Nâng cao độ nhám mặt đường bê tông Asphal

Những tai nạn giao thông đường bộ xảy ra ngoài các nguyên nhân do tổ chức giao thông chưa tốt, điều kiện địa hình hạn chế thì một nguyên nhân không nhỏ là do tình trạng mặt đường xấu, bị

MỤC LỤC

PHẦN MỞ ĐẦU 4

1 Tính cấp thiết của đề tài 4

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 6

3 Đối tượng nghiên cứu và phương pháp nghiên cứu 6

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ ĐỘ NHÁM CỦA MẶT ĐƯỜNG VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ ĐẾN ĐIỀU KIỆN XE CHẠY TRÊN ĐƯỜNG VÀ AN TOÀN GIAO THÔNG 7

1.1 Điều kiện xe chạy trên đường, các nhân tố ảnh hưởng đến an toàn xe chạy 7

1.1.1 Hệ thống khai thác vận tải ôtô 7

1.1.2 Điều kiện xe chạy trên đường 8

1.1.2.1 Lý thuyết động lực học chạy xe (mô hình xe - đường) 9

1.1.2.2 Lý thuyết thiết kế theo nguyện vọng của người tham gia giao thông (mô hình Xe - Đường - Người lái - Môi trường chạy xe) 9

1.1.3 Các nhân tố ảnh hưởng đến an toàn xe chạy 13

1.1.3.1 Tai nạn giao thông của các nước trên thế giới và tại Việt Nam 13

1.1.3.2 An toàn giao thông và rủi ro tai nạn 17

1.2 Độ nhám mặt đường 19

1.2.1 Bản chất của độ nhám mặt đường ô tô 21

1.2.1.1 Cấu trúc nhám bề mặt của đường ô tô 21

1.2.1.2 Vai trò của nhám vi mô 22

1.2.1.3 Vai trò của nhám vĩ mô 22

1.2.1.4 Phân loại mặt đường theo độ nhám 23

1.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám mặt đường 25

1.2.2.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám vĩ mô 25

1.2.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám vi mô 27

1.3 Ảnh hưởng của độ nhám mặt đường đến an toàn giao thông 28

1.3.1 Ảnh hưởng của độ nhám mặt đường đến an toàn giao thông 28

1.3.2 Yêu cầu của độ nhám mặt đường 28

1.3.2.1 Yêu cầu về sức kháng trượt 28

1.3.2.2 Yêu cầu với độ mài mòn Los – Angeles (LA) 30

1.3.2.3 Yêu cầu về sức kháng bòng của cốt liệu PSV 30

1.3.2.4 Yêu cầu với chỉ số chiều sâu trung bình cát H và chỉ số SRT 31

1.3.2.5 Chỉ tiêu đánh giá chất lượng mặt đường thông qua chỉ số sức kháng trượt quốc tế IFI 32

1.4 Các phương pháp chung xác định độ nhám của mặt đường .38

1.4.1 Thí nghiệm đánh giá thuộc tính của cốt liệu 39

1.4.1.1.Thí nghiệm đánh bóng mặt đá PSV (Polish Stone Value Test, ASTM D3319) 39

1.4.1.2 Thí nghiệm độ mài mòn Los – Angeles (chỉ số LA) 40

1.4.2 Các thí nghiệm đánh giá độ nhám mặt đường 41

1.4.2.1 Phương pháp đánh giá nhám vĩ mô .41

1.4.2.2 Phương pháp đánh giá nhám vi mô .44

1.4.2.3 Thiết bị xác định sức kháng trượt khi xe chạy trên đường 46

CHƯƠNG II XÁC ĐỊNH ĐỘ NHÁM CỦA MẶT ĐƯỜNG ĐO BẰNG PHƯƠNG

PHÁP RẮC CÁT 51

2.1 Quy định chung .51

2.2 Tiến hành thí nghiệm .51

2.2.1 Chuẩn bị vật liệu và thiết bị 51

2.2.2 Tiến hành thí nghiệm 52

2.2.2.4 Số lượng các phép thử nghiệm: 52

2.2.3 Tính toán xử lý kết quả 53

CHƯƠNG III ĐỘ NHÁM CỦA MẶT ĐƯỜNG TRÊN TUYẾN PHẠM VĂN ĐỒNG 58

3.1 Tình trạng mặt đường tuyến Phạm Văn Đồng .58

3.1.1 Giới thiệu chung về đoạn tuyến 58

3.1.2 Tình trạng mặt đường của đoạn tuyến 59

3.2 Phân tích, đánh giá thực trạng độ nhám mặt đường tuyến Phạm Văn Đồng .64

3.3 Đo đạc xác định độ nhám bằng phương pháp rắc cát .64

3.3.1 Chuẩn bị dụng cụ thí nghiệm 64

3.3.2 Tiến hành thí nghiệm 65

3.3.3 Kết quả đo đạc độ nhám tại hiện trường 67

3.4 Nhận xét và đánh giá kết quả 77

CHƯƠNG IV MỘT SỐ GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ NHÁM MẶT ĐƯỜNG ĐẢM BẢO AN TOÀN GIAO THÔNG 79

4.1 Một số giải pháp tăng cường độ nhám mặt đường bê tông nhựa .79

4.1.1 Giải pháp 1: Lớp phủ mỏng bê tông nhựa cấp phối hở dùng nhựa đặc biệt (Very Thin Ovelay) .80

4.1.2 Giải pháp 2: Công nghệ cấy đá (Chipping) 82

4.1.2.1 Công nghệ cấy đá trên mặt đường bê tông nhựa cũ đang khai thác 83

4.1.2.2 Công nghệ cấy đá trên mặt đường mới 91

4.1.3 Giải pháp 3: Hỗn hợp cấp phối chặt có tỷ lệ hạt thô lớn 93

4.2 Đánh giá các giải pháp tạo nhám .94

4.2.1 Thiết kế và tuyển chọn vật liệu 94

4.2.2 Lựa chọn các giải pháp 95

4.3 Kiến nghị và đề xuất về các giải pháp công nghệ tạo nhám sử dụng ở Việt Nam 96

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 97

1 Kết luận 97

2 Kiến nghị và một số đề xuất: 100

TÀI LIỆU THAM KHẢO 102

PHỤ LỤC KẾT QUẢ ĐO ĐẠC THỰC TẾ ĐỘ NHÁM MẶT ĐƯỜNG TUYẾN ĐƯỜNG PHẠM VĂN ĐỒNG – HÀ NỘI 104

PHẦN MỞ ĐẦU

“Nghiên cứu đánh giá và một số giải pháp nâng cao độ nhám mặt đường tuyến đường Phạm Văn Đồng, Hà Nội”

1 Tính cấp thiết của đề tài.

Trong những năm gần đây, một vấn đề lớn của chuyên ngành đường ô tô được các nước trên thế giới quan tâm là an toàn giao thông Những tai nạn giao thông đường

bộ xảy ra ngoài các nguyên nhân do tổ chức giao thông chưa tốt, điều kiện địa hình hạn chế thì một nguyên nhân không nhỏ là do tình trạng mặt đường xấu, bị trơn trượt.Sức chống trượt của mặt đường là một yếu tố quan trọng để đảm bảo an toàn cho xe chạy với vận tốc cao, đặc biệt trong điều kiện mặt đường bị ẩm ướt làm cho độ bám của bánh xe với mặt đường bị suy giảm đáng kể Nhằm nâng cao khả năng chống trượt của mặt đường ô tô, các nhà nghiên cứu và công nghệ đường ô tô trên thế giới

đã tiến hành nghiên cứu và đề xuất các giải pháp cải thiện đồng thời theo 2 hướng:

• Về mặt các nhà thiết kế chế tạo ô tô thì chú ý nâng cao chất lượng hệ thống hãm xe và hệ thống lái, cải tiến cấu tạo và hình dáng mặt ngoài của lốp xe nhằm tăng độ bám với mặt đường

• Về mặt các nhà thiết kế, xây dựng và khai thác đường ô tô thì tìm cách làm cho mặt đường có độ nhám cao, lâu mòn và tương đối ổn định cả trong khi mặt đường bị ẩm ướt

Bên cạnh các chỉ tiêu về cường độ, độ bằng phẳng của mặt đường thì độ nhám mặt đường là một chỉ tiêu quan trọng của đường ô tô, có ý nghĩa quyết định đến hiệu quả khai thác, đảm bảo an toàn cho xe chạy với vận tốc thiết kế ngày càng cao, nhất là trên các đường ô tô cấp cao và đường cao tốc Việc xây dựng mặt đường có độ nhám cao cũng được chú trọng một các đặc biệt ở những đoạn đường dốc, đường quanh co bán kính nhỏ, những đoạn gần đến nút giao thông, đường trục chính trong đô thị, khu đông dân cư

