Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông: Nghiên cứu ảnh hưởng của mặt đường bê tông nhựa và bê tông xi măng đến tiếng ồn và độ nhám

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

TRƯƠNG QUANG KHÔI

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA VÀ BÊ TÔNG XI MĂNG ĐẾN TIẾNG

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS TS Nguyễn Mạnh Tuấn

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

KỸ THUẬT XÂY DỰNG

TS Lê Bá Khánh PGS.TS Lê Anh Tuấn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Trương Quang Khôi MSHV: 2070195 Ngày, tháng, năm sinh: 18/10/1996 Nơi sinh: Bình Thuận Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông…… Mã số : 8580205

I TÊN ĐỀ TÀI : Nghiên cứu ảnh hưởng của mặt đường bê tông nhựa và bê tông xi măng

đến độ nhám và tiếng ồn/ Research on the influence of asphalt and cement concrete pavement on surface friction and noise

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG :

Nghiên cứu sự tương quan giữa độ nhám và tiếng ồn trên mặt đường bê tông nhựa và bê tông xi măng Thực hiện chế tạo mẫu và đánh giá độ nhám, tiếng ồn trên các mẫu vật liệu đó Kết hợp với khảo sát tại các con đường hiện trạng trên khu vực Thành phố Hồ Chí Minh Từ đó đưa ra nhận xét, đánh giá sự liên hệ giữa độ nhám và tiếng ồn của các loại vật liệu sử dụng để thi công áo đường

III.NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 14/02/2022

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 06/06/2022

V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : PGS TS Nguyễn Mạnh Tuấn

Tp HCM, ngày 14 tháng 02 năm 2022

PGS.TS Nguyễn Mạnh Tuấn PGS.TS Nguyễn Mạnh Tuấn TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

PGS.TS Lê Anh Tuấn

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành được đề tài luận văn thạc sĩ này, tôi xin bày tỏ sự cảm kích đặc biệt cũng như lời cảm ơn chân thành đến người thầy của tôi, PGS.TS Nguyễn Mạnh Tuấn, người đã định hướng, trực tiếp dìu dắt và tận tình chỉ bảo cho tôi trong suốt quá trình thực hiện y Đồng thời, thầy cũng là người luôn cho tôi không chỉ những lời khuyên vô cùng quý giá về kiến thức chuyên môn mà còn là sự tận tâm trong quá trình giảng dạy Một lần nữa, tôi xin gửi lời cảm ơn đến thầy bằng tất cả tấm lòng và sự biết ơn của mình

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô ở Bộ môn Cầu Đường - Khoa Kỹ thuật Xây Dựng – Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM đã cùng với tri thức và tâm huyết của mình để truyền đạt kiến thức quý báu cho những học viên cao học như tôi trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu

Xin gửi lời cảm ơn tới anh Vũ Bá Tứ, anh Hoàng Ngọc Trâm và anh Trần Minh Thế đã tạo điều kiện cho tôi thực hiện những nghiên cứu thí nghiệm tại trường Cao đẳng Giao Thông Vận Tải TP.HCM và khảo sát hiện trường trong khu vực Thành phố Hồ Chí Minh

Xin gửi lời cảm ơn tới các bạn học viên cao học cùng khóa đã hỗ trợ, giúp đỡ lẫn nhau để tôi có khả năng hoàn thành bài Luận văn Thạc sỹ

Sau cùng, tôi xin cảm ơn gia đình tôi, nơi luôn là nguồn động lực để tôi càng ngày càng phát triển bản thân, đóng góp một phần khả năng cho xã hội

Chân thành cảm ơn

Hồ Chí Minh, ngày 06 tháng 06 năm 2022

Trương Quang Khôi

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Khảo sát và kiểm soát độ nhám của mạng lưới đường giao thông là một vấn đề cần thiết để giảm thiểu số vụ tai nạn giao thông Cùng với đó, một vấn đề khác cần được quan tâm là tiếng ồn từ giao thông Với tốc độ đô thị hóa hiện nay, việc ô nhiễm tiếng ồn là một vấn đề đang được quốc tế quan tâm bởi nó ảnh hưởng rất lớn tới cuộc sống của con người Tiếng ồn gây nên từ giao thông cũng là một trong số đó Sự tương quan giữa độ nhám và tiếng ồn của lớp áo đường là một cơ sở để tạo nên các con đường vừa đảm bảo được chất lượng vừa giảm thiểu tiếng ồn gây ra từ sự va đập giữa lốp xe và mặt đường Nhằm đánh giá quan hệ giữa độ nhám và tiếng ồn, luận văn này sẽ cung cấp số liệu nghiên cứu các mẫu thí nghiệm sử dụng các loại cấp thông dụng và cấp phối đang được nghiên cứu kết hơp với khảo sát thực tế Kết quả được đánh giá và nhận xét bằng phương pháp hồi quy tuyến tính

Trong luận văn này, tác giả sử dụng thí nghiệm rắc cát và thí nghiệm con lắc Anh kết hợp đo để đánh giá các loại mặt đường bê tông nhựa và bê tông xi măng trong phòng thí nghiệm và hiện trường Trong phòng thí nghiệm, tác giả đúc các mẫu bê tông nhựa và bê tông xi măng với nhiều cấp phối khác nhau bao gồm 2 mẫu theo TCVN 8819:2011 và theo QĐ 858/QĐ-BGTVT, 2 mẫu theo các cấp phối của các trạm sản xuất bê tông nhựa trên thị trường Cùng với đó là các mẫu sử dụng vật liệu xỉ của 2 công ty VinaKyoei và Vật liệu Xanh để khảo sát Đối với bê tông xi măng, tác giả chế tạo 2 mẫu với 2 loại M400 và M450 Ngoài hiện trường, tác giả khảo sát các con đường trong quá trình khai thác tại TP.Hồ Chí Minh Các con đường này sử dụng các cấp phối BTNC 9.5, BTNC 12.5 và BTXM M500

ABSTRACT

Testing and controlling the skid resistance of the road network is important to reduce the number of traffic accidents Furthermore, another aspect that needs to be taken care of is noise from traffic Due to the rapid urbanization, noise pollution is now present everywhere Noise pollution is a major problem especially in urban areas, and moreover traffic noise is the most significant source of noise in cities The correlation between the skid resistance and the noise of the pavement layer is a basis for creating roads that both ensure quality and reduce noise caused by the collision between tires and the road surface In order to evaluate the relationship between skid resistance and noise, this thesis will provide research data on experimental samples using common aggregate and aggregate being studied in combination with actual The results were evaluated and commented on by the method of linear regression

In thesis, the author uses sandblasting test and British pendulum test combined with measurement to evaluate types of asphalt and cement concrete pavements in the laboratory and in the field In the laboratory, the author creates samples of asphalt and cement concrete with many different aggregate, including 2 samples according to TCVN 8819: 2011 and Decision No 858 of the Ministry of Transport, 2 samples which use the aggregate of asphalt production station on the market Along with that are samples using slag materials of two companies VinaKyoei and Green Materials for survey For cement concrete, the author made 2 samples with 2 types M400 and M450 In addition to the field, the author surveys the roads during mining in Ho Chi Minh City These roads use aggregate of asphalt concrete 9.5, asphalt concrete 12.5 and cement concrete M500.

