Bài giảng Thiết kế đường ô tô - Chương 5: Thiết kế áo đường

 Mặt đường cứng: Là kết cấu có độ cứng rất lớn , cường độ chống biến dạng (môđun đàn hồi) lớn so với đất nền có khả năng chịu uốn lớn, do đó mặt đường cứng làm việc theo nguyên lý t[r]

Trang 1

5.1 THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG MỀM

5.1.1 Khái niệm

 Mặt đường là phần bề rộng xe chạy, được xây dựng trên

nền đường bằng nhiều tầng lớp vật liệu có độ cứng và

cường độ lớn hơn so với đất nền đường

 Kết cấu áo đường mềm (hay gọi là áo đường mềm) gồm có

tầng mặt làm bằng các vật liệu hạt hoặc các vật liệu hạt có

trộn nhựa hay tưới nhựa và tầng móng làm bằng các loại

vật liệu khác nhau đặt trực tiếp trên khu vực tác dụng của

nền đường hoặc trên lớp đáy móng

10/5/20 Bài giảng Thiết kế đường ô tô 193

5.1.2 Cấu tạo kết cấu nền áo đường

Chịu tác dụng trực

tiếp của xe chạy

Có tác dụng phân

bố ứng suất do tải

trọng xe xuống

nền đường

Là phạm vi nền

đường cùng với

kết cấu áo đường

chịu tác dụng của

tải trọng xe truyền

xuống

5.1.3 Yêu cầu đối với kết cấu áo đường mềm và phần lề

đường có gia cố

 Yêu cầu cơ bản:

 Trong suốt thời kỳ sử dụng (theo thời hạn thiết kế) áo

đường phải có đủ cường độ và duy trì được cường độ để

hạn chế tối đa phá hoại của xe cộ và các yếu tố môi

trường tư nhiên Cụ thể là hạn chế các hiện tượng tích

lũy biến dạng tạo ra vệt hằn lún bánh xe trên mặt, hạn

Trang 2

 Yêu cầu về độ bằng phẳng

 Xác định chỉ số độ gồ ghề quốc tế IRI theo TCVN 8865:2011

 Ngoài ra có thể xác định độ bằng phẳng bằng thước dài 3m

theo TCVN 8864:2011

 Yêu cầu về độ nhám

 Xác định độ nhám mặt đường bằng phương pháp rắc cát

theo TCVN 8866:2011

 Yêu cầu về độ lún cho phép của KCAĐ

Trang 3

5.1.4 Đặc điểm chịu lực của KCAĐ

 Lực ngang (lực hãm, lực kéo, lực đẩy

ngang) chủ yếu tác dụng trên phần mặt của

áo đường mà không truyền sâu xuống các

lớp phía dưới nên chỉ gây trạng thái ứng

suất (sx) ở các lớp trên cùng của kết cấu áo

đường, làm cho vật liệu tại đó bị xô trượt,

bong bật, bào mòn dẫn đến phá hoại Do

vậy vật liệu làm tầng mặt phải có khả năng

chống lại lực đẩy ngang (chống trượt)

 Lực thẳng đứng: trái lại thì lực đứng truyền

xuống khá sâu cho mãi tới nền đất Như vậy

về mặt chịu lực kết cấu áo đường cần có

nhiều lớp, và để kinh tế thì cấu tạo các lớp

có chất lượng vật liệu giảm dần từ trên

xuống cho phù hợp với quy luật phân bố

ứng suất thẳng đứng (sz)

Hình 1: Sơ đồ phân bố ứng suất trong kết cấu áo đường theo chiều sâu

P : tải trọng bánh xe

s x : ứng suất do lực ngang

s z : ứng suất do lực thẳng đứng

5.1.5 Cấu tạo mặt đường

 Kết cấu mặt đường có thể gồm tầng mặt và tầng móng, mỗi

tầng có thể gồm nhiều lớp:

 Tầng mặt ở trên: Chịu tác dụng trực tiếp của xe chạy

 Tầng móng ở dưới: Có tác dụng phân bố ứng suất do tải

trọng xe xuống nền đường

Đáy áo đường

Độ chặt

=

g ktt : Khối lượng thể tích khô thực tế tại hiện trường, thông thường được xác định theo thí

Trang 4

5.1.6 Phân loại mặt đường

 Phân loại theo tính chất cơ học.

