Loại xe Tải nhẹ Trục trước Trục sau Tải Trục trước trung Trục sau Tải nặng Trục trước Trục sau
2.4.3.3. Số trục xe tính toán tiêu chuẩn trên 1 làn xe Ntt
Số trục xe tính toán Ntt là tổng số trục xe được quy đổi về trục xe tính toán tiêu chuẩn sẽ thông qua mặt cắt ngang đoạn đường thiết kế trong một ngày đêm trên làn xe chịu đựng lớn nhất vào thời kỳ bất lợi nhất ở cuối thời hạn thiết kế quy định tuỳ thuộc loại tầng mặt dự kiến lựa chọn cho kết cấu áo đường. Xác định Ntt theo biểu thức:
N tt N fi (trục/ng.đ/làn) Trong đó :
Ntk: là tổng số trục xe quy đổi từ k loại trục xe khác nhau về trục xe tính toán trong một ngày đêm trên cả 2 chiều xe chạy ở năm cuối của thời hạn thiết kế. Trị số Ntk được xác định theo biểu thức trên nhưng ni của mỗi loại tải trọng trục i đều được lấy số liệu ở năm cuối của thời hạn thiết kế và được lấy bằng số trục i trung bình ngày đêm trong khoảng thời gian mùa mưa hoặc trung bình ngày đêm trong cả năm (nếu ni trung bình cả năm lớn hơn ni trung bình trong mùa mưa);
fi: là hệ số phân phối số trục xe tính toán trên mỗi làn xe, mặt đường có 2 làn xe chạy, fi = 0.55.
Ntt 299 0.55 164 (trục/ng.đ/làn)
2.4.3.4. Số trục xe tiêu chuẩn tích lũy trong thời hạn tính toán 15 năm
Ne 1q 1 q
25
KHOA CẦU ĐƯỜNG
BỘ MÔN ĐƯỜNG Ô TÔ – ĐƯỜNG ĐÔ THỊ
Trong đó :
q : hệ số tăng trưởng xe mỗi năm, q=8% ;
Ntt : Số trục xe tính toán tiêu chuẩn trên 1 làn xe;
Ne
2.4.3.5. Lựa chọn tầng mặt cho giai đoạn 1
Giai đoạn 1 thì tầng móng vẫn sẽ lấy số liệu từ phương án đầu tư tập trung và và tầng mặt sẽ là tầng mặt cấp cao A2 bằng cách láng nhựa 2 lớp với chiều dày là 2.5 (cm) lựa chọn theo TCVN 8863:2011- mặt đường láng nhựa nóng – thi công và nghiệm thu.
Bảng lựa chọn các lớp áo đường cho đầu tư phân kỳ 5 năm đầu: Bảng 2-26. Các lớp áo đường cho đầu tư phân kỳ 5 năm đầu
Lớp kết cấu
(từ dưới lên)
Đất nền loại sét Cấp phối đá dăm loại II
Cấp phối đá dăm gia cố xi măng 5% Láng nhựa 2 lớp Góc ma sát trong (độ) 24 - - 0
2.4.4. Kiểm toán phương án kết cấu áo đường cho giai đoạn đầu tư xây dựng phân kỳ 5 năm đầu dựng phân kỳ 5 năm đầu
2.4.4.1. Kiểm tra cường độ chung của kết cấu theo tiêu chuẩn về độ võng đàn hồi cho phép đàn hồi cho phép
Xác định module đàn hồi yêu cầu:
Cấp đường
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI KHOA CẦU ĐƯỜNG
BỘ MÔN ĐƯỜNG Ô TÔ – ĐƯỜNG ĐÔ THỊ
Theo tiêu chuẩn này kết cấu được xem là đủ cường độ khi trị số mô đun đàn hồi chung của cả kết cấu nền áo đường (hoặc của kết cấu áo lề có gia cố) Ech
lớn hơn hoặc bằng trị số mô đun đàn hồi yêu cầu Eyc nhân thêm với một hệ số dự trữ cường độ về độ võng Kcddv được xác định tuỳ theo độ tin cậy mong muốn.