LỜI CAM ĐOAN

Luận văn của tôi có tham khảo các tài liệu từ nhiều nguồn khác nhau và các nguồn tham khảo này đều được trích dẫn rõ ràng trong phần tài liệu tham khảo Ngoài những phần được trích dẫn, tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung báo cáo là tự soạn thảo dựa trên những tìm hiểu của tôi, cùng với kết quả thực tế do thí nghiệm và quá trình khảo sát thực tế mà có

Tôi sẽ hoàn toàn chịu xử lý theo quy định nếu có bất kỳ sai phạm nào xảy ra liên quan đến những gì đã cam đoan

Người cam đoan

Trương Quang Khôi

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1.1 Giới thiệu 1

1.2 Tình hình nghiên cứu 2

1.2.1 Tình hình nghiên cứu quốc tế 2

1.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 4

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 5

TỔNG QUAN 7

2.1 Cơ sở lý thuyết 7

2.2 Các nghiên cứu về độ nhám và tiếng ồn 10

2.2.1 Khảo sát tiếng ồn trên các mặt đường BTN 10

2.2.2. Các phương pháp đo ồn trên thế giới 12

3.1 Độ nhám và tiếng ồn trong phòng thí nghiệm 29

3.1.1 Giới thiệu mẫu thí nghiệm 29

3.1.2 Tiến hành thí nghiệm 32

3.2 Độ nhám và tiếng ồn ngoài hiện trường 33

3.2.1 Vị trí thực hiện thí nghiệm 33

3.2.2 Tiến hành thí nghiệm 36

MỐI TƯƠNG QUAN ĐỘ NHÁM VÀ TIẾNG ỒN 39

4.1 Kết quả khảo sát trong phòng thí nghiệm 39

4.1.1 Kết quả thí nghiệm 39

4.1.2 Tổng hợp và nhận xét kết quả 41

4.1.3 Tương quan giữa độ nhám và tiếng ồn của các mẫu BTN trong phòng thí nghiệm 42

4.2 Kết quả khảo sát ngoài hiện trường 44

4.2.1 Kết quả thí nghiệm 44

4.2.2 Tổng hợp và nhận xét kết quả 44

4.2.3 Tương quan giữa độ nhám và tiếng ồn ngoài hiện trường 46

4.2.4 Tương quan giữa độ nhám vi mô và độ nhám vĩ mô 47

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 51

5.1 Kết luận 51

5.1.1 Sự tương quan của độ nhám và tiếng ồn 51

5.1.2 Sự tương quan của độ nhám vi mô và độ nhám vĩ mô 51

5.2 Kiến nghị 52

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 53

PHỤ LỤC 55

ĐẠO VĂN 79

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2-1: Kết quả tính toán từ thực tế 9

Bảng 2-2: Kết quả từ mô hình 9

Bảng 2-3: Các mẫu áo đường khảo sát 10

Bảng 2-4: Độ rỗng của 3 mẫu BTN chặt cấp phối hở 11

Bảng 2-5: Kết quả thí nghiệm đo tiếng ồn của 7 mẫu BTN 11

Bảng 2-6: Kết quả đo tiếng ồn từ phương pháp SPB 14

Bảng 2-7: Kết quả đo tiếng ồn từ phương pháp CPX 14

Bảng 2-8: Bảng quy đổi nhiệt độ mặt đường 23

Bảng 2-9: Yêu cầu độ nhám mặt đường 27

Bảng 3-1: Bảng cấp phối các mẫu BTN thí nghiệm 29

Bảng 3-2: Bảng cấp phối các mẫu BTN vật liệu thay thế 31

Bảng 3-3: Bảng cấp phối các mẫu BTN vật liệu thay thế 33

Bảng 4-1: Bảng kết quả SRT khô của thí nghiệm con lắc Anh trong phòng thí nghiệm

Bảng 4-5: Bảng so sánh giá trị tiếng ồn theo hồi quy và thực tế 43

Bảng 4-6: Bảng tổng hợp thí nghiệm con lắc Anh ngoài hiện trường 44

Bảng 4-7: Bảng tổng hợp thí nghiệm rắc cát ngoài hiện trường 44

Bảng 4-8: Bảng tổng hợp độ nhám và tiếng ồn của các khu vực khảo sát 46

Bảng 4-9: Bảng giá trị tiếng ồn theo hồi quy 47

Bảng 4-10: Bảng tổng hợp độ nhám vi mô và độ nhám vĩ mô của các khu vực 48

Bảng 4-11: Bảng giá trị độ nhám vi mô theo hồi quy 50

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2-1: Mô tả các thông số độ nhám mặt đường 8

Hình 2-2: Mô hình tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường 8

Hình 2-3: So sánh độ rung giữa mô hình và thực tế 9

Hình 2-4: Mặt đường BTN cấp phối hở bề mặt được mài – mẫu 2 10

Hình 2-5: Thiết bị đo phương pháp SPB 13

Hình 2-6: Chi tiết phương pháp CPX 13

Hình 2-7: Sự khác nhau giữa độ nhám vi mô và độ nhám vĩ mô 15

Hình 2-8: Thiết bị con lắc Anh và dụng cụ đi kèm 19

Hình 2-9: Cấu tạo thiết bị con lắc Anh 20

Hình 2-10: Bàn xoa cát 24

Hình 2-11: Dụng cụ thí nghiệm rắc cát 26

Hình 2-12: Dụng cụ thí nghiệm đo độ ồn 28

Hình 3-1: Các mẫu thí nghiệm BTNC dùng để khảo sát 30

Hình 3-2: Biểu đồ đường cong cấp phối 30

Hình 3-3: Các mẫu BTN vật liệu xỉ 31

Hình 3-4: Kiểm định phân tích thành phần cấp phối của cát và đá 31

Hình 3-5: Mẫu BTXM được dùng trong thí nghiệm 32

Hình 3-4: Đo chiều dài tiếp xúc của tấm cao su 32

Hình 3-5: Lắp hoàn chỉnh thiết bị 32

Hình 3-6: Đường số 19 34

Hình 3-7: Đường Võ Văn Tần 34

Hình 3-8: Đường Nguyễn Lương Bằng 35

Hình 3-9: Đường Nguyễn Văn Linh 35

Hình 3-10: Đường số 1 35

Hình 3-11: Hầm Thủ Thiêm 36

Hình 3-12: Thiết bị con lắc Anh đã được lắp dựng (đo khô và đo ướt) 37

Hình 3-13: Khảo sát tại đường số 1 37

Hình 3-14: Khảo sát tại đường Nguyễn Lương Bằng 38

Hình 4-1: Biểu đồ tương quan của độ nhám và tiếng ồn của các mẫu thí nghiệm 41

Hình 4-2: Biểu đồ tương quan của độ nhám và tiếng ồn giữa BTNC và xỉ thay thế 43Hình 4-3: Biểu đồ so sánh của các tuyến đường khảo sát 45Hình 4-4: Biểu đồ tương quan giữa độ nhám và tiếng ồn của BTNC ngoài hiện trường

………46Hình 4-5: Biểu đồ tương quan giữa độ nhám và tiếng ồn của BTNC ngoài hiện trường

………47Hình 4-6: Biểu đồ tương quan giữa độ nhám vi mô và độ nhám vĩ mô của các khu vực

………48Hình 4-7: Hình ảnh các vết cắt tạo nhám trong hầm Thủ Thiêm 49Hình 4-8: Biểu đồ tương quan giữa độ nhám vi mô và độ nhám vĩ mô 49

MỞ ĐẦU

1.1 Giới thiệu

Tiếng ồn được định nghĩa là "âm thanh không mong muốn" Giống như tất cả các âm thanh khác, tiếng ồn là một dạng năng lượng âm thanh Theo tiêu chuẩn EU, tiếng ồn gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người ở trên ngưỡng 55dB đối với phơi nhiễm hàng ngày và 50dB cho tiếp xúc ban đêm Theo số liệu thống kê của Cơ quan Môi trường châu Âu (EEA), có khoảng 100 triệu người tại châu Âu bị phơi nhiễm tiếng ồn từ giao thông đường bộ trên 55 dB, trong số đó, có 32 triệu người phải chịu mức độ ồn rất cao (trên 65 dB) Đường sắt là nguồn gây ô nhiễm tiếng ồn thứ 2, với 19 triệu người phải tiếp xúc với cường độ tiếng ồn trên mức cho phép Tiếng ồn từ máy bay là nguồn gây ô nhiễm thứ 3, với hơn 4.1 triệu người xung quanh các sân bay bị ảnh hưởng; tiếp theo là tiếng ồn công nghiệp trong khu vực đô thị, với khoảng 1 triệu người Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) cho biết, tiếng ồn từ giao thông đường bộ là tác nhân gây stress nghiêm trọng lớn thứ hai ở châu Âu, chỉ đứng sau ô nhiễm không khí Tiếng ồn gây ra phản ứng căng thẳng cho cơ thể người, thậm chí xảy ra ngay cả trong khi ngủ, từ đó dẫn đến các bệnh về tim mạch, suy giảm nhận thức, rối loạn giấc ngủ, cao huyết áp, gây tử vong sớm [1]