Theo điều tra thống kê của một số nước thì có đến 20% số vụ tai nạn giao thông có nguyên nhân trực tiếp hay gián tiếp là do mặt đường trơn trượt, độ nhám không đủ,

hệ số bán giữa bánh xe và mặt đường quá thấp

Ở Việt Nam, trong những năm gần đây với nhịp độ phát triển kinh tế - xã hội ngày một cao, giao thông vận tải đã và đang là ngành phát triển mạnh mẽ Bên cạnh đó cùng sự tăng trưởng không ngừng của các phương tiện giao thông thì việc quản lý, tổ chức giao thông, bảo dưỡng, sửa chữa các tuyến đường để đảm bảo các phương tiện tham gia giao thông được an toàn và hạn chế tai nạn xảy ra trên đường là rất cần thiết.Tuyến đường Phạm Văn Đồng là tuyến đường nằm trong khu vực phát triển đô thị thuộc đường vành đai 3, đường Phạm Văn Đồng dẫn thẳng lên cầu Thăng Long, từ

đó có thể đi sân bay Nội Bài, đi các huyện Sóc Sơn, Đông Anh và nhiều tỉnh lân cận khác Hiện tại tuyến đường này khá hẹp, lại có nhiều điểm giao cắt để xe cộ có thể rẽ ngang, rẽ ngược đồng thời số lượng xe khách từ các tỉnh đổ về bến xe Mỹ Đình cộng với số lượng lớn xe tải thường xuyên lưu thông trên đoạn đường này nên mặt đường

có nhiều hư hỏng làm giảm chất lượng xe chạy và rất thường xảy ra tai nạn giao thông Do đó việc đánh giá chất lượng mặt đường trong đó có đánh giá độ nhám là hết sức quan trọng để qua đó có thể đánh giá được chất lượng phục vụ của tuyến đường và đưa ra được các biện pháp nhằm nâng cao độ nhám của mặt đường đảm bảo an toàn xe chạy

Việc nghiên cứu về nhám ở nước ta cho đến nay vẫn chỉ ở giai đoạn đầu Chúng ta còn thiếu rất nhiều, từ thiết bị thí nghiệm, thiết bị thi công và cả thiết bị đánh giá nhám Một yếu tố nữa là thời tiết khí hậu ở Việt Nam không giống với các nước ở Châu Âu và Châu Mỹ nơi mà các công nghệ tạo nhám đã được phát triển Chính vì vậy, việc áp dụng các công nghệ tạo nhám này vào nước ta cũng cần phải xem xét để sửa đổi cho phù hợp Việc nghiên cứu về bản chất độ nhám, lựa chọn giải pháp công nghệ khả thi xây dựng lớp tạo nhám mặt đường và đề xuất nhập các thiết bị chuyên dùng phù hợp, lựa chọn các giải pháp đánh giá nhám là một trong những nhiệm vụ quan trọng trong nghiên cứu độ nhám của nước ta

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài.

- Tìm hiểu về độ nhám của mặt đường, các phương pháp xác định độ nhám và ảnh hưởng của nó đến điều kiện xe chạy trên đường và an toàn giao thông

- Đo đạc, phân tích và đánh giá độ nhám của mặt đường trên tuyến Phạm Văn Đồng

- Đưa ra một số giải pháp nhằm nâng cao độ nhám của mặt đường đảm bảo an toàn giao thông

3 Đối tượng nghiên cứu và phương pháp nghiên cứu.

- Đối tượng nghiên cứu: Độ nhám của mặt đường trên tuyến Phạm Văn Đồng.

- Phương pháp nghiên cứu: Lý thuyết kết hợp với thực nghiệm Trên cơ sở lý thuyết

về độ nhám của mặt đường, phương pháp xác định và ảnh hưởng của nó đến điều kiện xe chạy và an toàn giao thông, tiến hành đo đạc xác định độ nhám mặt đường trên tuyến đường Phạm Văn Đồng để đưa ra những nhận xét, đánh giá về mức độ an toàn khi chạy xe và đưa ra một số giải pháp nhằm nâng cao độ nhám của mặt đường đảm bảo an toàn giao thông

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ ĐỘ NHÁM CỦA MẶT ĐƯỜNG VÀ

ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ ĐẾN ĐIỀU KIỆN XE CHẠY TRÊN

ĐƯỜNG VÀ AN TOÀN GIAO THÔNG.

1.1 Điều kiện xe chạy trên đường, các nhân tố ảnh hưởng đến an toàn xe chạy 1.1.1 Hệ thống khai thác vận tải ôtô.

Đường ô tô là một bộ phận của hệ thống khai thác vận tải ô tô bao gồm bản thân con đường nằm trong mối quan hệ “Môi trường bên ngoài – Đường ô tô – Ô tô – Người lái xe” Người thiết kế đường ô tô cần nắm vững mối liên quan giữa các bộ phận nói trên của hệ thống vận tải ô tô, trong đó đặc biệt chú ý mối quan hệ sau:

+ Mối quan hệ “Ô tô – Đường ô tô”: Là cơ sở đề xuất các yêu cầu của việc chạy xe

ô tô đối với các yếu tố của đường mà ta cần thiết kế Nghiên cứu mối quan hệ này

sẽ đi tới các quy định cụ thể về tiêu chuẩn kỹ thuật đối với các yếu tố của đường

và các giải pháp thiết kế nhằm đảm bảo điều kiện chạy xe về mặt động lực của ô tô

+ Mối quan hệ “Môi trường bên ngoài – Đường ô tô”: Môi trường bên ngoài được hiểu là các điều kiện tự nhiên (địa hình, địa mạo, địa chất, thủy văn, khí hậu, , sự phân bố dân cư và các công trình nhân tạo khác) Mối quan hệ này có ảnh hưởng quan trọng đến việc xác định vị trí tuyến đường trên thực địa cũng như việc chọn

các biện pháp kỹ thuật nhằm nâng cao tính ổn định, bền vững của toàn bộ công trình đường (gồm nền đường, mặt đường, các công trình thoát nước và các công trình phục vụ dọc tuyến).

+ Mối quan hệ “Môi trường bên ngoài – Người lái xe”: Thể hiện ảnh hưởng của môi trường xung quanh (gồm cả chính bản thân công trình đường) đến tâm lý người lái

xe, do đó ảnh hưởng đến khả năng vận hành và điều khiển xe chạy của lái xe (ảnh hưởng đến việc lựa chọn tốc độ xe chạy, lựa chọn các giải pháp xửa lý tình huống giao thông trên đường và ảnh hưởng đến độ tin cậy trong khi điều khiển xe chạy của người lái) Ngày nay, những nghiên cứu mới nhất về quan hệ này đã chứng tỏ việc thay đổi giải pháp thiết kế về tổ chức giao thông sẽ có tác động đáng kể đến tâm lý người lái xe nên ảnh hưởng đến các điều kiện đảm bảo an toàn và tiện lợi cho việc chạy xe

+ Mối quan hệ “Đường ô tô – Ô tô”: Nói lên ảnh hưởng của chất lượng đường ô tô đến các chỉ tiêu khai thác vận tải ô tô Cải thiện chất lượng công trình đường ô tô

là một biện pháp quan trọng để giảm giá thành vận chuyển bằng ô tô và đảm bảo

an toàn giao thông

1.1.2 Điều kiện xe chạy trên đường.

Trong những nguyên nhân gây ra TNGT, nguyên nhân do điều kiện về đường sá liên quan đến công tác khảo sát thiết kế, xây dựng vụ khai thác đường Như vậy đối với những cơ quan tư vấn thiết kế vụ quản lý khai thác đường hiện nay ngoài việc áp dụng đúng đắn các tiêu chuẩn kỹ thuật để thiết kế các dự án xây dựng tuyến mới hay cải tạo nâng cấp tuyến cũ thì cần phải nghiên cứu, phân tích và xem xét kỹ lưỡng các TNGT xảy ra trên các quốc lộ, tỉnh lộ liên quan đến các điều kiện đường để rút ra những kinh nghiệm, những nguyên tắc thiết kế trên quan điểm nâng cao an toàn xe chạy Thiết kế và khai thác đường bộ trên quan điểm ATGT về mọi phương diện (an toàn cho lái xe, an toàn cho các phương tiện giao thông, an toàn trong bất kỳ điều kiện thời tiết khí hậu nào và đặc biệt là an toàn do các điều kiện đường sá được tạo nên bởi các đồ án thiết kế có chất lượng tốt nhất) đã được rất nhiều nước trên thế giới nghiên cứu và đề ra các tiêu chuẩn an toàn để đánh giá cho các đồ án thiết kế đường

bộ Quan điểm thiết kế này cần được nghiên cứu, đánh giá và đưa vào quy trình thiết

kế ở nước ta Những mô hình sử dụng theo quan điểm an toàn giao thông:

1.1.2.1 Lý thuyết động lực học chạy xe (mô hình xe - đường).

Lý thuyết không gian cổ điển của Newton trong khoa học tự nhiên là không gian liên tục, đều đặn và vô hướng.Trong thiết kế đường không gian khách quan, toán - lý này được biểu diễn trong hệ toạ độ cong, ví dụ không gian Gauss- Krỹger và định hướng theo mặt nước biển Trong không gian này các tính toán và hình vẽ được thể hiện trên

ba mặt phẳng: mặt bằng, mặt đứng (diễn biến của mặt cắt dọc) và mặt cắt ngang.Trong mô hình “đường - xe chạy” người ta không kể đến người lái xe và thiết từng mặt cắt của đường riêng rẽ, xem tia nhìn bất động hướng tới cuối đường, khi thấy có dấu hiệu chướng ngại vật đầu tiên trên đường là sử dụng phanh gấp Những tai nạn xảy ra trên các con đường xây dựng theo quy phạm ấy đã nhắc nhở chúng ta phải phát triển mô hình chuyển động theo mọi khía cạnh để mô phỏng thực chất quá trình

xe chạy, từ đó đưa ra các tiêu chuẩn cho một con đường an toàn

Mô hình xe - đường chỉ phù hợp với các đường có tốc độ thấp (V ≤ 50km/h) theo quan điểm thiết kế hình học đường hiện đại

1.1.2.2 Lý thuyết thiết kế theo nguyện vọng của người tham gia giao thông (mô

hình Xe - Đường - Người lái - Môi trường chạy xe).

Như tất cả các ngành khoa học tự nhiên khác, ba nhân tố không gian, thời gian, mối quan hệ nhân quả được dùng để tính toán, bố trí cấu tạo các yếu tố hình học khi thiết

kế đường ôtô Nhưng khác với các nhà khoa học kỹ thuật khác, các mô hình không gian và mối quan hệ nhân quả đối với người kỹ sư đường cần phải được mở rộng ra

1.1.2.2.1 Không gian chạy xe.

Với tư cách người kỹ thuật khi nói đến không gian chạy xe ta nghĩ ngay đến không gian vật lý có thể đo được bằng ba toạ độ Nếu thêm vào nhân tố thời gian chúng ta xác định được trong không gian ấy những điểm chuyển động một cách rõ ràng Tất cả các nhà nghiên cứu đều đạt được cùng một trị số đo khi nghiên cứu một không gian

phụ thuộc vào người nghiên cứu, còn được gọi là không gian toán học hay không gian khách quan Nếu ngược lại chúng ta với tưcách người lái xe mở mắt nhìn không gian ba chiều xung quanh ta với đầy đủ màu sắc của nó, với cảnh vật đa dạng có đủ hình dáng, vị trí thì mỗi người quan sát sẽ mô tả một khác Không gian chạy xe đến với chúng ta một cách tự giác và luôn luôn biến đổi như vậy người ta gọi là không gian chủ quan

Lý thuyết không gian tâm sinh lý dùng cho người lái xe là một bán không gian giới hạn bởi đường chân trời, được hợp thành do các không gian thành phần không liên tục (ví dụ không gian của một đại lộ), bị gãy ở tầm mắt của người lái xe và có xu hướng là hướng nhìn của lái xe Để có được những phản ứng chắc chắn an toàn, người lái xe về nguyên tắc phải có được tâm lý nhìn thấy rõ ràng chính xác

1.1.2.2.2 Con người, xe và đường là một hệ thống điều khiển.

Hình 1.1 trình bày quá trình chạy xe dưới hình thức một hệ thống điều khiển Nội dung của hình 1.1 mô tả như sau :

Thông qua các cơ quan thần kinh, người lái xe (Lái xe), với tư cách nhà đạo diễn tiếp nhận các thông tin từ môi trường xung quanh anh ta Ở đây mắt (quang học) có ý nghĩa quan trọng nhất, sau đó đến cảm giác do ma sát của bàn tay trên vô lăng và áp lực lên cơ thể (sự gò bó bức bối) tai nghe (âm thanh) và các vận động tự thân của con người thông qua các cơ và các cơ quan thư giãn (tự cân bằng) Sự nhận biết thực tế không chỉ là riêng nhìn thấy như khi nhìn một biển báo, hay chỉ chờ cảm giác như khi một vật xô mạnh vào bánh xe mà là cả một sự nhận biết tổng hợp có sự tham gia của

cả bốn nhân tố nói trên như khi ta chạy xe qua một đường cong tròn chẳng hạn

Phần lớn sự nhận biết là không tự giác Bộ phận này chịu tác động của các phản xạ tự phát trong hoạt động của mắt và hoạt động điều chỉnh đặc trưng Chỉ một ít thông tin

về môi trường bên ngoài vượt quá ngưỡng tự giác và người lái xe từ chối Sự tự giác của người lái xe không có khả năng nhận biết vô hạn, giống như con nhện trong mạng, chỉ hoạt động ở chỗ nào xuất hiện những tin tỏ ra quan trọng nhất Sự tự giác

đó chỉ bằng 10x17=170 bit (đơn vị bằng tiếng Anh thể hiện một thông tin đơn vị : có – không hoặc vào – ra).

Xe trên hình vẽ được thể hiện đơn giản hoá bằng khối (Xe) Để dễ hiểu hơn mối liên

hệ này đã tách hệ thống điều khiển ra khỏi xe Như vậy hoạt động lái xe được tách thành góc xoay vô lăng và lực lái xe, giống như tách lực ly tâm tác động lên người và

sự giao động của họ Sự điều khiển theo chiều dọc cũng được tách tương tự như vậy Nếu người tham gia giao thông không nhận được đầy đủ các thông tin về đường cần thiết cho phương thức chạy xe của mình thông qua diễn biến quang học của đường thì con đường được thiết kế chính xác theo các tính toán động lực học chạy xe trở nên rất nguy hiểm Các thông tin về cấu tạo tuyến đường sẽ đến quá chậm vào thời điểm chạy xe, nếu nhưngười lái xe đó nhìn mà đánh giá sai lệch tình huống đang xảy ra Như vậy thoả mãn động lực học chạy xe là cần thiết nhưng không đủ cho việc chạy

xe an toàn, bởi vì phương thức chạy xe thực tế được lựa chọn ban đầu tại mặt cắt ngang tương ứng thường khác với phương thức chạy xe tính toán Điều kiện cần và

đủ ở đây là tuyến đường thiết kế sao cho người lái xe nhìn và đánh giá được phải chọn phương thức chạy xe như thế nào cho đúng với phương thức chạy xe của con đường được thiết kế theo động lực học chạy xe

Hình 1.1 a Dòng thông tin giữa lái xe, xe và đuờng

Hình 1.1 b Lái xe, xe và đuờng trong chu trình điều khiển 1.1.2.2.3 Mối quan hệ nhân quả

Các mối liên quan của kết quả có thể được giải thích theo hai dạng khác nhau về cơ bản Mối quan hệ nhân quả xuất phát từ một chuỗi tương ứng của nguyên nhân và kết quả Thuyết mục đích, ngược lại giải thích mối quan hệ xuất phát từ khuynh hướng của mục đích Có thể tìm thấy mối quan hệ nhân quả trong các tính toán và các quy định kinh điển về động lực học chạy xe của quy phạm thiết kế Những cân nhắc tính toán vạch tuyến đảm bảo yêu cầu quang học được sắp xếp theo thuyết mục đích Theo đó một chuyến đi bằng ôtô là một hành vi hai mục đích: mục đích thứ nhất là đến nơi đã định, mục đích thứ hai là an toàn nhờ không gian trống tức thời trên đường Ở mục đích thứ hai, công tác bài trí con đường giúp cho người lái xe những

hỗ trợ cần thiết Trong lĩnh vực này, chỉ hạn chế ở các mối quan hệ giữa sự tác động của người lái xe lên phương tiện và thông tin ngược lại của xe và đường đến anh ta, như khái niệm nguyên nhân của thời gian trước đây không còn đủ nữa Để giải thích

mối tương quan của hệ thống người lái xe - xe - đường (hành động theo phương thức nào trong rất nhiều phương thức có thể đạt tới sự cân bằng) cần phải bỏ qua một loạt các mối quan hệ nhân quả đang sử dụng Có thể giải thích điều đó bằng một chu trình điều khiển có nhiều khâu (nhiều thành phần) Trong hệ thống ấy, diễn biến của phản ứng có thể nghiên cứu riêng rẽ theo thuyết nhân quả, đồng thời cả hệ thống hoạt động theo thuyết mục đích Bằng cách quan niệm như vậy chúng ta loại bỏ được mâu thuẫn dường như tồn tại giữa thuyết nhân quả và thuyết mục đích khi nghiên cứu về mối quan hệ người lái xe - xe - đường Những suy nghĩ trước đây về tác dụng lực giữa xe

và đường có thể đơn giản hoá theo thuyết nhân quả Vấn đề có ý nghĩa quan trọng hơn là vấn đề nghiên cứu dòng thông tin giữa người lái xe, xe, đường, nó đòi hỏi người kỹ sư thiết kế phải mở rộng tầm suy nghĩ

