Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Xác định mô đun đàn hồi của các lớp vật liệu áo đường mềm từ kết quả thí nghiệm FWD

LOI CAM ONLuận văn “Xác định médun đàn hồi của các lớp vat liệu do đường mêm từ kếtquả thí nghiệm FWD” được thực hiện từ tháng 07/2012 đến tháng 06/2013 với mụcđích nghiên cứu phân mềm t

ĐẠI HỌC QUOC GIA TP HCMTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

BÙI ANH DŨNG

XÁC ĐỊNH MO DUN DAN HOI CUA CÁC LỚP VAT LIEU

AO DUONG MEM TU KET QUA THI NGHIEM FWD

CHUYEN NGÀNH: XÂY DUNG DUONG O TÔ VA DUONG THÀNH PHO

MA SO : 605830

LUAN VAN THAC SI

TP HO CHI MINH, THANG 07 NAM 2013

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỎ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS Lê Anh Thắng

Cán bộ cham nhận xét 1: TS Nguyễn Mạnh Tuan

Cán bộ cham nhận xét 2: TS Trần Văn Miền

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI DONG CHAM BAO VỆ LUẬN VĂN

THẠC SỸ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Ngày 24 tháng 8 năm2013 Hội đông đánh giá luận văn thạc sĩ gom:

DAI HOC QUOC GIA TP.HCM CONG HOA XA HOI CHU NGHIA VIET NAMTRUONG DAI HOC BACH KHOA Độc lập — Tự do — Hanh phúc

-ii-Tp HCM, ngày thang năm 2013

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: BÙI ANH DŨNG Phái :Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 17/01/1986 Nơi sinh :Quang Ngai

Chuyên ngành: Xây dựng đường ô tô và đường thành phố MSHV : 11010300I- TÊN ĐÈ TÀI:

XÁC ĐỊNH MÔĐUN ĐÀN HOI CUA CÁC LỚP VAT LIEU AO BUONG MEM

TU KET QUA THI NGHIEM FWD

1 Nhiệm vu

Nghiên cứu thiệt kê phan mém tính toán cường độ môđun dan hôi của các lớp

áo đường mém từ kết quả thí nghiệm FWD

Van dé cần giải quyết trong luận van: sự hội tụ của môđun đàn hồi của các lớp

áo đường, sai số cho phép giữa độ vống tính toán và thực đo, khả năng dự đoán

môđun đàn hồi hợp lý

2 Nội dung luận van

Chương]: Tổng quan

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 3: Phương pháp và nội dung nghiên cứu

Chương 4: Phân tích chương trình.

Chương 5: Phan kết luận và kiến nghị

H- NGÀY GIAO NHIỆM VU: Ngày 02 tháng 07 năm 2012

HI-NGÀY HOÀN THÀNH NHIEM VỤ: Ngày 21 thang 06 năm 2013

IV-CÁN BỘ HƯỚNG DAN: TS LE ANH THANG

Nội dung va dé cương luận văn thạc sĩ đã được hội đồng chuyên ngành thông qua.CÁN BỘ HƯỚNG DAN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN KHOA QUAN LÝ

QL CHUYEN NGANH CHUYEN NGANH

TS LE ANH THANG TS LE BA KHANH

LOI CAM ONLuận văn “Xác định médun đàn hồi của các lớp vat liệu do đường mêm từ kếtquả thí nghiệm FWD” được thực hiện từ tháng 07/2012 đến tháng 06/2013 với mụcđích nghiên cứu phân mềm tính toán môđun của các lớp vật liệu áo đường mém, déđánh giá chất lượng của kết cau dựa vào kết qua thí nghiệm FWD.

Tôi xin trân trọng cảm ơn thầy TS Lê Anh Thăng đã tận tình hướng dẫn, đưa

ra những lời khuyên thực sự giá trị và những động viên kịp thời để tôi có thể hoàn

thành luận văn này.

Tôi xin chân thành cảm ơn thây giáo TS.Nguyễn Quang Phúc và cô TS.TrầnThị Kim Đăng đã cung cấp số liệu và những đóng góp hữu ích giúp tôi có thể thựchiện tốt đề tài luận văn

Xin cảm ơn mọi người trong gia đình tôi đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi

về thời gian để tôi hoàn thành luận văn đúng tiễn độ

Vì thời gian thực hiện luận văn có hạn nên không tránh khỏi những hạn chế vàthiếu sót Tôi rất mong được sự đóng góp của quý thây cô giáo, bạn bè và đồngnghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn

Xin chân thành cảm ơn.

-IV-TÓM TAT LUẬN VAN

ĐÈ TÀI: “XÁC ĐỊNH MÔĐUN ĐÀN HOI CUA CÁC LỚP VAT LIEU AO

DUONG MEM TU KET QUÁ THÍ NGHIỆM FWD”

Giới thiệu chung

Đề đánh giá cường độ kết cau áo đường có nhiều phương pháp khác nhau.Nhưng thí nghiệm thiết bị đo động (FWD) có hiệu qua và tính chính xác cao hơn cả.Bên cạnh đó, các phân mềm tính toán môđun đàn hồi các lớp áo đường sử dụng kếtquả thí nghiệm FWD cũng đã được nhiều nước trên thế giới nghiên cứu phát triển

từ rất lâu

Tuy nhiên, thí nghiệm FWD ở Việt Nam hiện nay vẫn còn nhiều hạn chế Kếtquả sau khi thí nghiệm chỉ để xác định môđun đàn hồi chung tương tự như cầnBenkelman Dẫn đến kết quả cho được không phản ánh đúng khả năng chịu lực củatừng lớp, có thé có những lớp đạt yêu cầu nhưng cũng có những lớp yếu không đủ

hình sử dụng các phương pháp trên tại Việt Nam hiện nay.

Chương II: Cơ sở lý thuyết

Nghiên cứu tổng quan về các mô hình mô phỏng ứng xử của các lớp áo đườngdưới tác động của tải trọng Bên cạnh đó là các phần mềm tính toán thuận, tính toán

ngược của các nghiên cứu nước ngoài Luận văn cũng phân tích các nghiên cứu đã

đạt được trong nước về tính toán môđun đàn hồi từ thí nghiệm FWD Ngoài ra, để

xác định phương pháp tính toán ngược sẽ sử dụng, luận văn đã đưa ra các phương pháp đã được các chương trình khác sử dụng trong chương trình tính toán ngược

Nghiên cứu tập trung về chương trình BISAR và lý thuyết thuật giải di truyền.Xây dựng chương trình Bisar-GAs, tính toán môđun dan hồi các lớp vật liệu áo

đường

Chương IV: Phân tích chương trình

Độ chính xác của chương trình được kiểm tra trên ba yếu tố sau:

> So sánh kết quả với các chương trình khác

> Kiểm tra độ nhạy của chương trình

> Kiểm tra chương trình chạy theo kết quả thí nghiệm FWD thực tế.Chương V: Kết luận và hướng phát triển của đề tài

Kết quả đạt được trong luận văn và các hướng phát triển

-VỊ-MỤC LỤCCHUONG 1: TONG QUAN 0 2 |1.1 ĐẶT VAN DE NGHIÊN CỨU 6 6s sEE9E SE EESE SE SE EsEserkeeesesed |1.2 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH MODUN SỬ DỤNG Ở VIET

