Giáo trình Thí nghiệm đường ô tô

Giáo trình Thí nghiệm đường ô tô với các nội dung các nhóm thí nghiệm cơ bản về đất xây dựng đường; một số thí nghiệm cốt liệu dùng trong xây dựng đường; các phương pháp xác định các tính chất cơ lý của vật liệu gia cố chất kết dinh vô cơ.

GIÁO TRÌNH THÍ NGHIỆM ĐƯỜNG Ơ TƠ Tài liệu tham khảo: Bộ mơn Đường Ơtơ Sân bay Khoa Cơng trình, Thí nghiệm Đường Ơtơ Sân bay, Đại học Giao thơng Vận tải Dỗn Hoa, Quản lý Khai thác Đường Ơ tơ, NXB Xây Dựng 2004 Nguyễn Biên Cương (2006), Bài giảng thí nghiệm đường ôtô, Đại học Bách khoa Đà Nẵng ch­¬ng Các nhóm thí nghiệm đất xây dựng đường Thí nghiệm dùng để phân loại đất xây dựng đường I Phân loại đất: Đất thể phân tán tập hợp hạt có kích thước khác bao gåm: - H¹t ci cã kÝch th­íc lín 200mm - Hạt dăm sạn có kích thước từ 40 ~ 200mm - H¹t sái cã kÝch th­íc ~ 40mm - Hạt cát có kích thước 0.05 ~ 2mm - H¹t bơi cã kÝch th­íc 0.005 ~ 0.05mm - H¹t sÐt cã kÝch th­íc < 0.005mm Trong thùc tế đất bao gồm nhiều loại cỡ hạt khác từ vài mm đến hàng chục, hàng trăm mm gồm vài cỡ hạt có kích thước gần Việc phân loại đất (cho mục đích xây dựng) vào yếu tố sau: - Thành phần hạt đất - Các giới hạn Atterberg đất: W P, WL, IP, , IL Dựa vào thành phần hạt phân đất hạt thô đất hạt mịn - Đất gọi hạt thô lớn 50% khối lượng đất có kích thước hạt lớn 0.075mm - Đất gọi hạt mịn lớn 50% khối lượng đất có kích thước hạt nhỏ 0.075mm + Đối với đất hạt thô dựa vào thành phần hạt phân thành phụ nhóm: cuội sỏi, cát hạt thô, cát hạt trung, hạt mịn + Đối với đất hạt mịn dựa vào giới hạn Atterberg - Đất sét IP > 17% - Đất sét 7% < IP 17% - Đất cát IP 7% Thí nghiệm xác định thành phần hạt * Mục đích: Xác định thành phần hạt phân chia đất thành nhóm cỡ hạt gần độ lớn xác định hàm lượng phần trăm chúng Khái niệm: Thành phần hạt đất hàm lượng nhóm hạt có kích thước khác đất, thể tỷ lệ % so với mẫu đất khô tuyệt đối đà lấy để phân tích - Có phương pháp xác định: Phương pháp sàng khô: Xác định hạt có kích thước lớn 0.5mm Phương pháp sàng ướt: Xác định hạt có kích thước lớn 0.1mm Phương pháp tỷ trọng kế: Xác định hạt có kích thước nhỏ 0.1mm Phương pháp sàng a) Thiết bị thí nghiệm - Sàng tiêu chuẩn có ngăn đáy: Phương pháp sàng khô: Kích thước mắt sàng 10; 5; 2; 1; 0.5mm Phương pháp sàng ướt: Kích thước mắt sàng 10; 5; 2; 1; 0.5; 0.25; 0.1mm - Cân kỹ thuật có độ xác 0.01g - Bát đựng đất, dao - Tủ sấy, cối sứ, chày có đầu bọc cao su - Máy sàng lắc b) Chuẩn bị mẫu - Mẫu thí nghiệm phải mẫu đại diện loại đất cần thí nghiệm - Mẫu sấy khô cách hong gió sấy nhiệt độ 50 0C - Nghiền nhỏ mẫu đất cối sứ chày có đầu bọc cao su - Lấy lượng mẫu tuỳ loại đất theo phương pháp chia tư: Trộn đất đà hong gió rải thành lớp mỏng tờ giấy dày gỗ mỏng Dùng dao rạch thành hai đường vuông góc chia bề mặt lớp đất thành bốn phần tương đương sau