1.3.1.2. Vết nứt - gẫy ở góc:
Nguyên nhân:
Điều kiện chỗ nền móng của tấm xấu, chuyển tiếp tải trọng lớn và liên tục, khả năng truyền lực kém. Hình 1.10. Vết nứt - gẫy ở góc 1.3.1.3. Trôi - sụt tấm: Nguyên nhân: + Có hiện tƣợng phùi bùn. + Vì lún của đất nền, mất thành phần hạt mịn, đất trƣơng nở.
+ Mất khả năng truyền lực giữa các tấm.
Hình 1.11. Hiện tượng trôi - sụt tấm bê tông xi măng gây ra khe hở và chênh cao độ khe hở và chênh cao độ
1.3.1.4. Sự phá hủy do dãn nở:
Nguyên nhân:
- Độ rộng khe không đủ cho tấm bêtông giãn nở nhiệt. - Vật liệu cứng thâm nhập vào khe nối hoặc vết nứt ngang.
- Hiện tƣợng silicat hóa khi bêtơng ninh kết làm đầy khe nối.
1.3.1.5. Mẻ mép tấm:
Nguyên nhân:
- Do ứng suất quá mức ở khe nối.
- Chiều rộng khe nhỏ, khoảng cách giữa các khe dãn quá lớn.
- Thiếu sót trong quá trình thi cơng (bê tơng yếu tại khe nối, thanh truyền lực đặt sai vị trí).
- Có vật rắn trong khe nối (thiếu sót trong bảo quản khe). - Bêtông yếu kém nên không chịu đƣợc xung lực.
- Hƣ hỏng cục bộ khi tạo khe quá sớm.
Hình 1.12. Hiện tượng mẻ mép tấm
1.3.2. Hƣ h ng trên bề mặt 1.3.2.1. Rạn chân chim:
Nguyên nhân:
- Thiếu sót trong thi cơng (mất nƣớc quá nhanh trong thời gian ninh kết của bê tông do khâu bảo dƣỡng bêtơng ban đầu kém).
- Hiệu ứng nhiệt (nóng lạnh đột ngột).
1.3.2.2. Sự bào mòn:
Nguyên nhân:
- Thiếu sót trong thi cơng (thành phần hạt, độ thừa vữa), chất lƣợng bề mặt kém.
- Lão hóa bề mặt.
Ta có thể thấy các yếu tố ảnh hƣởng đến chất lƣợng xây dựng mặt đƣờng bê tông xi măng bao gồm: cả yếu tố tự nhiên và yếu tố nhân tạo; các yếu tố chủ quan và khách quan. Tất cả các yếu tố đó đều có tác động ảnh hƣởng đến chất lƣợng trong quá trình xây dựng và khai thác mặt đƣờng bê tông xi măng.
Dƣới đây, ta phân chia và lần lƣợt xem xét ảnh hƣởng của một số yếu tố quan trọng, có ảnh hƣởng đến chất lƣợng xây dựng mặt đƣờng bê tông xi măng. Với lƣu ý là do nhiệm vụ đặt ra của luận văn nên trong phần dƣới đây không xét ảnh hƣởng của các yếu tố tác động đến chất lƣợng của mặt đƣờng bê tơng xi măng trong q trình khai thác.
1.3.2.3. Sự t n tại của l thuyết tính tốn
Lý thuyết tính tốn khơng phản ánh tuyệt đối đƣợc các tính chất làm việc của tấm bê tơng xi măng trên móng và nền đất, đặc biệt là:
Móng và nền đất không phải là những vật liệu tuyệt đối đàn hồi. Trong quá trình làm việc dƣới tác dụng của tải trọng trong móng của nền đất ln luôn phát sinh biến dạng dƣ. Dƣới tác dụng trùng phục của tải trọng giá trị tích lũy biến dạng dƣ trong móng của nền đất ngày càng lớn. Vấn đề trên có đƣợc xét đến trong thiết kế bằng hệ số thực nghiệm và cũng chỉ là gần đúng.
Trong lý thuyết tính tốn, tấm bê tơng xi măng mặt đƣờng đƣợc xem là có liên kết hai chiều với móng và nền nhƣng trong thực tế liên kết hai chiều đó khơng tồn tại.
