giữa lớp phủ mỏng và mặt đường cũ cao (đây là đặc tính quan trọng nhất của công nghệ NovaChip) Ngoài ra, lớp lót này còn có tác dụng là lấp kín và hàn gắn kẽ nứt của mặt đường cũ tạo nên

độ chống thấm cao và ít tiêu hao khối lượng

1.5.2 Giải pháp kết cấu áo đường của một số công trình thực tế:

1.5.2.1 Kết cấu lớp mặt của đường cao tốc 1- 710 ở Mỹ:

+ Lớp bê tông nhựa tạo nhám dày 2.5cm

+ Lớp liên kết dùng hỗn hợp nhựa nóng cấp phối chặt, chất lượng cao, dày 7.5cm

+ Lớp dưới của áo đường dùng hỗn hợp nhựa nóng, cấp phối chặt, dày 15cm + Lớp đệm dùng hỗn hợp nhựa nóng, cấp phối chặt có hàm lượng nhựa cao

+ Các lớp móng đường và nền đường

1.5.2.2 Kết cấu tổng thể của đường cao tốc Hà Nội – Hải Phòng:

+ Lớp mặt bê tông nhựa tổng chiều dày 28 cm

+ Lớp móng cấp phối đá dăm tổng chiều dày 70 cm

+ Nền đường

1.5.2.3: Đường ô tô cao tốc Đà Lạt – chân đèo Prenn

Bảng 1-6 Kết cấu áo đường đường ô tô cao tốc Đà Lạt – chân đèo Prenn:

3 Cấp phối đá dăm loại I 20 300 300 300

4 Cấp phối đá dăm loại II 30 250 250 250

1.5.2.4: Đường ô tô cao tốc Sài Gòn –Trung Lương

Bảng 1.7 Kết cấu áo đường đường ô tô cao tốc Sài Gòn –Trung Lương:

3 Cấp phối đá dăm loại I 25 300 300 300

4 Cấp phối đá dăm loại II 30 250 250 250

Nhận xét: Các tuyến đường cao tốc được xây dựng trong thời gian gần đây ở Việt Nam trên các vùng khác nhau sử dụng giải pháp kết cấu áo đường tương tự nhau: lớp mặt gồm các lớp bê tông nhựa với tổng chiều dày từ 12-28cm, lớp móng

trên cấp phối đá dăm loại 1 dày 20-30cm, lớp móng dưới cấp phối đá dăm loại 2

dày 25-40cm

Vấn đề đặt ra là tại sao kết cấu áo đường mềm được áp dụng một cách mặc định trong suy nghĩ của Nhà thiết kế và liệu đây có phải là giải pháp tối ưu thích hợp cho mọi trường hợp tải trọng xe và tất cả các khu vực của Việt Nam, thích hợp cho mọi địa hình và mọi khu vực có nguồn vật liệu xây dựng khác nhau, có thời tiết khác nhau, đặc biệt cụ thể là ở khu vực đồng bằng sông Cửu Long, nơi có lượng mưa lớn, nhiệt độ cao, độ ẩm lớn, nguồn vật liệu xây dựng khan hiếm, kết cấu mặt đường thường xuyên chịu ảnh hưởng của thời tiết trong mùa mưa lũ ?

Đây là nhóm phương pháp dựa vào kết quả xử lý hàng loạt số liệu thu được

do áp dụng thực nghiệm trên một số đoạn đường nghiên cứu để tìm ra công thức thực nghiệm tính toán chiều dày cần thiết của kết cấu áo đường

Thuộc vào nhóm này bao gồm các phương pháp:

+ Phương pháp AASHTO: Phương pháp do những người làm đường ôtô và vận tải ở Mỹ vào những năm 1986-1993 tìm ra và được sử dụng phổ biến ở Mỹ và

mộ số nước phương Tây,

+ Phương pháp của Shook và Finn,

+ Phương pháp Liddle

+ Phương pháp Shell

+ Phương pháp CBR

+ Phương pháp của Viện đường Anh TRRL

+ Phương pháp của Viện thiết kế kỹ thuật đường và xa lộ (SETRA),

2.1.2 Nhóm phương pháp lý thuyết:

Nhóm phương pháp này dựa trên ứng suất do xe chạy gây ra trên mặt đường,

so sánh ứng suất và cường độ cho phép của vật liệu làm đường

Thuộc nhóm này bao gồm:

+ Phương pháp Jonnes (Anh),

+ Phương pháp Jouffroy Bachelef,

+ Phương pháp Ivanop của Liên xô

2.1.3 Nhóm phương pháp nữa lý thuyết (phương pháp định hình):

Là các phương pháp được lập ra dựa vào số liệu thu được qua theo dỏi tình trạng mặt đường đang khai thác và kiểm toán lại kết cấu bằng phương pháp lý thuyết

2.2 Một vài kiến thức cơ bản lý thuyết đàn hồi ứng dụng

2.2.1 Ứng suất và biến dạng

2.2.1.1 Ứng suất

Đặc trưng cho cường độ nội lực ta dùng khái niệm ứng suất

Ứng suất toàn phần tại một điểm của vật thể (hình 2-1) được định nghĩa bởi phương trình:

A

F p

Hình 2-1: Ứng suất tại một điểm

Trong đó ∆F là vi phân hợp lực từ vật thể tưởng tượng bỏ đi tác dụng trên vi phân diện tích ∆A bao quanh một điểm của phần vật thể được xét Ứng suất p tại một điểm xác định khi biết trị số, phương chiều và bề mặt mà nó tác dụng

Nếu tách từ vật thể một phân tố hình hộp vô cùng nhỏ bé có các mặt song song với các mặt của hệ toạ độ và phân tích ứng suất toàn phần như hình (4-2), ta có tất cả 9 thành phần ứng suất, 3 ứng suất pháp σx ,σy ,σz và 6 ứng suất tiếp τxy, τyx, τyz, τzy, τzx, τxz

Hình 2-2: Các thành phần ứng suất

2.2.1.2 Biến dạng

Chuyễn vị và định lượng biến dạng:

Một vật thể khi chịu tác động của các nguyên nhân bên ngoài sẽ có sự thay đổi về hình dạng Nếu tách phân tố hình hộp vô cùng bé trong hệ toạ độ xyz thì biến dạng có thể phân tích ra 6 thành phần độc lập, gồm 3 biến dạng dài εx, εy , εz của các cạnh và 3 biến dạng góc γxy, γyz, γzx của các mặt phân tố

Biến dạng dài và biến dạng góc (hay biến dạng trượt) có thể minh họa bởi phân tố phẳng trên hình (2-3)

Hình 2-3: Biến dạng của phân tố phẳng

Các cạnh dx và dy có độ dãn dài lần lượt dx và dy Biến dạng dài theo các phương x này được xác định bởi các hệ thức:

Hình 2-4: Phân tố ứng suất không gian

Xét biến dạng dài εx Theo nguyên lý cộng tác dụng, ta có thể phân tích εx ra

E

z y

x x

σ µ

σ µ

σ

ε = − − [2-4]

Trong đó: E - Mô đun đàn hồi

μ - Hệ số Poisson của vật liệu

Tương tự ta có các biến dạng dài εy, εz ta cóphương trình sau:

,

G

xy xy

τ

G

yz yz

τ

G

xz xz

τ

γ = [2-6]

trong đó: G – mô đun đàn hồi trượt

Đối vật liệu đàn hồi đẳng hướng, chỉ có hai hằng số vật liệu độc lập Vì vậy giữa 3 hằng số E, μ và G có một quan hệ phụ thuộc:

( +µ)

=12

µ

µ ε

σ

21

32

µ

µ ε

σ

213

µ ε

σ

21

32

τ xy =Gγ xy , τ yz =Gγ yz, τ zx =Gγ zx [2-9]

2.2.2.2 Quan hệ giữa ứng suất tiếp và biến dạng trượt

Ứng suất tiếp và biến dạng trượt có vai trò quan trọng trong Lý thuyết Dẽo

và Lý thuyết Bền của vật liệu dẻo Giữa chúng có quan hệ:

