CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Cơ sở thiết kế 1.1 Cấu tạo Cấu tạo áo đường mềm hoàn chỉnh gồm có tầng mặt và tầng móng, mỗi tầng có thể có nhiều lớp. Tầng mặt ở trên chịu tác dụng trực tiếp của xe (lực thẳng đứng và lực ngang) và tác dụng của các nhân tố tự nhiên (nắng, mưa, nhiệt độ,. Tầng mặt phải đủ bền trong suốt thời kỳ sử dụng, phải bằng phẳng, có đủ độ nhám, chống thấm nước, chống được biến dạng dẻo ở nhiệt độ cao, chống được nứt, chống thấm bông bật, phải có khả năng chịu bào mòn tốt và đảm bảo yêu cầu vệ sinh.2 Các yêu cầu cơ bản Kết cấu áo đường được sử dụng vừa phải đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật, vừa phải đảm bảo các yêu cầu kinh tế trong đầu tư lẫn trong quá trình khai thác. Vật liệu sử dụng ở tầng mặt là loại vật liệu đắt tiền nên khi tính toán phải thiết kế sao cho chiều dày các lớp là nhỏ nhất mà vẫn đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật.
Đối với tầng móng, có thể bố trí nhiều lớp khác nhau với loại có cường độ thấp hơn ở dưới. Ta có thể tận dụng vật liệu có sẵn ở địa phương.3 Các thông số dùng trong thiết kế kết cấu áo đường mềm Tải trọng trục tính toán và số trục xe tính toán. Trị số tính toán của môđun đàn hồi E, lực dính c và góc nội ma sát φ của các loại vật liệu làm áo đường, cường độ chịu kéo uốn của lớp vật liệu (phụ lục C 22TCN 211-06). Trị số tính toán của môđun đàn hồi E0, lực dính C và góc nội ma sát φ tương ứng với độ ẩm tính toán bất lợi nhất của nền đất (độ ẩm tính toán bất lợi nhất được xác định tùy theo loại hình gây ẩm của kết cấu áo đường (theo phụ lục B 22TCN 211-06).2 Số liệu thiết kế 1.1 Số liệu chung Đối tượng tính toán: Áo đường và áo lề gia cố, thiết kế theo 22TCN 211-06.
Cấp hạng đường: Đường ôtô cấp I,II,III,IV miền núi. 9 Luan van - Vận tốc thiết kế - Thời hạn thiết kế - Số làn xe Lưu lượng xe chạy ở năm đầu: N0 (xe/ng.đ) Mức tăng xe hằng năm: p (%) Thành phần xe chạy: Bảng 0-1: Thành phần xe chạy Trọng lượng trục Pi Khoảng (kN) Số bánh của cách Số mỗi cụm giữa Loại xe trục bánh ở trục các Trục trước Trục sau sau sau trục sau (m) 1. Xe tải các loại Nhẹ 18 56 1 Cụm bánh đôi - Vừa 25.6 1 Cụm bánh đôi - Nặng 1 48.2 100 1 Cụm bánh đôi - Nặng 2 45.2 2 Cụm bánh đôi <3 Nặng 3 23.2 2 Cụm bánh đôi >3 2. Xe buýt các loại Loại nhỏ 26.2 1 Cụm bánh đôi - Loại lớn 56 95.8 1 Cụm bánh đôi - 3.
