ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ DỐC DỌC, DỐC NGANG MẶT ĐƯỜNG XE CHẠY TỚI CHIỀU DẦY VÀ TUỔI THỌ CỦA KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG doc

CT 2
ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ DỐC DỌC, DỐC NGANG
MẶT ĐƯỜNG XE CHẠY TỚI CHIỀU DẦY VÀ TUỔI THỌ
CỦA KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG



TS. NGUYỄN VĂN HÙNG
Trường Đại học Giao thông Vận tải, Cơ sở 2



Tóm tắt: Sự phân bố tải trọng trục xe của phương tiện giao thông lên mặt đường xe chạy
trong trường hợp mặt đường là mặt phẳng nằm ngang và mặt phẳng nghiêng là khác nhau
đáng kể, đặc biệt đối với các tuyến đường miền núi có dốc dọc, siêu cao lớn. Trong bài báo
này trình bày các ảnh hưởng của độ dốc dọc, dốc ngang mặt đường tới sự phân phối tải trọng
trục của phương tiện giao thông, tuổi thọ và chiều dầy của kết cấu áo đường.

Summary: The distribution of the axis load of transportation means to pavement surface
in case of road surface is horizontal and inclined is significantly different, especially with the
roads in mountainous areas with high longitudinal slope and cross slope. In this article,
author present the influence of the longitudinal slope, cross slope to the distribution of the axis
load of transportation means, life and thickness of pavement structure.



I. ĐẶT VẤN ĐỀ
Khi độ dốc dọc, dốc ngang mặt đường xe chạy thay đổi thì tác động của tải trọng trục của
phương tiện giao thông và các đặc trưng ứng suất, biến dạng do nó gây ra trong kết cấu áo
đường cũng thay đổi. Tuy nhiên, trong các tiêu chuẩn thiết kế kết cấu áo đường hiện nay, ảnh

hưởng của độ dốc dọc và dốc ngang mặt đường tới độ lớn của tải trọng trục ô tô lên mặt đường
không được xem xét, các hệ số qui đổi tác động tải trọng trục của dòng xe về tải trọng trục tính
toán luôn là hằng số (các thông số tải trọng trục xe đều được lấy theo lý lịch của các nhà sản
xuất ô tô). Đây là một trong những nguyên nhân dẫn đến tuổi thọ của kết cấu áo đường trên các
đường miền núi có độ dốc dọc và siêu cao lớn giảm, tuyến đường thường xuyên phải duy tu, sửa
chữa.
Để đánh giá sự khác biệt của các tác động của phương tiện giao thông lên mặt đường trong
trường hợp có xét đến ảnh hưởng của độ dốc dọc, dốc ngang mặt đường và trường hợp coi ảnh
hưởng này không đáng kể, xem xét hai bài toán:



1. Đánh giá ảnh hưởng của độ dốc dọc đến sự phân phối tải trọng bánh xe ôtô trên mặt
đường
CT 2
s







P
S
P
T
0
Hình 1. Ảnh hưởng của độ dốc dọc
đến sự phân phối tải trọng bánh xe lên mặt đường

Giả thiết: để đơn giản trong tính toán, không kể tới các biến dạng không đều của hệ thống
treo (biến dạng của nhíp) trước và sau, bên trái và bên phải khi xe ô tô chuyển động trên đường
có dốc dọc, có siêu cao và chỉ xét tới tác động phá hủy áo đường của tải trọng theo phương
thẳng đứng (không xét tới sự phá hủy áo đường của các lực ngang, ảnh hưởng của tốc độ xe
chạy và độ bằng phẳng của mặt đường xe chạy).
Khi độ dốc ngang mặt đường i
n
=

0, từ hình 1, các tải trọng bánh xe của trục trước, trục sau
của ô tô được xác định theo quan hệ sau:

P QP
t
=
+
(1)

αα
−
α
+
=
α
α
+
α− cos)tg.htg.hb.(Pcos).tghtg.ha.(P
pqtpqs

(2)

Giải hai phương trình trên ta tìm được
P
:
t,s
P
P
t
= )tghtgha(
b
a
Q
pq
α+α−
+
(3)
Ps = Q – Pt = Q -
)tghtgha(
b
a
Q
pq
α+α−
+

Ps = Q(1-
b
a
tghtgha
pq
+

+α−
(4)
α
)
Trong đó:
ợng của toàn bộ xe ôtô đang xét, kN;
;
rọng tâm của xe theo phương dọc, m;
ộ.
Q: Trọng lư
P
s
, P
t
: Tải trọng trục sau và trục trước của ô tô, kN
a, b: Khoảng cách từ trục bánh sau và bánh trước đến t
h
q
, h
p
: khoảng cách từ mặt đường xe chạy đến trọng tâm xe và tim bánh xe, m;
α: góc nghiêng của mặt đường so với mặt phẳng nằm ngang theo phương dọc, đ



CT 2
2. Đ ánh xe

Hình 2. Ảnh hưở ủa độ dốc ngang mặt đường
đến sự phân phối tải trọng bánh xe lên mặt đường

