4. Dùng thước thẳng dài 3,0 m:
3.3.3Chỉ số sức kháng trượt quốc tế IFI (Intemational Friction Index)
1. Khái niệm chỉ số IFI
Trong quá trình khai thác sử dụng hệ thống đường sá, một điều hiển nhiên là cĩ một sự tương quan rất lớn giữa ma sát-sức kháng trượt mặt đường xe chạy với vấn đề tai nạn giao thơng. Hiện nay, do cĩ rất nhiều phương pháp - thiết bị đánh giá sức kháng trượt mặt đường được phát triển dựa theo các nguyên lý làm việc khác nhau như đã trình bày trên, các phương pháp này được từng quốc gia nghiên cứu chế tạo và sử dụng nhưng ít cĩ sự so sánh, thử nghiệm giữa các thiết bị với nhau mặc dù chúng đều cĩ một đối tuợng nghiên cứu chung đĩ là các đặc tính cấu tạo nhám mặt đường và sức kháng trượt mặt đường. Sự khác nhau giữa các thiết bị thể hiện ở kiểu lốp xe đo, tải trọng, tốc độ trượt, tốc độ đo, do vậy nên cùng 1 loại mặt đường cụ thể thì giá trị chỉ số sức kháng trượt khơng giống nhaụ Trong nhiều trường hợp, đối với các dự án nghiên cứu quốc tế thì rất cần thiết cĩ sự so sánh và điều chỉnh các giá trị ma sát đo được bằng các thiết bị riêng biệt được sử dụng tại các nước khác nhaụ Để khắc phục những thực tế trên, Hiệp hội Đường ơtơ quốc tế - PIARC (Permanent Intemational Association of Road Congress) đã tiến hành một kế hoạch thử nghiệm cĩ tính quốc tế trong thời gian từ năm 1992 đến năm 1995 với mục đích so sánh và điều chỉnh các phương pháp thí nghiệm về độ nhám vĩ mơ và sức kháng trượt đã được thực hiện từ nhiều thiết bị khác nhaụ Tham gia thứ nghiệm cĩ 37 thiết bị đo ma sát và 14 thiết bị đo cấu tạo từ 10 quốc gia thực hiện phép đo trên 44 vị trí mặt đường điển hình tại Bỉ và Tây Ban Nha tạo ra một cơ sở hơn 15.000 giá trị số liệụ Cơ sở dữ liệu bao trùm lên tồn bộ các kiểu bề mặt đường xe chạy đặc trưng bao gồm mặt đường bê tơng nhựa, lớp tạo nhám... đuợc sử dụng để xác định sự cân bằng chung cho việc định lượng sức kháng trượt mặt đường ẩm ướt từ tổ hợp kết quả đo sức kháng trượt và cầu tạọ Kết quả thử nghiệm là đã đề xuất chỉ số kháng trượt quốc tế IFI - chỉ số được tính tốn từ việc đo cấu tạo vĩ
48
mơ và sức kháng trượt mặt đường ẩm ướt. Sự ra đời và phát triển của chỉ số kháng trượt quốc tế IFI thơng qua thử nghiệm quốc tế của PIARC là một bước phát triển mới cúa việc đánh giá chất luợng khai thác mặt đuờng xe chạỵ Chỉ số IFI đã chứng tỏ
được những đặc tính ưu việt của nĩ và cĩ liên quan mật thiết tới các thiết bị đo ứng
dụng những cơng nghệ tiên tiến cĩ độ chính xác và năng suất caọ
IFI là thước đo chuẩn trong kiểm tra đánh giá chất lượng sức kháng trượt mặt đuờng được khuyến nghị áp dụng rộng rãi trên thế giới trên cơ sở các phương pháp đo sức kháng trượt và các phương pháp đo thuộc tính độ nhám thơ mặt đường khác nhau hiện cĩ của các nước. IFI là hệ số tổng hợp liên quan đến cấu trúc nhám thơ mặt
đường, sức kháng trượt mặt đường và tốc độ thí nghiệm. Chỉ số IFI cho phép điều
chỉnh việc đo sức kháng trượt bằng các thiết bị khác nhau về cùng một chỉ số chung.
