Bài giảng Bảo dưỡng và sữa chữa đường ô tô - Chương 3: Điều tra đánh giá tình trạng mặt đường

Bài giảng Bảo dưỡng và sữa chữa đường ô tô - Chương 3: Điều tra đánh giá tình trạng mặt đường, cung cấp cho người học những kiến thức như: Khái niệm chung; Đánh giá chất lượng chạy xe của mặt đường; Đánh giá năng lực chống trơn trượt của mặt đường; Đánh giá năng lực chịu tải của kết cấu mặt đường;... Mời các bạn cùng tham khảo!

Chương 3

ĐIỀU TRA ĐÁNH GIÁ TÌNH TRẠNG MẶT

ĐƯỜNG

Chất lượng chạy xe của

mặt đường

Năng lực chống trơn

trượt Năng lực chịu tải của kết cấu mặt đường

Ü  Trong quá trình sử dụng, do tác dụng trùng phục của xe chạy và của các nhân tố tự nhiên nên tính năng sử dụng của nó bị xấu đi liên tục, kết cấu mặt đường dần dần xuất hiện các hiện tượng biến dạng và cuối cùng

đi tới trạng thái hư hỏng Để có căn cứ quyết định các biện pháp bảo dưỡng sửa chữa và tiến hành thiết kế tăng cường hoặc cải tạo, cần phải tiến hành điều tra phân tích tình trạng mặt đường hiện có

Œ   Năng lực phục vụ của mặt đường:

3.2 Đánh giá chất lượng chạy xe của mặt

đường

Chất lượng chạy xe hoặc mức độ êm thuận do mặt đường tạo ra được gọi là năng lực phục vụ của mặt đường

Có thể tổ chức một nhóm cho điểm đánh giá

+ Tổng hợp điểm đánh giá thu được một điểm cho TB được gọi là cấp đánh giá năng lực phục vụ PSR (Present Serviceability Rating)

+ Ngoài việc cho điểm, các người nhận xét đánh giá còn cần cho câu trả lời đối với câu hỏi: mặt đường với trạng thái như vậy có thể chấp nhận được không?

Qua phân tích, người ta thấy: nhân tố chủ yếu về tình trạng đường

sá có ảnh hưởng đến năng lực phục vụ của mặt đường là độ bằng

phẳng (95%); do đó, độ bằng phẳng trở thành yếu tố quan trọng

nhất dùng để đánh giá năng lực phục vụ của mặt đường và việc đo

độ bằng phẳng của cũng trở thành nội dung chủ yếu

   Đo độ bằng phẳng của mặt đường:

3.2 Đánh giá chất lượng chạy xe của mặt

đường

Ø  Hai bánh xe nhỏ chỉ lăn theo khi chúng tiếp

xúc với mặt đất; dùng chuyển vị kế tuyến tính

để đo chuyển vị tương đối giữa khung xe và mặt

đường W - Z, đồng thời đo gia tốc Z" của

chuyển vị này bằng gia tốc kế; từ đó tích phân 2

lần đối với các tín hiệu thu được sẽ biết được

chuyển vị Z của khung xe

Từ chuyển vị của khung xe cùng với chuyển vị tương đối, sau khi xử lý sẽ có chuyển vị thẳng đứng W của bánh xe nhỏ, đó cũng chính là mặt cắt bề mđ

Do loại thiết bị này có sử dụng bánh xe nhỏ Vì vậy, Vđo của GMR thường không vượt quá 65 Km/h, thích hợp với việc đo đối với mặt đường tương đối bằng phẳng hoặc sử dụng khi nghiệm thu công trình vừa mới hoàn thành

2.1 Loại thiết bị đo mặt cắt:

2.1.1 Thiết bị đo mặt cắt GMR

(General Motor Roadmeter)

2.1.2 Thiết bị phân tích trắc dọc của mặt đường APL (Analyseur de

profil en long)

Gồm các bộ phận sau: bánh xe lăn theo độ lồi lõm của bề mặt đường, càng đỡ bánh xe, khung giá có lắp lò so và con lắc dao động quán tính với tần số thấp Rơ moóc được kéo theo ở những tốc độ khác nhau, thông thường từ 20km/h đến 70km/h tùy theo loại mặt đường

