7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
4.2.1. Các số liệu phục vụ thiết kế
Giả định tuyến đường thiết kế làm mới thuộc khu vực phía Bắc là nơi gần với các nguồn vật liệu được sử dụng để nghiên cứu và thí nghiệm; quy mô giao thông cho các cấp đường theo quy định thiết kế [12] (Bảng 4.10). Tải trọng trục tiêu chuẩn Ps = 100 kN; tải trọng trục lớn nhất Pmax = 180 kN (quy mô giao thông cấp nặng) và Pmax = 150 kN (cấp trung bình và nhẹ). Gradien nhiệt độ lớn nhất Tg = 86 0C/m. Nền đất á sét nhẹ có mô đun đàn hồi điển hình bằng 40 MPa.
Bảng 4.10 – Quy mô giao thông
TT Cấp quy mô giao thông Số trục xe tiêu chuẩn tích lũy Ne (lần / làn) Cấp III Cấp IV,V,VI
1 Nặng 106 ÷ 20.106 -
2 Trung bình 3.104 ÷ 106 3.104 ÷ 106
3 Nhẹ - < 3.104
4.2.1.2. Dự kiến các dạng kết cấu mặt đường BTXM tro bay
(a). Quy mô giao thông trung bình và nặng (b). Đường có quy mô giao thông nhẹ
Hình 4.2. Mô hình kết cấu áo đường BTXM tro bay
Theo quy định [12], mô hình kết cấu áo đường gồm 3 lớp (Hình 4.2). Trong đó: + Lớp mặt trên bằng BTXM tro bay có tỷ lệ từ 15 ÷ 30% với các tính chất cơ học đã được thí nghiệm (Bảng 4.9).
+ Lớp móng trên bằng vật liệu cấp phối đá dăm gia cố xi măng có khả năng chống xói, có độ cứng thích hợp, chiều dày 200 mm, mô đun đàn hồi bằng 1300 MPa, hệ số Poisson μc = 0,20; lớp ngăn cách láng nhựa dày tối thiểu 10 mm hoặc
dùng màng chống thấm tối thiểu 0,20 l/m2.
+ Lớp móng dưới bằng vật liệu cấp phối đá dăm loại II có chiều dày 180 mm, mô đun đàn hồi bằng 300 MPa hệ số Poisson μc = 0,35. Với quy quy mô giao thông nhẹ thì có thể chỉ cần dùng lớp cấp phối đá dăm trực tiếp trên nền đất [12].
4.2.1.3. Kiểm toán trạng thái làm việc kết cấu mặt đường BTXM tro bay
Mặt đường BTXM nói chung và BTXM tro bay nói riêng thuộc loại mặt đường cứng, tầng mặt có độ cứng lớn hơn nhiều so với tầng móng và nền đất [5],[29]. Dưới tác dụng của tải trọng và gradient nhiệt độ, tấm bê tông làm việc ở trạng thái chịu uốn và ở vị trí bất lợi nhất thường ở thớ dưới tại giữa cạnh dọc tấm (về mùa nóng khi có chênh lệch nhiệt độ lớn nhất giữa mặt trên và mặt dưới tấm).
Kết cấu tấm mặt đường làm việc theo hai trường hợp. Trường hợp 1, tấm đặt trên lớp móng trên bằng cấp phối đá dăm gia cố xi măng theo mô hình tấm hai lớp tách rời trên nền đàn hồi nhiều lớp. Trường hợp 2, tấm đặt trên lớp móng trên bằng cấp phối đá dăm theo mô hình tấm một lớp tách rời trên nền đàn hồi nhiều lớp.
Theo quy định thiết kế QĐ3230 [12], kết cấu áo đường BTXM thông thường có khe nối được kiểm toán theo hai trạng thái giới hạn:
+ Dưới tác dụng tổng hợp của tải trọng xe chạy trùng phục và tác dụng lặp đi lặp lại của sự biến đổi gradien nhiệt độ giữa mặt và đáy tấm BTXM, suốt trong thời hạn phục vụ, tầng mặt BTXM không bị phá hoại (không bị nứt vỡ) do mỏi.
+ Tầng mặt BTXM không bị nứt vỡ dưới tác dụng tổng hợp của một tải trọng trục xe lớn nhất đúng vào lúc xuất hiện gradien nhiệt độ lớn nhất.
[σm] = γr .(σpr + σtr) ≤ Rku
[σp,t_max] = γr .(σ pmax + σ t max) ≤ Rku (4.1) trong đó: [σm] – ứng suất kéo uốn gây mỏi do tác dụng của trục xe tiêu chuẩn (σpr)
và do gradien nhiệt độ (σtr) gây ra (gọi tắt là ứng suất gây mỏi), MPa;
[σp,t_max] – ứng suất kéo uốn do tải trọng trục xe nặng nhất (σpmax) và do
gradien nhiệt độ lớn nhất (σtmax) gây ra (gọi tắt là ứng suất max), MPa; Rku – cường độ kéo uốn thiết kế của BTXM, MPa;
Nội dung thiết kế mặt đường BTXM tro bay được thực hiện như với mặt đường BTXM thông thường theo quy định kỹ thuật QĐ3230 [12] và được tóm tắt theo sơ đồ Hình 4.3 dưới đây. Chi tiết kết quả thiết kế các dạng kết cấu mặt đường được trình bày tại Phụ lục 5.
Hình 4.3. Sơ đồ khối tính toán, thiết kế mặt đường BTXM