E
ch
Trong đó :
Kcddv : phụ thuộc vào hệ số độ tin cậy theo Bảng 3-2 - 22TCN-211-06, Kcddv =1.10 (hệ số độ tin cậy bằng 0.85); Eyc = 130.32 (MPa),
Ech K cddv E yc 1.10 130.32 143.35( Mpa)
a. Xác định Ech
Quy đổi hệ nhiều lớp về hệ 2 lớp với trị số module đàn hồi trung bình E’tb với biểu thức:
E'
tb
Trong đó:
k=h2/h1, t=E1/E2, với h1 và h2 là chiều dày lớp trên và lớp dưới của áo đường, E1 và E2 là modun đàn hồi của vật liệu lớp trên và lớp dưới.
- Việc đổi hệ nhiều lớp và hệ 2 lớp được tiến hành từ dưới lên, có hai lớp vật liệu quy đổi về một lớp bề dày H’ = h1 + h2 và có trị số mô đun đàn hồi Etb'
tính theo (2-32).
- Sau đó lại xem lớp H’ (với Etb' ) là lớp dưới và tiếp tục quy đổi nó cùng với lớp trên nó thành một lớp có bề dày H = H’+ h3 và Etb' tính theo (2-32) nhưng với Etb' lớp này đóng vai trò E1 và K = h3/H’, t=E3/ Etb' .
- Sau khi quy đổi nhiều lớp áo đường về một lớp thì cần nhân thêm với Etb'
một hệ số điều chỉnh β xác định theo Bảng 3-6-22TCN-211-06 để được trị số Etbdc :
dc
E
tb
27
ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI KHOA CẦU ĐƯỜNG
BỘ MÔN ĐƯỜNG Ô TÔ – ĐƯỜNG ĐÔ THỊ
Hệ số điều chỉnh:1.114 H / D0.12 , tra theo bảng 3-6 của 22TCN-
211-06;
H: là bề dày toàn bộ của kết cấu áo đường; D: đường kính vệt bánh xe tính toán;
Tỷ số H/D và tra theo theo Bảng 3-6-22TCN-211-06
- Xác định module đàn hồi chung của hệ kết cấu theo quan hệ trên toán đồ Kogan:
E
ch
E1
Trong đó:
E1: là mondule đàn hồi trung bình đã điều chỉnh E1 Etbdc
Kết quả quy đổi hệ nhiều lớp về một lớp được thể hiện ở bảng dưới đây: Bảng 2-27. Kết quả quy đổi hệ nhiều lớp về 2 lớp từ dưới lên để tìm
Loại kết cấu
Cấp phối đá dăm loại II Cấp phối đá dăm gia cố
xi măng Láng nhựa 2 lớp - Xét hệ số điều chỉnh: 250 600 0 H D 44 33.5 1.351.15
- Module đàn hồi trung có điều chỉnh: Etbdc Etb' 1.15 276.97 318.52( Mpa)
- Module đàn hồi trung của cả kết cấu: E ch (cm) (Mpa) 30 250 42 329.87 44.5 276.97 (cm) 30 12 2.5
E
tb
Ech 0.479 Etbdc 0.461 318.52 146.84( Mpa) .
b. Kết luận và nhận xét
Kết quả kiểm toán: Ech 146.84 Kcddv Eyc 143.35( Mpa)
28
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI KHOA CẦU ĐƯỜNG
BỘ MÔN ĐƯỜNG Ô TÔ – ĐƯỜNG ĐÔ THỊ
Kết luận: Vậy có thể thấy cấu tạo kết cấu áo đường dự kiến đảm bảo đạt yêu cầu cường độ theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi cho phép. 2.4.4.2. Kiểm tra cường độ kết cấu theo tiêu chuẩn chịu cắt trượt trong nền đất và các lớp vật liệu kém dính kết
Kết cấu áo đường có tầng mặt cấp cao loại A1 được xem là đủ cường độ khi thỏa mãn điều kiện sau:
T T
ax av
Trong đó:
Tax: ứng suất cắt hoạt động lớn nhất do tải trọng bánh xe tính toán gây ra trong nền đất hoặc trong lớp vật liệu kém dính (MPa);
Tav: ứng suất cắt hoạt động do trọng lượng bản thân các lớp vật liệu nằm trên nó gây ra cũng tại điểm đang xét (MPa);
K cdtr : hệ số cường độ chịu cắt trượt (tra theo bảng 3-7 của 22TCN-211-06).