gạt bỏ đất hai phần đối xứng Đất hai phần lại trộn tiếp tục làm lại khối lượng đất lại vào khoảng: 100 ~ 200g đất không chứa hạt có kích thước lớn 2mm 300 ~ 900g đất chứa đến 10% hạt có kích thước lớn 2mm 1000 ~ 2000g đất chứa (10 ~ 30)% hạt có kích thước lớn 2mm 2000 ~ 5000g đất chứa 30% hạt có kích thước lớn 2mm Trường hợp mẫu cấp phối, nhiều sỏi sạn khối lượng mẫu 5000g c) Tiến hành thí nghiệm Phương pháp sàng khô: - Cân xác mẫu - Lắp sàng thành cột với kích thước giảm dần từ xuống - Đổ mẫu vào sàng cùng, đậy nắp lại, sàng tay máy - Trong trình sàng, nhóm hạt sót lại sàng sàng đổ vào cối sứ nghiền chày có đầu bọc cao su đổ qua sàng đạt yêu cầu - Để kiểm tra việc sàng lắc nhóm hạt đà đạt yêu cầu hay chưa cần lấy cỡ sàng, sàng tay tờ giấy trắng, thấy hạt rơi xuống đổ hạt vào sàng đến không rơi xuống - Cân riêng nhóm hạt sót lại sàng đất lọt xuống ngăn đáy lấy tổng khối lượng tất nhóm hạt đất lọt xuống ngăn đáy so với khối lượng mẫu ban đầu thấy sai khác 1% phải làm lại thí nghiệm Hàm lượng nhóm hạt Pm = mi x100 (%) M đó: M: Khối lượng mẫu ban đầu mi: Khối lượng hạt sàng i Phương pháp sàng ướt - Cân khối lượng mẫu xác sau đổ vào bát đà biết trước khối lượng Dùng nước để làm ẩm nghiền lại chày có đầu bọc cao su - Đổ thêm nước vào bát khuấy đục huyền phù để lắng (10 ~15)s - Gạn nước có chứa hạt chứa lắng vµo sµng cã kÝch cì sµng 0.1mm - Cø tiÕn hành đổ nước khuấy đục đổ lên sàng nước bên hạt lắng xuống hoàn toàn - Rửa hạt đất sót lại sàng 0.1mm trở lại bát - Sấy khô đất bát trạng thái trạng thái ban đầu mẫu - Xác định khối lượng hạt có kích thước nhỏ 0.1mm hiệu số khối lượng mẫu ban đầu khối lượng mẫu đất sau đà rửa hạt có kích thước nhỏ 0.1mm - Dùng phương pháp sàng khô xác định nốt thành phần hạt phần đất lại bát Phương pháp tỷ trọng kế - Mục đích: Xác định thành phần hạt đất phương pháp tỷ trọng kế tiến hành đo mật độ huyền phù tỷ trọng kế đà hiệu chỉnh trước a) Thiết bị thÝ nghiƯm - Tû träng kÕ lo¹i A – B - Bình tam giác có dung tích 1000 cm - B×nh h×nh trơ cã dung tÝch 1000 cm - Que khuấy - Các phễu có đường kính ~ cm vµ 14 cm - NhiƯt kÕ cã độ xác 0.50C - Đồng hồ bấm giây - Bộ phận đun làm lạnh nước (Hệ thống ống xoắn bếp điện) A Bình tam giác B 60 1.030 0.95 B×nh h×nh trơ Tû träng k? loại A - B b) Chuẩn bị mẫu * Bằng phương pháp chia tư lấy mẫu đất 200g trạng thái khô gió sàng qua sàng có kích cỡ mắt sàng 10, 5, , 0.5mm Cân nhóm hạt bị giữ lại rây nhóm hạt đà lọt xuống ngăn đáy Nếu mẫu đất hạt lớn không cần phải sàng qua rây có lỗ mm lớn * Cũng phương pháp chia tư, lấy mẫu đất trung bình đà lọt qua rây có kích thước 0.5mm cho vào bát đà biết trước khối lượng cân bát có chứa đất để xác định khối lượng đất có cỡ hạt nhỏ 0.5mm dùng để phân tích Khối lượng mẫu đất lấy vào khoảng: + 20g ®Êt sÐt + 30g ®èi víi ®Êt sÐt pha + 40g đất cát pha * Kiểm