2.3. Tiờu chớ về chất lượng nền, mặt đường cỏc tuyến đang khai thỏc phục
2.3.2 Cỏc định nghĩa về tuổi thọ của kết cấu mặt đường mềm
Áo đường mềm (Flexible Pavement) - Hệ thống chịu tải trọng xe được tạo thành từ một hoặc nhiều lớp, được thiết kế để truyền và phõn bố tải trọng đú xuống lớp vật liệu nền nằm ở phớa dưới. Lớp cú chất lượng cao là lớp mặt (thường là bằng bờ tụng nhựa), lớp múng trờn được rải phớa dưới lớp mặt cú chất lượng kộm hơn, và tiếp sau đú là lớp múng dưới. Loại này được gọi là ỏo đường mềm bởi vỡ nú chịu được uốn vừng dưới tải trọng nặng.
Tuổi thọ của mặt đường, theo truyền thống, được định nghĩa chỉ dựa vào trỡnh trạng về kết cấu và tỡnh trạng về chức năng của mặt đường. Trong khoảng thời gian mà tỡnh trạng về kết cấu và chức năng của mặt đường được cho là cú thể duy trỡ trong giới hạn quy định ứng với điều kiện hiện trường cụ thể và giả thiết cụng tỏc bảo dưỡng thường xuyờn, bảo dưỡng dự phũng thớch hợp được thực hiện. Cỏc vớ dụ về cỏc điều kiện hiện trường và thiết kế bao gồm:
Cỏc nhu cầu về sử dụng đường (điều kiện giao thụng). Cỏc điều kiện về mụi trường.
Kế hoạch bảo dưỡng thường xuyờn, bảo dưỡng phũng ngừa, bảo dưỡng sửa chữa và cỏc hoạt động bảo dưỡng khỏc.
Mức độ tỡnh trạng của mặt đường hay trạng thỏi giới hạn của mặt đường. Cú nhiều định nghĩa về tuổi thọ và tuổi thọ cũn lại của kết cấu ỏo đường mềm. Những định nghĩa về tuổi thọ và tuổi thọ cũn lại của kết cấu ỏo đường mềm như sau:
2.3.2.1. Tuổi thọ của kết cấu mặt đường
Theo thuật ngữ giao thụng vận tải của AASHTO 2009 (The 2009 AASHTO Transportation Glossary) cú cỏc định nghĩa về tuổi thọ và thời gian phục vụ của kết cấu mặt đường như sau:
Tuổi thọ của kết cấu ỏo đường mềm (Service Life) là khoảng thời gian mà một kết cấu mặt đường xõy dựng mới hoặc cải tạo lần đầu cũn phục vụ được trước khi đạt đến khả năng phục vụ cuối cựng của nú, hoặc đạt đến tỡnh trạng đũi hỏi phải sửa chữa lớn hoặc xõy dựng lại”.
Tuổi thọ thiết kế (Design Life) là thời gian mà mặt đường đảm bảo chất lượng khai thỏc với những điều kiện xỏc định về tải trọng và khớ hậu.
Tuổi thọ thiết kế mỏi (Fatigue Design Life) là thời gian hoặc số lần tỏc dụng của tải trọng mà mặt đường chịu đựng được khi tớnh toỏn trạng thỏi giới hạn về mỏi.
Thời gian phục vụ (Service Time) là thời gian mà kết cấu ỏo đường được dự kiến sẽ đảm bảo khai thỏc dưới những điều kiện xỏc định.
Khả năng phục vụ (Serviceability): Khả năng phục vụ cho giao thụng tại thời điểm quan sỏt mặt đường.
Thời hạn phõn tớch (Analysis period): Là khoảng thời gian trong đú việc phõn tớch kinh tế phải căn cứ vào; thụng thường trong khoảng thời gian này phải cú ớt nhất một lần cải tạo.
Thời hạn thiết kế - Thời hạn phục vụ (Design Period - Performance Period): Khoảng thời gian mà một kết cấu mặt đường xõy dựng mới hoặc cải tạo lần đầu đó được thiết kế cũn phục vụ được trước khi đạt đến khả năng phục vụ cuối cựng của nú, hoặc đạt đến tỡnh trạng cần phải sửa chữa lớn hoặc xõy dựng lại.
2.3.2.2. Tuổi thọ cũn lại của kết cấu mặt đường
Kết cấu mặt đường mềm từ khi xõy dựng mới hoặc cải tạo nõng cấp, sau một thời gian khai thỏc chịu tỏc động của một lượng giao thụng nhất định thỡ tuổi thọ cũn lại cú thể được định nghĩa như sau:
Tuổi thọ cũn lại của kết cấu ỏo đường mềm (Remaining service life -RSL) là khoảng thời gian cũn lại mà một kết cấu mặt đường xõy dựng mới hoặc cải tạo lần đầu đó được thiết kế cũn phục vụ được trước khi đạt đến khả năng phục vụ cuối cựng của nú, hoặc đạt đến tỡnh trạng cần phải sửa chữa lớn hoặc xõy dựng lại.
Tuổi thọ cũn lại của kết cấu ỏo đường mềm (Remaining service life - RSL) được định nghĩa là khoảng thời gian cũn lại mà một kết cấu mặt đường đảm bảo chức năng phục vụ với cường độ cũn lại chấp nhận được chỉ với bảo dưỡng định kỳ.
Cú nhiều trạng thỏi giới hạn đỏnh giỏ tuổi thọ mặt đường, đối với mặt đường mềm khi thiết kế cú những điều kiện giới hạn: Lỳn vệt bỏnh, nứt mỏi, nứt ngang, IRI,…
Hỡnh 2.7: Dự bỏo tuổi thọ cũn lại theo chỉ tiờu độ gồ ghề quốc tế IRI
Hỡnh 2.8: Dự bỏo tuổi thọ cũn lại theo chỉ tiờu chỉ số điều kiện mặt đường PCI
Hỡnh 2.8 và hỡnh 2.9 mụ tả định nghĩa tuổi thọ cũn lại của mặt đường theo chỉ tiờu IRI và PCI. Khi đỏnh giỏ RSL với nhiều điều kiện khỏc nhau thỡ phải dựng phương phỏp phõn tớch đa điều kiện. Tuổi thọ cũn lại ứng với cỏc điều kiện khỏc nhau là khỏc nhau, như vậy cú thể cú 2 phương phỏp để quyết định xem RSL là bao nhiờu. Phương phỏp 1 là phương phỏp tỡm giỏ trị nhỏ nhất và phương phỏp 2 là
phương phỏp tớnh theo trọng số. Với những chỉ số chất lượng này, tuổi thọ cũn lại của mặt đường được xỏc định để đỏp ứng cỏc mục tiờu khỏc nhau như bảng 2.30 (vớ dụ: tuổi thọ chức năng cũn lại, tuổi thọ kết cấu cũn lại, tuổi thọ phục vụ cũn lại,…).
Bảng 2.30: Phương phỏp đa điều kiện xỏc định tuổi thọ cũn lại của mặt đường Chỉ số chất lượng mặt đường Dự tớnh RSL của mặt đường Chỉ số chất lượng mặt đường Dự tớnh RSL của mặt đường
Tỡnh trạng kết cấu
Khoảng thời gian cho đến khi mặt đường đạt đến mức giới hạn phải làm lại
Thời gian cho đến khi tỡnh trạng kết cấu mặt đường giảm đến mức phải xõy dựng lại (nứt da cỏ sấu, nứt ngang, lỳn vệt và đứt góy quỏ mức,…).
Tỡnh trạng chức năng
Thời gian cho đến khi mặt đường khụng thể đỏp ứng được nhu cầu sử dụng
Thời gian cho đến khi độ ờm thuận của mặt đường giảm đến mức phải xõy mới (độ gồ ghề quỏ lớn).
Tuổi thọ cũn lại của mặt đường được xỏc định theo cụng thức:
RSLPMX= AGETD - AGENOW (2.38)
Trong đú:
RSLPMX: tuổi thọ cũn lại dựa vào chỉ số chất lượng X
AGETD: tuổi thọ dự bỏo của mặt đường theo chỉ số chất lượng X AGENOW: tuổi của mặt đường ở thời điểm hiện tại.
1. Phương phỏp 1: Phương phỏp xỏc định tuổi thọ nhỏ nhất
Tuổi thọ cũn lại của mặt đường là tuổi thọ nhỏ nhất trong tất cả cỏc tuổi thọ thành phần của mỗi chỉ số chất lượng được xem xột. Nú được biểu diễn toỏn học như sau: RSL = Min (RSLPM1, RSLPM2, RSLPM3,…RSLPMn) (2.39)
Bảng 2.31: Xỏc định tuổi thọ cũn lại của mặt đường theo phương phỏp 1 Chỉ tiờu Chỉ tiờu đỏnh giỏ Tuổi thọ dự kiến (năm) Thời gian đó phục vụ (năm) Tuổi thọ cũn lại RSL (năm) Tuổi thọ tổng thể cũn lại (năm) IRI 22 10 12 5 Nứt dọc 25 10 15 Nứt mỏi 20 10 10 Lỳn vệt bỏnh 15 10 5
Phương phỏp này thiờn về an toàn, tuổi thọ cũn lại của kết cấu chỉ theo 1 chỉ tiờu bất lợi nhất, nờn chỉ cần biết chỉ tiờu này là cú thể xỏc định được. Bảng 2.31 là vớ dụ tớnh toỏn tuổi thọ cũn lại tổng thể theo 4 chỉ tiờu là 5 năm.
2. Phương phỏp 2: Phương phỏp xỏc định theo trọng số
Tuổi thọ cũn lại của mặt đường là bỡnh quõn của tất cả cỏc tuổi thọ thành phần của mỗi chỉ số chất lượng được xem xột. Nú được biểu diễn toỏn học như sau:
1 * k i PMi i k k i i W RSL RSL W (2.40) Trong đú
Wi : Trọng số gỏn cho chỉ số chất lượng thứ i; k là số chỉ tiờu đỏnh giỏ RSLPMi : RSL tớnh cho cỏc chỉ số chất lượng thứ i
Bảng 2.32: Xỏc định tuổi thọ cũn lại của mặt đường theo phương phỏp 2 Chỉ tiờu Chỉ tiờu đỏnh giỏ Tuổi thọ dự kiến (năm) Thời gian đó phục vụ (năm) Tuổi thọ cũn lại RSL (năm) Trọng số (%) Tuổi thọ tổng thể cũn lại (năm) IRI 22 10 12 20 8.9 Nứt dọc 25 10 15 10 Nứt mỏi 20 10 10 30 Lỳn vệt bỏnh 15 10 5 40
Phương phỏp này tuổi thọ cũn lại phụ thuộc vào trọng số (mức độ quan trọng) của chỉ tiờu đỏnh giỏ. Bảng 2.32 là vớ dụ tớnh toỏn tuổi thọ cũn lại tổng thể theo 4 chỉ tiờu ứng với trọng số là 8.9 năm. So với phương phỏp 1 thỡ RSL tăng thờm 3.9 năm.
Bảng 2.33: Giỏ trị tham khảo tuổi thọ phục vụ lớn nhất của cỏc loại mặt đường Loại mặt đường/kết cấu Tuổi thọ phục vụ lớn nhất (năm) Loại mặt đường/kết cấu Tuổi thọ phục vụ lớn nhất (năm)
Kết cấu bờ tụng nhựa làm mới 20
Kết cấu bờ tụng xi măng làm mới 30
Lớp phủ BTN dày trờn mặt đường BTN 10
Lớp phủ BTN mỏng trờn BTN, BTXM 6
Lớp phủ BTN dày trờn mặt đường BTXM 10
Để xỏc định RSL thỡ cần xỏc định tuổi thọ thiết kế của toàn bộ kết cấu mặt đường, bảng 2.33 là cỏc giỏ trị đề xuất tham khảo.
Cỏc biện phỏp bảo dưỡng bề mặt đường cũng tăng tuổi thọ cũn lại của mặt đường, xem hỡnh 2.9
Hỡnh 2.9: Bảo dưỡng bề mặt tăng cường RSL