Liên kết giữa các tấm bê tông xi măng bằng các thanh truyền lực và việc
mơ hình hóa liên kết đó trong tính tốn là vơ cùng khó khăn.
Tính tốn chính xác ứng suất nhiệt trong tấm btxm cũng không phản ánh
đƣợc đầy đủ ảnh hƣởng của nhiệt độ trong quá trình khai thác mặt đƣờng. Yếu tố thi cơng xây dựng khơng chính xác cũng nhƣ tác động của các yếu tố tự nhiên khác ngoài vấn đề nhiệt độ, cũng khơng xét đƣợc đầy đủ trong tính tốn và thiết kế.
Ảnh hưởng của các yếu tố tự nhiên trong thiết kế và thi công xây dựng Tác động của nguồn ẩm:
Các nguồn ẩm (nƣớc mƣa, nƣớc mặt đọng xung quanh, nƣớc mao dẫn…) có thể ảnh hƣởng đáng kể đến chất lƣợng xây dựng mặt đƣờng bê tông xi măng theo các dạng thức sau đây:
- Nƣớc mƣa khơng thốt kịp trên mặt đƣờng sẽ làm giảm hệ số bám
dẫn đến việc chạy xe kém an toàn và lái xe buộc phải giảm tốc độ khi mƣa và sau mƣa. Tác động này đặc biệt quan trọng đối với mặt đƣờng sân bay vì khi máy bay hạ cánh hay hãm phanh trong trƣờng hợp việc cất cánh bị gián đoạn vì lí do kỹ thuật thƣờng địi hỏi mặt đƣờng bê tơng xi măng phải có độ nhám cao.
Hệ số bám của mặt đƣờng trong trƣờng hợp tƣới nƣớc ƣớt phải đạt 45
, 0
đối với đƣờng cao tốc cấp 60, 80 và 0,5 đối với đƣờng cao tốc 100, 120. Đối với mặt đƣờng sân bay yêu cầu phải có 0,65 trong điều kiện mặt đƣờng có màng nƣớc dày 1mm.
Các nguồn ẩm xâm nhập vào móng, vào lớp đáy mặt đƣờng, vào khu vực tác dụng của nền đƣờng (khu vực tác dụng của nền đƣờng là khu vực nền đất dƣới mặt đƣờng tham gia chịu tải trọng tĩnh và động do tải trọng ô tô hoặc máy bay truyền xuống; đối với đƣờng ô tô khu vực này thƣờng sâu từ 1,5 1,8m kể từ bề mặt mặt đƣờng; cịn với sân bay thì khu vực này có thể tới 2 – 6m tùy thuộc vào tải trọng bánh máy bay).
Sự xâm nhập của các nguồn ẩm nói trên có thể gây ra các tác hại sau: Nƣớc mƣa thấm qua các khe nối trở thành nƣớc tự do, tích tụ lại giữa mặt đƣờng và móng hoặc tồn tại trong các lỗ rỗng của vật liệu hoặc thấm qua móng tích tụ giữa đáy móng với nền đất sẽ tạo điều kiện tích lũy biến dạng dƣ dƣới tác dụng của tải trọng trùng phục, tạo điều kiện gây xói mịn cục bộ, xói trơi các vật liệu nhỏ dƣới tác dụng của tải trọng động và tác động ép đẩy nƣớc dƣới đáy tấm mỗi khi tấm bị uốn vồng lên hoặc uốn vồng xuống, dẫn đến việc
phá hoại mặt đƣờng bê tơng xi măng ở các cạnh và góc tấm làm giảm độ bằng phẳng của mặt đƣờng.
Đây là một vấn đề đặc thù mà mặt đƣờng bê tông xi măng luôn ln gặp phải vì dù loại mặt đƣờng bê tơng xi măng nào thì ít nhất cũng phải có khe ngƣờng thi cơng và tại đó nƣớc ln có khả năng xâm nhập xuống phía dƣới, nhất là đối với mặt đƣờng sân bay rộng, điều kiện thốt nƣớc bề mặt gặp khó khăn hơn so với đƣờng ô tô. Do vậy, đối với mặt đƣờng bê tông xi măng, ở các nƣớc đều rất coi trọng vấn đề thốt nƣớc dƣới đáy móng hoặc sử dụng lớp móng ổn định tốt với nƣớc để hạn chế tác dụng xấu của nƣớc xâm nhập qua khe nối.