Tỷ lệ gia tăng dân số cao ở các khu vực đô thị và trung tâm đã dẫn đến lưu lượng xe ô tô ở những khu vực này tăng theo cấp số nhân, cùng với đó là sự phát triển của giao thông đường bộ và xây dựng các tuyến đường mới đã dẫn đến vấn đề ô nhiễm tiếng ồn giao thông ngày càng gia tăng và cần phải có các biện pháp cải thiện Tiếng ồn giao thông luôn là một thách thức trong môi trường đô thị và một số biện pháp giảm thiểu đã được xem xét đối với những con đường hiện có hoặc trên những con đường đang được tái phát triển bao gồm tạo vùng đệm, xây dựng rào chắn, trồng cây và lắp đặt cách âm cho các tòa nhà Các vùng đệm chỉ có thể thực hiện được nếu chính quyền địa phương sở hữu đất ven đường hoặc có quyền phát triển để ngăn chặn việc phát triển xây dựng trong tương lai gần với đường Tuy nhiên, do diện tích đất rộng lớn phải dành cho việc xây dựng vùng đệm và nhà ở đã giáp với các con đường hiện có nên việc tạo vùng đệm

thường không phải là một lựa chọn khả thi Các phương pháp truyền thống khác như trồng cây xanh hay dùng vật liệu cách âm tỏ ra kém hiệu quả với tốc độ đô thị hóa và tình trạng quy hoạch bất hợp lý như hiện nay Do đó, việc nghiên cứu tiếng ồn mặt đường là rất quan trọng [2]

Trong những năm gần đây ở Việt Nam, số lượng vụ tại nạn giao thông do việc tổ chức giao thông, địa hình hạn chế, mặt đường không đảm bảo chất lượng ngày càng gia tăng Vì thế, bên cạnh các chỉ tiêu về cường độ, độ bằng phẳng thì độ nhám mặt đường là một tiêu chí quan trọng có ý nghĩa quyết định tới hiệu quả khai thác Đặc biệt đối với việc xây dựng các tuyến cao tốc hiện nay, yếu tố độ nhám ảnh hưởng trực tiếp tới vận tốc thiết kế ngày càng cao của các con đường đó

1.2 Tình hình nghiên cứu

1.2.1.Tình hình nghiên cứu quốc tế

Các xu hướng sử dụng công nghệ mặt đường yên tĩnh trên thế giới được tổng hợp trong bài báo của tác giả Filippo G Praticò và Fabienne Anfosso-Lédée [3] Từ những kết quả và kinh nghiệm đúc kết từ các quốc gia, nghiên cứu đã cung cấp những thông tin hữu hiệu về khả năng giảm ồn của nhiều dạng mặt đường bê tông nhựa khác nhau Với ưu điểm vượt trội này, vấn đề ô nhiễm tiếng ồn giao thông sẽ sớm được khắc phục ở các khu đô thị, các thành phố đông dân cư

 Porous asphalt (Bê tông nhựa rỗng)

Công nghệ bê tông nhựa rỗng (BTNR) giảm thiểu đáng kể tiếng ồn trên mặt đường đang được sử dụng phổ biến ở một số nước như: Mỹ, Hà Lan, Nhật Bản BTNR được sử dụng làm lớp tạo nhám (Open Graded Friction Courses Asphalt - OGFCA) với độ rỗng dao động từ 15% đến 19% ở Mỹ và có thể cao tới 20% - 30% ở châu Âu và Nhật Bản

Trên đường cao tốc Nhật Bản, trong 3 năm sau khi xây dựng, mặt đường BTNR duy trì tiếng ồn thấp hơn 3 dB so với mặt đường BTNC Tại Đan Mạch, kết quả nghiên

cứu cho thấy BTNR làm giảm tiếng ồn từ 4 đến 6 dB so với BTNC, chi phí của OGFC có giá từ 30-50% so với hỗn hợp BTNC thông thường [3]

 Rubberized asphalt material

Hỗn hợp nhựa đường chứa phụ gia cao su được sử dụng như lớp chống hao mòn và giảm tiếng ồn (An asphalt rubber friction course - ARFC), phổ biến chủ yếu ở Mỹ và một số nước châu Âu (Bồ Đào Nha, Tây Ban Nha) Để đánh giả hiệu quả giảm tiếng ồn của ARFC, tại bang Arizona (Mỹ), mặt đường bê tông xi măng được phủ lớp ARFC dày 1inch và hàm lượng cao su khoảng 9 – 9.4% có thể giảm áp suất tiếng ồn lên tới 6.7 dBA Tuy nhiên, chi phí cho chiến lược này khá tốn kém, 60000 đô la Mỹ cho mỗi dặm mặt đường sử dụng ARFC [3]

 Poroelastic road surface (PERS)

PERS là một khái niệm mặt đường khá mới mẻ đã được phát triển ở Thụy Điển, sau đó được cải tiến ở Nhật Bản và gần đây, nó đang được nghiên cứu sâu hơn trong một dự án ở Châu Âu PERS là hỗn hợp nhựa đường được tạo ra từ cao su (chủ yếu là lốp phế liệu) với hàm lượng khoảng 20% khối lượng của hỗn hợp và chất kết dính nhựa đường hoặc nhựa polyurethane PERS có độ rỗng dư lớn từ 20 - 40% Hỗn hợp này tạo ra một bề mặt có tính đàn hồi cao, giảm tiếng ồn từ lốp xe trên mặt đường Theo kết quả nghiên cứu của Thụy Điển và Nhật Bản mặt đường poroelastic giúp giảm hiệu quả áp suất tiếng ồn từ 5 - 15 dBA so với bề mặt BTN thông thường Vấn đề còn tồn tại đối với hỗn hợp này là độ bám dính kém giữa kết cấu mặt đường và nền móng, độ nhám thấp và khả năng chống cháy kém [3]

 Thin or very thin layers

Loại lớp phủ BTN mỏng này dày khoảng 15-40 mm Khả năng giảm tiếng ồn của lớp phủ này được phân loại theo khoảng trống trung bình của cấp phối gián đoạn gồm 0/4, 0/6, 0/8 hoặc 0/11 Các công ty nhựa đường đang phát triển sản phẩm này trên thì trường, dần thay thế các lớp phủ truyền thống, đặc biệt là các khu đô thị bị ô nhiễm tiếng ồn [3]

 Stone mastic asphalt (SMA)

Loại nhựa đường SMA này được dùng như lớp tạo nhám với cấp phối gián đoạn, chất kết dính nhựa đường, chất ổn định và cốt liệu mịn hơn Theo kết quả nghiên cứu ở Anh, mặt đường cao tốc sử dụng hỗn hợp SMA này giảm tiếng ồn trên mặt đường trong 4-5 sau khi lắp đặt và khả năng chống trượt rất tốt Tại Đan Mạch, thế hệ mặt đường SMA được cải tiến hơn nữa nhằm cải thiện khả năng chống ồn, giảm tiếng ồn ban đầu là 4.3 dB so với BTNC Chi phí của nhựa đường SMA cao hơn so với hỗn hợp BTNC thông thường, khoảng 20 - 25% (Washington) [3]

 Thin, very thin and ultra-thin surfacing (VTAC)

Lớp phủ siêu mỏng VTAC được phát triển nhằm hạn chế cản trở giao thông và chi phí khi xây dựng đường đô thị với ưu điểm thi công nhanh chóng, giảm tiếng ồn và chống trượt tốt Hỗn hợp VTAC chỉ dày khoảng 2 – 2.5mm và sử dụng cấp phối hở, có độ rỗng lớn 18 – 25%, được thêm vào một số phụ gia cải thiện tính chất cơ học hoặc âm thanh Sử dụng công nghệ lớp phủ siêu mỏng VTAC giảm tiếng ồn giao thông đường bộ từ 3 - 9 dBA so với bề mặt BTNC thông thường [3]

