Nghiên cứu, đề xuất giải pháp nâng cao độ nhám mặt đường thuộc QL2 từ Km39 ÷ Km52, tỉnh Vĩnh Phúc”

Để xác định và đánh giá độ nhám mặt đường và các nhân tố ảnh hưởng đến độ nhám, nhiều phương phầp thí nghiệm và thiết bị đã được đề xuất, có thế nêumột số phương pháp thí nghiệm tiêu biể

Sau một thời gian dài nghiên cứu tài liệu, khảo sát thực tế và tiến hành thínghiệm xác định độ nhám mặt đường của tuyến đường nghiên cứu, luận văn

thạc sĩ với đề tài “Nghiên cứu, đề xuất giải pháp nâng cao độ nhám mặt

đường thuộc QL2 từ Km39 ÷ Km52, tỉnh Vĩnh Phúc” đã được hoàn thành.

Để hoàn thành luận văn này, học viên đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡcủa các thầy giáo hướng dẫn, các nhà khoa học, các bạn đồng nghiệp và các cơquan liên quan

Lời đầu tiên học viên xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáoPGS.TS Lã Văn Chăm là người trực tiếp hướng dẫn, đưa ra lộ trình thực hiện,đóng góp nhiều ý kiến quý báu, và sửa chữa từng câu chữ để luận văn đượchoàn thành

Học viên xin chân thành cảm ơn toàn thể các thầy cô trong bộ môn Đường

bộ và khoa Công trình - Trường Đại học Giao thông Vận tải đã tận tình hướngdẫn, truyền đạt kiến thức trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn.Học viên xin chân thành cảm ơn Phòng thử nghiệm công trình Trường Đạihọc Giao thông vận tải Hà Nội, cùng các đồng nghiệp đã giúp đỡ, tạo điềukiện trong quá trình học tập, nghiên cứu hoàn thành luận văn

Tuy nhiên, vì thời gian có hạn và sự hạn chế về kiến thức nên luận vănkhông tránh khỏi những sai sót Rất mong được sự góp ý của quý thầy cô để họcviên có thếm kiến thức và kinh nghiệm trong thời gian công tác sau này

Học viên xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng 5 năm 2015

Học viên thực hiện

Vũ Hoàng Mạnh

PHẦN MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘ NHÁM MẶT ĐƯỜNG, YÊU CẦU CHUNG VỀ ĐỘ NHÁM MẶT ĐƯỜNG 8

1.1 Độ nhám mặt đường và vai trò độ nhám trong an toàn giao thông đường bộ 8

1.1.1 Độ nhám mặt đường 8

1.1.2 Vai trò của độ nhám trong an toàn giao thông đường bộ 9

1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám: 13

1.2.1 Các nhân tố ảnh hưởng đến độ nhám vĩ mô: 13

1.2.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến độ nhám vi mô: 14

1.2.3 Trong quá trình thi công 15

1.2.4 Trong quá trình khai thác 15

1.3 Ảnh hưởng của độ nhám tới cự ly hãm xe: 16

1.3.1 Hệ số bám: 16

1.3.2 Sự hãm xe 17

1.4 Các phương pháp chung xác định độ nhám mặt đường: 18

1.4.1 Thí nghiệm đánh giá thuộc tính cốt liệu: 18

1.4.2 Các thí nghiệm đánh giá độ nhám mặt đường 20

1.5 Chỉ tiêu đánh giá chất lượng mặt đường thông qua chỉ số sửc kháng trượt quốc tế IFI 31

1.5.1 Quy định chung 31

1.5.2 Phương trình cơ bản của chỉ số IFI: 32

+ S là tốc độ trượt khi thí nghiệm 33

1.5.3 Ứng dụng của IFI trong quản lý chất lượng mặt đường 34

1.5.4 Các thiết bị đo IFI 35

1.5.5 Trình tự tiến hành đo IFI 35

CHƯƠNG 2 XÁC ĐỊNH ĐỘ NHÁM CỦA MẶT ĐƯỜNG ĐO BẰNG PHƯƠNG PHÁP RẮC CÁT, HIỆN TRẠNG ĐỘ NHÁM CỦA MẶT ĐƯỜNG TRÊN TUYẾN QUỐC LỘ 2 ĐOẠN TỪ KM39 ÷ KM52, TỈNH VĨNH PHÚC 37

2.2 Thuật ngữ và định nghĩa 37

2.3 Tóm tắt thử nghiệm 37

2.4 Thiết bị, dụng cụ 37

2.5 Mật độ thử nghiệm 39

2.6 Cách tiến hành thử nghiệm 39

2.7 Biểu thị kết quả 40

2.8 Tiêu chí đánh giá độ nhám 41

2.8.1 Tiêu chuẩn kiểm tra nghiệm thu độ nhám đối với mặt đường làm mới: 41

2.8.2 Tiêu chuẩn đánh giá độ nhám mặt đường đang khai thác: 41

2.9 Giới thiệu chung về tuyến đường 42

2.10 Phân tích đánh giá thực trạng tuyến đường 43

2.11 Kết quả đo đạc độ nhám tại hiện trường 45

2.12 Nhận xét và đánh giá kết quả 51

CHƯƠNG 3 MỘT SỐ GIẢI PHÁP, CÔNG NGHỆ NÂNG CAO ĐỘ NHÁM MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA 52

3.1 Một số yêu cầu về lớp phủ tạo nhám 52

3.2 Một số giải pháp tăng cường độ nhám mặt đường bê tông nhựa 53

3.2.1 Lớp phủ mỏng bê tông nhựa cấp phối hở dùng nhựa đặc biệt (Very Thin Ovelay) 53

3.2.2 Mặt đường tạo nhám Novachip: 55

3.2.3 Công nghệ cấy đá (Chipping) 59

3.2.4 Hỗn hợp cấp phối chặt có tỉ lệ hạt thô lớn 69

3.3 Đánh giá sự phù hợp cảu các công nghệ tạo nhám mặt đường đối với điều kiện Việt Nam: 70

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 74

TÀI LIỆU THAM KHẢO 78

Bảng 1.1 Tương quan giữa độ nhám vĩ mô 11

Bảng 1.2 Phân loại độ nhám theo bề mặt đường 12

Bảng 1.3 Các giá trị hệ số bám dọc  17

Bảng 1.4 Sức kháng trưọt theo con lắc Anh 20

Bảng 1.5 Hiệu chỉnh kết quả SRT về nhiệt độ chuẩn 20°c 24

Bảng 1.6: Giá trị H và SRT tối thiểu yêu cầu 25

Bảng 1.7 Giá trị hằng số a, b sử dụng để tính Sp 33

Bảng 2.1: Tiêu chí đánh giá độ nhám (chiều sâu cấu trúc vĩ mô trung bình) của mặt đường bằng phương pháp rắc cát 42

Bảng 3.1 Đường cong cấp phối chất liệu chuẩn 54

Bảng 3.2 Đường cong cấp phối cốt liệu yêu cầu 54

Bảng 3.3: Đường cong cấp phối cốt liệu yêu cầu 58

Bảng 3.4: Kích cỡ danh nghĩa đề nghị sử dụng cho công nghệ chipping 60

Bảng 3.5 Giá trị PSV tối thiểu cho các loại điều kiện đường 61

Bảng 3.6 Các loại độ nhớt của chất dính kết được đề nghị 62

Bảng 3.7a Kích cỡ hạt đá và tỷ lệ chất dính kết (lít/m2) 64

Bảng 3.7b Kích cỡ hạt đá và tỷ lệ chất dính kết (lít/m2) 65

Hình 3.4 Sơ đồ các loại cấy đá (chipping) trên mặt đường cũ 66

Bảng 3.8: Cấp phối chặt có tỉ lệ hạt thô lớn hơn được đề nghị 70

Hình 1.1: Sơ đồ biểụ diễn cấu trúc nhám mặt đường 8

Hình 1.2: Mặt đường ẩm ướt là mối hiểm họa của các lái xe khi di chuyển 9

Hình 1.3 Hiệu úng xua tan màng nước của độ nhám vi mô 9

Hình 1.4: Quá ừình xuất hiện hiệu ứng màng nước giữa lốp xe và mặt đường .10 Hình 1.5 Quan hệ sức kháng trượt của các loại bề mặt đường ô tô 12

