Giáo trình phân tích các nguyên tắc thiết kế tổng thể lớp mặt đường theo kết cấu của vật liệu phần 3 pptx

Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph


TS Phan Cao Th

91


2.2 Xác ñịnh ứng suất cắt hoạt ñộng do trọng lượng bản thân



∈
ϕ
τ
H
av
→ Tra toán ñồ hình 3.22 ñược τ
av


Trong ñó: H : Tổng chiều dày của các lớp áo ñường trên lớp tính toán
ϕ : Góc nội ma sát của lớp vật liệu cần tính toán

chiãöu daìy màût
âæåìng H(cm)
0,001
0,002
0,003
0,001
0,002

0,003
0,004
0,005
0,006
0,007
0,008
+ τ
ττ
τ
av
− τ
ττ
τ
av (MPa)
0
ϕ =
40
o
ϕ =
30
o
ϕ =
20
o
ϕ =
13
o
ϕ =
10
o

ϕ =
5
o
10080
60
40
20

Hình 3.22: Toán ñồ tìm ứng suất cắt hoạt ñộng T
av
do trọng lượng bản thân mặt ñường
ñường phía trên gây ra ñối với lớp dưới
2.3 Xác ñịnh trị số lực dính tính toán C
tt

Trị số C
tt
ñược xác ñịnh theo biểu thức sau
C
tt
= C. K
1
. K
2
. K
3
(3-34)
Trong ñó:
C : Lực dính của ñất nền hoặc vật liệu kém dính (MPa)
K

1
: Hệ số xét ñến sự suy giảm sức chống cắt trượt dưới tác dụng của tải trọng ñộng và
trùng phục.
+ Phần xe chạy thì lấy K
1
=0,6

.
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph


TS Phan Cao Th

92

+ Lề gia cố thì lấy K
1
= 0,9
K
2
: Hệ số an toàn xét ñến các yếu tố tạo ra sự làm việc không ñồng nhất của kết cấu;
các yếu tố này gây ảnh hưởng nhiều khi lưu lượng xe chạy càng lớn
Bảng 3.12: Xác ñịnh hệ số K
2
tuỳ thuộc số trục xe tính toán
Số trục xe tính toán
(trục/ngày ñêm/làn)
Dưới 100

Dưới

1000
Dưới 5000
Trên
5000
Hệ số K
2

1,0 0,8 0,65 0,6
Với kết cấu áo lề có gia cố thì lấy hệ số K
2
= 1,0; riêng với kết cấu áo lề có tầng
mặt loại cấp thấp B1 thì ñược lấy K
2
= 1,23.
K
3
: Hệ số xét ñến sự gia tăng sức chống cắt trượt của ñất hoặc vật liệu kém dính ; và sự
khác biệt về ñiều kiện tiếp xúc thực tế giữa các lớp kết cấu áo ñường với nền ñất so
với ñiều kiện xem như chúng dính kết chặt (tạo ra sự làm việc ñồng thời) khi áp dụng
toán ñồ
hình (9.11) hoặc (9.12)
- ðối với các loại ñất dính (sét, á sét, á cát …) K
3
= 1,5
- ðối với các loại ñất cát nhỏ K
3
= 3,0
- ðối với các loại ñất cát trung K
3
= 6,0

- ðối với các loại ñất cát thô K
3
= 7,0
TÍNH TOÁN CƯỜNG ðỘ ÁO ðƯỜNG THEO TIÊU CHUẨN CHỊU KÉO
UỐN TRONG CÁC LỚP VẬT LIỆU TOÀN KHỐI
1. ðiều kiện tính toán:
σ
ku
≤
ku
cd
ku
tt
K
R
(3-35)
Trong ñó:
ku
tt
R
: Ứng suất chịu kéo uốn lớn nhất phát sinh ở ñáy lớp vật liệu liền khối dưới tác
dụng của tải trọng bánh xe.
ku
cd
K
: Hệ số cường ñộ về chịu kéo uốn ñược chọn tuỳ thuộc ñộ tin cậy thiết kế lấy
theo bảng sau
Bảng 3.13 : Chọn hệ số cường ñộ về kéo uốn tùy thuộc ñộ tin cậy
ðộ tin cậy 0,98 0,95 0,90 0,85 0,80
Hệ số

ku
cd
K

1,10 1,00 0,94 0,90 0,87
Chỉ phải tính toán kiểm tra ñiều kiện (9-21) ñối với các lớp bê tông nhựa, hỗn hợp
ñá trộn nhựa, các lớp ñất, cát gia cố, ñá gia cố chất liên kết vô cơ sử dụng trong kết cấu áo


