CHƯƠNG 5 THIẾT KẾ TRẮC DỌC
7.5. Xác định môđuyn đàn hồi yêu cầu, đề xuất phương án
7.6.1. Xác định các đặc trưng tính toán của nền đường và các lớp vật liệu mặt đường
Đối với trường hợp nền đắp hoặc nền đào có áp dụng các giải pháp chủ động cải thiện điều kiện nền đất trong phạm vi khu vực tác dụng (như thay đất, đầm nén lại...) thì có thể xác định trị số độ ẩm tương đối tính toán theo loại hình gây ẩm (hay loại hình chịu tác động của các nguồn ẩm) đối với kết cấu nền áo đường. Đất nền đường trong trường hợp thi công có các đặc điểm sau:
- Khoảng cách từ mực nước ngầm hoặc mực nước đọng thường xuyên ở phía dưới đến đáy khu vực tác dụng không ảnh hưởng đến nền đường, ở những đoạn đắp thấp cũng không chịu ảnh hưởng. Tuy nhiên, vào mùa mưa thì nước đọng hai bên đường trong thời gian rất lâu (trên ba tháng), cho nên nền đường chịu tác dụng của nguồn ẩm này.
- Kết cấu áo đường làm bằng bê tông nhựa chặt thuộc loại vật liệu kín nước, tầng móng làm bằng cấp phối đá dăm không làm bằng các vật liệu gia cố chất liên kết.
- Nền đất trong khu vực tác dụng được đầm nén đạt yêu cầu K98.
- Đất nền đường là loại đất á sét đồi lẫn sỏi sạn.
Theo bảng B-3 của Tài liệu [3], các đặc trưng tính toán của đất nền ta lấy như sau: E = 57 Mpa; φ = 24 độ; c = 0,032 Mpa.
Bảng 7.3. Các thông số tính toán của vật liệu mặt đường
STT Loại vật liệu
Mô đun đàn hồi E (Mpa) Cường độ chịu
kéo uốn (Mpa) Tớnh vừng Tớnh trượt
Tính kéo uốn
1 Bê tông nhựa chặt
12.5mm (đá dăm ≥ 50%) 420 300 1800 2,8
2 Bê tông nhựa chặt
19 mm (đá dăm ≥35%) 350 250 1600 2,0
3 Cấp phối đá dăm loại I Dmax =25 mm 300 300 300 4 Cấp phối đá dăm loại II Dmax = 37.5 mm 250 250 250 5 Cấp phối thiên nhiên loại A
(góc ma sát φ =40 độ; c =0.05 Mpa) 200 200 200 7.6.2. Tớnh toỏn theo tiờu chuẩn độ vừng đàn hồi
Điều kiện tính toán: Theo tiêu chuẩn này kết cấu được xem là đủ cường độ khi trị số mô đun đàn hồi chung của cả kết cấu nền áo đường (hoặc của kết cấu áo lề có gia cố) Ech lớn hơn hoặc bằng trị số mô đun đàn hồi yêu cầu Eyc nhân thêm với một hệ số dự trữ cường độ về độ vừng Kcddv được xỏc định tuỳ theo độ tin cậy mong muốn
Ech ≥ Kcddv.Eyc
Hệ số cường độ về độ vừng Kcddv được chọn tuỳ thuộc vào độ tin cậy thiết kế như ở Bảng 3-2 của tài Tài liệu [3]. Đường phố khu vực, tốc độ thiết kế 50km/h, ta chọn độ tin cậy bằng 0.9, nên hệ số cường độ là Kcddv = 1.1.
Để xác định được Ech thì trước tiên ta phải qui đổi hệ nhiều lớp về hệ hai lớp:
Trình tự quy đổi hệ nhiều lớp về hệ hai lớp như sau :
+ Việc quy đổi hệ nhiều lớp về hệ hai lớp được tiến hành từ dưới lên trên, cứ hai lớp vật liệu kế nhau ghép lại và quy đổi về một lớp có chiều dày H = h1 + h2 và có trị số môđun đàn hồi trung bình Etb12.Sau đó lại xem lớp H (với Etb12) là lớp dưới và tiếp tục quy đổi lớp này với lớp kế trên nó tạo thành lớp có hiều dày (H+h3) và
123
Etb .
+ Xác định Etb quy đổi từ 2 lớp về 1 lớp theo công thức:
Ech
H=h1+h2+h3
p
tb E123tb
E3 E2
E1
E0
h3h2h1
D
Ech
E3
E
E0
h3
D
Ech
12
H=h1+h2
p p
E0
D
Hình 7.1. Sơ đồ tính toán đổi hệ nhiều lớp thành một lớp Etb12 = E1.
