TONG QUAN VE NUT DO MOI VA CAC MO HiNH DY BAO 8:6 — 1 6
LỰA CHỌN VỊ TRÍ KHẢO SAT VA BIEN KHAO SAT
2.1.1.Lựa chọn vị trí khảo sát
Các tuyến đường khảo sát chủ yếu nằm tại Đà Nẵng, với lưu lượng xe tải lớn, bao gồm các Quốc lộ và trục giao thông quan trọng Đoạn khảo sát được chia thành các đoạn dài 150m dựa trên tình trạng và mức độ hư hỏng, cũng như mật độ và vị trí hư hỏng Các đoạn này cần đồng nhất về tình trạng mặt đường, lưu lượng xe, thành phần dòng xe, địa hình và điều kiện khí hậu.
VỊ trí khảo sát: Các vị trí hư hỏng chủ yếu nằm trong vệt bánh xe
Khảo sát sơ bộ: Dọc theo các tuyến đường tiến hành thị sát dé lựa chọn vị trí và đánh dấu điểm cần khảo sát
Hư hỏng trên mặt làn xe chạy thường biểu hiện dưới dạng nứt mỏi Để phân loại sơ bộ, có thể chia thành ba cấp độ: nặng, vừa và nhẹ, nhằm tạo điều kiện cho việc khảo sát các vị trí hư hỏng một cách hợp lý và hiệu quả.
Qua công tác thị sát và lựa chọn được tám tuyến đường để khảo sát gồm:
Quốc lộ 1A, Quốc lộ 14B, đường hằm Hải Vân — Tuy Loan, đường Lê Văn Hiến, đường Nguyễn Hữu Thọ, đường Duy Tân, đường 2-9 và đường Nam cầu Câm Lệ
Và lựa chọn được 31 vị trí khảo sát cho ba loại hình trên của nứt do mỏi
Một số hình ảnh khảo sát được thể hiện trên hình 2.2. Đường Nam cầu Cẩm Lệ
Hình 2.2.Một số hình ảnh khảo sát trên các tuyến đường
2.1.2 Lựa chọn các biến khảo sát
Các mô hình dự báo hư hỏng được khảo sát bao gồm mô hình Shell Oil, mô hình Viện Asphalt (MS-1), mô hình hiệu chỉnh, mô hình HDM3 và HDM4, nhằm tổng hợp các biến khảo sát một cách hiệu quả.
Bảng 2.1.Tổng hợp các biến khảo sát của các mô hình dự báo hư hỏng
Tên mô SẼ ee avail Phuong phap
Stt ` biên Tên biên ˆ trong hỡnh ơơ thực nghiệm „ khảo sát nước
Ne Tải trọng trùng phục tạo ra | Quan sát thực địa nut moi x
& Biến dạng do kéouốn | AASHTO
E M6 dun dan hoi cua vat TCVN 8867:2011
1 Miner x liệu kị,k;ạ,k; | Hệ sô hồi quy thí nghiệm Thực nghiệm
Cc Hệ sô điêu chỉnh trong Thực nghiệm phòng và ngoài hiện trường
Ne Tải trọng trùng phục tạo ra | Quan sát thực địa nứt mỏi x
Ey Biến dạng do kéouốn | AASHTO
- Ay hệ sô điêu chỉnh thực địa | Mặc định = 1.0
E* Mô đun đàn hồi động AASHTO
TP79-09 hac Tổng chiêu dày lớpBTN | Khoan mẫu Xx
Vp | Ham lượng nhựa AASHTO- T164- :
97 Ne Tải trọng trùng phục tạo ra | Quan sát thực địa
& Biến dạng do kéo uốn AASHTO
Stt bự ủy biến Tên biến PNEE SE trong hình thực nghiệm khảo sát nước
Vy Hàm lượng nhựa AASHTO- T164 x
4_ | Hiệu chỉnh mô hình của Viện Asphalt
Ng Tai trong tring phuc tao ra | Quan sat thuc dia nit mdi x
&t Biến dạng do kéouốn | AASHTO
C Hệ sô điêu chỉnh trong Thực nghiệm phòng và ngoài hiện trường
4.1 Bottom — 7ơ Hệ sụ tra bảng phụ thuộc Thực nghiệm
UP mức độ nứt hạc Tông chiêu dày lớp BTN Khoan mẫu x F.C Nứt do mỏi (% của diện Đo đạc thực tích làn) nghiệm x
D Tỷ lệ phân trăm hư hỏng Đo đạc thực nghiệm x
Cy,C, | Hệ số hồi quy C¡=1, €=1
Ne Tải trọng trùng phục tạo ra | Quan sát thực địa
& Biến dạng do kéo uốn AASHTO
G Hệ số điều chỉnh trong Thực nghiệm
Top— phòng và ngoài hiện
