H/D

Hình 3-3: Toán đồ để xác định ứng suất trượt từ tải trọng bánh xe ở lớp dưới của hệ hai lớp (H/D = 0¸4,0).

Khi kiểm tra trượt trong nền đất dưới đáy áo đường, để áp dụng toán đồ tìm T_ax phải đổi hệ nhiều lớp về hệ 2 lớp theo cách nêu ở mục 3.4.5 (công thức 3.5 và 3.6); lúc này trị số E_tb tính được đóng vai trò E₁ và trị số mô đun đàn hồi của nền đất E₀ đóng vai trò của E₂.  Khi kiểm tra trượt trong lớp vật liệu kém dính thì trị số E₂ phải được thay bằng trị số mô đun đàn hồi chung E_ch ở trên mặt lớp đó (trong khi c và j vẫn dùng trị số tính toán của lớp đó), còn trị số E₁ phải được thay bằng trị số mô đun đàn hồi trung bình E_tb của các lớp nằm trên nó. Lúc này trị số E_ch được xác định theo cách nêu ở 3.4.4 và toán đồ ở Hình 3-1 với trị số E_tb cũng được xác định theo (3.5) và (3.6).

Xác định T_av được thực hiện với toán đồ Hình 3-4 tuỳ thuộc vào bề dày tổng cộng H của các lớp nằm trên lớp tính toán và trị số ma sát trong j của đất hoặc vật liệu lớp đó. Chú ý rằng trị số T_av có thể mang dấu âm hoặc dương và phải dùng dấu đó trong công thức (3.7).

...

...

...

Trị số C_tt được xác định theo biểu thức (3.8)

C_tt = C. K₁. K₂ . K₃   ;                                          (3.8)

trong đó:

C: lực dính của đất nền hoặc vật liệu kém dính xác định từ kết quả thí nghiệm cắt nhanh với các mẫu tương ứng với độ chặt, độ ẩm tính toán (MPa); với đất nền phải tiêu biểu cho sức chống cắt trượt của cả phạm vi khu vực tác dụng của nền đường;

K₁ : hệ số xét đến sự suy giảm sức chống cắt trượt khi đất hoặc vật liệu kém dính chịu tải trọng động và gây dao động. Với kết cấu nền áo đường phần xe chạy thì lấy K₁=0,6; với kết cấu áo lề gia cố thì lấy K₁ = 0,9 để tính toán;

K₂ : hệ số xét đến các yếu tố tạo ra sự làm việc không đồng nhất của kết cấu; các yếu tố này gây ảnh hưởng nhiều khi lưu lượng xe chạy càng lớn, do vậy K₂ được xác định tuỳ thuộc số trục xe quy đổi mà kết cấu phải chịu đựng trong 1 ngày đêm như ở Bảng 3-8.

Bảng 3-8: Xác định hệ số K₂ tuỳ thuộc số trục xe tính toán

Số trục xe tính toán (trục/ngày đêm/làn)

Dưới 100

...

...

...

Dưới 5000

Trên 5000

Hệ số K₂

1,0

0,8

0,65

0,6

Ghi chú Bảng 3-8:

1.    Số trục xe tính toán được xác định theo mục 3.3.3;

...

...

...

K₃ : hệ số xét đến sự gia tăng sức chống cắt trượt của đất hoặc vật liệu kém dính trong điều kiện chúng làm việc trong kết cấu khác với trong mẫu thử (đất hoặc vật liệu được chặn giữ từ các phía …); ngoài ra hệ số này còn để xét đến sự khác biệt về điều kiện tiếp xúc thực tế giữa các lớp kết cấu áo đường với nền đất so với điều kiện xem như chúng dính kết chặt (tạo ra sự làm việc đồng thời) khi áp dụng toán đồ Hình 3-2 và 3-3 cho cả trường hợp nền đất bằng đất kém dính. Cụ thể trị số K₃ được xác định tuỳ thuộc loại đất trong khu vực tác dụng của nền đường như dưới đây:

-    Đối với các loại đất dính (sét, á sét, á cát …) K₃  = 1,5;

-    Đối với các loại đất cát nhỏ                            K₃  = 3,0;

-    Đối với các loại đất cát trung                          K₃ = 6,0;

-    Đối với các loại đất cát thô                              K₃ = 7,0.

Theo tiêu chuẩn này, kết cấu được xem là đủ cường độ khi thoả mãn điều kiện (3.9) dưới đây:

s_ku £      ;                                                  (3.9)

trong đó:

s_ku  : ứng suất chịu kéo uốn lớn nhất phát sinh ở đáy lớp vật liệu liền khối dưới tác dụng của tải trọng bánh xe (xác định theo mục 3.6.2);

...

...

...

  : hệ số cường độ về chịu kéo uốn được chọn tuỳ thuộc độ tin cậy thiết kế giống như với trị số    ở Bảng 3-7. Việc  chọn độ tin cậy thiết kế cũng theo chỉ dẫn ở Bảng 3-3.

Chỉ phải tính toán kiểm tra điều kiện (3.9) đối với các lớp bê tông nhựa, hỗn hợp đá trộn nhựa, các lớp đất, cát gia cố, đá gia cố chất liên kết vô cơ sử dụng trong kết cấu áo đường cấp cao A1 và A2 (xem mục 3.1.4). Riêng đối với lớp thấm nhập nhựa và các lớp đất, đá gia cố nhựa láng thì không cần kiểm tra.

Ứng suất kéo uốn lớn nhất phát sinh ở đáy lớp vật liệu liền khối s_ku được xác định theo biểu thức (3.10)

s_ku  =     ;                                         (3.10)

trong đó:

p : áp lực bánh của tải trọng trục tính toán nêu ở các mục 3.2.1 và 3.2.2;

k_b  : hệ số xét đến đặc điểm phân bố ứng suất trong kết cấu áo đường dưới tác dụng của tải trọng tính toán là bánh đôi hoặc bánh đơn; khi kiểm tra với cụm bánh đôi (là trường hợp tính với tải trọng trục tiêu chuẩn) thì lấy k_b = 0,85, còn khi kiểm tra với cụm bánh đơn của tải trọng trục đặc biệt nặng nhất (nếu có) thì lấy k_b = 1,0.

: ứng suất kéo uốn đơn vị; trị số này được xác định theo toán đồ Hình 3-5 cho trường hợp tính  ở đáy các lớp liền khối trong tầng mặt tuỳ thuộc vào tỷ số h1/D và E1/Echm và xác định theo toán đồ 3-6 cho trường hợp tính ở đáy các lớp liền khối trong tầng móng =f(h1/D, E1/E2, E2/E3). Các ký hiệu trong đó có ý nghĩa như sơ đồ tính ghi ở mỗi góc toán đồ cụ thể là:

-   h₁ là tổng bề dày các lớp kết cấu kể từ đáy lớp được kiểm tra kéo uốn trở lên đến bề mặt áo đường.

...

...

...

-   D là đường kính vệt bánh xe tính toán (xem  các mục 3.2.1 và 3.2.2).

-   E_ch.m là mô đun đàn hồi chung của nền đất và các lớp nằm phía dưới đáy lớp vật liệu liền khối được kiểm tra. Trị số E_ch.m được xác định theo cách quy đổi nền đất và các lớp nằm phía dưới lớp đang xét nêu trên về hệ hai lớp từ dưới lên xem mục 3.4.5 rồi áp dụng toán đồ ở Hình 3-1.

Hình 3-5: Toán đồ xác định ứng suất kéo uốn đơn vị  ở các lớp của tầng mặt (số trên đường cong là tỉ số E1/Ech, móng)

Hình 3-6. Toán đồ tìm ứng suất kéo uốn đơn vị   ở các lớp liền khối của tầng móng (số trên đường cong là E1/E2 và trên đường tia là E2/E3)

Chú ý: Ở đây E3 chính là Ech.m (mô đun đàn hồi chung của nền đất và các lớp nằm phía dưới đáy lớp liền khối được kiểm tra).

Cường độ chịu kéo uốn tính toán của vật liệu liền khối được xác định theo biểu thức (3.11):

...

...

...

trong đó:

R_ku : cường độ chịu kéo uốn giới hạn ở nhiệt độ tính toán (xem mục 3.1.5) và ở tuổi mẫu tính toán (với vật liệu gia cố chất liên kết vô cơ) dưới tác dụng của tải trọng tác dụng 1 lần xác định theo chỉ dẫn ở Phụ lục C.

k₂ : hệ số xét đến sự suy giảm cường độ theo thời gian so với các tác nhân về khí hậu thời tiết. Với các vật liệu gia cố chất liên kết vô cơ lấy k₂ = 1,0; còn với bê tông nhựa loại II, bê tông nhựa rỗng và các loại hỗn hợp vật liệu hạt trộn nhựa lấy k₂ = 0,8; với bê tông nhựa chặt loại I  và bê tông nhựa chặt dùng nhựa polime lấy k₂ = 1,0.

k₁ : hệ số xét đến sự suy giảm cường độ do vật liệu bị mỏi dưới tác dụng của tải trọng trùng phục; k₁ được lấy theo các biểu thức dưới đây:

-   Đối với vật liệu bê tông nhựa:

k₁ =      ;                                             (3.12)

-   Đối với vật liệu đá (sỏi cuội) gia cố chất liên kết vô cơ

k₁ =      ;                                             (3.13)

-   Đối với vật liệu đất gia cố chất liên kết vô cơ

...

...

...

Trong các biểu thức trên N_e là số trục xe tính toán tích luỹ trong suốt thời hạn thiết kế thông qua trên một làn xe (xác định như chỉ dẫn ở Khoản A.2 của Phụ lục A). Với các lớp bê tông nhựa chặt loại I và bê tông nhựa polime, thời hạn thiết kế lấy bằng 15 năm; còn với các loại bê tông nhựa và hỗn hợp nhựa khác lấy bằng 10 năm.

Đối với các lớp móng gia cố chất liên kết vô cơ, thời hạn thiết kế được lấy bằng  thời hạn thiết kế của tầng mặt đặt trên nó.

-   Để thi công thuận lợi và bảo đảm chỗ lớp bù vênh mỏng vật liệu không bị rời rạc thì nên sử dụng hỗn hợp đá nhựa hay thấm nhập nhựa để làm lớp bù vênh. Điều này là bắt buộc trong trường hợp lớp tăng cường trên lớp bù vênh là hỗn hợp nhựa (bê tông nhựa, thấm nhập nhựa...)

-   Có thể bù vênh bằng các vật liệu hạt có kích cỡ phù hợp với bề dày bù vênh tối thiểu nếu phía trên là lớp tăng cường cũng bằng vật liệu hạt không sử dụng chất liên kết.

-   Trong mọi trường hợp đều không được sử dụng vật liệu hạt gia cố hoặc đất gia cố chất liên kết vô cơ để làm lớp bù vênh.

Các yêu cầu cấu tạo đối với các lớp này đều phải tuân thủ theo những chỉ dẫn ở Chương 2 như đối với cấu tạo kết cấu mới.

Đối với các trường hợp này yêu cầu về thiết kế cấu tạo chủ yếu là tránh được hiện tượng nứt phản ảnh lan truyền từ  phía kết cấu cũ lên mặt của kết cấu mới.