Con lắc quán tính để tạo ra một hệ nằm ngang chuẩn; thông qua việc đo chuyển vị góc của càng đỡ bánh xe so với con lắc quán tính nằm ngang bằng máy tính và xử lý theo tốc độ đo, sẽ tính ra được chuyển vị thẳng đứng của bánh xe lăn trên bề mặt đường Thiết bị APL có thể dùng cho mặt đường có độ bằng phẳng khác nhau

3.2 Đánh giá chất lượng chạy xe của mặt

đường

2.1.3 Thiết bị đo mặt cắt kiểu không tiếp xúc:

Hiện đã xuất hiện một

số phương án thiết bị đo

Các loại thiết bị này

hiện còn đang được

nghiên cứu

Vị trí

bề mặt đường

Thấu kính chiếu xạ

Thấu kính tiếp nhận

Nguồn sóng

ống cảm quang

2 cực

ảnh của vùng chiếu sóng

Sơ đồ thiết bị truyền cảm di động theo phương thức kích quang kiểu TRRL (Transport and Road Research Laboratory)

3.2 Đánh giá chất lượng chạy xe của mặt

đường

Ø  Thước thẳng: thường được chế tạo

bằng kim loại không rỉ, dài 3,0 m Thước

phải thẳng, nhẹ, đủ cứng không bị biến

dạng trong quá trình thử nghiệm và có

đánh dấu tại các điểm đo cách nhau 50

cm tính từ đầu thước

Ø  Về vật liệu, nên chế tạo bằng thước

hợp kim nhôm hay có thể dùng loại gỗ tốt

(chắc, khô, không cong, không vênh)

Ø Con nêm: thường được chế tạo bằng kim loại không rỉ và ít bị mài mòn, hình tam giác có khắc dấu 6 giá trị chiều cao: 3 mm, 5 mm, 7 mm, 10 mm, 15

mm và 20mm để nhanh chóng đọc được trị số khe hở (mm) giữa mặt đường

và cạnh dưới của thước thẳng 3 mét

3.2 Đánh giá chất lượng chạy xe của mặt

đường

2.1.4 Dùng thước thẳng dài 3,0 m (TCVN8864-2011 ):

Ø  Trên bề mặt các lớp cấu tạo mặt đường (móng hay mặt đường) tại trắc ngang cần kiểm tra, đặt thước dài 3,0 m song song với trục đường ở 3 vị trí: giữa tim đường, ở bên phải và bên trái tim đường và cách mép đường

1 m để đo độ bằng phẳng Dọc theo thước, cứ cách mỗi khoảng 0,5 m kể

từ đầu thước, đo khe hở giữa cạnh dưới 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 3 mm, 5 mm, 7 mm, 10mm, 15 mm

và 20 mm Tổng số khe hở với mỗi lần đặt thước đo là 7

Ø  Với mỗi đoạn đường so sánh các tổng số khe đã đo với tiêu chuẩn đã quy 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

3.2 Đánh giá chất lượng chạy xe của mặt

đường

2.2 Thiết bị đo thuộc loại tạo phản ứng:

Loại thiết bị đo đo độ bằng phẳng này sẽ ghi lại được phản ứng ở trạng thái động của hệ thống máy móc ô tô khi xe chạy trên mặt đường không bằng phẳng với một tốc độ nhất định nào đó Đó là một cách đánh giá gián tiếp, kết quả đo sẽ thay đổi tuỳ theo đặc tính của hệ thống máy móc

và tùy theo tốc độ xe chạy

Các loại hiện được sử dụng rộng rãi gồm có các thiết bị đo độ bằng

phẳng đường ô tô với các thiết bị tích luỹ độ xóc Các loại này sẽ đo

tổng chuyển dịch thẳng đứng tích luỹ giữa trục sau của ô tô (hoặc giữa bánh của một xe một bánh kéo theo) đối với thân xe hoặc khung xe; trị

số đo được biểu thị bằng m/Km hoặc số lần xóc trên 1 Km

3.2 Đánh giá chất lượng chạy xe của mặt

đường

2.2 Thiết bị đo thuộc loại tạo phản ứng:

Mỏy đo độ bằng phẳng BUMP INTEGRATOR của Anh là một xe rơ moúc một bỏnh cũng như mỏy APL nhưng khụng cú con lắc quỏn tớnh Những bước đập của bỏnh xe, so với khung xe lấy làm chuẩn, được cộng dồn bởi một mỏy đếm cho những cự ly từ 200

m đến 1000m

Làm như vậy người ta được một trị số Rough Index (chỉ số độ gồ ghề), thường được biểu thị bằng mm cộng dồn cho 1 km Tốc độ đo tiờu chuẩn là 32 km/h và số liệu tiờu chuẩn đo được gọi là RBI/32