Các nguồn ẩm xâm nhập vào khu vực tác dụng của nền đƣờng sẽ làm suy giảm cƣờng độ và khả năng chống biến dạng của nền đất dƣới móng mặt đƣờng tƣơng tự đối với các kết cấu mặt đƣờng không phải bê tông xi măng.
Trong điều kiện khí hậu nhiệt đới ở Việt Nam, diễn biến ẩm trong đất nền vừa phụ thuộc vào sự có mặt của các nguồn ẩm tại chỗ nhƣng đồng thời cũng phụ thuộc vào các giải pháp kỹ thuật hạn chế tác dụng bất lợi của các nguồn ẩm. Do vậy, tuy về mùa mƣa có các nguồn ẩm khá dồi dào nhƣng nếu áp dụng các giải pháp đủ hạn chế đƣợc tác hại của chúng thì thực tế nhƣ các kết quả nghiên cứu cho thấy: thời kì bất lợi nhất về trạng thái ẩm có thể khơng xảy ra hoặc thƣờng chỉ có thế xảy ra với những kết cấu nền đƣờng mặt đƣờng cấp thấp (khơng có các giải pháp hạn chế tác dụng của các nguồn ẩm).
Tác động của các yếu tố biến đổi nhiệt độ:
Sự thay đổi nhiệt độ khơng khí và trên bề mặt trái đất phụ thuộc vào trạng thái cân bằng nhiệt của từng địa phƣơng theo mùa trong năm và theo ngày đêm, gọi là chu trình nhiệt năm và chu trình nhiệt ngày đêm, đặc trƣng cơ bản của nó là biên độ dao động nhiệt, có nghĩa là hiệu giữa nhiệt độ trung
bình giờ nóng nhất và lạnh nhất hoặc tháng nóng nhất và tháng lạnh nhất trong năm.
Ở từng khu vực, sự thay đổi nhiệt độ theo ngày đêm và theo mùa mang đặc trƣng tƣơng đối ổn định. Nhiệt độ khơng khí cao nhất trong vịng ngày đêm thƣờng là cao khoảng 1214giờ, còn nhiệt độ thấp nhất lúc 45giờ sáng hàng ngày.
a. Sự biến đổi nhiệt độ đều:
Sự biến đổi nhiệt độ đều trong tấm bê tông xi măng thƣờng xảy ra thiên về sự biến đổi nhiệt độ theo mùa, làm nhiệt độ bê tông xi măng tăng hoặc giảm và nếu mặt đƣờng bê tơng xi măng hồn tồn khơng co giãn đƣợc thì trong bê tơng xi măng sẽ phát sinh ứng suất nén (khi bêtông dãn về mùa nóng) hoặc ứng suất kéo (khi bêtông co về mùa lạnh) rất lớn:
1 . . bd bt t E (1.1)
trong đó: Ebt – mô đun đàn hồi của bê tông xi măng; - hệ số nở nhiệt của Bê tông;
- hệ số poisson của Bê tông; tbd - nhiệt độ biến đổi theo mùa.
Trên thực tế, do buộc phải có các khe ngừng thi cơng (sau 1 ca hoặc 1 ngày thi công) nên mặt đƣờng bê tơng xi măng khơng hồn tồn bị hạn chế co giãn nhƣng trong cả khi có bố trí thêm khe co giãn (hoặc để mặt đƣờng tự nứt tạo ra các khe) thì mặt đƣờng bê tơng xi măng vẫn bị hạn chế co giãn do luôn tồn tại lực tiếp xúc giữa đáy tấm và lớp móng phía dƣới (kể cả khi áp dụng giải pháp giảm ma sát nhƣ bố trí cách ly bằng giấy dầu quét bitum hoặc rải vật liệu hạt trộn nhựa). Lực tiếp xúc này chỉ tác dụng dƣới đáy tấm nên tấm sẽ chịu kéo nén lệch tâm khi mặt đƣờng bê tông xi măng bị co về mùa đông và
nén lệch tâm khi giãn về mùa hè (với ứng suất lớn nhất xuất hiện ở đáy mặt đƣờng).