a. Xác định các đại lượng
- Module đàn hồi trung bình của các lớp kết cấu:
+ Việc quy đổi hệ nhiều lớp về hệ 2 lớp được thực hiện dưới bảng sau: Bảng 2-28. Kết quả quy đổi hệ nhiều lớp về 2 lớp từ dưới lên để tìm
Loại kết cấu
Cấp phối đá dăm loại II Cấp phối đá dăm gia cố xi măng 5%
Láng nhựa 2 lớp
+ Xét hệ số điều chỉnh:
H
D 44
33.5 1.351.15 + Module đàn hồi trung có điều chỉnh:
Etbdc Etb' 1.15 276.97 318.52( Mpa)
29
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI KHOA CẦU ĐƯỜNG
BỘ MÔN ĐƯỜNG Ô TÔ – ĐƯỜNG ĐÔ THỊ
- Ứng suất cắt hoạt động do tải trọng bánh xe tiêu chuẩn tính toán gây ra trong nền đất Tax:
+ Ta có:
H D
+ Từ 2 hệ số trên ta tra toán đồ để xác định ứng suất trượt từ tải trọng bánh xe ở lớp dưới của hệ 2 lớp, với góc ma sát trong của đất nền 240 thì ta tra được giá trị:
T
pax 0.0225 . Vì áp lực trên mặt đường của bánh xe tiêu chuẩn tính toán p = 6 (daN/cm2) = 0.6 (Mpa).
Tax 0.0225 0.6 0.0135(Mpa)
- Ứng suất cắt hoạt động do trọng lượng bản thân các lớp kết cấu áo đường gây ra trong nền đất Tav:
+ Dựa vào bề dày tổng cộng của các lớp nằm trên lớp tính toán H = 44.5 (cm) và giá trị góc ma sát trong của đất nền 240 . Tra biểu đồ dưới đây để xác định được Tav:
Tav 0.0009(Mpa) - Xác định Ctt, Ktr :
cd
+ Trị số Ctt được xác định theo biểu thức: Ctt c K1 K 2 K3
Trong đó:
C = 0.032 (Mpa): Lực dính của đất nền;
K1 = 0.6: hệ số xét đến sự suy giảm sức chống cắt trượt khi đất chịu tải trọng động và gây dao động;
K2 = 0.8: hệ số xét đến các yếu tố tạo ra sự làm việc không đồng nhất của kết cấu. Lấy theo Bảng 3-8 của 22TCN-211-06;
K3 = 1.5: hệ số xét đến sự gia tăng sức chống cắt trượt của đất hoặc vật liệu kém dính trong điều kiện chúng làm việc trong kết cấu khác với mẫu thử. Lấy đối với đất sét.
