Nghiên cứu, đánh giá mức độ hư hỏng của tấm bê tông xi măng dưới điều kiện khác nhau của tải trọng tác dụng

Nghiên cứu, đánh giá mức độ hư hỏng của tấm bê tông xi măng dưới điều kiện khác nhau của tải trọng tác dụng Nghiên cứu, đánh giá mức độ hư hỏng của tấm bê tông xi măng dưới điều kiện khác nhau của tải trọng tác dụng Nghiên cứu, đánh giá mức độ hư hỏng của tấm bê tông xi măng dưới điều kiện khác nhau của tải trọng tác dụng Nghiên cứu, đánh giá mức độ hư hỏng của tấm bê tông xi măng dưới điều kiện khác nhau của tải trọng tác dụng

Giới thiệu về tấm bê tông xi măng

Trong những năm gần đây, Việt Nam đã đạt được những bước tiến đáng kể trong việc xây dựng kết cấu hạ tầng phục vụ phát triển kinh tế xã hội, nhờ vào sự công nghiệp hóa hiện đại hóa Quốc gia này đã làm chủ nhiều công nghệ thi công bê tông tiên tiến, kết hợp với các tiến bộ công nghệ bê tông toàn cầu Sự ra đời của các thế hệ phụ gia hóa học và khoáng mới đã nâng cao tính năng của bê tông, trong khi ngành chế tạo cơ khí và tự động hóa cũng góp phần cải thiện năng suất thi công.

Tấm bê tông xi măng ra đời vào cuối thế kỷ 19, bắt đầu từ Anh vào những năm 1950 và sau đó lan rộng sang Pháp, Đức, Mỹ và Nga Trong hơn 100 năm qua, mặt đường bê tông xi măng đã được xây dựng và phát triển ở hầu hết các quốc gia trên thế giới, đặc biệt tập trung tại các nước có nền kinh tế phát triển như Canada, Hoa Kỳ, Đức, Anh, Bỉ, Hà Lan, Australia và Trung Quốc.

Tấm bê tông xi măng và mặt đường mềm là hai loại hình mặt đường chính trong giao thông đường bộ và sân bay, đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển mạng lưới giao thông cho các khu vực, lãnh thổ và kết nối xuyên quốc gia.

Tấm bê tông xi măng được sử dụng rộng rãi trên mọi cấp đường giao thông, từ địa phương đến quốc lộ, và từ những tuyến đường có lưu lượng xe thấp đến cao tốc Ngoài ra, chúng cũng là lựa chọn phổ biến cho sân bay, bến cảng, đường chuyên dụng và bãi đỗ xe Hiện nay, tấm bê tông xi măng vẫn thu hút sự quan tâm của các nhà nghiên cứu và quản lý, nhờ vào sự hoàn thiện của hệ thống tiêu chuẩn và sự phát triển đồng bộ, hiện đại của công nghệ xây dựng Hàng năm, các hội nghị tổng kết được tổ chức để trao đổi và nâng cao chất lượng trong lĩnh vực này.

Kinh nghiệm và nghiên cứu phát triển mới về tấm bê tông xi măng được duy trì hàng năm, mở rộng phạm vi ứng dụng của loại hình mặt đường này trên toàn cầu.

Hình 1.1 Thi công tấm bê tông xi măng

(Ảnh tác giả chụp thi công tấm xi măng đường Kiến Thành, An Giang)

Về phân loại tấm bê tông xi măng Trong hơn 100 năm phát triển, tấm bê tông xi măng được phân ra một số loại như sau:

- Tấm bê tông xi măng không cốt thép, phân tấm, đổ tại chỗ

- Tấm bê tông xi măng cốt thép

- Tấm bê tông xi măng lưới thép

- Tấm bê tông xi măng cốt thép liên tục; cốt phân tán

- Tấm bê tông xi măng lu lèn

- Tấm bê tông xi măng ứng suất trước

- Tấm bê tông xi măng lắp ghép

Tương ứng với mỗi loại tấm bê tông xi măng có những đặc điểm và phạm vi áp dụng nhất định:

Tấm bê tông xi măng không cốt thép, một loại tấm phân tấm ra đời sớm và hiện đang được sử dụng rộng rãi, có chiều dày từ 15 – 40cm và kích thước dao động từ 3 - 7m, thường là khoảng 5m Loại tấm này được áp dụng cho hầu hết các loại đường ô tô, bãi đỗ xe, bến cảng và sân bay Móng của mặt đường tấm bê tông xi măng phân tấm thường được làm từ đất, cát gia cố, vôi, xi măng, đá gia cố xi măng, và đôi khi là đá gia cố nhựa đường hoặc bê tông nhựa, trong khi việc sử dụng móng bằng cát hoặc đá dăm rất hiếm.

Hình 1.2 Thi công tấm bê tông xi măng không cốt thép, phân tấm

Tấm bê tông xi măng cốt thép là lựa chọn lý tưởng cho các tuyến đường có tải trọng lớn như sân bay, đường chuyên dụng và những công trình đặc biệt yêu cầu tuổi thọ cao Kích thước của tấm bê tông này tương tự như tấm bê tông xi măng thông thường, nhưng được gia cố bằng 2 lớp cốt thép chịu lực, mang lại độ bền và khả năng chịu tải tốt hơn.

Tấm bê tông xi măng lưới thép được thiết kế để giảm thiểu các vết nứt do co ngót và nứt nhiệt Bằng cách bổ sung lưới thép và bố trí cách bề mặt đường từ 6 - 10 cm, sản phẩm này giúp tăng cường độ bền và ổn định cho bê tông, hạn chế tối đa hiện tượng nứt trong quá trình thi công.

Tấm bê tông xi măng lưới thép có cường độ cao hơn so với tấm bê tông xi măng thông thường và được áp dụng trong các lĩnh vực khai thác Mặc dù xuất hiện muộn hơn, nhưng phạm vi ứng dụng của tấm bê tông xi măng lưới thép vẫn tương tự như tấm bê tông xi măng thông thường.

Hình 1.3 Lưới thép làm tấm bê tông xi măng

Tấm bê tông xi măng cốt thép liên tục được phát triển để khắc phục nhược điểm của tấm bê tông xi măng phân tấm, giảm thiểu các mối nối ngang và khe co, giãn Với hàm lượng lưới thép khoảng 0,54% và cốt thép được bố trí liên tục, mục đích chính không phải là ngăn ngừa nứt do tải trọng và ứng suất nhiệt, mà là hạn chế sự mở rộng của khe nứt Khoảng cách khe nứt được quy định từ 1,05m - 2,4m, với độ mở rộng không vượt quá 1,0 mm để ngăn nước thấm vào, bảo vệ cốt thép và đảm bảo tấm hoạt động bình thường Tấm bê tông xi măng cốt thép liên tục thích hợp cho các tuyến đường có lưu lượng xe lớn như đường cao tốc, đường băng sân bay, mặc dù chi phí đầu tư ban đầu cao hơn.

Hình 1.4 Tấm bê tông xi măng cốt thép liên tục

(Ảnh tác giả chụp thi công tấm xi măng đường Long Giang, An Giang)

Tấm bê tông xi măng lu lèn là loại tấm được thi công bằng bê tông khô, không có mối nối và sử dụng thiết bị lu thông thường Để khắc phục các vết nứt do co ngót và nhiệt độ, tấm bê tông này được đổ dài liên tục và cần thêm lớp đá dăm láng nhựa Chiều dày của tấm bê tông xi măng lu lèn thường dao động khoảng 20 cm, với móng có thể là các vật liệu gia cố hoặc đá dăm Loại tấm này được áp dụng hiệu quả cho các tuyến đường có lưu lượng xe không cao và làm lớp móng cho mặt đường bê tông xi măng hoặc bê tông nhựa.

Hình 1.5 Thi công tấm bê tông xi măng lu lèn

(Ảnh tác giả chụp thi công tấm xi măng đường Long Kiến, An Giang)

Tấm bê tông xi măng ứng suất trước được thiết kế để khắc phục vết nứt trên mặt đường bê tông xi măng thông thường và nâng cao khả năng chịu lực của kết cấu tấm Có hai loại tấm bê tông xi măng ứng suất trước: loại sử dụng sợi thép căng trước và loại sử dụng tấm bê tông xi măng cốt thép ứng suất sau Tuy nhiên, tấm bê tông xi măng cốt thép dự ứng lực có phạm vi áp dụng hạn chế do công nghệ thi công phức tạp.

