CHƯƠNG V: THIẾT KẾ MẶT ĐƯỜNG
III. Kiểm toán kết cấu áo đường
1. Kết cấu làm mới (chi tiết xem phụ lục 1)
yêu cầu Bảng thống kê lưu lượng
STT Loại xe
SVTH: NGUYỄN ĐỖ QUỐC ANH
1
2
Xe 2 trục
3 Xe 3
trục 4
- Tính toán trục xe quy đổi về trục 100KN Cơ sở quy đổi:
- Chỉ quy đổi các trục có trọng lượng trục từ 25KN trở lên.
- Khi khoảng cách giữa các trục ≥3m thì việc quy đổi được thực hiện với từng trục
- Khi khoảng cách giữa các trục <3m thì việc quy đổi gộp m trục có trọng lượng bằng nhau như một trục với việc xét đến hệ số trục C1 như biểu thức dưới đây:
= ∑1 ×2× ×(100)4.4
=1
Trong đó:
- C1=1+1.2(m-1) :hệ số số trục, với m=(1,2,3…) là số trục của cụm trục i.
- C2: hệ số xét đến ảnh hưởng của số bánh xe trong một cụm bánh.
o C2=6.4 cho các trục trước, trục sau loại mỗi cụm bánh chỉ có 1 bánh. o C2=1 cho các trục sau loại mỗi cụm bánh có hai bánh (cụm bánh
đôi).
- ni: là số lần tác dụng của loại tải trọng trục i có trọng lượng trục là Pi cần được qui đổi về tải trọng trục tính toán. Trong tính toán thường lấy ni bằng số lần mỗi loại xe i sẽ thông qua mặt cắt ngang đường thiết kế trong 1 ngày đêm ( xe/ ng.đ).
Bảng qui đổi về trục 100KN:
STT
1
SVTH: NGUYỄN ĐỖ QUỐC ANH
2 Xe 3 trục
3 Xe buýt nhỏ
- Số trục xe tiêu chuẩn của năm tương lai khai thác: N20 = 779 (trục/
ng.đêm) - Số trục xe tính toán trên một làn xe:
Ntt = fL × N20
Vì trên phần xe chạy có 6 làn xe và có dải phân cách giữa nên theo mục 3.3.2 22TCN 211 – 06: fL = 0.3
Ntt = 0.3 × 779 = 234 (trục/làn.ngđêm)
- Số trục xe tích lũy trong thời hạn tính toán 20 năm (q = 6.5%)
=
Vậy:
[(1 + 0.1)10 − 1]
= × 365 × 234 = 577288.2 ( ụ / à )
0.1 × (1 + 0.1)10−1
- Xác định Eyc
+Theo bảng 3.4 (điều 3.4.3) 22TCN 211 – 06: vì số trục xe tiêu chuẩn tính toán được quy đổi từ tải trọng trục xe Ntt = 234 (trục/làn.ngđêm) và mặt đường là loại mặt đường cấp cao A1 nên Eyc = 162 (MPa)
+Trị số modun đàn hồi yêu cầu tối thiểu theo bảng 3.5 (điều 3.4.3) 22TCN 211 – 06: ứng với đường phố chính đô thị và mặt đường cấp cao A1 là Eyc = 140 (MPa)
Vậy chọn Eyc = 162 (MPa) để tính toán.
SVTH: NGUYỄN ĐỖ QUỐC ANH
b. Xác định đặc trưng của tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn
Căn cứ vào bảng 3.1 (điều 3.2.1) 22TCN 211 – 06: các đặc trưng tải trọng trục tính toán tiêu chuẩn chọn:
- Tải trọng trục thiết kế: 10T (100KN) - Áp lực bánh xe: p = 0.6 (MPa) - Đường kính vệt bánh xe: D = 33cm.
c. Kiểm toán kết cấu áo đường Tiêu chuẩn áp dụng
- 22TCN 211 – 06: Tiêu chuẩn thiết kế áo đường mềm Thông số tính toán
STT
1 2 3 4 Cơ sở tính toán độ tin cậy
- Đường có tốc độ thiết kế càng cao, thời hạn thiết kế càng dài thì chọn độ tin cậy càng cao nhưng không nhỏ hơn trị số nhỏ nhất trong bảng 3-3 (điều 3.4.2) 22 TCN 211-06.