 Mặt đường cứng: Là kết cấu có độ cứng rất lớn, cường

độ chống biến dạng (môđun đàn hồi) lớn so với đất nền

có khả năng chịu uốn lớn, do đó mặt đường cứng làm

việc theo nguyên lý tấm trên nền đàn hồi và phân bố áp

lực của tải trọng xe chạy xuống nền đất trên một diện tích

rộng khiến cho nền đất ít tham gia chịu tải ( mặt đường

bêtông ximăng )

 Mặt đường mềm: Là kết cấu với các tầng, lớp đều có khả

năng chịu uốn nhỏ dưới tác dụng của tải trọng xe chạy

chỉ chịu nén và chịu cắt trượt là chủ yếu Ngoài ra, cường

độ và khả năng chống biến dạng của nó có thể phụ thuộc

vào sự thay đổi nhiệt độ và độ ẩm

 Phân loại theo tầng mặt: có 4 loại

 Tầng mặt đường cấp cao A1

 Tầng mặt đường cấp cao A2

 Tầng mặt đường cấp thấp B1

 Tầng mặt đường cấp thấp B2

Trang 5

 Tầng mặt đường cấp cao A1:

 Là loại kết cấu áo đường đáp ứng yêu cầu xe chạy

không xuất hiện biến dạng dư, (áo đường chỉ làm

việc trong giai đoạn đàn hồi), mức độ dự trữ cường độ

cao Mức độ an toàn xe chạy cao, tốc độ xe chạy lớn

 Tuổi thọ áo đường cao : từ 15-25 năm

 Thường dùng cho với các tuyến đường có tốc độ thiết kế

V > 60km/h

 Vật liệu làm mặt đường cấp cao A1 : là bê tông nhựa

chặt (BTNC) loại I Theo TCVN 8819-2011 Mặt đường bê

tông nhựa nóng – Yêu cầu thi công và nghiệm thu

 Đáp ứng điều kiện xe chạy không xuất hiện biến dạng dư, vật liệu

làm việc trong giai đoạn đàn hồi nhưng mức độ dự trữ cường độ nhỏ

hơn áo đường cấp cao chủ yếu A1 Lưu lượng xe chạy không cao

chi phí duy tu bảo dường thường xuyên lớn hơn cấp cao A1

 Tuổi thọ của mặt đường cấp cao A2 từ 8 - 12 năm

 Áp dụng với các tuyến đường có tốc độ thiết kế V< 60km/h

 Các loại vật liệu làm mặt đường cấp cao A2 :

Trang 6

 Tầng mặt đường cấp thấp B1:

không cao, chi phí duy tu sửa chữa, bảo dưỡng lớn

Với điều kiện phía trên chúng phải có lớp bảo vệ rời rạc được

thường xuyên duy tu bảo dưỡng

 Tầng mặt đường cấp thấp B2:

 Tầng mặt đường cấp thấp B2 có lớp mặt trên là Đất cải

thiện hay bằng đất, đá tại chỗ gia cố hoặc phế thải công

nghiệp gia cố chất liên kết vô cơ với điều kiện là phía trên

chúng phải có lớp hao mòn và lớp bảo vệ được duy tu

bảo dưỡng thường xuyên

 Cho phép xuất hiện biến dạng dư, lưu lượng xe chạy rất

thấp, sinh bụi nhiều

 Tuổi thọ mặt đường không cao (từ 1 - 3 năm)

 Áp dụng với mặt đường giao thông nông thôn (GTNT)

hoặc đường tạm

Trang 7

5.1.7 Nội dung tính toán kết cấu áo đường mềm

5.1.7.1 Đặc điểm của tải trọng xe tác dụng lên mặt đường

 Tải trọng tác dụng lên mặt đường lớn hay nhỏ phụ thuộc vào

trọng lượng của trục sau ôtô

 Các xe tải nói chung thường có trọng lượng trục sau chiếm

(0,65  0,7) trọng lượng toàn bộ của xe

 Điều kiện của bánh xe tác dụng lên mặt đường phụ thuộc

vào tính chất cơ học của bánh xe

định vệt tiếp xúc của bánh xe với mặt đường

là hình elip Để tiện tính toán áp lực bánh xe lên mặt đường và

tiện mô phỏng thực nghiệm đo ép cường độ mặt đường người

ta xem vệt tiếp xúc đó gần đúng là một hình tròn

 Tải trọng ôtô tác dụng lên mặt đường trong một khoảng thời

gian tương đối ngắn gọi là tải trọng tức thời và lặp đi lặp lại

nhiều lần qua một điểm gọi là tải trọng trùng phục

 Tải trọng ôtô tác dụng lên mặt đường là tải trọng động và

không đồng đều (xe lớn, xe nhỏ)

 Các hiện tượng phá hoại KCAĐ mềm

Trang 8

5.1.7.2 Các tiêu chuẩn cường độ

 Nội dung tính toán chính của KCAĐ là tính toán kiểm tra 3 tiêu

chuẩn cường độ sau đây:

 Kiểm toán ứng suất cắt ở trong nền đất và các lớp vât liệu

chịu cắt trượt kém để không xảy ra biến dạng dẻo;