Hình 1.6 Tấm bê tông xi măng ứng suất trước

Tấm bê tông xi măng lắp ghép là sản phẩm bê tông được chế tạo sẵn tại xưởng, có thể có hoặc không có cốt thép, và được vận chuyển đến công trường để lắp ghép thành mặt đường Các tấm này có thể được đặt trực tiếp trên nền đất, nền cát hoặc móng đá dăm, mang lại tính linh hoạt và hiệu quả cho quá trình xây dựng.

Hình 1.7 Tấm bê tông xi măng lắp ghép

Tấm bê tông xi măng có tuổi thọ cao, thường từ 20 đến 50 năm, với Trung Quốc quy định khoảng 45 năm Thực tế, tuổi thọ của tấm bê tông xi măng thường vượt quá dự kiến thiết kế, nhiều tấm vẫn sử dụng hiệu quả sau 50 năm, và một số thậm chí tồn tại đến 78 năm.

Tấm bê tông xi măng có cường độ cao và ổn định theo thời gian, không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ như mặt đường nhựa, phù hợp với mọi loại xe Cường độ của tấm bê tông không chỉ duy trì mà còn có thể tăng theo thời gian, đồng thời có khả năng chống bào mòn tốt và hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường cao, đảm bảo an toàn khi lưu thông Với màu sáng, tấm bê tông xi măng cũng thuận lợi cho việc di chuyển vào ban đêm Hơn nữa, chi phí duy tu và bảo dưỡng thấp cùng với thời gian sử dụng lâu dài giúp tổng giá thành xây dựng và khai thác không chênh lệch nhiều so với bê tông nhựa.

Hình 1.8 Thi công tấm bê tông cốt thép

Tình hình nghiên cứu trong nước

Tại Việt Nam, hiện nay chưa có công trình nghiên cứu nào của các tác giả trong nước tập trung và hệ thống hóa một cách rõ ràng về mặt đường bê tông xi măng.

Trên báo Liên hiệp các hội khoa học và kỹ thuật Việt Nam đề cập vấn đề

Bài báo “Nghiên cứu ứng dụng mặt đường bê tông xi măng ở Việt Nam trong điều kiện hiện nay” trình bày kết quả nghiên cứu của Viện Khoa học và Công nghệ giao thông vận tải về mặt đường bê tông xi măng, trong khuôn khổ các đề tài nghiên cứu cấp Bộ Bài viết tổng hợp kết quả thí nghiệm và đánh giá chất lượng mặt đường bê tông xi măng đã xây dựng tại Việt Nam, đồng thời cập nhật xu hướng phát triển mặt đường bê tông trên thế giới Bài báo nêu rõ đặc điểm về vật liệu, kết cấu, công nghệ thi công và sửa chữa nâng cấp mặt đường bê tông xi măng, đánh giá thực trạng thiết kế, thi công, nghiệm thu và khai thác mặt đường này tại Việt Nam Ngoài ra, bài viết phân tích khả năng áp dụng mặt đường bê tông xi măng trong giai đoạn hiện nay và đề xuất phạm vi áp dụng, cùng với các vấn đề cần hoàn thiện trong thiết kế, chỉ dẫn kỹ thuật thi công, thiết bị công nghệ và kiểm soát chất lượng.

Lê Văn Thắng và Phan Văn Sơn đã thực hiện nghiên cứu về việc "Đánh giá mức độ hư hỏng của một tuyến đường dựa trên chỉ số", được công bố trên Tạp chí Giao thông Nghiên cứu này sử dụng hệ thống chỉ số để định lượng mức độ xuống cấp của mặt đường tại thành phố Hồ Chí Minh Ngoài việc áp dụng các chỉ số, khảo sát ý kiến của người dân cũng được tiến hành Kết quả cho thấy sự đồng thuận giữa các phương pháp đánh giá khác nhau, chứng minh rằng phương pháp dựa trên chỉ số có thể được áp dụng hiệu quả trong quản lý hệ thống đường ô tô tại Việt Nam.

Nghiên cứu về ứng xử mặt đường đã được thực hiện bởi nhiều tác giả, trong đó có Nguyễn Mạnh Tuấn và Phan Ngọc Tường Vi Họ đã công bố bài viết mang tên “Ứng xử mặt đường bê tông xi măng có khe nối do chênh lệch nhiệt độ bằng phần mềm Abaqus” trên Báo Mới.

Nghiên cứu mô hình phần tử hữu hạn 2D đã được áp dụng trong hai thập kỷ qua để phân tích và tính toán kết cấu áo đường, nhằm đánh giá phản ứng của áo đường đối với các tác động khác nhau.

Trong những năm gần đây, sự phát triển của máy tính và thuật toán đã thúc đẩy việc sử dụng mô hình phần tử hữu hạn 3D như một công cụ mạnh mẽ để phân tích ứng xử của kết cấu, đặc biệt là kết cấu áo đường Nghiên cứu này tập trung vào ảnh hưởng của nhiệt độ thay đổi trên mặt đường bê tông, áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn 3D qua phần mềm Abaqus Phân tích ứng suất nhiệt được thực hiện với gradient nhiệt độ tuyến tính giữa mặt trên và mặt dưới của tấm bê tông Kết quả từ Abaqus cho thấy độ chính xác tương đối cao khi so sánh với kết quả thực nghiệm và phần mềm phần tử hữu hạn EverFE.

Ngoài ra, Phạm Cao Thăng, Trần Thu Trang, Đỗ Văn Diện, Mai Ngọc Tuấn

Nghiên cứu thực nghiệm về sức chịu tải tĩnh của mặt đường bê tông xi măng bằng thiết bị FWD đã chỉ ra rằng loại mặt đường này được sử dụng rộng rãi trong xây dựng đường ô tô và sân bay tại Việt Nam Việc đánh giá sức chịu tải của mặt đường bê tông xi măng là cần thiết cho quá trình kiểm tra nghiệm thu, quản lý khai thác và nâng cấp các tuyến đường Hiện nay, nhiều phương pháp thử nghiệm không phá hủy đã được áp dụng để xác định nhanh chóng và chính xác sức chịu tải mà không làm ảnh hưởng đến kết cấu mặt đường Thiết bị FWD là một trong những công cụ phổ biến nhất tại Việt Nam cho việc này Bài báo cung cấp kết quả nghiên cứu thực nghiệm nhằm xác định sức chịu tải của mặt đường cứng, phục vụ cho việc khai thác và sửa chữa mặt đường bê tông xi măng và đường ô tô.

Nguyễn Thị Phương, Phạm Hồng Quân và Nguyễn Hữu Giang đã tiến hành nghiên cứu về "Tính toán tấm mặt đường bê tông xi măng trên nền đàn hồi chịu tải trọng tập trung theo lý thuyết biến dạng trượt bậc cao." Nghiên cứu này được công bố trên Tạp chí Hội, đóng góp quan trọng vào lĩnh vực kỹ thuật xây dựng và thiết kế hạ tầng giao thông.

Mặt đường bê tông xi măng đang được phát triển mạnh mẽ trong ngành đường bộ Việt Nam, nhờ vào nhiều ưu điểm nổi bật Tuy nhiên, việc tính toán kết cấu của loại mặt đường này là một bài toán phức tạp Các nghiên cứu trước đây chủ yếu dựa vào lý thuyết tấm cổ điển, mà chỉ phù hợp với một số loại tấm nhất định.

Bài viết này trình bày phương pháp thiết lập các phương trình chủ đạo để xác định độ võng của tấm bê tông xi măng trên nền đàn hồi chịu tải trọng tập trung, áp dụng lý thuyết biến dạng trượt bậc cao và giải bài toán bằng phương pháp Galerkin So sánh kết quả độ võng giữa lý thuyết tấm cổ điển và lý thuyết biến dạng trượt bậc cao, đồng thời khảo sát ảnh hưởng của các thông số đến độ võng của cấu trúc.

Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Chưa có nghiên cứu nào ở nước ngoài đánh giá mức độ hư hỏng của tấm bê tông xi măng dưới các điều kiện tải trọng khác nhau, mặc dù vấn đề này rất quan trọng.

Eltaher Elzarroug Aburkaba đã thực hiện nghiên cứu vào năm 2013 về "So sánh hiệu suất mặt đường bằng Kenlayer và Chương trình phần mềm Chevron" nhằm mục đích chuẩn bị cho việc thi công mặt đường mềm dẻo Nghiên cứu sử dụng phần mềm Kenlayer để xác định tỷ lệ thiệt hại thông qua mô hình đàn hồi, trong khi phần mềm Chevron được áp dụng để dự đoán hiệu suất của tấm bê tông dưới các điều kiện về độ võng và độ lệch hướng Dự báo hiệu suất mặt đường được thực hiện bằng mô hình Hệ thống AI trong cả hai phần mềm, cho thấy mức độ biến dạng từ Chevron thấp hơn so với Kenlayer Độ bền và vòng đời của vỉa hè, đặc biệt là do căng thẳng kéo ở đáy lớp bê tông asphalt, cũng được phân tích Kết quả cho thấy vòng đời dự đoán của phần mềm Chevron lớn hơn nhiều so với dự đoán của Kenlayer.

Nghiên cứu năm 2006 của Daba S Gedafa mang tên “So sánh thực hiện vận hành sử dụng Kenlayer và HDM-4” tập trung vào hiệu suất của mặt đường mềm dẻo Mục tiêu chính của nghiên cứu là so sánh hiệu suất của mặt đường mềm khi áp dụng hai phương pháp Kenlayer và HDM-4 (Phát triển và Quản lý Đường cao tốc) Chương trình máy tính Kenlayer đã được sử dụng để phân tích và đánh giá hiệu quả của các phương pháp này.

Phần mềm HDM-4 đã được sử dụng để xác định tỷ lệ thiệt hại và dự đoán hiệu suất của mô hình hư hỏng mặt đường tại khu vực đô thị Mumbai, Ấn Độ, nơi có khí hậu ẩm ướt và ấm áp Khu vực thử nghiệm có bảy lớp và được thiết kế thành sáu làn xe Thiết kế tuổi thọ được xác định bằng hai mô hình đau khổ trong chương trình Kenlayer của Viện Asphalt, với phương pháp thiết kế sử dụng tải trọng trục chuẩn và lưu lượng So sánh tuổi thọ thiết kế giữa Kenlayer và HDM-4 cho thấy HDM-4 dự đoán vòng đời ngắn hơn Bảy mô hình hỏng hóc trong HDM-4 đã được áp dụng để đánh giá hiệu suất mặt đường, và kết quả cho thấy mô hình nứt là quản lý Nghiên cứu về cơ nhiệt của cấu trúc mặt đường cũng đang được các nhà khoa học quan tâm.

Vào năm 2010, M.H Alavi đã nghiên cứu về "Mô hình cơ nhiệt của cấu trúc mặt đường mềm," nhấn mạnh tầm quan trọng của cơ nhiệt mặt đường Hệ thống đường bộ ở Ả-rập Xê-út, một trong những hệ thống giao thông chính, đang được phát triển nhanh chóng với các chương trình xây dựng đường bộ đang được triển khai trên toàn quốc Những con đường này không chỉ kết nối các thành phố, thị trấn và làng mạc mà còn cần đảm bảo chất lượng cấu trúc và chức năng Trong 5 kế hoạch cuối cùng của Ả-rập Xê-út, Bộ Giao thông vận tải đã thực hiện nhiều dự án nhằm xây dựng cơ sở hạ tầng vững chắc với chi phí lên đến hàng tỷ rialy, được xem là một khoản đầu tư dài hạn cho quốc gia Đường cao tốc được coi là một chỉ số quan trọng phản ánh mức độ văn minh của một quốc gia.

Tại Vương quốc Saudi Arabia, mạng lưới đường cao tốc chủ yếu sử dụng loại mặt đường linh hoạt, chịu áp lực lớn từ nhiệt độ cao và tải trọng bánh xe Nghiên cứu này tập trung vào tác động của nhiệt và cơ học đối với hành vi của mặt đường mềm dẻo Các ứng suất cơ học được xác định bằng phần mềm Kenplayer, sau đó được mô phỏng bằng phần mềm Ansys phần tử hữu hạn, trong đó nhiệt độ cũng được tính đến Kenplayer không thể hiện tác động của áp suất nhiệt đối với hành vi mặt đường một cách chính xác như Ansys, đặc biệt trong việc xác định ảnh hưởng của tải cơ học.

Tình hình sử dụng Tấm bê tông xi măng tại tỉnh An Giang

An Giang là một tỉnh có vị trí chiến lược quan trọng về kinh tế xã hội và an ninh quốc phòng Tỉnh này sở hữu tiềm năng phát triển kinh tế cửa khẩu, nông – lâm – ngư nghiệp, dịch vụ và du lịch Với vai trò là cửa ngõ đối ngoại quan trọng của vùng kinh tế trọng điểm Đồng bằng sông Cửu Long, An Giang kết nối với Campuchia và các nước trong khu vực, tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển kinh tế.

Trong thời gian qua, Chính phủ đã phê duyệt nhiều quy hoạch quan trọng liên quan đến hạ tầng giao thông vận tải, bao gồm Quy hoạch phát triển giao thông vận tải vùng kinh tế trọng điểm Đồng bằng sông Cửu Long đến năm 2020 và định hướng đến năm 2030, quy hoạch phát triển đường bộ cao tốc, quy hoạch vùng biên giới Việt Nam – Campuchia, và quy hoạch phát triển giao thông vận tải đường thủy nội địa.

Hệ thống giao thông tỉnh An Giang hiện đang gặp nhiều hạn chế như mạng lưới giao thông không đồng bộ, dịch vụ vận tải chưa phát triển hoặc phát triển tự phát, và chưa đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế xã hội Để cải thiện tình hình, cần phát triển mối liên kết giữa hệ thống giao thông vận tải trong tỉnh và với các tỉnh thành lân cận một cách hợp lý, đồng bộ và bền vững, nhằm đáp ứng định hướng phát triển kinh tế xã hội trong tương lai.

Tình hình phát triển kinh tế xã hội của tỉnh ngày càng khởi sắc, đời sống người dân được cải thiện rõ rệt Tuy nhiên, sự gia tăng nhanh chóng về số lượng phương tiện giao thông đã tạo ra áp lực lớn lên hệ thống hạ tầng giao thông.

Để đáp ứng nhu cầu di chuyển và vận chuyển hàng hóa của người dân, việc xây dựng một kế hoạch phát triển hạ tầng giao thông vận tải hiệu quả là vô cùng cần thiết.

Hệ thống giao thông đường bộ tỉnh An Giang bao gồm nhiều loại đường như quốc lộ, đường tỉnh, đường huyện, đường xã và đường đô thị, với tổng chiều dài lên đến 5.507 km Trong đó, quốc lộ có 04 tuyến dài 152,830 km, đường tỉnh gồm 16 tuyến dài 480,970 km, đường đô thị dài 654,079 km, đường huyện dài 947,078 km và đường xã dài 3.272,042 km.

Bảng 1.1 Thống kê kết cấu mặt đường tỉnh An Giang [9]

Stt Loại đường Số tuyến

Tính cấp thiết của đề tài

Tại Việt Nam, chi phí duy tu và bảo dưỡng đường chiếm tỷ lệ lớn trong ngân sách hàng năm dành cho phát triển hạ tầng giao thông, với khoảng 50 triệu đồng/km/năm cho quốc lộ và 40 triệu đồng/km/năm cho đường tỉnh Hiện tại, chiều dài quốc lộ là khoảng 16.758 km, tương đương với kinh phí khoảng 838 tỷ đồng/năm, trong khi đó, chiều dài đường tỉnh lên tới 77.170 km, với kinh phí khoảng 3.087 tỷ đồng/năm Tổng chi phí này tạo thành một phần quan trọng trong ngân sách quốc gia của Việt Nam.

