CHƯƠNG VI: THIẾT KẾ KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG
6.2. Tính toán kết cấu áo đường
6.2.4. Tính toán kiểm tra kết cấu áo đường phương án chọn
6.2.4.2. Kiểm tra c-ờng độ kết cấu theo tiêu chuẩn chịu cắt tr-ợt trong nền đất 46
Để đảm bảo không phát sinh biến dạng dẻo trong nền đất, cấu tạo kết cấu áo
đ-ờng phải đảm bảo điều kiện sau:
ax + av ≤
cd
Ktr
Ctt
Trong đó:
+ ax: Là ứng suất cắt hoạt động lớn nhất do tải trọng xe tính toán gây ra trong nền đất hoặc lớp vật liệu kém dính tại thời điểm đang xét (Mpa)
+ av: Là ứng suất cắt hoạt động do trọng l-ợng bản thân các vật liệu nằm trên gây ra cho nền đất tại thời điểm đang xét (Mpa)
+ Ctt: Lực dính tính toán của đất nền hoặc vật liệu kém dính (Mpa) ở trạng thái độ ẩm , độ chặt tính toán.
+Kcdtr: Là hệ số dự trữ c-ờng độ về chịu cắt tr-ợt đ-ợc chọn tuỳ thuộc độ tin cậy thiết kế (0,9), tra bảng 3 – 7 ta đ-ợc Kcdtr = 0,94
a. Tính Etb của các lớp kết cấu Việc đổi tầng về hệ 2 lớp
ETB = E4 [
K 1
Kt 1 1/3
]3 Trong đó :
Bảng 6.4: Bảng kết quả tính đổi tầng 2 lớp một từ d-ới lên để tìm Etb
Lớp vật liệu Ei Hi K t Etbi Htbi
Cấp phối đá dăm loại I 300 17 0,531 1,2 266,7 49
Cấp phối đá dăm loại II 250 32 250 32
Xét tỷ số điều chỉnh β = f(H/D = 60/33 = 1,818) nên β = 1,202 Do vËy: ETB = 1,202 x 266,7 = 320,6 (Mpa)
b. Xác định ứng suất cắt hoạt động do tải trọng bánh xe tiêu chuẩn gây ra trong nền đất Tax
Tra toán đồ hình 3 – 3. 22TCN211 – 06 (Trang46), với góc nội ma sát của đất nền φ = 24o ta tra đ-ợc
P Tax
= 0,0138. Vì áp lực trên mặt đ-ờng của bánh xe tiêu chuẩn tính toán p = 6 (daN/cm2)= 0,6 Mpa
Tax = 0,0138*0,6 = 0,00828 (Mpa)
c. Xác định ứng suất cắt hoạt động do trọng l-ợng bản thân các lớp kết cấu áo đ-ờng gây ra trong nền đất Tav
Với góc nội ma sát của đất nền φ = 24o ta tra đ-ợc Tav: Tra toán đồ hình 3 – 4 trong 22TCN211 – 06 ta đ-ợc Tav = – 0,0014 (Mpa)
d. Xác định trị số Ctt theo công thức sau (3.8/22TCN211– 06) Ctt = C x K1 x K2x K3
C: Là lực dính của nền đất á sét C = 0,032 (Mpa) (trong bảng 6.6 ở trên)
K1: Là hệ số suy giảm sức chống cắt tr-ợt khi đất hoặc vật liệu kém dính d-ới tác dụng của tải trọng động và gây ra dao động, với phần đ-ờng xe chạy ta lấy K1 = 0,6 còn phần lề gia cố ta lấy K1 = 0,9 để tính toán.
K2: Là hệ số an toàn xét đến các yếu tố tạo ra sự làm việc không đồng nhất trong các kết cấu, do K2 đ-ợc xác định tuỳ thuộc số trục xe quy đổi mà kết cấu chịu đựng đ-ợc trong 1 ngày đêm từ bảng 3 – 8 trong 22TCN 211 – 06 với Ntt = 288 (trục/làn.ngày đêm) < 1000 (trục/làn.ngày đêm), ta có K2 = 0,8
K3: Hệ số xét đến sự gia tăng sức chống cắt tr-ợt của đất hoặc vật liệu kém dính trong điều kiện chúng làm việc trong kết cấu khác với mẫu thử. Do K3 đ-ợc lấy theo tuỳ loại của từng loại đất trong khu vực tác dụng của nền đ-ờng vậy ta lấy K3 = 1,5 với đất nền đ-ờng là đất á sét.