- Các đoạn đường có bố trí siêu cao
buýt khi thiết kế kết cấu áo đường cần chọn độ tin cậy cao hơn so với các đoạn đường thông thường ít nhất 1 cấp.
Trong đồ án này, chọn độ tin cậy thiết kế là 0.90.
Cơ sở lựa chọn chiều dày kết cấu áo đường
- Dựa vào bảng 2.4 (điều 2.4.2) 22TCN 211 – 06, và dựa vào chiều dày thi công (chiều dày lu lèn hiệu quả) cũng như tính toán về khả năng chịu lực, hiệu quả kinh tế.
SVTH: NGUYỄN ĐỖ QUỐC ANH
Cơ sở lựa chọn modun đàn hồi của các lớp vật liệu làm kết cấu áo đường
Dựa vào phụ lục C, bảng C-1, bảng C-2 của 22TCN 211 – 06: Áo đường mềm – yêu cầu thiết kế.
Kiểm toán kết cấu áo đường
1. Tính toán, kiểm tra cường độ chung của kết cấu theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi
- Quy đổi về hệ 2 lớp: chuyển hệ nhiều lớp về hệ hai lớp bằng cách đổi kết cấu áo đường hai lớp một từ dưới lên trên.
Trong đó:
STT 1
2
3
4 - Xác định: Xét hệ số điều chỉnh:
= (
Tra bảng 3.6 22TCN 211 – 06: ta được hệ số điều chỉnh β = 1.2. Vậy kết cấu nhiều lớp được đưa về kết cấu hệ hai lớp với chiều dày 59 cm có modun đàn hồi trung bình:
= ×′ = 1.2 × 287.9 = 345.39 ( )
SVTH: NGUYỄN ĐỖ QUỐC ANH
- Tính Ech của cả kết cấu: sử dụng toán đồ hình 3.1 22TCN 211 – 06.
Từ hai tỉ số trên, tra toán đồ hình 3.1 22TCN 211 – 06 được: ℎ= 0.528. Vậy:
1 ℎ= 0.528 × 345.39 = 182.36 ( )
- Kiểm tra điều kiện 3.4 (điều 3.4.1) 22TCN 211 – 06:
ℎ≥ ×
Ta xét:
+ Ech = 182.36 (MPa)
+ Kcddv × Eyc = 1.1 × 162 = 178.2 (MPa) Kết quả kiểm toán:
ℎ= 182.36 > × = 178.2 ( )
Cho thấy với cấu tạo kết cấu như dự kiến, đảm bảo yêu cầu cường độ theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi cho phép.
2. Tính toán, kiểm tra cường độ kết cấu dự kiến theo tiêu chuẩn chịu cắt trượt trong nền đất.
- Tính Etb của cả 4 lớp kết cấu, việc đổi tầng về hệ 2 lớp được thực hiện:
STT Vật liệu
1 BTNC 12.5
2 BTNC 19
3 CPDD L1
4 CPDD L2
Xét hệ số điều chỉnh:
SVTH: NGUYỄN ĐỖ QUỐC ANH
Tra bảng 3.6 22TCN 211 – 06: ta được hệ số điều chỉnh β = 1.2. Vậy kết cấu nhiều lớp được đưa về kết cấu hệ hai lớp với chiều dày 59 cm có modun đàn hồi trung bình:
= ×′ = 1.2 × 267.94 = 321.47 ( ) Module đàn hồi lớn nhất của các lớp
= max( ) = 300 ( )
dùng để tính toán được lấy bằng
= min( , ) = 300 ( )
- Xác định ứng suất cắt hoạt động do tải trọng bánh xe tiêu chuẩn tính toán gây ra trong nền đất Tax
Theo biểu đồ hình 3-3 (điều 3.5.2) 22TCN 211 – 06, với gốc nội ma sát φ = 280 ta tra được = 0.0127. Vì áp lực trên mặt đường của bánh xe tiêu chuẩn tính toán p = 0.6 MPa.
