3. Đối tượng nghiên cứu và phương pháp nghiên cứu
1.3.2.5. Chỉ tiêu đánh giá chất lượng mặt đường thông qua chỉ số sức kháng trượt quốc tế
quốc tế IFI.
1.3.2.5.1. Quy định chung
- IFI (International Friction Index) được coi là thước chuẩn trong kiểm tra đánh giá chất lượng sức kháng trượt mặt đường và được khuyến nghị áp dụng rộng rãi trên thế giới trên cơ sở các phương pháp đo thuộc trính độ nhám thô mặt đường khác nhau hiện có của các nước. IFI là hệ số tổng hợp liên quan đến cấu trúc nhám mặt đường, sức kháng trượt mặt đường và tốc độ thí nghiệm.
- Chỉ số IFI được phát triển thông qua thử nghiệm quốc tế của PIARC nhằm mục đích so sánh và dung hòa các kết quả đo độ nhám vĩ mô (cấu trúc thô) và sức kháng trượt mặt đường của mặt đường. Chỉ số này cho phép dung hòa các phép đo sức kháng trượt mặt đường được thực hiện bằng các thiết bị khác nhau thông qua hệ số hiệu chỉnh.
- Chỉ số IFI bao gồm hai thông số:
+ Hệ số ma sát Friction Number (F60)
+ Hệ số tốc độ - Speed Number (Sp)
1.3.2.5.2. Một số ưu điểm của chỉ số IFI
- IFI là hệ số tổng hợp liên quan đến cấu trúc nhám thô mặt đường, sức kháng trượt mặt đường và tốc độ thí nghiệm.
- IFI cho phép điều chỉnh việc đo sức kháng trượt bằng các thiết bị khác nhau về cùng một chỉ số chung.
- Việc đo sức kháng trượt mặt đường của một thiết bị bất kỳ không cần phải thực hiện ở một tốc độ cố định.
- Mô hình IFI mô tả mối quan hệ giữa các giá trị ma sát của mặt đường ướt đo tại tốc độ trượt S và lực ma sát đo bằng các thiết bị khác nhau.
- Chỉ số IFI đã chứng minh được tính hữu ích trong việc điều chỉnh, hòa hợp các thiết bị đo ma sát khác nhau.
1.3.2.5.3. Phương trình cơ bản của chỉ số IFI.
- Kết quả nghiên cứu về IFI bao gồm: Các phương trình cơ bảo của IFI (F60, Sp), các hệ số để chuyển đổi kết quả đo sức kháng trượt, đo nhám của thiết bị đo nào đó về giá trị chuẩn IFI (F60, Sp) được thể hiện qua tiêu chuẩn hướng dẫn tính toán chỉ số kháng trượt quốc tế IFI của bề mặt đường ASTM E1960-98. Cần nhấn mạnh rằng, chỉ có những thiết bị nào đó đã được định chuẩn trong thử nghiệm IFI của PIARC thì mới có thể chuyển đổi kết quả độ nhám, sức kháng trượt đo được từ thiết bị đó về IFI.
- Chỉ số trượt IFI bao gồm hai thông số là: Hệ số ma sát chuẩn – sức kháng trượt ở điều kiện mặt đường ẩm ướt tại tốc độ 60km/h (F60) và hằng số tốc độ (Sp) và được báo cáo là IFI (F60, Sp), trong đó:
+ Hệ số ma sát (sức kháng trượt) – Friction Number (F60), đơn vị đo không thức nguyên: Là giá trị sức kháng trượt chuẩn với tốc độ trượt 60kh/h giá trị ma sát – sức kháng trượt trung bình đo được khi xe ô tô con vơi 4 lốp xe chuẩn chạy với tốc độ 60km/h, bị phanh hãm cứng và trượt trên đường ẩm ướt.