9891100) Sà- 'ễ^s^.r'ễ^®^®.'®ˆ -.- 2

1.2.1 Phương pháp phá hOqÌ HIẪM 5-5 SE SE + SESkEkEEEEEEEEEESESEsEekeerkrkreeo 21.2.2 Phuong pháp đánh giá không phá hoại IẪM 5 <5 se k+t+t+e+eseei 21.2.2.1 Phương pháp đo độ võng bằng tấm ép CỨHG, -ccccc+cscsesesesese 31.2.2.2 Phương pháp do độ võng bằng cần BenkenMan - s55 cs: 31.2.2.3 Phương pháp đo cường độ mặt đường bằng thiết bị đo độ võng động

/,/900000n0n0Ẽn58.ẦẮẦẮ Ö 4

1.2.3 Đánh giá các phương pháp xác định cường độ kết cấu do đường 8

1.2.4 Tinh hình su dung FWD cua Việt Nam hiện nay . . 10

1.3 MỤC DICH CUA ĐỀ TÀII G- G3321 1S reesed 11

14 NHIỆM VU NGHIÊN CUU uu cccccccececcssscscscesesecsecscececeesevscscecsesevavaceeeeees 111.5 PHƯƠNG PHAPNGHIEN CUU Wu ceesseseeseeseesseecneeseecesenneeseecneenneeneeneen II1.6 Y NGHIA CUA DE 000 12CHUONG 2: CO SỞ LÝ THUYET o secsccesssesssesssesseesseesseesseessecsseeseeeseeeseseseeenenses 132.1 CAC MO HINH AO DUONG TRONG TÍNH TOAN 13QLD LY thuryét AGN NO an gg ốốốốaốaa ố 13

2.1.2 Phương pháp độ dày tƯưƠng AUONG iicccccccccccccccccccccssvssscccccesseeeeeesssessssaes 16

2.1.3 Phương pháp phần tử Witu NAN vecceccceccccccccsesesessssessesescsvsvsvevessusesesevevens 18

2.1.4 Mô hình Aan ho t ccceccccccccsscccceessccceeesnseceeesneeecessaaeeeeeeseeeeeseeseeeeseenneeees 18

2.2 CAC NGHIÊN CUU NƯỚC NGOÀII -c+c++ecxterrerrerrrerrrerrreee 19

2.2.1 Tinh toán thun cccccccccccccccccccsscccssccccssccccsscccsccccuscceesscceseccesssceuscsceesceeuesss 19 2.2.2 Tinh tO NQUOC na 25

“Z86NnnO)) 00 26 2.2.2.2 E VINA LÍC << + 3899119901 nọ 27

2.2.2.3 ELMOD 0800080808688 28 2.2.2.4 MICHBACK WNANớnẬớHu 28

2.3 CÁC NGHIÊN CUU TRONG NUGC woeeeecccccccccsesssesesscsescscsescseseescsesesseseeeees 302.4 CAC PHƯƠNG PHAP TÍNH DUA TREN THI NGHIEM FWD 312.4.1 Tính toán dựa trên phân tích vùng ứng suất dưới tác động cua tải trong

2,22 3]

2.4.2 Phương pháp lặp lại thử dGn cececececccsccsssssssssesssessessscsvsvesescssssssevevevevscsvens 32

2.4.3 Cơ sở dit liỆH - 5-55 SE SE EE1E12111121111112111111.111111.11 111.10 32

2.4.4 Các phương pháp toi tu hóa Ket QUẢ - + + + scEEEEEk+k+keeeeeesessee 332.55 KẾT LUẬN SG G11 119121 1E 110121111 111g ng ng gvvi33CHUONG III: PHƯƠNG PHAP VA NOI DUNG NGHIÊN CỨU 353.1 CHƯƠNG TRINH BISALR - S225 1 3 SE 3212151311 1121 1111151110111 cty 353.2 THUẬT TOÁN DI TRUY ÊN 6S SE EESE SE sgk sereekes 383.2.1 Tổng quan về GA (Genetic AlgoFÌtHAS) «set +k++krekekeereeesree 38

3.2.2 Nguyên lý hoqÍ ỘIg - GQ S000 TT ng 0111 ke 39 3.2.2 ] ChON ỦỌC QC G0 6t 4]

3.4.1 D6 VONG 18 n 4 4 52

3.4.2 Điều chỉnh médun dan hồi lớp bêtông nhựa Asphat dưới anh hưởng nhiệt

-VIII-3.4.3 Bình phương sai số RMS (Root Mean ŠqI@F€) - 2c Sc+e+e+e+eseseseseee 55

3.4.4 FAM AAI SIG na n6 .a 56

3.5 CHUONG TRINH BISAR-GAS 552522223 E2 2 1 1212151111121 11 xe 563.5.1 Nhap SO liệu AGU VGO cececccccccsccscsscscsscsssscsesscscsscsesscsesscscsscsssscsesscsscstsscaesecees 573.5.2 Xử lý số VU eececccccccceccccssesssesssscscscscscsvsvsscscncscasssavavavevsvscsvsesesessssasasavavavens 613.GO KET LUAN uu cceccccccccscscecescssscscscecesssvscscecesssvevscscecessevavacscecessavavacuceseseavacaeeceesacaes 63CHUONG IV: PHAN TÍCH CHƯƠNG TRINH cccsccccccsessssescscscseseseseesseesens 654.1 KIEM TRA ĐỘ CHÍNH XÁC CUA CHUONG TRÌNH - 5-5: ¿ 654.1.1 Kết quả tính toán trên chương IrÌHh -cssestsEeEekeEerkrkekeeeereeersee 664.1.2 Kết quả tinh toán trên chương trình kháC - - + ccsesrsesesesrsrerrees 67

4.2 PHAN TÍCH DO NHAY CUA THAM SỐ GAS ieceesescscecessesssscececessceceeeeeees 684.2.1 Anh hưởng giữa tỉ lệ lai ghép và tỉ lệ đột biỄn + scscececsrsrereei 704.2.2 Ảnh hưởng giữa tỉ lệ đột biến và số CAN số - -cc+csrsreesesrsrererees 734.2.3 Ảnh hưởng khoảng mOGun vật lIỆU «5+ +cscsEsEerererrkekeeeereeerree 764.3 TÍNH TOÁN THUCTE uucecccccecececsssscscecesessevscscececsevevscscececevavaceesevavacaceeeeseees 704.4 KẾT LUẬN -G- G11 91919121 1 5 5111915113 511111111119 111112111 ng re 81CHUONG V: KET LUẬN VA KIÊN NGHI cccecccccecescsccescececessssececsceceesevevaceceees 835.1 KẾT LUẬN G11 511121 1E 11191 1 1 11111 11T g1 ngư 835.2 KIÊN NGHỊ -G- + 11t 51919191 3 51119198 1 11101 111g 111g ng ngư 84TÀI LIEU THAM KHẢO G1 E 12t E5 919191 1 E111 91 51 1 E111 neo 85

DANH SÁCH CÁC HÌNHHình 1.1 : khoảng cách cach sensor và bán kính tal - << csssssss 5

Hình 1.2: độ võng và thời gian bién dạng của nền đường - +55 +: 6Hình 1.3: thiết bị đo động EFWD - c Tà 1 1 1 121111 11012111110101 110111111 rrkg 6Hình 1.4: màn hình thể hiện thí {34911511188 ĐaỐỐỒỒ SHình 1.5: độ võng kết cau mặt đường từ thí nghiệm FWD -¿cc 5c 8

Hình 2.1: mô hình của phương trình BoussInesq - - << 5S seesss 14 Hình 2.2: đường ảnh hưởng cho một vùng tải hình trồn 55555 << <<+2 16