Hình 1.6 Sơ đồ thí nghiệm "bánh đa - rắc cát" 21

Hình 1.7 Nguyên lý đo của thiết bị MTM 22

Hình 1.8 Thiết bị con lắc đo độ nhắm của Anh 24

Hình 1.9 : Rơ moóc kéo theo có bánh xe chuyến động lệch 29

Hình 1.10 Sơ đồ thí nghiệm lực trượt xiên góc lệch α 29

Hình 1.11 Biều đồ quan hệ giữa hệ số lực kháng trượt xiên và góc lệch a 30

Hình 1.12 Biểu đồ quản lý mặt đường 34

Hình 2.1 Hình bàn xoa 38

Hình 3.1: Lớp phủ mặt đường tạo nhám Novachip áp dụng ở Michigan-USA [Nguồn http://hallbrothers.com.vn] 56

Hình 3.2: Thi công Lớp phủ mặt đường tạo nhám Novachip áp dụng ở Dự án đường cao tốc TP HCM - Trung Lương [http://www.cauduongcang.com] 57

Hình 3.3: Thảm thí điểm lớp BTN tạo nhám Novachip ở đường Bắc Thăng Long - Nội Bài [http://www.cauduongcang.com] 57

Hình 3.5 Các giai đoạn thi công cấy đá (chipping) trên mặt đường mới 68

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Việt Nam trên con đường hội nhập với nền kinh tế các nước trong khu vực

và trên thế giới, vấn đề phát triển giao thông vận tải là yêu cầu cần thiết đối với

sự phát triển kinh tế xã hội Trong những năm gần đây, ngành giao thông vận tảiphát triển mạnh mẽ với những dự án lớn đã và đang được triển khai nhằm từngbước hoàn thiện hệ thống mạng lưới đường giao thông trong từng khu vực nóiriêng và trên toàn quốc nói chung

Tuy nhiên, hạ tầng giao thông số lượng phương tiện càng phát triển thì tainạn giao thông ngày càng gia tăng Những tai nạn giao thông đường bộ chủ yếu

do một số nguyên nhân như: ý thức người tham gia giao thông, hạ tầng giaothông và tổ chức giao thông chưa tốt, phương tiện giao thông chưa đảm bảo nổi bật là nguyên nhân do hạ tầng giao thông chưa được hoàn thiện, trong đómặt đường trơn trượt không đảm bảo độ nhám theo quy định, nhất là khi chạy xevới tốc độ cao trên mặt đường ẩm ướt

Sức chống trượt hay độ nhám của mặt đường là một trong những nhân tốquan trọng quyết định chất lượng khai thác của mặt đường bê tông nhựa và ảnhhưởng trực tiếp đến an toàn xe chạy, cấp kỹ thuật càng cao, lưu lượng xe tăngtrưởng lớn và vận tốc thiết kế xe chạy cao càng đòi hỏi mặt đường phải đủ độnhám để đảm bảo cho xe chạy được ổn định và an toàn, đặc biệt là trong tìnhtrạng nóng ẩm và mưa nhiều ở nước ta Một tổng kết nghiên cứu của nhiều nước

đã chỉ ra các điều kiện đường sá và môi trường đặc biệt là tình trạng đường xấu,

bị trơn trượt do hệ số bám của bánh xe xuống mặt đường quá thấp, độ nhám mặtđường không đảm bảo đã là nguyên nhân gây ra tới 20% số vụ tai nạn

Nhằm nâng cao khả năng chống trượt của mặt đường ô tô, các nhà nghiêncứu và công nghệ đường ô tô trên thế giới đã tiến hành nghiên cứu và đề xuấtcác giải pháp cải thiện đồng thời theo 2 hướng:

+ Về mặt thiết kế chế tạo ôtô chú ý nâng cao cải tiến chất lượng các hệ

thống phanh xe (như hệ thống phanh ABS: hạn chế sự trượt của bánh xe khi bị

phanh gấp), phanh tăng - bua qua phanh đĩa, làm tăng độ tin cậy của hệ thốngphanh Hệ thống lái cũng được cải tiến như hệ thống trợ lực dầu làm cho ngườilái điều khiển dễ dàng hơn trong điều kiện trơn trượt khi xe đang chạy bị phanhđột ngột Ngoài ra cũng có nhiều nhà nghiên cứu đã quan tâm nghiên cứu cảitiến lốp xe về kích thước, chủng loại vật liệu sử dụng và đặc biệt là vân lốp xenhằm tăng sức bám giữa bánh xe và mặt đường.

+ Về mặt thiết kế, xây dựng và khai thác đường ô tô tìm cách làm cho mặtđường có độ nhám cao, lâu mòn và tương đối ổn định cả trong khi mặt đường bị

ẩm ướt

Vì vậy, đối với mặt đường, bên cạnh các chỉ tiêu về cường độ, độ bằngphẳng thì độ nhám là một chỉ tiêu quan trọng của đường ôtô trong khai thácnhằm đảm bảo an toàn giao thông khi xe chạy với vận tốc thiết kế ngày càngcao, nhất là trên các đường ôtô cấp cao và đường cao tốc

Quốc lộ 2 (QL.2) là tuyến giao thông huyết mạch nối các tỉnh phía Bắc vớithủ đô Hà Nội với hàng nghìn lượt xe qua lại mỗi ngày trên tuyến đường này.Đoạn đi qua địa bàn tỉnh Vĩnh Phúc dài 39 km, đây là tuyến quan trọng, xuyênsuốt từ các tỉnh Hà Giang, Tuyên Quang chạy dọc theo chiều dài của tỉnh về HàNội và nối liền đến các tỉnh phía Nam Đặc biệt phía Nam QL.2 được nối thôngvới QL.18 nối từ sân bay quốc tế Nội Bài đi cảng Nước sâu Cái Lân (QuảngNinh) rất quan trọng cho việc vận tải hàng hóa của Vĩnh Phúc Vĩnh Phúc là tỉnhthuộc vùng Thủ đô Hà Nội, vành đai phát triển của trung tâm kinh tế trọng điểmMiền Bắc, được Thủ tướng Chính Phủ phê duyệt quyết định là một trong 8 tỉnhthuộc vùng kinh tế trọng điểm Bắc Bộ, là vùng lan tỏa của tam giác kinh tế: HàNội - Hải Phòng – Hạ Long, là cầu nối để phát triển, giao lưu kinh tế, văn hóavới các tỉnh trong vùng cũng như trong cả nước và quốc tế Phía Bắc QL.2 quacửa khẩu Thanh Thủy (Hà Giang) sang đất Trung Quốc rất thuận lợi cho việcthúc đẩy hợp tác kinh tế và giao lưu văn hóa với nước bạn Trung Quốc

Ảnh: Đài phun nước trục đường Kim Ngọc Ảnh: Nhà hát ngoài trời thành phố Vĩnh

Yên (nhìn từ QL2) (QL2 đoạn qua trung tâm tỉnh Vĩnh Phúc – Thành phố Vĩnh Yên)

Cấp đường và chất lượng:

+ Đoạn Km 13 - Km 30 dài 17km, Bn=30m, Bm=25m Đạt cấp I ĐB + Đoạn Km 30 - Km 39 dài 9km, Bn=30m, Bm=23+2 m Đạt cấp I ĐB + Đoạn Km 39 - Km 52 dài 13km, Bn=12m, Bm=11m Đạt cấp III ĐB.Tuy nhiên, thời gian qua, Quốc lộ 2 đoạn từ đoạn từ Km39 ÷ Km52, tỉnhVĩnh Phúc đang bị xuống cấp, một số đoạn mặt đường hiện nay đã xuất hiệnhiện tượng các vết rạn nứt chân chim, lún lõm cục bộ, mép mặt đường bê tôngnhựa bị nứt, lún cao su; một số đoạn khi trời mưa đã xuất hiện những phươngtiện tham gia giao thông bị trơn trượt trên đường, tiềm ẩn nhiều nguy cơ mất antoàn cho người tham gia giao thông Chính vì vậy, học viên lựa chọn đề tài

“Nghiên cứu, đề xuất giải pháp nâng cao độ nhám mặt đường thuộc QL2 từ Km39÷Km52, tỉnh Vĩnh Phúc” nhằm đề xuất các giải pháp xử lý, đảm bảo an

toàn cho các phương tiện tham gia giao thông trên đoạn tuyến nghiên cứu vàcũng là một yêu cầu hết sức cấp bách và cấp thiết

2 Tình hình nghiên cứu độ nhám mặt đường

+ Tình hình nghiên cứu độ nhám mặt đường ô tô trên thế giới

- Trên thế giới, nhất là ở các nước như Anh, Pháp, Mỹ, Nga, do hệ thốngđường cao tốc đã được xây dựng và phát triển từ những năm 50 nên đã có nhiều

tổ chức, cơ quan chú trọng nghiên cứu về độ nhám mặt đường Các kết quảnghiên cứu về độ nhám mặt đường được phản ánh trên các lĩnh vực sau