Để tiện trong tính to đường, coi độ dốc dọc
i
d
=

0
ánh giá ảnh hưởng của độ dốc ngang mặt đường đến sự phân phối tải trọng b
trên mặt đường

P
s2
P
s1
0






ng c
án, khi xét ảnh hưởng của độc dốc ngang mặt
. Khi đó, ta có hai phương trình xác định P
s1
, P
s2
cũng như:

s2s1s
PPP

=
+
(5)

ββ
−
β
+
=
β
β
+
β− cos)tg.htg.hd.(Ptg.hc.(P
pq2sq1s
(6)
cos).tgh
p
Tương tự:

1t
P
t2t
PP
=
+
(7)

ββ
−
β

+
=
β
β
+
β− cos)tg.htg.hd.(Ptghtg.hc.(P
pq2tpq1t
(8)
cos).
Trong đó:
P
t1
, P
t2
: tải trọng trên các bánh xe của trục trước, kN;
, độ;
ọng tâm của ô tô theo phương
ngan

s2
P
s1
, P
s2
: tải trọng trên các bánh xe của trục sau, kN;
β: góc nghiêng của mặt đường so với mặt phẳng nằm
c, d: khoảng cách từ trục bánh sau và bánh trước đến tr
g, khi không xét tới sự dịch chuyển theo hướng ngang của trọng tâm ôtô thì c = d.
Giải hai phương trình (5), (6) ta tìm được
2s1s

P,P
:
P =
)tghtgh
P
s
c(
dc
pq
β+β−
+
(9)
P
s1
= P
s
– P
s2
= Ps(1-
tgh β
dc
tghc
pq
+
+β−
) (10)
ặt đường tới tải tr
(4) v
P
s1

= Q(1-
Để xét ảnh hưởng của cả độ dốc dọc và dốc ngang m ọng các trục xe, thay
ào (9), (10), ta có :

)
dc
tghtghc
1)(
b
a
tghtgha β+β−α+α−
pqpq
+
−
+
(11)



CT 2
P
s2
= )
c(
Q
β
+
(12) tghtghc)(
ba
tghtgha

1(
)d
pq
pq
+β−
+
α+α−
−
, P
t2
:

Tương tự, ta xác định được P
t1
)
dc
tghtghc
1)(tghtgha( P
t1
=
)ba( +
Q
pq
pq
+
β+β−
−α+α− (13)
P
t2
= )gβ (14) thtghc)(tghtgha(

)dc)(ba(
Q
pqpq
+β−α+α−
++
là i
d
(%), độ dốc ngang mặt đường là i
n
(%). Rút

Ký hiệu độ dốc dọc đường gọn các
phương trình trên ta được:

)ihi.hd).(ihi.hb.(
Q
P
npnqdpdq1s
−+−+= (15)
)dc).(ba( ++
)ihihc).(ihihb.(
)dc).(ba(
Q
P
(16)
npnqdpdq2s
+−−+
++
=

)ihihd).(ihiha.(
)dc).(ba(
Q
P
npnqdpdq1t
−++−
++
= (17)
)ihihc).(ihiha.(
)dc).(ba(
Q
P
npnqdpdq2t
+−+−
++
=
(18)
Để đánh giá ảnh hưởng iết kế chiều của độ dốc dọc và ngang mặt đường xe chạy tới việc th
dầy và tuổi thọ kết cấu áo đường, xem ví dụ sau:
êm, trọng tải 5T, tải trọng trên trục trước và
sau l
bánh xe của trục sả
t
Thiết kế áo đường cấp III miền núi 2 làn xe, quy luật tăng trưởng xe trung bình năm q=6%,
với lưu lượng xe: ISUZU NQR75L 300 xe/ngày đ
ần lượt là G
1
= 25,3kN, G
2
= 63,2kN, a = 1,194m, b = 2,981m, c = d = 0,82m, h

q
= 1,591m,
h
p
= 0,38m; xe MAZ - 5352 600 xe/ngày.đêm, trọng tải 8,4T, có G
1
= 60kN, G
2
= 100kN, a =
1,87m, b =3,13m, c = d = 0,90m, h
q
= 1,45m, h
p
= 0,39m.
Bảng 1. Sự phân phối lại tải trọng trên các bánh xe của trục trước
và sau của xe ISUZU NQR75L khi độ dốc dọc, dốc ngang mặt đường thay đổi
Tải trọng trên các Thông số của nhà
trước, trục sau, kN
n xuất xe (ứng với

d n d n d n
i =0, i =6% i =6%, i =0% i =6%, i =6%
rường hợp i
d
=i
n
=0)
P
t1
12,65 13,77 11,76 12,81

