Nhiệm vụ, nội dung và nguyờn tắc tớnh toỏn:
Sau khi thiết kế cấu tạo ỏo đường, nhiệm vụ của việc tớnh toỏn là tớnh toỏn để xỏc định chỉ số kết cấu (SN) và chiều dày lớp (Di) của kết cấu mặt đường, nhằm đảm bảo mặt đường đủ cường độ, độ bền và chất lượng khai thỏc, cú thể chịu được tổng lượng xe cộ dự bỏo trong suốt thời kỳ thiết kế.
Phương trỡnh xỏc định SN cú dạng sau: LgW18=Zr*So+3,96*lg(SN+1)-0,2+ 19 , 5 ) 1 ( 1094 4 , 0 5 , 1 2 , 4 lg + + − ∆ SN PSI +2,32*LgMr-8,07 (2-6) Cỏc yếu tố tớnh toỏn: Chỉ số kết cấu SN SN= a1*D1+a2*D2*m2+a3*D3*m3+….+ (2-7) Trong đú: SN- chỉ số kết cấu Di- bề dày cỏc lớp kết cấu
ai - hệ số tương đương cỏc lớp, phụ thuộc loại vật liệu mỗi lớp
mi - hệ số xột đến điều kiện mụi trường, phụ thuộc vào khả năng thoỏt nước của mỗi lớp.
Hệ số đặc trưng ai đặc trưng cho khả năng tương đối của mỗi lớp vật liệu dựng làm lớp múng hay lớp mặt của ỏo đường, nú biểu thị quan hệ thực nghiệm giữa chỉ số kết cấu SN và bề dày lớp Di.
Hệ số thoỏt nước mi đặc trưng cho khả năng thoỏt nước ỏo đường. Nếu ỏo đường được thoỏt nước càng nhanh thỡ giỏ trị m càng lớn. Để tăng được trị số của m cần thiết kế cỏc biện phỏp ngăn chặn nước thấm vào múng ỏo đường, nếu nước đó thấm vào rồi thỡ bố trớ hệ thống rónh ngầm nhằm thoỏt nước nhanh chỳng ra khỏi múng đường.
Việc xỏc định bề dày cỏc lớp kết cấu cần thiết kế được thực hiện bằng cỏch giả thiết chỳng rồi nghiệm lại theo phương trỡnh SN. Do vậy khụng cú một lời giải duy nhất trỏi lại cú nhiều phương ỏn tổ hợp vật liệu và bề dày khỏc nhau. Khi đú sẽ phải phõn tớch so sỏnh đỏnh giỏ về mặt kinh tế kỹ thuật để quyết định phương ỏn thiết kế. Tuy nhiờn theo AASHTO cần phải đảm bảo bề dày tối thiểu đối với một số lớp vật liệu tuỳ thuộc vào lưu lượng xe tớch luỹ.
Phương trỡnh để xỏc định chiều dày cỏc lớp sau: 2,54SN = a1D1+m2a2D2 + m3a3D3+… (2-8)
a1, a2 ,a3: Hệ số lớp mặt, lớp múng trờn, lớp múng dưới. m2, .m3: Hệ số thoỏt nước
D1, D2, D3: Bề dày tớnh bằng cm của lớp mặt, lớp múng trờn, lớp múng dưới. Lưu lượng xe tớch luỹ :
Trong đú W18: Tổng số lần tỏc dụng của ESAL 18 kớp trờn một làn.
DD: Hệ số phõn phối theo chiều chiều xe chạy, DD = 0,3 – 0,7 thường lấy DD = 0,5 là giỏ trị trung bỡnh.
DL: Hệ số phõn phối xe chạy theo làn xe.
W^18: Tổng số tải trọng trục đơn tương 18 kớp tớch luỹ trong suốt thời kỳ tớnh toỏn mà mặt đường phải chịu đựng theo cả hai chiều xe chạy.
W^18 = 365*Nt *((1+g)t - 1)/g (2-9) Trong đú:
Nt : Số trục xe đó qui đổi ra ESAL 18 kớp trung bỡnh ngày đờm sẽ thụng qua ở năm đầu tiờn khi đưa vào sử dụng.
Hệ số qui đổi ei để xỏc định ra Ni cú thể được xỏc định bằng cỏch tra bảng theo loại xe khi đó giả thiết trị số kết cấu SN hoặc được tớnh gần đỳng.
ei = (Qi/18 kip)α ; Qi- tải trọng trục xe cuả loại xe thứ i α = 4,0 đối với mặt đường mềm
α = 6,0 -:- 8 với mặt đường nửa cứng α = 12 đối với mặt đường cứng
Nếu biết thành phần dũng xe thỡ cú thể tớnh được hệ số qui đổi trung bỡnh của dũng xe:
etb = f1.e1+f2.e2+…+fn.en
f1,f2,…,fn: tỷ lệ cỏc loại dũng xe % trong dũng xe.
e1,e2,...,en: cỏc hệ số quy đổi tương ứng tương ứng với cựng loại xe. t: thời gian tớnh toỏn thường lấy = 10 – 15 năm
Cụng thức trờn chỉ dựng khi tỷ lệ tăng trưởng xe hang năm f và thành phần dũng xe là khụng đổi trong cả thời gian tớnh toỏn, đồng thời cỏc loại xe cú tỷ lệ
tăng trưởng giống nhau. Nếu khụng thỡ phải tớnh riờng số xe tớch luỹ trong thời gian t của mỗi loại xe rồi sau đú quy đổi.
Độ tin cậy:
Theo kết quả thực nghiệm của AASHTO đối với mặt đường mềm So = 0.4-
0,5 và đối với mặt đường cứng So = 0,3 – 0,4. Tuy vậy ,khi ỏp dụng khỏi niệm độ lệch tiờu chuẩn ZR là độ tin cậy R thỡ cỏc thụng số tớnh toỏn khỏc đều phải
dựng hệ số bỡnh do đú đối với mặt đường mềm So= 0,45; đối với mặt đường
cứng So = 0,35.
Mụ đun đàn hồi hiện hữu của đất nền:
Trong AASHTO 1986 người ta đó dựng chỉ số mụ đun đàn hồi Mr thay cho
chỉ Số CBR để đặc trưng cho khả năng chống biến dạng của nền đất. Đõy là một sửa đổi quan trọng.
Tổng tổn thất khả năng phục vụ của kết cấu: ∆PSI = PSIo - PSIt (2-10)
Po: Chỉ số khả năng phục vụ của đường lỳc đưa vào sử dụng.
Pt: Chỉ số khả năng phục vụ của đường tại thời điểm t sau khi mặt đường chịu W18 lần tải trọng thụng qua.
∆PSI: Tổng tổn thất khả năng phục vụ của kết cấu (giảm chất lượng mặt đường, thể hiện qua cỏc hiện tượng giảm độ bằng phẳng, tăng tỷ lệ phỏt sinh rạn nứt tăng diện tớch bị vỏ chữa trờn bề mặt ỏo đường) từ lỳc mặt đường được đưa
vào sử dụng cho đến khi đó chịu đựng được W18 lần tỏc dụng của tải trọng
ESAL 18 kớp cỏc tổn thất này do xe cộ và điều kiện chế độ thuỷ nhiệt gõy ra. Tiờu chuẩn giới hạn: theo AASHTO, tiờu chuẩn trạng thỏi giới hạn chớnh là khả năng phục vụ PSI đặc trưng cho chất lượng khai thỏc sử dụng của mặt đường.
PSI là một chỉ tiờu tổng hợp được xỏc định qua cỏc thử nghiệm của AASHTO phụ thuộc vào độ bằng phẳng, tỷ lệ khe nứt, tỷ lệ diện tớch phải vỏ chữa trờn mặt đường,
Theo thang đỏnh giỏ AASHTO đề nghị: khi thiết kế nờn ỏp dụng cỏc tiờu chuẩn giới hạn sau:
+ Đối với đường cấp cao (bờ tụng ỏt phan): PSIt(Pt) = 2,5 – 3,0
+ Đối với đường cấp thấp ( bờ tụng nhựa, thấm nhập nhựa ): PSIt = 2,0 + Đối với đường nhỏ, khụng cú khả năng đầu tư ban đầu lớn: PSIt = 1,5 Lựa chọn loại vật liệu và tớnh toỏn bề dày kết cấu ỏo đường.
Sau khi xỏc định được cỏc yếu tố tớnh toỏn của phương trỡnh cơ bản, xỏc định được giỏ trị của SN thụng qua đồ thị phương trỡnh cơ bản, so sỏnh với giỏ trị SN ta đó giả thiết xỏc định hệ số đổi xe (ei). Tớnh ra trị số SNyc.
Lựa chọn loại vật liệu cho kết cấu ỏo đường, xỏc định cỏc hệ số tương đương (ai) tương ứng. Giả thiết chiều dày của một lớp tớnh được chiều dày của lớp cũn lại nhờ phương trỡnh (2) sao cho thoả món trị số SNyc.