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

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

- Nghiên cứu các giải pháp thiết bị đánh giá nhám của mặt đường;

Để xây dựng mặt đường có độ nhám cao, có nhiều giải pháp đã đượcnghiên cứu, áp dụng và thu được kết quả khả quan, nhìn chung có thể phânthành các giải pháp khả thi sau:

- Giải pháp xây dựng lớp phủ mỏng bê tông nhựa hở dùng nhựa đặc biệt;

- Giải pháp xây dựng lớp bê tông nhựa cấp phối chặt, tỷ lệ hạt thô lớn;

- Giải pháp xây dựng lớp cấy đá chipping

- Giải pháp xây dựng lớp tạo nhám theo công nghệ Novachip

Để xác định và đánh giá độ nhám mặt đường và các nhân tố ảnh hưởng đến

độ nhám, nhiều phương phầp thí nghiệm và thiết bị đã được đề xuất, có thế nêumột số phương pháp thí nghiệm tiêu biểu sau:

- Phương pháp thí nghiệm xác định trị số mài nhẵn bề mặt đá PSV (PolisedStone Value) bằng con lắc xách tay kiểu Anh;

- Phương pháp xác định độ nhám mặt đường bằng xe đo chạy với tốc độcao (High Speed Texture Meter);

- Phương pháp xác định độ nhám mặt đường bằng thiết bị mini đẩy tay tốc

độ thấp (The TRL Mini Texture Meter);

- Phương pháp xác định liên tục sức kháng trưọt của mặt đường ẩm ướtbằnơ hệ số lực tác dụng xiên 1 bên bánh xe lệch SCRIM (Sideways - ForceCoefficen Routine Investigation Machine)

- Phương pháp xác định khoảng hãm bánh xe;

- Phương pháp con lắc xách tay kiểu Anh xác định thuộc tỉnh ma sát bề mặtcủa đường;

- Phương pháp rắc cát xác định độ nhám thô;

+ Tình hình nghiên cứu độ nhám mặt đường ô tô tại Việt Nam

- Những năm trước đây, hệ thống đường bộ ở Việt Nam còn thưa thớt và

lạc hậu, quản lý khai thác hầu hết là ở tốc độ thấp Vì vậy vấn đề độ nhám - sứckháng trượt của mặt đường chưa được chú trọng Nhìn chung, các nghiên cứu về

độ nhám - sức kháng trượt trong giai đoạn này chưa nhiều, chưa có một quytrình thiết kế, phương pháp tuyển chọn vật liệu nhằm mục đích tăng độ nhám -sức kháng trượt chưa được ban hành

- Những năm gần đây, Giao thông vận tải đã và đang phát triển mạnh mẽ,nhiều dự án lớn về xây dựng mới đường ô tô cấp cao, đường cao tốc đang và sẽxây dựng Lưu lượng xe và tốc độ xe chạy tăng lên, yêu cầu an toàn giao thôngcũng được quan tâm nhằm giảm thiểu tai nạn Vì vậy việc nghiên cứu triển khai

về lĩnh vực độ nhám - sức kháng trượt mặt đường được bộ GTVT chú trọng và

là một vấn đề thời sự của ngành đường ô tô nước ta Có thể kể đên một số kếtquả nghiên cứu về độ nhám - sức kháng trượt mặt đường ở nước ta như:

* Về nghiên cứu thử nghiệm

- Năm 1994, Công nghệ ESSO xây dựng lớp tạo nhám mặt đường ô tô bănglớp phủ mỏng bê tông nhựa cấp phối gián đoạn (VTO) và cấp phối hở (PEM)dùng nhựa cải thiện trên 2 đoạn thí điểm, mỗi đoạn 500m trên đường Bắc ThăngLong - Nội Bài

- Năm 2000, Công nghệ của SHELL xây dựng lớp tạo nhám mặt đường ô

tô bằng lớp phủ mỏng bê tông nhựa cải thiện một đoạn thí điểm dài lOOOm,trên đường Pháp Vân - cầu Giẽ

- Năm 2008 - 2009, Công nghệ NOVACHIP xây dựng lớp tạo nhám mặtđường ô tô bằng lớp phủ mỏng bê tông nhựa cải thiện một đoạn 1000m trênđường Bắc Thăng Long - Nội Bài Hiện nay, công nghệ NOVACHIP đã được sửdụng rộng rãi trên đường cao tốc Sài Gòn - Trung Lương

* Về tiêu chuẩn, quy trình công nghệ

- Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 8866-2011 Mặt đường ô tô - xác định độnhám mặt đường bằng phương pháp rắt cát - Thử nghiệm

- Ban hành quy trình công nghệ thi công và nghiệm thu lớp phủ mỏng bêtông nhựa có độ nhám cao 22TCN 345-06

- Ban hành quy định tạm thời về thi công và nghiệm thu lớp phủ siêu mỏngtạo nhám trên đường ô tô (quyết định số 3287/QĐ-BGTVT ngày 29/10/2008 của

Một yếu tố nữa là thời tiết khí hậu ở Việt Nam không giống với các nướcChâu Âu và Mỹ, nơi các công nghệ tạo nhám đã được phát triển Chính vì vậyviệc áp dụng các công nghệ tạo nhám này vào nước ta cũng cần phải xem xétsửa đổi cho phù hợp

Việc nghiên cứu về bản chất độ nhám, lựa chọn giải pháp công nghệ khảthi xây dựng lớp tạo nhám mặt đường và đề xuất nhập các thiết bị chuyên dùngphù hợp, lựa chọn các phương pháp đánh giá nhám và đề xuất nhập thiết bị làmột trong những nhiệm vụ quan trọng trong nghiên cứu độ nhám ở nước ta

3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

- Nghiên cứu về lý thuyết độ nhám của mặt đường, các phương pháp xácđịnh độ nhám và ảnh hưởng của nó đến điều kiện xe chạy trên đường và an toàngiao thông

- Đo đạc, phân tích và đánh giá độ nhám của mặt đường trên tuyến Quộc lộ

2 đoạn từ Km39 ÷ Km52, tỉnh Vĩnh Phúc

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

an toàn giao thông

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Các lý thuyết liên quan đến việc xác định độ nhám và độ nhám thực tế củamặt đường trên tuyến Quộc lộ 2 đoạn từ Km39 ÷ Km52, tỉnh Vĩnh Phúc

5 Phương pháp nghiên cứu

- 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 đườngtrên tuyến Quộc lộ 2 đoạn từ Km39 ÷ Km52, tỉnh Vĩnh Phúc để đưa ra nhữngnhận xét, đánh giá về mức độ an toàn khi chạy xe và đề xuất một số giải phápnâng cao độ nhám của mặt đường nhằm đảm bảo an toàn giao thông

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Việc nghiên cứu tổng quan về độ nhám, chỉ ra được sự cần thiết của việctạo nhám; các nhân tố ảnh hưởng đến độ nhám mặt đường hiện nay

- Chỉ ra các ưu, nhược điểm của một số phương pháp, công nghệ tạo nhámmặt đường hiện nay đang áp dụng ở Việt Nam

- Xác định và đánh giá độ nhám của tuyến đường nghiên cứu bằng phươngpháp rắc cát Từ đó đề xuất độ nhám phù hợp với yêu cầu của tuyến, để áp dụngtrong công tác duy tu, giữ cấp và đảm bảo an toàn giao thông cho tuyến đườngđang khai thác

7 Kết cấu luận văn.

Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, tài liệu tham khảo luận văn kếtcấu gồm 3 chương

Chương 1: Tổng quan về độ nhám mặt đường, yêu cầu chung về độ nhám mặt đường

Chương 2: Xác định độ nhám của mặt đường đo bằng phương pháp rắc cát, hiện trạng độ nhám của mặt đường trên trên tuyến Quốc lộ 2 đoạn từ Km39

÷ Km52, tỉnh Vĩnh Phúc

Chương 3: Một số giải pháp, công nghệ nâng cao độ nhám mặt đường bê tông nhựa

CHƯƠNG 1:

TỔNG QUAN VỀ ĐỘ NHÁM MẶT ĐƯỜNG, YÊU CẦU CHUNG VỀ ĐỘ NHÁM MẶT ĐƯỜNG 1.1 Độ nhám mặt đường và vai trò độ nhám trong an toàn giao thông đường bộ