= 0.0127 × 0.6 = 0.00762 ( )
- Xác định ứng suất cắt hoạt động do trọng lượng bản thân các lớp kết cấu áo đường gây ra trong nền đất Tav
Theo biểu đồ hình 3-4 (điều 3.5.3) 22TCN 211 – 06: ta được Tav = -0.00201 (MPa)
- Xác định trị số Ctt:
= × 1×2×3
Trong đó:
+ C = 0.014 (MPa)
+Theo bảng 3-8 (điều 3.5.4) 22TCN 211 – 06: với kết cấu áo đường phần xe chạy có k1 = 0.6. Số trục xe tính toán: >1000 và < 5000 nên k2 = 0.8.
Mặt khác, đất nền thuộc loại đát sét nên lấy k3 = 1.5.
= 0.014 × 0.6 × 0.8 × 1.5 = 0.01 ( )
- Kiểm toán lại điều kiện tính toán cường độ theo tiêu chuẩn cắt trượt trong nền đất:
Với đường trục chính đô thị có độ tin cậy 0.90, do vậy theo bảng 3-7 Kcdtr = 0.94 và với các trị số Tax và Tav tính toán ở trên ta được:
+ = 0.00762 − 0.00201 = 0.0056 ( )
SVTH: NGUYỄN ĐỖ QUỐC ANH
0.01
= = 0.011 ( )
Kết quả kiểm toán cho thấy 0.0056 < 0.011 nên theo điều kiện được đảm bảo.
3. Tính kiểm tra cường độ kết cấu dự kiến theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn trong các lớp bê tông nhựa và đá gia cố xi măng.
Kiểm tra lớp 1: BTN C12.5
STT
2 BTN C19
3 CPDD LI
4 CPDD LII
- Xét hệ số điều chỉnh:
= (
Tra bảng 3.6 22TCN 211 – 06: ta được hệ số điều chỉnh β = 1.189. Vậy kết cấu nhiều lớp được đưa về kết cấu hệ hai lớp với chiều dày 54 cm có modun đàn hồi trung bình:
= × ′ = 1.189 × 379.58 = 451.29 ( )
- Module đàn hồi lớn nhất của các lớp
= max( ) = 2000 ( )
dùng để tính toán được lấy bằng:
= min( , ) = 451.29 ( )
= 42 451.29= 0.093
Tra toán đồ Hình 3-1, với 2 tỷ số trên ta xác định được : ℎ
= 0.442
- Module đàn hồi chung của kết cấu:
SVTH: NGUYỄN ĐỖ QUỐC ANH
ℎ = 0.442 × 451.29 = 199.47 ( ) Sử dụng toán đồ Hình 3-5, với các thông số sau :
= 2200 1 = 2200 ( )
= = 11.029
ℎ1= 335 = 0.152
Tra được Ứng suất kéo uốn đơn vị: ̅̅̅̅̅ = 2.507
- Tải trọng tác dụng:
cụm bánh đôi (tải trọng trục tiêu chuẩn) kb =0.85
- Ứng suất kéo uốn lớn nhất phát sinh ở đáy lớp BTN chặt C12.5:
- Số trục xe tiêu chuẩn tính lũy trong suốt thời hạn thiết kế:
(dùng công thức A-3, Phụ lục A)(1+ ) −1
= × (1 + ) −1 × 365 × = 5.77 × 105 ụ
- Vật liệu kiểm tra là: BTN chặt C12.5, vậy tính hệ số k1 ta dùng công thức (3.12) :
11.11
1= =0.6
0.22 2=0.8
- Cường độ chịu kéo uốn tính toán của lớp BTN chặt C12.5 :
=1×2×
= 0.6 ∗ 0.8 ∗ 2.8 = 1.34
- Kieồm tra ủieàu kieọn veà keựo uoỏn:
= 1.34 0.94= 1.43
→ = 1.28 < = 1.43
Vậy kết cấu đảm bảo tiêu chuẩn chịu kéo uốn
Kiểm tra lớp 2: BTN C19: tương tự lớp 1
- Ứng suất kéo uốn lớn nhất phát sinh ở đáy lớp BTN
chặt C19: = 0.76
- Kieồm tra ủieàu kieọn veà keựo uoỏn:
→ =0.76<
Vậy kết cấu đảm bảo tiêu chuẩn chịu kéo uốn SVTH: NGUYỄN ĐỖ QUỐC ANH