Xe con các loại 1.2 Nền đường Đất nền và loại đất đắp và độ chặt Độ ẩm tương đối vào mùa bất lợi: W(%) 60% Theo (Bảng B-3 [4]), ta có: - Môđun đàn hồi: E0 42MPa - Lực dính: c 0.032MPa - Góc nội ma sát: 240 1.3 Tải trọng tính toán: Trên tuyến đường thiết kế không lưu thông các loại xe nặng đặc biệt theo (3.1 [4]), tuyến đường thiết kế có các đặc trưng sau: - Tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn: Ptt 100kN 10 Luan van - Áp lực tính toán lên mặt đường: p 0.6MPa - Đường kính vệt bánh xe: D 33cm 1.3 Xác định số trục xe tính toán ở năm thiết kế 1.1 Thành phần và thông số các xe chạy ở năm cuối thời hạn thiết kế Lưu lượng xe ở năm cuối thời hạn thiết kế: Nt = No.đ) Lưu lượng mỗi loại xe ở năm cuối thời hạn thiết kế: Ni = Nt × pi pi: Thành phần mỗi loại xe trong tổng số xe lưu thông trên đường. Theo Bảng Trị số các chỉ tiêu của ôtô (Tr. Xe tải các loại Nhẹ 18 56 1 Cụm bánh đôi - Vừa 25.6 1 Cụm bánh đôi - Nặng 1 48.2 100 1 Cụm bánh đôi - Nặng 2 45.2 2 Cụm bánh đôi <3 Nặng 3 23.2 2 Cụm bánh đôi >3 2. Xe buýt các loại Loại nhỏ 26.2 1 Cụm bánh đôi - Loại lớn 56 95.8 1 Cụm bánh đôi - 3.
Xe con các loại Gia tốc trọng trường: g 9.2 Tổng số trục xe quy đổi về tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn Công thức tính được xác định theo (3.1 [4]) i 1 Ptt Trong đó: 11 Luan van - N: 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. Đơn vị là trục tính toán tiêu chuẩn/ngày đêm (trục TTTC/ng. - ni: Số lần tác dụng của loại tải trọng trục i có trọng lượng trục pi cần được quy đổi về tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn Ptt. Trong tính toán quy đổi thường lấy ni bằng số lần của mỗi loại xe i sẽ thông qua MCN điển hình của đoạn đường thiết kế trong một ngày đêm cho cả 2 chiều xe chạy n i N i .
- C1: Hệ số trục được xác định theo biểu thức (CT3.2 (m 1) ; với m là số trục của cum trục i. - C2: 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 thì lấy C2 = 1. Mục tiêu quy đổi ở đây 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 kết cấu áo đường.3 Số trục xe tính toán của một làn xe trên kết cấu áo đường Xác định Ntt theo (3.3 [4]) Trong đó: - N: Tổng số trục xe quy đổi tính toán ở trên.
- fl: Hệ số phân phối số trục xe tính toán trên mỗi làn xe. Đối với kết cấu áo đường: Theo (3.2 [4]) - Với tuyến có 2 làn xe không có dải phân cách thì lấy f l 0.55 - Trên làn xe chạy chỉ có 1 làn thì lấy f l 0.55 - Trên làn xe chạy chỉ có 4 làn có giải phân cách giữa f l 0.35 - Trên làn xe chạy chỉ có 6 làn có giải phân cách giữa f l 0.3 - Nút giao nhau và chổ nút vào nút f l 0.5 Ntt = N×fl ( trục TTTC/làn.4 Số trục xe tiêu chuẩn tích lũy trên 1 làn xe trong thời hạn thiết kế Xác định Ne theo (A. Khi biết số trục dự báo ở năm cuối của thời hạn thiết kế trên 1 làn xe (Ntt), ta áp dụng công thức sau: (1 p) t 1 Ne .N tt (A-3 [4]) p(1 p) t 1 12 Luan van Dựa vào số liệu thiết kế ở trên và (Bảng 2-1 [4]), ta lựa chọn loại tầng mặt phù hợp nhất là tầng mặt cấp cao A1. Trị số trục xe tiêu chuẩn tích lũy trên một làn xe được dùng để xác định bề dày tối thiểu của tầng mặt cấp cao A1 và hệ số xét đến sự suy giảm cường độ do vật liệu bị mỏi dưới tác dụng của tải trọng trùng phục (k1) theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn.