Công tác đánh giá và dự báo hư hại mặt đường hiện nay chưa được thực hiện một cách chính xác và khoa học, chủ yếu chỉ dừng lại ở việc xác định định tính trong thời gian ngắn Sự gia tăng lưu lượng xe cộ hàng ngày đã dẫn đến mức độ hư hỏng mặt đường ngày càng trầm trọng hơn.

Việc phân bổ kinh phí cho kế hoạch duy tu và sửa chữa các tuyến đường trung và dài hạn gặp khó khăn do không thể dự đoán mức độ hư hại của mặt đường trong tương lai Điều này dẫn đến việc không xác định được chi phí sửa chữa và bảo trì, mà chỉ tập trung vào chi phí sửa chữa.

Đánh giá và nghiên cứu hiệu suất của tấm bê tông xi măng dưới các loại tải trọng khác nhau là cần thiết để dự đoán quy mô hư hỏng, chi phí và mức độ xuống cấp Những thông tin này sẽ là cơ sở quan trọng cho việc bảo dưỡng, bảo trì và thiết kế công trình phù hợp với tính chất của nó.

Phạm vi nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu của đề tài được xác định rõ ràng, bao gồm đối tượng nghiên cứu là tấm bê tông xi măng dùng cho đường, thời gian nghiên cứu từ năm 2017 đến 2018, và phương pháp nghiên cứu là phương pháp PCI được đánh giá thông qua phần mềm hỗ trợ SPSS Nghiên cứu này được thực hiện trong không gian giới hạn tại huyện Chợ Mới, tỉnh An Giang.

Tính mới của đề tài

Đề tài nghiên cứu có những tính mới, như sau:

Hiện tại, mức độ hư hại của tấm bê tông xi măng tại huyện Chợ Mới, tỉnh An Giang vẫn chưa được đánh giá rõ ràng, điều này gây khó khăn trong việc lập kế hoạch bảo trì, duy tu và sửa chữa.

Mức độ hư hại của các tấm bê tông xi măng trên các loại đường khác nhau có sự khác biệt rõ rệt, dẫn đến kinh phí duy tu và sửa chữa cũng thay đổi Hiện nay, việc xác định hư hại chủ yếu dựa vào quan sát bằng mắt thường và thước thép, thiếu cơ sở khoa học cụ thể, do đó không đảm bảo tính bao quát và chính xác trong đánh giá.

Kinh phí và dự toán cho công tác duy tu, sửa chữa chưa được phân bổ hợp lý, dẫn đến việc tính toán bình quân trên mỗi km tuyến đường không phản ánh đúng nhu cầu thực tế.

Dự báo mức độ hư hại của tấm bê tông xi măng theo lưu lượng xe là cần thiết để xác định nguồn kinh phí bảo trì và sửa chữa hàng năm cũng như trung và dài hạn.

Hình 1.10 Đường nông thôn xã Vĩnh Thành, An Giang

(Ảnh tác giả chụp thực tế đường Vĩnh Thành, An Giang)

Lý thuyết thống kê

2.1.1 Số tương đối kết cấu

Số tương đối kết cấu là tỷ lệ giữa số tuyệt đối của từng bộ phận và số tuyệt đối của tổng thể, giúp phân tích cấu thành của hiện tượng nghiên cứu Sự thay đổi trong kết cấu cho thấy nguyên nhân thay đổi bản chất của hiện tượng trong các điều kiện khác nhau.

- T: Số tương đối kết cấu (%)

- A: Số tuyệt đối từng tổ

- B: Số tuyệt đối tổng thể

Số tương đối trong thống kê là kết quả của việc so sánh hai số tuyệt đối đã có, vì vậy để phát huy hiệu quả trong phân tích thống kê, cần tuân thủ nguyên tắc rằng số tương đối phải được tính từ hai số tuyệt đối có mối quan hệ với nhau Việc so sánh phải có ý nghĩa và đảm bảo nguyên tắc "có thể so sánh được".

Số bình quân trong thống kê thể hiện mức độ đại biểu của một tiêu thức số lượng nào đó trong tổng thể đồng chất Để số bình quân có tính đại diện cao, cần đảm bảo rằng số đơn vị trong tổng thể để tính toán phải đủ lớn Điều này giúp số bình quân phản ánh chính xác đặc điểm chung nhất và điển hình nhất của các đơn vị cùng loại.

Số bình quân đóng vai trò quan trọng trong lý luận và thực tiễn, giúp nêu bật mức độ điển hình và đặc điểm chung của hiện tượng Nó cho phép so sánh các hiện tượng khác nhau về quy mô, nghiên cứu các quá trình biến động theo thời gian, và hỗ trợ trong việc xây dựng cũng như kiểm tra tình hình thực hiện kế hoạch.

Việc áp dụng nhiều phương pháp phân tích như phân tích biến động và phân tích mối liên hệ là rất quan trọng trong điều tra chọn mẫu và dự đoán thống kê.

- x i : là trị số của đơn vị thứ i (1,2,3,4, n)

- n: là đơn vị tổng thể

Là số bình quân cộng của bình phương các khoảng chênh lệch giữa các lượng biến xi với mức độ bình quân của tổng thể nghiên cứu

Trường hợp không phân mẫu, công thức:

Trường hợp phân mẫu, công thức:

Phương sai là một công cụ quan trọng để đánh giá độ biến thiên của tiêu thức và giải quyết sự không hoàn thiện của các chỉ tiêu Nó thường được sử dụng để tính hệ số tương quan và xác định sai số trong các cuộc điều tra chọn mẫu Đơn vị tính của phương sai là bình phương đơn vị tính của tiêu thức nghiên cứu, do đó phương sai không có đơn vị biểu hiện cụ thể.

Phương sai là căn bậc hai của phương sai, hay có thể hiểu là số trung bình của các độ lệch giữa các giá trị biến và giá trị trung bình cộng của chúng.

Trường hợp tài liệu không phân tổ:

Trường hợp tài liệu phân tổ:

Chỉ số PCI cho Tấm bê tông xi măng

2.2.1 Khấu trừ chỉ số điều kiện dựa trên giá trị

Shahin và Walther [11] đã áp dụng lý thuyết thống kê để nghiên cứu phương pháp xác định chỉ số tổng hợp cho các tấm bê tông xi măng bị hư hỏng tại Bang Washington, Hoa Kỳ Trong nghiên cứu này, một tấm bê tông xi măng hoàn hảo được quy định với chỉ số 100.

Tình trạng của tấm bê tông mặt đường được đánh giá thông qua việc khấu trừ giá trị tích lũy dựa trên mức độ nghiêm trọng và tình trạng hiện tại của sự hư hỏng Điểm số khấu trừ cho các loại hư hỏng đã được xác định nhằm hỗ trợ cho công tác khảo sát hư hại và bảo trì hiệu quả.

2.2.2 Chỉ số điều kiện mặt đường PCI

Chỉ số điều kiện dựa trên giá trị khấu trừ đang được cải tiến cho tấm bê tông xi măng Shahin và Walther [11] đã phát triển một trong những phương pháp khảo sát tình trạng hư hỏng chi tiết phổ biến nhất.

Tấm bê tông được chia thành các mẫu để kiểm tra chất lượng, được thể hiện qua chỉ số PCI (Pavement Condition Index) từ 0 đến 100 Chỉ số 0 biểu thị tình trạng không đạt yêu cầu, trong khi chỉ số 100 cho thấy chất lượng tuyệt vời Các quy mô PCI phản ánh tình trạng khác nhau của tấm bê tông, giúp đánh giá hiệu suất và độ bền của chúng.

Bảng 2.1 Bảng xếp hạng PCI [11]

Để ước lượng điều kiện mặt đường, chỉ số 100 được gán cho giả định tấm bê tông xi măng ở trạng thái tuyệt vời ban đầu Giá trị sẽ bị khấu trừ cho mỗi loại hư hỏng dựa trên mức độ hư hỏng hiện tại.

Trong nghiên cứu của Shahin và Walther [11], có nhiều đường cong khấu trừ được phát triển để đánh giá tình trạng hư hỏng cụ thể và mức độ nghiêm trọng Các sửa đổi cần thiết cho những đường cong này có thể được thực hiện khi các định nghĩa về loại hư hỏng và mức độ nghiêm trọng khác với những gì đã được sử dụng trong quá trình phát triển.