2. Phuơng trình cơ bản cúa IFI
Chỉ số IFI (F60, Sp) bao gồm 2 thành phần:
- Hệ số ma sát- Friction Number (F60) là giá trị sức kháng trượt của bánh xe hãm cứng tại tốc độ 60 km/h.
F60 đại diện cho giá trị ma sát ướt trung bình thử nghiệm bằng xe ơ tơ con với 4 lốp xe nhẵn trượt hãm cứng ở tốc độ 60 km/h.
- Hằng số tốc độ - Speed Number (Sp), đơn vị đo là km/h. Sp thể hiện sự phụ thuộc của ma sát ướt vào tốc độ trượt của lốp xe thí nghiệm và độ nhám vĩ mơ. Giá trị Sp thấp chỉ ra sự nhạy cảm lớn với tốc độ trượt.
F60 và Sp được xác định như sau:
l- F60: được xác định thơng qua phương trình sau: F60 = A + B ×FRS×e SP
S−60
+ C×TX (3 - 5) Trong đĩ:
- A ,B và C là các hệ số hồi quy, được xác định cụ thể cho mỗi loại thiết bị đo sử dụng trong các thử nghiệm của PIARC.
Giá trị của C bằng 0 nếu thí nghiệm với lốp xe mịn nhẵn, và số hạng C×TX sẽ cĩ giá trị cụ thể nếu lốp xe cịn gân hoa văn bởi khi đĩ dạng lốp này ít bị ảnh hưởng của độ nhám vĩ mơ.
- FRS là giá trị sức kháng trượt của thiết bị đo với tốc độ trượt S.
2- Sp: được tính tốn từ chiều sâu cấu tạo nhám vĩ mơ trung bình mặt đường và theo phương trình sau:
Sp (km/h) = a + b ×TX (3 – 6) Trong đĩ:
- TX (mm) là tham số cấu tạo vĩ mơ mặt đường; là giá trị trung bình rắc cát MTD hay giá trị cấu tạo trung bình Laser MPD
- a và b là các hệ số hồi quy được xác định cụ thể theo phuơng pháp xác định độ nhám vĩ mơ mặt đuờng TX. Cụ thể a và b được xác định ở bảng saụ
49
Giá trị hằng số a, b sử dụng để tính Sp (Bảng 3-9) TX a b Chiều sâu mặt cắt trung bình MPD xác định theo
quy trình ASTM E1845 14,2 89,7
Chiều sâu rắc cát trung bình MTD xác định theo
phương pháp ASTM E965 - 11,6 113,6
Khi chỉ số IFI(F60, Sp) được xác định thì sức kháng trượt bề mặt đường ướt cĩ thể tính tốn tại tốc độ trượt bất kỳ - FRS theo phương trình: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
FRS = P S S e B A F 60 60 − × − (3 - 7) Trong đĩ:
- FRS là giá trị sức kháng trượt tại tốc độ trượt S.
- F60 là sức kháng trượt của bánh xe nhẵn hãm cứng tại tốc độ 60 km/h - S là tốc độ trượt khi thí nghiệm (km/h)
- Sp là hằng số tốc độ (km/h)
Chỉ số IFI là hệ số tổng hợp liên quan đến cấu trúc nhám thơ mặt đường, sức kháng trượt mặt đường và tốc độ thí nghiệm khi đo sức kháng trượt và là hàm số của hai đại lượng: cấu tạo vĩ mơ bề mặt mặt đường và sức kháng trượt mặt đường. Hai thơng số của IFI là F60 và Sp được coi là các thơng số dự đốn đáng tin cậy về sự phụ thuộc của lực ma sát của mặt đường ướt với tốc độ của phương tiện khi trượt và độ nhám vĩ mơ.