Hình 2.3: mô hình chuyên đổi hai lớp theo Qdemark - + 2555252252: 17Hình 2.4: mô hình tính toán médun đàn hồi các lớp áo đường của phan mềm 25Hình 2.5: sơ đồ phương trình tính toán ¿+22 2 2 2 5E£E+E+£££E£E£E+EzEz£Ezxrxrxreee 26Hình 2.6: chậu võng thực đo và chậu võng giới hạn trong khoảng sai số 15% 30Hình 2.7: sơ đồ vùng ứng suất dưới tác động của tải trọng FWD 3lHinh 3.1 : lựa chọn kết quả xuất ra của chương trinh BIsar - ««- 36Hinh 3.2 : sơ lược các hướng ứng suất cắt, ứng suất chinh của hai hệ thống tọa độ 37Hình 3.3: kết quả tính toán từ chương trình Bisar -5- 55 55+c5s se 37Hình 3.4: sơ đồ biểu diễn của 1 chuỗi ¿+2 52 2+2 SE£E+E+E£EE£E£E+EeEzEErkrsrkreee 40Hình 3.5: nhiễm sắc thé của bài toán ba lớp trình bày dưới dạng mã nhị phan 44Hình 3.6 : lai ghép đơn điỀm - - ¿ E + SE SE2EEE9 2E E23 EE51E5 1111251171112 1E rxe,45Hình 3.7 : lai ghép 2 điỂm -. + 2 E119 E523 151515 12111111111 1111111 1111k.46Hình 3.8 : lai ghép đồng đỀu ¿-©- - + 2522121 E2 2 1 1211151151111 11 1111.1111,46Hình 3.9: đột biến gen của nhiễm sắc thỂ -¿ 2-5-5 S22EE*2E‡EE2xEeErrrrrrees 47

Hình 3.10 : bánh xe ROUll€f{€ - - - - - G c2 c0 0000009 009300903009 0093053 09 09 1 Y1 y se AS

Hình 3.11 : phương pháp giải dau chọn lọc ¿-¿5- 5+ 2 2 +s+E+EsEcrerkrerrerersred 46Hình 3.12 :mô hình tính toán môđun đàn hồi các lớp áo đường của phần mềm 50Hình 3.13 : biểu đồ độ võng -¿- + S21 E215 E1 111115211111 11111 11111 54

Hình 3.14: các menu chính của BISar-C7À S - - G9999 re 58 Hình 3.15: thêm mới dữ LGU (<1 133831101111 193 930 10 11 ng re 58 Hình 3.16: thêm tải trọng va bán kính tác dụng - - - << sss s9 1 ng 59

Hình 3.17: nhập thông số các lớp áo đường + ¿+ + ++s+E+£++x+xezezxexerecree 59

Hình 3.18: nhập khoảng cách các S€IISOT- - - ng 60 Hình 3.19: nhập độ võng thực đoO << SH re 60

Hình 3.20: biểu đồ độ võng thực ổo - ¿E6 222123 1515152121 115111 11 11x cxe, 61Hinh 3.21: biéu dé tong hop độ võng các Sensor tại các V1 tri đo 61Hình 3.22: nhập thông số tinh toán của GA weeeccesessssessssssessesesessssesessssesessesesesseseeeeees 62Hình 3.23: biểu đồ độ võng tính toán và thực đo tại một vị trÍ - - -s: 63Hình 4.1 : mô hình kết cau ba lớp của Reddyy ¿5-5 + s+s+cs+x+xezecxerereceee 65Hinh 4.3 : biểu đồ môđun và RMS của các chương trình tính toán ngược 68Hình 4.4: ảnh hưởng tỉ lệ lai ghép (P,) va ti lệ đột biến (Pm) đến %RMS 73Hình 4.5: ảnh hưởng dân cư và tỉ lệ lai ghép đến % RMS -5-5- 5+:75Hình 4.6: ảnh hưởng phạm vi môđun và dân số đến % RMS - 78Hình 4.7: kết quả môđun và RMS tính toán -. 5- + 2 52+552+s+xszezxvxereceee 80

DANH SÁCH CÁC BANG

Bảng 1.1 : bảng so sánh ưu nhược điểm các phương pháp đo - 5-55-5552 9Bảng 2.1 : hệ số mô hình Hogg cccesccccsessssssessesesesscsesesscsesessesesesscsesessesesssesseseseesese 22

Bang 3.1 : độ võng tại 4 vị trí đo ngoài thực ổỊa (<< c9 he reg 54

Bảng 3.2: hệ số poisson của các lớp vật liệu theo Aashto 1993 : 57

Bang 3.3: giá trị môđun các lớp vật liệu theo Aashto I993 - +5 sc+2 57

Bang 4.1: thông số ga sử dụng trong chương trình 25 55252 s+s+cszxzsee 66

Bang 4.2 : phạm vi môđun của các lớp Vat LIỆU - 55553311 + se 66

Hình 4.2: kết quả hiển thi của chương trình Bisar-GA 25-555 5scs+see 67Bảng 4.3: kết quả tinh toán ngược các chương trình c.c.cceecceeseeeeeeeeseeesees 67Bảng 4.4: phạm vi các tham số trong ga được Reddy sử dụng - 69

Bang 4.6: phạm vi môđun su dụng phân tích độ nhạy << <<s+2 70

Bang 4.7: phạm vi các tham sỐ SỬ dụng phân tích độ nhạy «««- 70Bang 4.8: mối quan hệ giữa tỉ lệ lai ghép P, và tỉ lệ đột biến P„m - 72Bảng 4.9 :mối quan hệ giữa dân số và tỉ lệ đột biến Pm 2 225255552522 74Bang 4.10: phạm vi các tham sỐ SỬ dụng phân tích độ nhạy - - - - 75Bảng 4.11: giá trị thông sỐ ŒA ¿- 5222122221 39212121511 21211121 11111111111 cxye 76

Bảng 4.12: phạm vi môđun các Op - - - - << 5 6< +1 1139335 8 1993511 995k cre76

Bang 4.13: mối quan hệ giữa phạm vi môđun và dân số - 22255 +:77Bang 4.13: phạm vi môđun đề nghị của Wael Alkasawneh - 5: 79Bang 4.14: thông số các lớp áo đường thí nghiệm 25-5 + 25+ s+s+sze: 80Bảng 4.15: kết quả môđun và RMS tính toán c.ccccecsscsessesesessssesessesesesseseeesseseeeeees 80

CHUONG 1: TONG QUANl1 DAT VAN DE NGHIÊN CỨU.

Giao thông van tải đường bộ là một bộ phận quan trọng trong kết cau ha tangquốc gia và có tính xã hội cao Trong những năm qua kinh tế Việt Nam phát triểnkhông ngừng, được sự quan tâm của nhà nước cở sở hạ tầng giao thông đường bộđược ưu tiên phát triển làm tiền đề, làm động lực cho sự phát triển kinh tế xã hội,phục vụ cho sự nghiệp công nghiệp hóa - hiện đại hóa đất nước Bên cạnh sự pháttriển phát triển giao thông đường bộ cũng góp phần đảm bảo quốc phòng an ninhquốc gia

Theo số liệu của Cục đường bộ, hiện nay hệ thong đường bộ Việt Nam có tongchiều dài là 287.689 km , 39.800 cau với 746.630 m dài Và hang năm có hang trăm

Km đường được xây mới sửa chữa lại dé đáp ứng nhu cau đi lại ngày càng tăng củanhân dân Vì vậy việc đánh giá chất lượng đường sau khi đã thi công công xong,đảm bảo kết quả chính xác và nhanh chóng rất cân thiết Mặt khác, trong điều kiệnkinh tế còn han hẹp chi phí cho duy tu bảo dưỡng đường bộ hang năm chỉ đáp ứng40% nhu cầu Do đó sắp xếp bố trí ưu tiên cho duy tu bảo dưỡng tuyến đường nàokịp thời đảm bảo giao thông thông suốt, an toàn rất quan trọng

