CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG
5.2. KIỂM TOÁN KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG
5.2.1. Kiểm toán kết cấu áo đường theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi
- Công thức kiểm toán:
Trong đó
Ech: Là mô đun đàn hồi chung trên lớp mặt của kết cấu áo đường
: Hệ số dự trữ cường độ về độ võng phụ thuộc độ tin cậy khi thiết kế. Với đường cấp III miền núi độ tin cậy khi thiết kế lựa chọn là 0.9 thì
Eyc: mô đun đàn hồi yêu kết cấu áo đường phải đạt được phụ thuộc vào số tải trọng trục tính toán và cấp hạng kỹ thuật của đường. Eyc=170Mpa
+Ech : Mô đun đàn hồi chung quy đổi trên lớp mặt của kết cấu nền mặt đường được xác định bằng cách tra toán đồ Kogan hình sau :
Toán đồ Kogan xác định Ech của hệ hai lớp
Trong đó :
H : Chiều dày kết cấu áo đường : H=61cm
D : Đường kính vệt bánh xe qui đổi với áp lực p=0.6Mpa tương ứng với tải trọng trục tiêu chuẩn 10T : D=33cm
E0 : Mô đun đàn hồi của đất nền E0=48Mpa, 280, C=0.024(Mpa) E1 : Mô đun đàn hồi chung của các lớp kết cấu áo đường
Xác định E1
Sơ đồ tính toán
0.528
E2
E1 H=h1+h2
Etb
h1h2
Kết quả tính toán ta lập thành bảng sau :
Lớp kết cấu E1
(Mpa) t=E2/E1 hi (cm) k=h2/h1 Htb
(cm)
E'tb
(Mpa)
Bê tông nhựa hạt mịn 420 1.530 5 0.089 61 285
Bê tông nhựa hạt trung 350 1.322 7 0.143 56 274
Cấp phối đá dăm loại I 300 1.200 15 0.441 49 265
Cấp phối đá dăm loại II 250 34 34 250
Ta có Etb’ = 285 Mpa
Mô đun đàn hồi trung bình còn được nhân với hệ số điều chỉnh β Etbdc = β . Etb’
V i ớ β = 1,114.()0,12 Trong đó
H = Htb =61cm
D =33cm là đường kính vệt bánh xe tương đương với tải trọng trục tiêu chuẩn 10T
1.848 => β = 1,199
Etbdc = β . Etb’ = 1,199.285 = 342Mpa - Tính Ech của mặt đường :
Từ tỷ số:
1
0
E E
= = 0,14
Tra toán đồ hình: 3-1 (22TCN 211-06) ta có:
Ech/E1 = 0,55 Ech = 0,55342 = 188.1(MPa)
Ta chọn độ tin cậy khi thiết kế là 0,9 => hệ số cường độ =1,1
Vậy ta có: Ech = 188.1 (MPa) > = 1,1.167.32 = 184.05 (MPa) => Đạt
5.2.2 Kiểm toán chịu cắt trượt trong nền đất và các lớp vật liệu kém dính - Công thức kiểm tra :
Tax+Tav<
Tax: ứng suất cắt hoạt động lớn nhất do tải trọng bánh xe tính toán gây ra trong nền hoặc trong lớp vật liệu kém dính (MPa)
Tax: ứng suất cắt chủ động do trọng lượng bản thân các lớp vật liệu nằm trên nó gây ra tại điểm đang xét (MPa)
Ctt: lực dính tính toán của nền đất hoặc vật liệu kém dính (MPa) ở trạng thái độ ẩm, độ chặt tính toán
Kcđtr: hệ số cường độ về chịu cắt trượt được chọn tuỳ thuộc vào độ tin cậy thiết kế, Kcđtr =0,94.
- Tính đổi 2 lớp theo toán đồ Kogan : Công thức : Etb=E1. (3 Trong đó: k = h2/h1 t = E2/E1
Ta có bảng kết quả tính toán như sau
Lớp kết cấu E1
(Mpa) t=E2/E1 hi
(cm) k=h2/h1 Htb
(cm) E'tb
(Mpa)
Bê tông nhựa hạt mịn 300 1.137 5 0.089 61 266
Bê tông nhựa hạt trung 250 0.941 7 0.143 56 263
Cấp phối đá dăm loại I 300 1.200 15 0.441 49 265
Cấp phối đá dăm loại II 250 34 34 250
Xét đến hệ số điều chỉnh = ta có như sau Với => β = 1,199
= .E’tb=1,199.266 = 319(MPa) - Xác định T
Đổi các lớp kết cấu áo đường về một lớp như trên ta có số liệu như sau : H/D = 61/33=1,848 E1/Eo = 319/48=6.639
Tra biểu đồ Hình 3.3 (22TCN211-06) với góc nội ma sát của đất nền = 280
ta tra được p Tax
= 0,011
Vì áp lực trên mặt đường của bánh xe tiêu chuẩn tính toán p = 0,6MPa.
Tax=0,011.0,6 = 0,0066 (Mpa) - Xác định Tav
Từ H = 61 cm, tra toán đồ Hình 3.4 (22TCN211-06)
0 20 40 60 80 100 ChiÒu dÇy mặt h= (cm)
10
1
20
40
Tav (MPa )
+Tav 0.00
0.002 0.001
0.008 0.007 0.006 0.00
0.004 0.00
0.002 0.001
ta được Tav= -0,0022 (MPa)
Ứng suất cắt hoạt động trong đất
T= 0,0066 - 0.0022= 0,0044 (MPa) - Xác định trị số Ctt
Ctt = C.k1.k2.k3
Trong đó :
C : Lực dính của đất nền hoặc vật liệu kém dính xác định từ kết quả thí nghiệm cắt nhanh với các mẫu tương ứng với độ chặt độ ẩm tính toán(Mpa). C = 0,032 Mpa
K1 : Hệ số xét đến sự suy giảm sức trống cắt trượt khi đất nền hoặc vật liệu kém dính chịu tác dụng của tải trọng động. K1= 0,6
K2 : Hệ số xét đến sự không làm việc đồng nhất của kết cấu phụ thuộc vào lưu lượng xe tính toán. Các yếu tố này gây ảnh hưởng nhiều khi lưu lượng xe lớn và ngược lại. Với số trục xe tiêu chuẩn/ ngày đêm =171 <1000 thì K2 = 0,8
K3 : Hệ số điều chỉnh xét đến điều kiện làm việc của kết cấu. Hệ số xét đến sự gia tăng sức chống cắt trượt của đất hoặc của vật liệu mặt đường do điều kiện làm việc thực tế khác với điều kiện tiến hành thí nghiệm trong phòng với tác dụng tương hỗ của môi trường đất xung quanh. Ngoài ra hệ số này còn xét đến điều kiện tiếp xúc thực tế giữa các lớp vật liệu kết cấu áo đường và nền đất. Trị số k3 phụ thuộc vào loại đất trong khu vực tác dụng của nền đường.
Đất nền á cát => K3 = 1.5
Vậy Ctt =0,032.0,6.0,8.1,5 = 0,023 (MPa).
Ta chọn độ tin cậy k = 0,9=>hệ số cường độ về cắt trượt =0.94vậy ta có
=0,023/0.94= 0,0245 (MPa) > T = 0,0044(MPa) Vậy kết quả kiểm toán đảm bảo điều kiện chống trượt.