tra ng­ng keo kÕt tđa cđa hun phï (KiĨm tra xem muối có bị hoà tan hay không) - Dùng phương pháp chia tư lấy mẫu đất khoảng 20g đà lọt qua sàng 0.5mm cho vào bát nghiền với (4 ~ 6) ml nước cất, đun sôi huyền phù khoảng ~ 10 phút - Đổ dung dịch đà đun sôi vào ống nghiệm, đổ thêm nước cất vào ống nghiệm để thể tích (150 ~ 200)ml, lắc huyền phù để yên sau thời gian định Nếu sau huyền phù kết tủa, vật kết tủa rơi xuống đáy có kết cấu rời dạng dịch thể chất kết tủa suốt đất có muối hoà tan phải xử lý trước tiến hành phân tích thành phần hạt tỷ trọng kế Xử lý muối hoà tan phương pháp rửa - Đem khối lượng đất dùng phân tích cho vào phễu có lót giấy lọc Đặt phễu lên bình tam giác, rót nước cất vào phễu để lọc muối hoà tan vào bình tam giác - Kiểm tra việc rửa muối đà hay chưa sau: + Lấy hai ống nghiệm hứng nước trực tiếp đáy phễu, cho vào ống 2ml dung dịch nước lọc qua phƠu råi cho vµo èng nghiƯm thø nhÊt vµi giät HCl 10% vµ BaCl 5%; cho vµo èng nghiƯm thø hai vµi giät AgNO 5% vµ HNO3 10% Nếu hai ống nghiệm không thấy kết tủa chứng tỏ muối đất rửa c) Tiến hành thí nghiệm - Cho mẫu đất dùng để phân tích vào bình tam giác, cho thêm nước cất vào bình cho lượng nước tổng cộng lớn gấp 10 lần khối lượng mẫu đất ngâm mẫu ngày đêm - Cho thêm vào bình 1ml NH4OH 25%, đậy bình lại đun sôi thời gian 1h - Để nguội huyền phù đến nhiệt độ phòng rót qua sàng 0.1mm vào ống đo hình trụ có dung tích 1000ml - Chú thích: Đối với đất có huyền phù kết tủa kiĨm tra ng­ng keo th× sau cho mÉu vào bình tam giác thêm nước theo quy định cần tiến hành lắc đổ huyền phù vào ống đo qua rây 0.1mm không cần phải ngâm ngày đêm không cần phải đun sôi - Rửa trôi hạt sàng 0.1mm tia nước vào bát dùng chày có đầu bäc cao su nghiỊn kü - §ỉ hun phï võa tạo thành bát qua sàng 0.1mm vào ống đo Cứ tiếp tục nghiền đất đọng lại bát đổ huyền phù qua sàng nước hạt lắng xuống hoàn toàn - Cho hạt đà lọt qua sàng 0.1mm vào ống đo tiến hành phân tích tỷ träng kÕ + Dïng que khuÊy huyÒn phï thêi gian phút (cứ 2s kéo lên đẩy xuống lần) ghi thời điểm khuấy sau 20s thả tỷ trọng kế vào huyền phù, để tỷ trọng kế tự không chạm vào thành ống đo + Tiến hành đọc đợt đầu mật độ huyền phù thời điểm 30s, phút, phút, kĨ tõ ngõng khy Thêi gian ®äc không (5 ~7)s + Lấy tỷ trọng kế thả vào ống nước cất khuấy lại huyền phù lần thứ hai, cho tỷ trọng kế vào đọc mật ®é cđa nã ë thêi ®iĨm 15 phót, 30 phót, 1.5 h, 2h, 3h, 4h kÓ tõ ngõng khuÊy + Sau lần đọc nên lấy tỷ trọng kế đo nhiệt độ huyền phù + Kiểm tra nhiệt độ huyền phù với độ xác 0.5 0C vòng 5phút đầu sau lần ®o mËt ®é cña nã b»ng tû träng kÕ NÕu nhiệt độ khác +200C phải ghi lại để hiệu chØnh sè ®äc cđa tû träng kÕ d) Xư lý số liệu Hàm lượng muối hoà tan Pm = mmV (1  0.01 ¦ W ) x100(%) m1v Trong đó: Pm : Lượng chứa muối hòa tan mm: Khối lượng bình quân muối mẫu nước lọc (g) v: Thể tích bình quân mÉu n­íc läc (ml) V: Tỉng thĨ tÝch n­íc lọc (g) m1: Khối lượng mẫu đất trạng thái khô đem phân tích (g) W: Độ ẩm mẫu đất đem phân tích Khối lượng thành phần hạt mẫu đất lấy để phân tích tỷ träng kÕ m0 = m1 x(1  0.01Pm ) 0.01W m1 : Khối lượng mẫu đất lấy để phân tích tỷ trọng kế trạng thái khô gió (g) W: Độ ẩm tự nhiên mẫu đất Đường kính d hạt đà chìm lắng thời điểm đọc tỷ trọng kế T tÝnh nh­ sau 1800H R d= g (   n )T đó: : Độ nhớt nước phụ thuộc vào nhiệt độ : Khối lượng riêng hạt đất (g/cm3) n: Khối lượng riêng nước = 1g/cm3 HR: Cự ly chìm lắng hạt có đường kính d kể từ bề mặt dịch thể đến trọng tâm bầu tỷ trọng kế ứng với sè ®äc R thêi gian T (cm) T: Thêi gian chìm lắng kể từ lúc bắt đầu khuấy đọc số R (s) Tính lượng chứa phần trăm (P) hạt có kích thước nhỏ đường kính - Đối với tỷ träng kÕ lo¹i B: R' B (100  K ) P’ = (    n ) mo - §èi víi tû träng kÕ lo¹i A:  (  o  1) R' A (100  K ) P’ =  (   1) ®ã: 0: Khối lượng riêng dùng để khắc đô, lấy 2.65 g/cm RA, RB: số đọc đà hiệu chỉnh tỷ trọng kế loại A loại B + Víi tû träng kÕ lo¹i A: R’A = RA + mA + nA - CA ®ã: RA: sè ®äc tỷ trọng kế loại A nA: số hiệu chỉnh mặt cong độ khắc theo tỷ trọng kế A mA: sè hiƯu chØnh nhiƯt ®é theo tû träng kÕ A CA: Số hiệu chỉnh chất phân tán theo tỷ trọng kÕ A + Víi tû träng kÕ lo¹i B: R’B = RB + mB + nB - CB ®ã: RB: số đọc tỷ trọng kế loại B nB: số hiệu chỉnh mặt cong độ khắc theo tỷ trọng kÕ B mB: sè hiƯu chØnh nhiƯt ®é theo tû trọng kế B CB: Số hiệu chỉnh chất phân tán theo tỷ trọng kế B II Thí nghiệm xác định WP WL Mục đích: Xác định độ ẩm giới hạn chảy giới hạn dẻo đất xây dựng đường áp dụng cho đất hạt sét đất hạt mịn * Độ ẩm giới hạn dẻo WP đất: Là độ ẩm tương ứng với loại đất thường thấy loại đất sét có kết cấu bị phá hoại chuyển từ trạng thái cứng sang trạng thái dẻo Được đặc trưng độ ẩm đất sau đà nhào trộn với nước lăn thành que có đường kính mm bắt đầu bị rạn nứt đứt thành đoạn có chiều dài (3 ~ 10) mm * Độ ẩm giới hạn chảy WL đất: Là độ ẩm tương ứng với loại đất thường thấy loại đất sét có kết cấu bị phá hoại chuyển từ trạng thái dẻo sang trạng thái chảy Được đặc trưng độ ẩm đất bột nhào trộn với nước mà rọi thăng hình nón tác dụng trọng lượng thân sau 10s lún sâu 10mm 2.Thí nghiệm xác định WP a) Thiết bị thí nghiệm - Sàng tiêu chuẩn có kích cỡ mắt sàng 1mm - Cối sứ, chày có đầu bọc cao su - Cân kỹ thuật, tủ sấy, dao để nhào trộn, kính nhám để lăn mẫu b) Chuẩn bị mẫu - Dùng phương pháp chia tư lấy khoảng 300g mẫu đất đà hong gió điều kiện tự nhiên cho vào cối sứ nghiền chày có đầu bọc cao su - Cho mẫu đất đà nghiền qua sàng mm loại bỏ phần sàng Đưa đất đà lọt qua sàng vào bát, rót nước cất vào dùng dao trộn trạng thái hồ dặc - Sau đặt mẫu thí nghiệm vào bình thuỷ tinh, đậy kín khoảng thời gian không 2h trước ®em thÝ nghiƯm