1.2.2.Tình hình nghiên cứu trong nước

Trong nước ta hiện nay, có khá nhiều nghiên cứu về mối liên quan giữa độ nhám và tiếng ồn nhưng thực hiện khảo sát thực tế khá ít Các cao tốc lớn ở khu vực miền Nam như: Cao tốc TP Hồ Chí Minh – Long Thành – Dầu Giây, cao tốc Sài Gòn – Trung Lương cũng đang áp dụng một trong những loại mặt đường giảm tiếng ồn hiệu quả là mặt đường bê tông nhựa nhám cao Tuy nhiên, việc đánh giá khả năng giảm ồn của loại mặt đường này chưa được quan tâm nhiều ở nước ta

Tài liệu nghiên cứu về nhám ở nước ta tới nay vẫn chỉ ở giai đoạn đầu vì nhiều hạn chế về thiết bị thí nghiệm, thiết bị thi công và cả thiết bị khảo sát, đánh giá Việc nghiên cứu về bản chất độ nhám và xây dựng mối liên hệ giữa độ nhám và tiếng ồn sẽ góp phần làm việc đánh giá chất lượng, lựa chọn giải pháp giảm bớt chi phí, tiết kiệm thời gian

Hiện nay Viêt Nam đang trên đà phát triển mạnh mẽ về hạ tầng giao thông cũng như tốc độ đô thị hóa nhanh chóng Đặc biệt ở miền Nam đang trong giai đoạn xây dựng 2 cao tốc Dầu Giây – Phan Thiết và Dầu Giây – Vĩnh Hảo cùng với rất nhiều khu dân cư với hệ thống giao thông lớn, đề tài “NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG BỀ MẶT BÊ TÔNG NHỰA VÀ BÊ TÔNG XI MĂNG ĐẾN TIẾNG ỒN VÀ ĐỘ NHÁM” cung cấp thông số và đánh giá ảnh hưởng của độ nhám và tiếng ồn của các loại mặt đường cấp phối bê tông nhựa và bê tông xi măng, từ đó tìm ra mối tương quan giữa độ nhám và tiếng ồn để giảm chi phí, tiết kiệm thời gian khi nghiên cứu về độ nhám

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu, so sánh, đánh giá độ nhám và tiếng ồn của một số loại mặt đường bê tông như bê tông nhựa, bê tông xi măng và hỗn hợp bê tông nhựa nhám cao

Phạm vi nghiên cứu:

 Nghiên cứu tổng quan về các phương pháp giảm tiếng ồn giao thông trên thế giới

 Nghiên cứu tổng quan về sự liên quan của mặt đường tới tiếng ồn

 Nghiên cứu độ nhám và độ ồn của một số loại cấp phối bê tông nhựa, bê tông xi măng từ thí nghiệm trong phòng và thí nghiệm hiện trường

Phương pháp nghiên cứu:

 Chế tạo mẫu với các cấp phối, vật liệu thay thế khác nhau và thực hiện các thí nghiệm khảo sát để đánh giá độ nhám và tiếng ồn của mẫu thí nghiệm đó

 Khảo sát mặt đường thực tế sử dụng vật liệu BTN và BTXM tại khu vực Thành phố Hồ Chí Minh Sau đó xử lý số liệu nhằm đưa ra đánh giá cung cấp cho các nghiên cứu về sau

 Thực hiện thí nghiệm trong phòng thí nghiệm Cầu đường thuộc trường đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh và Cao Đẳng Giao Thông Vận Tải Thành phố Hồ Chí Minh.

TỔNG QUAN

2.1 Cơ sở lý thuyết

Tiếng ồn của lốp xe phụ thuộc vào một số cơ chế và hai hệ thống chính (lốp xe và mặt đường) Rung động cơ học được tạo ra thông qua các tác động liên tiếp giữa vân lốp và kết cấu bề mặt đường Các rung động của không khí được tạo ra giữa mặt đường và rãnh lốp Quá trình này được mô tả như sau: không khí bị ép ra ngoài, một lượng nhỏ không khí bị giữ lại và bị nén sau đó được hút trở lại Quá trình nén và giãn nở không khí xảy ra hàng trăm hoặc hàng nghìn lần mỗi giây Hiệu ứng “Stick-Slip” được tạo ra bởi sự dịch chuyển độ dính bám và trượt của lốp xe tạo ra rung động Những điều này xảy ra hàng nghìn lần một giây và tạo ra âm thanh tần số cao Tiềm năng giảm thiểu tiếng ồn trong tương lai bằng cách tối ưu hóa lốp xe được kích thích ở mức 1-2 dB đối với ô tô và lên đến 2 dB đối với xe tải nặng Tính đến những mối quan tâm này của người dân, các nhà sản xuất xe hơi đã giảm tiếng ồn của động cơ xuống mức rất thấp, trở nên đáng kể hơn tiếng ồn do lốp gây ra [3]

Các đặc điểm về: độ rỗng, bề dày lớp áo đường, độ nhám, không đồng đều, độ cứng, của kết cấu áo đường đều tác động tới tiếng ồn trên mặt đường Đối với độ rỗng và bề dày, độ rỗng làm giảm ảnh hưởng của quá trình bơm khí Độ rỗng hữu hiệu càng cao thì tiếng ồn càng giảm; kích thước của khoảng trống càng nhỏ thì tiếng ồn càng giảm; bề dày lớp áo đường càng lớn thì tiếng ồn trung bình càng giảm

Độ nhám mặt đường đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra tiếng ồn lốp xe Thông qua mô hình tiếp xúc giữa lốp xe và mặt đường, tác giả T Fujikawa và cộng sự đã đánh giá các thông số liên quan đến độ nhám gồm: chiều cao độ gồ ghề, chiều cao các điểm gồ ghề không đồng đều, khoảng cách giữa các điểm gồ ghề, và bán kính của các điểm gồ ghề Các thông số độ nhám thu được từ máy đo laser được minh họa qua

Hình 2-1 [4]

Hình 2-1: Mô tả các thông số độ nhám mặt đường

Đường thẳng H – H đại diện cho mặt đường, các thông số độ nhám thuộc mặt phẳng trên đường H – H

hA: chiều cao của điểm gồ ghề– chiều cao từ đỉnh A đến đường H – H

hd: chiều cao điểm gồ ghề không đồng đều– chiều cao từ điểm gần điểm A nhất đến đường H – H

xA: khoảng cách của các điểm gồ ghề – khoảng cách giữa 2 điểm gồ ghề gần nhất rA: bán kính điểm gồ ghề – bán kính cung tròn gồm 3 điểm A, B và C như trong hình vẽ

Để đánh giá lực tiếp xúc tác động lên rãnh lốp khi lốp xe di chuyển qua các điểm gồ ghề cần giả định một số điều kiện Các thông số độ nhám trong thí nghiệm đường lấy từ mẫu mặt đường bê tông nhựa thoát nước và được đưa vào mô hình tiếp xúc để đo rung

động Sau đó, độ rung thí nghiệm sẽ được so sánh với độ rung tính toán từ thực tế (Hình 2-2, Hình 2-3) [4]

Hình 2-2: Mô hình tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường

Hình 2-3: So sánh độ rung giữa mô hình và thực tế Bảng 2-1: Kết quả tính toán từ thực tế

Thông số tính toán

thoát nước

Chiều cao không đồng đều trung bình của các điểm gồ ghề ℎ̅a 0.84 mm Khoảng cách trung bình của các điểm gồ ghề 𝑥̅a 21.7 mm Bán kính trung bình của các điểm gồ ghề 𝑟̅a 12.4 mm

Bảng 2-2: Kết quả từ mô hình

Các thông số về độ nhám của đường để đánh giá

Chiều cao các điểm gồ ghề trung bình ℎ̅d 1.1, 2.1, 3.1, 4.1 Chiều cao không đồng đều trung bình của các điểm gồ ghề ℎ̅a 0.42, 0.63, 0.84, 1.26 Khoảng cách trung bình của các điểm gồ ghề 𝑥̅a 10.9, 21.7, 32.6 Bán kính trung bình của các điểm gồ ghề 𝑟̅a 6.2, 12.4, 18.6, 24.8