 Kiểm toán ứng suất kéo uốn phát sinh ở đáy các lớp vật

liệu liền khối để hạn chế phát sinh vết nứt dẫn tới phá hoại

lớp đó;

 Kiểm toán độ võng đàn hồi thông qua khả năng chống biến

dạng biểu thị bằng trị số mô đun đàn hồi Echcủa kết cấu

nền áo đường so với trị số mô đun đàn hồi yêu cầu Eyc

Tiêu chuẩn này nhằm hạn chế hiện tượng mỏi cho KCAĐ

5.1.7.3 Tải trọng tính toán tiêu chuẩn

 Khi tính toán cường độ, tải trọng tính toán tiêu chuẩn được

quy định là trục đơn của ôtô có tải trọng trục là:

 10T đối với tất cả các loại áo đường mềm thuộc mạng

lưới chung, đường đô thị cấp khu vực trở xuống;

 12T đối với áo đường trục chính đô thị, loại đường cao

tốc, đường công nghiệp, đường trục chính toàn thành

5.1.7.3 Tải trọng tính toán tiêu chuẩn

 Trên những đường có các loại xe khác biệt nhiều so với loại

xe tiêu chuẩn ở bảng 3-1 thì áo đường phải tính toán theo

tải trọng của loại xe nặng nhất (đường vùng mỏ, đường

công nghiệp)  Tự cân đo để xác định p và D của vệt bánh

xe ứng với trục đơn nặng nhất để làm thông số tính toán

 Nếu tải trọng loại xe nặng nhất không vượt quá tải trọng tính

toán tiêu chuẩn 20% và số lượng của chúng chiếm dưới 5%

số xe tải và xe buýt chạy trên đường thì vẫn cho phép tính

toán theo tải trọng tiêu chuẩn

Trang 9

5.1.7.4 Quy đổi về tải trọng tính toán tiêu chuẩn

 Mục tiêu quy đổi là quy đổi số lần thông qua của các loại tải trọng trục i

về số lần thông qua của tải trọng trục tính toán trên cơ sở tương

đương về tác dụng phá hoại đối với KCAD

 Việc quy đổi phải được thực hiện đối với từng cụm trục trước và cụm

trục sau của mỗi loại xe khi nó chở đầy hang với quy định sau:

 Cụm trục có thể gồm m trục có trọng lượng mỗi trục như nhau với

các cụm bánh đơn hoặc cụm bánh đôi (m=1,2,3);

 Chỉ cần quy đổi các trục có trọng lượng từ 25kN trở lên

 Bất kể loại xe gì khi khoảng cách giữa các trục ≥3m thì việc quy đổi

thực hiện riêng rẽ đối với từng trục

 Khi khoảng cách giữa các trục <3m (giữa các trục và cụm trục) thì

quy đổi gộp m trục có trọng lượng bằng nhau như một trục với việc

xét đến hệ số trục C1như quy định

 Số trục xe quy đổi về tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn

N - là tổng số trục xe quy đổi từ k loại trục xe khác nhau về trục xe tính

toán sẽ thông qua đoạn đường thiết kế trong một ngày đêm trên cả 2

chiều (trục/ngày đêm);

n i - là số lần tác dụng của loại tải trọng trục i có trọng lượng trục P I cần

được quy đổi về tải trọng trục tính toán Ptt

C 1 - là hệ số số trục được xác định theo biểu thức :

C1=1+1,2 (m-1) Với m là số trục của cụm trục i.

C 2 - là hệ số xét đến tác dụng của số bánh xe trong 1 cụm bánh: với các

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

bánh gồm 2 bánh) thì lấy C2= 1,0; với cụm bánh có 4 bánh C2= 0,38.

4 2 1 1

,

) (

.

tt

I i k

P n C C

N 



tính toán tiêu chuẩn sẽ thông qua mặt cắt ngang đoạn đường thiết

kế trong 1 ngày đêm trên làn xe chịu tải lớn nhất vào thời kỳ bất

lợi nhất ở cuối thời hạn thiết kế

Trang 10

số trục xe quy đổi sẽ qua nút

bình quân năm q

Trong đó

đưa đường vào khai thác sử dụng (trục/ngày đêm)

t : là thời hạn thiết kế, xác định tùy thuộc vào loại tầng mặt thiết

kế (theo bảng 2-1 tiêu chuẩn 22TCN 211-06) Với tầng mặt cấp

cao A1 lấy t=15 năm

Trong đó

q : tỷ lệ tăng trưởng giao thông bình quân năm

đêm)

t : là thời hạn thiết kế, xác định tùy thuộc vào loại tầng mặt thiết

kế (theo bảng 2-1 tiêu chuẩn 22TCN 211-06) Với tầng mặt cấp

cao A1 lấy t=15 năm

Định dạng
Số trang	10
Dung lượng	802,59 KB