Dựa vào khái niệm ứng suất tổng quát σi và biến dạng tổng quát εi:

Phương trình [2-10] thiết lập cho phân bố trạng thái ứng suất khối nhưng có

dạng đơn giản giống như quan hệ ứng suất và biến dạng trong trường hợp phân tố

trạng thái ứng suất đơn

2.3 Các phương pháp thiết kế dựa trên cơ sở lý thuyết

2.3.1 Trạng thái ứng suất và biến dạng của hệ bán không gian nhiều lớp

Các phương pháp tính toán bề dày các lớp vật liệu trong kết cấu áo đường

mềm, về mặt lý thuyết sử dụng kết quả lời giải theo lý thuyết đàn hồi để xác định

trạng thái ứng suất và biến dạng đối với hệ bán không gian đàn hồi một hay nhiều

Dưới đây trình bày một số lời giải làm cơ sở xây dựng phương pháp tính toán thiết kế kết cấu áo đường mềm

2.3.2 Hệ một lớp – Lời giải của J BOUSSINESP

Nền đất được giả thiết là bán không gian đàn hồi vô hạn đồng nhất, đẳng hướng Công thức xác định ứng suất và chuyễn vị trong trường hợp tải trọng tác dụng trên bề mặt là phân bố đều trên một diện tích hình tròn bán kính R như sau

−

=

2 / 3

21

11

Z R

p

Z

Trong đó p là áp suất truyền xuống tải trọng, N/mm2

Hình 2-5: Mô hình lời giải Boussinesp

2.3.3 Hệ nhiều lớp

Tìm lời giải trạng thái ứng suất và biến dạng trong hệ bản bán không gian nhiều lớp có ý nghĩa rất lớn trong tính toán, thiết kế bề dày áo đường Có nhiều tác giả nghiên cứu và đưa ra lời giải sau:

- D.M Burmister

- Jeuffroy, Bacchelez

- B.I Kogan, M.B Korsunski

Bài toán được giả thiết là tải trọng phân bố xuống trục, rãi đều trên diện tích hình tròn trong tọa độ trụ của lý thuyết đàn hồi Hệ phương trình cân bằng tỉnh học

∂

∂+

∂

∂

=+

∂

∂+

∂

∂

00

r z r

r z

r

rZ z rz

r rZ r

τ σ τ

σ σ τ

∂

∂+

z r r

2 0

2

2 2

2

2 2

1

12

z z

r r z

r z

z z

rz

r z

ϕ ϕ µ τ

ϕ ϕ

µ σ

ϕ ϕ µ σ

ϕ ϕ µ σ

∂

∂+

−

=

r r r E

w

z r E u

ϕ ϕ

ϕ µ µ

ϕ µ

12

11

1

2

2 2 2

[2-20]

Trong đó: r,z - hai thành phần trong hệ tọa độ trụ

µ - hệ số Poisson;

σr, σz, σθ , σrz – các thành phần ứng suất

u,w - chuyễn vị ngang và chuyễn vị thẳng đứng

E - môđun đàn hồi

Một số lời giải của một số tác giả

2.3.4 Lời giải của D.M BURMISTER

Chọn hàm ứng suất φ như sau:

( )

0 0

Nhận xét:

- Lời giải của D.M Burmister chỉ dừng ở hệ hai lớp

- Chưa xét đến trọng lượng bản thân của các lớp trong hệ

- Chưa tính được ứng suất và chuyễn vị của tất cả các điểm trên mặt phẳng nằm ngang

2.3.4 Lời giải của D JEUFFROY và BACHELEZ

Giải cho ba lớp với giả thiết lớp trên là bản móng trượt tự do trên lớp dưới và tầng bán không gian thì dịch chuyễn đồng thời

Hình (2-6) là toán đồ tra ứng suất áo đường ba lớp và hình (2-7) là toán đồ xác định độ đàn hồi của mặt đường và nền đất dưới móng Khi tra toán đồ ta sử dụng các thông số

h

=

β

(Trường hợp N = 0,80; E1/E2 = 9) ∑ = ứng suất kéo, ∑z = ứng suất nén

w0 =1,5 . [2-27]