1.1.1 Độ nhám mặt đường

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến độ bám củabánh xe vói mặt đường, về phương diện đường ô tô thì yếu tố chủ yếu và quantrọng nhất vẫn là độ nhám của mặt đường

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

Hình 1.1: Sơ đồ biểụ diễn cấu trúc nhám mặt đường

- Nhám vĩ mô (nhám thô - macrotexture) được định nghĩa là độ chênh giữa

bề mặt đường với mặt phẳng chuẩn với các kích thước đặc trưng của bước sóng

và biên độ thấp nhất từ 0,5mm đến mức độ mà độ chênh cao đó không ảnhhưởng đến tác động giữa lốp xe và mặt đường Có thể nói độ nhám vĩ mô là độnhám của toàn thể bề mặt đường và được hình thành bởi hình dáng, kích thướccủa các hạt cốt liệu lộ ra trên bề mặt đường

- Nhám vi mô (nhám mịn - microtexture) được định nghĩa là độ chênh cao

giữa bề mặt mặt đường so vói mặt phẳng chuẩn với các kích thước đặc trưng củabước sóng và biên độ nhỏ hơn 0,5mm Có thể nói độ nhám vi mô là độ xù xì của

bề mặt hạt cốt liệu lộ ra trên mặt đường và thường khó nhìn thấy

1.1.2 Vai trò của độ nhám trong an toàn giao thông đường bộ

1.1.2.1 Vai trò của nhám vi mô

- Khi mặt đường bị ẩm ướt thì đặc trưng độ nhám vĩ mô và vi mô bị ảnhhưởng, lúc đó nó ở trạng thái bất lợi nhất, giữa lốp xe và mặt đường lúc này tồntại một hiệu ứng màng nước làm giảm khả năng tiếp xúc giữa chúng

Hình 1.2: Mặt đường ẩm ướt là mối hiểm họa của các lái xe khi di chuyển

- Vai trò của độ nhám vi mô là xua tan hiệu ứng màng nước này, làm chonước xâm nhập vào đá khi lốp xe tiếp xúc với mặt đường, kết quả là tạo nên sựtiếp xúc khô giữa lốp xe và mặt đường

Hình 1.3 Hiệu úng xua tan màng nước của độ nhám vi mô

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 nhung nếu tốc độ xechạy tăng cao (V > 65 km/h) thì xuất hiện một hiệu úng màng nước tại vị trí tiếpxúc giữa lốp xe và mặt đường Lớp màng nước mỏng này sẽ tạo thành một cáinêm 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 độgiới hạn nào đó, sẽ mất hoàn toàn sự tiếp xúc của lốp xe và mặt đường Nhiềunghiên cứu của các đồng nghiệp ở nhiều nước đã ghi nhận là với các xe kháchchạy ở tốc độ gần tới 100 km/h thì nguy cơ hiệu ứng màng nước có thể xuất hiệnkhi bề dày lớp nước trên bề mặt đường vào khoảng 3mm

Hình 1.4: Quá ừình xuất hiện hiệu ứng màng nước giữa lốp xe và mặt đường 1.1.2.2 Vai trò của nhám vĩ mô

Vai trò của độ nhám vĩ mô lúc này là tạo ra các kênh thoát nước Do độ

nhám vi mô là không lớn, khi xe chạy với vận tốc cao, hiệu ứng màng nước lớnthì độ nhám vĩ mô đóng vai trò quyết định ảnh hưởng đến sức chống trượt củamặt đường Nhám vĩ mô giúp làm giảm áp lực nước ở trước và xung quanh lốp

xe, giúp cho một diện tích lớn lốp xe vẫn duy trì sự tiếp xúc ma sát với bề mặt

mặt đường Do đó nhám vĩ mô đóng vai trò kháng trượt có ý nghĩa quan trọngtrong trường hợp xe chạy vói tốc độ cao.

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 rắccát và phần trăm (%) độ giảm sức kháng trượt mặt đường được đo bằng hệ sốlực 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 thànhphần cấp phối khác nhau) Tương quan này được thể hiện ở bảng 1.1 sau

Bảng 1.1 Tương quan giữa độ nhám vĩ mô

Chiều sâu H (mm) Độ giảm BFC (%)

Qua các phân tích trên có thể rút ra kết luận là có hai thành phần chính tạonên 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 độcao, trong khi nhám vi mô tạo ra sức kháng trượt - là yếu tố cần thiết cho giaothông ở tốc độ thấp và giao thông ở tốc độ cao

1.1.2.3 Phân loại mặt đường theo độ nhám

Theo quan điểm về nhám (nhám vĩ mô và nhám vi mô), mặt đường có thểphân thành loại với các mô tả chi tiết ở bảng 1.2 dưới đây

Bảng 1.2 Phân loại độ nhám theo bề mặt đường

Phân loai bề măt Mức độ nhám bê mặt

B Ghồ ghề (Rough) Trơn nhẵn (Polished)

Các nghiên cứu thực nghiệm xác định sức kháng trượt của 4 loại mặt đường trên

đã được Viện Nghiên cứu Đường bộ và Giao thông của Anh (TRRL) tiến hànhthông qua hệ số hãm phanh của thiết bị đo hiện trường với lốp xe nhẵn và đượcthể hiện rõ ở hình sau:

Hình 1.5 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 thuộcvào độ nhám vi mô (nhám bề mặt), chính vì vậy với bề mặt A và B hệ số hãmphanh 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 loạiđường khai thác với tốc độ thấp cũng như loại đường khai thác với tốc độ cao vàđiều kiện thời tiết khô ráo cũng như ẩm ướt Khi xe chạy với tốc độ thấp, độnhám của mặt đường được thể hiện chủ yếu qua độ nhám vi mô, còn khi xe chạyvới tốc độ cao, mặt đường ẩm ướt thì độ nhám vĩ mô lại tỏ ra là yếu tố quantrọng cấu thành độ nhám mặt đường.

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

1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám:

1.2.1 Các nhân tố ảnh hưởng đến độ nhám vĩ mô:

1.2.1.1 Các nhân tố liên quan đến cốt liệu:

-Trong hỗn hợp bê tông nhựa thì cốt liệu lớn nhất nhô lên bề mặt đường lànơi mà lốp xe tiếp xúc nhiều nhất Vì thế mà nó đóng góp phần lớn vào sứckháng trượt của bề mặt mặt đường qua cả nhám vĩ mô và vi mô Nhám vĩ mô đạtđược nhờ việc thiết kế tối ưu hàm lượng nhựa và phụ thuộc trực tiếp vào cấpphối, góc cạnh và hình khối của cốt liệu Việc dùng một tỉ lệ lớn các cốt liệu thôtrong hỗn hợp sẽ cho kết quả là một diện tích lớn các cốt liệu thô được nổi lênmặt đường và do đó sẽ có độ nhám vĩ mô cao

Tính chịu mài mòn của cốt liệu: Độ bền của nhám vĩ mô phụ thuộc chủ yếuvào tính chịu bào mòn của cốt liệu, cốt liệu có sức chịu bào mòn kém sẽ nhanhchóng bị mất đi độ nhám vĩ mô dưới tác động của bánh xe và của thòi tiết.Người ta sử dụng thí nghiệm độ bào mòn Los Angeles để xác định tính chịu màimòn của cốt liệu

-Hình khối, góc cạnh của cốt liệu: Để cho các hạt cốt liệu nhô lên bề mặtđường không bị gãy vụn, đảm bảo độ nhám vĩ mô và cường độ của lớp tạo nhámthì các hạt cốt liệu phải có dạng hình khối, không nên có nhiều hạt dẹt

-Thành phần hồn hợp cốt liệu: Việc tăng độ nhám vĩ mô được thực hiệnthông qua việc lựa chọn thành phần cấp phối nằm trong đường bao chuẩn quy

định, nhằm tăng giá trị chiều sâu trung bình rắc cát H (m) của bề mặt đường saukhi rải, hay nói cách khác để đảm bảo độ rỗng dư lớn (từ 12% đến 23%) so vớilớp phủ bế tông nhựa thông thường (độ rỗng dư khoảng từ 4% đến 6%).