P
t2
12,65 12,03 11,76 11,20
P
s1
31,6 33,46 32,49 34,41
P
s2
31,6 29,24 32,49 30,08
Bảng 2. i đổi về tải trọ tính toán (1 ủa xe ISU 75L
ở các độ ang, dốc d nhau
Độ dốc dọc, %
H uệ số q ng trục 00 kN) c
dốc ng
ZU NQR
ọc khác
Hệ số quy đ các độ dố g, % ổi khi ở c ngan
0 2 4 6
0 0,147 0,203 0,165 0,183
2 0, 2 0, 0, 0, 15 170 189 209
4 0,157 0,175 0,195 0,216
6 0,163 0,181 0,202 0,223



CT 2
Từ c kết quả ở b ảng 2 cho t
- T ọng trục ph rên các bánh xe trong trường hợ đường khôn như giả
thiết trong các tiêu chu t kế áo đườn hành) và tro ng hợp có dố ≠ 0) là
khác

t cấu áo đường qua các lực đứng, còn ảnh hưởng của độ dốc dọc chủ yếu tác
động
trường hợp có dốc (i
d
= 6%, i
n
= 6%) (bảng 3).
(trục/làn, ngày đêm)
cá ảng 1, b hấy:
ải tr ân bố t p tuyến g dốc (
ẩn thiế g hiện ng trườ c (i
d
, i
n
nhau đáng kể;
- Khi độ dốc dọc, dốc ngang mặt đường thay đổi thì tải trọng trục trên các bánh xe của trục
trước và trục sau được phân phối lại và cho trị số lớn nhất ở các bánh xe của trục sau về phía
bụng đường cong.
- Ảnh hưởng của độ dốc ngang mặt đường lớn hơn nhiều so với ảnh hưởng của độ dốc dọc
xét về tác động phá hoại áo đường theo phương thẳng đứng. Ảnh hưởng của độ dốc ngang chủ
yếu tác động tới kế
tới các lực ngang - gây biến dạng lớp trên cùng của mặt đường, đặc biệt đối với trường
hợp xe xuống dốc, chính vì vậy kết cấu áo đường tại các trạm thu phí, đường dẫn đầu cầu, trạm
đỗ xe phải được gia cường đặc biệt.
Từ các kết quả ở bảng 1, 2 và các số liệu ban đầu, xác định được trục xe tiêu chuẩn tích lũy
và mô đun đàn hồi yêu cầu của kết cấu áo đường trong hai trường hợp: không dốc (coi dốc dọc
và dốc ngang mặt đường i
d
= i
n

= 0) và
Bảng 3. Mô đun đàn hồi yêu cầu của áo đường
trong trường hợp đường có dốc và không dốc
Trường hợp
tuyến đường
Trục xe qui đổi về trục
tiêu chuẩn 100kN
Trục xe tiêu chuẩn
6
Mô đun đàn hồi
tích lũy (10 ) yêu cầu (MPa)
Không dốc (i
d
=0%, i
n
=0%) 574,2 2,15 80
Có dốc ) (i
d
=6%, i
n
=6% 773 2,90 86
Nế hợp tuy 6%, vẫn t g
t ờng hiện hành với E
yc
>180 MPa (không xét tới ảnh h của độ
d heo tính toán rên, áo đường chỉ thác với thời gian là gần 10
năm
u trong trường ến đường có dốc (i
d
= i

n
=6%) nhưng hiết kế áo đườn
heo tiêu chuẩn thiết kế áo đư ưởng
ốc dọc, dốc ngang) thì t nêu t khai
thay vì 15 năm như thời hạn thiết kế.
Trên cơ sở các kết quả ở bảng 1, 2, 3 và tiêu chuẩn 22TCN 211-06, tính toán và chọn được
kết cấu áo đường 2 phương án (có dốc và không dốc).


Trường hợp 1(i
d
, i
n
=0) Trường hợp 2 (id=6%, in=6%)





CT 2
III. KẾT LUẬN
Trên cơ sở tính toán, phân tích các ảnh hưởng của độ dốc dọc, dốc ngang mặt đường xe
chạy tới công tác thiết kế áo đường, cho thấy:

- Trị số của dốc dọc và dốc ngang mặt đường (chủ yếu là độ dốc ngang mặt đường) ảnh
hưởng lớn tới sự phân phối tải trọng bánh xe truyền lên mặt đường, chiều dầy và tuổi thọ của
kết cấu áo đường (đã được trình bày ở mục 2).
- Kiến nghị: cần nghiên cứu, bổ sung ảnh hưởng của độ dốc dọc (xét tới tác dụng phá hoại
của mặt đường do các lực ngang gây ra) và ảnh hưởng của tốc độ xe chạy vào tiêu chuẩn thiết
kế áo đường hiện hành.

Tài li
kiểm Việt Nam, 2001.
[3]. В

ệu tham khảo

[1]. Áo đường mềm-các yêu cầu và chỉ dẫn thiết kế 22 TCN 211-06.
[2]. Thông số kỹ thuật một số loại xe ô tô, Cục đăng
.Ф.Бабков, О.В.Андреев. Проектирование автомобильных дорог. Ч1,2. «Транспорт», 1987.
[4]. Научно-технический Информационный сборник, 3-2003
♦