Trong đó wo- Độ võng đàn hồi của nền đường

2.3.5 Lời giải của B.I Kogan, M.B Korsunski

Giả thuyết không xảy ra sự dịch chuyển tương hổ giữa các lớp tại mặt tiếp xúc của các lớp đó Đối với hệ 2 lớp kết quả lời giải chính xác được lập thành toán

đồ như hình (2-14) Đối với hệ 3 lớp kết quả lời giải chính xác tính được độ võng đàn hồi của cả kết cấu theo công thức:

Bảng 2-1: Bảng trị số ξ

Trị số ξ

γ = h1/h E1/E2

1.00 1.00 1.00 1.00 1.00

1 0.93 0.85 0.85 0.78

Hình 2 -8 : Toán đồ xác định độ võng đàn hồi trên mặt của kết cấu 3 lớp 2.4 Đặc điểm của tải trọng xe chạy tác dụng lên mặt đường và ảnh hưởng của

- Tải trọng tác dụng:

+ Khi xe đứng yên: Chỉ có tải trọng tĩnh của ôtô tác dụng xuống mặt đường

Bánh xe truyền xuống mặt đường một lực Q Phản lực R của mặt đường tác dụng lên bánh xe có giá trị bằng Q và từ tâm của vệt bánh xe hướng thẳng góc lên trên, hình (2-9) Nền đường bị lõm xuống khoảng l Bánh xe bị biến dạng u

- Khi xe chuyển động: ngoài lực thẳng đứng còn có các lực tiếp tuyến dọc

và ngang, xem hình (2-10)

+ Ở bánh xe chủ động có mômen quay Mk tác dụng làm phát sinh lực Pk ở mặt tiếp túc của bánh xe và mặt đường, Pk có hướng ngược với hướng chuyển động Lực Pk gây ra lực tiếp tuyến Td = Pk

+ Ở bánh xe bị động: có lực kéo Pk’ tác dụng theo hướng chuyển động của ôtô Phản lực tiếp T = Pk sẽ ngược hướng với chuyển động

Hình 2 -9

+ Ở bánh xe chủ động và bị động đều có lực thẳng đứng Q do trọng lượng xe tác dụng lên đường và phản lực R từ đường tác dụng lên xe Lực R nằm lệch về phía xe chuyển động một đoạn bằng b

Khi hãm xe, Td đạt giá trị lớn nhất:

+ Lực tiếp tuyến theo chiều ngang xuất hiện khi xe đi vào đường cong và khi

xe chuyển hướng trên đường là do lực li tâm tác dụng lên đường và phản lực của lực li tâm từ đường lên xe Trường hợp xe chạy vào đường cong bán kính R, với vận tốc V, dốc ngang mặt đường là in thì lực tiếp ngang bất lợi được tính:

Tn = ( )

2

n

i gR

- Diện tích tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường:

Diện tích tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường có dạng chung là một hình elíp,

có diện tích S (hình 2-9) Để đơn giản, khi tính toán người ta thường qui nó về 1 đường tròn có diện tích tương đường, đường kính D Với mỗi loại xe khác nhau thì

D cũng khác nhau Với bánh xe kép người ta cũng qui đổi về đường tròn có diện tích tương đương Công thức xác định D:

p

P D

bình phân bố trên diện tích tiếp xúc

- Phân bố áp lực trên diện tiếp xúc:

Vì lốp xe không phải hoàn toàn đàn hồi mà có một độ cứng nhất định nên áp suất không phân bố đều trên diện tích tiếp xúc của vệt bánh xe Nói chung càng gần tâm vệt bánh xe áp suất pi tác dụng lên mặt đường càng lớn và có thể tính theo công thức:

2

2 max 1

a

i p

pmax- áp suất max trên diện tích vệt tiếp xúc của bánh xe a- trục lớn nhất của vệt tiếp xúc

i- tọa độ chạy Biến thiên áp suất trên vệt bánh xe trên vệt bánh xe theo hình (2-12)

Trong khi tính toán người ta dùng áp suất trung bình tính theo công thức