Kết quả thí nghiệm chỉ ra thông số độ nhám nào ảnh hưởng tới tiếng ồn từ lốp xe và cần kiểm soát Độ rung lốp xe thay đổi phụ thuộc vào chiều cao hd, khoảng cách xA

và bán kính rA Cụ thể là điểm không đồng đều ở độ cao nhỏ hơn và khoảng cách nhỏ hơn làm giảm độ rung của lốp xe Điều này chứng tỏ chỉ số nhám tốt là yếu tố quan trong

để giảm tiếng ồn từ lốp xe (Bảng 2-1, Bảng 2-2) [4]

2.2 Các nghiên cứu về độ nhám và tiếng ồn

2.2.1.Khảo sát tiếng ồn trên các mặt đường BTN

Năm 2013, cơ quan quản lý đường bộ và giao thông ở tiểu bang Victoria, Úc (VicRoads) đã khởi xướng chương trình thử nghiệm tiếng ồn trên các loại mặt đường nhằm đánh giá hiệu suất tiếng ồn và yêu cầu bảo trì cho các loại mặt đường này trong khoảng thời gian ít nhất là 5 năm Chương trình thử nghiệm 7 loại cấp phối BTN: 4 cấp phối hở OGA, 1 cấp phối mặt đường SMA và 2 cấp phối độc quyền của mặt đường yên tĩnh Các sản phẩm này được zthử nghiệm trên đường cao tốc thuộc Bán đảo Mornington ở Victoria, Úc Các phương pháp đo tiếng ồn được sử dụng là: SPB (Statistical Pass-By), CPX (Close Proximity Method) và OBSI (On-Board Sound Intensity) Chi tiết kết cấu và kết quả thử nghiệm được thể hiện trong các bảng và hình dưới đây

Bảng 2-3: Các mẫu áo đường khảo sát

cắt, m

2 Kích thước 10mm OGA, được xử lý bằng cách cạo 30 100

Hình 2-4: Mặt đường BTN cấp phối hở bề mặt được mài – mẫu 2

Bảng 2-4: Độ rỗng của 3 mẫu BTN chặt cấp phối hở

Mặt cắt Lớp

Lỗ rỗng trung bình (3 mẫu) Đường bên trái

Tim đường 1 Đơn 15.1% 16.3% 3 Trên 15.0% 16.1% Dưới 16.7% 19.8% 4 Trên và dưới 16.6% 17.9%

Bảng 2-5: Kết quả thí nghiệm đo tiếng ồn của 7 mẫu BTN

Mặt cắt Kiểm tra

Xe chở khách Xe tải nặng SPB CPX

(SRTT)

OBSI (SRTT)

SPB (dual axle)

SPB (multi

axle)

CPX (AV4)

OBSI (AV4)

1 71.4 98.8 100.4 83.8 84.2 98.5 100.4

3 72.3 99.1 100.0 79.7 82.8 98.5 100.8 5

1 74.0 101.8 102.9 82.7 85.1 100.6 102.2 2 75.2 101.0 100.5 82.7 84.9 99.4 100.3 3 75.9 102.2 102.5 83.1 85.4 100.4 102.3 6

Theo kết quả, mẫu cấp phối của mặt đường SMA được đánh giá là ồn nhất Trong khi đó, mặt đường cho kết quả tốt nhất, yên tĩnh nhất là mặt đường BTN cấp phối hở được mài từ 1 – 2mm bề mặt nhằm tạo ra kết cấu giảm âm (mẫu 2) Ngoài ra, mẫu BTN có 2 lớp OGA giảm tiếng ồn tốt hơn 1 lớp OGA Kết quả còn cho thấy phương pháp CPX thể hiện các số đo giữa các mẫu tương đồng hơn phương pháp SPB và OBSI Nhận xét cuối cùng là đa số các mẫu thử đều có hiệu suất giảm tiếng ồn giảm dần theo thời gian

2.2.2.Các phương pháp đo ồn trên thế giới

Bài báo nghiên cứu các đặc tính âm học của các loại mặt đường bê tông nhựa BTN và BTXM bằng hai kỹ thuật đo tiếng ồn: phương pháp statistical pass-by (SPB) và phương pháp Close Proximity (CPX) Tác giả V Khan và K.P Biligiri thử nghiệm đo tiếng ồn trên đường quốc lộ bao gồm hơn 11km bề mặt BTN và BTXM Tại Ấn Độ, những nghiên cứu trong lĩnh vực tiếng ồn giao thông là rất hạn chế và cần được quan tâm hơn nữa Nghiên cứu gồm một số nội dung chính như sau:

Đánh giá tổng thể các phương pháp đo tiếng ồn SPB và CPX Thiết kế và phát triển phương pháp CPX ở Ấn Độ

Đo thử nghiệm trên các bề mặt và mặt đường khác nhau So sánh kết quả đo giữa hai phương pháp

Đề xuất các kỹ thuật /phương pháp để ước tính các đặc tính âm học của các loại mặt đường khác nhau từ quan điểm thực tế

Phương pháp SPB trong nghiên cứu này sử dụng một phương tiện ngẫu nhiên tại một thời điểm Mỗi lần xe đi qua, máy đo sẽ đo mức áp suất tiếng ồn tối đa của lốp xe và động cơ Ngoài ra, phương pháp này còn đo tốc độ của xe Do mức áp suất âm thanh phụ thuộc vào tốc độ xe nên độ ồn được đo ở các tốc độ khác nhau Các số liệu thu được dùng để tính toán chỉ số Statistical Pass-By Index (SPBI) Chỉ số SPBI áp dụng cho nhiều loại mặt đường khác nhau và các điều kiện giao thông khác nhau

Hình 2-5: Thiết bị đo phương pháp SPB (thiết bị đo và súng bắn tốc độ)

Phương pháp CPX được tác giả sử dụng một xe rơ moóc được thiết kế riêng cho nghiên cứu CPX đo tiếng ồn trường gần trực tiếp trên xe Các phép đo tiếng ồn được thực hiện bằng cách sử dụng micrô gắn vào lốp xe Lốp xe gắn trên một chiếc xe có thiết kế đặc biệt được điều khiển từ bên ngoài Trong quá trình đo, rơ moóc được kéo và di chuyển dọc theo đoạn đường thử nghiệm, micrô sẽ đo mức áp suất tiếng ồn trung bình có trọng số A

Hình 2-6: Chi tiết phương pháp CPX

Bảng 2-6: Kết quả đo tiếng ồn từ phương pháp SPB

Vân tốc (km/h)

Tiếng ồn mặt đường (dBA)

Chênh lệch dBA Bê tông xi

măng (NH-60)

Bê tông nhựa (NH-6)

Bảng 2-7: Kết quả đo tiếng ồn từ phương pháp CPX

SPBI của mặt đường bê tông nhựa và bê tông xi măng

Bề mặt áo đường Chỉ số thống kê trung bình (dBA)

Tốc độ chậm Tốc độ trung bình Tốc độ cao

Sau quá trình phân tích kết quả thấy rằng mức áp suất tiếng ồn đều tăng khi tăng vận tốc và kích thước xe Kết quả còn cho thấy mặt đường BTXM có chỉ số SPBI cao hơn khoảng 5 dBA so với mặt đường BTN Phương pháp CPX cũng cho kết quả tương tự, mặt đường BTN được đánh giá là ít ồn hơn so với mặt đường BTXM Hơn nữa, giữa hai phương pháp có sự chênh lệch tiếng ồn khoảng 5 dBA giữa hai dạng mặt đường Mặc dù nghiên cứu còn nhiều hạn chế nhưng đã góp phần không nhỏ vào việc phát triển các phương pháp đo tiếng ồn giao thông các loại mặt đường, cải thiện môi trường và chất lượng cuộc sống của người dân đô thị

2.2.3.Độ nhám vi mô và độ nhám vĩ mô

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến độ bám của bánh xe với mặt đường Về phương diện đường ô tô thì yếu tố chủ yếu và quan trọng nhất vẫn là độ nhám của mặt đường Độ nhám của mặt đường được tạo nên bởi hai thành phần chính: Nhám vĩ mô và nhám vi mô