Quan hệ giữa giá trị độ nhám vĩ mô thông qua trị số chiều sâu trung bìnhcát H(mm) và tốc độ an toàn chạy xe được thể hiện trong quy trình thí nghiệmxác định độ nhám mặt đường bằng phương pháp rác cát TCVN 8866-2011

1.2.1.2 Hàm lượng nhựa trong hỗn hợp và hệ số đầm nén.

Khi sử dụng hàm lượng nhựa quá nhiều hoặc đầm nén quá chặt sẽ dễ dẫnđến giảm diện tích nổi lên mặt đường của các cốt liệu thô, hay giảm độ rỗng dưdẫn tới làm giảm sức kháng trượt của mặt đường Bên cạnh đó, tính chất vật lýcủa bản thân loại nhựa cũng ảnh hưởng đáng kể đến độ nhám vĩ mô Neu nhựađường không có khả năng ổn định nhiệt cao sẽ dễ bị chảy nhựa vào mùa nónggây hư hỏng lớp mặt tạo nhám, giảm diện tích cốt liệu thô

1.2.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến độ nhám vi mô:

Khi có độ nhám vĩ mô tốt thì sức kháng trượt của bề mặt đường phụ thuộcchủ yếu vào độ nhám vi mô Từ bản chất của độ nhám vi mô là độ xù xì của bềmặt cốt liệu Do đó các chỉ tiêu đánh giá độ nhám vi mô là:

1.2.2.1. Chỉ số độ mài bóng cốt liệu đá - PSV (British Polish Stone Value Test,

Đối với cát, độ bền của nhám vi mô chủ yếu phụ thuộc vào hàm lượngthạch anh và silic Hàm lượng thạch anh, silic và các thành phần hạt cứng khôngtan trong axít càng cao thì độ nhám vi mô càng tốt và bền Thành phần chất

không tan trong axít được xác định bằng thí nghiệm ASTM D3042.

1.2.2.2. Chất lượng của cốt liệu:

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

1.2.3 Trong quá trình thi công

+ Mức độ phân tầng của hỗn hợp

Hỗn hợp BTN không đồng đều do thời gian trộn quá ngắn, do vận chuyển,san rải không đảm bảo sẽ làm cho mặt đường BTN sau này không đồng đều.Những vị trí có hàm lượng nhựa và bột khoáng cao sẽ sinh trơn trượt khi bị ẩmướt

Ngoài ra, do nhiều lớp tạo nhám mặt đường có chiều dày rất nhỏ, lại sửdụng nhựa đường polyme cải thiện dẫn tới nhiệt độ của chúng giảm rất nhanh,

do đó quá trình lu lèn phải làm nhanh và chính xác để tránh nhiệt độ xuống quáthấp, lu lèn sẽ không đảm bảo yêu cầu kĩ thuật

1.2.4 Trong quá trình khai thác.

+ Lưu lượng xe chạy

Với đoạn đường có lưu lượng xe lớn tron2 khoảng thời gian dài thì độ

nhám mặt đường sẽ bị ảnh hưởng xấu do tác động bào mòn của lốp xe Ngoài ra,lưu lượng xe lớn cũng ảnh hưởng tới khả năng bong bật cốt liệu, nứt, lún, lànsóng ảnh hưởng đến độ bền của mặt đường,và từ đó ảnh hưởng đến độ nhámmặt đường

+ Thành phần dòng xe

Dòng xe có thành phần càng nhiều xe nặng, áp lực lên mặt đường cũng nhưtác động bào mòn mặt đường càng lớn dẫn tới độ nhám mặt đường giảm

+ Tính chất của đoạn đường (lực ngang nhỏ hay lớn)

Xét riêng đến xe chạy trên đường thì hiện tượng trơn trượt là do lực ngang,

do đó trên các đoạn đường có lực ngang lớn, khả năng xảy ra tai nạn do trơntrượt tăng lên Các hiện tượng trơn trượt của lốp xe này cũng sẽ làm hiện tượngbào mòn mặt đường tăng lên đáng kể dẫn tới độ nhám mặt đường giảm

+ Tốc độ xe chạy

Xe chạy với tốc độ càng lớn, sự tiếp xúc của lốp xe với mặt đường càngnhỏ dẫn tới dễ gây trơn trượt, đặc biệt là khi trên mặt đường có một lớp nước tạothành “nêm nước “ ngăn cách lốp xe và mặt đường

+ Các yếu tố khí hậu, thời tiết:

Khí hậu là một yếu tố rất quan trọng ảnh hưởng đến sức chống trượt củamặt đường, khi khí hậu ẩm ướt dễ xảy ra hiện tượng trơn trượt, khi nhiệt độ cao

dễ gây chảy nhựa đường gây hư hỏng mặt đường, giảm độ nhám Ngoài ra ởnhiều nước khi có thiên tai độ nhám của mặt đường cũng bị ảnh hưởng nặng nề

1.3 Ảnh hưởng của độ nhám tới cự ly hãm xe:

Trong khai thác đường, hệ số bám đóng vai trò hết sức quan trọng, (p giảmđến một giá trị nào đó thì chuyển động của ô tô trên đường sẽ trở nên nguy hiểm(như: trượt, lật, không điều khiển được xe, tăng chiều dài hãm xe), hoặc bánh xequay tại chỗ

Có 3 loại hệ số sức bám

: Hệ số bám, khi xe chuyển động trong mặt phẳng lăn không có lực

ngang, không có trượt hay quay tại chỗ.

1: Hệ số bám dọc, khi xe chuyển động trong mặt phang lăn không có lựcngang, nhưng có trượt hay quay tại chỗ

2: Hệ số bám ngang, khi xe chuyển động xiên góc với mặt phang lăn, bánh

xe vừa quay vừa trượt ngang về một bên

* Hệ Số bám phụ thuộc vào nhiều yếu tố

- Mức độ ẩm, bẩn của mặt đường

- Độ nhám của mặt đường

- Độ bằng phẳng của mặt đường

- Vật liệu mặt đường

- Độ cứng, áp lực hơi, độ mòn của lốp xe

- Diện tích vệt tiếp xúc của lốp xe và mặt đường

- Tải trọng trên bánh xe

- Tốc độ xe chạy

Trong điều kiện lốp xe trung bình, vận tốc chạy xe trung bình thì có thểtham khảo các giá trị của (p như sau:

Bảng 1.3 Các giá trị hệ số bám dọc 

Tình trạng mặt đường Điêu kiện xe chạy Hệ số bám

Khi hãm phanh trên các bánh xe, má phanh tác dụng vào vành xe sinh ra

mô men hãm Mh và mô men này sinh ra lực hãm phanh ph

Lực hãm phanh Ph chỉ có tác dụng khi có đủ sức bám giữa lốp xe với mặt

đường, nếu không thì xe vẫn trượt trên mặt đường mặc dù bánh xe không quaynữa Vì vậy lực hãm có ích lớn nhầ Tmax chỉ có thể bằng lực bám lớn nhất, nghĩalà:

Ph = Tmax = .GhTrong đó:

 - Hệ số bám

Gh - Trọng lượng hãm, vì tất cả các bánh xe đều bố trí bộ phận hãmphanh nên trọng lượng hãm cũng bằng trọng lượng toàn bộ G của xe

Trong trường hợp khi trị số dốc dọc của đường lớn hơn 4% thì chiều dàihãm phanh tăng lên đáng kể

Ph = Pmax+Pi = (.Gh±i.G=G ((±i)Với i: độ dốc dọc của đường

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

Các phương pháp thí nghiệm xác định độ nhám và sức kháng trượt của mặtđường 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 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 mặtcủa cốt liệu dưới tác động của bánh xe chạy trên đường Phương pháp này môphỏng tác động mài bóng (mòn) cốt liệu thô (đá dăm) của mặt đường bê tôngnhựa do ảnh hưởng của bánh xe mà phương tiện giao thông chạy trên đườngtrong thời gian khai thác

Thiết bị: Thiết bị PSV gồm 2 bánh xe tiếp xúc với nhau, bánh xe thứ nhấthình 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 vàtạo thành một mặt phẳng liên tục Mầu gắn các hạt cốt liệu phải có kích thước là88,9x44,45x16mm và có bề mặt cong, cốt liệu để gắn phải có kích thước vượtqua sàng 12,7mm và sót lại trên sáng 9,5mm Khi thí nghiệm, bánh xe đườngđược quay với vận tốc V = 320 ± 5v/phút.