2.2.3 Xây dựng mô hình khảo sát PCI

Kiểm tra trực quan và đo đạt bề mặt tấm bê tông xi măng cung cấp thông tin giá trị để đánh giá tình trạng hiện tại và dự đoán hiệu suất làm việc trong tương lai Dữ liệu thu thập được giúp xác định và sắp xếp thứ tự ưu tiên cho các sửa chữa cần thiết, đồng thời đánh giá hiệu suất của các kỹ thuật và vật liệu khác nhau.

Trong khảo sát PCI, các dấu hiệu xấu đi của bề mặt tấm bê tông xi măng được ghi nhận và phân tích Giá trị PCI cuối cùng được tính từ 0 đến 100, trong đó 100 biểu thị cho bề mặt tuyệt vời Đánh giá tình trạng tấm bê tông xi măng được xác định dựa trên mối tương quan giữa giá trị PCI và chức năng của bề mặt.

Khi thu thập dữ liệu bề mặt tấm bê tông xi măng, ba khía cạnh quan trọng cần chú ý là chỉ số tổng hợp, loại hư hỏng hiện tại và tỷ lệ suy thoái Giá trị PCI cung cấp cái nhìn tổng quát về điều kiện bề mặt và khối lượng công việc cần thiết cho sửa chữa, bảo trì Để đánh giá chính xác tình trạng hư hỏng và khả năng làm việc của tấm bê tông, cần phân chia các điểm khảo sát trên mỗi tấm bê tông xi măng, đảm bảo rằng mỗi tấm được khảo sát có các thành phần nhất quán về diện tích và chiều dài.

Một đơn vị mẫu là khu vực nhận diện trên bề mặt của tấm bê tông xi măng, đóng vai trò là thành phần nhỏ nhất trong cấu trúc của tấm Mỗi bề mặt tấm bê tông xi măng được chia thành các đơn vị mẫu nhằm phục vụ cho việc kiểm tra chất lượng bề mặt.

21 mặt tấm bê tông xi măng được khảo sát để đánh giá điều kiện bề mặt và xác định xếp hạng PCI Quy trình thực hiện khảo sát và phân tích được trình bày chi tiết trong hình ảnh minh họa.

Hình 2.1 Sơ đồ khảo sát chỉ số PCI

2.2.4 Quy trình xây dựng mô hình PCI

Trình tự xây dựng mô hình PCI

Kiểm tra đơn vị mẫu, xác định mức độ nghiêm trọng của bề mặt tấm bê tông xi măng và sau đó xác định mật độ hư hỏng

Các giá trị khấu trừ được xác định từ các đường cong khấu trừ giá trị cho mỗi loại hư hỏng và mức độ nghiêm trọng

Tổng giá trị khấu trừ (TDV) được tính bằng cách tính tất cả giá trị khấu trừ của từng tấm bê tông xi măng

Khi tính toán TDV, giá trị khấu trừ sửa đổi (CDV) được xác định từ các đường cong điều chỉnh Nếu giá trị khấu trừ của tấm bê tông xi măng cao hơn CDV, thì CDV sẽ được tính bằng giá trị khấu trừ cao nhất của tấm bê tông xi măng.

Tất cả các đơn vị mẫu được khảo sát được chọn ngẫu nhiên, và PCI của tấm bê tông xi măng được xác định bằng cách tính trung bình PCI của các đơn vị mẫu Nếu có bất kỳ đơn vị mẫu bổ sung nào được kiểm tra, cần sử dụng một trung bình trọng số, được tính theo phương trình cụ thể.

- PCI f = PCI: của mặt đường

- PCI 1 = PCI: trung bình của các mẫu ngẫu nhiên

- PCI 2 = PCI: trung bình của các mẫu bổ sung

- A: số mẫu bổ sung được kiểm tra

- Mật độ của những hư hỏng được xác định bằng công thức:

- : Mật độ của những hư hỏng (%)

Lý thuyết hồi quy và tương quan

2.3.1 Hồi quy và tương quan

Các hiện tượng kinh tế – xã hội có mối liên hệ phụ thuộc lẫn nhau, diễn ra theo cả thời gian và không gian Sự tương tác theo thời gian thể hiện sự tác động và phụ thuộc giữa các hiện tượng trong các giai đoạn phát triển khác nhau Trong khi đó, mối liên hệ theo không gian phản ánh sự tương tác và phụ thuộc của các hiện tượng tại cùng một thời điểm Ngay cả trong một hiện tượng nghiên cứu, sự đa dạng của các tiêu thức cũng cho thấy tính chất phức tạp của các mối liên hệ này.

23 này cũng có mối liên hệ qua lại nhất định Tuỳ theo mức độ chặt chẽ, mà người ta chia mối liên hệ thành các loại dưới đây

Liên hệ hàm số là mối liên hệ chặt chẽ giữa các hiện tượng, trong đó sự thay đổi của một hiện tượng quyết định sự thay đổi của hiện tượng liên quan theo một tỷ lệ nhất định Mối liên hệ này không chỉ xuất hiện trong tổng thể mà còn được thể hiện ở từng đơn vị cá biệt, thường gặp trong tự nhiên.

Liên hệ tương quan là mối liên hệ không chặt chẽ, trong đó sự thay đổi của một hiện tượng có thể ảnh hưởng đến hiện tượng khác nhưng không hoàn toàn quyết định Mối liên hệ này thường xuất hiện trong các hiện tượng kinh tế – xã hội và không thể nhận diện qua từng đơn vị cá biệt mà cần xem xét qua tổng thể lớn hơn.

2.3.2 Xác định mô hình hồi quy phản ánh mối quan hệ

Phân tích hồi quy tương quan bắt đầu bằng việc xây dựng mô hình hồi quy, xác định tính chất và hình thức của mối liên hệ giữa các biến Để thực hiện nhiệm vụ này, cần tiến hành một số bước phân tích cụ thể.

Phân tích lý luận giúp giải thích sự tồn tại và bản chất của mối liên hệ giữa các yếu tố Tùy thuộc vào mục đích nghiên cứu cụ thể, chúng ta cần xác định rõ nguyên nhân và kết quả trong mối liên hệ đó.

Thăm dò mối liên hệ bằng các phương pháp thống kê: phương pháp đồ thị, phân tổ, số bình quân, phương pháp quan sát 2 dãy số song song…

Lập phương trình hồi quy biểu hiện mối liên hệ phương trình y = a + bx; y a + bx + cx 2 …

Tính toán các tham số và giải thích ý nghĩa của chúng

Sau khi xây dựng phương trình hồi quy để mô tả mối liên hệ giữa các hiện tượng kinh tế xã hội, nhiệm vụ tiếp theo là đánh giá mức độ chặt chẽ của mối liên hệ này Điều này được thực hiện thông qua việc phân tích hệ số tương quan tuyến tính và tỷ số tương quan phi tuyến tính, nhằm xác định sự phù hợp của mô hình.

Phân tích hồi quy và tương quan là những phương pháp phổ biến trong nghiên cứu để khám phá mối liên hệ giữa các hiện tượng kinh tế xã hội Những phương pháp này giúp xác định và đo lường mức độ tương quan giữa các biến số, từ đó cung cấp cái nhìn sâu sắc về các yếu tố ảnh hưởng lẫn nhau trong lĩnh vực kinh tế xã hội.

Mô hình hồi quy xác định vị trí của đường hồi quy lý thuyết nhằm mô tả chính xác mối liên hệ thực tế Đường hồi quy thực nghiệm được hình thành từ dữ liệu thực tế, trong khi đường hồi quy lý thuyết điều chỉnh để bù trừ các chênh lệch ngẫu nhiên, phản ánh xu hướng cơ bản của hiện tượng.

Mô hình hồi quy tuyến tính biểu diễn mối liên hệ giữa 2 tiêu thức số lượng có dạng:

- Y x : Trị số điều chỉnh của tiêu thức chịu ảnh hưởng kết quả (biến phụ thuộc) theoquan hệ với x

Hệ số tự do, hay còn gọi là hệ số chặn, là điểm khởi đầu trong mô hình hồi quy lý thuyết Nó thể hiện ảnh hưởng của các yếu tố khác ngoài biến x đến sự biến động của biến y.