.
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph


TS Phan Cao Th

93


ñường cấp cao A1 và A2 . Riêng ñối với lớp thấm nhập nhựa và các lớp ñất, ñá gia cố
nhựa lỏng thì không cần kiểm tra.
2. Nội dung tính toán
2.1 Xác ñịnh
σ
σσ
σ
ku

Ứng suất kéo uốn lớn nhất phát sinh ở ñáy lớp vật liệu liền khối σ
ku
ñược xác ñịnh

theo biểu thức sau:

bkuku
kp
σσ
=
(3-36)
Trong ñó:
p : Áp lực bánh của tải trọng trục tính toán (kN)
k
b
: hệ số xét ñến ñặc ñiểm phân bố ứng suất trong kết cấu áo ñường dưới tác dụng của tải
trọng tính toán là bánh ñôi hoặc bánh ñơn
+ Cụm bánh ñôi lấy k
b
= 0,85
+ Cụm bánh ñơn của tải trọng trục ñặc biệt nặng nhất (nếu có) thì lấy k
b
= 1,0.
ku
σ
: ứng suất kéo uốn ñơn vị
+ Các lớp liền khối trong tầng mặt: xác ñịnh
ku
σ
theo toán ñồ hình 3.23

Hình 3.23: Toán ñồ xác ñịnh ứng suất kéo uốn ñơn vị
ku
σ
ở các lớp của tầng mặt
;(
11
chm
ku
E
E
D
h
f=
σ

Hình 9.14 : Sơ dồ ứng
suất
ku
σ

của lớp vật liệu
toàn kh
ối l
à t
ầng mặt

p=1
E
0
D
E
1
σ
σσ
σ
ku
h
1
E
chm
E
2
E
3
.
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph


TS Phan Cao Th


94


+ Các lớp liền khối trong tầng móng : xác ñịnh
ku
σ
theo toán ñồ hình 3.24

);;(
3
2
2
11
E
E
E
E
D
h
f
ku
=
σ

Hình 3.24 : Toán ñồ xác ñịnh ứng suất kéo uốn ñơn vị
ku
σ
ở các lớp liền khối của tầng móng

h
E

chm
p=1
E
0
D
E
1
=E
TB
σ
σσ
σ
ku
h
1
E
2
E
3
h
2
Hình 3.24 : Sơ dồ
ứng suất
ku
σ
ở ñáy các
lớp vật liệu tầng giữa


.

Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph


TS Phan Cao Th

95


Trong ñó: h
1
: là tổng bề dày các lớp kết cấu kể từ ñáy lớp ñược kiểm tra kéo uốn trở lên
ñến bề mặt áo ñường.
E
1
: là mô ñun ñàn hồi trung bình của các lớp nằm trong phạm vi h
1

D : là ñường kính vệt bánh xe tính toán
E
chm
: là mô ñun ñàn hồi chung của nền ñất và các lớp nằm phía dưới ñáy lớp
vật liệu liền khối ñược kiểm tra.
Xác ñịnh
ku
tt
R

ku
tt
R

= k
1
. k
2
. R
ku
(3.37)
Trong ñó:
R
ku
: Cường ñộ chịu kéo uốn cho phép của vật liệu (MPa)
k
2
: hệ số xét ñến sự suy giảm cường ñộ theo thời gian so với các tác nhân về khí hậu
thời tiết.
+ Các vật liệu gia cố chất liên kết vô cơ lấy k
2
= 1,0
+ Bê tông nhựa loại II, bê tông nhựa rỗng và các loại hỗn hợp vật liệu hạt trộn
nhựa lấy k
2
= 0,8.
+ Bê tông nhựa chặt loại I và bê tông nhựa chặt dùng nhựa polime lấy k
2
= 1,0.
k
1
: hệ số xét ñến sự suy giảm cường ñộ do vật liệu bị mỏi dưới tác dụng của tải
trọng trùng phục
- ðối với vật liệu bê tông nhựa:

k
1
=
0,22
e
N
11,11
; (3.38
- ðối với vật liệu ñá (sỏi cuội) gia cố chất liên kết vô cơ
k
1
=
11,0
86,2
e
N
; (3.39)
- ðối với vật liệu ñất gia cố chất liên kết vô cơ
k
1
=
11,0
22,2
e
N
; (3-40)
N
e
: là số trục xe tính toán tích luỹ trong suốt thời hạn thiết kế thông qua trên một
làn xe

+ 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.


