Bài giảng thiết kế công trình giao thông đại học thủy lợi

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI Khoa: Kỹ thuật Tài nguyen nước Bộ mơn: Kỹ thuật Hạ tầng THIẾT KẾ CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG I Giảng viên: Ths Hồng Văn Trường Email: hoangvantruongnd@gmail.com ĐT: 0902118624 GIỚI THIỆU MÔN HỌC Thiết kế tính tốn kết cấu áo đường: a Các ngun tắc thiết kế tính tốn kết cấu áo đường cng: Kết cấu Sơ đồ Vật liệu H (cm) btxm m300 ? 2 Cấp phối đá dăm loại i ? 3 Cấp phối đồi đầm chặt k98 ? Nền tự nhiên - KC MĐ Ký hiƯu GIỚI THIỆU MƠN HỌC b Các ngun tắc thiết kế tính tốn kết cấu áo đường mm Kết cấu Mặt đường Kết cấu KC1 Eyc=1530 Sơ ®å Ký hiÖu VËt liệu H (mm) Bê tông atfan hạt mịn ? Bê tông atfan hạt thô ? Phủ nhựa dính bám 1kg/m2 Cấp phối đá dăm loại I lớp ? Phủ nhựa dính bám 1kg/m2 Cấp phối đá dăm loại II lớp ? Cát hạt trung đầm chặt k=0.98 ? Nền cát đầm chặt k=0.95 - Sinh viên thu sau mơn học? - Nắm nguyên tắc cấu tạo tính tốn kế cấu áo đường Từ có khả thiết kế kết cấu áo đường Làm quen với Tiêu chuẩn thiết kế áo đường cứng, áo đường mềm Tài liệu tham khảo [1] Đỗ Bá Chương (2004), Thiết kế đường ô tô Tập 2, NXB Giáo dục [2] Tiêu chuẩn thiết kế áo đường mềm 22TCN 211-2006; [3] Tiêu chuẩn thiết kế áo đường cứng 22TCN 223-95; Chương 1: CÁC NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ VÀ TÍNH TỐN ÁO ĐƯỜNG MỀM HỒNG VĂN TRƯỜNG Bộ mơn Kỹ thuật Hạ tầng PHẦN THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG Chương 1: Các nguyên tắc thiết kế tính toán kết cấu áo đường MỀM 22TCN 211-06 Chương 2: Các ngun tắc thiết kế tính tốn kết cấu áo đường CỨNG 22TCN 223-95 1.1 Khái niệm áo đường mềm: Định nghĩa: Áo đường mềm (hay kết cấu áo đường mềm) gồm có: + tầng mặt làm vật liệu hạt vật liệu hạt có trộn nhựa hay tưới nhựa đường + tầng móng làm loại vật liệu khác đặt trực tiếp khu vực tác dụng đường lớp đáy móng Đặc điểm: + kết cấu với nhiều tầng, lớp + có khả chịu uốn nhỏ; + tác dụng tải trọng xe chạy chịu nén chịu cắt trượt chủ yếu + Kết cấu tham gia chịu tải với đất mức độ đáng kể Cấu tạo kết cấu áo đường mềm Tầng mặt Tầng móng 1.1 Khái niệm áo đường mềm: Tầng mặt: gồm lớp bê tông nhựa hạt mịn, hạt trung, hạt thô đá dăm thấm nhập nhựa (vật liệu có chất kết dính) Tầng móng: làm từ vật liệu có chất kết dính ( đá dăm thấm nhập, cát gia cố xi măng…) từ lớp vật liệu rời cấp phối đá dăm, đá thải, cấp phối si i Kết cấu Mặt đường Kết cấu KC1 Eyc=1530 Sơ đồ D Ký hiệu Vật liệu Bê tông atfan hạt mịn ? Bê tông atfan hạt thô ? Phủ nhựa dính bám 1kg/m2 Cấp phối đá dăm loại I lớp ? Phủ nhựa dính bám 1kg/m2 Cấp phối đá dăm loại II lớp ? Cát hạt trung đầm chặt k=0.98 ? Nền cát đầm chỈt k=0.95 - q H (mm) x X P z M Z Q N 1.2.4 Tổng tổn thất mức phục vụ kết cấu (PSI) PSI tổng tổn thất mức phục vụ kết cấu (giảm chất lượng mặt đường thể qua: + tượng tạo vệt hằn bánh xe, + giảm độ phẳng, + tăng tỷ lệ phát sinh rạn nứt, + tăng diện tích bị vá chữa bề mặt áo đường) từ lúc đưa mặt đường vào sử dụng đến chịu W80 lần tác dụng tải trọng 18 kip PSI  p  p t P0 hay PSI0 số phục vụ lúc đưa mặt đường vào khai thác Pt hay