1.1.3 Các nhân tố ảnh hưởng đến an toàn xe chạy.

1.1.3.1 Tai nạn giao thông của các nước trên thế giới và tại Việt Nam.

+ Tai nạn giao thông của các nước trên thế giới:

Trong các nước thuộc khối liên minh Châu Âu (EU), kể từ năm 2001 đưa ra một quyết sách là số người chết khi tham gia giao thông đến năm 2010 sẽ giảm một nửa

Để thực hiện mục tiêu này, Ủy ban An toàn giao thông Châu Âu đã xuất bản “cuốn sách trắng” về chính sách giao thông của Châu Âu đến năm 2010 “White paper: European transport policy for 2010” Cùng với các chương trình hành động về An toàn giao thông (2001÷ 2010) là một loạt các giải pháp An toàn giao thông đã được

đề xuất và áp dụng như: tăng cường kiểm tra giao thông trên đường, triển khai ứng dụng các kỹ thuật khoa học công nghệ hiện đại về An toàn giao thông, cải thiện cơ sở

hạ tầng giao thông và tiến hành các biện pháp để nâng cao nhận thức của người tham gia giao thông

Bảng phía dưới chỉ ra rằng, từ năm 2000 đến 2006, chín quốc gia Châu Âu (Luxemburg, Portugal, France, Denmark, Switzerland, Netherlands, Germany, Latvia

và Norway) đã giảm được từ 29% ÷ 53% con số người chết bởi tai nạn giao thông Điều đó chứng tỏ 9 quốc gia này đang đi đúng hướng theo mục tiêu quyết sách đề ra

Trong khi đó các quốc gia còn lại có con số người chết giảm không đáng kể, đặc biệt

7 nước (Azerbaijan, Georgia, Lithuania, Ukraine, Russia, Hungary và Bulgaria) số người chết từ năm 2000 đến năm 2006 tăng lên (xem bảng phía dưới)

Hơn thế nữa, không phải tất cả các phương tiện giao thông đều đạt được tiêu chí đề

ra Đặc biệt là con số tai nạn liên quan đến xe máy có sự dao động lên xuống theo thời gian rất khó nhận biết Theo kết quả nghiên cứu tại CHLB Đức diễn biến tai nạn chết người liên quan đến xe máy từ năm 1995 đến nay dao động tăng lên và giảm xuống (đặc biệt cao nhất trong năm 1999) Trong khi đó, theo thống kê tai nạn từ năm

1950 đến nay của Hà Lan, diễn biễn tai nạn thường xuyên dao động và đạt giá trị cao nhất trong các năm 1960, 1980 và 1995

Sự phát triển theo thời gian của tai nạn

tại CHLB Đức từ năm 1995 đến năm

Âu “non-European Organization for Economic Co-operation and Development

(OECD)” đã có những giải pháp an toàn giao thông tích cực để giảm hoặc hạn chế tối

đa sự gia tăng của tai nạn chết người (xem bảng phía dưới)

Từ số liệu thống kê tai nạn của Ủy ban An toàn giao thông quốc gia, diễn biến của tai nạn giao thông theo thời gian từ năm 1990 đến 2009 được thể hiện thông qua 2 hình

vẽ phía dưới Số người chết và người bị chấn thương liên quan đến tai nạn giao thông

từ năm 1990 đến 2002 có khuynh hướng gia tăng tương tự như sự phát triển của các

vụ tai nạn giao thông Trong thời kỳ này số lượng người chấn thương tăng 6.2 lần (từ 4,956 đến 30,999 người chấn thương) và con số người chết tăng 5.8 lần (từ 2,268 đến 13,186 người chết) Thời kỳ tiếp theo giữa năm 2002 và 2005, số vụ tai nạn và người

bị chấn thương hàng năm giảm mạnh khoảng 47% (từ 27,993 đến 14,711 vụ tai nạn)

và 61.2% (từ 30,999 đến 12,013 chấn thương) Điều này thể hiện những kết quả tích cực trong chính sách an toàn giao thông, các giải pháp cũng như các chương trình hành động được thực thi trong suốt thời gian từ năm 2000 đến 2005

Trong 5 năm gần đây (từ năm 2005 đến năm 2009), con số tai nạn và người chết hàng năm giảm nhẹ hơn trước Tuy nhiên có sự dao động lên xuống trong xu hướng phát triển của số lượng người chết vì tai nạn giao thông kể từ năm 2002 đến nay Con số

tử vong hàng năm giảm nhẹ khoảng 16% (từ 13,186 người chết trong năm 2002 đến 11,094 người chết trong năm 2009) Điều này thể hiện sự khác biệt trong cấu trúc tai nạn của người chết và người bị chấn thương Thêm vào đó, các giải pháp được đề xuất chưa phát huy đầy đủ hiệu quả để ngăn cản tai nạn chết người Vì lý do đó, cần

có các giải pháp nâng cao chất lượng mặt đường, đẩy mạnh các giải pháp cưỡng chế, giám sát và quản lý tốc độ Xây dựng hệ thống kiểm định chất lượng cho tuyến đường

1.1.3.2 An toàn giao thông và rủi ro tai nạn.

An toàn giao thông trên đường ô tô đó là một hệ thống "Đường - Xe cộ - Người lái” dưới sự tác động của quá trình xây dựng đường, luật lệ giao thông, điều kiện thời tiết

và mức độ an toàn của các phương tiện giao thông Một con đường trong quá trình khai thác sử dụng, cùng với hệ thống trang thiết bị giao thông tương ứng sẽ luôn tồn tại hai thành phần:

+ Thành phần thứ nhất là: Rủi ro tai nạn cơ bản (còn gọi là: rủi ro không có có khả năng tránh)

+ Thành phần thứ hai là: Tiềm năng an toàn (được gọi là: mật độ chi phí tai nạn có khả năng tránh được)

Tỉ lệ giữa hai thành phần này phản ánh mức độ “Giao thông – không – an toàn” trên mạng lưới đường

- Tai nạn giao thông là một biến cố, trong biến cố đó có sự sai khác giữa quá trình chạy xe và thực tiễn thực hiện quá trình này Sự sai khác này thông thường là sự vượt quá một giới hạn cho phép hoặc không tuân thủ luật lệ giao thông Do vậy kết quả trực tiếp của tai nạn sẽ là mức độ thiệt hại trong quá trình xung đột và mức độ chấn thương liên quan đến người tham gia giao thông

- Rủi ro tai nạn liên quan đến các tình huống nguy hiểm và các tình huống này

thường có kết quả bất lợi, thế nhưng không phải là không tránh được Con số rủi ro (R) được xác định thông qua mức độ thiệt hại (SH) và xác suất xuất hiện biến cố thiệt hại (p)

Do vậy: R = SH pTrong đó: R = Con số rủi ro

SH = Mức độ thiệt hại

p = Xác suất xuất hiện biến cố thiệt hại

Cuộc sống và sức khỏe của những người tham gia giao thông đang bị đe dọa bởi những phương tiện giao thông tiềm ẩn những rủi ro tai nạn cao Trong quá trình phân tích tai nạn giao thông xuất hiện 3 yếu tố cơ bản tác động qua lại với nhau đó là: Người điều khiển xa – Phương tiện giao thông – Điều kiện đường xá.

Theo kết quả nghiên cứu của cơ quan giao thông đường bộ Úc (NSW, 1996) và tư vấn CONSIA (Đan Mạch), yếu tố về người lái chiếm vai trò quan trọng nhất (chiếm 95% trong tổng số các vụ tai nạn giao thông đường bộ) Tiếp theo là yếu tố liên quan đến cơ sở hạ tầng giao thông chiếm 28% Yếu tố liên quan đến phương tiện xe chộ chiến 8%

Nguồn: GDV- Berlin, 2007 Nguồn: Cơ quan Giao thông đường

bộ, NSW, Úc, 1996.

1.2 Độ nhám mặt đường.