Chỉ số độ gồ ghề RBI/32 (mm/km)

2.3 Chỉ số độ gồ ghề quốc tế IRI:

IRI là một số đo được tính bằng m/km của mặt cắt dọc đường trên một vệt bánh xe (đã được xác định biến dạng dọc), biểu thị phản ứng xóc

của ôtô chuẩn “Golden car” khi xe chạy với tốc độ 80km/h (50 mph)

với việc sử dụng mô hình mô phỏng 1/4 xe (Quarter - Car)

Ưu điểm nổi bật của chỉ số IRI ở chỗ nó là một số đo ổn định theo thời gian và có thể chuyển đổi được với số đo trắc dọc tuyệt đối của đường trên một vệt bánh xe Việc sử dụng IRI trên toàn thế giới làm cho yếu tố hòa nhập giữa các nước châu Âu, châu Mỹ và châu á trở nên dễ dàng Đơn vị đo của IRI là inch/mile hay m/Km

IRI có thể đo bằng pp đo trực tiếp hoặc gián tiếp Hiện nay, việc đo IRI trên đường thường được thực hiện bằng phương pháp đo gián tiếp

3.2 Đánh giá chất lượng chạy xe của mặt

đường

2.3 Chỉ số độ gồ ghề quốc tế IRI:

đây 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

Ø  Phương pháp đo gián tiếp phải sử dụng kết hợp 2 loại thiết bị: thiết bị đo mặt cắt dọc chuyên dụng và thiết bị đo xóc kiểu phản ứng Các thiết bị đo xóc kiểu phản ứng có ưu điểm là tốc độ đo nhanh, nhưng không đưa ra trực tiếp giá trị IRI mà chỉ đưa ra giá trị độ xóc; ngược lại các thiết bị đo mặt cắt dọc chuyên dụng có tốc độ đo chậm, nhưng lại đưa ra giá trị IRI của đoạn đo

Ø  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

Ø  Về các thiết bị đo và cách tiến hành đo xem chi tiết trong TCVN 8865-2011

3.2 Đánh giá chất lượng chạy xe của mặt

đường

Hằn vệt bánh

xe vì xói và

biến dạng sâu

Biến dạng liên tục thường là nhẹ

nhưng cũng

có khi sâu Biến dạng liên tục nhẹ Một vài gợn sóng

trên bề mặt

˜-ờng

sân bay,

xa

lộ

Mặt đường

cũ

Mặt đường

khôn

g rải

nhựa, bảo

dưỡn

g tốt

Mặt đường xuống cấp

Mặt đường đất

3.2 Đánh giá chất lượng chạy xe của mặt

đường

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 Tiến hành xoa cho đến khi mảng cát không còn lan

ra ngoài Cần chú ý để mảng cát khi xoa có dạng hình tròn Dùng thước dài

đo ít nhất 4 đường kính đại diện của mảng cát đã xoa, gồm có đường kính lớn nhất, nhỏ nhất và trung gian Tính đường kính trung bình của mảng cát thí nghiệm, lấy tròn đến mm để làm trị số tính toán

× Π

×

=

Ưu điểm: Đơn giản, thiét bị không

phức tạp

Nhược điểm: Năng suất thấp, kết quả

phụ thuộc vào thao tác của người thí

nghiệm, khó làm đối với mặt đường ít

nhám

3.3 Đánh giá năng lực chống trơn trượt của

mặt đường

2.1 Các pp thí nghiệm đánh giá cấu trúc nhám mặt đường

v  Độ nhám của mặt đường tại mỗi vị trí thử nghiệm (hi), tính bằng milimét, chính xác tới 2 chữ số thập phân, theo công thức sau:

v   Độ nhám của đoạn mặt đường được xem là đồng nhất, được tính theo công thức sau:

∑

=1

ỉ   Chùm tia Laser mầu đỏ được phóng ra trên mặt đường và sự phản hồi

của các tia được thu nhận bởi các đi-ốt nhạy cảm, trên cơ sở đó xác định được khoảng cách từ bộ nhạy đến mặt đường và “chiều sâu” lớp mặt đường được tính toán từ hàng loạt các lượt đo như vậy

ỉ  Máy MTM được vận hành bằng

tay bởi một thiết bị mini với tần số

laser khoảng 500Hz được kiểm tra

bởi một máy tính nhỏ và máy tính

này cho ta cấu trúc trung bình của

mỗi 10 m di chuyển cùng với giá trị

trung bình toàn bộ cho từng 50m đã

hoàn thiện

ỉ  Độ chính xác của MTM là tốt hơn

đáng kể so với thí nghiệm “Rắc cát”

Hơn nữa MTM có dải rộng hơn thí

nghiệm rắc cát và dễ dàng sử dụng

3.3 Đỏnh giỏ năng lực chống trơn trượt của

mặt đường

2.1.2 Thiết bị đo cấu trúc bề mặt MTM (Mini Texture Meter):

2.2.2 Phương pháp hãm bánh xe rơ moóc kéo theo:

x g

V

V

f d

2

2 2

2.2.1 Phương pháp đo cự ly hãm xe:

Ø  Phương pháp đo này có nhược điểm là khi đo gây ảnh hưởng đến giao thông trên đường và không an toàn

Ø  Khi bánh xe bị phanh hãm hoàn toàn, tiến hành đo xác định tốc độ V1

và V2 tại 2 điểm bánh xe trượt qua, đo cự ly x và sử dụng nguyên lý bảo toàn công sẽ có thể xác định được hệ số sức cản ma sát trung bình fdtrong khoảng cự ly đó

Ø  Một rơ moóc có lắp một bánh lốp tiêu chuẩn do một xe kéo kéo theo; cho xe này chạy với một tốc độ nhất định và hãm bánh xe rơ moóc, rồi

đo lực Fb cần thiết để làm chuyển động rơ moóc khi bánh của nó bị hãm chặt hoàn toàn Chia Fb cho tải trọng hữu hiệu trên bánh P sẽ tìm được trị

số hệ số sức cản ma sát fb:

2.2 Thí nghiệm xác định hệ số bám:

2.2.3 P.pháp dùng rơ moĩc kéo theo cĩ bánh chuyển động lệch:

Lực bên

Lực bên

Bánh xe thí nghiệm chuyển động

Bánh xe thí nghiệm cố định

Thiết bị ghi cự ly

Phun nước

Phun nước

Lực kéo phát sinh

Lực kéo phát sinh

Lực kéo

Chỗ kéo

Thiết bị ghi

Ø PP đo này khơng

cần phanh bánh xe,

khi đo khơng ảnh

hưởng đến giao thơng

trên đường, đồng thời

Ø  Rơ moĩc cĩ lắp hai bánh thí nghiệm Mặt bằng của lốp lệch một gĩc

α = 7,50 ~ 200 so với phương chuyển động của xe Khi xe chạy về phía trước, bánh xe thí nghiệm sẽ theo xe chuyển dịch trượt về phía trước, trên bánh sẽ chịu tác dụng một lực bên FL Cho gĩc chuyển động lệch thay đổi sẽ đo được các lực bên khác nhau và sẽ cĩ 1 trị số lực bên lớn nhất Hệ số sức cản ma sát theo hướng bên fL:

3.3 Đánh giá năng lực chống trơn trượt của

mặt đường

2.2.4 Phương pháp “Con lắc Anh” (British pendulum tester):

A

M

G

Q

Ø  Một con lắc có khối lượng P = 1500 ± 30 g, mặt dưới có gắn một tấm trượt bằng cao

su tiêu chuẩn (kích thước 6,35 x 25,4 x 76,2 mm) rơi từ một độ cao xác định H = 411 ±

5 mm và trượt trên bề mặt đường ẩm ướt với chiều dài trượt không đổi L = 125 ± 2

mm, sau đó con lắc sẽ văng lên tới một độ cao h

3.3 Đánh giá năng lực chống trơn trượt của

mặt đường

Tùy thuộc vào tình trạng nhám bề mặt

khác nhau mà tổn thất năng lượng của

con lắc cũng khác nhau, dẫn tới chiều

cao văng lên h thay đổi Một chiếc kim

đo kéo theo nhằm xác định chiều cao

văng h của con lắc Số đọc của kim đo

trên bảng chia độ được ký hiệu là chỉ

số SRT (Skid Resistance Tester)