PSIt số phục vụ thời điểm t sau chịu W80 lần tải trọng tác dụng 1.2.5 Tiêu chuẩn trạng thái giới hạn Chỉ tiêu tổng hợp PSI xác định qua thử nghiệm AASHTO phụ thuộc vào độ phẳng, tỷ lệ đường nứt, tỉ lệ diện tích hư hỏng bề mặt Theo AASHTO, trị số PSI thay đổi phạm vi  tương ứng là: PSI = - đường được; PSI = 2,0 - 80% người sử dụng đường không chấp nhận; PSI = 2,5 - 55% người sử dụng đường không chấp nhận; PSI = 3,0 - 12% người sử dụng đường không chấp nhận; PSI = 4,2  4,5: đường làm xong; PSI = - chất lượng hoàn hảo AASHTO đề nghị áp dụng: - Đối với đường lớn, cấp cao: PSIt lấy 2,5  3,0 - Đối với đường lớp cấp thứ yếu: PSIt lấy = 2,0 - Đối với đường nhỏ: PSIt = 1,5 1.2.6 Dự báo số lần tác dụng tải trọng bánh đơn tương đương ESAL 18 kip (W18) W18: số lần tác dụng ESAL (Equivalent Single Axle Load ESAL) 18 kips lên (lần/làn) (tải trọng trục đơn tương đương 18 kíp 8,2 tấn) W18  D L D D W18 (1-37) W18 tổng số lần tải trọng trục đơn tương đương 80KN tĩch luỹ suốt thời kỳ tính tốn mà đường phải chịu chiều xe chạy (lần); DD hệ số phân phối theo chiều xe chạy, thường lấy DD = 0,3  0,7, trung bình DD= 0,5; DL- hệ số phân phối xe chạy theo xe: + Đường chiều DL = 1,0; + Đường chiều DL = 0,8 1,0; + Đường chiều DL = 0,6 0,8; + Đường chiều DL = 0,5 0,75; (Yêu cầu số xe quy định bảng 5, bảng TCVN 4054-2005) Quy đổi tải trọng loại xe tải trọng trục đơn tương đương 80kN (ESAL 80kN); Dựa theo kết “thử nghiệm AASHTO” sở tương đương mức độ giảm PSI người ta lập sẵn bảng hệ số quy đổi tương đương tải trọng trục ei tùy thuộc loại mặt đường (cứng hay mềm) Tùy theo bề dày kết cấu áo đường (đặc trưng số kết cấu SN thay đổi từ đến inches) tùy thuộc vào số phục vụ cho phép cuối thời kì tính toán pt (pt = 2,0; 2,5; 3,0) Quy đổi tải trọng loại xe tải trọng trục đơn tương đương 80kN (ESAL 80kN); Có thể xác định hệ số quy đổi tương đương tải trọng trục (ei) cách gần theo quan hệ sau: Xác định W18 Xác định W18 theo công thức sau: W18  365.N 1  g t  g Trong đó: N1: số trục xe quy đổi ESAL 18 kip trung bình ngày đêm thơng qua năm đưa đường vào sử dụng (Cách xác định tính Ntk AĐM theo 22TCN 211 – 06) g – tỉ lệ tăng trưởng xe hàng năm; t – thời gian tính tốn (năm); 1.2.7 Chọn độ tin cậy R mức độ tin cậy ZR Bảng 1-16 Xác định độ tin cậy R R% Loại đường Đường cao tốc Đường quốc lộ Đường quốc lộ thứ yếu Đường thu gom, đường nhánh, tỉnh lộ Đường địa phương Trong thị Ngồi thị 90  99 90  95 85  99 85  90 8085 80  85 75  80 7585 75  80 75  80 Bảng 1-17 Xác định mức độ tin cậy ZR R% 50 60 70 75 80 85 90 91 ZR -0,253 -0,524 -0,674 -0,841 -1,037 -1,282 -1,34 R% 93 94 95 96 97 98 99 100 ZR -1,476 -1,555 -1,645 -1,751 -1,881 -2,054 -2,327 -3,09 1.2.8 Mô đun đàn hồi hữu hiệu MR đất  Mô đun đàn hồi đất thay đổi tùy theo độ ẩm đất trạng thái ứng suất tải trọng gây đất  Vì phụ thuộc vào trạng thái ẩm nên trị số mô đun đàn hồi đất thay đổi đáng kể theo mùa năm (ở Mỹ mô đun mùa xuân 20%-30% mô đun mùa hè)  Do xét đến độ lệch tiêu chuẩn, nên trị số mơ đun đàn hồi dùng để tính tốn phải trị số trung bình năm (mà khơng phải trị số bất lợi : quan điểm quy trình ta dùng Việt