Nhám vĩ mô (nhám thô – macrotexture): được định nghĩa là độ chênh cao giữa bề mặt đường so với mặt phẳng chuẩn với các kích thước đặc trưng của bước sóng và biên độ thấp nhất từ 0.5mm cho đến mức mà độ chênh cao đó không ảnh hưởng đến sự tác động giữa lốp xe và mặt đường Có thể nói độ nhám vĩ mô là độ nhám của toàn bộ mặt đường và được hình thành bởi hình dáng, kích thước của các hạt cốt liệu lộ ra trên bề mặt đường

Nhám vi mô (nhám mịn – microtexture): được định nghĩa là độ chênh cao giữa bề mặt đường so với mặt phẳng chuẩn với các kích thước đặc trưng của bước sóng và biên độ nhỏ hơn 0.5mm Có thể nói độ nhám vi mô là độ nhám, độ xù xì của hạt cốt liệu lộ ra trên mặt đường và khó nhìn thấy

Vai trò của độ nhám vĩ mô là tạo ra các kênh thoát nước Bằng cách giảm áp lực ở trước và xung quanh lốp xe, nhám vĩ mô cho phép một diện tích lớn của lốp xe vẫn duy trì sự tiếp xúc ma sát với về mặt mặt đường Điều này cho phép nhám vĩ mô phát huy tác dụng kháng trượt

 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám vĩ mô

Hình 2-7: Sự khác nhau giữa độ nhám vi mô và độ nhám vĩ mô

Diện tích cốt liệu thô nổi lên mặt đường: trong hỗn hợp bê tông nhựa thì cốt liệu lớn nhất nổi lên trên bề mặt đường là nơi mà lốp xe tiếp xúc nhiều nhất Vì thế mà nó đóng góp phần lớn vào sức kháng trượt của bề mặt đường qua cả nhám vi mô và nhám vĩ mô Nhám vĩ mô đạt được nhờ việc thiết kế tối ưu hàm lượng nhựa và phụ thuộc trực tiếp vào cấp phối, góc cạnh và hình khối của cốt liệu Việc dùng một tỷ lệ lớn các cốt liệu thô trong hỗn hợp sẽ cho kết quả là một diện tích lớn các cốt liệu thô được nổi lên mặt đường và do đó sẽ có độ nhám vĩ mô cao

Hàm lượng nhựa trong hỗn hợp và hệ số đầm nén: Nếu lượng nhựa quá nhiều hoặc độ đầm nén quá chặt sẽ làm giảm diện tích nổi lên mặt đường của các cốt liệu thô, do đó làm giảm sức kháng trượt mặt đường Ngoài ra, tính chất vật lý của bản thân loại nhựa cũng ảnh hưởng đáng kể tới độ nhám vĩ mô Một loại nhựa có thuộc tính ổn định nhiệt cao (nhựa cải thiện) sẽ hạn chế khả năng chảy nhựa vào mùa nóng làm cho bề mặt bê tông nhựa dễ duy trì được diện tích cốt liệu thô hơn

Tính chịu mài mòn của cốt liệu: độ bền của nhám vĩ mô phụ thuộc chủ yếu vào tính chịu bào mòn của cốt liệu Cốt liệu có sức chịu bào mòn kém sẽ nhanh chóng bị mòn đi dưới tác dụng của xe cộ và cho kết quả là mặt đường bị mất sức kháng trượt Tính chịu mài mòn được xác định bằng thí nghiệm Los Angeles

Hình khối, góc cạnh của cốt liệu thô: để cho các hạt cốt liệu nhô lên bề mặt mặt đường không bị gãy vụn ra, để đảm bảo độ nhám vĩ mô bền vững thì các hạt cốt liệu phải có hình dạng hình khối, không được chứa nhiều hàm lượng hạt thoi dẹt

 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám vi mô

Đối với đá, độ bền của nhám vi mô phụ thuộc vào đặc tính kháng mài bóng Sức kháng mài bóng của đá được đánh giá bằng thí nghiệm mài bóng thông qua chỉ số mài bóng PSV (British Polish Stone Value Test, ASTM D3319) Vật liệu có chỉ số PSV cao chứng tỏ có sức kháng mài bóng tốt

Đối với cát, độ bền của nhám vi mô chủ yếu phụ thuộc vào hàm lượng thạch anh và silic Hàm lượng này càng cao thì độ bền của nhám vi mô càng lớn

2.3 Phương pháp thí nghiệm

Để đánh giá tương quan giữa độ nhám và tiếng ồn của một số loại kết cấu áo đường trong phòng thí nghiệm và ngoài hiện trường, nghiên cứu sử dụng thí nghiệm con lắc Anh và rắc cát Đây là hai phương pháp khá phổ biến được các nghiên cứu trong nước cũng như ngoài nước áp dụng Bên cạnh đó, thí nghiệm con lắc Anh sẽ mô phỏng quá trình tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường hoặc mẫu BTN và BTXM Tiếng ồn phát ra từ quá trình thí nghiệm sẽ được đo bằng thiết bị đo ồn chuyên dụng

2.3.1.Thí nghiệm con lắc Anh

Độ nhám mịn được xác định theo thí nghiệm con lắc Anh Thiết bị con lắc Anh (British Pendulum Skid Resistance Tester) là một thiết bị thí nghiệm về sự va đập của dạng con lắc động dùng để đo năng lượng hao phí khi thanh trượt làm từ cao su trượt ngang qua bề mặt khảo sát Thí nghiệm này phù hợp cho các khảo sát trên các bề mặt cả trong phòng thí nghiệm và hiện trường Giá trị đo được, BPN = British Pendulum (Tester) Number với bề mặt và độ nhám khi tác động của bánh xe sẽ mô tả các đặc tính ma sát của mẫu khảo sát [11]

Thí nghiệm này ban đầu được người Mỹ thiết kế vào năm 1940 dùng để kiểm tra khả năng chống trượt của sàn nhà trong các tòa nhà chính phủ Vào những năm 1950-1960, Phòng thí nghiệm nghiên cứu giao thông của Anh đã phát triển thiết bị này để nghiên cứu các vấn đề trong thiết kế và bảo trì đường cao tốc công cộng Ngày nay, con lắc Anh được sử dụng phổ biến để đánh giá khả năng trượt của các loại bề mặt, sử dụng được cả trong phòng thí nghiệm và ngoài hiện trường Thí nghiệm con lắc Anh được thực hiện theo tiêu chuẩn ASTM E303-93 Quy trình kỹ thuật này mô phỏng sức kháng trượt giữa bánh xe ô tô và mặt đường khi xe chạy với tốc độ 50km/h, được sử dụng để nghiệm thu mặt đường mới hoặc khi đánh giá chất lượng của đường hiện đang khai thác

có lớp phủ mặt là BTN hoặc BTXM Khi đo khô, thí nghiệm con lắc Anh dùng để đánh

giá sự tương quan giữa độ nhám và tiếng ồn của mặt đường khảo sát Khi đo ướt, thí

nghiệm này dùng để đánh giá sự tương quan của độ giám vĩ mô và độ nhám vi mô của mặt đường khảo sát

 Cấu tạo thiết bị đo:

Thiết bị được thể hiện trong, trọng lượng khoảng 12-14 kg Các bộ phận chính của thiết bị con lắc bao gồm: Giá đỡ là một bệ có gắn bọt thủy tròn, có ba chân, có thể điều chỉnh được để đảm bảo trục thẳng đứng của thiết bị luôn trùng với phương thẳng đứng của dây dọi Trục thẳng đứng có núm điều chỉnh cao thấp để nâng hạ con lắc lên xuống, tạo cho tấm trượt tiếp xúc với bề mặt thử nghiệm theo một chiều dài trượt quy định

Đầu trên của thiết bị có thể trượt theo hai trục dẫn hướng Có một núm hãm (ngay phía sau trục quay của con lắc), khi vặn núm này có thể cố định được tâm quay của con lắc ở một vị trí thích hợp Đầu phía tấm quay của con lắc có gắn các vòng hãm ma sát để hiệu chỉnh ma sát của kim quay