.
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph


TS Phan Cao Th

96


+ ðối với các lớp móng gia cố chất liên kết vô cơ, thời hạn thiết kế ñược lấy bằng
thời hạn thiết kế của tầng mặt ñặt trên nó.

3.2.5 ÁO ðƯỜNG CỨNG
1. ðẶC ðIỂM VỀ KẾT CẤU CỦA ÁO ðƯỜNG CỨNG
1.1 Khái niệm :
Áo ñường cứng : là kết cấu có ñộ cứng rất lớn, khả năng chống biến dạng ( môñun
ñàn hồi) cao hơn hẳn so với nền ñất và ñặc biệt có khả năng chịu uốn lớn, do ñó làm việc
theo nguyên lý tấm trên nền ñàn hồi, diện phân bố áp lực của tải trọng xe chạy trên nền
ñất rộng
Kết cấu AðC về mặt cấu tạo khác với KCAð mềm ở chỗ một trong các lớp kết cấu
của nó bằng bêtông ximăng có cường ñộ cao, có thể là lớp mặt hoặc lớp móng
1.2 Phân loại :
- Phân loại theo cấu tạo :
+ Bêtông thường ( Ciment Concrete - CC)
+ Bêtông cốt thép ( Jointet Reinforced Concrete Pavement – JRCP)
+ Bêtông cốt thép liên tục ( Continuously Reinforced Concrete Pavement- CRCP)

+ Bêtông cốt thép sợi ( Fiber – Reinforced Concrete Pavement – FRCP)
+ Bêtông tựu chặt ( Roller Cmpacted Concrete Pavement – RCCP)
+ Bêtông cốt thép ứng suất trước (Prestressed Reinforced Concrete Pavement )
- Theo phương pháp thi công :
+ Lắp ghép
+ ðổ tại chỗ
- Theo kích thước tấm :
+ Tấm liên tục
+ Tấm có kích thước hữu hạn LxBxh
1.3 Các ñặc ñiểm của áo ñường cứng
- Có ñộ cứng lớn nên chủ yếu là chịu uốn, vì vậy chiều dày của tấm ñược xác ñịnh theo
ñiều kiện chịu uốn
- Bị biến dạng ( dãn ra hoặc co lại và uốn vồng) khi nhiệt ñộ của tấm thay ñổi, với tấm
bêtông ñổ tại chỗ còn chịu ảnh hưởng của hiện tượng co ngót. Vì vậy ñể giảm ứng suất do

.
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph


TS Phan Cao Th

97

Táöng moïng
Nãön âæåìng
22-24
Bãtäng ximàng M>30
Låïp âãûm

sự thay ñổi nhiệt ñộ gây ra, cần phải có các giải pháp cấu tạo ñể tạo ñiều kiện cho tấm co

dãn dễ dàng, cụ thể:
+ Phải chia mặt ñường cứng thành các tấm có chiều dài và chiều rộng thích hợp
+ Phải có cấu tạo lớp ñệm ( lớp ma sát ) ở ñáy tấm
- Chịu mài mòn của bánh xe ôtô nên yêu cầu mác bêtông M ≥ 30 (Mpa)
- ðể các tấm cùng làm việc với nhau giữa các tấm phải ñặt các thanh truyền lực
ñược bố trí ở các khe dọc, dãn và khe co
- Do tấm bêtông có ñộ cứng lớn nên áp lực truyền lên các lớp móng và nền ñất nhỏ
hơn so với KCAð mềm, nên giá trị môñun dàn hồi của nền ñất và các vật liệu ñều
tăng lên nhiều lần so với khi tính toán áo ñường mềm
- Các tấm áo ñường ñược phân chia theo ñộ cứng thể hiện ở ñộ mềm S ( dùng cho
tính toán mặt ñường BTXM lắp ghép)
1.4 Cấu tạo