Nam) Trị số gọi mô đun đàn hồi hữu hiệu MR 1.2.8 Mô đun đàn hồi hữu hiệu MR đất  Cách xác định MR: Nếu gọi mô đun đàn hồi đất khoảng thời gian i năm MRi mức độ ảnh hưởng đánh giá hệ số gọi hệ số hư hỏng tương đối Uf có quan hệ với MRi theo biểu thức sau: Uf = 1,18.108 (MiR)-2,32 (1-41)  Ta thấy: mô đun đàn hồi thời kì i lớn Uf nhỏ có nghĩa : MRi lớn kết cấu mặt đường tương đối bị hư hỏng đất 1.2.8 Mô đun đàn hồi hữu hiệu MR đất Nếu năm chia làm n khoảng thời gian khoảng thời gian đất có trị số Ufi tương ứng với MRi tính trị số hệ số hư hỏng tương đối trung bình U f Uf  i U  f (1-42) n Thay U f vào vế trái (1-41) ta tính ngược trị số mơ đun đàn hồi hữu hiệu MR dùng để tính tốn bề dày kết cấu áo đường : Theo AASHTO phải chia năm thành 24 kì nửa tháng 12 kì tháng, tức n = 12 - 24 Ngồi dự đốn MR thơng qua trị số CBR theo tương quan thực nghiệm: MR (psi) = 1500 x CBR (1-43) hoặc: MR (Mpa) = 10,342 x CBR (1-44) 1.2.8 Mô đun đàn hồi hữu hiệu MR đất Có hai phương pháp xác định thay đổi theo mùa mơ đun đàn hồi MRi  PP1: Tìm quan hệ MRi với độ ẩm phòng thí nghiệm Sau dự báo độ ẩm đất chỗ thời kì khác dựa vào quan hệ tìm để suy Mri  PP2: Đo độ võng chậu võng mặt đường cũ thời kì khác năm để tính ngược MRi đất tương ứng thời kì Ở Mỹ thường dùng loại thiết bị đo độ võng động không phá hoại : kết cấu (NDT – No Destructive Test) 1.2.9 Lựa chọn vật liệu bề dày lớp kết cấu Việc lựa chọn chiều dày lớp kết cấu giả thiết trước kiểm tra lại theo tiêu chuẩn tính tốn thơng qua trị số SNyc Do có nhiều phương án cấu tạo khác nhau, ta cần phân tích hiệu kinh tế - kỹ thuật AASHTO đưa chiều dày tối thiểu lớp vật liệu tùy theo số lượng xe tích lũy suốt thời kỳ khai thác Bảng 1-18 Quy định bề dày tối thiểu Dmin (inche) tùy theo lượng W80 50.000 50.001 150.000 150.0001  500.000 500.001  2.000.000 2.106  7.106 > 7.106 Dmin BT nhựa 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 Dmin vật liệu hạt 4 6 Lượng xe, W80 1.3 Các bước tính tốn thiết kế: - Trên sở đất biết Mr, xác định số kết cấu yêu cầu đạt Snyc (qua phương trình qua toán đồ) để chịu đựng số lần tác dụng tải trọng trục W80 dự kiến thơng qua thời kỳ tính tốn cho cuối thời kỳ tính tốn số phục vụ pt mặt đường giảm đến mức độ chấp nhận (tương ứng với trị số PSI chấp nhận - Từ trị số SNyc xác định kết cấu áo đường cách chọn trước vật liệu (biết hệ số a1, a2, a3, m2, m3) từ xác nhận chiều dày lớp D1, D2, D3 cách giả định cho SN áo đường ≥ SNyc Hình 3-3 Tốn đồ tính tốn áo đường mềm sở giá trị trung bình số liệu đầu vào Hình 3-4 Tốn đồ 3.1 Xác định mơ đun đàn hồi 28 ... (2004), Thiết kế đường ô tô Tập 2, NXB Giáo dục [2] Tiêu chuẩn thiết kế áo đường mềm 22TCN 211-2006; [3] Tiêu chuẩn thiết kế áo đường cứng 22TCN 223-95; Chương 1: CÁC NGUN TẮC THIẾT KẾ VÀ TÍNH... Bộ mơn Kỹ thuật Hạ tầng PHẦN THIẾT KẾ ÁO ĐƯỜNG Chương 1: Các ngun tắc thiết kế tính tốn kết cấu áo đường MỀM 22TCN 211-06 Chương 2: Các nguyên tắc thiết kế tính tốn kết cấu áo đường CỨNG 22TCN...GIỚI THIỆU MƠN HỌC Thiết kế tính tốn kết cấu áo đường: a Các nguyên tắc thiết kế tính tốn kết cấu áo đường cứng: KÕt cÊu S¬ ®å VËt liÖu H (cm) btxm