-   Chỉ nên sử dụng mặt đường bê tông xi măng làm tầng móng để trực tiếp rải lớp tăng cường bê tông nhựa lên trên khi mặt đường này tương đối tốt, cụ thể là diện tích có khe nứt của bê tông xi măng cũ chiếm dưới 10% tổng diện tích mặt đường và độ cập kênh giữa các tấm (chênh lệch cao độ mép tấm) nhỏ hơn 10mm;

-   Bề dày tầng mặt bê tông nhựa tăng cường trực tiếp trên bê tông xi măng cũ có thể được tính theo chỉ dẫn ở tiêu chuẩn 22 TCN 223, nhưng để tránh nứt phản ảnh thì tối thiểu phải là 16-18cm. Để giảm tốn kém có thể thay thế phần bê tông nhựa phía dưới bằng hỗn hợp đá dăm trộn nhựa loại có độ rỗng lớn từ 25-35%, nhằm tạo tác dụng cắt giảm nứt cho lớp bê tông nhựa (không nên dùng cấp phối đá dăm làm lớp độn cắt giảm nứt);

...

...

...

Khi kết cấu áo đường tăng cường, cải tạo giữa các đoạn kề liền gồm số lớp kết cấu khác nhau hoặc bề dày các lớp kết cấu khác nhau tạo ra sự thay đổi cao độ trong khi phần kết cấu cũ vẫn được tận dụng giữ lại thì những thay đổi này phải được xử lý chuyển tiếp trên nguyên tắc không tạo ra độ dốc dọc phụ thêm trên bề mặt mặt đường quá 0,5% đối với đường cao tốc, đường cấp I, cấp II và 1% đối với đường cấp III trở xuống.

Thường áo đường cũ đã trải qua quá trình xây dựng sửa chữa phức tạp, do vậy, để có giải pháp thiết kế tăng cường hoặc cải tạo đúng đắn, trước hết phải tiến hành phân đoạn điều tra kỹ từng đoạn trên cơ sở sự khác biệt về các điều kiện sau:

-   Loại đất nền trong phạm vi khu vực tác dụng và cấu tạo các lớp kết cấu áo đường cũ (về vật liệu và bề dày lớp);

-   Loại hình tác động của các nguồn ẩm (chiều cao nền đắp, mực nước ngập và thời gian duy trì chúng...);

-   Tình trạng và mức độ hư hỏng bề mặt theo các dạng hư hỏng miêu tả ở Bảng 4-1;

-   Lưu lượng và thành phần xe chạy.

Chiều dài mỗi phân đoạn được xác định tùy tình hình thực tế (không quy định chiều dài đoạn tối thiểu) nhưng tối đa không được phân đoạn dài quá 1000m.

Bảng 4-1: Các dạng hư hỏng trên bề mặt kết cấu áo đường cũ

Dạng hư hỏng

...

...

...

(Cấp A1, A2)

Tầng mặt cấp thấp

B1

Tiêu chí đánh giá mức độ nghiêm trọng

Nứt

-  Nứt dọc, nứt ngang, nứt phản ảnh

-  Nhẹ: Bề rộng khe nứt <6mm không gây xóc khi xe chạy qua;

-  Vừa: bề rộng >6mm, gây xóc;

...

...

...

-  Nứt thành lưới (nứt mai rùa hoặc nứt thành miếng)

-  Nhẹ: Các đường nứt chưa liên kết với nhau;

-  Vừa: Đã liên kết thành mạng;

-  Nặng: Nứt lan ra ngoài phạm vi vệt bánh xe và liên kết với nhau như da cá sấu.

Biến dạng bề mặt

-  Vệt hằn bánh, lún sụt

-  Cách đo: Dùng thước 1,22m đặt ngang vệt hằn; cứ cách 7,5m đo một chỗ rồi lấy trị số trung bình cho mỗi đoạn.

...

...

...

-  Làn sóng, xô dồn

- Làn sóng, xô dồn

-  Nghiêm trọng (không phân mức độ)

-  Đẩy trượt trồi

- Đẩy trượt trồi

-  Nghiêm trọng (không phân mức độ)

Mất mui luyện hoặc mui luyện ngược

-  Nghiêm trọng (không phân mức độ)

...

...

...

-  Chảy nhựa

-  Diện tích càng lớn thì mức độ hư hỏng càng nặng.

-  Bong tróc, rời rạc

-  Mài mòn, lộ đá

Bong tróc, rời rạc

-  Không phân mức độ nghiêm trọng

-  Ổ gà

-  Ổ gà

...

...

...

 Ghi chú Bảng 4-1:

PHỤ LỤC A:

VÍ DỤ TÍNH TOÁN QUY ĐỔI SỐ TRỤC XE KHÁC VỀ SỐ TRỤC XE TÍNH TOÁN, TÍNH SỐ TRỤC XE TIÊU CHUẨN TÍCH LŨY VÀ CÁCH TÍNH TẢI TRỌNG TRỤC TƯƠNG ĐƯƠNG NẶNG NHẤT CỦA XE NHIỀU TRỤC

A.1.1.  Số liệu ban đầu

Dựa vào kết quả điều tra giao thông đã dự báo được thành phần xe ở năm thứ nhất sau khi đường được đưa vào khai thác sử dụng như ở Bảng A-1. Để phục vụ cho việc tính toán thiết kế kết cấu áo đường cần quy đổi số trục khai thác về trục xe tính toán tiêu chuẩn loại 100 kN (10 tấn)

Bảng A-1 : Dự báo thành phần giao thông ở năm đầu sau khi đưa đường vào khai thác sử dụng

Loại xe

Trọng lượng trục Pi (kN)

Số trục sau

...

...

...

Khoảng cách giữa các trục sau (m)

Lượng xe n_i xe/ngày đêm

Trục trước

Trục sau

Tải trung

25,8

69,6

1

Cụm bánh đôi

...

...

...

300

Tải nhẹ

18,0

56,0

1

Cụm bánh đôi

400

Tải nặng

...

...

...

100,0

1

Cụm bánh đôi

320

Tải nặng

45,4

90,0

2

...

...

...

<3,0

208

Tải nặng

23,1

73,2

2

Cụm bánh đôi

>3,0

400

...

...

...

Việc tính toán quy đổi được thực hiện như mục 3.2.3 theo biểu thức (3.1) và (3.2); cụ thể là:

Với C₁ = 1+1,2(m-1) và C₂ = 6,4 cho các trục trước và trục sau loại mỗi cụm bánh chỉ có 1 bánh và C₂ = 1,0 cho các trục sau loại mỗi cụm bánh có hai bánh (cụm bánh đôi)

Việc tính toán được thực hiện như ở Bảng A -2. Kết quả tính được N = 1032 trục xe tiêu chuẩn / ngày đêm.

Bảng A-2:  Bảng tính số trục xe quy đổi về số trục tiêu chuẩn 100 kN

Loại xe

P_i     (kN)

C₁

C₂

...

...

...

C₁.C₂.n_i.()^4,4

Tải trung

Trục trước

25,8

1

6,4

300

5

Trục sau

...

...

...

1

1

300

61

Tải nhẹ

Trục trước

18,0

1

6,4

...

...

...

*

Trục sau

56,0

1

1

400

31

Tải nặng

Trục trước

...

...

...

1

6,4

320

83

Trục sau

100,0

1

1,0

320

...

...

...

Tải nặng

Trục trước

45,4

1

6,4

208

41

Trục sau

90,0

...

...

...

1,0

208

288

Tải nặng

Trục trước

23,1

1

6,4

400

...

...

...

Trục sau

73,2

2^**

1,0

400

203

Ghi chú ở Bảng A-2:

* Vì tải trọng trục dưới 25 kN (2,5 tấn) nên không xét đến khi quy đổi (xem mục 3.2.3)

** Vì khoảng cách các trục sau lớn hơn 3,0 m nên việc quy đổi được thực hiện riêng từng trục, tức là C₁=2,0 (xem mục 3.2.3).

...

...

...

A.2.1.  Về nguyên tắc phải dựa vào kết quả dự báo hàng năm ở mục 1.5.2 tiêu chuẩn này để tính ra số trục xe tiêu chuẩn tích lũy trong thời hạn thiết kế N_e tức là tính theo biểu thức sau:

;                                                            (A-1)

trong đó:

N_i là số trục xe quy đổi về trục tiêu chuẩn ở năm i và t là thời hạn thiết kế (khi áp dụng quy định ở Bảng 2-2 lấy t=15 năm)

A.2.2.  Trong trường hợp dự báo được tỷ lệ tăng trưởng lượng giao thông trung bình năm q (bao gồm các lượng giao thông nêu ở điểm 4 mục 1.5.2) thì có thể tính N_e theo biểu thức sau:

;                                             (A-2)

trong đó:

N₁ là số trục xe tiêu chuẩn trung bình ngày đêm của năm đầu đưa đường vào khai thác sử dụng (trục/ngày đêm):

Trường hợp biết số trục dự báo ở năm cuối của thời hạn thiết kế N_t (trục/ngày đêm) thì cũng có thể tính N_e theo biểu thức (A-3):

...

...

...

Chú ý: Các biểu thức trên cho số trục xe tiêu chuẩn tích lũy trên cả 2 chiều xe chạy. Tùy mục đích sử dụng trong tính toán (như trường hợp tính theo mục 2.2.9 xác định bề dày tối thiểu tầng mặt nhựa hoặc khi xác định theo mục 3.6.3) thì phải nhân thêm hệ số phân phối số trục tính toán trên mỗi làn xe f_L để xác định ra số trục xe tiêu chuẩn tích lũy trên một làn xe (trục/ngày đêm.làn).

A.2.3.  Ví dụ: Với số liệu ở ví dụ I.1 ta có thể tính được N_e tương ứng với tỷ lệ tăng trưởng lượng giao thông trung bình năm q=0,1 (10%) và t =15 năm là:

 trục

Nếu đường có 2 làn xe thì theo mục 3.3.2 f_L = 0,55 và ta có số trục xe tiêu chuẩn tích lũy trên 1 làn xe là: 6,582.10⁶ trục.

A.3.     Cách xác định tải trọng trục tính toán của xe nặng (hoặc rơ mooc) có nhiều trục theo mục 3.2.2:

Tải trọng trục tính toán của xe nặng (rơ mooc nặng) P_tt được xác định gần đóng theo biểu thức A-4 để xét ảnh hưởng của các trục khác trên cùng một cụm trục:

P_tt = P_n.k_c ;                                                                (A-4)

trong đó:

P_n là tải trọng trục nặng nhất trong số các trục trên cùng một cụm trục (kN); P_n có thể được xác định thông qua chứng chỉ xuất xưởng của ­­­xe hoặc cân trực tiếp; k_c là hệ số xét đến ảnh hưởng của các trục khác được xác định theo biểu thức (A-5):

...

...

...

Trong (A-5) các ký hiệu được xác định như sau:

L_m là khoảng cách tính bằng mét giữa các trục ngoài cùng của cụm trục (m)

a, b, c là các trị số cho ở Bảng A-3.

Bảng A-3 : Các trị số a, b, c

Số trục trên cùng 1 cụm trục của xe (hoặc rơ mooc)

a

b

c

Hai trục

...

...

...

0,43/0,36

0,50/0,50

Ba trục

2,0/1,60

0,46/0,28

1,0/1,0

Ghi chú Bảng A-3: trị số a, b, c cho ở tử số áp dụng khi tính toán kết cấu áo đường có tầng mặt loại cấp cao A1 và A2; trị số cho ở mẫu số áp dụng khi tính toán áo đường cấp thấp.

PHỤ LỤC B:

...

...

...

B.1. Xác định độ ẩm tương đối tính toán trong phạm vi khu vực tác dụng của nền đất

B.1.1. Đối với nền đào phải điều tra độ ẩm tương đối vào mùa bất lợi và độ chặt từng lớp 20 cm trong phạm vi khu vực tác dụng theo mục 1.5.4 và lấy trị số độ ẩm tương đối trung bình của các lớp trong phạm vi này làm độ ẩm tính toán

B.1.2. Đối với trường hợp nền đắp hoặc nền đào có áp dụng các giải pháp chủ động cải thiện điều kiện nền đất trong phạm vi khu vực tác dụng (như thay đất, đầm nén lại...) thì có thể xác định trị số độ ẩm tương đối tính toán theo loại hình gây ẩm (hay loại hình chịu tác động của các nguồn ẩm) đối với kết cấu nền áo đường như sau:

Loại I (luôn khô ráo) là loại đồng thời bảo đảm được các điều kiện và yêu cầu dưới đây:

-       Khoảng cách từ mực nước ngầm hoặc mực nước đọng thường xuyên ở phía dưới đến đáy khu vực tác dụng h phải thỏa mãn điều kiện ở Bảng 2-6 mục 2.5.3 tiêu chuẩn này (tùy thuộc loại đất nền). Riêng với mức nước đọng hai bên đường, nếu h không thỏa mãn điều kiện ở Bảng 2.6 nhưng thời gian ngập dưới 3 thỏng thì thay vì bảo đảm yêu cầu ở mục 2.5.4  cũng được xem là đạt loại I;

-    Kết cấu áo đường phải có tầng mặt không thấm nước và tầng móng bằng vật liệu gia cố chất liên kết hoặc có lớp đáy móng đề cập ở mục 1.2.3 với yêu cầu ở điểm 2, mục 2.5.2;

-    Nền đất trong khu vực tác dụng phải đầm nén đạt yêu cầu ở Bảng 2-5;

-    Độ ẩm tính toán của đất nền loại I có thể lấy bằng 0,55 0,60 độ ẩm giới hạn chảy xác định theo thí nghiệm.

Loại II (ẩm vừa)

...

...

...

Tùy theo sự phân tích mức độ có thể chịu ảnh hưởng của các nguồn ẩm, trị số độ ẩm tính toán của đất nền loại này có thể được xác định theo phạm vi trong Bảng B-1.

Bảng B-1: Độ ẩm tính toán của đất nền loại  II

Độ chặt K

Độ ẩm tính toán đối với loại đất

Sét

Á sét

Á cát

1,0

0,95

...

...

...

0,6 - 0,65

0,6 - 0,7

0,7 - 0,8

0,6 – 0,64

0,6 – 0,7

0,7 – 0,8

0,6 – 0,64

0,6 – 0,7

0,7 – 0,85

...

...

...

Nền đường loại này thường đắp thấp, lề hẹp bằng đất đầm chặt kém, có nước ngập thường xuyên (trị số h như ở Bảng 2-6) thoát nước mặt không tốt và chịu ảnh hưởng của nước ngầm. Mặt đường thuộc loại thấm nước, móng là loại không kín (đá ba, đá dăm...).

Độ ẩm tính toán của loại III có thể lấy theo Bảng B-2.

Bảng B-2: Độ ẩm tính toán của đất nền loại III

Độ chặt K

Độ ẩm tính toán đối với loại đất

Sét

Á sét

Á cát

1,0

...

...

...

0,9

0,65 - 0,67

0,72 - 0,75

0,80 - 0,85

0,64 – 0,66

0,74 – 0,75

0,85 – 0,90

0,64 – 0,66

0,76 – 0,80

...

...

...

Độ ẩm tính toán trong các Bảng B-1 và B-2 là độ ẩm tương đối so với giới hạn chảy của đất xác định theo thí nghiệm.

Độ ẩm tính toán của đất lẫn sỏi sạn lấy tương ứng theo đất cùng loại không có sỏi sạn.

B.2. Các trị số tham khảo đối với các đặc trưng dùng trong tính toán của đất nền

Các trị số tham khảo về mô đun đàn hồi của đất nền và trị số các đặc trưng về lực dính C và góc ma sát j  tùy thuộc độ ẩm tương đối tính toán được cho ở Bảng B-3. Cách sử dụng các trị số tham khảo này được chỉ dẫn ở các mục 3.4.6 và 3.5.5. Khi sử dụng Bảng B-3 có thể nội suy các trị số giữa các khoảng độ ẩm cho trong bảng.

Bảng B-3: Các đặc trưng tính toán của đất nền (tham khảo) tùy thuộc độ ẩm tương đối

Loại đất

Các chỉ tiêu

Độ ẩm tương đối 

0,55

...

...

...

0,65

0,70

0,75

0,80

0,85

0,90

Sét và á sét

E (Mpa)

46

...

...

...

42

(57)

40

(53)

34

(50)

29

(46)

25

...

...

...

21

(40)

20

(38)

j (độ)

27

24

21

18

...

...

...

13

12

11,5

c (Mpa)

0,038

0,032

0,028

0,023

0,019

...

...

...

0,013

0,012

Á sét nhẹ và Á cát bụi nặng

E (Mpa)

48

45

42

37

32

...

...

...

23

22

j (độ)

28

26

26

25

25

24

...

...

...

23

c (Mpa)

0,024

0,022

0,018

0,014

0,012

0,011

0,010

...

...

...

Á cát nhẹ

và Á cát

E (Mpa)

49

45

42

38

34

32

...

...

...

28

j (độ)

30

28

28

27

27

26

26

...

...

...

c (Mpa)

0,020

0,018

0,014

0,012

0,011

0,010

0,009

0,008

...

...

...

E (Mpa)

j (độ)

c (Mpa)

40

35

0,005

Đất bazan Tây Nguyên

E (Mpa)

51

...

...

...

40

25

23

21

16

j (độ)

17

12

...

...

...

8

11

9

7

c (Mpa)

0,036

0,031

0,028

...

...

...

0,019

0,015

0,011

Ghi chú Bảng B-3:

1-       Các trị số tham khảo trên cần được các đơn vị tư vấn khảo sát thiết kế bổ sung chính xác hóa dần;

2-       Đối với đất lẫn sỏi sạn trị số E có thể được lấy theo trị số trong ngoặc ở hàng đầu tương ứng với đất sét và á sét; còn trị số c, j lấy tương ứng với loại đất không có sỏi sạn;

3-       Các trị số trong bảng là tương ứng với điều kiện độ chặt tối thiểu K=0,95 (đầm nén tiêu chuẩn). Việc tăng, giảm độ chặt được xét đến khi xác định độ ẩm tính toán. Độ chặt đầm nén k = 0,95 tương ứng với trị số độ ẩm tính toán lớn và nếu k ³ 0,98 thì được chọn trị số độ ẩm tính toán nhỏ trong phạm vi tương ứng với loại hình gây ẩm I, II, III (xem Khoản B.1).

4-       Phân loại đất trong Bảng B-3 sử dụng các tiêu chí như ở dưới đây:

...

...

...

-    Á sét nhẹ có chỉ số dẻo từ 712 và tỷ lệ hạt cát từ 2-0,05mm chiếm trên 40% khối lượng đất khô;

-    Á cát bụi nặng là loại có chỉ số dẻo 17 và tỷ lệ cỡ hạt 20,05mm chiếm dưới 20%;

-    Á cát nhẹ có chỉ số dẻo 17 và tỷ lệ cỡ hạt 20,05mm chiếm trên 50%;

-    Á cát là loại có chỉ số dẻo 17;

-    Cát mịn là loại có chỉ số dẻo dưới 1 và cỡ hạt > 0,05 mm chiếm >75%.

B.3. Xác định chỉ số sức chịu tải CBR và sức chịu tải trung bình CBR_tb đặc trưng cho phạm vi khu vực tác dụng của nền đất

A.3.1.  B.3.1. Phương pháp thí nghiệm trong phòng để xác định chỉ số sức chịu tải CBR

Chỉ số CBR được xác định thông qua thí nghiệm trong phòng theo chỉ dẫn ở tiêu chuẩn 22 TCN 332 - 06 với các điều kiện nêu ở đoạn ghi chú thuộc điểm 2 mục 2.5.1 của tiêu chuẩn này.

A.3.2.  B.3.2. Sức chịu tải trung bình CBR_tb đặc trưng cho cả phạm vi khu vực tác dụng của nền được xác định theo biểu thức B-1 dưới đây:

...

...

...

trong đó:

CBR_i là chỉ số sức chịu tải của lớp đất i dày h_i (cm) và n là số lớp có trị số CBR_i khác nhau (có thể bao gồm cả lớp đáy móng đề cập ở mục 2.5.2)

là tổng bề dày khu vực tác dụng và nên điều tra khảo sát, thí nghiệm trong phạm vi =100 cm.

Khi xác định CBR_tb theo biểu thức trên cần chú ý các chỉ dẫn sau:

-    Nếu CBR_i của một lớp nào đó (như lớp đáy móng) lớn hơn 20% thì đưa vào tính chỉ lấy bằng 20%;

-    Bề dày lớp đất thay thế hay lớp đáy móng bằng đất gia cố khi tính phải trừ đi 20cm phía dưới; 20cm này chỉ được tính CBR_i bằng CBR_i của đất nguyên thổ trước khi thay đất hoặc bằng CBR_i trung bình trước và sau khi gia cố (trong trường hợp gia cố đất tại chỗ để tăng sức chịu tải của nền);

-    Nếu có một lớp có trị số CBR_i nhỏ hơn nằm phía trên thì không được phép tính CBR_tb mà phải dùng trị số CBR_i nhỏ này đặc trưng cho cả khu vực tác dụng (cũng có nghĩa là biểu thức B-1 chỉ áp dụng cho trường hợp CBR_i lớp trên phải cao hơn CBR_i­ lớp dưới);

-    Nếu trong khu vực tác dụng có phân bố một lớp dày dưới 20cm (h_i<20cm) thì tính các lớp khác cũng phải chia nhỏ bằng bề dày lớp h_i đó để đưa vào tính trị số CBRtb theo biểu thức B-1.

B.4. Các tương quan thực nghiệm giữa mô đun đàn hồi E_o với chỉ số sức chịu tải CBR

...

...

...

1.       Một vài quan hệ thực nghiệm Trung Quốc

-     Của tỉnh An Huy:

E_o = 5,76.CBR^0,854 ;                                                    (B-2)

trong đó: E­_o (MPa) là trị số mô đun đàn hồi xác định bằng thí nghiệm tấm ép đường kính 30 cm ở hiện trường. Quan hệ này sử dụng chung cho mọi loại đất

-     Với loại đất sét đá vùng Quảng Tây Trung Quốc:

E_o = 15,55.CBR^0,582 ;                                                  (B-3)

trong đó: E­_o (MPa) cũng là trị số xác định bằng thí nghiệm tấm ép đường kính 30 cm ở hiện trường.

2.       Một số các quan hệ thực nghiệm của Việt Nam 

-     Các loại đất ( với hệ số tương quan R² =0,91)

...

...

...

-     Cát đắp (với hệ số tương quan R² =0,89)

Eo =4,68. CBR + 12,48   (MPa);                                           (B-5)

trong đó: Eo (MPa) là trị số mô đun đàn hồi xác định bằng tấm ép đường kính 33cm ở hiện trường; CBR tính bằng số %.

B.5. Các phương pháp xác định trị số mô đun đàn hồi E_O của đất nền bằng cách thử nghiệm trong phòng (theo mục 3.4.6)

B.5.1. Phương pháp nén nở hông tự do áp dụng cho các loại đất dính (có thể đóc được mẫu để nén một trục nở hông tự do):

1. Dùng mẫu tròn đường kính 5 cm, cao 5 cm; nếu có thể lấy nguyên dạng tại nền đường vừa thi công xong hoặc tại nền đường cũ (trường hợp thiết kế tăng cường áo đường cũ) tương ứng với thời gian bất lợi về độ ẩm; mẫu cũng có thể chế bị bằng đất dùng để xây dựng nền đường hoặc bằng đất lấy ở nền đường cũ về sao cho có độ chặt bằng độ chặt thực tế khi nền làm việc và có độ ẩm tính toán nêu ở Khoản B-1. Cách chế bị mẫu phải theo đúng như cách qui định trong qui trình thí nghiệm đất (gồm cả việc bảo dưỡng mẫu trong bình giữ ẩm để ẩm phân bố đều trong mẫu).

Mẫu được ép trên máy nén với bản ép có đường kính 5 cm (bằng đường kính của mẫu) và không có khuôn (nén một trục cho nở hông tự do). Tăng tải một cấp cho đến trị số 0,220,2,5 MPa. Sau đó dỡ tải và do biến dạng hồi phục S. Khi gia và dỡ tải đều đợi đến lúc biến dạng không quá 0,01 mm/5 phút mới đọc trị số biến dạng.

2. Tính trị số mô đun đàn hồi thí nghiệm theo công thước sau:

                                                 (B-5)

...

...

...

p là áp lực tác dụng lên mẫu khi nén, Mpa

H – chiều cao mẫu, cm;

S là biến dạng hồi phục tương ứng với áp lực p, cm.

Trị số E_tn sử dụng kết quả trung bình ít nhất của 3 mẫu cùng loại đất, cùng độ ẩm và độ chặt nếu trị số thí nghiệm của chúng không chênh lệch quá 20% (nếu quá 20% thì phải thêm mẫu và làm lại).

3.       Trường hợp nền đường có độ chặt và độ ẩm thay đổi nhiều theo chiều sâu hoặc gồm các lớp đất khác nhau (không đồng nhất) thì phải chia ra nhiều lớp để lấy mẫu nguyên dạng (hoặc chế bị mẫu) xác định mô đun đàn hồi thí nghiệm của mỗi lớp đó theo cách nêu ở trên. Khi đó trị số E_tn chung của cả nền đường được tính theo công thức sau:

                                  (B-6)

trong đó:  là mô đun đàn hồi thí nghiệm nén một trục nở hông tự do của các lớp đất tương ứng ở các độ sâu 0,0m, 1D, 2D, 3D, 4D (D là đường kính của vệt bánh xe tính toán trên mặt đường).

4.       Với phương pháp này, trị số mô đun đàn hồi tính toán của đất nền E_o phải điều chỉnh theo biểu thức:

E_o = K_n.E_tn ;                                                         (B-7)

...

...

...

E_tn được xác định theo (B-5) hoặc (II – 6) và hệ số K_n =1,3. Hệ số này để xét đến việc thí nghiệm ở trong phòng trên các mẫu nhỏ thường cho kết quả nhỏ hơn so với kết quả thí nghiệm bằng các tấm ép lớn tại hiện trường.

B.5.2. Trị số mô đun đàn hồi thí nghiệm của đất nền cũng có thể được xác định theo phương pháp ép lún có hạn chế nở hông bằng máy nén đòn bẩy, nhất là trong trường hợp đất kém dính, không đóc được mẫu để ép theo cách nở hông tự do như trên.

Theo phương pháp này mẫu được chế bị và khi thí nghiệm vẫn được đặt trong khuôn hình trụ có đường kính không nhỏ hơn 4 lần và chiều cao không nhỏ hơn 3 lần so với đường kính tấm ép. Đường kính tấm ép nên dùng là 4-5 cm, do vậy cũng thường dùng khuôn 15x15 hoặc 15x20cm. Yêu cầu về việc chuẩn bị mẫu giống như nêu ở B.5.1. Khối lượng đất và nước trộn với tỷ lệ được tính toán trước và sau khi trộn đều chia làm 3-4 lần để đổ vào khuôn; mỗi lần đều dùng chùy sắt đầm chặt đến vạch dự tính trước để đạt độ chặt tính toán. Nên tạo mẫu cao hơn mặt khuôn độ 2cm sau đó dùng dây thép con cắt bằng mặt khuôn để đặt tấm ép khi thí nghiệm. Do vậy phải dùng khuôn có lắp đoạn khuôn mũ.

Khi thí nghiệm, lắp đặt mẫu và các đồng hồ đo chuyển vị như sơ đồ ở Hình B-1 (máy nén kiểu đòn bẩy).

Hình B-1: Sơ đồ lắp đặt tấm ép và thiên phân kế

1. Đồng hồ đo chuyển vị; 2. Tấm ép; 3. Khuôn có mẫu đất

Tải trọng được chuyển qua tấm ép đặt ở trung tâm mẫu và chất tải trọng theo từng cấp (3-4 cấp) cho đến cấp lớn nhất là p=0,20 0,2,5 MPa. Cứ mỗi cấp, đợi cho biến dạng không quá 0,01mm/phút, lại dỡ tải và cũng đợi cho biến dạng hồi phục ổn định (với tốc độ trên) thì đọc trị số ở đồng hồ đo chuyển vị để xác định biến dạng hồi phục sau mỗi cấp. Trị số mô đun đàn hồi thí nghiệm E_tn của mỗi mẫu được xác định theo công thức sau:

                       (B-8)

...

...

...

Trị số E_tn sử dụng cũng phải là kết quả trung bình của 3 mẫu như trường hợp thí nghiệm nén 1 trục nở hông tự do nêu trên.

Sau khi có E_tn, lại sử dụng công thức B-6 và B-7 để xác định trị số mô đun đàn hồi tính toán của nền đất như với trường hợp nếu một trục nở hông tự do nêu trên.

B.6. Xác định các đặc trưng sức chống cắt của nền đất (theo mục 3.5.5)

Trị số lực dính c và góc ma sát j của nền đất được xác định bằng thí nghiệm cắt nhanh không thoát nước với các mẫu đất hình trụ tròn được chế bị ở trạng thái ẩm và chặt bất lợi nhất với diện tích mẫu khoảng 40 cm² (đường kính không nhỏ hơn 70mm) và cao 30-35mm. Yêu cầu đối với thí nghiệm cắt có thể tham khảo quy trình thí nghiệm cơ học đất thông thường (kể cả yêu cầu về số mẫu và cách xử lý số liệu thí nghiệm).

PHỤ LỤC C:

XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƯNG TÍNH TOÁN CỦA VẬT LIỆU LÀM CÁC LỚP KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG

C.1. Các đặc trưng tính toán của bê tông nhựa và hỗn hợp đá nhựa

Trị số của các đặc trưng này phải được xác định tùy thuộc trường hợp tính theo tiêu chuẩn cường độ khác nhau tương ứng với nhiệt độ tính toán khác nhau như đề cập ở mục 3.1.5. Ở Bảng C-1 là các trị số trung bình (tham khảo) được sử dụng theo chỉ dẫn ở các mục 3.4.7, 3.5.5 và 3.5.4.

...

...

...

Loại vật liệu

Mô đun đàn hồi E (MPa) ở nhiệt độ

Cường độ chịu kéo uốn R_ku (Mpa)

10 – 15^oC

30^oC

60^oC

(1)

(2)

(3)

...

...

...

(5)

1.      Bê tông nhựa chặt (đá dăm ³50%)

2.      Bê tông nhựa chặt (đá dăm ³35%)

3.      Bê tông nhựa chặt (đá dăm ³20%)

4.      Bê tông nhựa rỗng

5.      Bê tông nhựa cát

6.      Đá dăm đen nhựa đặc chêm chèn

7.      Thấm nhập nhựa

8.      Đá, sỏi trộn nhựa láng 

...

...

...

1600 - 2000

1200 - 1600

1200 - 1600

800   - 1000

400   - 600

400   - 500

420

350

...

...

...

320

225

350

280 - 320

220 - 250

300

250

200

250

...

...

...

2,4 2,8

1,6  2,0

1,2  1,6

1,2  1,6

1,1  1,3

Ghi chú Bảng C-1

1.       Các loại bê tông nhựa cho trong bảng đều tương ứng với trường hợp sử dụng nhựa đặc có độ kim lún £ 90; trị số lớn ở cột 2 tương ứng với nhiệt độ tính toán là 10^oC áp dụng cho trường hợp tầng mặt chỉ có một lớp bê tông nhựa dày từ 7cm trở xuống, còn trị số nhỏ ở cột 2 tương ứng với nhiệt độ 15^oC áp dụng cho tầng mặt có bề dày tổng cộng lớn hơn 7cm. Nếu dùng nhựa có độ kim lún ³ 90 cũng sử dụng trị số nhỏ.

2.       Ở cột 5, trị số lớn dùng cho bê tông nhựa loại I, trị số nhỏ dụng cho bê tông nhựa loại II;

...

...

...

Về phương pháp thí nghiệm xác định các chỉ tiêu này ở trong phòng xem ở mục C.3.

C.2. Các đặc trưng tính toán của các loại vật liệu khác

Ở trong Bảng C-2 là các trị số trung bình (tham khảo) được sử dụng theo chỉ dẫn ở các mục 3.4.7, 3.5.5 và 3.6.4 .

Bảng C-2: Các đặc trưng tính toán của các vật liệu làm mặt đường (tham khảo)

Loại vật liệu

Mô đun đàn hồi E, (Mpa)

Cường độ kéo uốn R_u (Mpa)

Góc ma sát j^o

Lực dính C (Mpa)

...

...

...

Đá dăm, sỏi cuội có mặt vỡ gia cố xi măng:

-    Cường độ chịu nén ở tuổi 28 ngày ³ 4MPa

-    Cường độ chịu nén ở tuổi 28 ngày ³ 2MPa

600 – 800

400 – 500

...

...

...

0,8 – 0,9

0,5 – 0,6

- Theo 22 TCN 245 cường độ chịu nén càng cao thì lấy trị số lớn

Đất có thành phần tốt nhất gia cố xi măng hoặc vôi 8 -10%

Cát và á cát gia cố xi măng:

-    Cường độ chịu nén 28 ngày tuổi < 2 Mpa

...

...

...

-    Cường độ chịu nén 28 ngày tuổi >3 Mpa

Á sét gia cố xi măng hoặc vôi 8 – 10%

300-400

180

280

...

...

...

200-250

0,25-0,35

0,15-0,25

0,4-0,5

...

...

...

0,2-0,25

- Cường độ chịu nén càng cao thì lấy trị số lớn

- Cường độ chịu nén của cát gia cố theo 22 TCN  246 - 98

- Đá dăm nước

- Cấp phối đá dăm loại I

- Cấp phối đá dăm loại II

...

...

...

250 – 300

200 - 250

Độ cứng của đá càng cao thì lấy trị số lớn

- Cấp phối thiên nhiên

150 - 200

...

...

...

0,02-0,05

Cấp phối phải phù hợp quy định ở 22 TCN  304 - 03. Loại A được lấy trị số cao nhất cho đến loại E lấy trị số nhỏ nhất.

Xỉ lò chất lượng đồng đều cấp  phối tốt trộn lẫn đất + cát.

200- 250

...

...

...

Xỉ lò ( không lẫn đất) có hoạt tính hoặc hoạt tính yếu

200-300

Xỉ hoạt tính cao lấy trị số lớn

C.3. Thí nghiệm trong phòng để xác định các đặc trưng tính toán của vật liệu có sử dụng chất liên kết

A.3.3.   Xác định mô đun đàn hồi của các vật liệu gia cố chất liên kết (bao gồm cả bê tông nhựa) được thực hiện bằng cách ép các mẫu trụ tròn trong điều kiện cho nở hông tự do (nén 1 trục, mẫu không đặt trong khuôn, bản ép bằng đường kính mẫu). Lúc này, trị số mô đun đàn hồi của vật liệu được tính theo trị số biến dạng đàn hồi L đo được khi thí nghiệm ép, tương ứng với tải trọng p (Mpa) với công thức sau:

E=  ; (MPa)                                                        (C-1)

...

...

...

D là đường kính mẫu (đường kính bàn ép) và H là chiều cao mẫu.

P là lực tác dụng lên bàn ép – kN. Khi thí nghiệm thường lấy p = 0,5 Mpa (tương đương với áp lực làm việc của vật liệu áo đường). Còn đường kính mẫu thì chọn tùy cỡ hạt lớn nhất có trong vật liệu d_max (D ³ 4d_max); Chiều cao mẫu có thể bằng hai hoặc bằng đường kính mẫu. Thường mẫu có kích thước như sau:

-     Với bê tông nhựa D =10 cm, H =10 cm (sai số ± 0,2 cm);

-     Với đá sỏi gia cố D  = 10 cm, H = 10 cm (sai số ± 0,2 cm);

-     Với đất, cát gia cố D = 5cm, H = 5 cm (sai số ± 0,1 cm).

Các mẫu phải được chế bị đúng với thực tế thi công về tỷ lệ các thành phần, về độ chặt, độ ẩm hoặc khoan lấy mẫu vật liệu vừa được rải và lu lèn như thực tế hiện trường. Thường với mẫu đất gia cố chất liên kết vô cơ được chế bị ở độ chặt lớn nhất và độ ẩm tốt nhất, còn mẫu bê tông nhựa thuờng chế bị với áp lực khoảng 30 Mpa và duy trì áp lực này trong 3 phút. Mẫu vật liệu gia cố chất liên kết vô cơ phải ủ mạt cưa ẩm hàng ngày có tưới nước bảo dưỡng cho đến truớc thí nghiệm (28 và 90 ngày), trước khi ép phải bão hoà mẫu bằng cách ngâm chìm mẫu trong nước 1-2 ngày hoặc dùng máy hút chân không. Có thể dùng các tương quan thực nghiệm tích luỹ được để suy từ trị số 28 ngày ra 90 ngày nhưng vẫn phải lưu mẫu kiểm tra lại.

Mẫu bê tông nhựa và vật liệu gia cố chất liên kết hữu cơ phải được bảo dưỡng ở nhiệt độ trong phòng ít nhất 16 giờ và trước khi thí nghiệm ép phải giữ ở nhiệt độ tính toán (quy định ở mục 3.1.4) trong 2,5 giờ để đảm bảo toàn khối đạt đến nhiệt độ đó (giữ trong tủ nhiệt hoặc ngâm trong nước có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ tính toán vài độ).

Mẫu đem ép với chế độ gia tải 1 lần. Giữ áp lực p trên mẫu cho đến khi biến dạng lún ổn định, cụ thể được xem là ổn định khi tốc độ biến dạng chỉ còn 0,01mm/phút (trong 5 phút). Sau đó dỡ tải ra và đợi biến dạng phục hồi cũng đạt được ổn định như trên thì mới đọc thiên phân kế để xác định trị số biến dạng đàn hồi L.

...

...

...

Khi ép thử, đối với vât liệu gia cố chất liên kết hữu cơ thì nên dùng loại máy nén thủy lực có tốc độ gia tải nhanh (tạo tốc độ từ 50mm/phút trở lên để nhiệt độ mẫu không bị giảm khi gia tải) còn đối với vật liệu gia cố chất liên kết vô cơ thì có thể dùng bất cứ loại máy nén nào, kể cả máy nén kiểu đòn bẩy với tốc độ 3mm/phút. Thử nghiệm phải làm với tổ mẫu từ 3-6 mẫu (gia cố nhựa và bê tông nên làm 6 mẫu).

A.3.4.  Xác định cường độ chịu kéo - uốn của vật liệu gia cố chất kết dính vô cơ và hữu cơ (kể cả bê tông nhựa) được thực hiện với những mẫu kiểu dầm với kích thước không nhỏ hơn 4x4x16 cm (chẳng hạn như có thể dùng mẫu dài 25cm, rộng 30cm và cao 35cm với khoảng cách đặt gối 20cm). Chế bị mẫu trong các khuôn có bề dày hơn 20mm. Yêu cầu về chế bị và bảo dưỡng với các loại vật liệu khác nhau cũng giống như đối với mẫu để thí nghiệm mô đun đàn hồi nêu ở mục C.3.1 (khuôn để đóc mẫu bê tông nhựa cũng phải sấy nóng đến nhiệt trộn hỗn hợp). Mẫu phải chế bị với độ chính xác về mọi kích thước là ± 2 mm, nếu không bảo đảm độ chính xác này thì phải loại bỏ và trước khi thí nghiệm phải đo lại kích thước mẫu bằng thước kẹp chính xác đến 0,1mm.

Thí nghiệm uốn mẫu bằng cách đặt mẫu trên 2 gối tựa nhau 14 cm (1 gối cố định, 1 gối di động) và cự ly giữa hai gối phải bảo đảm sai số dưới ±0,5mm. Phần gối tiếp xúc với mẫu có dạng mặt trụ với bán kính 5mm. Chất tải ở giữa mẫu trên khắp bề ngang mẫu thông qua tấm đệm thép có dạng mặt trụ bán kính 10 mm hoặc có dạng mặt phẳng dày 8 mm. Khi gia tải phải theo dõi độ võng của đầm bằng các chuyển vị kế đặt ngược ở dưới lên tại đáy giữa và ở 2 gối (để sau loại trừ được biến dạng cục bộ của vật liệu tại gối). Tốc độ gia tải trên máy nén là 2 – 4 mm/phút với đất, đá gia cố chất liên kết vô cơ và 100- 200 mm/phút với bê tông nhựa cho đến phá hoại. Riêng với bê tông nhựa và vật liệu gia cố chất liên kết hữu cơ thì toàn bộ thời gian kể tới lúc lấy mẫu ra khỏi tủ nhiệt (ở 10^oC hoặc 15^oC) để đem thí nghiệm đến khi thí nghiệm xong không được quá 45 giây.

Cường độ chịu kéo – uốn giới hạn R_ku của vật liệu được xác định theo công thức:

                                                                        (C-2)

trong đó: P là tải trọng phá hoại mẫu; L là khoảng cách giữa hai gối tựa; b, h là chiều rộng và chiều cao mẫu.

Cường độ chịu kéo uốn cũng có thể được xác định gần đúng bằng phương pháp ép chẻ theo 22 TCN 73 - 84 trên các mẫu trụ tròn đường kính d và chiều cao h:

-    Với các loại vật liệu gia cố vô cơ có thể đóc các mẫu theo chỉ dẫn ở các tiêu chuẩn ngành 22 TCN 246 - 98 và 22 TCN 245 - 98 hoặc nếu cỡ vật liệu hạt lớn nhất bằng 5mm thì có thể dùng mẫu d=5cm và h=5cm;

-    Với bê tông nhựa và hỗn hợp gia cố nhựa có thể dùng mẫu Marshall tiêu chuẩn d=101,6 mm ± 0,25mm, h=63,5mm ± 1,3mm. Mẫu cũng được chế bị và bảo dưỡng với các yêu cầu như với mẫu kéo uốn rồi ép với tốc độ gia tải như mẫu kéo uốn kiểu dầm. Theo cách này, cường độ kéo uốn giới hạn được tính theo biểu thức sau:

...

...

...

trong đó:

K_n hệ số quan hệ thực nghiệm giữa 2 loại cường độ: nếu không có số liệu kinh nghiệm tích lũy được thì tạm sử dụng K_n=1,6 2,0 đối với vật liệu gia cố vô cơ và K_n = 2 với vật liệu có liên kết hữu cơ (cỡ hạt vật liệu càng lớn thì hệ số K_n càng nhỏ).

R_c là cường độ ép chẻ được xác định theo công thức:

R_c = K.          (MPa)                                                   (C-4)

Với P là tải trọng ép chẻ khi mẫu bị nứt tách; d, h- Đường kính và chiều cao mẫu; K – Hệ số, lấy bằng 1,0 đối với vật liệu có chất liên kết hữu cơ, bằng 2/p đối với vật liệu có chất liên kết vô cơ.

A.3.5.  Xác định lực dính c và hệ số góc ma sát của vật liệu được thí nghiệm ở trong phòng bằng cách cắt phẳng theo một mặt định trước hoặc bằng thí nghiệm nén 3 trục.

Với vật liệu chứa cỡ hạt lớn nhất nhỏ hơn 40mm thì phải dùng khuôn đường kính 30cm (nếu có cỡ hạt lớn hơn 40mm thì cho phép thay thế bằng cỡ hạt từ 10-40mm theo khối lượng có trong vật liệu). Thường chế mẫu trực tiếp trong khuôn này theo những yêu cầu giống như đối với mẫu kéo–uốn nêu trên. Với thí nghiệm nén 3 trục thường dùng mẫu tròn chiều cao gấp đôi đường kính tùy theo cỡ hạt lớn nhất D_max (D_max = 5mm dùng đường kính d=5cm, D_max = 25mm dùng đường kính mẫu d=10cm, D_max = 40mm dùng đường kính mẫu d=15cm).

Phải tiến hành thí nghiệm ít nhất 3 mẫu có cùng trạng thái về ẩm, nhiệt độ nhưng chịu những trị số tải trọng thẳng đứng khác nhau (tải trọng lớn nhất không vượt quá ứng suất có thể xẩy ra trong áo đường). Dùng máy nén lắp thêm phụ tùng để cắt với tốc độ biến dạng không đổi khoảng 0,1 cm/phút. Khi cắt, theo dõi biến dạng trượt qua các khoảng thời gian đều nhau cho đến tốc độ biến dạng tăng vọt thì đọc áp lực kế để xác định trị số cường độ chống cắt giới hạn.

Có các trị số cường độ chống cắt giới hạn tương ứng với các trị số tải trọng thẳng đứng khác nhau, sẽ xác định trị số lực dính c và góc ma sát theo phương trình Coulomb:

...

...

...

trong đó: t là sức chống cắt giới hạn; p: áp lực thẳng đứng khi thí nghiệm cắt, MPa.

C.4. Thử nghiệm trong phòng để xác định trị số mô đun đàn hồi của vật liệu hạt không sử dụng chất liên kết (cấp phối đá dăm, cấp phối thiên nhiên...)

Để xác định có thể áp dụng phương pháp ép lún có hạn chế nở hông như đối với đất nền theo mục B.5.2 Phụ lục B với tấm ép cứng có đường kính 5 cm và khuôn tròn có đường kính và chiều cao 1520cm (có thể lợi dụng dụng cụ làm thí nghiệm xác định CBR). Khi áp dụng phương pháp này để xác định mô đun đàn hồi của vật liệu hạt cần chú ý các điểm sau:

-    Có thể tham khảo quy trình “Đầm nén đất, đá dăm trong phòng thí nghiệm” 22 TCN 333 - 06 (kể cả khi vật liệu hạt có chiếm hạt quá cỡ) và quy trình “Xác định chỉ số CBR của đất, đá dăm trong phòng thí nghiệm” 22 TCN 332 - 06 để chế bị mẫu ép thử đạt độ ẩm, độ chặt như thực tế sẽ thi công.

-    Quá trình thử nghiệm thực hiện gia tải từng cấp như nêu ở II.5.2 nhưng cấp lớn nhất là p=0,5-0,6 MPa.

-    Tính toán kết quả vẫn theo biểu thức B-8 và dùng ngay trị số tính theo B-8 làm trị số mô đun đàn hồi tính toán của vật liệu loại này (không nhân hệ số K_n=1,30 ở biểu thức B-7 như đối với đất nền).

PHỤ LỤC D:

PHƯƠNG PHÁP THỬ NGHIỆM XÁC ĐỊNH MÔ ĐUN ĐÀN HỒI CỦA ĐẤT VÀ VẬT LIỆU ÁO ĐƯỜNG TẠI HIỆN TRƯỜNG HOẶC TẠI MÁNG THÍ NGHIỆM.

...

...

...

1.             Trong trường hợp này mô đun đàn hồi của đất hoặc vật liệu được xác định theo công thức:

                                                     (D-1)

trong đó: l là biến dạng hồi phục đo được khi thực nghiệm tương ứng với cấp tải trọng p. Khi thực nghiệm thường dùng p=0,5 0,6 MPa đối với trường hợp đo ép trên mặt các lớp vật liệu và 0,200,25 MPa trên mặt đất nền.

D là đường kính tấm ép, trong điều kiện hiện nay cho phép dùng tấm ép cứng đường kính từ 30-40cm đối với cả đất và vật liệu (nếu có điều kiện nên dùng tấm ép đường kính 76cm).

m là hệ số Poisson, được lấy bằng 0,35 đối với đất nền; 0,25 đối với vật liệu và 0,30 đối với cả kết cấu áo đường.

2.             Thời gian đo ép tiến hành thực nghiệm tại hiện trường phải là lúc kết cấu mặt đường ở vào trạng thái bất lợi nhất về ẩm và nhiệt như nêu ở mục 3.1.5. Kết quả đo ép ở các thời điểm khác trong năm chỉ có giá trị tham khảo; trong trường hợp này muốn sử dụng được kết quả đó thì cần kết hợp với các thí nghiệm trong phòng theo cách hướng dẫn ở Phụ lục B và Phụ lục C bằng các mẫu chế bị đóng với trạng thái ẩm nhiệt bất lợi hoặc áp dụng hệ số quy đổi về mùa bất lợi theo tiêu chuẩn ngành 22 TCN 251-98.

3.             Trong trường hợp sử dụng máng thí nghiệm thì có thể tạo nên kết cấu thí nghiệm giống hệt kết cấu thực tế về vật liệu về bề dày tầng lớp và về công nghệ thi công nhưng đồng thời lại có thể tạo được nền đất và các lớp vật liệu có trạng thái ẩm nhiệt bất lợi nhất. Trong máng thí nghiệm cũng có thể cấu tạo cả kết cấu áo đường hoàn chỉnh (gồm đất nền và đủ các lớp vật liệu) hoặc cũng có thể cấu tạo riêng nền đất, riêng từng vật liệu nếu muốn thực nghiệm xác định mô đun đàn hồi của riêng chúng. Yêu cầu chính là phải bảo đảm đồng nhất về cấu tạo trong mỗi lớp.

Trong mọi trường hợp, máng thí nghiệm tối thiểu phải bảo đảm kích thước mặt bằng và chiều sâu bằng 4 lần đường kính D của tấm ép.

4.             Trên các kết cấu áo đường cũ hiện đang khai thác hoặc trên máng thí nghiệm có cấu tạo kết cấu nền áo đường hoàn chỉnh thì trình tự đo ép thực nghiệm được tiến hành như sau:

...

...

...

-          Tiếp tục đo mô đun đàn hồi tương ứng ở trên mặt mỗi lớp vật liệu áo đường khác nhau bằng cách đào bóc dần từng lớp để đo chiều dày mỗi lớp và đo ép trên mặt các lớp từ trên xuống dưới. Phải đào bóc một mặt bằng có kích thước không được nhỏ hơn 3 lần đường kính tấm ép ngay tại vị trí đặt tấm ép lớn trên. Cứ như vậy cho đến cuối cùng là ép trên mặt nền đất.

-          Từ trên xuống dưới, áp lực đo ép lớn nhất p có thể giảm dần từ 0,50 MPa đối với khi ép trên mặt áo đường cho đến 0,02- 0,025 MPa khi ép trên mặt nền đất.

-          Biết chiều dày lớp, biết trị số mô đun đàn hồi tương đương trên mặt áo đường và trên mặt mỗi tầng lớp vật liệu thì có thể áp dụng toán đồ 3.3.1 để tính ngược ra trị số mô đun đàn hồi của mỗi lớp vật liệu: còn mô đun đàn hồi của nền đất thì được xác định trực tiếp theo công thức D-1.

5.             Các thao tác đo ép thực nghiệm ở trên mặt mỗi lớp được thực hiện như sau:

Tại chỗ đặt tấm ép phải tạo sửa bề mặt cho thật bằng phẳng để tấm ép có thể tiếp xúc tốt với đất hoặc vật liệu (có thể xoa 1 lớp cát mỏng 1-2 mm, loại cát cho lọt qua lỗ sàng đường kính 0,5 mm). Sau đó bố trí kích và các thiết bị đo ép như sơ đồ Hình D-1.

Hình D-1: Sơ đồ lắp đặt thiết bị đo ép tại hiện trường hoặc mỏng thí nghiệm

Kích 4 được đặt dưới khung xe tải 2 (hoặc dầm của khung giá ép trên máng thí nghiệm) để truyền tải xuống tấm ép 6. Chuyển vị thẳng đứng đo bằng cần đo độ vòng Benkelman 1 mà mũi do được đặt chính ở giữa bàn ép (trong trường hợp này kích phải được đặt trên 1 giá truyền tải có 3 trụ đứng, giá 5. Tải trọng trên tấm ép được đo bằng áp lực kế 3. Cũng có thể đo chuyển vị thẳng đứng bằng máy thủy bình chính xác N_i­ : 004 hoặc bằng 2 chuyển vị kế đặt ở 2 bên gần mép tấm ép (đặt đối xứng); trong trường hợp này các chuyển vị kế phải được lắp trên 1 dầm cứng có 2 gối tựa xuống nền cách xa tấm ép và các bánh xe một khoảng cách không nhỏ hơn 4D). Trước khi thử nghiệm phải chốn chặt bánh trước của ô tô và trong suốt thời gian thử nghiệm phải khoá chặt nhíp ô tô.

-    Sau khi lắp đặt xong thiết bị như trên, tiến hành gia tải đến tải trọng p lớn nhất và giữ tải trọng đó trong 2 phút rồi dỡ tải chờ đến khi biến dạng hồi phục hết (bước này là bước gia tải chuẩn bị).

...

...

...

-    Vẽ biểu đồ quan hệ giữa biến dạng hồi phục và tải trọng; đường biểu diễn quan hệ này phải là đường cong đều, không có điểm gẫy gần với đường thẳng.

-    Tính trị số mô đun đàn hồi theo công thức D-1.

Thường đo ép thử nghiệm 3 lần trong phạm vi 10-15 m trên đường hiện có hoặc trong phạm vi 1-2 m trên máng thí nghiệm. Sau đó tính trị số trung bình của các kết quả đo ép 3 lần đó và dùng nó làm trị số mô đun đàn hồi tính toán. (Chênh lệch giữa các lần đo không được quá 20%).

D.2. Xác định bằng phương pháp dùng cần đo vòng Benkelman

1.             Có thể sử dụng phương pháp này để đo độ vòng đàn hồi trực tiếp dưới bánh xe trên mặt kết cấu áo đường và cả trên nền đất để từ đó tính ra trị số mô đun đàn hồi chung của kết cấu nền áo đường và mô đun đàn hồi của nền đất theo đúng các chỉ dẫn ở quy trình 22 TCN 251 - 98 (kể cả về phân đoạn đánh giá, cách đo, cách xử lý số liệu và công thức tính mô đun đàn hồi).

2.             Phương pháp này không áp dụng được trong các trường hợp sau:

-          Lớp mặt là loại vật liệu rời rạc, kém dính kết như đá dăm nước, cấp phối đá dăm, ...lớp mặt thấm nhập nhựa hoặc láng nhựa chưa hình thành hoàn toàn (đá chưa chìm hết vào nhựa);

-          Đất nền đường là cát chưa có lớp phủ bằng đất dính ở trên.

...

...

...

CÁC VÍ DỤ TÍNH TOÁN

E.1. Ví dụ I: Thiết kế kết cấu áo đường có tầng mặt cấp cao A1

E.1.1. Số liệu ban đầu: thiết kế sơ bộ kết cấu áo đường mềm của phần xe chạy cho một tuyến đường cấp II đồng bằng 4 làn xe, có dải phân cách giữa và có dải phân cách bên tách riêng làn dành cho xe đạp và xe thô sơ. Theo kết quả điều tra dự báo tại năm cuối của thời hạn thiết kế 15 năm như ở Bảng  E-1 với quy luật tăng trưởng xe trung bình năm q = 6% năm.

Bảng E-1: Dự báo thành phần xe ở năm cuối thời hạn thiết kế

Loại xe

Trọng lượng trục P_i (kN)

Số trục sau

Số bánh của mỗi cụm bánh ở trục sau

Khoảng cách giữa các trục sau (m)

...

...

...

Trục trước

Trục sau

1/ Xe con các loại

2/Xe buýt các loại

-    Loại nhỏ

-    Loại lớn

3/ Xe tải các loại

-    Nhẹ

-    Vừa

...

...

...

-    Nặng

26,4

56,0

18,0

25,8

48,2

...

...

...

45,2

95,8

56,0

69,6

100,0

94,2

...

...

...

1

1

1

1

1

2

...

...

...

Cụm bánh đôi

Cụm bánh đôi

Cụm bánh đôi

Cụm bánh đôi

Cụm bánh đôi

Cụm bánh đôi

...

...

...

-

-

-

-

1,40

1800

500

...

...

...

1800

1250

600

200

E.1.2.  Trình tự tính toán thiết kế:

1. Tính số trục xe tính toán trên một làn xe của phần xe chạy sau khi quy đổi về trục trên chuẩn 100 kN

Theo cách quy đổi ở phần A.1.2 (Phụ lục A) sẽ xác định được số trục xe tiêu chuẩn 100 kN cho cả 2 chiều trong một ngày đêm ở năm cuối của thời hạn thiết kế (năm cuối của thời kỳ khai thác N­­­_tk=1637 trục/ngày đêm. 2 chiều)

2. Tính số trục xe tính toán tiêu chuẩn trên 1 làn xe N_tt

...

...

...

Vì đường thiết kế có 4 làn xe và có dải phân cách giữa nên theo 3.3.2 f_L= 0,35

Vậy N_tt = 1637 x 0,35 = 573 (trục/làn.ngày đêm)

3. Tính số trục xe tiêu chuẩn tích lũy trong thời hạn tính toán 15 năm

Theo biểu thức (A-3) ở Phụ lục A tính được:

(trục)

4. Dự kiến cấu tạo kết cấu áo đường

-    Chọn móng trên bằng đá dăm gia cố xi măng có cường độ chịu nén theo 22 TCN 245 bằng 4Mpa và móng dưới bằng cấp phối đá dăm loại I theo 22 TCN 334 - 06;

-    Tầng mặt bằng 2 lớp bê tông nhựa chặt loại I, tổng bề dày tối thiểu của tầng mặt này phải tuân thủ quy định ở mục 2.2.9: Nếu theo tổng số trục xe tiêu chuẩn tích lũy trong 15 năm trên 1 làn xe N_e=2,16.10⁶ thì tổng bề dày tối thiểu 2 lớp bê tông nhựa phải là 10 cm (Bảng 2.2 mục 2.2.9) và vì chúng được đặt trên lớp móng nửa cứng nên tối thiểu phải là 12-18 cm nhưng không nhỏ hơn bề dày lớp móng nửa cứng;

-    Các đặc trưng tính toán của nền đất và các lớp vật liệu xác định theo chỉ dẫn ở các mục 3.4.6, 3.5.5, 3.4.7 và 3.6.4 được tập hợp ở Bảng E-2 cùng với cấu tạo kết cấu dự kiến bảo đảm được quy định ở mục 2.4.2 về bề dày tối thiểu mỗi lớp kết cấu.

...

...

...

Lớp kết cấu (từ dưới lên)

Bề dày lớp (cm)

E (Mpa)

R­_ku (Mpa)

C (MPa)

j (độ)

Tính về độ vòng

Tính về trượt

Tính về kéo uốn

...

...

...

42

0,032

...

...

...

-    Cấp phối đá dăm loại II

18

250

250

250

-    Cấp phối đá dăm loại I

...

...

...

300

300

300

-    Đá dăm gia cố xi măng

14

600

...

...

...

600

0,8

-    Bê tông nhựa chặt loại I (lớp dưới)

8

350

250

1600

...

...

...

-    Bê tông nhựa chặt loại I (lớp trên)

6

420

300

1800

2,8

...

...

...

5. Tính toán kiểm tra cường độ chung của kết cấu dự kiến theo tiêu chuẩn về độ vòng đàn hồi

a/ Việc đổi tầng 2 lớp một từ dưới lên được thực hiện theo biểu thức (3.5):

Với k=  và  t = ;  Kết quả tính đổi tầng như ở Bảng E-3

Bảng E-3: Kết quả tính đổi tầng 2 lớp một từ dưới lên để tìm E_tb

Lớp kết cấu

E_i (MPa)

t =

h_i (cm)

...

...

...

H_tb (cm)

E_tb’ (Mpa)

-    Cấp phối đá dăm loại II

250

18

18

250

...

...

...

300

=1,200

17

=0,944

35

274

-    Đá gia cố xi măng

600

= 2,189

...

...

...

=0,400

49

350

-    Bê tông nhựa lớp dưới

350

=1,000

8

=0,163

57

...

...

...

-    Bê tông nhựa lớp trên

420

=1,200

6

=0,105

63

356,3

b/ Xét đến hệ số điều chỉnh b = Ư(): Với   =   = 1,909

Tra Bảng 3.6 được b =1,206. Vậy kết cấu nhiều lớp được đưa về kết cấu 2 lớp với lớp trên dày 63 cm có mô đun đàn hồi trung bình =b. E_tb’=356,3 x 1,206 = 429,6 (Mpa)

...

...

...

 =  = 1,909;    =  = 0,098

Từ 2 tỷ số trên tra toán đồ Hình 3-1 được  = 0,495; Vậy E_ch= 429,6 x 0,495 = 212,6 Mpa

d/ Nghiệm lại điều kiện (3-4) theo mục 3.4.1;  phải có:

E_ch³

-    Vì số trục xe tính toán trong 1 ngày đêm trên 1 làn xe là 574 trục/ làn.ngày đêm nên tra Bảng 3-4 (nội suy giữa N_tt= 500 và N_tt­= 1000) tìm được E­­_yc =180 Mpa (lớn hơn E_yc tối thiểu với đường cấp II theo Bảng 3-5 là 157 MPa) do vậy lấy E_yc = 180 MPa để kiểm toán.

-    Đường cấp II, 4 làn xe nên theo Bảng 3-3, chọn độ tin cậy thiết kế là 0,95, do vậy, theo Bảng 3-2 xác định được =1,17 và .E_yc=1,17 x 180 = 210,6 MPa

Kết quả nghiệm toán:

E_ch= 212,6 > = 210,6 MPa

Cho thấy với cấu tạo kết cấu dự kiến bảo đảm đạt yêu cầu cường độ theo tiêu chuẩn độ vòng đàn hồi cho phép.

...

...

...

a/ Tính E­_tb của cả 5 lớp kết cấu:

-    Việc đổi tầng về hệ 2 lớp được thực hiện như ở Bảng E-4

Bảng E-4: Kết quả tính đổi tầng 2 lớp một từ dưới lên để tìm E_tb’

Lớp kết cấu

E_i (MPa)

t =

h_i (cm)

k =

H_tb (cm)

...

...

...

-    Cấp phối đá dăm loại II

250

18

18

250

-    Cấp phối đá dăm loại I

300

...

...

...

=1,200

17

=0,944

35

274

-    Đá gia cố xi măng

600

...

...

...

14

=0,400

49

350

-    Bê tông nhựa lớp trên

250

=0,714

8

...

...

...

57

334,6

-    Bê tông nhựa lớp dưới

300

=0,897

6

=0,105

63

331,2

...

...

...

-    Xét đến hệ số điều chỉnh b=Ư(=) tương tự như tính ở điểm 5 nêu trên.

Do vậy :      E_tb= 1,206 x 331,2 = 399,4 MPa

b/ Xác định ứng suất cắt hoạt động do tải trọng bánh xe tiêu chuẩn tính toán gây ra trong nền đất T_ax:

 =  =1,909;    = = = 9,51;

Theo biểu đồ Hình 3-3, với góc nội ma sát của đất nền j =24^o ta tra được = 0,0113. Vì áp lực trên mặt đường của bánh xe tiêu chuẩn tính toán p = 6 daN/cm² = 0,6 MPa

T_ax= 0,0113 x 0,6 = 0,0068 MPa

c/ Xác định ứng suất cắt hoạt động do trọng lượng bản thân các lớp kết cấu áo đường gây ra trong nền đất T_av:

Tra toán đồ Hình 3-4 ta được T_av=  -0,002 MPa

d/ Xác định trị số C_tt theo (3-8):

...

...

...

-    Theo Bảng E-2: C = 0,032 MPa

-    Theo mục 3.5.4 có k₁ = 0,6; k₂ = 0,8 vì số trục xe tính toán ở đây là 574 trục/làn.ngày đêm < 1000 trục, và k₃ = 1,5 (đất nền là á sét)

Vậy C_tt = 0,032 x 0,6 x 0,8  x 1,5 = 0,023 MPa

e/ Kiểm toán lại điều kiện tính toán cường độ theo tiêu chuẩn chịu cắt trượt trong nền đất (biểu thức 3.7):

Với đường cấp II, độ tin cậy yêu cầu ở Bảng 3-3 bằng 0,95 do vậy theo Bảng 3-7  =1,0 và với các trị số T_ax và T_av tính được ở trên ta có:

T_ax + T_av =0,0068 – 0,002 = 0,0048 MPa

==0,023 MPa

Kết quả kiểm toán cho thấy 0,0048 < 0,023 nên điều kiện (3.7) được bảo đảm

7. Tính kiểm tra cường độ kết cấu dự kiến theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn trong các lớp bê tông nhựa và đá gia cố xi măng

...

...

...

-    Đối với bê tông nhựa lớp dưới:

h₁=14 cm; E₁ ===1686 MPa

Trị số E_tb’ của 3 lớp móng cấp phối đá dăm II, cấp phối đá dăm I và đá gia cố xi măng là E_tb’ = 350 MPa (theo kết quả đó tính ở Bảng V -3) với bề dày 3 lớp này là H’= 18+17+14 = 49 cm

trị số này còn phải xét đến hệ số điều chỉnh b theo (3-7):

với  ==1,485 tra Bảng 3- 6 được b=1,17; Vậy theo (3.7), =1,1755 . 350 = 411,4 MPa

Với  ==0,102, tra toán đồ Hình 3-1 được =0,43. Vậy được:

E_ch.m = 411,4 x 0,43 = 176,9 MPa

Tìm ở đáy lớp bê tông nhựa lớp  dưới bằng cách tra toán đồ Hình 3.5 với:

==0,424 ; ==9,53

...

...

...

=1,50 x 0,6 x 0,85 = 0,765 MPa

-    Đối với bê tông nhựa lớp trên:

h₁= 6cm; E₁ = 1800 MPa

trị số E_tb’ của 4 lớp phía dưới nó được xác định như ở Bảng E-5:

Bảng E-5: Tính đổi tầng 2 lớp một từ dưới lên để tính E_tb’

Lớp kết cấu

E_i (MPa)

t =

h_i (cm)

...

...

...

H_tb (cm)

E_tb’ (Mpa)

-    Cấp phối đá dăm loại II

250

18

18

250

...

...

...

300

=1,200

17

=0,944

35

...

...

...

-    Đá gia cố xi măng

600

=2,189

14

=0,400

49

...

...

...

350

-    Bê tông nhựa hạt trung

1600

=4,571

8

=0,163

57

456,3

Xét đến hệ số điều chỉnh b = Ư ( = = 1,727) ta có

...

...

...

Áp dụng toán đồ Hình 3-1 để tìm ở đáy lớp bê tông nhựa hạt nhỏ:

Với         =  = 1,727 và   =    =  0,077

Tra toán đồ Hình 3-1 ta được  = 0,41. Vậy có =0,41 x 545,8 = 223,8 MPa

Tìm ở đáy lớp bê tông nhựa lớp trên bẳng cách tra toán đồ Hình 3.5 với

== 0,182;    = = 8,043

Kết quả tra toán đồ được =1,81 và với p = 0,6 MPa

Ta có:

=1,81 x 0,6 x 0,85 = 0,923 MPa

b/ Kiểm toán theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn ở đáy các lớp bê tông nhựa theo biểu thức (3.9):

...

...

...

K₁ =  = = 0,449

Theo mục 3.6.3 trong trường hợp này lấy k₂=1,0;

Vậy cường độ chịu kéo uốn tính toán của lớp bê tông nhựa lớp dưới là:

= 0,449 x 1,0 x 2,0 = 0,898 MPa

Và của lớp BTN lớp trên là:

= 0,449 x 1,0 x 2,8 = 1,251 MPa

-    Kiểm toán điều kiện theo biểu thức (3.9) với hệ số =1,0 lấy theo Bảng 3-7 cho trường hợp đường cấp II ứng với độ tin cậy 0,95.

-    Với lớp bê tông nhựa lớp dưới

= 0,765 MPa < =0,898  MPa

...

...

...

= 0,923 MPa < =1,251 MPa

Vậy kết cấu thiết kế dự kiến đạt được điều kiện (3.9) đối với cả hai lớp bê tông nhựa.

c/ Kiểm toán theo điều kiện chịu kéo uốn ở đáy lớp móng bằng đá gia cố xi măng.

-    Đổi các lớp phía trên (kể từ mặt lớp đá gia cố xi măng trở lên) về 1 lớp ta có:

h₁ = 6+8 = 14 cm

E₁===1686 MPa 

-    Tính  của các lớp phía dưới lớp đá gia cố xi măng:

theo kết quả ở Bảng E-5 có E_tb’ = 274 và H_tb = 35 cm (của 2 lớp cấp phối đá dăm). Xét thêm hệ số điều chỉnh b=Ư(==1,061) ta có

=274 x 1,114 = 305,25 MPa

...

...

...

= = 1,061 và   =  = 0,138

Tra toán đồ Hình 3-1 ta được  =0,38. Vậy có

=0,38 x 305,25 = 116 MPa

Tìm ở đáy lớp gia cố xi măng bằng cách tra toán đồ Hình 3.6 với

==0,848 ;  ==2,81 và

Kết quả tra toán đồ được =0,38

-   Với p = 0,6 MPa, tính ứng suất kéo uốn lớn nhất phát sinh ở đáy lớp đá gia cố xi măng theo biểu thức (3.11):

= 0,38.0,6.0,85 = 0,1938 MPa

-    Kiểm toán theo điều kiện (3-9) với xác định theo (3-11_ và hệ số cường độ =1,0 (điều 3.6.1)

...

...

...

= 0,575 x 1,0 x 0,8  = 0,46 MPa

Như vậy =0,1938 <  = 0,46, kết cấu dự kiến thiết kế bảo đảm đủ cường độ theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn đối với lớp đá gia cố xi măng

8 . Kết luận

Các kết quả kiểm toán theo trình tự tính toán như trên cho thấy kết cấu dự kiến bảo đảm được tất cả các điều kiện về cường độ, do đó có thể chấp nhận nó làm kết cấu thiết kế.

E.2. Ví dụ II: Thiết kế kết cấu áo đường mềm cho đường cấp IV có hai làn xe, mặt đường cấp cao A2

E.2.1. Số liệu ban đầu

1. Số liệu điều tra dự báo xe cộ

Từ số liệu điều tra dự báo, theo cách quy đổi đó chỉ dẫn ở Phụ lục A đó tính được số trục xe tính quy đổi về trục 100 kN ở năm cuối của thời kỳ khai thác (năm cuối của thời hạn thiết kế) là 226 trục/ngày đêm/ 2chiều.

2. Đất nền là loại á cát, có độ chặt chỉ đạt độ đầm nén K=0,95 và độ ẩm tương đối 0,65 (loại II về chịu tác động của các nguồn ẩm).

...

...

...

1. Tính số trục xe tiêu chuẩn tính toán trên một làn xe của phần xe chạy.

N_tt = N_tk.f_L

Vì đường thiết kế có 2 làn xe nên theo 3.3.2 trị số f_L = 0,55.

Do vậy: N_tt = 226 x 0,55=124 trục/ngày đêm.làn.

2. Chọn loại tầng mặt và dự kiến cấu tạo kết cấu gồm lớp mặt là loại láng nhựa 2 lớp dày 2cm (theo 22 TCN 271), lớp móng trên bằng cấp phối đá dăm loại I dày 16cm và tầng móng dưới bằng cấp phối thiên nhiên loại A theo quy trình 22 TCN 304 - 03 dày 34cm.

Các đặc trưng tính toán của nền đất và các lớp vật liệu xác định theo chỉ dẫn ở các mục 3.4.6, 3.5.5, 3.4.7 và 3.6.4 được tập hợp ở Bảng E-6 dưới đây:

Bảng E-6: Dự kiến cấu tạo kết cấu thiết kế và các đặc trưng tính toán của mỗi lớp kết cấu

Lớp kết cấu (từ dưới lên)

Bề dày lớp (cm)

...

...

...

E (Mpa)

C (MPa)

j (độ)

Tính về độ vòng

Tính về trượt

-    Đất nền á cát, a=0,66, k=0,95

42

...

...

...

0,018

26

-    Cấp phối thiên nhiên loại A (22 TCN 304)

34

200

200

...

...

...

40

-    Cấp phối đá dăm loại I (22 TCN 334)

16

300

300

...

...

...

a/ Đổi tầng 2 lớp một từ dưới lên theo biểu thức (3.5)

và được liệt kờ ở Bảng E-7

Bảng E-7: Tính đổi tầng 2 lớp một từ dưới lên để tính E_tb’

Lớp kết cấu

E_i (MPa)

t =

h_i (cm)

k =

H_tb (cm)

...

...

...

-    Cấp phối thiên nhiên

200

34

34

200

-    Cấp phối đá dăm loại I

300

...

...

...

16

= 0,471

50

229

-    Láng nhựa 2 lớp

Không tính

2

...

...

...

b/ Xét đến hệ số điều chỉnh b = Ư(=)=1,17) ta có

= 229 x 1,17 = 268,2 MPa

c/ Tính mô đun đàn hồi chung E_ch của cả kết cấu bằng cách sử dụng toán đồ Hình 3-1:

== 1,515 và

Tra toán đồ Hình 3-1 được = 0,53. Vậy E_ch­=0,53 x 268,2 =142,2 MPa

d/ Theo mục 3.4.1, nghiệm lại điều kiện (3.4):

E­_ch  ³

-    Vì số trục xe tính toán là 124 trục /làn.ngày đêm nên tra Bảng 3-4 được E­_yc=125 MPa (nội suy giữa N­_tt­ = 100 và N­_tt = 200 tương ứng với tầng mặt cấp cao A2_­­). Trị số này lớn hơn E­_yc tối thiểu ở Bảng 3-5 (= 100 MPa). Vậy lấy E­_yc=125 MPa để kiểm toán.

...

...

...

Vậy kết quả kiểm toán là:

E­­_ch = 142,2 > 1,1 x 125 =137,5

Điều này cho thấy kết cấu dự kiến bảo đảm đạt yêu cầu cường độ theo tiêu chuẩn độ vòng đàn hồi cho phép (không những vậy có thể giảm được 1-2 cm móng dưới; tuy nhiên cần phải đợi kết quả kiểm toán với tiêu chuẩn chịu cắt trượt rồi sẽ điều chỉnh bề dày một thể).

4. Kiểm tra cường độ theo tiêu chuẩn chịu cắt trượt trong nền đất:

Theo kết quả tính ở Bảng E-7, sơ đồ tính đó được đưa về bài toán 2 lớp với lớp trên có =285 MPa và dày 50 cm trên nền đất có E_o=42 MPa, c=0,018 MPa và j=26^o. Việc tính toán được tiếp tục như dưới đây:

a/ Xác định ứng suất cắt hoạt động do tải trọng bánh xe tiêu chuẩn tính toán có p=0,6 MPa và D=33 cm gây ra trong nền đất theo toán đồ Hình 3-3 có:

= = 1,515 và                 ;

 Vậy tra toán đồ Hình 3-3 được:

...

...

...

b/ Xác định ứng suất cắt hoạt động do trọng lượng bản thân các lớp kết cấu áo đường gây ra trong nền đất

Tra toán đồ Hình 3-4 với j = 26^o và H=50 cm, ta được:

T_av = - 0,0012 MPa

c/ Xác định trị số c_tt theo (3.8)

C_tt = c.k₁.k₂.k₃

-    Theo Bảng E-6 đất nền có c=0,018 MPa

-    Theo mục 3.5.4 có k₁=0,6, k₂ = 0,8 (Bảng 3-8) và k₃=1,5.

Vậy c_tt = 0,018 x 0,6 x 0,8 x 1,5 = 0,01296 MPa

d/ Kiểm toán lại theo (3.7) đối với điều kiện cường độ chịu cắt trượt

...

...

...

T_ax +T_av = 0,0126 – 0,0012 = 0,0114 MPa nhỏ hơn

Như vậy theo điều kiện này nền đất có đủ khả năng chống cắt trượt

5. Kiểm toán cường độ theo tiêu chuẩn chịu cắt trượt trong lớp cấp phối thiên nhiên:

a/ Xác định mô đun đàn hồi chung Ech.m trên lớp cấp phối thiên nhiên

 - Với  =  = 1,03 và  =   = 0,21

Tra toán đồ Hình 3-1 được  = 0,52

Vậy E_ch’ = 0,52 x 200 = 104 MPa

-    Xét đến hệ số điều chỉnh b=Ư(==1,03) do đó b=1,11.

Vậy =b.E_ch’= 1,11 x 104 = 115,5 MPa

...

...

...

Theo kết quả tính ở trên, sơ đồ tính được đưa về hệ hai lớp để áp dụng toán đồ Hình 3.2 gồm lớp trên là lớp cấp phối đá dăm có E₁=350 MPa dày 16 cm, phía dưới là lớp bán không gian có E₂=115,5 MPa, c=0,05 MPa và j = 40^o. Do vậy với j = 40^o, ==0,485 và ==2,60 tra toán đồ Hình 3-2

được =0,065; và từ đó tìm được T_ax =0,065 x 0,6 = 0,0390 MPa

c/ Tính ứng suất cắt hoạt động do trọng lượng bản thân của lớp cấp phối đá dăm dày 16cm ở trên lớp móng dưới bằng cấp phối thiên nhiên

tra toán đồ Hình 3-4 được T_av = -0,0013 MPa

d/ Xác định trị số c_tt của lớp móng cấp phối thiên nhiên:

Tương tự như đối với nền đất có k₁= 0,6, k₂=0,8 và k₃=1,5. Vậy: c_tt= 0,05 x 0,6 x 0,8 x 1,5 = 0,036 MPa

e/ Kiểm toán theo điều kiện (3-7) với hệ số cường độ về cắt trượt =0,94 tương ứng với độ tin cậy yêu cầu bằng 0,9 ta có:

T_ax +T_av =0,0390 – 0,0013 = 0,0377 MPa nhỏ hơn . Như vậy theo điều kiện này lớp móng cấp phối thiên nhiên gần như vừa đủ khả năng chống cắt trượt.

6. Kết luận chung

...

...

...

PHỤ LỤC F:

BIỂU THỨC GIẢI TÍCH GẦN ĐÚNG TÍNH MÔ ĐUN ĐÀN HỒI  E_ch  VÀ ỨNG SUẤT KÉO UỐN ĐƠN VỊ CỦA HỆ HAI LỚP

F.1. Biểu thức giải tích gần đúng tính mô đun đàn hồi Ech

F.1.1. Công thức gần đúng

Toán đồ Hình 3-1 có thể được thể hiện gần đúng bằng công thức Bacberơ tính mô đun đàn hồi chung Ech của hệ bán không gian đàn hồi 2 lớp như dưới đây:

Ech    =           ;                                       (F-1)

...

...

...

trong đó:

Ech - mô đun đàn hồi chung của hệ hai lớp;

Eo - mô đun đàn hồi của nền đất bán không gian vô hạn;

E1 - mô đun đàn hồi của lớp kết cấu áo đường có bề dày H;

D - đường kính của vệt bánh xe tính toán.

F.1.2. Sai số và phạm vi sử dụng của công thức F-1

Theo các kết quả tính thử thì công thức F-1 cho kết quả tính Ech của hệ hai lớp sai khác với kết quả tra toán đồ Hình 3-1 trong khoảng 5-10%. Do vậy việc tính toán cường độ kết cấu áo đường mềm trong tiêu chuẩn này vẫn dựa vào cách tra toán đồ Hình 3-1. Chỉ trong trường hợp kết cấu áo đường có chiều dày lớn (H/D >2) thì được dùng công thức F-1.

Muốn biết Ech tính theo công thức F-1 có xu hướng nhỏ hơn hay lớn hơn trị số Ech tra theo toán đồ ta có thể vừa tính thử theo F-1 vừa tra toán đồ Hình 3-1 cùng với cặp biến số H/D = 2.0 và Eo/E=a dự kiến thiết kế, từ đó tự phán đoán đánh giá suy ra cho trường hợp H/D>2.0. Ví dụ với H/D=1,909, Eo/E1=0,098 thì kết quả tra toán đồ được Ech/E1=0,49 trong khi tính theo F-1 được Ech/E1 =0,450, tức là Ech tính theo công thức cho kết quả nhỏ hơn theo toán đồ gần 8%.

F.2. Biểu thức giải tích gần đúng để tính ứng suất kéo uốn đơn vị

...

...

...

F.2.1. Tính ứng suất kéo uốn đơn vị cho các lớp của tầng mặt (mô tả gần đúng toán đồ Hình 3-5)

= ;                             (F-2)

Các ký hiệu trong (F-2) có ý nghĩa như ở mục 3.6.2 và như ở sơ đồ tính toán trên toán đồ 3-5. Riêng ký hiệu h_tđ được tính theo công thức (F-3):

h_tđ =       ;                                                        (F-3)

F.2.2. Tính ứng suất kéo uốn đơn vị đối với các lớp  móng bằng vật liệu liền khối (mô tả gần đúng toán đồ Hình3-6)

   =   ;                             (F-4)

Các ký hiệu trong (F-4) có ý nghĩa như đã nêu ở  sơ đồ tính toán trên toán đồ Hình 3-6.

Khi sử dụng các biểu thức (F-2) và (F-4) nên đối chiếu lại với kết quả tra toán đồ để đánh giá mức độ sai số mắc phải, từ đó tự tổng kết đưa ra các hệ số điều chỉnh cẩn thiết.