By | HE 86 Lay 8/=I hac Tong chiéu day lop BTN Khoan mau x
F.C Nứt do mỏi Đo đạc thực nghiệm a
D Tỷ lệ phân trăm hu hong Đo đạc thực x
Stt — bién Tén bién Phương pháp trong hình „xố thực nghiệm khảo sát nước nghiệm CR; Sô diện tích nứt của mức! | Đo đạc thực x
CL; Dién tich nut cua loai j Do dac thuc x nghiệm TYCRA | Thời gian bắt đầu hình Quan sát thực thành vết nứt nghiệm x
CRKREL | Mỗi liên hệ lúc bắt đầu nứt x
Kg Hé so hiéu chuan Mac dinh = 1.0
Fe Hệ sô phân phôi sự xuât Mặc định = 1.0 hiện CRT Hệ sô chậm phát triên vêt | Mặc định = 0 nứt
Dưới đây là những điểm chính của bài viết đã được viết lại:HDM4 CRit là một công cụ quan trọng trong việc đo đạc và quan sát các hiện tượng nứt tại thời gian cụ thể Việc thực hiện đo đạc một cách nghiêm ngặt giúp tăng trưởng và thay đổi diện tích nứt một cách chính xác Quan sát thực tế nứt trong mô hình nghiệm là bước cần thiết để đánh giá diễn biến theo thời gian kể từ khi bắt đầu.
& Tăng trưởng thời gian Quan sát thực
= trong mô hình nghiệm * tso thoi gian dén 50% dién tich | Quan sat thuc nghiém x
So Cường độ nứt Đo đạc thực nghiệm x
S¡;; | Mức độ vết nứt Đo đạc thực
„_ | Môhình nghiệm : xay dung Si Nứt nhẹ Đo đạc thực nghiệm
S2 Nut vira Do dac thuc : nghiệm
Stt _ biến Tên biến Phương pháp trong hình thực nghiệm khảo sát nước
S3 Nut nang Do dac thuc nghiệm x
X4 Tân suât lặp lại tải trọng Quan sát thực địa X
Xp Lưu lượng xe ngày đêm Điêu tra, quan sát trung bình theo năm X
Xa Mô đun đàn hôi TCVN 8867:2011 x
X4 Suy giảm Mô đun đànhôi | Tính toán so với ban đầu
Xs Bê dày lớp bê tông nhựa Khoan mẫu x
Xe Tuôi khai thác Điêu tra thực địa x x7 Tình trạng thoát nước bê Quan sát thực địa x mat
Hiện nay, một số biến trong các mô hình nước ngoài chưa thể áp dụng hiệu quả tại Việt Nam, chẳng hạn như hệ số hồi quy thí nghiệm và hệ số điều chỉnh trong phòng thí nghiệm cũng như ngoài hiện trường Trong khuôn khổ của luận văn, do hạn chế về thời gian, một số biến quan trọng như mô đun đàn hồi động, sự tăng trưởng thay đổi diện tích nứt và thời gian kể từ khi bắt đầu nứt vẫn chưa được khảo sát.
Việc lựa chọn các biến khảo sát cho mô hình dự báo hư hỏng đóng vai trò quan trọng, đặc biệt là những biến có tác động lớn đến vấn đề nứt do mỏi.
2.2.PHUONG PHAP VE THU THAP VA XU LY SO LIEU
2.2.1.Các phương pháp thí nghiệm
2.2.1.1.Phương pháp đo Đo vết nứt: Công tác đo đạc nên được thực hiện trong điều kiện thời tiết khô ráo, trên đọan tuyến đã được lựa chọn Nếu gặp trời mưa, sau khi đo, cần phải có bước rà soát, kiểm tra lại để tránh bỏ sót các hư hỏng, đặc biệt là các vết nứt, các khu vực bị bong bật, mài mòn Trước, trong khi đo phải có biện pháp đáp bảo an toàn giao thông.
Dụng cụ đo cần thiết bao gồm thước thép dài 1,2-1,5m hoặc 3m và thước dây, dùng để xác định chiều sâu, chiều dài và chiều rộng của các khu vực hư hỏng Ngoài ra, cần sử dụng phấn viết, bảng và sơn để đánh dấu mặt đường, cùng với trang thiết bị đảm bảo an toàn giao thông.
+ Cách đo: _ Đo bể rộng lớn nhất của vết nứt (mm)
Bề rộng lớn nhất của ô nứt (m)
Diện tích bị ảnh hưởng (m?)