Ctt = 0,032*0,6*0,8*1,5 = 0,023 (Mpa)
Đ-ờng cấp III, độ tin cậy = 0,9, tra bảng 3 – 7; Vậy hệ số Kcđ = 0,94 Kiểm tra điều kiện tính toán theo tiêu chuẩn chịu cắt tr-ợt trong nền đất
Tax + Tav= 0,00828 – 0,0014= 0,00688 (Mpa)
trcd tt
K
C =0.023
0.94 = 0,0245 (Mpa)
Kết quả kiểm tra cho thấy 0,00688 (Mpa) < 0,0245 (Mpa) => Đất nền
đ-ợc đảm bảo
6.2.4.3. Tính kiểm tra c-ờng độ kết cấu theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn trong các lớp BTN
a. Tính ứng suất kéo uốn lớn nhất ở đáy các lớp BTN theo công thức:
* §èi víi BTN líp d-íi:
бku= ku*P*kb
Trong đó:
P: áp lực của bánh xe tính toán tác dụng lên mặt đ-ờng P = 6 daN/cm2
kb: Hệ số xét đến đặc điểm phân bố ứng xuất trong kết cấu áo đ-ờng d-ới tác dụng của tải trọng tính toán là bánh đôi hoặc bánh đơn tạo ra. Vậy trong tr-ờng hợp tính toán ta dùng bánh đôi (Là tr-ờng hợp tính với tải trọng trục tiêu chuẩn)
để tính toán nên ta chọn => kb= 0,85
ku: ứng suất kéo uốn đơn vị đ-ợc xác định theo toán đồ hình 3 – 5 cho tr-ờng hợp tính cho đáy lớp vật liệu liền khối trong tầng mặt
Trị số Etb của 2 lớp CPĐD loại I và CPĐD loại II có Etb = 266,7 (Mpa) với bề dày lớp này là h = 49 cm.
Trị số này còn phải xét đến hệ số điều chỉnh β
ETB®c = Etb.β = 266,7 *1,175 = 313,4 (Mpa)
=> Ech.m = 0,488*313,4 = 152,94 (Mpa)
Tìm ku ở đáy lớp BTN lớp d-ới bằng cách tra toán đồ hình 3 – 5
Kết quả tra toán đồ đ-ợc = 1,82 và với p = 0,6 (Mpa) ta có : бku = 1,82 *0,6*0,85 = 0,928 (Mpa)
* Đối với BTN lớp trên:
H1 = 4 cm ; E1 = 1800 (Mpa), (môđun đàn hồi nhiệt ở 100C đến 150C) Trị số Etb của 4 lớp d-ới nó đ-ợc xác định ở phần trên
ETB = E2 [
K 1
Kt 1 1/3
]3 ; Trong đó: t =
2 1 E
E ; K =
2
1
h h
Lớp vật liệu Ei Hi K t Etbi Htbi
BTN chặt hạt trung 1600 7 0,143 5,999 357,13 56 Cấp phối đá dăm loại I 300 17 0,531 1,2 266,7 49
Cấp phối đá dăm loại II 250 32 250 32
ETB®c = 1,194*357,13 = 426,4 (Mpa)
áp dụng toán đồ ở hình 3 – 1 để tìm Ech.m ở đáy của lớp BTN hạt nhỏ:
Vậy Echọn = 0,46*426,4 = 196,14 (Mpa) Tìm
ku ở đáy lớp BTN lớp trên bằng cách tra toán đồ hình 3 5 với
Tra toán đồ ta đ-ợc: ku = 2,25 với p = 0,6 (Mpa)
бku = 2,25*0,6* 0,85 = 1,148 (Mpa)
b. Kiểm tra theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn ở đáy các lớp BTN
* Xác định c-ờng độ chịu kéo uốn tính toán của lớp BTN theo:
бku ≤
ku cd
tt ku
K
R (1.1) Trong đó:
Rttku: C-ờng độ chịu kéo uốn tính toán của lớp vật liệu liền khối
Kcdku: Hệ số dự trữ c-ờng độ về chịu kéo, uốn. Đ-ợc xác định tuỳ thuộc và
độ tin cậy, giống Kđvku (ở đây Kcdku = 0,94) Rkutt = k1 x k2 x Rku Trong đó:
K1: Hệ số xét đến độ suy giảm c-ờng độ do vât liệu bị mỏi d-ới tác dụng của tải trọng trùng phục, đối với VL BTN thì ta tính theo công thức sau:
K2: Hệ số xét đến độ suy giảm nhiêt độ theo thời gian so với các tác nhân về khí hậu thời tiết,với vật liệu bê tông nhựa loại I : k2 = 1
Vậy c-ờng độ kéo uốn tính toán của lớp BTN lớp d-ới (BTN hạt trung) là : Rkutt = 0,429*1,0*2,0 = 0,858 (Mpa)
Và lớp trên (BTN hạt mịn) là :
Rkutt = 0,429*1.0* 2,8= 1,201 (Mpa)
* Kiểm toán điều kiện theo biểu thức (1.1) với hệ số Kkudc = 0,94 lấy theo bảng 3 7 cho tr-ờng hợp đ-ờng cấp III ứng với độ tin cậy 0,9
* Víi líp BTN líp d-íi:
* Với lớp BTN lớp trên:
Vậy kết cấu dự kiến đủ điều kiện về c-ờng độ đối với cả 2 lớp BTN.