c) Tr×nh tù thÝ nghiƯm - Dùng dao nhào kỹ mẫu đất đà chuẩn bị với nước cất - Lấy đất dùng mặt phẳng lòng bàn tay lăn đất nhẹ nhàng kính nhám thành que tròn cã ®­êng kÝnh 3mm - NÕu víi ®­êng kÝnh ®ã que đất giữ liên kết tính dẻo đem vê thành tiếp tục lăn đến chừng que đất đạt đường kính 3mm bắt đầu bị rạn nứt ngang tự gÃy thành đoạn nhỏ dài (3 ~ 10)mm - Nhặt đoạn que đất vừa đứt bỏ vào cốc thuỷ tinh hộp nhôm đà biết trước khối lượng để xác định độ ẩm 3) Thí nghiệm xác định WL a) Thiết bị thí nghiệm - Quả däi VaxiliÐp cã khèi l­ỵng 76g, gãc  = 300, h = 25mm - Bộ phận thăng gồm rọi cân bằng kim loại gắn vào hai đầu thép nhỏ uốn thành nửa vòng tròn 85mm lồng qua gắn chặt vào đáy rọi - Khuôn hình trụ kim loại không gỉ có đường kính lớn 40mm chiều cao lớn 20 mm để đựng mẫu đất thí nghiệm - Đế gỗ để đặt khuôn đựng mẫu thí nghịêm b) Chn bÞ mÉu thÝ nghiƯm Nh­ thÝ nghiƯm WP c) TiÕn hµnh thÝ nghiƯm - Dïng dao nhµo kỹ lại mẫu lấy cho vào khuôn hình trụ - Đặt khuôn đựng mẫu đất lên giá gỗ đưa qủa rọi thăng hình nón lên bề mặt mẫu đất đựng khuôn cho mũi nhọn vừa chạm bề mặt mẫu đất, thả dụng cụ hình nón để tự lún vào đất tác dụng trọng lượng thân 10 e Hệ thống ghi, lưu trữ xử lý số liệu Các liệu độ lớn tải trọng (xung lực) tác dụng, áp lực tác dụng lên mặt đường, trị số độ võng mặt đường đo phần mềm chuyên dụng ghi lại vào máy tính Các thông tin hỗ trợ khác nhiệt độ không khí,vnhiệt độ mặt đường, khoảng cách vị trí đo, lý trình đo lưu lại phần mềm Hình 3.6 - Sơ đồ bố trí vùng ứng suất mặt đường thiết bị FWD tạo Hình 3.7 Thiết bị đo FWD Hình 3.8 -Thiết bị Dynatest 8000 FWD III MËt ®é ®iĨm ®o * NÕu tuyến đường cần đánh giá có chiều dài lớn, chia tuyến đường thành đoạn đồng nhất, tiến hành đo đạc đoạn đại diện đoạn đồng - Chia tuyến đường cần đo đạc thành đoạn đồng Các đoạn coi đồng có yếu tố sau giống nhau: loại hình mặt đường theo điều kiện gây ẩm, 91 trạng thái bề mặt áo đường, kết cấu áo đường, chiều dày kết cấu, loại đất cùng, lưu lượng xe chạy Các số liệu lấy từ hồ sơ quan quản lý đường, số liệu thu thập qua khảo sát thực tế trường nhóm chuyên gia có kinh nghiệm thực - Chọn đoạn đại diện đoạn đồng nhất, đoạn đại diện có chiều dài từ 500m đến 1000m Mỗi đoạn đại diện chọn lấy 20 điểm đo Với đoạn đồng đặc biệt ngắn có tính chất khác hẳn đoạn xung quanh (điều kiện địa chất thuỷ văn phức tạp, đoạn qua vùng ®Êt u, ®o¹n h­ háng cơc bé ) thËm chÝ nhỏ 100m phải đo đủ tối thiểu 15 điểm - Nếu tuyến đường cần đánh giá đủ số liệu sở để áp dụng cách chia đường thành đoạn đồng quy định theo yêu cầu cần phải đo đủ với mật độ đồng quy định mật độ đo sau: + Đối với dự án lập báo cáo đầu tư quản lý khai thác đường ôtô: mật độ đo từ 5~10 điểm đo/1km + Đối với dự án đầu tư (thiết kế sở thiết kế kỹ thuật): đo rải toàn tuyến với mật độ 20 điểm đo/1km) - Chọn vị trí điểm đo: điểm