Ctt c K1 K2 K3 0.032 0.6 0.8 1.5 0.023
- Hệ số cường độ về chịu cắt tra theo bảng 3-7 của 22TCN-211-06, với cấp đường IV và độ tin cậy lấy bằng 0.9: Kcdtr=0.94
30
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI KHOA CẦU ĐƯỜNG
BỘ MÔN ĐƯỜNG Ô TÔ – ĐƯỜNG ĐÔ THỊ
b. Kết luận và nhận xét
Với các giá trị đã xác định được ở mục trên, thay vào biểu thức (2-35) ta thấy:
Tax Tav 0.0135 0.0009 0.0126 Mpa
Kết luận: Như vậy ta có thể kết luận rằng kết cấu áo đường đảm bảo khả năng chịu cắt trượt trong nền đất và các lớp vật liệu kém dính kết. 2.5. TÍNH TOÁN KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG GIAI ĐOẠN II
2.5.1. Lựa chọn kết cấu áo đường giai đoạn II
Sau 5 năm cường độ của kết cấu áo đường Ech giảm đi 10%:
Ech5 0.9 329.87 296.88 MPa
Vẫn giữ kết cấu móng của phương án đầu tư tập trung, tuy nhiên sẽ tăng bề dầy tầng mặt cũ của phươn án kết cấu áo đường mềm lên, kết cấu áo đường mới được thể hiện dưới bảng sau:
Bảng 2-29. Các lớp áo đường cho đầu tư phân kỳ 10 năm còn lại
Lớp kết cấu (từ dưới lên)
Lớp móng cũ
Bê tông nhựa chặt loại I 12.5 mm (đá dăm ≥ 50%)
Bê tông nhựa chặt loại I 9.5 mm (đá dăm ≥ 50%)
2.5.2. Kiểm toán phương án kết cấu áo đường cho giai đoạn đầu tư xây dựng phân kỳ 10 năm còn lại dựng phân kỳ 10 năm còn lại
2.5.2.1. Kiểm tra cường độ chung của kết cấu theo tiêu chuẩn về độ võng đàn hồi cho phép đàn hồi cho phép
- Xác định module đàn hồi yêu cầu:
31
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI
BỘ MÔN ĐƯỜNG Ô TÔ – ĐƯỜNG ĐÔ THỊ
Cấp đường
III
- Theo tiêu chuẩn này kết cấu được xem là đủ cường độ khi trị số mô đun đàn hồi chung của cả kết cấu nền áo đường (hoặc của kết cấu áo lề có gia cố) Ech
lớn hơn hoặc bằng trị số mô đun đàn hồi yêu cầu Eyc nhân thêm với một hệ số dự trữ cường độ về độ võng Kcddv được xác định tuỳ theo độ tin cậy mong muốn.
E
ch
Trong đó :
Kcddv : phụ thuộc vào hệ số độ tin cậy theo Bảng 3-2 - 22TCN-211-06, Kcddv 1.10 (hệ số độ tin cậy bằng 0.9); Eyc 167.38( Mpa) ,
Ech Kcddv Eyc 1.10 167.38 184.1( Mpa) .
a. Xác định Ech
- Quy đổi hệ nhiều lớp về hệ 2 lớp với trị số module đàn hồi trung bình Etb' với biểu thức:
Trong đó:
k=h2/h1, t=E1/E2, với h1 và h2 là chiều dày lớp trên và lớp dưới của áo đường, E1 và E2 là modun đàn hồi của vật liệu lớp trên và lớp dưới.
- Việc đổi hệ nhiều lớp và hệ 2 lớp được tiến hành từ dưới lên, có hai lớp vật liệu quy đổi về một lớp bề dày H’ = h1 + h2 và có trị số mô đun đàn hồi Etb'
tính theo (2-38).
- Sau đó lại xem lớp H’ (với Etb' ) là lớp dưới và tiếp tục quy đổi nó cùng với lớp trên nó thành một lớp có bề dày H = H’+ h3 và Etb' tính theo (2-38) nhưng với Etb' lớp này đóng vai trò E1 và K = h3/H’, t=E3/ Etb' .
32
ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI KHOA CẦU ĐƯỜNG
BỘ MÔN ĐƯỜNG Ô TÔ – ĐƯỜNG ĐÔ THỊ
- Sau khi quy đổi nhiều lớp áo đường về một lớp thì cần nhân thêm với Etb'
một hệ số điều chỉnh β xác định theo Bảng 3-6-22TCN-211-06 để được trị số Etbdc :
dc
E
tb
Trong đó:
H: là bề dày toàn bộ của kết cấu áo đường; D: đường kính vệt bánh xe tính toán;
Tỷ số H/D và tra theo theo Bảng 3-6-22TCN-211-06.
- Xác định module đàn hồi chung của hệ kết cấu theo quan hệ trên toán đồ Kogan:
E
ch
E1
Trong đó:
E1: là mondule đàn hồi trung bình đã điều chỉnh E1 Etbdc
Kết quả quy đổi hệ nhiều lớp về một lớp được thể hiện ở bảng dưới đây: Bảng 2-31. Kết quả quy đổi hệ nhiều lớp về 2 lớp từ dưới lên để tìm
Loại kết cấu
Lớp móng cũ Bê tông nhựa chặt loại I 12.5 mm (đá dăm ≥ 50%)
Bê tông nhựa chặt loại I 9.5 mm (đá dăm ≥ 50%) Xét hệ số điều chỉnh: H D 56 33 1.697 1.187 Module đàn hồi trung có điều chỉnh:
E tbdc E tb' 1.187 325.02 385.8( Mpa) Module đàn hồi trung của cả kết cấu: E ch f dc E tb
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI KHOA CẦU ĐƯỜNG
BỘ MÔN ĐƯỜNG Ô TÔ – ĐƯỜNG ĐÔ THỊ
Ech 0.484 Etbdc 0.484 385.8 186.7( Mpa) .
b. Kết luận và nhận xét
Kết quả kiểm toán: Ech 186.7 K cddv E yc 184.1( Mpa)
Kết luận: Vậy có thể thấy cấu tạo kết cấu áo đường dự kiến đảm bảo đạt yêu cầu cường độ theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi cho phép. 2.5.2.2. Kiểm tra cường độ kết cấu theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn trong các lớp vật liệu liền khối trong các lớp betong nhựa
Kết cấu coi là đảm bảo đủ cường độ theo tiêu chuẩn keeo uốn trong các lớp vật liệu liền khối trong các lớp betong nhựa khi thỏa mãn điều kiện sau:
ku
Trong đó:
ku: ứng suất chịu kéo uốn lớn nhất phát sinh ở đáy lớp vật liệu liền khối dưới tác dụng của tải trong bánh xe;
Ruku : cường độ chịu kéo uốn tính toán của lớp vật liệu liền khối; Kcdku : hệ số cường độ về chịu kéo uốn tùy thuộc vào độ tin cậy (tra theo bảng 3-7 của 22TCN-211-06), Kcdku 0.94 (hệ số độ tin cậy là 0.9).
- Xác định ứng suất kéo uốn lớn nhất ở đáy các lớp betong nhựa
+ Ứng suất kéo uốn lớn nhất phát sinh ở đáy lớp vật liệu liền khối ku
được xác định theo biểu thức dưới đây:
ku ku p kb (2-42)
Trong đó:
p: áp lực bánh của tại trọng trục tính toán p = 0.6 Mpa;
kp: hệ số xét đến đặc điểm phân bố ứng suất trong kết cấu áo đường dưới tác dụng của tải trọng tính toán là bánh đôi hoặc bánh đơn:
kb = 0.85: cụm bánh đôi (tải trọng trục tiêu chuẩn);
kb = 1.0: cụm bánh đơn (tải trọng trục đặc biệt nặng nhất);
ku: ứng suất kéo uốn đơn vị, xác định theo toán đồ Hình 3-5 theo 22TCN-211-06;
34
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI KHOA CẦU ĐƯỜNG
BỘ MÔN ĐƯỜNG Ô TÔ – ĐƯỜNG ĐÔ THỊ
Trong đó:
h1: tổng bề dày các lớp kết cấu kể từ đáy lớp được kiểm tra kéo uốn trở lên đến bề mặt áo đường;
E1: module dàn hồi trung bình của các lớp nằm trong phạm vi h1,
E E i h i 1 hi phạm vi h1); D: đường kính vệt bánh xe tính toán;
Ech.m: module dàn hồi chung của nền đất và các lớp nằm phía dưới đáy lớp vật liệu liền khối được kiểm tra.
+ Việc quy đổi tầng 2 lớp một đối với betong nhựa lớp trên được thực hiện dưới bảng sau:
Bảng 2-32. Kết quả quy đổi tầng 2 lớp một từ dưới lên để tìm Etb'
Loại kết cấu
Lớp móng cũ
Bê tông nhựa chặt loại I- 12.5mm (đá dăm 50%)
+ Xét hệ số điều chỉnh:
t
H
D 50
33 1.512 1.171 + Module đàn hồi trung bình của hệ:
E tb E tb' 1.171 453.8 531.4( Mpa) + Xác định ứng suất kéo uốn đơn vị ku:
Với
(tra toán đồ Kogan hình 3-1 của 22TCN-211-06)
Ech.m 0.39 Etb 0.39 531.4 207.25(Mpa)