+ Hằng số tốc độ Speed Number (Sp), đơn vị đo km/h: Biểu thị ảnh hưởng của độ nhám vĩ mô đến tốc độ chạy xe, được sử dụng để dự báo mức suy giảm của hệ số ma sát – sức kháng trượt mặt đường ở điều kiện mặt đường ẩm ướt liên quan đến tốc độ. Giá trị Sp thấp chỉ ra sự nhạy cảm lơn với tốc độ trượt.
- Việc tính toán xác định IFI (F60, Sp) dựa trên kết quả đo của một loại thiết bị đo cụ thể nào đó được tiến hành theo các bước sau:
+ Đo độ nhám mặt đường để xác định giá trị TX (mm)
+ Tính toán xác định Sp thông qua phương trình:
[Sp (km/h) = a + b + TX] (1)
Trong đó:
+ TX (mm): Thông số độ nhám mặt đường đo được biểu thị qua giá trị chiều sâu rắc cát trung bình MTD (mm) hoặc giá trị chiều sâu mặt cát trung bình Laser MPD (mm)
+ a,b: Các hằng số chuyển đổi, được xác định cụ thể theo phương pháp xác định độ nhám mặt đường. Cụ thể a và b được xác định ở bảng 1.8.
Chiều sâu trung bình MPD xác định theo phương pháp rắc
cát ASTM E1845 14.2 89.7
Chiều sâu trung bình MPD xác định theo phương pháp rắc
cát ASTM E965 (hoặc TCN 288 – 01) -11.6 113.6
Bảng 1.8. Giá trị hằng số a,b sử dụng để tính Sp
- Đo sức kháng trượt trên đường ẩm ướt với một thiết bị đo nào đó với tốc độ trượt của thiết bị đo là S. Kết quả đo được ký hiệu là FRS.
- Chuyển đổi giá trị FRS (sức kháng trượt đo được ứng với tốc độ trượt S của thiết bị đo) về giá trị FR60 (sức kháng trượt của thiết bị đo ứng với tốc độ trượt chuẩn S = 60km/h) về giá trị sức kháng trượt chuẩn F60 (sức kháng trượt của thiết bọ đo chuẩn ứng với tốc độ trượt chuẩn S = 60 km/h) theo phương trình quan hệ sau:
[FR60 = FRS x EXP[(S-60)/Sp] (2)
- Chuyển đổi giá trị FR60 (sức kháng trượt của thiết bị đo ứng với tốc độ trượt chuẩn S = 60km/h) về giá trị sức kháng trượt chuẩn F60 (sức kháng trượt của thiết bị đo chuẩn ứng với tốc độ trượt chuẩn S = 60km/h) theo phương trình quan hệ sau:
[F60 = A + B x FR60 + C x TX] (3)
Trong đó: A,B và C là các hệ số chuyển đổi, phụ thuộc vào phương pháp đo và loại thiết bị đo. Thông thường hệ số C rất nhỏ có thể bỏ qua, đặc biệt với các loại thiết bị đo sử dụng bánh nhẵn thì hệ số C = 0.
- Từ các phương trình (1), (2) và (3) trên, phương trình tính toán F60 được suy ra từ kết quả đo sức kháng trượt của một loại thiết bị nào đó (FRS), ở tốc độ trượt nào đó (S) và từ kết quả đo nhám cụ thể (TX) theo công thức sau:
[F60 = A + B x FRS x EXP [(S-60)/(a + b x TX)] + C x TX] (4)
- Hai thông số của IFI là F60 và Sp được coi là thông số dự đoán đáng tin cậy về sự phụ thuộc của lực ma sát của mặt đường ướt với tốc độ của phương tiện khi trượt và nhám vĩ mô.
1.3.2.5.4. Ứng dụng của IFI trong quản lý chất lượng mặt đường.
- Căn cứ tiêu chuẩn kỹ thuật cho mỗi cấp đường, các cơ quan quản lý sẽ định ra giá trị yêu cầu với IFI (F60, Sp), được ký hiệu là IFI * (F60*, Sp*). Để đảm bảo an toàn chạy xe, mặt đường phải đảm bảo có IFI (F60, Sp) lớn hơn giá trị yêu cầu IFI * (F60*, Sp*).