Với bê tông xi măng thƣờng ngƣời ta sẽ quan tâm đến trƣờng hợp phát sinh ứng suất kéo lệch tâm đƣợc tính tốn theo sơ đồ ở hình 1.13.
L
L/2
L = LßT
Ðo co ngan do nhiet do
Khe co Khe co
L
L
S + b Smax Luc tiep xuc
Su thay doi luc tiep xuc theo chieu dai tam a)
b)
Hình 1.13. Sơ đồ xác định ứng suất kéo lệch tâm do lực tiếp xúc ở đáy
tấm
a. Sơ đồ tấm bê tông xi măng; b. Sơ bồ phân bố lực tiếp xúc S ở đáy tấm
Khi xác định lực tiếp xúc (do ma sát và dính giữa đáy tấm bê tơng xi măng và mặt móng) thƣờng ngƣời ta giả thiết rằng lúc nhiệt độ giảm hoặc tăng thì điểm giữa của đáy tấm vẫn nằm nguyên tại chỗ (tức là lực tiếp xúc tại M, SM=0. Càng xa điểm M về phía hai đầu tấm thì lực tiếp xúc càng tăng cao theo quy luật parabon, vì khi nhiệt độ giảm thì đáy tấm bị chuyển vào giữa (cịn khi nhiệt độ tăng thì đáy tấm bị chuyển vị ra 2 bên) và tại hai đầu tấm chuyển vị xảy ra lớn nhất (dẫn đến lực tiếp xúc ở hai đầu tấm là lớn nhất, tức là đạt đến Smax).
Trị số Smax đƣợc xác định theo công thức:
Smax p.tgch..tgc (1.2) trong đó: p - áp lực tấm tác dụng lên móng;
- góc nội ma sát;
h - chiều dày tấm;
- dung trọng của vật liệu tấm.
Nếu xét đến dạng parabon của biểu đồ (hình 4.1b) thì trị số lực tiếp xúc trung bình là: Stb = 0,7Smax = 0,7(h..tgc) (1.3) Và lực tiếp xúc tổng cộng: S Stb BL BLh..tgc 2 . 7 , 0 2 . (1.4)
Lực tiếp xúc của móng tác dụng lên mặt dƣới của tấm, do đó trong tấm xuất hiện ứng suất do tải trọng tác dụng lệch tâm, với độ lệch tâm e = h/2.
h e h B S 6 1 . (1.5) Ứng suất kéo lớn nhất ở mặt dƣới của tấm (khi nhiệt độ tấm giảm) sẽ là: h L c tg h Bh S max 4 1,4 . . (1.6)
Từ đó một trong các điều kiện xác định chiều dài tấm bê tông xi măng lớn nhất là: h tg c h L . . 4 , 1 (1.7) trong đó: - ứng suất kéo uốn cho phép của bê tơng khi tính ứng suất do lực tiếp xúc gây ra lúc nhiệt độ tấm giảm, thƣờng lấy
(0,350.4)Rku;
c và tg - lực dính và hệ số ma sát giữa tấm và móng, phụ thuộc vào bản chất vật liệu làm móng hay làm lớp cách li tạo phẳng.
Bảng 1.1. Giá trị lực dính và lực ma sát của các lớp đáy tấm bê tông xi măng
Vật liệu C(kG/cm2) tg Lớp tạo phẳng bằng cát Lớp giấy dầu Xỉ lò cao Đá dăm chêm chèn Á cát trộn nhựa Á sét và á sét bụi trộn nhựa Sỏi sạn 0,3 0,5 0,9 0,2 0,20.35 0,20,25 0,5 0,7 0,9 0,8 1,2 0,460,7 0,360,66 0,580,84
Trong các biểu thức (1.6) và (1.7) khơng thấy có mặt của yếu tố nhiệt độ vì chỉ cần có sự giảm nhiệt độ trong tấm thì lực tiếp xúc S đã lập tức xuất hiện (tức là S phụ thuộc vào sự tăng giảm nhiệt độ nhƣng không phụ thuộc vào trị số tăng giảm đó).
