Nhƣ đã nói ở phần trƣớc, hiện tƣợng mỏi đặc trƣng bởi sự phá hủy của vật liệu sau một số lần trùng phục của tải trọng (thực tế thƣờng > 104 trong đó biên độ tải trọng tác dụng nhỏ hơn cƣờng độ phá hủy của vật liệu. Thông qua các thí nghiệm, tuổi thọ mỏi của vật liệu đƣợc xác định bằng số lƣợt tải trọng tác dụng đến khi phá hoại mẫu. Có nhiều tiêu chí “ mẫu bị phá hoại” khác nhau phụ thuộc vào phƣơng pháp xác định tuổi thọ mỏi. Đƣờng đặc tính mỏi (hay còn gọi là đƣờng Wöhler) thể hiện tuổi thọ mỏi của vật liệu phụ thuộc vào biên độ tải trọng (ứng suất hoặc biến dạng) tác dụng. Thông thƣờng, đƣờng đặc tính mỏi đƣợc thể hiện dƣới dạng phƣơng trình 4-1:
b
S a N (4.1)
hoặc dƣới dạng phƣơng trình 4-2:
log( )S log( )N (4.2)
Trong đó S là cƣờng độ tải trọng tác dụng, N là tuổi thọ mỏi, a và b (hoặc và ) là các hệ số đặc trƣng của vật liệu.
Đƣờng đặc tính mỏi đƣợc thể hiện là một đƣờng thẳng trong hệ tọa độ logarit (Hình 4-14). Một vài vật liệu khi chịu tải trọng có cƣờng độ nhỏ hơn « giá trị bền mỏi » thì không bị phá hủy dù số lần tác dụng tải là rất lớn hoặc không giới hạn. Giá trị bền mỏi với bê tông asphalt hiện chƣa đƣợc nghiên cứu nhiều. Một vài nghiên cứu cho thấy giá trị này không lớn hơn một vài chục µm/m đơn vị biến dạng [22].
Hình 4-14. Đƣờng đặc tính mỏi và giá trị bền mỏi của vật liệu
Trong thực tế, kết quả thí nghiệm tuổi thọ mỏi của vật liệu rất phân tán. Nguyên nhân là do sự không đồng nhất của vật liệu và do chính sự phức tạp của bản thân hiện tƣợng mỏi. Vào những năm 80, tuổi thọ mỏi của bê tông asphalt có thể thay đổi 1 đến 30 lần khi tiến hành trên các mẫu tƣơng tự nhau tùy thuộc vào cƣờng độ tải trọng tác dụng [83]. Những năm gần đây, nhờ sự phát triển công nghệ, các thiết bị thí nghiệm, mức độ phân tán giảm xuống còn 1 đến 10 lần [41]. Đối với vật liệu gia cƣờng chất liên kết vô cơ, độ phân tán này thƣờng lớn hơn nữa. Những máy móc có hệ thống điều khiển và đo đạc chính xác sẽ càng giảm sự phân tán trong kết quả thí nghiệm.
Quy luật Miner
Trên thực tế, kết cấu áo đƣờng chịu tác dụng của những tải trọng có cƣờng độ rất khác nhau trƣớc khi bị phá hoại. Khi đó, đƣờng đặc tính chỉ xác định tuổi thọ mỏi ứng với một giá trị tải trọng cho trƣớc. Trong trƣờng hợp này, quy luật tích lũy mỏi nhằm tính toán tuổi thọ mỏi của vật liệu khi chịu tải trọng ở các mức cƣờng độ khác nhau đƣợc xác định theo Miner (xem công thức 4-3):
1 1 n i i i n N (4.3)
Trong đó, ni là số lần tác dụng tải trọng có cƣờng độ Si, Ni là tuổi thọ mỏi ứng với tải trọng có cƣờng độ Si.
Quy luật Miner đơn giản và sử dụng khá phổ biến trong quy trình tính toán thiết kế áo đƣờng của Pháp. Tuy nhiên, quy luật này còn chƣa đƣợc minh chứng và
log (N) log ( S) Giá trị bền mỏi 1 b
dễ nhận thấy, ảnh hƣởng của phƣơng thức tác dụng tải (ứng suất, biến dạng) không đƣợc đề cập đến trong quy luật này.