Trong những năm gần đây, một vấn đề lớn của chuyên ngành đường ôtô được các chuyên gia trên thế giới cũng như trong nước quan tâm, đó là vấn đề an toàn giao thông Những tai nạn giao thông đường bộ xảy ra ngoài các nguyên nhân do tổ chức giao thông chưa tốt, do ý thức của người tham gia giao thông chưa cao, do điều kiện địa hình hạn chế, … thì một nguyên nhân không nhỏ là do tình trạng mặt đường xấu,

bị trơn trượt Sức chống trượt của mặt đường là một yếu tố quan trọng để đảm bảo an toàn cho xe chạy với tốc độ cao, đặc biệt trong điều kiện mặt đường bị ẩm ướt làm cho độ bám của bánh xe với mặt đường bị suy giảm đáng kể Nhằm nâng cao khả năng chống trượt của mặt đường ô tô, các nhà thiết kế, xây dựng và khai thác đường ôtô luôn tìm cách làm cho mặt đường có độ nhám cao, lâu mòn và tương đối ổn định

Việc xây dựng mặt đường có độ nhám cao cũng được chú trọng một cách đặc biệt ở những đoạn đường dốc, đường quanh co có bán kính nhỏ, những đoạn gần đến nút giao thông, đường trục chính đô thị, khu đông dân cư Theo thống kê của một số nước trên thế giới thì có đến 20% số vụ tai nạn giao thông có nguyên nhân trực tiếp hay gián tiếp là do mặt đường trơn trượt, không đủ độ nhám, hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường quá thấp

Trên thế giới, nhất là ở các nước như Anh, Mỹ, Pháp, Nga,… do hệ thống đường cao tốc đã được xây dựng và phát triển từ những năm 1950 nên đã có nhiều tổ chức, cơ quan chú trọng nghiên cứu về độ nhám của mặt đường bê tông nhựa

Các kết quả nghiên cứu về độ nhám của mặt đường được phản ảnh trên các lĩnh vực:

- Nghiên cứu bản chất, cấu trúc của độ nhám mặt đường, các nhân tố ảnh hưởng đến độ nhám, hệ thống thí nghiệm đánh giá các ảnh hưởng

- Nghiên cứu công nghệ xây dựng lớp phủ mặt đường có độ nhám cao

- Nghiên cứu các giải pháp và thiết bị đánh giá khả năng nhám của mặt đường.Còn ở Việt Nam, trong những năm gần đây, đất nước ta với nhịp độ tăng trưởng kinh

tế - xã hội ngày một cao Giao thông vận tải là một trong các ngành đã và đang phát triển mạnh mẽ Nhiều dự án lớn về xây dựng mới và nâng cấp một số đường trở thành đường cấp cao như đường Bắc Thăng Long - Nội Bài, Láng - Hòa Lạc, QL5, QL1A, QL18, QL14, QL51, đường Hồ Chí Minh,… Một thực tế đặt ra cho các con đường cấp cao đã và sẽ xây dựng ở Việt Nam là làm sao có thể đạt được tốc độ chạy

xe cao phù hợp với thiết kế (90 – 100 km/h) mà vẫn đảm bảo an toàn giao thông Chính vì mục tiêu đó mà việc nghiên cứu về lý thuyết cũng như công nghệ xây dựng lớp phủ mặt đường có độ nhám cao là một vấn đề thời sự của chuyên ngành đường ôtô nước ta ở hiện tại và tương lai

Mặc dù vậy, các nghiên cứu về độ nhám ở nước ta cho đến nay vẫn chỉ ở giai đoạn đầu Chúng ta còn thiếu rất nhiều, từ thiết bị thí nghiệm, thiết bị thi công và cả thiết

bị đánh giá Lĩnh vực độ nhám của mặt đường ôtô ở Việt Nam là một vấn đề còn mới

mẻ, chưa được nghiên cứu đầy đủ Cần thiết phải có những nghiên cứu sâu và đồng

bộ về các mặt như: thiết bị thí nghiệm, nghiên cứu áp dụng các công nghệ tiên tiến trên thế giới có tính hiệu quả cao, đề xuất phương pháp đánh giá,…

1.2.1 Bản chất của độ nhám mặt đường ô tô.

1.2.1.1 Cấu trúc nhám bề mặt của đường ô tô.

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

Để nghiên cứu bản chất và các nhân tố ảnh hưởng đến độ nhám, người ta tiến hành phân tích cấu trúc bề mặt của mặt đường Độ nhám bề mặt của mặt đường được tạo nên bởi hỗn hợp đá - nhựa được lu lèn, bao gồm hai thành phần chính: nhám vĩ mô và nhám vi mô như hình vẽ

Hình 1.2 Sơ đồ biểu diễn độ nhám của mặt đường bê tông nhựa

- Nhám vĩ mô (nhám thô): được định nghĩa là độ chênh cao giữa bề mặt 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 Cụ thể hơn, nhám vĩ mô là độ nhám của toàn bộ

bề mặt đường và được hình thành bởi hình dáng, kích thước của các hạt cốt liệu lộ

ra trên bề mặt mặt đường

- Nhám vi mô (nhám mịn): được định nghĩa là độ chênh cao giữa bề mặt mặt đường

so với mặt phẳng chuẩn với các kích thước đặc trưng của bước sóng và biên độ

nhỏ hơn 0,5mm Nói cách khác, độ nhám vi mô là độ nhám, độ xù xì bề mặt đường của hạt cốt liệu lộ ra trên mặt đường và thường khó nhìn thấy

1.2.1.2 Vai trò của nhám vi mô.

Qua nghiên cứu người ta đã chứng minh được rằng: Độ nhám vi mô là rất cần thiết cho cả đường có tốc độ khai thác thấp và đường có tốc độ khai thác cao

Khi nghiên cứu mặt đường ở trạng thái bất lợi như khi bị ẩm ướt thì giữa lốp xe và đường có tồn tại một hiệu ứng màng nước làm giảm khả năng tiếp xúc giữa lốp xe với mặt đường Nếu mặt đường có cấu tạo nhám vi mô tốt sẽ có khả năng làm cho màng mỏng nước bị xua tan và xâm nhập vào đá khi lốp xe tiếp xúc với mặt đường

và làm cho sự tiếp xúc giữa lốp xe và mặt đường được khô ráo hơn

Khi xe chạy với tốc độ V < 65 km/h, hiệu ứng màng nước (hydroplaning) tại vị trí tiếp xúc giữa lốp xe và mặt đường chưa xuất hiện nhưng nếu tăng dần tốc cao (V >

65 km/h) thì xuất hiện một hiệu ứng màng nước tại vị trí tiếp xúc giữa lốp xe và mặt đường Lớp màng nước mỏng này sẽ tạo thành một cái nêm Khi xe chạy với tốc độ cao, sẽ dẫn tới khả năng không có đủ thời gian để ép nước dưới bánh xe ra Cái nêm này càng lớn thì vùng tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường càng giảm đi, làm giảm hệ

số nhám của mặt đường Với tốc độ giới hạn nào đó, sẽ mất hoàn toàn sự tiếp xúc của lốp xe và mặt đường Nhiều nghiên cứu của các đồng nghiệp ở nhiều nước đã ghi nhận là với các xe khách chạy ở tốc độ gần tới 100 km/h thì nguy cơ hiệu ứng màng nước có thể xuất hiện khi bề dày lớp nước trên bề mặt đường vào khoảng 3mm

1.2.1.3 Vai trò của nhám vĩ mô.

Vai trò của nhám vĩ mô là tạo ra các kênh thoát nước Bằng cách làm giảm áp lực nước 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 bề mặt mặt đường Điều này cho phép nhám vĩ

mô phát huy tác dụng kháng trượt

Qua thực nghiệm người ta đã xác định được mối tương quan giữa độ nhám vĩ mô được biểu thị bằng chiều sâu trung bình cát H(mm) theo phương pháp rắc cát và phần trăm (%) độ giảm sức kháng trượt mặt đường được đo bằng hệ số lực hãm phanh

(BFC) trong khoảng tốc độ từ V = 50 km/h đến V = 130 km/h, với độ nhám vi mô coi

là không đổi (chất lượng cốt liệu như nhau, chỉ có thành phần cấp phối khác nhau) Tương quan này được thể hiện ở bảng sau

Từ các số liệu ở bảng trên cho thấy: cùng một độ nhám vi mô như nhau, nhưng do độ nhám vĩ mô khác nhau dẫn tới khả năng suy giảm sức kháng trượt cũng khác nhau Nguyên nhân chủ yếu là do tác động khác nhau của hiệu ứng màng nước khi xe chạy với tốc độ cao Về lý thuyết, với chiều sâu H = 2,0mm thì hoàn toàn triệt tiêu hiệu ứng màng nước

Qua các phân tích trên có thể rút ra kết luận là có hai thành phần chính tạo nên sức kháng trượt của bề mặt đường, đó là nhám vĩ mô và nhám vi mô Nhám vĩ mô tạo ra các đường thoát nước – một yếu tố cần thiết cho giao thông tốc độ cao, trong khi nhám vi mô tạo ra sức kháng trượt – là yếu tố cần thiết cho giao thông ở tốc độ thấp

và giao thông ở tốc độ cao

1.2.1.4 Phân loại mặt đường theo độ nhám.

Để có một cách nhìn tổng quan về cấu trúc nhám mặt đường có thể chia mặt đường theo cấu trúc nhám thành 4 loại như bảng dưới đây

B Ghồ ghề

(Rough)

Trơn nhẵn (Polished)

(Smooth)

Thô ráp (Harsh)

(Smooth)

Trơn nhẵn (Polished)

