ch−ơng v: một số thí nghiệm về ĐặC TíNH MặT ĐƯờNG
pháp đo đạC SóNG Bề MặT
Trong thực tế nhờ sử dụng các thiết bị đo động bố trí ngay tại hiện tr−ờng (trên bề mặt hoặc theo chiều sâu lớp vật liệu) hoặc từ kết quả của ch−ơng trình tính toán ng−ời ta có thể ghi đ−ợc tập số liệu biến đổi theo thời gian (dữ liệu động) của vận tốc, gia tốc ± tại một, nhiều điểm quan sát nào đó.
Từ kết quả đo đạc này nhờ lý thuyết phân tích phổ và hàm t−ơng quan đ−ợc áp dụng khá rỗng rãi trong kỹ thuật đo l−ờng và xử lý các đại l−ợng ngẫu nhiên có thể xác định một số đặc tr−ng động của mặt đ−ờng sau: tần số dao động riêng, dạng dao động hoặc một số đặc tr−ng vật liệu của mặt và móng đ−ờng nh− mô đun đàn hồi
2. Xác định mô đun đàn hồi của các lớp mặt đ−ờng
Trên bề mặt lớp vật liệu gia cố đặt nguồn kích thích tạo dao động sóng bề mặt và bố trí hai đầu thu cách nhau một khoảng D. Hai đầu thu đ−ợc các thông tin: vận tốc, gia tốc, dao động ± Một thiết bị sẽ tiếp tục nhận và l−u giữ tín hiệu từ các đầu đo chuyển về và biểu thị kết quả qua hai đ−ờng cong dữ liệu x(t), y(t). Các dữ liệu này đ−ợc xét trong miền tấn số (X(f), Y(f)) qua phép biến đổi Furier nhanh. Các đại l−ợng X(f) và Y(f) đ−ợc dùng để tính hàm mật độ phổ chéo của hàm Gxy và độ lệch phạ
Vận tốc sóng bề mặt VR(f) và chiều dài sóng λR(f) đ−ợc xác định từ các ph−ơng trình sau:
t(f) = θ(f)/(3600.f) (1)
VR(f) = D/t(f) (2)
λR(f) = VR(f)/f (3)
Trong đó:
t(f): thời gian trễ giữa hai đầu đo ( là hàm tần số f) θ(f): đọ lệch pha của phổ năng l−ợng tính theo độ VR(f) : vận tốc sóng bề mặt
D: khoảng cách giữa hai đầu đo λR(f): chiều dài b−ớc sóng
Với vật liệu đàn hồi đồng nhất và đẳng h−ớng các hằng số đàn hồi đ−ợc xác định qua quan hệ:
Vận tốc sóng ngang đ−ợc xác định theo : Vd = ) 1 ( 2ρ +à E (5) Trong đó: ρ : khối l−ợng riêng
E: mô đun đàn hồi của vật liệu
à: Hệ số Poisoon
Hoặc E = ρ.VD = G.VD/g
Nh− vậy gián tiếp thông qua vận tốc sóng đo đ−ợc có thể xác định đ−ợc mô đun đàn hồi của tâm Bêtông ximăng hoặc móng của mặt đ−ờng bằng vật liệu gia cố xi măng.
Sơ đồ bố trí hiện tr−ờng: Có thể bố trí đo đạc tại hiện tr−ờng nh− hình 1:
Phạm vi áp dụng: Ph−ơng pháp này có xác định: Đo đạc cho các loại mặt đ−ờng bằng vật
liệu khác nhau nh−: bê tông xi măng, bêtông nhựa, mặt và móng bằng các vật liệu gia cố khác ±
- Diện tích khu vực đo đạc đủ để bố trí hai đầu đo và nguồn kích thích dao động. Tuỳ thuộc chiều sâu lớp vật liệu cần xác định mà khống chế cự ly giữa hai đầu đo cho phù hợp. Th−ờng bố trí khoảng cách hai đầu đo bằng 1.5 ~ 6 lần chiều sâu lớp vật liệu cần xác đinh đặc tính vật liệu
Kết quả tính toán bằng số
Từ kết quả của ch−ơng trình tính toán cho bài toán động mặt đ−ờng BTXM nhiều lớp bằng ph−ơng pháp sai phân (do tác giả lập)
Ví dụ: Một lớp BTXM dày 24 cm d−ới tác dụng của tải trọng trục xe 10T vuông góc h−ớng xe chạy, tấm có kích th−ớc 3.5 x 5m. Các thông số tính toán cho lớp BTXM: E = 250000 daN/cm2, ρ = 0.0025 kG/cm3, các đầu đo thu đặt cách nhau 1.5m. Xác định mô đun đàn hồi của mặt đ−ờng
Số liệu thu đ−ợc từ ch−ơng trình tính toán từ tập dự liệu về gia tốc của hai điểm đo cách nhau D = 1.5m theo h−ớng xe chạy d−ới tác dụng của tải trọng động P(t)
Máy đo và ghi số liệu
Bằng ph−ơng pháp phân tích t−ơng quan và phổ nhờ hỗ trợ của MATLAB kết quả tính toán và phân tích mô tả trong hình 2.
Xác định đặc tr−ng đàn hồi của mặt đ−ờng BTXM
- Thời gian trễ: 0.00068s
- Vận tốc sóng bề mặt: v = 1.5/0.00068 = 2205m/s
- Vận tốc sóng lý thuyết xác định theo (5) vlt = 2085 (m/s) (sai số 5.7%)
- Từ vận tốc sóng xác định đ−ợc E của vật liệu E = 279566daN/cm2 (sai số 11.8%)
- Với kết qủa thu đ−ợc của nhiều bài toán khi mô đun vật liệu E thay đổi lập đ−ợc quan hệ giữa E và vận tốc V trong bài toán đang chạy đối chiều với lý thuyết có thể tham khảo trong hình 3
Đ4 Thí nghiệm xác định độ bằng phẳng của mặt đ−ờng