Bánh xe thứ 2 nhằm mô phỏng bánh xe ôtô khi chạy trên đường Đó là mộtbánh xe cao su bơm hơi, đường kính 203,3mm, bề rộng 50,8mm Lốp xe phảiđược bơm căng tới áp suất 310,26 ± 13,79 Kpa và tỳ lên mặt các cốt liệu lắp trênbánh xe đường với áp lực 391,44 ± 4,45N trong quá trình thí nghiệm

Thí nghiệm: Nhiệt độ thí nghiệm là 20 ± 50°c cho bánh xe đường quay vớivận tốc V = 320 ± 5 v/phút Trong khi thí nghiệm phải cung cấp chất mài mòncacbuasilicon 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 ởphía 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 vàlàm cho cốt liệu gắn trên đó bị mòn bóng Cho cốt liệu chịu tác động mòn liêntục 3 giờ ± 1 phút sau đó lấy mẫu ra khỏi bánh xe đường và rửa sạch

Xác định giá trị PSV: Sau khi rửa sạch mẫu, gắn các khuôn mẫu vào bàngiá, dùng thiết bị con lắc Anh đo trên mẫu để xác định sức kháng trượt của bềmặt cốt liệu

Giá trị độ kháng bóng PSV của cốt liệu là trị số trung bình đo theo con lắcAnh 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 thểnhư trong bảng 1.4 như sau:

Bảng 1.4 Sức kháng trưọt theo con lắc Anh

Các thông số của con lắc Anh Xác định sức kháng

trượt của mẫu (PSV)

Xác định sức kháng trượtcủa mặt đường (SRT)Chiều dài tiếp xúc của đế cao

su với mẫu/mặt đường 76,2 ± 1,6 mm 125 -127 mm

Kích thước của tấm trượt 6,35x25,4x31,8 mm 6,35x25,4x76,2 mm

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 thườnggiữa giá trị PSV và LA có một quan hệ tỷ lệ

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

Gọi: M là khối lượng vật liệulàm thí nghiệm,

m là lượng các hạt có d < l,6mm sinh ra sau khi làm thí nghiệm,Thì trị số mài mòn Los - Angeles là: LA m (%)

M



1.4.2 Các thí nghiệm đánh giá độ nhám mặt đường

1.4.2.1 Phương pháp đánh giá nhám vĩ mô.

Là phương pháp mà kết quả của nó thể hiện đặc tính nhám vĩ mô của

V: Thể tích cát (cm3)d: Đường kính trung bình vòng tròn "bánh đa - rắc cát" (cm)

Ưu điểm: Đơn giản, thiết bị không phức tạp.

Nhược điểm: Năng suất thấp Kết quả phụ thuộc vào thao tác của người thí

nghiệm Khó làm đối mặt với đường ít nhám

Phương pháp này còn gọi là phương pháp "rắc cát", sơ đồ thí nghiệm như hình1.6 dưới đây:

Hình 1.6 Sơ đồ thí nghiệm "bánh đa - rắc cát"

* Thiết bị MTM (Mini Texture Meter) đo "chiều sâu" cấu trúc bề mặt

Thiết bị MTM là thiết bị đo liên tục giá trị “chiều sâu” cấu trúc mặt đườngtrên cơ sở công nghệ Lazer nhằm khắc phục được những hạn chế của phươngpháp “rắc cát”

Nguyên lý đo: Chùm tia laser màu đỏ được phóng ra trên mặt đường và sựphản hồi của các tia được thu nhận bởi các đi-ốt nhạy cảm, trên cơ sở đó xác

định được khoảng cách từ bộ nhạy đến mặt đường và “chiều sâu” lớp mặt đườngđược tính toán từ hàng loạt các lượt đo như vậy.

Hình 1.7 Nguyên lý đo của thiết bị MTM

Máy MTM được vận hành bằng tay bởi một thiết bị mini với tần số laserkhoảng 500Hz được kiểm tra bởi một máy tính nhỏ và máy tính này cho ta cấutrúc trung bình của mỗi l0m di chuyển cùng với giá trị trung bình toàn bộ chotừng 50m đã hoàn thiện

Độ chính xác của MTM là tốt hơn đáng kể so với thí nghiệm “rắc cát” Honnữa MTM có dải rộng hơn thí nghiệm rắc cát Nó dễ dàng hơn để sử dụng vàcung cấp việc đi liên tục theo chiều sâu của cấu trúc

* Thiết bị đi cấu trúc tốc độ cao HSTM (High - Speed Texture Meter)

Thiết bị đo cấu trúc bề mặt tốc độ cao, đã được phát triển cho phép ngưòi

kỹ sư kiểm tra chiều sâu cấu trúc bề mặt của mạng lưới đườmg rộng lớn, điềunày không thể sử dụng phương pháp rắc cát truyền thống

Nguyên lý đo cấu trúc nhám vĩ mô bề mặt đường cũng tương tự như thiết bịMTM, nhưng tốc độ đo thì cao hon hẳn

Bộ nhạy không tiếp xúc đã được đặt trên một xe rơ - mooc, đo liên tụckhoảng cách từ bộ nhạy đến mặt đường khi nó được kéo theo dọc đường Mộtmáy tính nhỏ đặt trong xe kéo sẽ tính toán chiều sâu trung bình cho mỗi vệt xe

đi qua và lưu trữ số liệu đo trên băng từ

Kết quả đo được gọi là chiều sâu kết cấu và là giá trị trung bình trên mỗiđoạn liên tục, vì vậy giá trị đo được bằng thiết bị này thường nhỉnh hơn giá trịcủa phương pháp rác cát.

Thiết bị hoạt động với tốc độ tới 80km/h Nó có thể thí nghiệm với tốc độđến 150km/h Toán tử ghi thông tin với dạng mã trên băng dữ liệu để làm cho dễnhận ra vị trí thử và các nét đặc biệt khác, như các ngã ba, các đoạn cong hoặccác lần máy tính phân tích dữ liệu sẽ cho phép người kỹ sư sử dụng

thông tin theo các cách khác nhau Độ chính xác của thiết bị đo chiều sâu cấutrúc tốc độ cao đã được khẳng định Báo cáo đã đưa ra “trường hợp xấu nhất” đểđánh giá các phép đo sử dụng phương pháp tiêu chuẩn được dựa trên cơ sở dữliệu đã thu được từ việc quyết định bởi người hoạt động thiếu kinh nghiệm thựchiện trong các điều kiện thời tiết không thuận lợi

Các phép thử chính xác hơn cần thực hiện thếm trong điều kiện thời tiếtbình thường, yêu cầu nhân viên thí nghiệm có nhiều kinh nghiệm

Tương quan thực nghiệm giữa phương pháp đo cấu trúc bề mặt tốc độ caoSMTD và chiều sâu trung bình cát H (mm) trong phương pháp rắc cát đã đượcthiết lập cho mặt đường bê tông nhựa, được thể hiện ở phương trình sau:

SMTD = 0,41H + 0,41 H = 2,42 SMTD - 0,98H: Chiều sâu trung bình cát từ 1,00 đến 2,00mm

1.4.2.2 Phương pháp đánh giá nhám vi mô.

Là phương pháp mà kết quả của nó thể hiện vai trò của độ nhám vi mônhiều hơn

* Phương pháp xác định sức kháng trượt bằng thiết bị con lắc Anh.

Cấu tạo của thiết bị con lắc Anh bao gồm: một con lắc có trọng lượng p =

1500 ± 30g, mặt dưới có gắn 1 tấm trượt bằng cao su tiêu chuẩn (kích thước6,35x25,4x76,2 mm) rơi từ độ cao xác định H = 411 ± 5mm và trượt trên bề mặtđường ẩm ướt với chiều dài trượt không đổi L = 125 + 2mm, sau đó con lắc sẽvăng lên tới độ cao h Tùy thuộc vào tình trạng xù xì (nhám) bề mặt khác nhau,tổn thất năng lượng của con lắc cũng khác nhau dẫn đến chiều cao văng lên h

thay đổi Giá trị h càng nhỏ thì mặt đường càng nhám Một chiếc kim đo kéotheo nhằm xác định chiều cao văng h của con lắc được thiết kế thông qua bảngchia độ số đọc của kim đo trên bảng chia độ được ký hiệu là chỉ số SRT (SkidResistance Tester) Trị số SRT càng lớn thì mặt đường càng nhám.