Hình 1.3 Phân loại mặt đường theo độ nhám

Các nghiên cứu thực nghiệm xác định sức kháng trượt của 4 loại mặt đường trên đã thực hiện bởi Viện Nghiên cứu Đường bộ và Giao thông của Anh (TRRL) tiến hành thông qua hệ số hãm phanh của thiết bị đo hiện trường với lốp xe nhẵn và được thể hiện rõ ở hình 1.4 sau:

Hình 1.4 Quan hệ sức kháng trượt của các loại bề mặt đường ô tô

Kiểu bề mặt A và C có độ nhám vi mô cao, vì vậy cả hai loại đó đều có hệ số hãm phanh lớn khi xe chạy ở tốc độ thấp (50km/h), trong khi đó bề mặt kiểu B và D có hệ

số hãm phanh nhỏ khi xe chạy ở tốc độ thấp do đó có độ nhám vi mô thấp Khi tốc độ

xe chạy tăng lên, sự thay đổi hệ số hãm phanh phụ thuộc vào độ nhám vi mô (nhám

bề mặt), chính vì vậy với bề mặt A và B hệ số hãm phanh thay đổi không đánh kể, trong khi bề mặt C và D thay đổi và giảm rất lớn

Cả nhám vi mô và nhám vĩ mô là luôn luôn cần thiết cho tất cả các loại đường khai thác với tốc độ thấp cũng như loại đường khai thác với tốc độ cao và điều kiện thời tiết khô ráo cũng như ẩm ướt Khi xe chạy với tốc độ thấp, độ nhám của mặt đường được thể hiện chủ yếu qua độ nhám vi mô, còn khi xe chạy với tốc độ cao, mặt đường

ẩm ướt thì độ nhám vĩ mô lại tỏ ra là yếu tố quan trọng cấu thành độ nhám mặt đường

Qua đó chúng ta có thể hiểu rõ hơn về vai trò nhám vi mô và nhám vĩ mô tham gia vào sức kháng trượt của bánh xe trên đường khi xe chạy ở tốc độ khác nhau lúc thời tiết ẩm ướt

1.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám mặt đường.

Hỗn hợp bê tông nhựa mặt đường bao gồm vật liệu: Bitumm, cốt liệu đá, cát và tỷ lệ phối hợp giữa cốt liệu và bitum Như đã phân tích ở trên, có hai thành phần chính tạo nên sức kháng trượt của bề mặt đường là hai thành phần nhám vi mô và nhám vĩ mô,

vì vậy dưới đây tiến hành phân tích các ảnh hưởng của các nhân tố trong hỗn hợp của

bê tông nhựa đến hai thành phần đó

1.2.2.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám vĩ mô.

- Diện tích cốt liệu thô nổi lên mặt đường: Trong hỗn hợp bê tông nhựa thì cốt liệu lớn nhất nhô lên 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 mặt đường qua cả nhám vĩ mô và

vi 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 tỉ 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

- Khả năng 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 vẹt đi dưới tác dụng của xe cộ và cho kết quả là mặt đường bị mất sức kháng trượt Tính chịu mài mòn của cốt liệu được xác định bằng thí nghiệm độ mài mòn 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 dạng hình khối, không được chứa nhiều hàm lượng hạt dẹt

- Việc tăng độ nhám vĩ mô được thể hiện thông qua thành phần cấp phối cốt liệu nằm trong đường bao chuẩn quy định, nhằm tăng giá trị chiều sâu trung bình cát H (mm) của bề mặt đường sau khi rải Để thỏa mãn yêu cầu tăng giá trị H trên, lớp phủ bê tông nhựa thường phải được thiết kế với độ rỗng dư lớn hơn nhiều (độ rỗng dư thừa

từ 12% đến 23%) so với lớp phủ bê thông nhựa thông thường (độ rỗng dư thừa quãng 4% đến 6%)

Quan hệ giữa giá trị độ nhám vĩ mô thông qua trị số chiều sâu trung bình cát H (mm)

và tốc độ an toàn chạy xe được thể hiện trong quy trình thí nghiệm xác định độ nhám mặt đường bằng phương pháp rác cát 22TCN 278 – 2001 và được liệt kê chi tiết ở bảng sau:

Chiều sâu trung bình

co, đường cong có bán kính < 150 mét

mà không hạn chế tốc độ; đoạn đường

có độ dốc dọc > 5%, chiều dài dốc >

100 mét, )

1.2.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám vi mô.

Có thể nói độ nhám vi mô là độ nhám, độ xù xì của hạt cốt liệu Khi đã có độ nhám vĩ

mô tốt thì sức kháng trượt của bề mặt đường phụ thuộc chủ yếu vào độ nhám vi mô của cốt liệu Do đó cần thiết phải lựa chọn cẩn thận các cốt liệu có độ nhám vi mô tốt

Phần cốt liệu đều có độ nhám vi mô ban đầu tốt Do đó mà hầu hết mặt đường đều có sức kháng trượt cao khi còn mới Dưới tác dụng của xe cộ thì các cốt liệu lộ ra trên mặt đường sẽ nhanh chóng bị mài bóng và sau một thời gian thì sức trượt sẽ bị giảm đến mức độ cân bằng Các loại cốt liệu có thành phần cacbonat và đôlômic cao được

coi là loại vật liệu có tính kháng mài bóng thấp, bề mặt của chúng cực kỳ trơn khi qua thời gian khai thác.

1.3 Ảnh hưởng của độ nhám mặt đường đến an toàn giao thông.

1.3.1 Ảnh hưởng của độ nhám mặt đường đến an toàn giao thông.

Độ nhám cao tăng khả năng bám đường của xe, rút ngẵn quãng hành trình khi phanh, làm xe ồn hơn khi chạy, tăng tốc tốt hơn, nhưng giảm tốc độ cực đại của xe Đường

có độ nhám thấp (nhẵn) thì xe bám đường kém hơn, gặp trời mưa dễ trơn trượt Khi tăng tốc dễ bị rê bánh Tuy nhiên khi chạy thì tiếng ồn từ gầm xe thấp hơn, tốc độ cực đại có thể đạt được ở vòng tua thấp hơn

Nói chung, chất lượng mặt đường ảnh hưởng rất nhiều tới sự vận hành cũng như độ

an toàn của xe Mặt đường nhẵn quá thì rất nguy hiểm, nhưng nhám quá thì cũng gây nhiều phiền toái khó chịu Mỗi cung đường, tùy vào mục đích sử dụng hoặc công nghệ làm đường thì sẽ có độ nhám khác nhau

Bề mặt của mặt đường có ảnh hưởng đến hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường Hệ

số bám và lực bám có ý nghĩa quan trọng trong việc đảm bảo an toàn chuyển động của ôtô máy kéo, nó có liên quan chặt chẽ đến tính chất động lực học của ô tô (khả năng tăng tốc, tốc độ), hệ số bám cao tất sẽ cho xe khả năng tăng tốc tốt

Hệ số bám cũng ảnh hưởng đến hiệu quả phanh và độ ổn định khi phanh, đến tính năng dẫn hướng, … Đặc biệt khi có xu hướng tăng tốc độ chuyển động của ôtô thì hệ

số bám và lực bám có tầm quan trọng lớn

Lực bám P = hệ số bám x G (trọng lượng xe)

1.3.2 Yêu cầu của độ nhám mặt đường.

1.3.2.1 Yêu cầu về sức kháng trượt.

Trên cơ sở nhiều năm kinh nghiên cứu, các tác giả Anh đã đề xuất một bảng quy định giá trị hệ số lực kháng trượt xiên SFC tối thiểu tại tốc độ 50km/h tương ứng với các loại đường và tỷ lệ rủi ro ở bảng 1.5

SFC tối thiểu (tại tốc độ 50 km/h)

hiệu giao thông,

người đi qua và các

Bảng 1.5 Giá trị hệ số lực xiên SFC tối thiểu với các loại đường

Các kết quả nghiên cứu nhiều năm ở Anh đã chỉ ra một tương quan đáng tin cậy giữa

hệ số lực xiên SFC, lưu lượng xe cộ và trị số mài bóng của cốt liệu PSV với loại mặt đường bê tông nhựa Szarkowski & Hosking đã thiết lập được mối tương quan đó đối với các loại mặt đường bê tông nhựa với hệ số tương quan khá cao r = 0,91 sau đây:

[SFC50 = 0,024 – 0,663.10-4qvc + 1.10-2PSV]

Trong đó:

- qvc: Lưu lượng xe cộ mỗi làn/ngày/1 hướng

- SFC50: Hệ số lực trượt xiên tương ứng với vận tốc thí nghiệm 50 km/h

- PSV: Trị số mài bóng của cốt liệu đá

1.3.2.2 Yêu cầu với độ mài mòn Los – Angeles (LA)

Mặc dù hai chỉ tiêu Los Angeles không phải là chỉ tiêu trực tiếp liên quan đến sức kháng trượt, nhưng hỗn hợp vật liệu bê tông nhựa làm lớp tạo nhám, ngoài chức năng duy trì một sức kháng trượt cao còn cần thiết phải có đủ độ bền Chính vì vậy, trong việc tuyển chọn hỗn hợp bê tông nhựa tạo nhám, chỉ tiêu LA cũng được chú trọng.Thông thường, quy định với lớp tạo nhám, LA ≤ 20

