a. Khái niệm:
Nứt mỏi là hiện tượng mặt đường bị nứt do sự suy giảm cường độ của vật liệu phối hợp với biến dạng lặp lại đối với bê tông nhựa do tải trọng xe.
b. Nguyên nhân:
Hiện tượng nứt mỏi này xảy ra thông thường là do phối hợp một số các nguyên nhân sau:
- Mặt đường có bề dày nhỏ hoặc các lớp phía dưới yếu làm xuất hiện độ võng lớn trên mặt đường do tải trọng tác dụng. Độ võng mặt đường lớn làm tăng các ứng suất kéo ở phía đáy của lớp bê tông nhựa, dẫn tới hình thành vết nứt.
Chất lượng xây dựng kém hoặc thiết kế thiếu, ngoài ra khả năng thoát nước mặt đường kém làm giảm cường độ các lớp nền, móng bằng vật liệu không gia cố cũng góp phần làm tăng khả năng xuất hiện các vết nứt hoặc chất lượng chất dính bám kém làm tăng giá trị ứng suất kéo dưới đáy lớp vật liệu bê tông nhựa.
Trong trường hợp thông thường (khi mặt đường được thiết kế và thi công đúng), hiện tượng nứt mỏi là một dấu hiệu báo mặt đường đã chịu tới số lượng tải trọng trục thiết kế tính toán. Mặt đường khi đó cần được nâng cấp, cải tạo cho phù hợp. Nếu hiện tượng nứt mỏi xảy ra ở cuối thời kỳ thiết kế thì đó chỉ là một hiện tượng phát triển một cách tự nhiên theo như được dự đoán trong thiết kế. Nếu quan sát thấy các vết nứt xuất hiện sớm hơn so với thời kỳ thiết kế cũng có thể đó là dấu hiệu tải trọng giao thông được đánh giá không đúng mức trong khi thiết kế.
Hình 3.2.1b: Nứt mỏi dạng vừa
c. Phân loại mức độ nghiêm trọng:
Dấu hiệu sớm của hiện tượng nứt mỏi là sự xuất hiện các vết nứt dài không liên tục theo vệt bánh xe (dạng nhẹ). Các vết nứt sau đó được phát triển dần lên do ở một số điểm các vết nứt nối lại với nhau, hình thành các vùng nứt lớn (dạng vừa). Các vết nứt phát triển cho đến khi trở thành nứt kiểu da cá sấu (dạng nặng). Mặt đường sẽ tiếp tục bị hư hỏng nặng hơn nữa khi xuất hiện các ổ gà do xe cộ đi qua làm bong bật lớp mặt bê tông nhựa và làm cho nước mặt có khả năng thấm xuống làm giảm cường độ các lớp phía dưới.
Với mỗi cấp mức độ nghiêm trọng, bằng trực quan ước tính độ dài và diện tích vùng bị nứt mỏi. Nếu trong một khu vực tồn tại nhiều cấp mức độ nghiêm trọng khác nhau mà không thể dễ dàng phân biệt được thì sử dụng cấp độ cao nhất của mức độ nghiêm trọng trong khu vực đó để đánh giá.
d. Chỉ số đánh giá:
Chỉ số nứt mỏi được ký hiệu là AC và được xác định thông qua công thức:
+ + − = 10 % 30 % 70 % * 40 100 L M H AC
Trong đó; %L; %M; %H là tỷ lệ phần trăm diện tích nứt mỏi ở các cấp độ nghiêm trọng tương ứng là nhẹ, vừa, nặng trong vùng nứt mỏi, được tính bằng:
1* * 32 ) , , %( B S H M L = A
Trong đó: SA: Diện tích nứt mỏi (ở mỗi cấp độ), m2
B1: Chiều rộng làn đường, m
e. Biện pháp sửa chữa:
Hiện tượng nứt mỏi cần được sửa chữa triệt để, thông thường bằng cách đào bỏ và thay thế vật liệu mới hoặc có thể rải tăng cường trên toàn bộ mặt đường. Nếu không sửa chữa kịp thời, các vết nứt mỏi ban đầu nhanh chóng phát triển thành nứt lưới và bong bật ổ gà. Ngoài ra, nước thấm xuống qua các khe nứt làm đất nền ẩm ướt, giảm cường độ và hình thành hố lún dưới tác.