Các thơng số của IFI là F60 và Sp được dùng để tính tốn lực ma sát chuẩn ở tốc độ trượt khác bằng việc dùng phương trình chuyển đổị
Tầm quan trọng của mơ hình IFI là ở chỗ đo được lực ma sát bằng một thiết bị mà nĩ khơng bị phụ thuộc vào tốc độ khi thí nghiệm. Lực ma sát cĩ thể được đo ở một vài tốc độ trượt S và luơn được điều chỉnh để đạt được lực ma sát chuẩn ở tốc độ 60 Km/h. Do đĩ, nếu thiết bị khơng thể duy trì được tốc độ vận hành thơng thường và phải chạy ở tốc độ cao hơn hoặc thấp hơn do các phương tiện giao thơng trên đường thì mơ hình vẫn đảm bảo độ tin cậỵ
3. Ứng dụng chỉ số IFI trong đánh giá chất lượng mặt đường trong khai thác
Việc đánh giá chất lượng mặt đường thơng qua chỉ số IFI được tiến hành cụ thể như sau:
Tương ứng với mỗi cấp đường sẽ cĩ giá trị sức kháng trượt yêu cầu và giá trị tốc độ xe chạy khai thác cụ thể , hay nĩi một cách khác, cĩ giá trị F60* và Sp* yêu cầu, tức là chỉ số IFI* (F60*, Sp*) yêu cầu được xác định.
Thơng qua các phương trình trên, tính tốn giá trị: FRSmin = * 60 * 60 P S S e B A F − × − ; (3 – 8) và: TXmin = b a SP*− ; (3 – 9)
50
,5
Từ hai thơng số này, ta sẽ vẽ được biểu đồ cấp độ quản lý mặt đường thơng qua chỉ số IFỊ
Tiến hành đo xác định giá trị IFI (F60, Sp) thực tế của đoạn đường. So sánh IFI (F60, Sp) thực tế và IFI* (F60*, Sp*) yêu cầu để đánh giá khả năng hiện cĩ của đường về IFI và đề ra các giải pháp khắc phục nếu khơng đủ.
Một ví dụ về biểu đồ quản lý mặt đường được minh họa ở hình vẽ sau:
0,30,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 Giá tr ị sức kha ùng tr ượ t F( S) I II III IV Tăng độ nhám vĩ mơ Tốt Sp = Sp* F60 = F60* Tăng độ nhám vi mơ Tăng độ nhám vĩ mơ và vi mơ
Cấu tạo (MPD - MTD) TX
Hình 3-12: Biểu đồ ứng dụng chỉ số IFI trong quản lý mặt đường
Biểu đồ được phân ra làm 4 vùng tương ứng với cấp độ khai thác của mặt đường, cụ thể là các vùng:
- Tốt: Giá trị độ nhám vĩ mơ và giá trị sức kháng trượt tốt, lớn hơn giá trị F60* và TX*
- Cần cải thiện độ nhám vĩ mơ: Giá trị sức kháng trượt đảm bảo nhưng độ nhám vĩ mơ chưa đạt.
- Cần cải thiện độ nhám vĩ mơ và vi mơ: Cả giá trị sức kháng trượt và độ nhám đều khơng đạt.
- Cần cải thiện độ nhám vi mơ: Giá trị cấu tạo đảm bảo, nhưng sức kháng trượt chưa đảm bảo, cần cĩ giải pháp tăng độ nhám vi mơ.
- Chỉ số IFI được xác định trên cơ sở xác định sức kháng trượt mặt đường và độ nhám vĩ mơ mặt đường. Chỉ cĩ những thiết bị đã được định chuẩn theo PIARC mới cĩ khả năng chuyển đổi về IFỊ Các thiết bị chuẩn này được quy định trong quy trình “Standard Practice for Calculating International Friction Index of Pavement Surface – ASTM E1960-98”.
Để phục vụ cho việc xác định IFI, các loại thiết bị cĩ thể sử dụng:
- Thiết bị đo sức kháng trượt mặt đường: Thiết bị con lắc Anh là loại đã được định chuẩn theo ASTM E1960-98.
- Thiết bị đo độ nhám vĩ mơ: Thiết bị 2-Laser là loại đã được định chuẩn theo ASTM E1960-98.
51
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});