1.3.2.3 Yêu cầu về sức kháng bòng của cốt liệu PSV

Như đã phân tích ở trên, chỉ số kháng bóng PSV là một trong những chỉ tiêu cơ bản

có liên quan đến khả năng chống trượt của mặt đường

Trên cơ sở thực nghiệm, một tương quan giữa giá trị sức chống trượt ngang – SFC, lưu lượng xe cộ - N và PSV được thiết lập Trên cơ sở đó, giá trị PSV cần thiết yêu

cầu để đạt được SFC cần thiết tương ứng với các giá trị khác nhau của lưu lượng xe

1.3.2.4 Yêu cầu với chỉ số chiều sâu trung bình cát H và chỉ số SRT.

Các kết quả nghiên cứu thực nghiệm ở Anh đã rút ra quy định giá trị chiều sâu trung bình rắc cát (H) và chỉ số sức kháng trượt đo bằng con lắc Anh xách tay (SRT) nhỏ nhất tương ứng với các loại hình đường ở bảng 1.7

Loại đường Các vị trí đặc trưng Chiều sâu Sức kháng

rắc cát nhỏ nhất H mm

trượt nhỉ nhất SRT

A

(V ≥ 90 km/h)

Xa lộ, đường cấp 1 và đường giao thông lớn trong khu vực thành phố (Lưu lượng xe >

2.000 xe/ngày đêm)

Bảng 1.7 Giá trị H và SRT tối thiểu yêu cầu

1.3.2.5 Chỉ tiêu đánh giá chất lượng mặt đường thông qua chỉ số sức kháng trượt

quốc tế IFI.

1.3.2.5.1 Quy định chung

- IFI (International Friction Index) được coi là thước chuẩn trong kiểm tra đánh giá chất lượng sức kháng trượt mặt đường và được khuyến nghị áp dụng rộng rãi trên thế giới trên cơ sở các phương pháp đo thuộc trính độ nhám thô mặt đường khác nhau hiện có của các nước IFI là hệ số tổng hợp liên quan đến cấu trúc nhám mặt đường, sức kháng trượt mặt đường và tốc độ thí nghiệm

- Chỉ số IFI được phát triển thông qua thử nghiệm quốc tế của PIARC nhằm mục đích so sánh và dung hòa các kết quả đo độ nhám vĩ mô (cấu trúc thô) và sức kháng trượt mặt đường của mặt đường Chỉ số này cho phép dung hòa các phép đo sức kháng trượt mặt đường được thực hiện bằng các thiết bị khác nhau thông qua

hệ số hiệu chỉnh

- Chỉ số IFI bao gồm hai thông số:

+ Hệ số ma sát Friction Number (F60)

+ Hệ số tốc độ - Speed Number (Sp)

1.3.2.5.2 Một số ưu điểm của chỉ số IFI

- IFI là hệ số tổng hợp liên quan đến cấu trúc nhám thô mặt đường, sức kháng trượt mặt đường và tốc độ thí nghiệm

- IFI cho phép điều chỉnh việc đo sức kháng trượt bằng các thiết bị khác nhau về cùng một chỉ số chung

- Việc đo sức kháng trượt mặt đường của một thiết bị bất kỳ không cần phải thực hiện ở một tốc độ cố định

- Mô hình IFI mô tả mối quan hệ giữa các giá trị ma sát của mặt đường ướt đo tại tốc độ trượt S và lực ma sát đo bằng các thiết bị khác nhau

- Chỉ số IFI đã chứng minh được tính hữu ích trong việc điều chỉnh, hòa hợp các thiết bị đo ma sát khác nhau

1.3.2.5.3 Phương trình cơ bản của chỉ số IFI.

- Kết quả nghiên cứu về IFI bao gồm: Các phương trình cơ bảo của IFI (F60, Sp), các hệ số để chuyển đổi kết quả đo sức kháng trượt, đo nhám của thiết bị đo nào

đó về giá trị chuẩn IFI (F60, Sp) được thể hiện qua tiêu chuẩn hướng dẫn tính toán chỉ số kháng trượt quốc tế IFI của bề mặt đường ASTM E1960-98 Cần nhấn mạnh rằng, chỉ có những thiết bị nào đó đã được định chuẩn trong thử nghiệm IFI của PIARC thì mới có thể chuyển đổi kết quả độ nhám, sức kháng trượt đo được

từ thiết bị đó về IFI

- Chỉ số trượt IFI bao gồm hai thông số là: Hệ số ma sát chuẩn – sức kháng trượt ở điều kiện mặt đường ẩm ướt tại tốc độ 60km/h (F60) và hằng số tốc độ (Sp) và được báo cáo là IFI (F60, Sp), trong đó:

+ Hệ số ma sát (sức kháng trượt) – Friction Number (F60), đơn vị đo không thức nguyên: Là giá trị sức kháng trượt chuẩn với tốc độ trượt 60kh/h giá trị ma sát – sức kháng trượt trung bình đo được khi xe ô tô con vơi 4 lốp xe chuẩn chạy với tốc độ 60km/h, bị phanh hãm cứng và trượt trên đường ẩm ướt

+ Hằng số tốc độ Speed Number (Sp), đơn vị đo km/h: Biểu thị ảnh hưởng của độ nhám vĩ mô đến tốc độ chạy xe, được sử dụng để dự báo mức suy giảm của hệ số ma sát – sức kháng trượt mặt đường ở điều kiện mặt đường ẩm ướt liên quan đến tốc độ Giá trị Sp thấp chỉ ra sự nhạy cảm lơn với tốc độ trượt

- Việc tính toán xác định IFI (F60, Sp) dựa trên kết quả đo của một loại thiết bị đo

cụ thể nào đó được tiến hành theo các bước sau:

+ Đo độ nhám mặt đường để xác định giá trị TX (mm)

+ Tính toán xác định Sp thông qua phương trình:

Trong đó:

+ TX (mm): Thông số độ nhám mặt đường đo được biểu thị qua giá trị chiều sâu rắc cát trung bình MTD (mm) hoặc giá trị chiều sâu mặt cát trung bình Laser MPD (mm)

+ a,b: Các hằng số chuyển đổi, được xác định cụ thể theo phương pháp xác định độ nhám mặt đường Cụ thể a và b được xác định ở bảng 1.8

Chiều sâu trung bình MPD xác định theo phương pháp rắc

Chiều sâu trung bình MPD xác định theo phương pháp rắc

Bảng 1.8 Giá trị hằng số a,b sử dụng để tính Sp

- Đo sức kháng trượt trên đường ẩm ướt với một thiết bị đo nào đó với tốc độ trượt của thiết bị đo là S Kết quả đo được ký hiệu là FRS

- Chuyển đổi giá trị FRS (sức kháng trượt đo được ứng với tốc độ trượt S của thiết

bị đo) về giá trị FR60 (sức kháng trượt của thiết bị đo ứng với tốc độ trượt chuẩn

S = 60km/h) về giá trị sức kháng trượt chuẩn F60 (sức kháng trượt của thiết bọ đo chuẩn ứng với tốc độ trượt chuẩn S = 60 km/h) theo phương trình quan hệ sau:

1.3.2.5.4 Ứng dụng của IFI trong quản lý chất lượng mặt đường.

- Căn cứ tiêu chuẩn kỹ thuật cho mỗi cấp đường, các cơ quan quản lý sẽ định ra giá trị yêu cầu với IFI (F60, Sp), được ký hiệu là IFI * (F60*, Sp*) Để đảm bảo an toàn chạy xe, mặt đường phải đảm bảo có IFI (F60, Sp) lớn hơn giá trị yêu cầu IFI

* (F60*, Sp*)

- Việc quản lý chất lượng mặt đường thông qua chỉ số IFI (F60, Sp) trên cơ sở kết quả đo nhám và sức kháng trượt của thiết bị đo cụ thể hiện có của những cơ quan quản lý được tiến hành theo hai cách sau:

+ Đánh giá chất lượng mặt đường thông qua chỉ số IFI (F60, Sp)

+ Đánh giá chất lượng mặt đường thông qua chỉ số FRSmin và TXmin

∗ Đánh giá chất lượng mặt đường thông qua chỉ số IFI (F60, Sp).