3 3 / 1
1 .
1
+ +
k t k
Trong đó:
+ k = hh
h2
; t =
1 2
E E
+ h1,h2 :chiều dày lớp dưới và lớp trên của áo đường.
+ E1,E2: Mô đun đàn hồi của vật liệu lớp dưới và lớp trên.
Sau khi quy đổi nhiều lớp áo đường về một lớp thì cần nhân thêm với Etb một hệ số điều chỉnh β xác định theo bảng 3-6 của Tài liệu [3] tùy thuộc vào tỷ số H/D để được trị số Et bdc:
Etbdc = β.E’tb
Nếu H/D > 2 thì tính β theo công thức:
β = 1,114.(H/D)0,12
Trị số Etbdc sau khi tính được sẽ dùng để tính toán tiếp trị số Ech của cả kết cấu theo toán đồ hình 3-1 của Tài liệu [3]:
Từ
0 dc tb
H D E E
tra toán đồ Kôgan ⇒ ch mdc. tb
E
E ⇒ Ech.m
+ H = Σhi: Chiều dày của toàn bộ áo đường.
+ D: Đường kính vệt bánh xe tính toán; D = 33 cm.
7.6.2.1. Phương án 1
Bảng 7.4. Kết quả tính đổi 2 lớp một từ dưới lên để tìm Etb phương án 1
Lớp kết cấu Ei hi k=H2/H1 t =E2/E1 Htb E'tb
Đất nền K98 57 - - - - -
CPĐD loại II Dmax37,5 250 28 - - 28 250
CPĐD loại I Dmax25 300 12 0.43 1.2 40 264
BTNC loại I Dmax19 350 7 0.18 1.3 47 276
BTNC loại I Dmax12,5 420 5 0.11 1.5 52 288
Xét đến hệ số hiệu chỉnh β = f(DH): với 52 1.576 33
H
D = =
Tra bảng 3–6 Tài liệu [3] được β = 1.1841. Vậy kết cấu nhiều lớp được đưa về kết cấu hai lớp với lớp trên dày 52cm có môđuyn đàn hồi trung bình:
tb dc
tb .E'
E =β = 1.1841ì288= 341 (Mpa).
Tính Ech của cả kết cấu:
Dựa vào : 52 1.576 33
H
D = = và dc0 34157
tb
E
E = =0.167.
Tra toán đồ (Hình 3-1), Tài liệu [3] ta được:
1
Ech
E =0.55→Ech= 0.55ì341 = 188 (Mpa) Nghiệm lại theo điều kiện ta có:
Ech= 188 (Mpa) ≥Kcddv.Eyc= 1.1ì166= 183 (Mpa).
Kết luận: cấu tạo kết cấu dự kiến đảm bảo đạt yêu cầu cường độ theo tiêu chuẩn độ vừng đàn hồi cho phộp.
7.6.2.2. Phương án 2
Bảng 7.5. Kết quả tính đổi 2 lớp một từ dưới lên để tìm Etb phương án 2 Lớp kết cấu Ei hi k=H2/H1 t =E2/E1 Htb E'tb
Đất nền K98 57 - - - - -
CPTN loại A 200 32 - - 32 200
CPĐD loại I Dmax25 300 14 0.44 1.5 46 228
BTNC loại I Dmax19 350 7 0.15 1.5 53 242
BTNC loại I Dmax12,5 420 5 0.09 1.7 58 255
Xét đến hệ số điều chỉnh f( )H
β = D với 58 33 H
D = =1.758.
Tra bảng 3-6 Tài liệu [3] ta được β = 1.1984. Vậy kết cấu nhiều lớp được đưa về kết cấu hai lớp với lớp trên dày 58cm có môđuyn đàn hồi trung bình:
dc tb tb .E'
E =β = 1.1984ì255= 306 (Mpa).
Tính Ech của cả kết cấu:
Dựa vào : 58 33 H
D = =1.758 và dc0 30657 tb
E
E = =0.186
Tra toán đồ (Hình 3-1), Tài liệu [3] ta được:
1
Ech
E =0.61→Ech= 0.61ì306 = 187 (Mpa) Nghiệm lại theo điều kiện ta có:
Ech= 187 (Mpa) ≥Kcddv.Eyc= 1.1ì166= 183 (Mpa).
Kết luận: cấu tạo kết cấu dự kiến đảm bảo đạt yêu cầu cường độ theo tiêu chuẩn độ vừng đàn hồi cho phộp.
7.6.3. Tính toán cường độ kết cấu nền áo đường theo tiêu chuẩn chịu cắt trượt