Tổng quan nghiên cứu

Tiếng ồn giao thông và độ nhám mặt đường là hai yếu tố quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến an toàn và chất lượng cuộc sống đô thị. Theo số liệu của Cơ quan Môi trường châu Âu, khoảng 100 triệu người bị phơi nhiễm tiếng ồn giao thông trên ngưỡng 55 dB, trong đó 32 triệu người chịu mức độ ồn rất cao trên 65 dB. Tổ chức Y tế Thế giới cũng xác nhận tiếng ồn giao thông là tác nhân gây stress nghiêm trọng thứ hai ở châu Âu, chỉ sau ô nhiễm không khí. Ở Việt Nam, tốc độ đô thị hóa nhanh và lưu lượng xe tăng cao đã làm gia tăng ô nhiễm tiếng ồn và các vụ tai nạn giao thông liên quan đến chất lượng mặt đường. Độ nhám mặt đường đóng vai trò then chốt trong việc đảm bảo an toàn giao thông, đặc biệt với các tuyến cao tốc có vận tốc thiết kế cao.

Luận văn này tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của mặt đường bê tông nhựa (BTN) và bê tông xi măng (BTXM) đến độ nhám và tiếng ồn, nhằm xác định mối tương quan giữa hai yếu tố này. Nghiên cứu được thực hiện trên các mẫu thí nghiệm chế tạo theo các cấp phối phổ biến, kết hợp khảo sát thực tế tại các tuyến đường ở Thành phố Hồ Chí Minh trong năm 2022. Mục tiêu là cung cấp dữ liệu khoa học để lựa chọn vật liệu và thiết kế mặt đường giảm thiểu tiếng ồn, đồng thời đảm bảo độ nhám phù hợp với tiêu chuẩn an toàn giao thông. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển hạ tầng giao thông bền vững, giảm thiểu ô nhiễm tiếng ồn và nâng cao chất lượng cuộc sống đô thị.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên hai lý thuyết chính về tiếng ồn và độ nhám mặt đường. Thứ nhất, tiếng ồn giao thông chủ yếu phát sinh từ sự va chạm giữa lốp xe và bề mặt đường, trong đó độ nhám mặt đường ảnh hưởng trực tiếp đến mức độ rung động và âm thanh phát ra. Các thông số độ nhám như chiều cao điểm gồ ghề, khoảng cách giữa các điểm gồ ghề và bán kính điểm gồ ghề được sử dụng để mô tả đặc tính bề mặt (hA, hd, xA, rA). Thứ hai, độ nhám mặt đường được phân thành nhám vi mô (microtexture) và nhám vĩ mô (macrotexture). Nhám vi mô liên quan đến độ xù xì của hạt cốt liệu, ảnh hưởng đến ma sát bề mặt, trong khi nhám vĩ mô liên quan đến cấu trúc bề mặt tổng thể, ảnh hưởng đến khả năng thoát nước và kháng trượt.

Mô hình tiếp xúc bánh xe - mặt đường được sử dụng để phân tích cơ chế tạo ra tiếng ồn và rung động. Ngoài ra, các tiêu chuẩn quốc tế như ASTM E303-93 (thí nghiệm con lắc Anh) và TCVN 8866-2011 (thí nghiệm rắc cát) được áp dụng để đánh giá độ nhám và khả năng chống trượt của mặt đường.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp kết hợp giữa thí nghiệm trong phòng và khảo sát hiện trường. Cỡ mẫu gồm các mẫu bê tông nhựa và bê tông xi măng được chế tạo với kích thước chuẩn (300x300x5 mm cho BTN, 150x150x10 mm cho BTXM) theo các cấp phối phổ biến và vật liệu thay thế như xỉ của hai công ty VinaKyoei và Vật liệu Xanh. Tổng cộng có 8 mẫu BTN và 2 mẫu BTXM được khảo sát.

Phương pháp chọn mẫu là chọn đại diện các cấp phối thông dụng và vật liệu thay thế đang được sử dụng trên thị trường, nhằm phản ánh thực tế thi công tại Việt Nam. Dữ liệu thu thập bao gồm giá trị độ nhám đo bằng thí nghiệm con lắc Anh (British Pendulum Number - BPN) và thí nghiệm rắc cát, kết hợp đo tiếng ồn bằng máy đo chuyên dụng Center 329.

Thời gian nghiên cứu kéo dài từ tháng 2 đến tháng 6 năm 2022, với khảo sát hiện trường tại các tuyến đường ở Thành phố Hồ Chí Minh như đường Võ Văn Tần, Nguyễn Lương Bằng, Nguyễn Văn Linh và hầm Thủ Thiêm. Phân tích số liệu sử dụng phương pháp hồi quy tuyến tính để xác định mối tương quan giữa độ nhám và tiếng ồn, đồng thời so sánh kết quả giữa các loại mặt đường và điều kiện đo khô/ướt.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Độ nhám và tiếng ồn trong phòng thí nghiệm: Mẫu bê tông nhựa cấp phối hở (BTNC) có độ nhám trung bình đạt khoảng 0.85 mm, trong khi bê tông xi măng (BTXM) có độ nhám thấp hơn, khoảng 0.65 mm. Tiếng ồn đo được trên mẫu BTNC thấp hơn BTXM khoảng 5 dBA, thể hiện rõ khả năng giảm tiếng ồn tốt hơn của BTN.

  2. Khảo sát hiện trường: Độ nhám đo bằng thí nghiệm rắc cát trên các tuyến đường BTN dao động từ 0.75 đến 1.1 mm, phù hợp với tiêu chuẩn TCVN 8866-2011 cho vận tốc xe từ 80 đến trên 120 km/h. Tiếng ồn đo tại hiện trường trên mặt đường BTNC trung bình là 75 dBA, thấp hơn khoảng 5 dBA so với mặt đường BTXM (80 dBA).

  3. Ảnh hưởng của điều kiện đo: Đo độ nhám trong điều kiện khô cho giá trị BPN cao hơn khoảng 10% so với đo trong điều kiện ướt, cho thấy độ nhám vi mô giảm khi mặt đường ẩm ướt, ảnh hưởng đến khả năng kháng trượt và tiếng ồn phát sinh.

  4. Mối tương quan giữa độ nhám và tiếng ồn: Phân tích hồi quy tuyến tính cho thấy hệ số tương quan R² đạt khoảng 0.78, chứng tỏ mối liên hệ chặt chẽ giữa độ nhám mặt đường và mức tiếng ồn phát sinh. Độ nhám vĩ mô có ảnh hưởng lớn hơn đến tiếng ồn so với độ nhám vi mô.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu phù hợp với các nghiên cứu quốc tế, trong đó mặt đường bê tông nhựa cấp phối hở có khả năng giảm tiếng ồn hiệu quả hơn bê tông xi măng do cấu trúc bề mặt có độ rỗng cao hơn, giúp giảm áp lực bơm khí và rung động lốp xe. Việc đo độ nhám trong điều kiện ướt cho thấy sự giảm ma sát do nước làm giảm độ nhám vi mô, từ đó làm tăng tiếng ồn và giảm an toàn giao thông.

Biểu đồ tương quan độ nhám và tiếng ồn có thể được trình bày dưới dạng scatter plot với đường hồi quy tuyến tính, minh họa rõ xu hướng giảm tiếng ồn khi độ nhám tăng. Bảng so sánh các giá trị đo trong phòng thí nghiệm và hiện trường cũng cho thấy sự nhất quán trong kết quả, khẳng định tính ứng dụng thực tiễn của nghiên cứu.

So với các nghiên cứu tại châu Âu và Mỹ, kết quả tại Việt Nam có sự tương đồng về xu hướng nhưng có sự khác biệt về mức độ tiếng ồn do điều kiện khí hậu, vật liệu và kỹ thuật thi công khác nhau. Nghiên cứu này góp phần bổ sung dữ liệu thực nghiệm cho thị trường Việt Nam, hỗ trợ việc lựa chọn vật liệu và thiết kế mặt đường phù hợp.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường sử dụng bê tông nhựa cấp phối hở (BTNC) cho các tuyến đường đô thị và cao tốc: Giải pháp này giúp giảm tiếng ồn giao thông từ 3-5 dBA, nâng cao chất lượng môi trường sống. Thời gian thực hiện: 1-3 năm. Chủ thể thực hiện: Sở Giao thông Vận tải, các nhà thầu xây dựng.

  2. Áp dụng thí nghiệm con lắc Anh và rắc cát định kỳ để kiểm tra độ nhám mặt đường: Giúp phát hiện sớm các đoạn đường mất độ nhám, từ đó có biện pháp bảo trì kịp thời, giảm thiểu tai nạn giao thông. Thời gian: hàng năm. Chủ thể: Cơ quan quản lý đường bộ.

  3. Nghiên cứu và phát triển vật liệu thay thế như xỉ thép để cải thiện độ nhám và giảm tiếng ồn: Khuyến khích sử dụng vật liệu tái chế thân thiện môi trường, giảm chi phí sản xuất. Thời gian: 2-5 năm. Chủ thể: Các viện nghiên cứu, doanh nghiệp vật liệu xây dựng.

  4. Tổ chức đào tạo và nâng cao nhận thức cho kỹ sư, nhà thầu về tầm quan trọng của độ nhám và tiếng ồn: Đảm bảo thi công đúng kỹ thuật, lựa chọn vật liệu phù hợp. Thời gian: liên tục. Chủ thể: Trường đại học, các tổ chức đào tạo chuyên ngành.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý giao thông và cơ quan quản lý đường bộ: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách, quy chuẩn kỹ thuật về mặt đường nhằm giảm thiểu tiếng ồn và tăng cường an toàn giao thông.

  2. Các kỹ sư thiết kế và thi công công trình giao thông: Áp dụng dữ liệu về độ nhám và tiếng ồn để lựa chọn vật liệu, thiết kế mặt đường phù hợp với điều kiện thực tế và yêu cầu kỹ thuật.

  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành kỹ thuật xây dựng giao thông: Tham khảo phương pháp nghiên cứu, kết quả thực nghiệm và phân tích để phát triển các đề tài nghiên cứu tiếp theo.

  4. Doanh nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng: Nắm bắt xu hướng và yêu cầu kỹ thuật về vật liệu mặt đường, từ đó cải tiến sản phẩm đáp ứng nhu cầu giảm tiếng ồn và tăng độ nhám.

Câu hỏi thường gặp

  1. Độ nhám mặt đường ảnh hưởng như thế nào đến tiếng ồn giao thông?
    Độ nhám mặt đường tạo ra các rung động khi lốp xe tiếp xúc, từ đó phát sinh tiếng ồn. Độ nhám vĩ mô cao giúp giảm tiếng ồn bằng cách tạo kênh thoát nước và giảm áp lực bơm khí, trong khi độ nhám vi mô ảnh hưởng đến ma sát và khả năng kháng trượt.

  2. Phương pháp con lắc Anh và rắc cát khác nhau thế nào trong đo độ nhám?
    Thí nghiệm con lắc Anh đo độ nhám vi mô dựa trên ma sát trượt của tấm cao su, phù hợp cho cả phòng thí nghiệm và hiện trường. Thí nghiệm rắc cát đo độ nhám vĩ mô dựa trên thể tích cát lấp đầy các lỗ rỗng trên bề mặt, chủ yếu áp dụng ngoài hiện trường.

  3. Tại sao mặt đường bê tông nhựa giảm tiếng ồn tốt hơn bê tông xi măng?
    Bê tông nhựa cấp phối hở có độ rỗng cao, giúp giảm áp lực khí bị nén khi lốp xe lăn qua, từ đó giảm rung động và tiếng ồn. Bê tông xi măng có bề mặt cứng và ít rỗng hơn nên phát sinh tiếng ồn lớn hơn.

  4. Ảnh hưởng của điều kiện ướt đến độ nhám và tiếng ồn như thế nào?
    Khi mặt đường ướt, độ nhám vi mô giảm do nước làm trơn bề mặt, dẫn đến giảm ma sát và tăng tiếng ồn phát sinh. Điều này cũng làm giảm khả năng kháng trượt, ảnh hưởng đến an toàn giao thông.

  5. Làm thế nào để áp dụng kết quả nghiên cứu vào thực tiễn xây dựng đường bộ?
    Kết quả nghiên cứu cung cấp dữ liệu về độ nhám và tiếng ồn giúp các nhà quản lý và kỹ sư lựa chọn vật liệu, thiết kế mặt đường phù hợp, đồng thời áp dụng các phương pháp kiểm tra định kỳ để duy trì chất lượng mặt đường và giảm thiểu ô nhiễm tiếng ồn.

Kết luận

  • Nghiên cứu đã xác định rõ mối tương quan tích cực giữa độ nhám mặt đường và mức tiếng ồn phát sinh, với hệ số tương quan R² khoảng 0.78.
  • Mặt đường bê tông nhựa cấp phối hở có khả năng giảm tiếng ồn hiệu quả hơn bê tông xi măng khoảng 5 dBA.
  • Đo độ nhám trong điều kiện ướt cho thấy sự giảm ma sát vi mô, ảnh hưởng đến tiếng ồn và an toàn giao thông.
  • Phương pháp thí nghiệm con lắc Anh và rắc cát được chứng minh là phù hợp để đánh giá độ nhám và tiếng ồn trong cả phòng thí nghiệm và hiện trường.
  • Đề xuất áp dụng các giải pháp vật liệu và kỹ thuật thi công nhằm giảm tiếng ồn, nâng cao an toàn và chất lượng môi trường đô thị.

Tiếp theo, cần triển khai các nghiên cứu mở rộng về vật liệu thay thế và công nghệ mặt đường yên tĩnh, đồng thời xây dựng quy chuẩn kỹ thuật phù hợp với điều kiện Việt Nam. Mời các nhà quản lý, kỹ sư và nhà nghiên cứu cùng tham khảo và áp dụng kết quả để phát triển hạ tầng giao thông bền vững.