- Bề dày tối thiểu của tầng mặt: Bề dày tối thiểu của tầng mặt cấp cao A1 khi đặt trên lớp móng trên bằng cấp phối đá dăm được xác định theo (Bảng 2-2 [4]). - Hệ số trùng phục k1 đối với vật liệu bê tông nhựa: 11.4 Thiết kế cấu tạo kết cấu áo đường và lề gia cố Cấu tạo các lớp chịu lực chính của kết cấu áo đường cấp cao A1: - Tầng mặt: o Bê tông nhựa chặt có cỡ hạt lớn nhất danh định là 12.5), rải nóng, loại A (hàm lượng đá dăm ≥ 50%) làm lớp mặt trên. o Bê tông nhựa chặt có cỡ hạt lớn nhất danh định là 19mm (BTNC19), rải nóng, loại A (hàm lượng đá dăm ≥ 50%) làm lớp mặt dưới. - Tầng móng: o Cấp phối đá dăm loại I cỡ hạt lớn nhất danh định 25mm (Dmax 25mm) làm lớp móng trên.
o Cấp phối thiên nhiên loại A làm lớp móng dưới. - Ghi chú: BTNC12.5 và BTNC19 được lấy theo (TCVN 8819:2011) có chiều dày lớp bê tông nhựa hợp lý lần lượt là 5÷7cm và 6÷8cm. 13 Luan van Trước khi thi công lớp mặt dưới BTNC19 cần tưới nhựa thấm bám MC-70 trên lớp móng trên CPĐD loại I (2. Trước khi thi công lớp mặt trên BTNC12.5 cần tưới nhựa dính bám RC-70 trên lớp mặt dưới BTNC19 (2.
Lớp hao mòn sử dụng cho đường cấp III miền núi kết cấu cấp cao A1 là 2.5cm bê tông nhựa chặt có cỡ hạt lớn nhất danh định là 9.1 [1]) CPĐD loại I khi dùng làm lớp móng trên của loại tầng mặt cấp cao A1 có bề dày tối thiểu là 15cm.7 [4]) Cường độ chịu kéo uốn của BTN được xác định từ giá trị R ku 2. 14 Luan van Bảng 0-3: Thông số cường độ vật liệu kết cấu áo đường E (Mpa) Bề dày Rku Lớp kết cấu (Từ dưới lên) Tính về Tính về Tính về (cm) (Mpa) độ võng trượt kéo uốn Đất nền: a=0,6 Lớp cấp phối đồi (E = 150 Mpa) 150 Cấp phối đá dăm loại II 250 250 250 Cấp phối đá dăm loại I 300 300 300 Đá dăm gia cố xi măng 600 600 600 0.8 Bê tông nhựa chặt (đá dăm ≥35%) 350 250 1600 2.0 Bê tông nhựa chặt (đá dăm ≥50%) 420 300 1800 2.1 [4]) để xác định cấu tạo kết cấu áo lề gia cố: - Lớp mặt trên cùng phải cùng loại với lớp mặt phần xe chạy liền kề. - Bề dày tầng móng giảm bớt so với tầng móng của áo đường. Vậy cấu tạo áo lề gia cố tương tự như kết cấu áo đường.5 Tính toán thiết kế kết cấu áo đường 1.1 Tính toán cường độ kết cấu theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi cho phép 1.1 Điều kiện tính toán Theo tiêu chuẩn này (3.1 [4]), kết cấu được xem là đủ cường độ khi: Ech Kcd dv Eyc Trong đó: Ech: môđun đàn hồi chung của cả kết cấu áo đường.
Eyc: môđun đàn hồi yêu cầu của kết cấu, phụ thuộc vào cấp đường, loại tầng mặt và số trục xe tính toán ngày đêm. cd : Hệ số dự trữ cường độ về độ võng, được xác định theo độ tin cậy.2 Hệ số cường độ về độ võng Theo (3.1 22TCN 251-98) từ cấp đường suy được độ tin cậy 15 Luan van Bảng tra độ tin cậy theo cấp đường Loại, cấp hạng đường Độ tin cậy thiết kế 1. Đường cao tốc 0,90; 0,95; 0,98 2.