CHƯƠNG 1. MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CƯỜNG ĐỘ VÀ KHẢ NĂNG KHÁNG LÚN VỆT BÁNH XE
1.3. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CƯỜNG ĐỘ VÀ KHẢ NĂNG KHÁNG LÚN VỆT BÁNH XE CỦA BTNC THÔNG THƯỜNG
1.3.2. Các yếu tố trong quá trình khai thác
Lưu lượng xe (số lần tác dụng tải trọng) trùng phục trong quá trình khai thác làm cho BTN bị suy giảm về cường độ và khả năng ổn định cường độ dẫn đến sự xuất hiện của hƣ hỏng dạng LVBX.
Theo Eisenmann và Hilmer (1987), trong giai đoạn đầu tác dụng của tải trọng, sự gia tăng biến dạng không hồi phục là lớn hơn so với việc gia tăng vùng biến dạng. Sau giai đoạn này, sự giảm thể tích dưới lốp xe xấp xỉ với sự tăng thể tích của vùng biến dạng liền kề. Đây là dấu hiệu cho thấy quá trình đầm nén dưới tác dụng của tải trọng xe đã kết thúc và nguyên nhân hằn lún lúc này gây ra bởi sự chuyển vị mà không làm thay đổi thể tích của mặt đường [12].
Hình 1.18 thể hiện mối quan hệ giữa số lần tác dụng tải trọng và biến dạng trong lớp mặt đường. Khi số lần tác dụng tải trọng tăng theo thời gian s làm tăng biến dạng trong lớp mặt BTN.
Hình 1.18: Ảnh hưởng của số lần tác dụng tải trọng đến lớp mặt BTN [12]
1.3.2.2. Tải trọng trục xe
Tải trọng trục là một trong những nguyên nhân gây ra hiện tƣợng hƣ hỏng LVBX.
Khi tải trọng trục càng lớn s gây ra ứng suất cắt trong lớp BTN lớn hơn cường độ kháng cắt của BTN dẫn đến việc xuất hiện các hƣ hỏng và điển hình là LVBX.
Theo một kết quả nghiên cứu tại bang Wisconsin (Mỹ), khi tải trọng của một xe 3 trục tăng từ 9 tấn lên 10 tấn, khả năng phá hoại mặt đường s tăng lên 50%, khi tăng tải trọng trục lên 12 tấn mức phá hoại s tăng lên 100% so với trục 10 tấn là 300% so với trục 9 tấn (xem Hình 1.19) [17].
Hình 1.19: Ảnh hưởng của tải trọng trục đến mức độ phá hoại mặt đường AASHTO cũng đã đưa ra sự tương quan giữa tải trọng trục và số lần tác dụng theo công thức sau:
4 x y
y x
P N
P N [13]
Theo công thức trên, nếu một trục nặng gấp đôi một trục khác thì ảnh hưởng tương đối của nó đến hiệu suất mặt đường s tăng lên 24 lần. [13]
Một kết quả nghiên cứu khác tại Thụy Điển [15] cũng đã chỉ ra rằng tải trọng trục có ảnh hưởng rất đáng kể đến LVBX, cụ thể là khi tải trọng tăng từ 100KN lên 150KN thì độ sâu LVBX tăng lên 140%, khi tăng tải trọng lên 180KN thì LVBX tăng lên xấp xỉ 180% (xem Hình 1.20).
Hình 1.20: Ảnh hưởng của tải trọng trục đến LVBX [15]
1.3.2.3. Tốc độ dòng xe
Tốc độ dòng xe cũng là một yếu tố ảnh hưởng đáng kể đến LVBX. Khi tốc độ xe chạy càng chậm, thời gian tác dụng lên mặt đường càng lâu dẫn đến việc suy giảm cường độ diễn ra càng nhanh.
Độ sâu VHBX tỷ lệ nghịch với tốc độ dòng xe. Độ sâu VHBX giảm từ 5-30% khi tốc độ dòng xe tăng từ 38km/h đến 48km/h phụ thuộc vào kết cấu và vật liệu BTN [15].
Hình 1.21 thể hiện tương quan giữa tốc độ dòng xe và độ sâu LVBX. Khi tốc độ dòng xe thay đổi từ 90km/h xuống 50km/h thì độ sâu LVBX tăng 200%, khi tốc độ giảm xuống còn 10km/h thì độ sâu LVBX tăng lên 900%.
Hình 1.21: Ảnh hưởng của tốc độ dòng xe đến LVBX [15]
1.3.2.4. Áp lực bánh hơi
Theo [15], áp lực bánh hơi có ảnh hưởng đến LVBX nhưng mức độ ảnh hưởng không quá lớn, cụ thể khi áp lực lốp tăng từ 0,8Mpa đến 1,0Mpa chỉ làm tăng biến dạng LVBX lên 5% (xem Hình 1.22).
Hình 1.22: Ảnh hưởng của áp lực bánh hơi đến LVBX [15]
1.3.2.5. Nhiệt độ
Ngoài các nguyên nhân như vật liệu, lưu lượng xe, tốc độ dòng xe nêu trên cần phải kể đến một yếu tố quan trọng ảnh hưởng lớn đến LVBX, đó là nhiệt độ. Đối với vật liệu đàn hồi dẻo nhƣ BTN, tính chất kém ổn định với nhiệt độ là một đặc trƣng cơ lý cần
được quan tâm. Vào mùa nóng, nhiệt độ môi trường cao, BTN s giảm sức kháng cắt và dưới tác dụng của tải trọng xe s làm phát triển hư hỏng LVBX. Ngược lại, vào mùa lạnh, nhiệt độ môi trường thấp, BTN có xu hướng cứng hơn và dễ phát sinh hư hỏng nứt mỏi dưới tác dụng của tải trọng xe.
Phương pháp thiết kế Superpave đã xét đến ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường thông qua việc phân loại nhựa đường theo cấp PG. Phương pháp đã xét đến nhiệt độ mặt đường cao nhất/ thấp nhất dự kiến mà mặt đường BTN s phải gặp trong quá trình khai thác (xác định thông qua nhiệt độ không khí có xét đến độ tin cậy phù hợp). Từ đó, lựa chọn mác nhựa đường hợp lý ngay từ bước thiết kế, góp phần giảm thiểu khả năng xuất hiện hư hỏng do ảnh hưởng của nhiệt độ trên mặt đường BTN.
1.3.3. Các yếu tố khác
Ngoài các yếu tố ảnh hưởng nêu trên, có thể kể đến những nguyên nhân khác ảnh hưởng đến LVBX như yếu tố về thiết kế kết cấu áo đường, các yếu tố trong quá trình sản xuất và thi công hỗn hợp BTN nóng cũng là một trong những nguyên nhân có thể dẫn đến hƣ hỏng LVBX.
Hiện nay, một số kết cấu áo đường mới đã được đưa vào sử dụng, điển hình là kết cấu áo đường mềm có móng đá dăm gia cố nhựa (ATB) hoặc đá dăm gia cố xi măng (CTB) đã được đưa vào áp dụng tại dự án đường cao tốc Đà Nẵng – Quảng Ngãi. Đây được xem là một trong những kết cấu tối ưu phù hợp với đường có tải trọng và lưu lượng xe lớn, góp phần giảm thiểu những hư hỏng mặt đường trong đó có LVBX.