Con lắc có gắn tấm trượt của thiết bị nặng 1500 ± 30 gam Khoảng cách từ tấm giao động tới trọng tâm của con lắc là 411 ± 5mm Con lắc có phần đối trọng có thể điều chỉnh được để giữ thăng bằng cho con lắc theo cả hai phương Phần dưới bụng của con con lắc có tấm trượt bằng nhôm gắn cao su Hệ thống lò so và đòn bẩy của con lắc sẻ cho một tải trọng trượt chuẩn trung bình là 2500 ± 100 gam, tác động lên tấm trượt đế cao su rộng 76,2mm, truyền xuống bề mặt thử nghiệm Có một cần để nâng bằng tay tấm cao su lên

Một số thiết bị kèm theo thí nghiệm con lắc Anh: Một can đựng nước; một súng bắn nhiệt; một thước dẹt có khắc vạch để đo chiều dài đường trượt; một số cờ lê dẹt để nới chỉnh lại các liên kết của thiết bị khi cần và bàn chải để quét sạch bề mặt đường trước lúc thử nghiệm

Hình 2-8: Thiết bị con lắc Anh và dụng cụ đi kèm

 Nguyên lý làm việc:

Độ nhám mặt đường được xác định dựa vào độ nhám trung bình của con lắc mang tấm cao su tiêu chuẩn khi ma sát trượt trên mặt đường Hệ số ma sát trượt được tính dựa vào định luật bảo toàn năng lượng: độ cao văng lên của con lắc sau khi trượt trên mặt đường phụ thuộc vào mất mát năng lượng do ma sát trượt của con lắc với mặt đường Do đó, hệ số ma sát trượt (φ) của tấm cao su với mặt đường được tính theo biểu thức sau:

 

Trong đó:

 W là trọng lượng của con lắc, daN

 H là chiều cao nâng lên ban đầu của trọng tâm con lắc, mm;

 h là chiều cao văng lên của con lắc sau khi trượt trên mặt đường, mm;  P Lực tác động trung bình của con lắc xuống mặt phẳng trượt, daN;  L Chiều dài đường trượt quy định của con lắc với mặt phẳng trượt, mm

Độ nhám cuả mặt đường đo bằng thiết bị con lắc (SRT) được xác định theo biểu thức:

SRT Các bước tiến hành thí nghiệm:

Hình 2-9: Cấu tạo thiết bị con lắc Anh

Gạt kim đo về vị trí thẳng đứng tiến hành thả thử bằng cách bấm nhẹ núm khóa hãm mà không cần xét đến vị trí của kim đó, xem hành trình dao động, va chạm của con lắc đã tốt chưa

Chỉnh thiết bị về số “0” Mục đích của thao này nhằm xác định giá trị đọc của kim trên bảng khắc độ khi con lắc văng tự do (không tiếp xúc với mặt đường) xem có đúng vạch “0” hay không Thao tác kiểm tra này được thực hiện vào lúc đầu ca, cuối ca và một vài lần trong quá trình thí nghiệm để kiểm tra độ ổn định đọc giá trị của thiết bị Trình tự kiểm tra này được tiến hành như sau:

Đưa thiết bị về trí cân bằng qua việc điều chỉnh ba chân của giá đỡ kết hợp với quan sát bọt thủy tròn

Vặn lỏng núm khóa hãm (A) và vặn một trong hai núm di động dọc (B) để nâng cơ cấu con lắc, đảm bảo con lắc dao động tự do không va chạm với bề mặt thí nghiệm; vặn núm hãm (A) chặt lại

Gạt kim đo về vị trí thẳng đứng; tiến hành thả thử con lắc bằng cách bấm nhẹ núm khóa hãm (C) cho con lắc dao động kéo theo kim đo ở chu kỳ chuyển động “đi” của nó Sau đó, lấy tay giữ con lắc lại ở chu kỳ chuyển động “về” Quan sát xem kim có chỉ về trị số vạch “0” trên bàn khắc độ hay không Nếu kim chỉ trị số vạch “0” thì quá trình kiểm tra hoàn thành, nếu mức chênh lệch trung bình lớn vượt quá 3 đơn vị thì phải nới lỏng núm (A), vặn chặt hoặc nới lỏng nhẹ nhàng vòng ma sát (E), vặn chặt nút hãm (A) và tiến hành thử lại theo trình tự nêu trên cho đến khi giao động của con lắc đưa kim chỉ về trị số “0” không bị vượt quá 3 đơn vị

Điều chỉnh chiều dài đường trượt Thao tác này phải được thực hiện với mỗi điểm thí nghiệm Trình tự tiến hành như sau:

Kéo cần nâng bằng tay của con lắc lên, đặt miếng đệm thép dưới vít điều chỉnh cảu cần nâng; Nới lỏng núm (A), vặn núm (B) để nâng hạ con lắc sao cho tấm cao su của con lắc tiếp xúc vừa chạm với mặt phẳng trượt;

Kéo tay nâng của con lắc và rút miếng đệm thép ra; hạ con lắc xuống cho đến khi cạnh của tấm trượt cao su tỳ vào mặt phẳng trượt về cả hai phía để xác định chiều dài đường trượt Nếu chiều dài này không nằm trong khoảng yêu cầu 124,5 đến 127 mm thì phải xác định lại vị trí đặt miếng đệm thép Sau đó, phải vi chỉnh tiếp bằng cách nới núm (A), vặn nhẹ núm (B) nâng hạ cụm con lắc cho đến khi chiều dài đường trượt đạt yêu cầu thì vặn núm (A) hãm cố định cum con lắc lại Thiết bị đã điều chỉnh xong

 Tiến hành thí nghiệm đo nhám kết hợp đo tiếng ồn

Vị trí thử nghiệm: mặt đường xe chạy hoặc mẫu bê tông nhựa Cần làm sạch vị trí thử nghiệm bằng bàn chải, cần thiết bằng cả nước để rửa

Lựa chọn số điểm thí nghệm (thí nghiệm hiện trường): Thông thường, với một đoạn được coi là đồng đều về độ nhám, thì chỉ cần đo 20 vị trí

Định vị thiết bị thí nghiệm: Đặt thiết bị và điều chỉnh giá đỡ ở vị trí cân bằng Chỉnh thiết bị về số “0”: Tưới nước sạch làm ướt mặt đường tại vị trí cần thử nghiệm; Dùng nhiệt kế đo và ghi nhiệt độ của nước trên mặt đường, tại vị trí thử nghiệm Nâng con lắc về phía phải, mắc nó vào vị trí núm giữ con lắc (C), gạt kim đo về vị trí thẳng đứng theo phương của dây dọi, bấm núm (C) để thả con lắc rơi tự do, con lắc sẽ rơi quệt xuống mặt đường sau đó văng lên về phía trái, kéo theo kim đo Dưới tác động của trọng lực, con lắc lại rơi quay lại, nhưng kim đo vẫn giữ nguyên ở vị trí cao nhất khi con lắc văng lên Chú ý lấy tay làm ngừng chuyển động lượt về của con lắc, không để tấm cao su bị va quệt vào mặt đo làm hỏng miếng đệm cao su

Tiếp tục thực hiện theo trình tự một số lần Số đọc 2, 3 lần đầu tiên chỉ để tham khảo Nếu kết quả đo ổn định, ở mỗi vị trí đo nhám thực hiện liên tiếp năm lần thả con lắc Ghi kết quả sự hiệu chỉnh về số 0 để kiểm tra, hiệu chỉnh lại số hiệu đo và ghi kết quả mỗi lần thả theo biểu mẫu thí nghiệm bảng 2 Nếu giá trị các lần đo vượt qua 3 đơn vị phải làm lại thí nghiệm

Kiểm tra chiều dài ma sát sau khi đo nhám: nếu không nằm trong chiều dài cho phép thì cũng loại bỏ các thí nghiệm đã thực hiện để làm lại Lưu ý giữ sao cho tấm trượt trong quá trình va quệt vẫn giữ song song với mặt bảng đo của thiết bị và phần diện tích phía cuối của tấm cao su tiếp xúc đều với bề mặt thí nghiệm

Tại mỗi vị trí thử nghiệm, giá trị hệ số ma sát trượt đo bằng thiết bị con lắc xách tay, ký hiệu là SRT là giá trị trung bình các số đọc của 5 lần đo liên tục, sau khi đã hiệu chỉnh theo kết quả thử nghiệm về số 0 và hiệu chỉnh về nhiệt độ tiêu chuẩn ở 20oC Kết quả thí nghiệm được lấy tới mức đơn vị đo chính xác là 1 đơn vị SRT