Quan sát phổ tải trọng và lưu lượng xe:
+ Dụng cụ: máy quay kết hợp quan sát bằng mắt, sơn, thước chia vạch làn xe chạy
Theo TCVN 7271:2003 và sửa đổi tại TCVN 7271:2010, tải trọng được phân loại thành các loại xe khác nhau Các loại xe cần đếm bao gồm xe tải nhẹ, xe ca và ô tô buýt, xe tải trung, xe tải nặng (03 trục) và xe tải nặng (> 03 trục).
* Xe tải nhẹ (2,5tấn +5tấn): Gồm các loại ô tô chở hàng, ô tô tự đổ, xe có lắp cần cầu, xe thùng hàng có lớp vật liệu cách nhiệt
* Xe ca và ô tô buýt: xe chuyên chở người từ 10 trở lên
* Xe tải trung (5tấn +l0tấn): Xe có 02 trục, 06 bánh, gồm các loại ô tô chở hàng, ô tô tự đổ, xe có lắp cần cầu, xe đông lạnh
* Xe tải nặng (03 trục): Ô tô xi téc, ô tô chở hàng loại lớn, ô tô ben chở vật liệu, ô tô thang
Xe tải nặng (trên 03 trục) bao gồm các loại ô tô chở hàng như máy xây dựng, thiết bị, ô tô trộn bê tông, ô tô trộn vữa, ô tô bơm bê tông, ô tô cần cầu chuyên dụng, ô tô thang, xe chở vật liệu và xe rơ moóc.
Người được giao nhiệm vụ đếm xe cần tuân thủ quy trình phân loại cụ thể, đồng thời phải chú ý nhận diện từng loại xe thông qua việc ghi chú vào các biểu ghi kèm theo hình phát họa.
Chia làn xe chạy thành các vệt rộng 30cm giúp quan sát tác dụng của vệt bánh xe Trên mặt cắt ngang của làn xe chạy cần khảo sát, sử dụng thước chia vạch để tạo các dải rộng 30cm, đồng thời vạch thêm các dải ảo để theo dõi toàn bộ phổ tải trọng tác động lên các dải phân chia.
+ Mỗi vị trí quan sát phổ tải trọng trong một giờ ngẫu nhiên, ghi chép đầy đủ số liệu
+ Vẽ biểu đồ phân bó tải trọng trên làn đường khảo sát để đánh giá về tần suất lặp lại của tải trọng
Hình 2.3.Chia vạch làn xe chạy để quan trắc tải trọng trùng phục
Để xác định lưu lượng xe tải trung bình hàng năm (AADT), cần tổ chức đếm xe để theo dõi lưu lượng xe ngày và đêm Việc này giúp cung cấp dữ liệu chính xác về lưu lượng giao thông, phục vụ cho các kế hoạch phát triển hạ tầng giao thông.
Việc ước lượng giá trị AADT (Average Annual Daily Traffic) cho các tuyến đường là cần thiết do không thể đếm lưu lượng xe liên tục 24/7 trong suốt cả năm Để thực hiện điều này, các tuyến đường được phân loại thành nhóm chức năng tương đương nhằm theo dõi biến đổi lưu lượng theo giờ, ngày, tuần và tháng Trong dự án, việc đếm lưu lượng trung bình ngày đêm được thực hiện trong một ngày, gọi là đếm quãng ngắn, để xác định ADT (Average Daily Traffic) Dữ liệu ADT được thu thập từ các trạm thu phí, nguồn đếm xe từ Khu quản lý đường bộ V, Sở GTVT và các công ty tư vấn thiết kế Đối với việc đo chiều dày lớp bê tông nhựa, do lưu lượng xe lớn, không thể khoan mẫu, nên chiều dày được lấy từ hồ sơ nghiệm thu lúc bàn giao công trình.
Do mé dun đàn hôi: Theo TCVN 8867:2011
+ Dụng cụ đo: Cần đo võng Benkelman, xe tiêu chuẩn, mỡ bôi lốp, kích thủy lực, giấy kẻ ly, nhiệt kế và các dụng cụ khác
Tại vị trí khảo sát, cần chọn đoạn đồng nhất có chiều dài từ 100 đến 200 mét để đo đạc Các đoạn này phải có các yếu tố giống nhau như loại hình nền mặt đường theo điều kiện gây 4m, tình trạng thoát nước, trạng thái bề mặt áo đường, kết cấu mặt đường, loại lớp đất nền trên cùng và lưu lượng xe chạy Mỗi đoạn đại diện sẽ chọn lấy 20 điểm đo cho mỗi làn xe.