Hệ số hồi quy b1, còn được gọi là hệ số góc hay độ dốc, thể hiện ảnh hưởng trực tiếp của biến độc lập x đến biến phụ thuộc y Cụ thể, khi x tăng lên 1 đơn vị, y sẽ thay đổi trung bình b1 đơn vị Hệ số b1 cũng chỉ ra chiều hướng của mối quan hệ: nếu b1 > 0, mối liên hệ là thuận; ngược lại, nếu b1 < 0, mối liên hệ là nghịch.

Hình 2.2 Mô hình đường hồi quy tuyến tính [12]

Phân tích hồi quy là một phương pháp toán học được lập trình cho máy tính, được áp dụng rộng rãi trong nhiều phần mềm thống kê hiện nay như Excel và SPSS.

Nhu cầu đi lại của người dân không chỉ liên quan đến một hiện tượng mà thường gắn liền với nhiều yếu tố khác nhau Trong nghiên cứu này, nhu cầu đi lại được ký hiệu là y, trong khi các yếu tố ảnh hưởng đến nhu cầu này được biểu thị bằng x1, x2 Để xác định mối quan hệ giữa biến phụ thuộc y và các biến độc lập x, chúng ta sử dụng kỹ thuật hồi quy, với mô hình y = f(x1, x2, …).

Mối quan hệ hồi quy có thể là tuyến tính, phi tuyến với biến đơn hoặc đa biến Hàm hồi quy tuyến tính nhiều biến số: y = a + b 1 x 1 + b 2 x 2 + b 3 x 3

Hàm hồi quy phi tuyến: y = e ax +b ; y = ax 2 + b

Hàm hồi quy chặn 0: y = ax; y = a 1 x 1 + a 2 x 2 + a n x n

2.3.4 Mục tiêu của hồi quy

Mục tiêu của phân tích hồi quy là tìm ra dạng hàm biểu diễn mối quan hệ giữa biến phụ thuộc và các biến độc lập

Khi biểu diễn các cặp giá trị thực (x1, y1) của biến độc lập và biến phụ thuộc trên hệ trục tọa độ, chúng ta sẽ thu được một tập hợp các điểm rời rạc.

Phân tích hồi quy cho phép xác định dạng hàm biểu diễn các điểm rời rạc

Phân tích hồi quy là phương pháp xác định đường biểu diễn tối ưu cho các điểm (x1, y1) bằng cách tối thiểu hóa tổng bình phương sai số Nguyên tắc này yêu cầu tổng khoảng cách từ các mẫu đến đường hồi quy phải được giảm thiểu, nhằm đạt được độ chính xác cao nhất trong việc dự đoán.

Nếu hàm hồi quy có dạng y = a0 - a1x1 - a2x2 thì mục tiêu của phân tích hồi quy sẽ là:

Hình 2.3 Quan hệ giữa các biến độc lập và biến phụ thuộc [12]

Việc quyết định biến độc lập trong hàm hồi quy tuyến tính tuân theo nguyên tắc sau:

Biến độc lập phải có mối liên hệ với biến phụ thuộc

Biến độc lập phải có mối tương quan cao với biến phụ thuộc

Các biến độc lập không được có mối liên quan ảnh hưởng lẫn nhau, nghĩa là chúng phải tương đối độc lập

Các biến độc lập phải có khả năng xác định được

Sau khi áp dụng kỹ thuật hồi quy để xác định các tham số cho mô hình, chúng ta cần đánh giá xem mối liên hệ giữa các biến độc lập và biến phụ thuộc có phản ánh chính xác các tác động qua lại hay không.

Việc đánh giá này được thực hiện qua việc xem xét hai chỉ tiêu hệ số xác định và hệ số tương quan

Hệ số xác định R 2 biểu diễn mức độ tập trung của các mẫu rời rạc xung quanh hàm hồi quy

Phần mềm thống kê SPSS

SPSS (Statistical Product and Services Solutions) là phần mềm thống kê phổ biến trong nghiên cứu kỹ thuật và nghiên cứu thị trường Phần mềm này cung cấp hệ thống quản lý dữ liệu và khả năng phân tích thống kê với giao diện thân thiện, giúp người dùng dễ dàng thao tác thông qua các trình đơn mô tả và hộp thoại đơn giản trong môi trường đồ họa.

Chức năng chính của SPSS:

Nhập và làm sạch dữ liệu;

Xử lý biến đổi và quản lý dữ liệu;

SPSS là một công cụ mạnh mẽ cho việc tóm tắt và trình bày dữ liệu dưới dạng biểu bảng và đồ thị Nó cho phép phân tích dữ liệu, tính toán các tham số thống kê và diễn giải kết quả một cách hiệu quả Nội dung của SPSS rất phong phú, bao gồm thiết kế bảng biểu và sơ đồ thống kê, cũng như tính toán các đặc trưng mẫu trong thống kê mô tả, bên cạnh một hệ thống đầy đủ các phương pháp thống kê phân tích.

So sánh các mẫu có thể được thực hiện qua nhiều tiêu chí, bao gồm các phương pháp tham số và phi tham số (Nonparametric Test) Các mô hình phân tích phương sai theo dạng tuyến tính tổng quát (General Linear Models) cũng đóng vai trò quan trọng trong việc phân tích dữ liệu Ngoài ra, các mô hình hồi quy đơn biến và đa biến, cũng như hồi quy phi tuyến tính (Nonlinear) và hồi quy Logistic, đều là những công cụ hữu ích để hiểu rõ hơn về mối quan hệ giữa các biến trong nghiên cứu.

Phân tích theo nhóm (Cluster Analysis);

Phân tích tách biệt (Discriminatory Analysis);

Và nhiều chuyên sâu khác (Advanced Statistics)

Cấu trúc, tổ chức dữ liệu trong SPSS:

SPSS sử dụng các định dạng file riêng biệt để tổ chức dữ liệu, cho phép nhập và xuất sang các định dạng khác Các loại file bao gồm: File dữ liệu với định dạng *.sav hoặc *.sys, File Syntax với định dạng *.sps, File kết quả với định dạng *.spv, và File Script với định dạng *.wwd hoặc *.sbs.

Các định dạng dữ liệu khác mà SPSS có thể đọc:

Bảng tính – Excel (*.xls, *.xlsx), Lotus (*.w*);

Các tập tin từ các phần mềm thống kê khác (Stata, SAS)

Với SPSS, bạn có khả năng phân tích thực trạng, xác định các nhân tố ảnh hưởng và dự đoán xu hướng tương lai Điều này giúp bạn đưa ra quyết định chính xác, giải quyết vấn đề nhanh chóng và cải thiện hiệu quả kết quả, đáp ứng tốt hơn nhu cầu của người sử dụng.

30

Quy trình nghiên cứu chung

Quy trình nghiên cứu bao gồm các bước sau: xác định vấn đề nghiên cứu, tham khảo các nghiên cứu trong nước, thu thập ý kiến từ chuyên gia, thiết kế bảng khảo sát, tiến hành khảo sát sơ bộ, thu thập dữ liệu, xây dựng mô hình, đánh giá mô hình phân tích, và cuối cùng là kết thúc quá trình nghiên cứu với các kết luận và kiến nghị cụ thể, như được trình bày trong hình 3.1.

Hình 3.1 Quy trình nghiên cứu chung

Xác định vấn đề nghiên cứu: Đánh giá mức độ hư hỏng của tấm bê tông xi măng

Tham khảo các nghiên cứu trước: internet, thư viện

Xác định nguyên nhân dẫn đến hư hỏng

Tham khảo ý kiến chuyên gia, người có kinh nghiệm Thiết kế bảng biểu khảo sát

Số liệu thu thập Xây dựng mô hình Đánh giá mô hình phân tích

Kết luận và Kiến nghị Đạt Điều chỉnh

Phương pháp phân tích thu thập số liệu

3.2.1 Phương pháp phân tích thu thập số liệu

Phân tích và thu thập số liệu là quá trình điều tra thực nghiệm sử dụng camera, thước dây, và thước thép để ghi nhận các sự cố hư hỏng và thống kê kết quả Dữ liệu thu thập sẽ được lưu trữ và ghi chú trong bảng khảo sát, sau đó tác giả sẽ số hóa để phân tích bằng Excel và SPSS Hình ảnh thu thập được sẽ hỗ trợ cho quá trình phân tích này.