3.2.2.Nứt do nhiệt độ thấp (Low temperature thermal cracking) (hình 3.2.2).
a. Khái niệm.
Nứt ở nhiệt độ thấp thường là nứt ngang, được tạo thành khi ứng suất kéo tạo ra do trương nở của hỗn hợp lớn hơn cường độ chịu kéo của vật liệu.
b. Nguyên nhân:
Nứt do ứng suất nhiệt xuất hiện trên mặt đường bê tông nhựa thường là các vết nứt ngang cách đều nhau. Vết nứt thường xuất hiện khi nhiệt độ bề mặt đường xuống thấp đủ để tạo ra một ứng suất kéo do nhiệt lớn hơn cường độ chịu kéo uốn của vật liệu bê tông nhựa (có xét đến mỏi);
Các vết nứt do nhiệt độ thấp được tạo thành khi các lớp mặt đường bị co lại trong thời tiết lạnh giá. Khi hiện tượng co ngót mặt đường xuất hiện đồng thời cũng sinh ra các ứng suất kéo ở trong lớp bê tông nhựa. Tại một vài điểm dọc theo mặt đường, các ứng suất kéo vượt quá cường độ kháng kéo trong lớp bê tông nhựa và dẫn tới hiện tượng nứt. Hiện tượng nứt do nhiệt độ thấp xuất hiện chủ yếu từ một chu kỳ đơn của nhiệt độ thấp, nhưng nó có thể phát triển khi các chu kỳ nhiệt độ thấp được lặp lại.
Hình 3.2.2: Nứt do nhiệt độ thấp c. Biện pháp sửa chữa:
Vá trám lại các vết nứt dạng này là hình thức sửa chữa hiệu quả để giảm tốc độ xuống cấp của mặt đường.
3.2.3.Nứt dọc (Longitudinal cracking) (hình 3.2.3). a. Khái niệm:
Nứt dọc là vết nứt song song với tim đường.
b. Nguyên nhân:
Nứt dọc thường có nguyên nhân từ việc cạp nền - mặt đường, làm cho biến dạng không đều giữa các phần đường mới và cũ;
Nứt dọc theo vết lún bánh xe do ứng suất kéo do tải trọng xe gây ra vượt quá cường độ chịu kéo của vật liệu (có tính đến lão hoá và mỏi).
Hình 3.2.3b: Nứt dọc vừa
c. Phân loại mức độ nghiêm trọng:
Loại hình hư hỏng này được chia làm ba mức độ nghiêm trọng:
Mức độ nhẹ (hình 3.2.3a): Khi chiều rộng vết nứt ≤ 6mm
Mức độ vừa (hình 3.2.3b): Khi chiều rộng vết nứt > 6mm và ≤ 18mm
Mức độ nặng (hình 3.2.3c): Khi chiều rộng vết nứt > 18mm d. Chỉ số đánh giá:
Chỉ số nứt dọc được ký hiệu là LC và được xác định bằng công thức:
+ + − = 75 % 200 % 350 % * 40 100 L M H LC Trong đó:
%L, %M, %H là tỷ lệ phần trăm nứt dọc ở các cấp độ nghiêm trọng tương ứng là nhẹ, vừa, nặng trong vùng nứt dọc, được tính bằng:
Chiều dài vết nứt dọc, (m) 32 (m)
e. Biện pháp sửa chữa:
Việc vá trám vết nứt dọc bằng vật liệu thích hợp là giải pháp hiệu quả để tránh việc tăng mạnh tốc độ xuống cấp theo các hình thức: nứt thứ cấp từ vết nứt cũ, hình thành nứt lưới lớn do biến dạng lún lõm mặt đường lớn, khi nước theo các khe nứt ngấm xuống làm giảm cường độ của các lớp mỏng đường và nền đường.