XÂY DỰNG CÁC HÀM DỰ BÁO HƯ HỎNG NỨT DO MỎI BẰNG PHƯƠNG PHÁP HỎI QUY -2 ©22-222222222222122211212711221127112.11 11.1 xe 52 1.Chuẩn bị dữ liệu 222211222222222122222112222.- are 52 2.Phương pháp kiểm định các hàm dự báo hư hỏng nứt mỏi
Do kích thước tập dữ liệu khảo sát hạn chế, để đảm bảo độ tin cậy, chúng tôi đã chọn ngẫu nhiên 50% mẫu để kiểm định mô hình Kết quả chi tiết được trình bày trong phụ lục 4, từ bảng 4.1 đến bảng 4.16.
Bảng 3.6 Tổng hợp kết quả kiểm định
Hé so tuong Sai sô bình phương
Stt Hàm hồi quy quan (RẺ) trung bình (MSE)
Bảng 3.6 trình bày một số hàm hồi quy với hệ số tương quan cao và sai số bình phương trung bình thấp, làm cơ sở cho việc lựa chọn các hàm dự báo hư hỏng nứt mỏi Biểu đồ so sánh kết quả dự đoán và đo đạt được được thể hiện trong bảng 3.7.
Bảng 3.7 Kết quả kiểm định và biểu đô so sánh các hàm hồi quy
Stt | Hàm hồi quy | MSE Biếu đồ so sánh giữa đo đạt và dự đoán
Các tập dữ liệu — Dự đoán
Các tập dữ liệu _ Dự đoán
Các tập dữ liệu — Dự đoán
—m Do dac Các tập dữ liệu =&=jự đcân
Stt| Hamhdiquy | MSE Biểu đồ so sánh giữa đo đạt và dự đoán
Các tập dữ liệu - Dự đoán a 2.00 xe 1.50 †
Các tập dữ liệu —m—Ðo đạc
- Các tập dữ liệu ae? =—== Dự đoán ———— as 2
Các tập dữ liệu == Dự đoán
Stt| Hàm hồi quy | MSE Biểu đồ so sánh giữa đo đạt và dự đoán
Các tập dữ liệu ri dic
Các tập dữ liệu — Dự đoán
Các tập dữ liệu ——Dự đoán
Các tập dữ liệu ——Dự đoán
Stt Hàm hồi quy MSE Biểu đồ so sánh giữa đo đạt và dự đoán
Các tập dữ liệu —e-Ðo đạc
Cường độ nứt (% diện tích 3 i} ie | |
Các tập dữ liệu ~—Ðo đạc
Cường độ nứt (% diện tích coco
Các tập dữ liệu ==- Dự đoán
Các tập dữ liệu ——Ðo đạc
3.2.4.Kết luận về việc lựa chọn mô hình dự báo
Dựa vào kết quả tính toán MSE, các hệ số tương quan được trình bày trong bảng 3.6 và bảng 3.7 cho phép rút ra kết luận về mối liên hệ giữa các biến khảo sát của một số hàm hồi quy có hệ số tương quan cao và sai số bình phương trung bình (MSE) thấp.
- Hàm hồi quy 1: Sạ=0.025x;+0.032x„-0.832; R?=0.795 và 0.909
Cường độ nứt được mô tả bởi hàm hồi quy: Cường độ nứt = -0.832 + 0.025(tải trọng trùng phục) + 0.032(suy giảm mô đun đàn hồi), cho thấy mối quan hệ tuyến tính thuận giữa cường độ nứt (Sạ) với tải trọng trùng phục và suy giảm mô đun đàn hồi Hệ số tương quan giữa hai biến này khá cao, cho thấy mối liên hệ chặt chẽ, với mức sai số bình phương trung bình (MSE) chỉ là 0.075, cho thấy độ chính xác tương đối tốt Hàm hồi quy chỉ ra rằng khi tải trọng trùng phục và mô đun đàn hồi giảm, cường độ nứt sẽ tăng lên.
Viết lại: Cường độ nứt = -0.671+0.017(tải trọng trùng phục)
Hàm hồi quy cho thấy mối quan hệ tuyến tính tích cực giữa cường độ nứt (So) và tải trọng trùng phục (x¿) với hệ số tương quan R?=0.798, cho thấy sự liên kết khá chặt chẽ MSE=0.054 rất nhỏ, cho thấy độ chính xác cao của mô hình Kết quả cũng chỉ ra rằng cường độ nứt phụ thuộc vào tải trọng trùng phục, với cường độ nứt tăng lên khi tải trọng trùng phục gia tăng.
