13 Đánh giá mặt đường BTXM sân bay bằng HWD
132 Các thông số của mặt đường BTXM đánh giá bằng HWD
Qua thiết bị HWD, có thể khảo sát được hai thông số trực tiếp: - Độ võng mặt đường khi chịu tải trọng của thiết bị HWD; - Nhiệt độ bề mặt của mặt đường BTXM
Từ độ võng, sử dụng các lý thuyết về tính toán ngược (back calculation) (xin xem chi tiết ở chương 3), sẽ xác định được 2 nhóm thông số sau đây [13]:
- Nhóm thứ nhất là các thông số liên quan tới sự làm việc (chủ yếu liên quan tới sức chịu tải, điều kiện khai thác) của mặt đường, bao gồm: Độ võng, hệ số nền k, mô đun đàn hồi của tấm và của nền đất, PCN, LTE [6][7][55];
- Nhóm thứ 2 là các thông số liên quan tới bài toán tính toán, thiết kế tấm BTXM, bao gồm: chiều cao vùng chịu nén của bê tông ở tiết diện tính toán x, mô men uốn giới hạn, ứng suất trong cốt thép chịu kéo σs [10][5][43]
Chi tiết của các thông số như sau:
1 3 2 1 Nhóm thông số thứ nhất a Độ võng
Độ võng của mặt đường BTXM khi chịu tải trọng thẳng đứng là thông số rất quan trọng, phản ánh trực tiếp độ cứng của tấm BTXM thuộc tầng mặt và mô đun đàn hồi hoặc hệ số nền của hệ nền – móng
Khi sử dụng thiết bị HWD, chỉ có độ võng và nhiệt độ bề mặt là hai thông số được đo đạc trực tiếp Các thông số khác được tính toán từ hai thông số vừa nêu, thông qua phần mềm và các phương pháp tính toán đi kèm, có liên quan tới thiết bị
Độ võng của mặt đường tại từng điểm được xác định từ các đầu đo chuyển vị bố trí dọc thân máy Trên thiết bị HWD Primax 2500 có 10 đầu đo với khoảng cách đến tâm tấm gia tải lần lượt là: 0, 20, 30, 45, 60, 90, 120, 150, 180 và 210cm
Với mỗi cấp tải trọng khai báo, giá trị độ võng, phần mềm tính toán đi kèm tính ra mô đun đàn hồi động tương ứng tại từng vị trí đo và trị số PCN của kết cấu áo đường
Tại mỗi thời điểm đo võng, nhiệt độ bề mặt tấm BTXM và nhiệt độ không khí được HWD ghi lại thông qua một đầu đo nhiệt ở mặt tấm gia tải và một đầu đo nhiệt ở thân máy Đây là các giá trị bắt buộc phải theo dõi và ghi lại trong quá trình thí nghiệm HWD [44]
b Chỉ số phân cấp mặt đường PCN
PCN (Pavement classification number) là con số biểu thị khả năng chịu lực của mặt đường cho phép máy bay hoạt động không hạn chế PCN được thông báo cho biết rằng một máy bay có ACN bằng hoặc nhỏ hơn PCN thông báo có thể hoạt động trên mặt đường với giới hạn áp suất bánh hoặc tổng trọng lượng máy bay quy định Theo tiêu chuẩn Việt Nam cũng như tiêu chuẩn hiện hành của ICAO, nếu sức chịu tải của mặt đường sân bay thay đổi đáng kể theo mùa thì có thể thông báo những giá trị PCN khác nhau
Thông báo PCN
Theo quy định của ICAO, PCN của một kết cấu mặt đường được thông báo dưới dạng tổ hợp mã hóa gồm 5 số và chữ cái, biểu thị các thông tin sau: “Giá trị bằng số của PCN/Loại mặt đường/cấp nền đường/áp suất bánh hơi máy bay cho phép/Phương pháp xác định PCN”
Ví dụ: PCN = 80/R/B/W/T Trong đó:
80: là trị số của PCN; R: là mặt đường cứng;
B: là nền đường có cấp cường độ trung bình; W: là áp lực bơm bánh không hạn chế; T: là đánh giá bằng phương pháp kỹ thuật Ví dụ: PCN=50/F/A/Y/U
Trong đó:
50: là trị số của PCN; F: là mặt đường mềm;
Y: là áp lực bơm bánh hạn chế đến 1,5MPa;
U: là đánh giá bằng phương pháp máy bay sử dụng
Phân loại các kết cấu mặt đường dùng trong đánh giá và thông báo PCN
Các loại mặt đường dùng để thông báo PCN được phân theo chức năng là kết cấu mặt đường mềm hoặc mặt đường cứng Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 8753:2011 Sân bay dân dụng-Yêu cầu chung về thiết kế và khai thác, mặt đường mềm và mặt đường cứng được mã hóa như sau (bảng 1 2):
Bảng 1 2 Các mã mặt đường để thông báo PCN
c Chỉ số phân cấp máy bay ACN (Aircraft Classification Number)
ACN không phải là thông số được xác định từ thí nghiệm HWD Tuy nhiên, chỉ số này có quan hệ chặt chẽ với PCN ACN của một máy bay được xác định bằng số và bằng hai lần tải trọng tính toán của bánh đơn (bơm với áp suất tiêu chuẩn là 1,25Mpa), đơn vị tính là 1000kg, tương đương với tải trọng trên càng chính của máy bay đang xét (bơm với áp lực tiêu chuẩn q)
ACN là một số không thứ nguyên Cách tính ACN là tìm một tải trọng bánh đơn bơm căng với áp suất 1,25Mpa gây ra tại một độ sâu nào đó trong mặt đường một ứng suất bằng ứng suất mà càng bánh máy bay bơm căng đến áp lực tiêu chuẩn q gây ra
Với mặt đường cứng, yêu cầu chịu tải càng bánh máy bay được xác định bằng lời giải Westergaard cho một bản đàn hồi được gia tải đặt trên một nền Winkler (trường hợp tải trọng đặt giữa tấm), giả định ứng suất làm việc của bê tông là 399 psi (2,75Mpa)
Với mặt đường mềm, các yêu cầu chịu tải càng bánh máy bay được xác định bằng phương pháp CBR cho từng cấp chịu tải của nền Phương pháp CBR dùng lời giải Boussinesq cho ứng suất và chuyển vị trong một bán không gian đàn hồi, đẳng hướng và đồng nhất Để tiêu chuẩn hoá tính toán ACN và loại bỏ tần suất hoạt động
Loại mặt đường Mã mặt đường Ghi chú
Mềm F Flexible
khỏi thang phân cấp tương đối, phương pháp ACN-PCN quy định rằng các giá trị ACN phải được xác định với tần suất 10 000 lần hoạt động
d Hệ số truyền lực LTE
Theo [64], LTE là tỷ lệ % của ứng suất hoặc độ võng của một tấm đang chịu tải trọng, truyền qua khe nối sang tấm bên cạnh
Hình 1 13 mô tả chuyển vị và ứng sất tại mép thớ dưới ở cạnh tự do của tấm khi chịu tác dụng của tải trọng Khi đó, tấm có độ võng tại vị trí mép tấm là de, ứng suất kéo uốn trong thớ dưới, ở vị trí cạnh tấm làe
Hình 1 13 Chuyển vị và ứng suất tại cạnh tự do của tấm
Trường hợp hai tấm đặt sát nhau, giữa hai tấm có thanh truyền lực, hoặc hai tấm có hiệu ứng chèn móc (aggregate interlock) [58][59][67] Khi có tải trọng tác dụng, hai tấm cùng tham gia chịu lực, với độ võng ở mép tấm lần lượt là dl, du (như hình 1 14); ứng suất kéo uốn ở thớ dưới tại vị trí mép tấm lần lượt làu,l
Hình 1 14 Sự tham gia chịu lực đồng thời của hai tấm cạnh nhau khi chịu tải trọng Hệ số truyền lực được xác định như sau [66][69]:
LTE= (du/dl)*100%
Trong đó là hệ số hiệu chỉnh độ võng của tấm BTXM
=d0/d12
(1 6)
LTE phụ thuộc vào các yếu tố sau [58][59]:
- Hiệu ứng chèn móc (aggregate interlock) giữa hai bề mặt tấm; - Thông số cơ lý và bố trí, cấu tạo thanh truyền lực (nếu có);
- Điều kiện tiếp xúc giữa bề mặt lớp móng và đáy tấm, cũng như cường độ lớp móng; - Nhiệt độ
Theo [64], sơ đồ đo LTE bằng thiết bị FWD, HWD như sau (hình 1 15):
Hình 1 15 Sơ đồ xác định LTE thông qua thiết bị FWD [64]
1 3 2 2 Nhóm thông số thứ hai
Nhóm thông số này chủ yếu liên quan tới các yếu tố tính toán, thiết kế tấm BTXM Các thông số này được xác định khi có tải trọng thẳng đứng (tải trọng của máy HWD) tác dụng, tấm làm việc ở trạng thái chịu kéo khi uốn [44][75]
Khi đó, trên tiết diện cắt ngang của tấm với bề rộng bằng 01 đơn vị đo (tùy trường hợp sử dụng, có thể là 1m, 1 inch, … ), sẽ xuất hiện vùng chịu nén có chiều cao x, mô men uốn giới hạn mu tại tiết diện Trong cốt thép tham gia chịu kéo sẽ có ứng suất kéo σs Nội dung tính toán xác định các thông số này được trình bày chi tiết ở chương 2
Nhận xét chung: Các chỉ tiêu sử dụng để đánh giá mặt đường BTXM Khi sử
dụng thiết bị quả nặng rơi đều có liên quan chặt chẽ tới chỉ tiêu độ võng mặt đường (Khi đánh giá bằng HWD)