Khi đo ồn cần đặt máy đo ồn cách vị trí tiếp xúc của tấm trượt với mặt đường hoặc mẫu bê tông khoảng cách từ 125 mm tới 135 mm (gần bằng chiều dài tiếp xúc của tấm trượt với bề mặt)

Trong quá trình thực hiện, khi độ nhám giữa các lần đo quá 10 % thì phải loại bỏ kết quả xuất hiện ít hơn và tiến hành chỉnh lại thiết bị Kết quả cuối cùng được chấp nhận sẽ là giá trị trung bình của các lần đo đã loại bỏ sai số thô và được hiệu chỉnh về nhiệt độ tiêu chuẩn 20oC

Bảng 2-8: Bảng quy đổi nhiệt độ mặt đường

Nhiệt độ mặt đường (°C)

0 2 8 10 13 15 20 25 30 40

Mức hiệu chỉnh về nhiệt độ 20 (°C)

-7 -6 -4 -3 -2 -1 0 +1 +2 +3

2.3.2.Thí nghiệm rắc cát

Thí nghiệm rắc cát được xem là phương pháp truyền thống để xác định độ nhám thô hay độ nhám vĩ mô của mặt đường dựa vào phương pháp phân tích thể tích Độ nhám vĩ mô của mặt đường được tính dựa vào chiều sâu cấu trúc vĩ mô trung bình của kết cấu hạt thô trên bề mặt áo đường Phương pháp rắc cát được người Mỹ trình bày trong tiêu chuẩn ASTM E965 [11] và được nhiều nước áp dụng rộng rãi để đánh giá khả năng chống trượt của bề mặt mặt đường Tại Việt Nam, thí nghiệm này được thực hiện theo tiêu chuẩn TCVN 8866 – 2011 để kiểm tra nghiệm thu mặt đường mới hoặc để đánh giá chất lượng của mặt đường đang khai thác với loại có lớp mặt là BTN hoặc BTXM [12]

 Thiết bị, dụng cụ:

Vật liệu cát tiêu chuẩn: là cát khô, sạch, tròn cạnh và có đường kính cỡ hạt nằm

giữa hai cỡ sàng số No50 (0,15 mm) và số No100 (0,30 mm) được đựng trong hộp kín

Ống đong cát: dùng để xác định thể tích của vệt cát, bằng kim loại hoặc nhựa PV

cứng, không bị biến dạng, có thể tích bên trong là 25000 mm3, một đầu ống bịt kín

Bàn xoa: là dụng cụ đáy hình tròn, bằng gỗ, đường kính từ (6,0 – 7,5) cm, dày từ

(6,0 – 10,0) mm Đáy của bàn xoa được gắn một lớp cao su mỏng dày khoảng 2 mm,

Một cân thí nghiệm có độ chính xác 0,1 g để kiểm tra thêm, đảm bảo lượng cát

dùng cho các lần thí nghiệm không thay đổi về khối lượng

Dụng cụ hướng dẫn giao thông  Tần suất thí nghiệm:

21 mm

15mm cao

su

6 mm 65

mm

2 mm

Tiến hành thị sát mặt đường cần thí nghiệm, phân chia mặt đường thành những đoạn được xem là đồng nhất về tình trạng độ nhám mặt đường, về thời gian khác thác

Trên mỗi đoạn đồng nhất, chọn một đoạn đại diện có chiều dài tối thiểu 1000m để đo độ nhám, thực hiện 10 điểm đo/1 làn xe/1 km

Khi tuyến đường cần đánh giá không có cơ sở để áp dụng cách chia mặt đường được xem là đồng nhất như nói ở trên thì có thể đo rải đều trên toàn tuyến với mật độ

trung bình tối thiểu 10 điểm đo/1 làn xe/1 km

Trường hợp chiều dài đoạn đường nhỏ hơn 1 km thì vẫn đo tối thiểu 10 điểm/1 làn

 Cách tiến hành

Tại các vị trí đo, mặt đường phải khô, bề mặt đồng đều, không có những đặc điểm cá biệt như vết nứt, các mối nối Quét sạch mặt đường bằng bàn chải sắt cứng, dùng bàn chải lông mềm dọn sạch các mảnh vụn, hoặc các hạt cốt liệu dính kết rời rạc khỏi mặt đường Nếu trời có gió, phải đặt các tấm chắn gió xung quanh diện tích thử nghiệm để cát khỏi bay Không được thử nghiệm khi mặt đường ẩm ướt

Đong cát, đổ đầy cát vào ống đong, gõ nhẹ đáy của ống đong nhiều lần trên một mặt cứng Cho thêm cát vào ống đong cho đầy tới miệng rồi dùng thước rồi gạt phẳng miệng ống đong

Đổ ống đong chứa cát lên vị trí mặt đường đã làm sạch Dùng bàn xoa có bịt cao su, san cát từ trong ra ngoài theo hình xoắn ốc để tạo thành một mảng cát tròn liên tục, lấp đầy các lỗ rỗng trên mặt đường cho ngang bằng với các đỉnh của các hạt cốt liệu Tiến hành xoa cho đến khi mảng cát không còn lan ra ngoài Cần chú ý để mảng cát khi xoa có dạng hình tròn

Đo ít nhất 4 đường kính đại diện của mảng cát đã xoa, gồm có đường kính lớn nhất, nhỏ nhất và trung gian Tính đường kính trung bình của mảng cát thí nghiệm, lấy tròn đến mm để làm trị số tính toán

 D: đường kính trung bình của mảng cát thí nghiệm đo được

Độ nhám mặt đường của đoạn tuyến được xem là đồng nhất, được tính theo công thức sau:

Trong đó:

 Htb: độ nhám (chiều sâu cấu trúc vĩ mô trung bình) của đoạn đường;

thứ i;

 n: số điểm thử nghiệm trên đoạn mặt đường đồng nhất.

Trường hợp các phép thử mắc lỗi các do thao tác sai hoặc nếu mảng cát đo có dạng hình elip quá dẹt (giá trị hai trục nhỏ nhất và lớn nhất của hình elip chênh nhau quá 1,2

lần) thì phải loại bỏ kết quả đo ở những điểm này Loại bỏ các kết quả đo có trị số hi khác biệt với trị số Htb quá 0,13 mm

 Tiêu chuẩn đánh giá độ nhám mặt đường đang khai thác

Theo tiêu chuẩn TCVN 8866 – 2011 [12], độ nhám mặt đường đo được phải thỏa mãn với các giá trị tại

Bảng 2-9 Nếu độ nhám không đạt yêu cầu cần có biện pháp khắc phục như cải thiện độ nhám, tăng cường một lớp tạo nhám hoặc hạn chế tốc độ xe chạy

Bảng 2-9: Yêu cầu độ nhám mặt đường

Độ nhám (chiều sâu cấu trúc vĩ

Htb > 1,20 Rất nhám Đường qua nơi địa hình đi lại khó khăn, nguy hiểm Chú thích: V là tốc độ chạy xe thực tế cho phép trên đường; V không phải là tốc độ thiết kế

2.3.3.Dụng cụ đo tiếng ồn

Máy đo ồn Center 329 với các thông số: Phạm vi đo: 40 ~ 130dB

Độ chính xác: ± 2dB Tần số: 0.5.dB

Time Weighting: Nhanh, Chậm

Hình 2-12: Dụng cụ thí nghiệm đo độ ồn

Mô tả cách hoạt động: bấm công tắc mở máy, sau đó điều chỉnh mức đo về khoảng từ 80~110dB, chỉnh tần số trọng A và thời gian trọng là Fast (nhanh) Khi chỉnh thời

gian trọng nhanh, thiết bị sẽ giúp ta ghi lại giá trị trong khoảng 0,6 giây Điều này phù

hợp với các mức áp suất có dao động khá nhanh và phổ biến trong thực tế như âm nhạc, lời nói hoặc tiếng ồn từ môi trường Tần số trọng A là mức độ âm thanh của tai người cảm nhận và không hiệu chỉnh được