Trước những đòi hỏi của thực tế phát triển giao thông đường bộ Việt Namhiện nay Việc đánh giá chất lượng đường để đưa vào sử dụng hay đánh giá trongviệt duy tu bảo dưỡng là van dé cấp thiết Kết qua cần cho nhanh và chính xác đểkhông làm ảnh hưởng đến việc đưa tuyến đường vào sử dụng Đánh giá khả năngchịu tải của kết cấu áo đường hiện hữu, có thé sử dụng nhiều phương pháp khácnhau như : phương pháp phá hoại mẫu, phương pháp đo bằng tam ép cứng phươngpháp đo trực tiếp dưới bánh xe bằng cần Benkemen, Trong đó là thí nghiệm

không phá hủy mặt đường FWD (Falling Weight Deflectometer), đang được nước

ngoài sử dụng rộng rãi Sử dụng thí nghiệm FWD, kết quả thí nghiệm không chỉ xácđịnh được môđun chung của kết câu áo đường mềm, mà từ kết quả thí nghiệm cóthé tính toán môđun từng lớp kết câu dé cho biết khả năng chịu lực từng lớp kết cau

môđun đàn hồi từ kết quả thí nghiệm FWD Vì vậy để tạo cơ sở cho các nghiên cứunâng cao sau này, nghiên cứu tập trung tính toán, xử lý số liệu sau khi có kết quả từthí nghiệm FWD Ngoài ra, kết quả của nghiên cứu có thể phục vụ cho công tácquản lý đường, cảnh báo cho hệ thống đường đã xuống cấp và tạo cơ sở để thiết kếmới nâng cấp mặt đường.

Nghiên cứu sử dụng thuật giải di truyền (Genetic Algorithms - GAs) làmphương pháp tính trong quá trình tính toán ngược, sử dụng các thông số đã biết như:chiều dày kết cầu (theo mặt cat ngang đường thí nghiệm hoặc từ vi trí khoan mẫuthí nghiệm), các khoảng môđun của vật liệu (tra theo tiêu chuẩn thiết kết áo đườngmềm 22TCN 211-06) và các thông số từ thí nghiệm FWD Bang phương pháp tínhtoán ngược kết hợp điều kiện biên, có thể xác định được môđun của từng lớp vậtliệu áo đường mềm

1.2 MOT SO PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH MÔDUN SỬ DỤNG O VIET

NAM HIEN NAY.

Hiện nay để đánh giá sức chịu tải của kết cấu áo đường thường dùng haiphương pháp chính là: phương pháp phá hoại mẫu và phương pháp không phá hoạimẫu

1.2.1 Phương pháp phá hoại mẫu

Theo phương pháp nay, người ta tiễn hành khoan lay mẫu trong các lớp kếtcầu áo đường, thông qua các thí nghiệm trong phòng dé xác định các thông số, từ đó

dự báo khả năng chịu tải của kết cấu Do không thé lay quá nhiều mẫu trên mặtđường nên các thông số phản ảnh tình trạng mặt đường thông qua các thí nghiệmthường mang tính cục bộ Mặc khác các lớp áo đường làm việc tác động qua lại lẫnnhau, điều này không còn chính xác trong phòng thí nghiệm

1.2.2 Phương pháp đánh giá không phá hoại mẫu

Đánh giá theo phương pháp không phá hoại mẫu thường được tiến hành bangcách đo độ võng trên bề mặt đường để dự tính khả năng chịu tải của kết cấu mặt

đường Phương pháp đo độ võng thường dùng là: đo bằng tam ép cứng, cầnBenkenmen và băng thiết bị FWD.

1.2.2.1 Phương pháp do độ võng bằng tam ép cứng

Trong tính toán thiết kế kết cầu áo đường mềm, kha năng chịu lực của vật liệulàm đường được biểu thị băng chỉ tiêu môđun đàn hồi Đó là chỉ tiêu đặc trưng chokhả năng chống lại biến dạng đàn hồi do lực tác dụng gây ra Đối với đất nền đường

và mặt đường làm bang các vật liệu rời, việc xác định độ lún (biến dạng) dan hồiphải thực hiện băng thí nghiệm nén tĩnh qua tam ép cứng [1]

Nội dung công việc là tác dụng một lực lên tắm ép cứng, đo biến dạng đàn hồi

do lực đó gây ra Lực tác dụng lên tắm ép đủ lớn để tạo được một áp suất tác dụnglên bề mặt tương đương với áp suất của tải trọng xe tính toán gây ra, truyền qua cáclớp áo đường tác dụng lên nó Diện tích tam ép tương đương với diện tích truyền áplực lên bề mặt của lớp đang xét

Như vậy, tùy thuộc vào lớp nền đường hay lớp móng đường ma sử dụng tam

ép có đường kính khác nhau, áp suất khác nhau Vị trí của lớp càng xa lớp mặt thìđường kính tam ép càng lớn và áp lực càng nhỏ

1.2.2.2 Phương pháp do độ võng bang can Benkenman

Độ võng đàn hồi của mặt đường là hàm của các biến phụ thuộc vào: loại mặtđường, kết cầu áo đường và trạng thái đất nên đường, lưu lượng xe chạy, thời gian

sử dụng mặt đường, nhiệt độ cua mặt đường Vì có quá nhiều biến phụ thuộc nêngiữa các trị số độ võng đo được luôn có những sai lệch cho dù có rút ngắn khoảngcách giữa các điểm đo Bởi vậy, để đánh giá đúng lực chịu tải của đường, người taphải phân tuyến thành từng đoạn đặc trưng, tiến hành xử lý thống kê các kết qua dovõng dé đánh giá

Theo đó, sau khi xác định được độ võng đặc trưng của cả kết cau áo đườngbăng cần đo độ võng Benkenman [2], tiễn hành xác định môđun đàn hồi chung của

cả kêt câu áo đường theo công thức:

D: đường kính tương đương vét bánh xe tiêu chuẩn, D=33cm

u: hệ số poatxong, ki = 0.3;

Lan: Độ võng dan hồi đặc trưng

œ = 0.693, đây là hệ số xét đến ảnh hưởng do bánh xe kép gây ra

Phương pháp nảy có năng suất cao nhưng có nhược điểm là độ tin cậy của kết

quả đo là không cao.

1.2.2.3 Phương pháp do cường độ mặt đường bang thiết bị do độ võng động

FWD

Thi nghiệm tải trọng rơi ( The Falling Weight Deflectometer — FWD) được thi

nghiệm lần dau cách đây 30 năm ở Pháp trên áo đường mém (Ullidtz,1987) Trong

hệ thống này, một khối tải trọng Q rơi từ độ cao quy định H xuống một tam épđường kính D, thông qua bộ phận giảm chan gây ra một xung lực xác định tác dụnglên mặt đường Biến dạng (độ võng) của mặt đường ở tâm tắm ép và ở các vi trícách tam ép một khoảng quy định sẽ được các đầu cảm biến đo võng ghi lại Các sốliệu đo được như: xung lực tác đụng lên mặt đường thông qua tam ép, áp lực tácdụng lên mặt đường (bằng giá trị xung lực chia cho diện tích tắm ép) độ võng mặtđường ở các vị trí quy định (do các đầu cảm biến đo võng ghi lại) là cơ sở để xácđịnh cường độ kết cấu mặt đường Trong thí nghiệm FWD, thông thường sử dụng

từ 7-9 cảm biến trong khoảng cách nhỏ hơn 2m với cảm biến dau tiên được đặt bên

dưới tâm của tâm tal.