đo võng thường đựơc bố trí vệt bánh xe phía (cách mép mặt đường 0.6 ~1.2m) nơi thông thường có độ võng cao vệt bánh phía với đường nhiều xe, quan sát mặt thấy tình trạng mặt đường khác phải đo võng yếu nhất, trị số đo đại diện cho độ võng mặt cắt ngang đường nhiều xe IV Tiến hành thí nghiệm Đo độ võng mặt đường - Ôtô kéo thiết bị FWD đến vị trí cần đo độ võng Mặt đường vị trí đo phải làm dùng chổi quét ép cảm biến đo võng tiếp xúc tốt với mặt đường - Hạ ép hệ cảm biến đo võng, điều khiển thiết bị để hạ ép hệ cảm biến thiết bị xuống vị trí cần đo Các cảm biến phải nằm đường thẳng qua tâm ép, song song với trục tim đường phải tiếp xúc tốt với bề mặt ®­êng - §o ®é vâng: + B­íc 1: §iỊu khiĨn để cấu thuỷ lực đưa khối tải trọng lên độ cao quy định thả khối tải trọng rơi đập vàp ép thông qua phận giảm chấn (lò xo tâm cao su) để truyền xung lực xuống mặt đường Đầu cảm biến đo lực xác định xung lực gây đường Các đầu cảm biến tự động đo độ võng mặt đường ứng với vị trí quy định Cần ý điều chỉnh độ cao rơi trọng lượng nặng để xung lực tác dụng xuống mặt đường đạt trị số quy định 40kN 92 + Bước 2: Lắp lại bước So sánh kết đo võng vị trí tâm ép hai lần đô Nếu hai kết đo võng khác 5% kết thúc đo Sử dụng kết đo lần làm sở tính toán + Bước 3: Nếu bước không thoả mÃn lặp lại bước độ võng hai lần đo liên tiếp không khác 5% Sử dụng kết đo lần cuối làm sở tính toán + Bước 4: Nếu việc đo lặp lại bước đến lần thứ mà không đạt cần thực công tác sau: / Kiểm tra lại hệ thống thiết bị thí nghiệm / Xem xét lại tình trạng tiếp xúc ép đầu đo võng với mặt đường / Di chuyển thiết bị đến vị trí cách vị trí cũ ~ 2m tiến hành đo lại + Các thông số kỹ thuật thiết bị kết qủa đo đạc máy tính ghi lại file kết Đo nhiệt độ mặt đường: Việc đo nhiệt độ mặt đường tiến hành suốt trình đo däc tun phơc vơ cho viÕc hiƯu chØnh c¸c kết đo võng nhiệt độ tính toán, khoảng 30 phút đo nhiệt độ lần Việc đo nhiệt ®é mỈt ®­êng chØ thùc hiƯn ®èi víi ®­êng cã lớp mặt phủ nhựa lớn cm Cách đo sau: - Dùng búa đục nhọn tạo thành hố nhỏ sâu chừng 45 mm mặt đường, gần vị trí đo võng - Đổ nước hay glixeerin vào hố đợi chừng vài phút - Dùng nhiƯt kÕ ®o nhiƯt ®é cđa chÊt láng hè nhiệt độ không đổi ghi trị số nhiệt độ đo (0C) - Chú ý: Tránh không ®Ĩ vÞ trÝ ®o nhiƯt ®é bÞ bãng cđa xe ôtô hay vật khác làm ảnh hưởng đến kết đo V Xử lý kết đo võng Xác định Môđun đàn hồi Nền đường a Môđun đàn hồi đường vị trí đo Trị số Môđun đàn hồi đường Mr đất vị trí đo võng thiết bị FWD tính ngược từ kết đo võng theo c«ng thøc sau: Mri = P d ri * r đó: Mr môđun đàn hồi lớp đất đường vị trí đo, MPa r: Khoảng cách từ điểm đo độ võng đến tâm ép truyền tải trọng (thoả mÃn điều kiện r 0.7ae ), cm P tải trọng tác dụng (xung lực), KN 93 dr : Độ võng mặt đường (không điều chỉnh độ nhiệt độ tính toán mặt đường) điểm cách tâm ép khoảng