Hình 1.8 Thiết bị con lắc đo độ nhắm của Anh

Thí nghiệm đo sức kháng trượt được thực hiện trên đường tại vùng vệtbánh xe, theo hướng xe chạy Mặt đường tại vị trí thí nghiệm được tưới nướccho ẩm ướt Trên mỗi điểm do, phải tiến hành đo nhiệt độ mặt đường (tại vị trí

đồ nước) bằng nhiệt kế và hiệu chỉnh số liệu đo về nhiệt độ chuẩn 20°c Trị sốtrung bình 5 số đọc tại 5 vị trí khác nhau từ 5 tới l0m dọc theo vệt bánh xe đangthí nghiệm được lấy như một giá trị đại diện của sức chống trượt của bề mặtđường tại đoạn đó

Bảng 1.5 Hiệu chỉnh kết quả SRT về nhiệt độ chuẩn 20°c

Nhiệt độ thí nghiệm °c Giá trị hiệu chỉnh

xách tay (SRT) nhỏ nhất tương ứng với các loại hình đường ở bảng 1.6

Bảng 1.6: Giá trị H và SRT tối thiểu yêu cầu

Loại đường Các vị trí đặc trựng

Chiều sâu rắccát nhỏ nhất Hmm

Sức khángtrượt nhỏnhất SRT

Sức khángtrượt nhỏnhất SRT

4 Gân đèn tín hiệu giao thông trong đường không hạn chế tốc độ

B

(V > 90km/h)

Xa lộ, đường câp 1 và đường giao thông lớn trong khu vực thành phố (Lưu lượng xe > 2.000xe/ngày đêm)

Ưu, nhược điểm:

+ Phương pháp đo đơn giản, thiết bị không phức tạp, có thể tiến hành thínghiệm cả ở những vị trí chật hẹp, không thuận tiện

+ Năng suất đo thấp, thời gian thí nghiệm lâu, khi thí nghiệm cần phải cấm

xe chạy

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

Khi xe ôtô hãm phanh sẽ xuất hiện hiện tượng trượt của bánh xe trên mặtđường Đó là một quá trình vật lý phức tạp Người ta thường sử dụng hệ số sứccản ma sát giữa lốp xe và mặt đường để đặc trưng cho khả năng chống trơn trượtcủa mặt đường Tức là:*

+ Phương pháp hãm bánh xe ro moóc kéo theo

+ Phương pháp xác định sức kháng trượt bằng thiết bị đo trượt định trước

+ Phương pháp xác định sức kháng trượt bằng thiết bị đo lực xiên

* Phương pháp đo cự ly hãm xe:

Một xe ô tô đo chuẩn, có hệ thống phanh đảm bảo phanh được cả 4 bánh vàduy trì lực phanh trong thời gian thí nghiệm, 4 bánh xe đo có lốp chuẩn, áp lựclốp xe không đổi và không được vượt quá qui định Có đồng hồ xác định tốc độ

xe chạy và có bộ phận xác định được khoảng cách hãm xe

Mặt đường tại đoạn cần thí nghiệm phải bằng phẳng, thẳng, sạch và tướiướt Khi bánh xe bị phanh hãm hoàn toàn, tiến hành đo xác định tốc độ ban đầu

Vi và tốc độ cuối v2 tại hai thời điểm bánh xe trượt dọc trên đường, đo xác địnhchiều dài hãm phanh s Áp dụng nguyên lý bảo toàn công sẽ xác định được hệ sốsức cản ma sát như sau:

F f



Ưu, nhược điểm:

+ Đơn giản, dễ thực hiện và phản ánh đúng bản chất vật lý của hệ số ma sátgiữa bánh xe và mặt đường

+ Không an toàn khi xe phanh gấp, nhất là khi đo với tốc độ cao do vậy cần

phải cấm các loại xe lưu thông trên đường khi tiến hành thí nghiệm Khó xácđịnh trong trường hợp vận tốc cao do xe có thể bị lật đổ khi hãm đột ngột.

+ Cần phải có ô tô chuyên dụng với hệ thông hãm phanh đặc biệt Diện tíchtưới nước lớn Lốp xe mòn nhanh và chóng hư hỏng

+ Độ chính xác phụ thuộc vào tâm lý người lái xe, hệ thống phanh, cách đokhoảng cách s và những yếu tố khác

* Phương pháp xác định hệ số bám dọc bằng cách hãm bánh xe mooc kéo theo:

Một chiếc moóc chuẩn hai bánh có kèm theo một bánh xe đo với bộ phậnhãm phanh hiện đại, hệ thống chứa và tưới nước tự động kéo theo bởi 1 chiếc ô

tô Tại vị trí muốn thí nghiệm xác định hệ số ma sát giữa bánh xe và mặt đường,bánh xe đo bị hãm cứng trong 2s Lực hãm phanh F sẽ được ghi bằng thiết bị đặtbiệt để qua đó xác định được hệ số bám Thiết bị đo có thể đo liên tục trên từngđoạn l0m dài, tốc độ và hệ số bám trung bình trên từng đoạn l0m dài được máytính lưu giữ Có thể đo liên tục với tốc độ lên đến 160km/h

Hệ số bám được tính theo công thức:

F: là lực lượt của bánh xe đo khi phanh

P: là tải trọng hữu hiệu tác dụng lên bánh xe đo

Ưu, nhược điểm:

+ Đo liên tục và đo trên các đoạn thực nghiệm có chiều dài không lớn.+ Có thể đo với tốc độ lớn, khi đo không ảnh hưởng đến giao thông trênđường

+ Bánh xe đo nhanh bị mòn

*Phương pháp xác định sức kháng trượt bằng thiết bị đo trượt định trước:Bánh xe đo được truyền động từ bánh xe chạy thông qua hệ thống xíchtruyền động vói tỷ số truyền được thiết kế Do bánh xe đo nhỏ hơn bánh xe

chạy, nên tốc độ của bánh xe đo sẽ nhỏ hơn tốc độ thực tế của xe chạy Kết quả

là bánh xe đo sẽ vừa lăn lại vừa trượt trên mặt đường Khả năng trượt được xácđịnh qua giá trị độ trượt s

Các thiết bị đo theo kiểu trượt định trước này thường thiết kế để độ trượt snằm trong khoảng từ 10% đến 20% Trong khoảng giá trị độ trượt này, thựcnghiệm cho thấy lực ma sát giữa bánh xe và mặt đường là lớn nhất Tôc độ đolớn nhất có thể đến 120 km/h

Độ trượt s có thể được tính như sau:

Độ trượt S (%) (Vận tốc bánh xe chạy - vận tốc bánh xe TN) x 100%

Vận tốc bánh xe chạy

S = 100% khi bánh xe hoàn toàn hãm cứng và trượt

Thông tin về hệ số ma sát được liên tục thể hiện trên màn hình của thiết bị

Dữ liệu mặt đường xe chạy, tốc độ, thời điểm và giá trị ma sát trung bình, thờigian tiến hành thí nghiệm cũng được ghi vào hệ thống máy tính Ngoài ra với hệthống liên kết qua sóng radio, có thể truyền dữ liệu về máy tính đặt tại vănphòng điều hành hoặc vị trí thích hợp khác mà ở đây người sử dụng có thể sosánh dữ liệu với các phép đo trước và in kết quả

Ưu, nhược điểm:

+ Năng suất đo của phương pháp cao, tốc độ xe chạy khi thí nghiệm có thểthay đổi trong dải rộng và cao, không ảnh hưởng đến giao thông trên đường.+ Phương pháp này có độ chính xác cao và việc sử dụng máy tính - phầnmềm phân tích tạo nên sự tiện lọi trong việc lưu trữ và phân tích số liệu

* Phương pháp dùng rơ moóc kéo theo có bánh chuyển động lệch:

Xe rơ moóc có lắp 2 bánh thí nghiệm Mặt bằng của lốp lệch một góc a =7,5° -f 20° so với phương chuyển động của xe Khi xe chạy về phía trước, bánh

xe thí nghiệm sẽ theo xe chuyến dịch trượt về phía trước, trên bánh sẽ chịu tácdụng một lực bên FL Cho góc chuyển động lệch thay đổi sẽ đo được các lực bênkhác nhau và sẽ có 1 trị số lực bên lớn nhất

Hình 1.9 : Rơ moóc kéo theo có bánh xe chuyến động lệch

Hệ số sức cản ma sát theo hướng bên fL được tính theo công thức:

f L = L L

F f P



Ưu, nhược điểm: phương pháp này không cần phanh bánh xe, không ảnh

hưởng đến giao thông trong khi tiến hành thí nghiệm Có thể đo liên tục, tốc độkhá nhanh

* Phương pháp thí nghiệm lực trượt xiên (Sliđeway - force test).

Thiết bị xác định sức kháng trượt mặt đường bằng bánh xe lệch bao gồmmột bánh xe chuẩn và một rơ - mooc có lắp bánh xe đo hoặc một bồn nước cólắp bánh xe đo ở khoảng giữa bụng xe

Hình 1.10 Sơ đồ thí nghiệm lực trượt xiên góc lệch α

Khi xe chạy, bánh xe đo sẽ xoay tự do và lệch góc a với phương trìnhchuyển động sao cho bánh xe trượt trên bề mặt đường Góc lệch a và đặc tính

của lốp xe ảnh hưởng đến sức kháng ma sát Nếu lốp xe được chuẩn hóa thì góclệch và sức kháng trượt của mặt đường sẽ tỷ lệ với nhau.