0.203 m | 0.102 m 0.152m |0.152m | 0.305m | 0.610 m |

© Ban kinh tai tac dung

@ Cam bién

Hình 1.1 : Khoảng cách cach sensor và ban kính tải

Ap lực tác dụng xuống mặt đường có thé thay đối bằng cách điều chỉnh chiềucao cua tai trọng roi Khối tai trọng được dua lên độ cao quy định, sau đó rơi tự dothăng đứng theo một thanh dẫn, đập vào một tam ép thông qua bộ phận giảm chan

lò xo cao su), tạo nên một xung lực tác dụng lên mặt đường tại vi trí đặt tắm ép.Thời gian tác dụng của xung lực lên mặt đường phù hợp với điều kiện tác động thực

tế của tải trọng lên mặt đường Thông thường, bộ phận giảm chắn được thiết kế có

độ cứng phù hợp để đảm bảo thời gian tác dụng của xung lực vào khoảng từ 0.02giây đến 0,06 giây

Ngoài ra, còn có thí nghiệm tải trọng nặng FWD ( Heavy Falling Weight

Deflectormeter - HFWD) được mô phỏng giống như một bánh xe Boeing 747, tảitrọng tác dụng tức thời có thé lên đến 250 kN Thí nghiệm HFWD được áp dụng đối

với áo đường cứng như: đường bêtông xi măng hay đường băng sân bay

đo ứng xử của các lớp sâu hơn.

Thiết bị FWD được lắp đặt trên mặt chiếc móc và được mặt xe ô tô tải nhẹ kéo

đi trong quá trình di chuyển và đo đạc Việc điều khiến quá trình đo và thu thập sốliệu được tự động thông qua phần mềm chuyên dụng Tại vị trí cần kiểm tra, tắm ép

và các đầu đo võng được hạ xuống tiếp xúc với mặt đường Hệ thống điều khiếnnâng khối tải trọng lên độ cao quy định và rơi tự do xuống tam ép gây ra một xunglực xác định tác dụng lên mặt đường Các đầu cảm biến đo võng sẽ ghi lai độ võng

của mặt đường ở các khoảng cách quy định Các dữ liệu như độ lớn tải trọng (xung

lực) tác dụng, áp luc tác dụng lên mặt đường, tri số độ võng cua mặt đường được

do, được phần mém chuyên dụng ghi vào trong máy tính Các thông tin hỗ trợ

khác như nhiệt độ không khí, nhiệt độ mặt đường, khoảng cách giữa các vi trí đo, lý

trinhvi trí đo được lưu lại bang phần mềm hoặc ghi lại vào số tay Sau khi đo xong,tắm ép và các đầu đo võng được nâng lên và thiết bị được di chuyển đến vị trí kiểmtra tiếp theo

Theo tiêu chuẩn ngành “Quy trình thí nghiệm đánh giá cường độ nên đường

và kết cấu mặt đường mém của đường ôtô bằng thiết bị do déng(FWD)” 22TCN

355 — 06 [3] Dé đánh giá cường độ các lớp áo đường, chia tuyến đường cần đo đạcthành các đoạn đồng nhất, có các yếu tố giống nhau sau đây: trạng thái bề mặt áođường, kết câu áo đường, chiều dây kết cấu, loại đất nên trên cùng, lưu lượng xechạy Chọn đoạn đại diện trên mỗi đoạn đồng nhất Đoạn đại diện có chiều dài từ

500 mét đến 1.000 mét Mỗi đoạn đại diện chọn lay 20 điểm đo Với những đoạnđồng nhất, đặc biệt ngăn nhưng có tính chất khác hắn các đoạn xung quanh (điều

kiện địa chất thủy văn phức tạp hoặc đoạn qua vùng đất yếu, đoạn hư hỏng cục

bộ ), thậm chí nhỏ hơn 100 mét cũng phải đo đủ tối thiểu 15 điểm

Kết quả hiện thị trên màn hình của thí nghiệm FWD với các độ võng va đồ thịmôđun chung ứng tại chiều sâu tương đương các khoảng cách đo độ võng được thé

hiện như sau:

500 ye

350 400 450 500

Hình 1.5: Độ võng kết cầu mặt đường từ thi nghiệm FWD1.2.3 Đánh giá các phương pháp xác định cường độ kết cau áo đường

Tháng 9 năm 2010, dé tài “Nghiên cứu, đánh giá các phương pháp xác địnhcường độ kết cấu áo đường tại khu vực đông thành phố Hồ Chí Minh” của nhóm tácgia Trần Thanh Tưởng [4] đã thống kê các phương pháp đo thực té ngoài hiện

trường như: tắm ép cứng, cần Benkemen, thiết bị đo động EWD Từ đó phân tíchtìm ra mối quan hệ giữa các phương pháp thí nghiệm ngoài hiện trường tại mộtvỊ trí

trên đường, cùng một loại ket câu Từ kêt quả đo tiên hành vẽ biêu đô biêu diễn môi quan hệ giữa các phương pháp từ thí nghiệm nêu trên.

Sau khi phân tích hiệu quả kinh tế, so sánh định mức đơn giá của từng phươngpháp đo, tính thuận tiện, hiệu quả trong phương pháp đo cũng như áp dụng kết quảcho tính toán thiết kế áo đường, tác giả đưa ra bảng 1.1 so sánh ưu nhược điểm các

phương pháp đo như sau:

Bang 1.1 : Bang so sánh ưu nhược điểm các phương pháp do

Đo băng cân

, Đo tắm ép cứn Do bằng FWD

Phuong phap do Benkelman poe Š

—_ | Chi phí thiết bị thấp, | Chi phí thiết bị thấp, | Chi phí thiết bị cao,

I 1ính kinh te | thị phi cho lần thí chi phí cho lần thí chỉ phí cho lần thí

nghiệm cao Giá thí

3 Tinh hiệu qua

cua phuong

phap do

Thí nghiệm chậm trong cùng một thời gian.

Thí nghiệm chậm trong cùng một thời gian.

Thí nghiệm nhanh trong cùng một thời gian.

4 Tính áp dụng

thực tế

Kết quả thí nghiệm ápdụng cho thiết kế tính

toán bài toán động,

thường dé đo kết quả

Kết quả thí nghiệm ápdụng cho bài toán thiết

kế tĩnh Hay dùng, cho

tat ca các vật liệu, cơ

Kết quả thí nghiệm

áp dụng cho thiết kếtbài toán động Áp

dụng cho cong tác

mặt đường sau khi động, công trình trong | quản lý

hoàn thiện Có kết quá trình thi công, cóquả ngay kết quả ngay

Không thuận tiện Không thuận tiện Thuận tiện

5 Đối với công

1.2.4 Tình hình sử dụng FWD cua Việt Nam hiện nay.

Hiện nay cả nước chỉ có 4 máy đo thí nghiệm FWD, tuy nhiên một may bi

hỏng ngoài miền Trung Ở miền Nam, hiện Trung tâm kỹ thuật đường bộ 7 nhậnmáy từ một dự án tài trợ nước ngoài từ đầu năm 2002, nhưng một năm trung tâmchỉ 1-2 lần sử dụng máy Việc sử dụng máy cũng rất hạn chế và chỉ tập trung ở các

dự án có nguồn vốn ODA

Theo tiêu chuẩn thí nghiệm FWD 22TCN 335-06 chỉ đưa ra 3 chỉ tiêu :

- Médun đàn hồi nên đường (M,)

- Môđun đàn hồi hữu hiệu của kết cau mặt đường (E,),

- _ Chỉ số kết cau hữu hiệu của mặt đường (SN,p)

Số liệu tính dùng trong tính toán bao gồm:

- Ap lực tác dụng xuống nên

- Độ võng tại vi tri sensor đầu va gân cuôi.