r, cm b Môđun đàn hồi đặc trưng ®­êng Mr =  (M ri ) n ®ã: Mr : môđun đàn hồi dặc trưng đường đoạn đường đồng đoạn đường thí nghiệm (trong trường hợp đo với mật độ rải ), Mpa Mri: Môđun đàn hồi đất vị trí thử nghiệm thứ i, MPa n: Số điểm đo đoạn đường đồng đoạn đường thí nghiệm (trong trường đo với mật độ rải đều) c Mô đun đàn hồi hữu hiệu đường thiết kế Trong tính toán thiết kế trị số mô đun đàn hồi hữu hiệu đất lấy trị số môđun đàn hồi tính toán nhân với hệ số ®iỊu chØnh lµ C = 0.33 Mr(tkÕ) = 0.33 * Mr đó: Mr(tkế): môđun đàn hồi hữu hiệu đường dùng thiết kế, MPa Mr: mođun đàn hồi đặc trưng đường đoạn đường đồng đoạn đường thí nghiệm), Mpa Xác định môđun đàn hồi hữu hiệu E P kết cấu mặt đường a Môđun đàn hồi hữu hiệu kết cấu mặt đường ví trí đo Xác định Epi từ Mr từ số liệu đô võng FWD tổng chiều dày D kết cấo áo đường trị số độ võng mặt đường tâm ép (d 0) b Môđun đàn hồi hữu hiệu đặc trưng kết cấu mặt đường EP = E pi n đó: EP môđun đàn hồi hữu hiệu đặc trưng kết cấu mặt đường đoạn đồng đoạn đường thí nghiệm, MPa Epi môđun đàn hồi hữu hiệu kết cấu mặt đường đồng đoạn đường thí nghiệm Đánh giá tình trạng kết cấu mặt đường Từ kết đo độ võng mặt đường thiết bị FWD, đánh giá tình trạng chất lượng mặt đường thông qua số kết cấu hữu hiệu SN eff Trị số SNeff xác định theo công thức sau đây: SNeff = 0.0093*D* E P ®ã: 94 SNeff số kết cấu hữu hiệu mặt đường D: tổng chiều dày toàn kết cấu mặt đường, cm EP môđun đàn hồi hữu hiệu có kết cấu mặt đường, MPa Một số thiết bị đo võng khác Hình 3.9 - Thiết bị đo võng Dynaflect Hình 3.10 - Thiết bị ®o Road Rater 95  ThÝ nghiƯm x¸c định môđun đàn hồi kết cấu mặt đường bê tông xi măng phương pháp đo đạC SóNG Bề MặT Cơ sở đo đạc tính toán Trong thực tế nhờ sử dụng thiết bị đo động bố trí trường (trên bề mặt theo chiều sâu lớp vật liệu) từ kết chương trình tính toán người ta ghi tập số liệu biến đổi theo thời gian (dữ liệu động) vận tốc, gia tốc một, nhiều điểm quan sát Từ kết đo đạc nhờ lý thuyết phân tích phổ hàm tương quan áp dụng rỗng rÃi kỹ thuật đo lường xử lý đại lượng ngẫu nhiên xác định số đặc trưng động mặt đường sau: tần số dao động riêng, dạng dao động số đặc trưng vật liệu mặt móng đường mô đun đàn hồi Xác định mô đun đàn hồi lớp mặt đường Trên bề mặt lớp vật liệu gia cố đặt nguồn kích thích tạo dao động sóng bề mặt bố trí hai đầu thu cách khoảng D Hai đầu thu thông tin: vận tốc, gia tốc, dao động Một thiết bị tiếp tục nhận lưu giữ tín hiệu từ đầu đo chuyển biểu thị kết qua hai đường cong liệu x(t), y(t) Các liệu xÐt miÒn tÊn sè (X(f), Y(f)) qua phÐp biÕn đổi Furier nhanh Các đại lượng X(f) Y(f) dùng để tính hàm mật độ phổ chéo hàm Gxy độ lệch pha Vận tốc sóng bề mặt VR(f) chiều dài sóng R(f) xác định từ phương trình sau: t(f) = (f)/(3600.f) (1) VR(f) = D/t(f) (2) R(f) = VR(f)/f (3) Trong ®ã : t(f) : thời