Nghiên Cứu Phương Pháp Tính Toán Mặt Đường Cứng Trong Thiết Kế Đường Ô Tô

Mặt đường bê tông xi măng được sử dụng từ cuối thế kỷ 19 ở nhiều nước trên thế giới. Những năm gần đây, tỉ lệ mặt đường bê tông xi măng tăng lên, đặc biệt ở các nước phát triển. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều vấn đề tồn tại về cấu tạo và phương pháp tính toán. Vấn đề bố trí, cấu tạo các loại khe nối và vật liệu chèn khe cũng chưa được giải quyết triệt để, ảnh hưởng đến tốc độ xe chạy và độ êm thuận. Cần có các chỉ tiêu cụ thể để đánh giá chất lượng khai thác và trạng thái làm việc của mặt đường cứng trong quá trình sử dụng.

Vấn đề bố trí cấu tạo và phương pháp tính toán kết cấu mặt đường còn nhiều ý kiến khác nhau. Cho đến nay mọi người đều nhận thấy sự cần thiết phải xây dựng lớp móng nhân tạo cứng, có cường độ cao dưới tấm bê tông. Nhưng việc đánh giá khả năng chịu lực và phương pháp tính toán nó còn nhiều ý kiến khác nhau. Vấn đề bố trí, cấu tạo các loại khe nối và vật liệu chèn khe chưa được giải quyết triệt để.

Tồn tại nhiều phương pháp tính toán khác nhau về thiết kế đường ô tô, thậm chí trong một nước cũng đang sử dụng vài ba phương pháp tính toán, thiết kế khác nhau. Các phương pháp tính toán đó cho chiều dày tấm khác nhau khá nhiều, có thể đến 25%. Việc phân loại, đánh giá các phương pháp này còn nhiều ý kiến khác nhau. Phương pháp nào đúng đắn và hợp lý cần được tiếp tục chứng minh bằng các công trình có tính chất tổng hợp về cả ba mặt: thiết kế, thi công và chất lượng khai thác trên các mặt đường bê tông xi măng hiện có trong đường ô tô và sân bay.

Hiện nay một thực tế khó khăn của đất nước ta là thiếu nhựa đường, số nhựa đường nhập bằng năm chỉ bằng 1/3 nhu cầu cho công tác duy tu bảo dưỡng các loại mặt đường nhựa hiện có. Trong lúc đó cường độ xe chạy trên đường ngày càng tăng, trọng lượng xe ngày càng nặng, khả năng sản xuất xi măng của chúng ta ngày một nhiều. Nên việc nghiên cứu, áp dụng rộng rãi mặt đường bê tông xi măng vào đường ô tô và sân bay ở nước ta là một vấn đề quan trọng và cần thiết.

Phương pháp AASHTO mặt đường cứng dựa trên các thí nghiệm thực nghiệm và mô hình toán học để dự đoán tuổi thọ của mặt đường dựa trên tải trọng trục xe, đặc tính vật liệu và điều kiện môi trường. AASHTO đã đưa ra chỉ tiêu phục vụ để đánh giá chất lượng khai thác của mặt đường bê tông xi măng.

Mặc dù AASHTO đã đưa ra được chỉ tiêu phục vụ (p) để đánh giá chất lượng khai thác của mặt đường bê tông xi măng, nhưng việc áp dụng nó vào các điều kiện khác với điều kiện thực nghiệm của AASHTO còn nhiều hạn chế và khó khăn. Do đó, cần có những điều chỉnh và cải tiến để phù hợp với điều kiện Việt Nam.

Tính toán kết cấu mặt đường cứng theo công thức Destegat dựa trên lời giải bài toán uốn tấm trên nền đàn hồi với ba giả thiết cơ bản: (1) Xem tấm bê tông là một vật thể đàn hồi, đồng nhất, đẳng hướng có chiều dày không đổi và tuân theo giả thiết tiết diện phẳng. (2) Phản lực của nền tỷ lệ với độ võng của tấm tại điểm đó (nền Winkler). (3) Diện tích tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường có dạng hình tròn hoặc hình elip.

Destegat đưa ra công thức lý thuyết tính ứng suất kéo lớn nhất dưới đáy tấm tại ba vị trí tác dụng của tải trọng: giữa, mép và góc tấm. Ứng suất kéo uốn đáy tấn (theo hệ trục tọa độ vuông góc có một trục là e); khi tải trọng đặt mép tấm (KG/ em³).

Các nghiên cứu thực nghiệm đóng vai trò quan trọng trong việc xây dựng mô hình tính toán mặt đường theo trạng thái phá hỏng. Các thí nghiệm giúp xác định các thông số vật liệu, tải trọng phá hoại và các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền của mặt đường.

Phương pháp tính toán mặt đường theo trạng thái phá hỏng dựa trên việc xác định tải trọng phá hoại tính toán dùng trong thiết kế mặt đường cứng cho đường ô tô và sân bay theo trạng thái phá hỏng. Đây là yếu tố quan trọng để đảm bảo an toàn và độ bền của mặt đường.

Cần tiếp tục nghiên cứu để hoàn thiện các phương pháp tính toán, thiết kế và thi công mặt đường bê tông xi măng phù hợp với điều kiện Việt Nam. Mục tiêu là xây dựng các tiêu chuẩn thiết kế đường ô tô để đảm bảo chất lượng mặt đường.

Việc áp dụng các công nghệ mới trong thi công mặt đường cứng, như kỹ thuật ván khuôn trượt, kỹ thuật bê tông chấn động lại, xi măng tự lèn, đá dăm bọc nhựa làm cốt liệu bê tông, cốt thép sợi, cốt thép liên tục, áp dụng kỹ thuật làm khe hiện đại bằng các máy xẻ khe có gắn đĩa dao kim cương nhân tạo để xẻ khe bê tông mới đông cứng và dùng vật liệu pôlime để làm chất chèn khe, kỹ thuật bảo dưỡng bằng loại vật liệu tạo màng, kỹ thuật tạo độ nhám trên bề mặt tấm bê tông để tăng sức bám giữa bánh xe và mặt đường.