Thực nghiệm đã chứng minh rằng: Sức kháng trượt đo được bằng thiết bịnày sẽ không đổi và lớn nhất khi góc lệch a = 20°, trong điều kiện cả khi mặtđường ẩm ướt và mặt đường khô, biểu thị qua hình 1.11

Hình 1.11 Biều đồ quan hệ giữa hệ số lực kháng trượt xiên và góc lệch a

Độ lệch α của bánh xe thí nghiệm so với hướng chuyển động (độ)

Lực trượt tác động lên bánh xe đo F1 sẽ được bộ phận đo ghi lại Như phântích ở trên, lực trượt xiên F1 sẽ lớn nhất và không đổi tương ứng với góc lệch α=20°

Tỷ số giữa lực bên lớn nhất F1 vói tải trọng hữu hiệu p tác dụng lên bánh đođược gọi làm hệ số trượt xiên SFC

L F SFC

P



Thí nghiệm: Trong quá trình thí nghiệm, góc xiên a = 20° được giữ cố định.Thiết bị có khả năng thí nghiệm tại tốc độ 20 - l00km/h Tốc độ chuẩn khi thínghiệm thường được sử dụng là 50km/h Nếu điều kiện đường cho phép hoặc

trong điều kiện muốn đánh giá sức kháng trượt mặt đường ở tốc độ cao, có thểthí nghiệm với tốc độ đến 120km/h Thí nghiệm được thực hiện trên mặt đườngướt, bằng việc sử dụng hệ thống tưới nước.

Lực tác dụng lên bánh xe đo FL và tải trọng tác dụng lên bánh xe P sẽ đượcghi và đo Các kết quả đo đạc được ghi trên giấy hoặc băng từ để sau đó đượcphân tích bởi máy tính

Ưu, nhược điểm:

- Phương pháp này khi đo không cần phanh bánh xe, khi đo không gây ảnhhưởng đến giao thông trên đường đồng thời có thể đo liên tục Tốc độ đo khánhanh

- Dễ dàng có thể làm được với các thí nghiệm trên các đường trong đó cácđoạn ngắn của bề mặt thí nghiệm thay đổi thành phần, được bố trí nối tiếp liêntục nhau

- Dễ dàng có thể thí nghiệm ở cả những nơi khó khăn như các đường cong,các góc và những đảo giao, thông

1.5 Chỉ tiêu đánh giá chất lượng mặt đường thông qua chỉ số sửc kháng trượt quốc tế IFI.

1.5.1 Quy định chung

- IFI (International Friction Index) được xem là thước chuẩn trong kiếm trađánh giá chất lượng sức kháng trượt mặt đường và được khuyến nghị áp dụngrộng rãi trên thế giới trên cơ sở các phương pháp đo sức kháng trượt và cácphương pháp đo thuộc tính đọ nhám thô mặt đường khác nhau hiện có của cácnước IFI là hệ số tổng hợp liên quan đến cấu trúc nhám mặt đường, sức khángtrượt mặt đường và tốc độ thí nghiêm Chỉ số DFI cho phép điều chỉnh việc đosức kháng trượt bằng các thiết bị khác nhau về cùng một chỉ số chung

- Chỉ số IFI được phát triển thông qua thử nahiệm quốc tế của PIARCnhằm mục đích so sánh và dung hoà các kết quả đo độ nhám vĩ mô (cấu trúcthô) và sức kháng trượt của mặt đường Chỉ số này cho phép dung hoà các phép

đo sức kháng trượt mặt đường được thực hiện bằng các thiết bị khác nhau thông

+ Giá trị của C = 0 nếu thí nghiệm với lốp xe mòn nhẵn, và số hặng C

x T x sẽ có giá trị cụ thể nếu lốp xe còn gân hoa văn, bởi khi đó dạng lốp này ít bị

ảnh hưởng của độ nhám vĩ mô

+ FRS là giá trị sức kháng trượt của thiết bị đo với tốc độ trượt s

- Hằng số tốc độ - speed number: (Sp) đơn vị đo là km/h Sp thể hiện sựphụ thuộc của ma sát ướt vào tốc độ trượt của lốp xe thí nghiệm và độ nhám vĩ

mô Giá trị Sp thấp chỉ ra sự nhạy cảm lớn với tốc độ trượt

Sp: được tính toán từ chiều sâu cấu tạo nhám vĩ mô trung bình mặt đường

Phương pháp đo xác định Tx a bChiều sâu cát trung bình MPD xác định theo phương

Chiều sâu cát trung bình MTD xác định theo phương

pháp rắc cát ASTM E965 (hoặc TCVN 8866-2011) -11.6 113.6

Khi chỉ số IFI (F60, Sp) được xác định thì sức kháng trượt bề mặt đườngướt có thể tính toán tại tốc độ trượt bất kỳ - FRS theo phương trình

60 60

P

S S

+ FRS là giá trị sức kháng trượt tại tốc độ trượt s

+ F60 là sức kháng trượt của bánh xe nhẵn hãm cứng tại tốc độ 60km/h

+ S là tốc độ trượt khi thí nghiệm

+ Sp là hằng số tốc độ

Chỉ số 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 khi đo sức kháng trượt và làhàm số của hai đại lượng: cấu tạo vĩ mô bề mặt đường và sức kháng trượt mặtđường Các thông số của IFI là F60 và SP được dùng để tính toán lực ma sátchuẩn ở tốc độ trượt khác bằng việc dùng phương trình chuyển đổi

Tầm quan trọng của mô hình IFI là ở chỗ đo được lực ma sát bằng mộtthiết bị mà nó không bị phụ thuộc vào tốc độ khi thí nghiệm Lực ma sát có thể

đo được ở một vài tốc độ trượt S và luôn được điều chỉnh để đạt được lực ma sátchuẩn ở tốc độ 60km/h Do đó, nếu thiết bị không thể duy trì được tốc độ vậnhành thông thường và phải chạy ở tốc độ cao hơn hoặc thấp hơn do các phươngtiện giao thông trên đường thì mô hình vẫn đảm bảo độ tin cậy

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

-Việc đánh giá chất lượng mặt đường thông qua chỉ số IFI được tiến hành

cụ thể như sau:

Tương ứng với mỗi cấp đường sẽ có giá trị sức kháng trượt yêu cầu và giátrị tốc độ xe chạy khai thác cụ thể, hay nói một cách khác, có giá trị F60* và Sp*yêu cầu, tức là:

Thông qua các phương trình trên, tính toán giá trị:

60 min 60

* min

p

s S

P x

có của đường về IFI và đề ra các giải pháp khắc phục nếu không đủ

Một ví dụ về biểu đồ quản lý mặt đưòng được minh hoạ ở hình 1.12, trong

đó giao giữa đường thẳng song sọng với trục tung tại điểm Txmin (tương ứngvói giá trị Sp* quy định) và đường cong FRSmin (tương ứng với giá trị F60*quy định) tạo nên 4 vùng sau:

Hình 1.12 Biểu đồ quản lý mặt đường

+ Vùng 1 - Tốt: Giá trị độ nhám vĩ mô và giá trị sức kháng trượt tốt, lớn

1.5.4 Các thiết bị đo IFI

- Thiết bị đo sức kháng trượt mặt đường: Thiết bị con lắc Anh là loại đãđược định chuẩn theo ASTM E1960-98

- Thiết bị đo độ nhám vĩ mô: Thiết bị 2 Laser là loại đã được định chuẩntheo ASTM E1960-98

1.5.5 Trình tự tiến hành đo IFI

- Để đo sức kháng trượt theo mô hình IFI, trình tự tiến hành như sau:

- Lựa chọn một loại thiết bị đã định chuẩn theo bản 2, với 1 loại thiết bị cụthể sẽ biết được các hằng số chuyển đổi là A, B và c

- Tiến hành đo sức kháng trượt vói tốc độ đo lựa chọn V theo khuyển nghịtốc độ quy định của thiết bị (thông thường là 60-65km/h) Giá trị đo được làFRS

- Căn cứ vào phương trình (4), xác định F60, trên cơ sở đã biết giá trị TX

và s ứng với thiết bị đo lựa chọn (bảng 2)

F60 = A+B X FRS x EXP[(S-60)/(a+b X TX)] + C x TX (4)

- Trường hợp chọn một tốc độ đo V phù hợp với điều kiện dòng xe (khácvới tốc độ quy định của thiết bị), việc xác định s như sau: