CHƯƠNG 1 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG MẶT ĐƯỜNG
4.3.2. Tính tốn số liệu giao thơng – thiết kế kết cấu mặt đường cứng theo AASHTO
AASHTO 1993 [45]
Theo hướng dẫn AASHTO 1993, thông số giao thông trong thiết kế kết cấu mặt đường cứng là tổng lượng trục xe 82 kN (18 kips) tích lũy trong thời kì thiết kế, được tính tương đương với tính tốn theo Hướng dẫn 3230 ứng với đường cấp 4 là 15 năm.
Cơng thức tính tốn tổng lượng trục đơn thiết kế:
= ∑1 (4.1)
=∗∗∗365∗∗ (4.2)
Trong đó:
ESALi – số trục tương đương 18,000 lb của loại trục xe i AADTi – lưu lượng xe ngày đêm năm đầu của loại xe i
Gjt – tỉ lệ tăng trưởng j và thời kỳ thiết kế t (tương ứng 3% đối với xe nặng và 15 năm;
fd – hệ số làn xe thiết kế (lấy bằng 0,5)
ESAL – số trục tương đương 18,000 lb của tất cả các xe
FEi – hệ số tải trọng tương đương (Phụ lục D – hướng dẫn AASHTO 1993) n – số loại xe tính tốn
Theo số liệu giao thơng đã cho, tính tốn tổng trục tương đương đối với các loại xe để tính tốn kết cấu mặt đường BTXM được thể hiện trong bảng 4.3.
Bảng 4.3. Tính tốn lượng giao thơng theo AASHTO 1993 Trọng Trọng Hệ số tải lượng lượng Số Trục Loại trọng ESALi Loại xe trục trục xe trục xe trục tương xe Pi Pi đương (kN) (kips) (trục) FEi (trục)
Xe buýt loại nhỏ Trước Đơn 25 5.62023 42 0.01 1,426
Sau Đơn 50 11.2405 42 0.56 79,839
Xe buýt loại lớn Trước Đơn 45 10.1164 38 0.08 10,319
Sau Đơn 90 20.2328 38 1.58 203,806
Xe tải vừa Trước Đơn 20 4.49618 89 0.02 6,042
Sau Đơn 50 11.2405 89 0.56 169,182
Xe tải vừa Trước Đơn 45 10.1164 67 0.08 18,195
Sau Đơn 100 22.4809 67 2.4 545,836
Xe tải nặng Trước Đơn 60 13.4885 34 0.255 29,430
Sau Kép 120 26.9771 34 14.2 1,638,865
Trước Đơn 56 12.5893 25 0.24 20,367
Xe kéo móc Sau Kép 110 24.729 25 10.27 871,538
Sau Ba 110 24.729 25 16.2 1,374,773
Tổng cộng 4,969,616
Kết quả tính tốn lượng giao thơng qui đổi tải trọng đơn tiêu chuẩn 82 kN trong thời kì thiết kế 15 năm, với tỉ lệ tăng trưởng xe nặng 3%/năm là: 4,969616 * 106 trục.
Chuyển đổi số liệu đầu vào tương ứng với hướng dẫn thiết kế AASHTO 1993:
- Tấm mặt đường BTXM nội bảo dưỡng:
+Chiều dày D = 0,26 m (10,24 inches)
+Cường độ kéo uốn S’c = 4,8 MPa (800 psi);
+Mô đun đàn hồi Ec = 24000 MPa (4000000 psi);
- Các lớp móng và nền đường: do khơng có điều kiện thí nghiệm mơ đun đàn hồi hữu hiệu của các lớp móng và nền đường, kiến nghị lấy mơ đun đàn hồi của các lớp móng và nền tương ứng với các chỉ tiêu sau:
+Móng trên cấp phối đá dăm gia cố xi măng 5% dầy hb = 0,20 m (7,87 inches) với mô đun đàn hồi Eb= 522,132 MPa (87022 psi);
+Móng dưới cấp phối đá dăm dày hsb = 0,18 m (7,07 inches) với mô đun đàn hồi Esb= 261,066 MPa (43511 psi);
+ Nền đất có mơ đun đàn hồi MR = 38,286 MPa (6381 psi);
-Điều kiện thoát nước tốt Cd = 1; hệ số mất mát gối đỡ LS = 1; Hệ số truyền tải trọng J = 3,8 (khơng có thanh truyền lực tại khe ngang, có thanh truyền lực ở khe nối dọc và liên kết với lề gia cố xi măng)
- Đường tỉnh cấp IV: Độ lệch chuẩn: R = 85%→Z= -1,037; S0 = 0,35; p0 = 4,5; pt = 2,5
- Tổng trục giao thơng tích lũy tính tốn: W18 = 4,97 x 106 ESALs
- Xác định mơ đun phản lực nền tổng hợp có xét đến lớp móng dưới (tốn đồ hình 3.3, trang II-39, hướng dẫn AASHTO 1993 [45]): MR = 38,286 MPa (6381 psi); DSB=0,18 m (7,07 inches); Esb= 261,066 MPa (43511 psi); → mơ đun phản lực nền xét đến móng dưới k = 2,1 MPa (350 psi)
- Tính mơ đun đàn hồi hữu hiệu có xét đến lớp móng dưới theo công thức (công thức 12-24, trang 637, Pavement Analysis and Design):
= (4.3)
18,8
Có mơ đun đàn hồi hữu hiệu có xét đến lớp móng dưới: MR = 350 x 18,8 = 39,48 MPa (6580 psi)
- Xác định mô đun phản lực nền tổng hợp có xét đến lớp móng trên (tốn đồ hình 3.6, trang II-42, hướng dẫn AASHTO 1993 [45]): MR = 39,48 MPa (6580 psi); DB= 0,20 m (7,87 inches); Eb= 522,132 MPa (87 022 psi); → mô đun phản lực nền xét đến móng trên k = 500 pci
- Xét đến hệ số mất mát gối đỡ (tốn đồ hình 3.3, trang II-39, hướng dẫn AASHTO 1993): LS = 1 ; k = 500 KPa/mm → mô đun phản lực nền xét đến mất mát gối đỡ k = 165 KPa/mm
-Tính tốn chiều dày cần thiết của tấm BTXM (tốn đồ hình 3.7, trang II-45, II-46, hướng dẫn AASHTO 1993 [45]):
+ Số tải trọng tích lũy W18 = 4,97 x 106 trục + Độ tin cậy: 85%
+ Mất mát mức độ phục vụ: ∆ = 0 − = 2,5
+Mô đun đàn hồi tấm BTXM: Ec = 24000 MPa (4000000 psi);
+Cường độ kéo uốn BTXM: S’c = 4,8 MPa (800 psi);
+Hệ số truyền tải trọng: J = 3,8;
+Hệ số thốt nước: Cd = 1;
+Mơ đun phản lực nền tính tốn: k = 165 pci;
Tra tốn đồ, có chiều dày u cầu của tấm BTXM tương ứng D = 9,0 inches = 23 cm.
Kết luận: Theo phương pháp tính tốn của AASHTO, với các tham số dự kiến tương ứng, chiều dày tấm BTXM tự bảo dưỡng được đưa vào nghiên cứu tương ứng là 23 cm.
Thiết kế tấm dày 26 cm thỏa mãn yêu cầu với mức vượt khoảng 11 %.