b. Sự biến đổi nhiệt độ không đều:
Sự biến đổi nhiệt độ không đều thông thƣờng xảy ra mạnh khi có sự thay đổi nhiệt độ ngày đêm theo bề dày mặt đƣờng bê tông xi măng sẽ dẫn đến việc gây ra chênh lệch nhiệt độ giữa thớ trên và thớ dƣới mặt đƣờng bê tông xi măng, gây ra hiện tƣợng mặt đƣờng bê tông xi măng bị uốn vồng: ban ngày do bức xạ mặt trời, thớ trên mặt bê tơng xi măng bị nung nóng và nhiệt độ ở đó sẽ cao hơn thớ dƣới (khả năng dẫn nhiệt của bêtông tƣơng đối thấp). Các thớ trên mặt lúc đó giãn ra nhiều hơn so với thớ dƣới khiến cho mặt đƣờng có xu hƣớng uốn vồng lên; ngƣợc lại về ban đêm, trên nguội dƣới nóng làm cho mặt đƣờng có xu hƣớng vồng xuống. Nếu mặt đƣờng bị hạn chế vồng (do các lớp lƣới thép, cốt thép, do lực tiếp xúc ở đáy mặt đƣờng, do trọng lƣợng của bản thân mặt đƣờng) tức là mặt đƣờng không tự do uốn vồng
lên hoặc xuống đƣợc thì trong mặt đƣờng sẽ phát sinh ứng suất do hạn chế uốn vồng (thớ đáy bị kéo, thớ mặt bị nén về ban ngày và ngƣợc lại về ban đêm).
Nếu hồn tồn khơng uốn vồng đƣợc thì ứng suất này có thể đạt tới giá trị lớn nhất là: ) 1 ( 2 . . 2 Eb t (1.8)
trong đó:Eb, , có ý nghĩa nhƣ ở cơng thức (4.1), cịn t là chênh lệch nhiệt độ lớn nhất tính tốn giữa thớ trên và thớ dƣới tấm mặt đƣờng bê tông xi măng xảy ra trong chu kì một ngày đêm (oC).
Tuy nhiên, do thế nào cũng phát sinh các khe nứt trên thực tế tấm khơng bị hạn chế uốn vồng hồn toàn và trị số ứng suất uốn vồng chắc chắn sẽ nhỏ hơn, trị số tính theo cơng thức (1.8) và bài tốn lý thuyết tính ứng suất uốn vồng đối với tấm bê tơng xi măng kích thƣớc dài L, rộng B, bị hạn chế uốn vồng một phần đã đƣợc Brabbury giải với các giả thiết là: tấm đặt trên nền đàn hồi theo mơ hình Winkler; nhiệt độ thay đổi tuyến tính theo bề dày tấm; bỏ qua trọng lƣợng bản thân tấm và tấm với móng trƣớc sau vẫn ln tiếp xúc. Kết quả cho phép xác định đƣợc trị số ứng suất uốn vồng tùy thuộc hƣớng và vị trí khác.
Qua đó ta có thể thấy rằng: Nếu tấm bê tông xi măng có kích thƣớc càng lớn (L, B lớn) và tấm càng mỏng (h nhỏ) thì ứng suất uốn vịng do chênh lệch nhiệt độ t sẽ càng lớn.
Nhƣ vậy, tác động môi trƣờng ở đây đƣợc thể hiện định lƣợng thông qua thông số t, nếu t càng lớn thì ứng suất uốn vồng càng lớn. Trị số t
hồn tồn phụ thuộc vào điều kiện khí hậu (bức xạ, nhiệt độ khơng khí…) ở mỗi khu vực, mỗi vùng miền và việc xác định t đƣa vào tính tốn phải đƣợc nghiên cứu, xác định cho từng khu vực cụ thể.
Hiện tƣợng uốn vồng diễn ra liên tục theo chu kì ngày đêm, ứng suất