Thí nghiệm nhằm xác định sức kháng

trượt tương ứng với điều kiện xe chạy

trên đường ẩm ướt với tốc độ 50 Km/

h

2.3 Chỉ số sức kháng trượt quốc tế IFI (Intemational Friction Index)

IFI là thước đo chuẩn trong kiểm tra đánh giá chất lượng sức kháng trượt mặt đuờng IFI là hệ số tổng hợp liên quan đến cấu trúc nhám thô mặt đường, sức kháng trượt mặt đường và tốc độ thí nghiệm IFI cho phép điều chỉnh việc đo sức kháng trượt bằng các thiết bị khác nhau về cùng một chỉ số chung

Việc đánh giá chất lượng mặt đường thông qua chỉ số IFI như sau:

+ Tương ứng với mỗi cấp đường sẽ có giá trị sức kháng trượt yêu cầu và giá trị tốc độ xe chạy khai thác cụ thể , hay nói một cách khác, có giá trị F60* và Sp* yêu cầu, tức là chỉ số IFI* (F60*, Sp*) yêu cầu

+ Tiến hành đo xác định giá trị IFI (F60, Sp) thực tế của đoạn đường So sánh IFI (F60, Sp) thực tế và IFI* (F60*, Sp*) yêu cầu để đánh giá khả năng hiện có của đường về IFI và đề ra các giải pháp khắc phục nếu không đủ

Truyền tải trọng động

Cần Benkenman Tấm ép cứng Thiết bị FWD

3.4 Đỏnh giỏ năng lực chịu tải của kết cấu

mặt đường

Œ  Dïng cÇn Benkenman theo TCVN 8866-2011 :

3.4 Đánh giá năng lực chịu tải của kết cấu

mặt đường

3.4 Đánh giá năng lực chịu tải của kết cấu

mặt đường

1.1 Công tác chuẩn bị:

- Cho xe đo tiến vào vị trí đo võng; lắp đặt cần;

- Độ võng ổn định ghi lấy trị số đọc ban đầu ở chuyển vị kế n0

- Cho xe đo chạy lên phía trước đến khi trục sau của xe đo cách điểm đo ít nhất 5m; khi độ võng ổn định, ghi lấy trị số đọc cuối ở chuyển

vị kế nS - Độ võng đàn hồi của mặt đường tại điểm đo:

Li = n0 - ns Phải ghi rõ lý trình điểm đo, điều kiện gây ẩm, tình trạng mặt

đường tại điểm đo Không đo tại các điểm quá xấu Không nên đo võng vào khoảng thời gian nhiệt độ mặt đường lớn hơn 400C

Đo nhiệt độ của mặt đường: khoảng 1 giờ một lần trong suốt thời gian đo võng dọc tuyến Việc đo nhiệt độ mặt đường chỉ yêu cầu thực hiện đối với đường có lớp mặt phủ nhựa chiều dầy ≥ 5cm

1.2 Đo độ võng mặt đường dọc tuyến:

- Điểm đo

- Chuẩn bị cần đo võng

- Chuẩn bị xe đo

1 71 ,

Li - Độ võng đàn hồi của mặt đường đo được tại vị trí thứ i, mm

Kq - Hệ số hiệu chỉnh tải trọng kết quả đo theo các thông số trục sau xe đo võng về kết quả của trục sau xe ôtô tiêu chuẩn

Km - Hệ số hiệu chỉnh độ võng đàn hồi về mùa bất lợi nhất trong năm

KT - Hệ số hiệu chỉnh độ võng đàn hồi ở nhiệt độ đo về độ võng ở nhiệt độ tt

Trị số độ võng đàn hồi đặc trưng của từng đoạn đường thử nghiệm:

L˜T = LTB + K.δ

LTB - Độ võng đàn hồi trung bình của đoạn thử nghiệm, mm

δ - Độ lệch bình phương trung bình của đoạn thử nghiệm

K - Hệ số xác suất bảo đảm, lấy tùy thuộc vào cấp hạng đường

Trị số môđun đàn hồi đặc trưng của từng đoạn đường thử nghiệm: