CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ PHẾ THẢI XÂY DỰNG TÁI CHẾ
2.1. Tổng quan về mặt đường
2.1.2. Thành phần của mặt đường
Mặt đường có ba thành phần cơ bản. Lớp mặt, kết cấu mặt đường, và lớp nền; mỗi lớp đều phục vụ cho một mục đích cụ thể khác nhau và do đó sẽ được trình bày một cách riêng biệt.
2.1.2.1. Kết cấu mặt đường:
Mặt đường là giao diện của nền đưòng với xe cộ và môi trường, có chức năng bảo vệ nền đường phía dưới đối với tác động của môi trường và xe cộ, nên nó phải đủ bền và không thấm nước.
a. Bảo vệ trước tác động của giao thông:
Giao thông ảnh hưởng lên bề mặt đường theo hai cách:
- Ứng suất do tải bánh xe tác động lên mặt đường, chủ yếu trong mặt phẳng thẳng đứng(ứng suất pháp), nhưng thành phần nằm ngang của ứng suất sẽ trở nên quan trọng tại các khúc quanh, các dốc và tại khi thắng xe. Các đặc tính về độ bền của vật liệu được dùng trong mặt đường phải chịu được tác động của các loại ứng suất kể trên mà không bị hư hỏng hoặc biến dạng.
- Sự trượt của lốp xe trên mặt đường, đặc biệt là khi quẹo cua, có xu hướng làm mài mòn bề mặt. Theo thời gian hiệu ứng này sẽ làm giảm độ ma sát của mặt đường (tính chống trượt). Những mặt đường như vậy sẽ trở nên trơn trượt khi ướt và rất nguy hiểm.
b. Bảo vệ trước tác động của môi trường:
Bề mặt đường liên tục chịu ảnh hưởng của môi trường từ hai nguồn là tác dụng của nhiệt độ và bức xạ cực tím.
Vì vậy mặt đường cần phải có những thuộc tính sau:
- Tính dẻo nhằm cho phép sự co dãn lặp đi lặp lại khi nhiệt độ thay đổi.
- Tính bền nhằm hấp thụ bức xạ tử ngoại mà không bị hóa già sớm.
Ngoài khả năng chống trượt, bề mặt có cấu tạo gốc bitum còn cung cấp sự mềm dẻo, bền bỉ và chống thấm nước tuyệt hảo. Hỗn hợp asphalt (với lượng bitum khoảng 5% trọng lượng) thường được sử dụng cho những con đường nhộn nhịp, còn giải pháp làm đường với bề mặt được trải lớp đá dăm rồi sau đó tưới nhựa nóng lên có tính kinh tế hơn được áp dụng với các con đường có mật độ giao thông thấp.
2.1.2.2. Kết cấu nền đường:
Nền đường phải đảm bảo nền đường ổn định, duy trì được các kích thước hình học, có đủ cường độ để chịu được các tác động của tải trọng xe và của các yếu tố thiên nhiên trong suốt thời gian sử dụng.
Nền đường truyền tải trọng từ mặt đường xuống các lớp bên dưới nền đường.
Như minh họa trên Hình 2.2, tải trọng từ bánh xe tác dụng lên mặt đường sẽ giảm một cách hiệu quả trong cấu trúc nền đường bằng cách phân tán qua diện tích rộng theo các lớp bên dưới nền đường. Một cách tổng quát, cấu trúc nền đường bao gồm các lớp vật liệu với độ bền khác nhau, mỗi lớp phục vụ cho mục đích phân phối tải nhận từ lớp ngay phía trên và truyền xuống lớp bên dưới. Các lớp nằm gần mặt đường phải chịu mức độ ứng suất lớn hơn so với các lớp nằm bên dưới và do vậy cần phải được cấu tạo từ các loại vật liệu bền hơn, tốt hơn.
Hình 2.2. Minh họa cho thấy các loại vật liệu phổ biến được dùng để làm các nền đường có tính mềm dẻo.
Đáp ứng của một loại vật liệu khi chịu lực tác dụng phụ thuộc rất lớn vào độ đàn hồi và các đặc điểm của tải (độ lớn, cường độ tải...), các đặc điểm quan trọng bao gồm:
- Các loại vật liệu dạng hạt, bao gồm đá nghiền và sỏi, truyền tải trọng tác dụng lên từng phần tử, hoặc bộ khung của cấu trúc. Lực ma sát giữa các hạt duy trì sự toàn vẹn của cấu trúc, nhưng dưới tải trọng lặp lại (thường liên hệ với sự tăng độ ẩm), quá trình nén chặt dần dần xảy ra khi các phần tử di chuyển gần lại với nhau. Điều này có thể xảy ra ở bất kỳ lớp của cấu trúc nền đường, cuối cùng là làm biến dạng mặt đường. Sự biến dạng loại này thường xuất hiện dưới dạng các vết lún có bán kính rộng theo vệt bánh xe lăn qua.
- Các loại vật liệu liên kết, bao gồm các loại vật liệu ổn định hóa và asphalt, được coi là kết cấu thống nhất dạng tấm hay phiến. Khi tải trọng tác dụng theo hướng thẳng đứng lên bề mặt của phiến phẳng đó, sẽ tạo ra ứng suất nén có phương ngang ở nửa trên của phiến và ứng suất kéo theo phương ngang ở nửa dưới của phiến, với ứng suất theo phương ngang lớn nhất ở điểm trên cùng và dưới cùng của phiến. Sức căng gây ra bởi các ứng suất này, phổ biến là lực kéo ở điểm dưới cùng, sẽ dẫn đến mỏi, một dạng của phá hỏng sau
nhiều chu kỳ chịu tải lặp lại. Các vết nứt phát triển ở phía dưới của lớp và lan ra theo phương thẳng đứng khi tiếp tục chịu tác dụng của tải trọng lặp lại.
2.1.2.3. Lớp nền đường:
Vật liệu tự nhiên nằm bên dưới đỡ lấy cấu trúc nền đường có thể là vật liệu tại chỗ hoặc đem từ nơi khác đến. Các đặc tính độ bền của loại vật liệu này sẽ quyết định loại cấu trúc nền đường cần thiết để phân tán tải trọng bề mặt với cường độ có thể chịu được mà không làm biến dạng mặt đường.
Các phương pháp thiết kế nền đường thường sử dụng độ bền và độ cứng vững của lớp nền làm các thông số đầu vào cơ bản và nhằm mục đích cung cấp cấu trúc đủ bền để bảo vệ lớp đất nền. Cách tiếp cận này được chấp nhận lần đầu tiên vào thập niên 1950 với phương pháp thực nghiệm “ California Bearing Ratio (CBR) và được tiếp tục áp dụng ở thế kỷ 21. Tổng quan, cấu trúc nền đường này được yêu cầu nhằm bảo vệ đất nền kém bền phía dưới.