- Việc quản lý chất lượng mặt đường thông qua chỉ số IFI (F60, Sp) trên cơ sở kết quả đo nhám và sức kháng trượt của thiết bị đo cụ thể hiện có của những cơ quan quản lý được tiến hành theo hai cách sau:
+ Đánh giá chất lượng mặt đường thông qua chỉ số IFI (F60, Sp).
+ Đánh giá chất lượng mặt đường thông qua chỉ số FRSmin và TXmin.
∗ Đánh giá chất lượng mặt đường thông qua chỉ số IFI (F60, Sp).
Trên cơ sở kết quả đo nhám và sức kháng trượt của thiết bị đo cụ thể hiện có trên các đoạn đường quản lý, tiến hành tính toán chuyển đổi các giá trị đo được về giá trị IFI (F60, Sp) dựa trên cơ sở phương trình (1), (2) và (3) với các hệ số tương ứng theo hướng dẫn của ASTM E1960-98. So sánh giá trị đo IFI (F60, Sp) với IFI* (F60*, Sp*) để xem xét đánh giá mức độ phù hợp và đề xuất giải pháp cải thiện nếu IFI (F60, Sp) nhỏ hơn IFI* (F60*, Sp*).
∗ Đánh giá chất lượng mặt đường thông qua chỉ số FRSmin và TXmin.
- Căn cứ giá trị F60* và Sp*, tính toán xác định giá trị độ nhám tối thiểu TXmin và giá trị sức kháng trượt tối thiểu FRSmin tương ứng với loại thiết bị đo cụ thể được sử dụng để đo nhám và sức kháng trượt mặt đường. Từ các phương trình (1), (2) và (3) trên, thông số TXmin và FRSmin được xác định theo các phương trình sau:
[FRSmin = ((F60* - A)/B)EXP[(60 – S)/(a + b x TX)] (5)
[TXmin = (Sp* - a)/b] (6)
- Từ phương trình (5) và (6), vẽ biểu đồ cấp độ quản lý mặt đường. Biểu đồ cấp độ quản lý mặt đường sẽ được thiết laaoj dữa trên cơ sở đã biết các thông số A, B, S, a và b (được quy định ở ASTM E1960 – 98 ứng với thiết bị đo cụ thể) trị số F60*
và Sp* được xác định ứng với mỗi cấp đường. Một ví dụ về biểu đồ quản lý mặt đường được minh họa ở hình 1.9, trong đó gian giữa đường thẳng song song với trục tung tại điểm TXmin (tương ứng với giá trị Sp* quy định) và đường cong FRSmin (tương ứng với giá trị F60* quy định) tạo nên 4 vùng sau:
Hình 1.9. Biểu đồ quản lý mặt đường.
+ Vùng 1 – Tốt: Giá trị độ nhám vĩ mô và giá trị sức kháng trượt tốt, lớn hơn giá trị F60* và TX*
+ Vùng 2 – Cần cải thiện độ nhám vĩ mô: Giá trị sức kháng trượt đảm bảo nhưng độ nhám vĩ mô chưa đạt.
+ Vùng 3 – Cần cải thiện độ nhám vi mô: Giá trị độ nhám ,vĩ mô đảm bảo nhưng sức kháng trượt chưa đảm bảo cần có giải pháp tăng độ nhám vi mô.
+ Vùng 4 – Cần cải thiện độ nhám vĩ mô và vi mô: Cả giá trị sức kháng trượt và độ nhám đều không đạt
- Định kỳ tiến hành đo độ nhám và sức kháng trượt của thiết bị đo cụ thể hiện có của từng cơ quan quản lý để xác định giá trị TX và giá trị sức kháng trượt FRS trên các đoạn đường quản lý. Dựa và biểu đồ quản lý mặt đường để xem xét giá trị
đo nằm ở vùng nào để quyết định kế hoạch cải thiện mặt đường trong trường hợp kết quả đo nằm ở vùng 1, vùng 2, vùng 3.