gian trễ hai đầu đo ( hàm tần số f) (f) : đọ lệch pha phổ lượng tính theo độ VR(f) : vận tốc sóng bề mặt D : khoảng cách hai đầu ®o R(f): chiỊu dµi b­íc sãng Víi vËt liƯu ®µn hồi đồng đẳng hướng số đàn hồi xác định qua quan hệ: Vd = E (4) 96 Vận tốc sóng ngang xác định theo : Vd = E  (1   ) (5) : khối lượng riêng E: mô đun ®µn håi cđa vËt liƯu  : HƯ sè Poisoon Hoặc E = .VD = G.VD/g Như gián tiếp thông qua vận tốc sóng đo xác định mô đun đàn hồi tâm Bêtông ximăng móng mặt đường vật liệu gia cố xi măng Sơ đồ bố trí trường: Có thể bố trí đo đạc trường hình 1: Trong đó: Máy đo ghi số liệu Nguồn dao động Phạm vi áp dụng: Phương pháp có xác định: Đo đạc cho loại mặt đường vật liệu khác như: bê tông xi măng, bêtông nhựa, mặt móng vật liệu gia cố khác - Diện tích khu vực đo đạc đủ để bố trí hai đầu đo nguồn kích thích dao động Tuỳ thuộc chiều sâu lớp vật liệu cần xác định mà khống chế cự ly hai đầu đo cho phù hợp Thường bố trí khoảng cách hai đầu đo 1.5 ~ lần chiều sâu lớp vật liệu cần xác đinh đặc tính vật liệu Kết tính toán số Từ kết chương trình tính toán cho toán động mặt đường BTXM nhiều lớp phương pháp sai phân (do tác giả lập) Ví dụ: Một lớp BTXM dày 24 cm tác dụng tải trọng trục xe 10T vuông góc hướng xe chạy, có kích thước 3.5 x 5m Các thông số tính toán cho lớp BTXM: E = 250000 daN/cm2, = 0.0025 kG/cm3, đầu đo thu đặt cách 1.5m Xác định mô đun đàn hồi mặt đường Số liệu thu từ chương trình tính to¸n tõ tËp dù liƯu vỊ gia tèc cđa hai ®iĨm ®o c¸ch D = 1.5m theo h­íng xe chạy tác dụng tải trọng động P(t) 97 Bằng phương pháp phân tích tương quan phổ nhờ hỗ trợ MATLAB kết tính toán phân tích mô tả hình Xác định đặc trưng đàn hồi mặt đường BTXM - Thời gian trễ: 0.00068s - VËn tèc sãng bỊ mỈt: v = 1.5/0.00068 = 2205m/s - Vận tốc sóng lý thuyết xác định theo (5) vlt = 2085 (m/s) (sai sè 5.7%) - Từ vận tốc sóng xác định E vật liƯu E = 279566daN/cm (sai sè 11.8%) - Víi kết qủa thu nhiều toán mô ®un vËt liƯu E thay ®ỉi lËp ®­ỵc quan hƯ E vận tốc V toán chạy đối chiều với lý thuyết tham khảo hình 98 Thí nghiệm xác định độ phẳng mặt đường I Khái niệm Độ phẳng sai khác cao độ mặt đường so với mặt phẳng trắc dọc thiết kế Độ phẳng = thay đổi theo chiều đứng/ Chiều dài đường (m/km) II Phương pháp dùng thước m: Đo theo chiều dọc hai vệt tải trọng sau đo dùng nêm xác định khoảng cách lồi lõm (Hĩnh vẽ) Phương pháp đo: - Trên bề mặt lớp kết cấu cần đo đặt thước dài 3m song song với trục vị trí: tim đường, bên phải, bên trái tim đường cách mép đường 1m ®Ĩ ®o ®é b»ng ph¼ng - Däc theo th­íc cø cách khoảng 0.5m kẻ từ đầu thước đo khe hở cạnh thước mặt đường cách đẩy nhẹ nêm vào khe hở để đọc trị số khe hở tương ứng Các khe hở lấy tròn trÞ sè ~ ~ ~ 10 ~ 15 mm Bảng đo độ phẳng Rất tốt Tốt Đạt yêu cầu Lớp móng mặt đường Cấp phối đá dăm 100% khe hở < 10mm 70% khe hở