Cường độ nứt được mô tả bởi hàm hồi quy: Cường độ nứt = 0.220 + 0.058(suy giảm mô đun đàn hồi), cho thấy mối quan hệ tuyến tính thuận giữa cường độ nứt (Sạ) và suy giảm mô đun đàn hồi Hệ số tương quan giữa hai biến này cao, cho thấy mối liên hệ chặt chẽ, với mức sai số bình phương trung bình (MSE) chỉ 0.062, cho thấy độ chính xác của mô hình Điều này cũng chỉ ra rằng khi mô đun đàn hồi giảm, cường độ nứt sẽ tăng lên.
Ngoài ba hàm hồi quy đã nêu, các hàm hồi quy trong bảng 3.7 cũng có thể được áp dụng để dự báo Tuy nhiên, trong bối cảnh dữ liệu khảo sát, các hàm này có sai số bình quân trung bình tương đối lớn.
Ngoài ra, trong bảng 3.4 còn thể hiện mối quan hệ hồi quy giữa các biến khảo sát như sau:
Mức độ mứt (S1) có mối quan hệ tuyến tính thuận và chặt chẽ với tải trọng trùng phục và suy giảm mô đun đàn hồi, được thể hiện qua hàm hồi quy Szz=0.132x¡+0.169x„-4.377, với hệ số xác định R2 lần lượt là 0.795 và 0.910.
- Cường độ nứt (Sạ) có mối liên hệ nghịch với chiều dày lớp bê tông nhựa
Xs, duoc thể hiện ở các hàm hồi quy đã xây dựng:
Khi chiều dày lớp bê tông nhựa tăng, cường độ nứt sẽ giảm, với phương trình Sa=0.374-3.572x và hệ số xác định R²=0.243 Tuy nhiên, mối liên hệ này không chặt chẽ do hệ số tương quan của các mô hình khảo sát khá nhỏ.
- Giữa cường độ nứt (Sạ) và mức độ mứt (S;z¿) có mối liên hệ thuận với tuổi khai thác (xạ), được thể hiện ở các hàm hồi quy đã xây dựng:
Hàm hồi quy S1az=0.781x¿-1.244; R?=0.352 cho thấy rằng khi tuổi khai thác của mặt đường bê tông nhựa tăng, cường độ và mức độ nứt cũng sẽ tăng theo Tuy nhiên, do hệ số tương quan nhỏ, mối liên hệ này không đủ chặt chẽ để được chọn làm cơ sở dự báo.
- Giữa cường độ nứt (Sạ) và mức độ mứt (S;;z) có mối liên hệ nghịch với thoát nước mặt đường (x;), được thể hiện ở các hàm hồi quy đã xây dựng:
Khi tình trạng thoát nước mặt đường tốt, cường độ và mức độ nứt sẽ giảm, với công thức S$123=6.072-3.160x7 và hệ số tương quan R?=0.464 Tuy nhiên, mối liên hệ này không được chọn làm hàm dự báo vì các hàm hồi quy có hệ số tương quan nhỏ và mối liên hệ chưa chặt chẽ đối với tập số liệu khảo sát.
Dựa trên kết quả xây dựng các hàm hồi quy dự báo hư hỏng do mỏi và công tác kiểm định giữa số liệu khảo sát thực tế với hàm hồi quy lý thuyết, có thể rút ra những kết luận quan trọng trong chương này.
Cơ chế hư hỏng do mỏi đã được khái quát thông qua các mô hình lý thuyết và hàm hồi quy, dự báo mức độ và cường độ nứt do mỏi dựa vào các biến khảo sát Trong số đó, tải trọng trùng phục và độ suy giảm cường độ mặt đường so với cường độ ban đầu là những yếu tố ảnh hưởng rõ ràng nhất đến mức độ và cường độ nứt.
Nghiên cứu đã chỉ ra rõ rệt ảnh hưởng của tải trọng đến cơ chế hư hỏng, với tải trọng không phân bố đều trên bề mặt làn xe Sự chênh lệch lớn về tần suất lặp lại của tải trọng được thể hiện qua vùng nứt, nơi tần suất lặp lại chiếm khoảng 50% tổng tải trọng của làn xe.
Có mối liên hệ giữa cường độ, mức độ hư hỏng do tải trọng trùng phục và độ suy giảm cường độ mặt đường so với cường độ ban đầu Các yếu tố như chiều dày lớp bê tông nhựa, tuổi khai thác và tình trạng thoát nước mặt cũng ảnh hưởng đến tình trạng hư hỏng Hư hỏng nứt do mỏi có thể được dự báo thông qua các hàm hồi quy được trình bày trong bảng 3.7.