-11-Như vậy sẽ không sử dụng hết khả năng của thí nghiệm FWD dẫn đến việcđưa thí nghiệm này vào sử dụng rộng rãi ở Việt Nam vẫn còn nhiều hạn chế

13 MỤC DICH CUA DE TÀI

Từ kết quả thí nghiệm FWD ngoài hiện trường, xác định được hình dạng chậu

võng cua mặt đường dưới tac động của tải trọng Sau đó, sử dụng phương pháp tính

toán ngược dé tính môđun đàn hồi thực tế của các lớp kết cầu và căn cứ vào kết quamôđun từng lớp để đánh giá chất lượng kết cau áo đường Kha năng ứng dung sốliệu từ thí nghiệm đo độ vống mặt đường FWD để tính toán môđun của các lớp vậtliệu áo đường là mục đích chính của đề tài nghiên cứu này Kết quả tính toán cho tađược những đánh giá về giá trị môđun đàn hồi của các lớp áo đường mềm xét đếnđiều kiện chiu tải trọng thực tế của vật liệu

1.4 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

Từ kết quả thí nghiệm (FWD) áp dụng phương pháp tính toán ngược để tìmmôđun đàn hôi của các lớp vật liệu áo đường

Nghiên cứu thiết kế phần mém tính toán cường độ môđun đàn hỏi của các lớp

áo đường mềm

Vấn đề cần giải quyết trong luận văn: sự hội tụ của môđun đàn hồi của các lớp

áo đường, sai số cho phép giữa độ võng tính toán và thí nghiệm, khả năng dự đoánmôđun đàn hôi hop lý

1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Hiện nay trên thế giới đã phát triển nhiều chương trình mô phỏng tính toán

khả năng chịu lực của áo đường dưới tác dụng tải trọng như: Bisar, Chervon,

Elsyms, Mmopp, Mnpave Các chương trình khác nhau sử dụng giả thuyết vật liệukhác nhau như: đàn hồi, bán đàn hồi, đàn nhớt, đàn dẻo tuy nhiên giả thuyết cáclớp vật liệu áo đường mềm là vật liệu đàn dan hồi đăng hướng và đồng nhất vanđược tin dùng trong các phần mềm tính toán Dé thuận tiện trong quá trình tính toánlập phần mém, nghiên cứu chọn chương trình Bisar được phát triển bởi hãng dan

khí Shell là cơ sở cho chương trình tính toán ngược Độ chính xác của chương trình

được kiểm tra trên 3 yếu t6 sau:

> So sánh kết quả với các chương trình khác

> Kiểm tra độ nhạy của chương trình.

> Kiểm tra chương trình chạy theo kết quả thí nghiệm FWD thực tế

16 Ý NGHĨA CUA ĐÈ TÀI

Phương pháp tìm môđun đàn hồi các lớp áo đường từ thí nghiệm FWD đãđược các nước trên thế giới nghiên cứu phát triển từ rất lâu Tuy nhiên, do thiếu cácphan mém tính toán chuyên dụng cho thí nghiệm FWD và chưa có tiêu chuẩn cụ thécho việc áp dụng kết quả tính toán này vào trong thiết kế Vì vậy việc áp dụng kếtquả thí nghiệm FWD của nước ta không đạt nhiều kết quả Kết quả sau khi thínghiệm chỉ để xác định môđun đàn hồi chung tương tự như cần Benkelman Dẫnđến kết quả cho được không phản ánh đúng khả năng chịu lực của từng lớp, có thể

có những lớp đạt yêu cầu nhưng cũng có những lớp đã yếu không đủ khả năng chịulực Do đó khi đưa vào sử dụng sẽ nhanh chóng suy yếu làm ảnh hưởng các lớp

khác.

Đề tài “xác định môđun đàn hồi các lớp vật liệu áo đường mém từ thí nghiệmFWD” có thé đánh giá khả năng chịu lực của từng lớp thông qua thông số quantrọng là môđun đàn hồi Ngoài ra đề tài cũng là cơ sở cho các nghiên cứu sau có thé

xác định môđun chính xác và tính toán trên nhiêu lớp hơn.

-13-CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYET

2.1 CÁC MÔ HÌNH ÁO ĐƯỜNG TRONG TÍNH TOÁN

Để hiểu được ứng xử của kết cầu áo đường mềm dưới tác động của tải trọng,các lý thuyết này phải phù hợp với thực tế ứng xử của nền đường Sau đây thảo luậnmột trong số lý thuyết có sẵn dé mô phỏng ứng xử của nên đường [5]

2.1.1 Lý thuyết đàn bồi:

Lý thuyết đàn hỏi là lý thuyết đầu tiên được sử dụng dé phân tích các lớp kếtcầu áo đường Áp dung lý thuyết này mô phỏng ứng xử của kết cấu áo đường dướitác động của tải trọng, với giả định rang các lớp áo đường là vật liệu đàn hồi Lýthuyết này vẫn còn đúng nếu tỷ số giữa ứng suất và bién dạng không đổi Điều nàycho thay giả thuyết đàn hồi thích hợp đối với phân tích các lớp áo đường chịu áp lựckhông lớn so với áp lực phá hoại Các lớp kết câu áo đường được phân tích băngcách sử dụng các lý thuyết đàn héi thông thường như sử dụng định luật Hooke’s và

phương trình Boussinesq.

Định luật Hooke’s

Định luật Hooke’s được dựa trên giải thuyết rằng tỷ lệ giữa ứng suất và biéndạng không đổi Hooke’s giả thuyết rang vật chất là hoàn toàn đồng nhất và đàn hồituyến tính

Phương trình Boussinesq

Boussinesq phát triển phương trình để tính toán ứng suất trong môi trườngđồng nhất, đăng hướng va bán không gian tuyến tinh đàn hồi dưới một tải trọng tácdụng vuông góc với bé mặt Bán không gian này giả định trên một vùng vô cùnglớn và độ sâu vô hạn Các giá trị ứng suất được cho bởi Holtz va Kovacs, 1981

z : Chiêu sâu từ tải mặt đất đến điểm tính ứng suất

r: Khoảng cách từ tải đến điểm tính ứng suất

Boussinesq phát triển chương trình tính toán khác để tính toán trạng thái ứngsuất cat, ứng suất pháp, biến dạng và chuyền vị dưới tác động của tải trọng trong vật

5 = RIE ( -coso+( = Ì (2.10)(27 ER’ ) l+cosØ

Giải pháp Boussinesq được mở rộng bởi các nhà khoa học khác nhau bằngcách thêm các tải tác dụng Giải pháp cho một vùng tải hình tròn được áp dụng băngcách tích hợp phương trình Boussinesq cho một điểm Trong phương pháp nàyđường ảnh hưởng của ứng suất và độ võng được xây dựng trên nên lý thuyết đànhồi va đơn giản hóa các điều kiện Bao gồm hệ số poisson ít ảnh hưởng tới ứng suất

và biến dạng trong không gian bán đàn hồi do đó có thé bỏ qua (Huang,1993)

-17-hy, Ey, py (J -17-hy, Ey, Hị ) aie

Hình 2.3: Mô hình chuyển đổi hai lớp theo Odemark

Độ dày của lớp chuyển đổi tương đương dựa trên độ cứng ban dau của lớpđược thé hiện băng phương trình sau:

2.1.3 Phương pháp phan tử hữu hạn

Trong phương pháp phan tử hữu hạn các phan tử nhỏ nối với nhau bang nút.Các nút này được liên kết với nhau để mô phỏng tính chất của vật liệu và ứng suất,biến dạng có thể được xác định chính xác Phương pháp này có lợi thế có thể môphỏng bat kỳ kết cau trong trường hop tĩnh tải hay hoạt tải, và sự biến dạng hìnhhọc, hay vết nứt, gián đoạn giữa các lớp

Hiện nay phương pháp phần tử hữu hạn chỉ phân tích hai chiều các lớp áođường dựa trên điều kiện đối xứng cân băng giới hạn Phân tích ba chiều rất phứctạp do liên quan tới mô hình liên hợp và kỹ thuật chia lưới rất tốn thời gian

Sping: theo định luật Hooke”s Biến dạng tỷ lệ thuận với ứng suất tác dụng

Ø =b£ (2.16) Dashpot:

Ø= uc (2.17)

Dashpot là đại diện cho một quá trình tiêu tán, kết quả của chuyển động tươngđối giữa các hạt Chuyển động này gây ma sát nếu có liên kết giữa các giữa các hạthay làm làm giảm nếu có kẻ hở

Mô hình đàn nhớt được kết hợp từ hai yếu t6 trên Nếu Sping và Dashpot cùngkết hợp, kết quả của mô hình được gọi là mô hình Maxwell, mô hình này thích hợpvới chất lỏng đàn nhớt Nếu Sping và Dashpot được kết hợp song song, kết quả của

mô hình được gọi là mô hình Kelvin — Voight, thích hợp với chất rắn đàn nhớt Mô

hình đàn nhớt mô tả được cách ứng xử của vật liệu bêtông nhựa khi chịu tải trọng

tác dụng nhanh trùng phục nhưng lại kém đối với các vật liệu rời khác

-19-Lý thuyết đàn hồi đã được tin tưởng sử dụng trong nhiều năm dé phân tích cáclớp áo đường do dễ dàng kiểm soát đầu vào và phô phỏng ít phức tạp Mặt khác,trên thực tế kiểm tra trong phòng thí nghiệm cho thấy lý thuyết đàn hồi có thể cungcấp kết quả chính xác Mặt khác, lý thuyết đàn hôi thuận tiện xây dựng trên chươngtrình máy tính hơn các lý thuyết khác

2.2 CÁC NGHIÊN CỨU NƯỚC NGOÀI

Môđun đàn hồi là thông số quan trọng trọng của các lớp áo đường Nhiềunghiên cứu đã đề xuất các phương pháp tính toán khác nhau để ước tính môđun của

từng lớp như: thí nghiệm trong phòng, phương pháp sóng và thí nghiệm tải trọng

động FWD Tuy nhiên, việc xác định môđun từ phòng thí nghiệm có thé sẽ chokết quả không chính xác Vì trong thực tế, tải trọng và lưu lượng giao thông cũng

khác nhau trên cùng đoạn đường Ngoài ra, các lớp áo đường làm việc tác động qua

lại lẫn nhau, điều này không còn chính xác khi xác định trong phòng thí nghiệm Do

đó, đối với mục đích thực tế, môđun đàn hồi phải được xác định đo lường dựa vào

sự tương tác và ảnh hưởng của các yếu tố khác ngoài thực tế mới cho kết quả chínhxác Phương pháp FWD thoả mãn được các yêu cầu trên nên đã có nhiều nghiêncứu chuyên sâu mô phỏng tải trọng tác động của tải trọng rơi lên nền đường (tínhtoán thuận) và tính toán môđun thực tế dựa vào thí nghiệm FWD (tính toán ngược).Trong chương trình tính toán thuận, độ vống kết cầu áo đường được tính toándựa trên các thông số đã biết của các lớp kết câu như chiều dày, hệ số poisson,môđun đàn hồi Trong khi đó, chương trình tính toán ngược lại nghịch đảo các tínhtoán thuận dé tìm môđun đàn hồi dựa trên bién dạng do

2.2.1 Tinh toán thuận

Hau hết các chương trình tính toán ngược đều sử dụng một chương trình tínhtoán thuận Từ đó, độ võng của kết cau mặt đường được tính toán dựa trên giả định

về môđun đàn hồi và hệ số poIsson Độ võng tính toán sau đó được so sánh với độvõng đo ngoài thực tế, các giá trị môđun giả định được thay đổi dan dan và mỗi lầnnhư thế sẽ có một bộ giá tri độ võng mới được tính toán Quá trình này được lặp di

lặp lại nhiễu lần cho đến khi đáp ứng được tiêu chi đầu vào nhất định Tuy nhiên,một điểm bất lợi nghiêm trọng của phương pháp này là một lỗi trong tính toánngược các lớp môđun sẽ ảnh hưởng đến các môđun tính toán khác Một phươngpháp khác dé ước tính môđun đàn hồi kết cấu áo đường - ứng xử dài hạn kết cau áo

đường (The Long Term Pavement Performance — LTPP) đã được Khu quan lý

đường cao tốc liên bang Mỹ (Federal Highway Administration) phát triển [6] Cáchtiếp cận này cho phép người dùng lựa chọn bất kỳ chương trình tính toán ngược nàomình muốn, cung cấp tính toán thuận từ đó có thể kiểm tra so sánh kết quả từ haichương trình khác nhau Nếu phương pháp này cho kết quả tương tự (không nhấtthiết giống hệt nhau) thì người viết chương trình mới có thể tự tin vào kết quả đạtđược và có thé tiếp tục sử dụng trong việc đánh giá mặt đường Phương pháp này

ước tính môđun các lớp áo đường theo các bước sau đây:

s* Bước 1: Tính toán môđun dan hôi nên đường

Một phương pháp xác định độ cứng nền đường gan đúng, hoặc môđun đản hồitheo một tải bé mặt áp dụng là mô hình Hogg Mô hình Hogg được dựa trên giảthuyết một hệ thống hai lớp bao gồm một tam mỏng trên nên đàn hồi (Hogg A.H.A1944) Việc triển khai các mô hình của Hogg được Wiseman - 1983 đơn giản hóa

hệ thống nhiều lớp vào một mô hình hai lớp đơn giản Wiseman khai triển mô hìnhHogg bang cách sử dụng 3 trường hợp sau:

Trường hợp 1: lớp nên đường được giả định như một nên vô hạn đàn hồi

Trường hợp 2: lớp nền đường giả định là nền hữu hạn đàn hỏi, với hệ số

hôi nên đường Công thức như sau:

Môđun đàn hôi lớp nên:

r : Khoảng cách tính từ tâm tai

rao : Khoảng cách tính từ tâm tải nơi Ap/A, =0.5

I: Chiều dai đặc trưng

I: Yếu tố ảnh hưởng — xem bang 2.1

a,B,B : Hệ số điều chỉnh — xem bang 2.1

yo, m: Hệ số chiều dài đặc trưng — xem bang 2.1

m: Hệ số tỉ lệ độ cứng — xem bang 2.1

Bang 2.1 : Hệ số mô hình Hogg

Trường hợp của Hogg | H IH

Chiêu dày lớp cứng h/I 10 10 Vô han2.1 Hệ sô Poisson Ho 0.5 0.4

2.1 Yéu t6 anh huong I 0.1614 0.1689 0.1925

A,/Ao >0.7 >0.43

li 0.4065 0.3804 0.3210 rao = f(A/Ao) B 1.6890 1.8246 1.17117

B 0 0 0 2.2

A,/Ao <Q.7 <0.43

a | 2.6947E-3 | 4.3795E-4 rao = f(A/Ao) B 4.5663 4.9903

øo : Áp lực tải trọng rơi FWD tác dụng

do : Độ vống tại trung tâm tải

Tông môđun đàn hồi các lớp áo đường được tính như sau:

(2.22)

Đôi với môđun đàn hôi các lớp áo đường mêm và áo đường cứng được ước tính từ môđun tông của toàn bộ áo đường và hệ sô diện tích Với áo đường mêm

E, = e (2.25)

Với:

Eo : Tổng môđun dan hồi các lớp áo đường

Eac : Môđun đàn hồi lớp bê tông nhựa Asphalt

AFac : Hệ số diện tích của lớp bêtông Asphalt

kị= 6.85

ka= 1.752

kạ = Chiều dày lớp trên/ đường kính tải tac dung = (h¡/2a)

a : Bán kính tải FWD tác dụng

do : độ võng tại trung tam tải FWD tác dụng

dg : độ vống FWD tại 203mm (8 in) tính từ trung tâm tai

dj : độ vống FWD tại 305 mm (12 in) tính từ trung tam tai

* Bước 3: Ước tính môđun dan hồi các lớp trung gian

Đề xác định môđun đàn hồi các lớp trung gian như lớp móng được tính bằng

cách sử dụng môđun lớp nên và lớp mặt được tính toán từ các bước trước đó Một

phương pháp ước tính môđun lớp móng được phát triển bởi Dorman và Metcalfgiữa 2 lớp liên kề của vật liệu không liên kết có thé được sử dụng:

Ey.vV=0.2xh 5x (2.26) Với:

Epase: Môđun đàn héi lớp móng theo Dorman và Metcalf

Eup : Môđun đàn héi lớp nền

lún và nứt của mặt đường bêtông nhựa, lớp móng và nên đường.

CHEVRON: chương trình này được viết dựa trên nghiên cứu của Michelow(1963) Ban đầu chương trình giới hạn 5 lớp đầu vào sau đó được nâng lên 15 lớp.Sau đó được Viện nghiên cứu Aphalt phát triển vào năm 1991 Hạn chế của chươngtrình bao gồm không có khả năng tính toán chuyền vị và ứng suất chính

ELSYMS: Chương trình nay được xây dựng trên Chevron, đã khắc phục đượcnhững nhược điểm của Chevron, bao gồm kha năng tính toán chuyển vị và ứng suấtchính, khả năng xử lý nhiều tải tác dụng

BISTRO: Chương trình được viết đựa trên nghiên cứu của Schiffman (1962).Chương trình có khả năng tính toán ứng suất, chuyển vị, biến dạng và giả sử đượcmặt tiếp xúc giữa các lớp Chương trình cũng có khả năng xử lý nhiều tải

BISAR: Được hãng dau khí Shell phát triển xây dựng trên BISTRO với nhiềukhả năng hơn Bao gồm tải trọng bề mặt tiếp tiếp và bé mặt tiếp xúc giữa các lớp

- Bước 2: Giả sử giá trị môđun ban đầu Giá trị này có thể dựa trên kinh

nghiệm Các bộ giá trị môđun khác nhau sẽ được đưa vào chương trình tính toán.

- Bước 3: Tính toán độ võng bề dựa vào các chương trình tính toán thuận tạicác cảm biến đo FWD trên thực tế

- Bước 4: So sánh độ võng tính và độ võng đo được Nếu sự khác biệt giữa độvõng tính toán và độ võng đo được là chấp nhận được, thì môđun giả định đượcxem là môđun thực tế của các lớp áo đường Nếu không bộ môđun giả định cầnđược thay thế bằng bằng bộ giá trị khác

- Bước 5: Lặp lại bước 2 đến bước 4 nếu cân thiết

Các bước tính toán có thể được mô tả như hình 2.4:

Cau !

1 1 1 1

Độ võng tinh toan Tai trong

Độ võng

Hình 2.4: Mô hình tính toán môđun đàn hồi các lớp áo đường của phần mềm

Một số chương trình tính toán ngược đã được phát triển trên thé giới [5,6,9]:

2.2.2.1 PEDMOD

Pedmod 95 phiên ban 1.0 là phiên ban don giản dé sử dung, chạy trên môitrường Windows Chương trình tính toán ngược dựa trên cơ sở tính toán trên nềndan hồi của chương trình WESDEF (Van Cauwlaert, 1989) Quá trình tính toánđược lặp đi lặp lại để chọn một bộ giá tri môđun dan hồi có phần trăm RMS % giữa

đo lường và tính toán nhỏ nhất Ban đầu một tập hợp các giá trị môđun được giảđịnh từ đó tính toán được độ lệch ứng với các điểm đo ngoài thực tế Sau đó môđunmỗi lớp sẽ được thay đối, và độ võng mới cho mỗi lần thay đối môđun Đối với kếtcau áo đường nhiều lớp, các giải pháp được đưa ra cho mối quan hệ giữa độ võng

và môđun được thể hiện trong phương trình sau

_27-Thông thường sau vài lần lặp chương trình sẽ tìm được một bộ giá trị môđun

cÓ sai sé trong phạm vi 3% Kết quả hội tụ nhanh hay chậm phụ thuộc nhiều vào

khoảng sai số cho phép Giá trị sai số cho phép năm trong khoảng 10% cho kết quả

hội tụ nhanh hơn

Theo tài liệu của PEDMOD95 khuyến cáo thiết lập độ dày của lớp nền là 6m,

vi chương trình tính toán thuận WESDEF mặc định lớp nên có độ dày vô hạn (cómôđun 6900 Mpa) 6m dưới nền đường

2.2.2.2 EVERCALC

EVERCALC 5.0 được phát triển dựa trên chương trình phân tích nhiều lớpChevron cho Sở giao thông vận tải tiểu bang Washington Chương trình sử dụng

quá trình lặp đi lặp lại nhiều lần kết hợp độ võng đo và độ võng lý thuyết từ giả định

môđun dan hỏi Kết quả có được khi tổng các giá trị tuyệt đôi giữa độ võng bề mặt

đo và lý thuyết tính toán năm trong phạm vi dung sai cho phép (thường 10% hoặc íthơn) Môđun ban đầu được ước tính và sử dụng trong phương trình hồi quy, đó làthuật toán phát triển bằng cách sử dụng các mối quan hệ giữa môđun lớp, tải và cácthông số khác nhau của độ võng Trong phần mềm EVERCAL 5.0, chương trìnhWESLEA được sử dụng tính toán thuận môđun đàn hồi các lớp và thuật toán Gauss

— Newton dé tối ưu hóa

Đối với | lớp bán vô hạn , độ võng theo WESLEA được tinh theo công thức

z : Khoảng cách dưới bé mặt

a : Bán kính tải tròn

E : môđun dan hồi bán không gian vô han

v : Hệ số Poisson

2.2.2.3 ELMOD

Elmod 4.0 la pham mém don gian dé sử dụng Qua trình tính toán ngược dựa

vào cách tính môđun 2 lớp và phương trình Odemark - Boussinesq (phương pháp độ

dày tương đương) để chuyên đổi từ các lớp áo đường 3 hay 4 về áo đường 2 lớp.Lớp áo đường đa lớp được chuyền đổi thành một lớp có độ cứng tương đương băng

[ơi 41Ö098 | _ Nosi—flogw}— (230)

At}