Trên cơ sở kết quả đo nhám và sức kháng trượt của thiết bị đo cụ thể hiện có trên các đoạn đường quản lý, tiến hành tính toán chuyển đổi các giá trị đo được về giá trị IFI (F60, Sp) dựa trên cơ sở phương trình (1), (2) và (3) với các hệ số tương ứng theo hướng dẫn của ASTM E1960-98 So sánh giá trị đo IFI (F60, Sp) với IFI* (F60*, Sp*) để xem xét đánh giá mức độ phù hợp và đề xuất giải pháp cải thiện nếu IFI (F60, Sp) nhỏ hơn IFI* (F60*, Sp*)

∗ Đánh giá chất lượng mặt đường thông qua chỉ số FRSmin và TXmin.

- Căn cứ giá trị F60* và Sp*, tính toán xác định giá trị độ nhám tối thiểu TXmin và giá trị sức kháng trượt tối thiểu FRSmin tương ứng với loại thiết bị đo cụ thể được

sử dụng để đo nhám và sức kháng trượt mặt đường Từ các phương trình (1), (2)

và (3) trên, thông số TXmin và FRSmin được xác định theo các phương trình sau:

[FRSmin = ((F60* - A)/B)EXP[(60 – S)/(a + b x TX)] (5)

và Sp* được xác định ứng với mỗi cấp đường Một ví dụ về biểu đồ quản lý mặt đường được minh họa ở hình 1.9, trong đó gian giữa đường thẳng song song với trục tung tại điểm TXmin (tương ứng với giá trị Sp* quy định) và đường cong FRSmin (tương ứng với giá trị F60* quy định) tạo nên 4 vùng sau:

Hình 1.9 Biểu đồ quản lý mặt đường.

+ Vùng 1 – Tốt: Giá trị độ nhám vĩ mô và giá trị sức kháng trượt tốt, lớn hơn giá trị F60* và TX*

+ Vùng 2 – Cần cải thiện độ nhám vĩ mô: Giá trị sức kháng trượt đảm bảo

nhưng độ nhám vĩ mô chưa đạt

+ Vùng 3 – Cần cải thiện độ nhám vi mô: Giá trị độ nhám ,vĩ mô đảm bảo

nhưng sức kháng trượt chưa đảm bảo cần có giải pháp tăng độ nhám vi mô

+ Vùng 4 – Cần cải thiện độ nhám vĩ mô và vi mô: Cả giá trị sức kháng trượt và

độ nhám đều không đạt

- Định kỳ tiến hành đo độ nhám và sức kháng trượt của thiết bị đo cụ thể hiện có của từng cơ quan quản lý để xác định giá trị TX và giá trị sức kháng trượt FRS trên các đoạn đường quản lý Dựa và biểu đồ quản lý mặt đường để xem xét giá trị

đo nằm ở vùng nào để quyết định kế hoạch cải thiện mặt đường trong trường hợp kết quả đo nằm ở vùng 1, vùng 2, vùng 3.

1.4 Các phương pháp chung xác định độ nhám của mặt đường

Để có được cái nhìn tổng quan về độ nhám mặt đường ta xem xét lần lượt các khía cạnh sau:

- Độ nhám mặt đường: Xét về góc độ quản lý chất lượng thì mặt đường bê tông nhựa vừa được xây dụng phải đảm bảo độ nhám yêu cầu Về góc độ quản lý khai thác, khi đưa vào khai thác đến thời gian nhất điịnh cần phải tiến hành kiểm tra lại

độ nhám mặt đường xem có đáp ứng được yêu cần về an toàn che xe chạy không,

có cần phải cải thiện tăng nhám mặt đường không?

- Sức kháng trượt của mặt đường: Là yếu tố thể hiện cụ thể hóa độ nhám của mặt đường liên quan đến vận hành của xe, nó được xác định với một loại lốp xe nhất điịnh và với các tốc độ xe chạy khác nhau

- Thuộc tính liên quan đến nhám của vật liệu: Những thuộc tính này có liên quan đến độ nhám của mặt đường sử dụng loại vật liệu nào làm mặt đường Độ xù xì của bề mặt vật liệu quyết định độ nhám vi mô, thành phần hạt cốt liệu sẽ quyết định độ nhám vĩ mô

Các phương pháp thí nghiệm xác định độ nhám và sức kháng trượt của mặt đường ôtô được chia thành 3 nhóm:

- Nhóm thiết bị thí nghiệm đánh giá thuộc tính của cốt liệu

- Nhóm thiết bị thí nghiệm xác định độ nhám bề mặt đường

- Nhóm thiết bị xác định sức kháng trượt khi xe chạy trên đường

Sau đây sẽ nghiên cứu, xem xét cụ thể từng nhóm và phương pháp xác định

1.4.1 Thí nghiệm đánh giá thuộc tính của cốt liệu.

1.4.1.1.Thí nghiệm đánh bóng mặt đá PSV (Polish Stone Value Test, ASTM

D3319).

- Mục đích: Đây là phương pháp cơ bản nhằm xác định thuộc tính bề mặt của cốt liệu dưới tác động của bánh xe chạy trên đường Phương pháp này mô phỏng tác động mài bóng (mòn) cốt liệu thô (đá dăm) của mặt đường bê tông nhựa do ảnh hưởng của bánh xe phương tiện giao thông chạy trên đường trong thời gian khai thác

- Thiết bị: Thiết bị PSV gồm 2 bánh xe tiếp xúc với nhau, bánh xe thứ nhất hình trụ, được gọi là bánh xe đường Chiều rộng của bánh xe 44,45mm, đường kính trong 406,4mm, 14 mẫu gắn các hạt cốt liệu được xếp dọc theo chu vi và tạo thành một mặt phẳng liên tục Mẫu gắn các hạt cốt liệu phải có kích thước là 88,9x44,45x16mm và có bề mặt cong Cốt liệu để gắn phải có kích thước vượt qua sàng 12,7mm và sót lại trên sáng 9,5mm Khi thí nghiệm, bánh xe đường được quay với vận tốc V = 320 ± 5v/phút

Bánh xe thứ 2 nhằm mô phỏng bánh xe ôtô khi chạy trên đường Đó là một bánh xe cao su bơm hơi, đường kính 203,3mm, bề rộng 50,8mm Lốp xe phải được bơm căng tới áp suất 310,26 ± 13,79 Kpa và tỳ lên mặt các cốt liệu lắp trên bánh xe đường với

áp lực 391,44 ± 4,45N trong quá trình thí nghiệm

- Thí nghiệm: Nhiệt độ thí nghiệm là 20 ± 50C cho bánh xe đường quay với vận tốc

V = 320 ± 5 v/phút Trong khi thí nghiệm phải cung cấp chất mài mòn cacbuasilicon cỡ hạt 150 với tốc độ 6 ± 2 g/phút và phải tưới nước với tốc độ 50 –

70 ml/phút Chất mài mòn và nước phải được cung cấp liên tục và phải phân bố đều trên bề rộng của mẫu và phải được rải trực tiếp trên bánh xe đường ở phía trước điểm tiếp xúc với bánh lốp cao su

Trong quá trình thí nghiệm, bánh xe lốp cao su sẽ tỳ vào bánh xe đường và làm cho cốt liệu gắn trên đó bị mòn bóng Cho cốt liệu chịu tác động mòn liên tục 3 giờ ± 1

- Xác định giá trị PSV: Sau khi rửa sạch mẫu, gắn các khuôn mẫu vào bàn giá, dùng thiết bị con lắc Anh đo trên mẫu để xác định sức kháng trượt của bề mặt cốt liệu.Giá trị độ kháng bóng PSV của cốt liệu là trị số trung bình đo theo con lắc Anh của mẫu thử.

Lưu ý: Con lắc Anh nhằm xác định sức kháng trượt của mẫu có các thông số khác với con lắc Anh nhằm xác định sức kháng trượt của mặt đường cụ thể như trong bảng 1.10 như sau:

Các thông số của con

lắc Anh

Xác định sức kháng trượt của mẫu (PSV)

Xác đinh sức kháng trượt của mặt đường

(SRT)

Chiều dài tiếp xúc của

đế cao su với mẫu/mặt

đường

Kích thước của tấm

Bảng 1.10 Sức kháng trượt theo con lắc Anh

1.4.1.2 Thí nghiệm độ mài mòn Los – Angeles (chỉ số LA)

Mục đích: Phương pháp này nhằm đánh giá một cách gián tiếp thuộc tính bề mặt của cốt liệu dưới tác động của bánh xe chạy trên đường Thông thường giữa giá trị PSV

và LA có một quan hệ tỷ lệ

Thí nghiệm này nhằm xác định lượng các hạt có đường kính d ± 1,6mm sinh ra khi vật liệu bị va đập của các viên bi tiêu chuẩn trong thùng quay Các viên bi có đường kính 47 ± 1mm, trọng lượng 420 -:- 445g bằng thép CT3 Vật liệu được cho vào thùng quay và quay với vận tốc n = 30 -:- 33 v/phút

m là lượng các hạt có d ≤ 1,6mm sinh ra sau khi làm thí nghiệm,Thì trị số mài mòn Los – Angeles là:

LA =

M m

(%)