Hình 3.25 : Cấu tạo mặt ñường Bêtông ximăng
1.4.1 Tấm bêtông ximăng :
+ Chiều dày :
Bảng 3.14 : Chiều dày tối thiểu của tấm BTXM
TT Trục tính toán (daN) Chiều dày tối thiểu (cm)
1 9 500 18
2 10 000 22
3 12 000 24

+ Cường ñộ của bê tông mặt ñường :


.
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph


TS Phan Cao Th

98


Bảng 3.15 : Cường ñộ của bêtông mặt ñường
TT

Cấp ñường Cường ñộ chịu
uốn giới hạn tối
thiểu (daN/cm
2
)
Cường ñộ chịu
nén giới hạn tối
thiểu (daN/cm
2
)
Mô ñun ñàn hồi
(daN/cm
2
)
1 Cấp I , II 45 350 33x10

4
2 Cấp III, IV,
V
40 300 3.15x10
4

+ Cường ñộ của bê tông móng ñường :
Cường ñộ chịu uốn giới hạn tối thiểu 25 (daN/cm
2
),
Cường ñộ chịu nén giới hạn tối thiểu 170(daN/cm
2
)
+ Tác dụng : Bộ phận chịu lực chủ yếu của mặt ñường cứng
1.4.2 Lớp ñệm :
Cát
+ Vật liệu : Cát trộn nhựa
Giấy dầu tẩm nhựa ñường ( 1-3 lớp )
+ Tác dụng :
- Tăng ñộ bằng phẳng cho lớp móng .
- Tạo tiếp xúc tốt giữa móng với ñáy tấm
- Giảm hệ số ma sát, giảm sự phát sinh ứng suất nhiệt
1.4.3 .Tầng móng :
- Yêu cầu: phải dùng tầng móng có chất liên kết, ổn ñịnh nước, không tích lũy biến
dạng dẻo, ngăn ñược nước thấm xuống nền ñất, tiếp xúc tốt với ñáy tấm BTXM, không ñể
nước kẹt lại giữa tấm và mặt móng, giữa thành tấm và lề ñường
- Cấu tạo:
+ Móng phải làm bằng bêtông cường ñộ thấp với h≥ 14cm hoặc ñá, ñất, cát gia cố
chất liên kết vô cơ với h≥ (15-16)cm
+ Bề rộng móng phải rộng hơn phần xe chạy

+ 30cm nền ñất trên cùng phải ñạt K= (0,98-1,00)
+ Phải gia cố lề




.
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph


TS Phan Cao Th

99

1
:
m
1
2
âaïy aïo âæåìng
b
c
B/2
d

Hình 3.26 : Cấu tạo phần lề gia cố của mặt ñường BTXM ñổ tại chỗ
1.5 Các loại khe nối và thanh truyền lực
Các loại khe nối:
+ Khe co + Khe dọc
+ Khe dãn + Thanh truyền lực

l l l l
L=(5-6)m
b/2
b/2
B
100
100
1
2
4
3
I
II



1: Khe co
2: Khe dãn
3: Khe dọc
4: Thanh truyền lực

Tri số trong ngoặc sử dụng khi
tấm BTXM ñặt trên lớp móng

bằng ñá không gia cố với các
chất kết dính

Hình 3.27a : Sơ ñồ bố trí khe và phân tấm áo ñường bêtông





1 :Lề cỏ
2 :Lớp thoát nước dày 20cm
b : Dải an toàn hoặc lề gia cố
c : Bề rộng lề
d: Bề rộng thêm của lớp móng
d<(0,3
÷
0,5)m
I
II
15
30
30
30
30
30
30
25
100
2-3

.
Công trình ñng ôtô - B môn ñng ôtô – ñng thành ph


TS Phan Cao Th

100





















Hình 3.27b :Sơ ñồ bố trí các khe nối

Hình 3.28: Một số hình ảnh mặt ñường BTXM
Khe dãn ( Expansion joint)
+ Tác dụng
: Làm cho tấm bêtông di chuyển tự do trên lớp móng và giảm ứng suất sinh ra
trong tấm khi tấm bêtông có xu hướng dãn ra do nhiệt ñộ môi trường lớn hơn khi thi
công.
+ Cấu tạo
: Có 2 loại khe dãn
- Khe dãn có thanh truyền lực ( comb expansion joint)
- Khe dãn kiểu ngàm
.