Hình 3.2 Khảo sát, thu thập số liệu thực tế

(Ảnh tác giả chụp thực tế đường xã Vĩnh Thành, tỉnh An Giang)

3.2.2 Quy trình thu thập số liệu

Trước khi thu thập số liệu, tác giả đã tiến hành khảo sát sơ bộ để phân loại mức độ hư hại và xác định số lượng mẫu cần khảo sát cho nghiên cứu Dựa trên kết quả khảo sát sơ bộ, tác giả thiết kế bảng khảo sát, bao gồm các thông tin như công việc sẽ khảo sát, ngày, giờ và mức độ hư hại.

Sau khi thực hiện khảo sát chính thức, tác giả đã phân loại chi tiết các loại hư hỏng, bao gồm thông tin về loại hư hỏng, mức độ, số lượng và mật độ hư hỏng Những thông tin này sẽ được mã hóa để phục vụ cho việc phân tích tổng hợp, theo quy trình thu thập số liệu đã được xác định.

Hình 3.3 Quy trình thu thập số liệu

Xác định khu vực khảo sát

Xác định số lượng mẫu cần khảo sát

Thiết kế bảng khảo sát

Khảo sát chính thức Loại hư hỏng

Phân tích thống kê hư hỏng

Tổng hợp mức độ hƣ hỏng

Mật độ hư hỏng Phân đoạn khảo sát

Khu vực nghiên cứu bao gồm hai tuyến đường bê tông xi măng tại xã Vĩnh Thành, huyện Châu Thành và xã Long Điền B, huyện Chợ Mới, tỉnh An Giang Để đảm bảo tính tương thích trong so sánh, tác giả đã lựa chọn hai tuyến đường này có cùng thông số thiết kế nhưng lưu lượng xe khác nhau Cả hai tuyến đều được đưa vào sử dụng vào năm 2010, với vị trí được thể hiện trong hình 3.4 và 3.5.

Hình 3.4 Vị trí thu thập số liệu đường Vĩnh Thành

Hình 3.5 Vị trí thu thập số liệu đường Long Điền B

Công trình Vĩnh Thành và Long Điền B có cùng thông số thiết kế về quy mô và kết cấu mặt đường, được trình bày chi tiết trong bảng 3.1.

Bảng 3.1 Thông số thiết kế đường Vĩnh Thành, Long Điền B

Qui mô công trình Kết cấu mặt đường

- Loại công trình: đường giao thông nông thôn

- Tải trọng trục thiết kế 2.5 tấn/trục

- Tốc độ tính toán: 15km/h

- Cao trình thiết kế: thay đổi từ +3.25 đến +3.41

- Độ dốc ngang mặt đường: 2%

- Độ dốc ngang lề đường: 2%

- Mặt đường bê tông xi măng dày 16cm, M300

Hình 3.6 Đo đạt số liệu hư hỏng

(Ảnh tác giả chụp thực tế đường xã Vĩnh Thành, tỉnh An Giang)

Phương pháp phân loại hư hỏng

Nghiên cứu này áp dụng phương pháp kiểm tra trực quan và đo đạc để phân loại hư hỏng bề mặt tấm bê tông xi măng Dữ liệu thu thập từ kiểm tra giúp đánh giá tình trạng hiện tại, dự đoán hiệu suất hư hại trong tương lai, xác định ưu tiên cho công việc sửa chữa, và đánh giá hiệu quả của các kỹ thuật và vật liệu khác nhau Trong quá trình khảo sát, các dấu hiệu hư hỏng được ghi nhận và phân tích, từ đó tính toán giá trị cuối cùng đại diện cho mức độ hư hỏng Nghiên cứu phân loại 11 loại hư hỏng, bao gồm: tấm bê tông hư hỏng mặt, lún, nứt cạnh, nứt rộng lớn, nứt đứt gãy, mặt bê tông phồng lên, nứt ngang, mất cát bề mặt, nứt đứt quảng, vá mặt bê tông, và vết bánh xe Mức độ hư hỏng được phân loại như sau: rất ít (5% bề mặt), không liên tục (10% bề mặt), thường xuyên (35% bề mặt), phạm vi rộng (65% bề mặt), và toàn bộ (100% bề mặt).

Hình 3.7 Hình ảnh tấm bê tông nứt đứt gãy

3.3.1 Phân loại hƣ hỏng tấm bê tông xi măng

Tấm bê tông xi măng khi chịu tải trọng lâu dài có thể gặp phải nhiều loại hư hỏng khác nhau Các hư hỏng phổ biến bao gồm: hư hỏng bề mặt, lún, nứt cạnh, nứt lớn, nứt đứt gãy, phồng mặt bê tông, nứt ngang, mất cát bề mặt, nứt đứt quảng, vá mặt bê tông và vết bánh xe, như đã chỉ ra trong bảng 3.2.

Bảng 3.2 Phân loại hư hỏng tấm bê tông xi măng

Stt Phân loại hƣ hỏng

06 Mặt bê tông phồng lên

3.3.2 Mức độ hƣ hỏng tấm bê tông xi măng

Dựa trên nghiên cứu của M.Y.Shahin và J.A Walther, mức độ hư hỏng của tấm bê tông xi măng được phân loại thành ba cấp độ: thấp, vừa và cao Mỗi cấp độ có các thông tin nhận biết đặc trưng riêng để giúp xác định tình trạng hư hỏng.

Bảng 3.3 Mức độ hư hỏng của tấm bê tông xi măng [11]

STT LOẠI HƢ HỎNG MỨC ĐỘ HƢ HỎNG

01 Hư hỏng mặt Các vết nứt do thời tiết

Các vết nức nhiều hơn do thời tiết

Các khối nứt phân chia thành nhiều phần

02 Lún xuống 5 – 15 mm 15 – 30 mm > 30 mm

03 Nứt cạnh 6 – 10 mm 11 – 15 mm >15 mm

04 Nứt rộng lớn 6 – 10 mm 11 – 15 mm > 15 mm

05 Nứt đứt gãy 6 – 10 mm 11 – 15 mm > 10 mm

Mặt bê tông phồng lên 5 – 15 mm 15 – 30 mm > 30 mm

07 Nứt ngang 6 – 10 mm 11 – 20 mm > 20 mm

08 Mất cát bề mặt 5 – 10 mm 11 – 25 mm > 25 mm

Nứt ngẫu nhiên và không ảnh hưởng đến tốc độ xe chạy

Nứt 02 đoạn và ảnh hưởng đến tốc độ của xe chạy

Nứt trên 02 đoạn và ảnh hưởng đến tốc độ của xe chạy

Vá mặt bê tông trong tình trạng mặt đường hư hỏng ít và không ảnh hưởng đến tốc độ xe chạy

Vá mặt bê tông trong tình trạng mặt đường hư hỏng ít và tốc độ xe bị ảnh hưởng

Vá mặt bê tông trong tình trạng mặt đường hư hỏng ít và tốc độ xe bị ảnh hưởng nghiêm trọng

11 Vết bánh xe 5 – 10 mm 11 – 30 mm > 30 mm

Mức độ hư hỏng của 11 loại hư hỏng được phân loại thành 03 mức độ: thấp (L), vừa (M), và cao (H), với tỷ lệ phần trăm hư hỏng được đánh giá trên đơn vị khảo sát Giá trị khấu trừ (CDV) được tính toán từ 0 đến 100 dựa trên phần trăm hư hỏng (Distress Density) Biểu đồ [11] có thể được sử dụng để xác định giá trị khấu trừ dựa trên các mức độ hư hỏng L, M, và H Mối quan hệ giữa phần trăm hư hỏng, mức độ hư hỏng và giá trị khấu trừ của 11 loại hư hỏng được thể hiện rõ ràng.

Loại 1: Trường hợp hư hỏng mặt, được thể hiện như hình bên dưới:

Hình 3.9 Trường hợp tấm bê tông xi măng hư hỏng mặt [11]

GIÁ TRỊ KHẤU TRỪ (Deduct Value)

PHẦN TRĂM HƢ HỎNG (Distress Density)

Loại 2: Trường hợp hư hỏng lún xuống Mối quan hệ giữa 03 yếu tố được thể hiện như sau:

Hình 3.9 Trường hợp tấm bê tông xi măng lún xuống [11]

Loại 3: Trường hợp hư hỏng nứt cạnh, được thể hiện như hình bên dưới:

Hình 3.10 Trường hợp tấm bê tông xi măng nứt cạnh [11]

GIÁ TRỊ KHẤU TRỪ (Deduct Value)

PHẦN TRĂM HƢ HỎNG (Distress Density)

PHẦN TRĂM HƢ HỎNG (Distress Density) GIÁ TRỊ KHẤU TRỪ (Deduct Value)

Loại 4: Trường hợp hư hỏng nứt rộng lớn, các mức độ hư hỏng được thể hiện như sau:

Hình 3.11 Trường hợp tấm bê tông xi măng nứt rộng lớn [11]

Loại 5: Trường hợp hư hỏng nứt gãy, các mối quan hệ L, M, H như sau:

Hình 3.12 Trường hợp tấm bê tông xi măng nứt đứt gãy [11]

PHẦN TRĂM HƢ HỎNG (Distress Density)

GIÁ TRỊ KHẤU TRỪ (Deduct Value)GIÁ TRỊ KHẤU TRỪ (Deduct Value)

PHẦN TRĂM HƢ HỎNG (Distress Density)

Loại 6: Trường hợp hư hỏng phồng lên, mối quan hệ các yếu tố được thể hiện như bên dưới:

Hình 3.13 Trường hợp tấm bê tông xi măng hư hỏng phồng lên [11]

Loại 7: Trường hợp hư hỏng nứt ngang, được thể hiện như hình sau:

Hình 3.14 Trường hợp Tấm bê tông xi măng nứt ngang [11]

PHẦN TRĂM HƢ HỎNG (Distress Density – Percent) GIÁ TRỊ KHẤU TRỪ (Deduct Value)

GIÁ TRỊ KHẤU TRỪ (Deduct Value)

PHẦN TRĂM HƢ HỎNG (Distress Density)

Loại 8: Trường hợp hư hỏng mất cát bề mặt Các giá trị được thể hiện như sau:

Hình 3.15 Trường hợp tấm bê tông xi măng hư hỏng mất cát bề mặt [11]

Loại 9: Trường hợp nứt đứt quảng, với các số liệu như sau:

Hình 3.16 Trường hợp tấm bê tông xi măng nứt đứt quảng [11]

PHẦN TRĂM HƢ HỎNG (Distress Density) GIÁ TRỊ KHẤU TRỪ (Deduct Value)

PHẦN TRĂM HƢ HỎNG (Distress Density) GIÁ TRỊ KHẤU TRỪ (Deduct Value)

Loại 10: Trường hợp hư hỏng vá mặt Mối quan hệ được thể hiện như sau:

Hình 3.17 Trường hợp tấm bê tông xi măng hư hỏng vá mặt [11]

Loại 11 Trường hợp hư hỏng vết bánh xe Các yếu tố được thể hiện như sau:

Hình 3.18 Trường hợp tấm bê tông xi măng hư hỏng do vết bánh xe [11]

GIÁ TRỊ KHẤU TRỪ (Deduct Value)

PHẦN TRĂM HƢ HỎNG (Distress Density)

PHẦN TRĂM HƢ HỎNG (Distress Density) GIÁ TRỊ KHẤU TRỪ (Deduct Value)

Thiết kế bảng khảo sát

Trước khi tiến hành khảo sát thực địa, tác giả thiết kế bảng khảo sát với các nội dung quan trọng như khu vực khảo sát, số lượng mẫu, ngày giờ khảo sát, và mức độ hư hỏng của tấm bê tông xi măng Bảng khảo sát bao gồm các thông tin: tên tấm khảo sát, tên khu vực, đơn vị mẫu, người thực hiện khảo sát, ngày khảo sát, ghi chú quan trọng, loại hư hỏng, mức độ hư hỏng, mật độ hư hỏng trên tuyến, và số lượng tấm hư hỏng.

Mẫu khảo sát như bảng sau:

Bảng 3.4 Bảng khảo sát mức độ hư hỏng

Bảng 3.5 Bảng khảo sát mức độ hư hỏng trên tuyến

Bảng 3.6 Bảng tổng hợp mức độ hư hỏng

Tính toán PCI

Trong quá trình khảo sát mức độ hư hỏng của tấm bê tông xi măng, chúng tôi xác định tình trạng và mức độ hư hỏng của từng loại tấm Mức độ nghiêm trọng của tấm bê tông được phân chia thành ba cấp độ: thấp, trung bình và cao Việc đánh dấu và phân chia điểm khảo sát cho từng tấm bê tông xi măng giúp xác định mật độ hư hỏng một cách chính xác.

Mật độ hư hỏng: của tấm bê tông xi măng được xác định bởi công thức:

Trong đó: o M: Mật độ hư hỏng o s i : Số lượng tấm đối với loại khảo sát o s: Số lượng tấm trong đơn vị mẫu

Hình 3.19 Xác định mật độ hư hỏng của tấm bê tông xi măng

Hình 3.20 Khảo sát kích thức hình học đơn vị mẫu

(Ảnh tác giả chụp thực tế tại đường xã Vĩnh Thành, tỉnh An Giang)

Hình 3.21 Khảo sát kích thước, diện tích hư hỏng

(Ảnh tác giả chụp thực tế tại đường xã Vĩnh Thành, tỉnh An Giang)

Chiều rộng và chiều dài của mẫu được đo bằng thước thép để xác định kích thước hình học Các hư hỏng như vết bánh xe, hư hỏng mặt, lún, nứt, đứt gãy sẽ được khoanh vị trí và đo đạc diện tích, chiều dài của từng loại Sau đó, thông tin được ghi chép theo mẫu khảo sát và tổng hợp tỷ lệ phần trăm hư hỏng cho từng loại.

Điểm khấu trừ D p là giá trị được xác định từ đường mức độ hư hỏng cho từng loại khảo sát, với thang đo từ 0 đến 100.

Hình 3.22 Xác định điểm khấu trừ [11]

Tổng điểm khấu trừ (số hư hỏng): cho đơn vị mẫu (TDV) được tính như sau:

Trong đó: Y = Số hư hỏng được khảo sát

Điểm khấu trừ cho đơn vị mẫu (CDV) được xác định dựa trên tổng điểm khấu trừ đã được hiệu chỉnh Phương pháp tính toán điểm khấu trừ được thể hiện trong hình 3.22.

Hình 3.23 Xác định điểm khấu trừ cho đơn vị mẫu [11]

Tính toán PCI cho đơn vị mẫu: PCI đơn vị mẫu được xác định bằng cách khấu trừ CDV từ 100, được thể hiện như hình sau:

Hình 3.24 Xác định Tổng điểm khấu trừ cho đơn vị mẫu [11]

Tính toán PCI: Được xác định theo công thức sau [12]:

TỔNG ĐIỂM KHẤU TRỪ CHO ĐƠN VỊ MẪU (TDV)

(Total Deduct Value) GIÁ TRỊ KHẤU TRỪ (CDV) (Deduct Value)

3.5.2 Sơ đồ tính toán PCI

Để xác định giá trị PCI của tấm bê tông xi măng, cần đánh giá tình trạng hư hỏng, mức độ và mật độ của tấm Dựa vào các số liệu này, có thể tính toán được PCI cụ thể.

Hình 3.25 Sơ đồ tính toán giá trị PCI

Xác định tình trạng hư hỏng

Xác định điểm khấu trừ (D p )

Tổng điểm khấu trừ (TDV) Điểm khấu trừ cho đơn vị mẫu (CDV)

Nghiên cứu của M.Y.Shahin và J.A Walther đã đưa ra phương pháp đánh giá mức độ hư hỏng của tấm bê tông xi măng bằng thang điểm từ 0 đến 100, phản ánh mức độ từ hỏng đến xuất sắc Hệ thống đánh giá PCI được trình bày chi tiết nhằm cung cấp cái nhìn rõ ràng về tình trạng của bê tông.

Hình 3.27 Đường nông thôn xã Long Điền B

(Ảnh chụp thực tế tại đường xã Long Điền B, tỉnh An Giang)

53

71