Luận án thạc sĩ ngành xây dựng công trình giao thông Nghiên cứu về mô đun đàn hồi của bê tông asphalt làm mặt đường ô tô có xét đến đặc điểm tác dụng của tải trọng thực tế

- 1 -
Giới thiệu luận án
Tính cấp thiết của đề tài
Ph ơng pháp tính toán kết cấu áo đ ờng mềm hiện đang đ ợc áp dụng chính
thức ở Việt Nam dựa trên cơ sở lý thuyết hệ đàn hồi nhiều lớp chịu áp lực phân
bố đều trên vòng tròn t ơng đ ơng diện tích tiếp xúc của vệt bánh xe tiêu chuẩn
trên mặt đ ờng. Thông số của vật liệu các lớp bao gồm mô đun đàn hồi và hệ số
Poisson. Mô đun đàn hồi tính toán của vật liệu đ ợc quy định dựa trên cơ sở thí
nghiệm nén dọc trục, tải trọng tĩnh mẫu vật liệu trong phòng thí nghiệm. Đối với
bê tông asphalt làm lớp mặt đ ờng ô tô, trị số mô đun đàn hồi tính toán và
ph ơng pháp thí nghiệm xác định này ch a phù hợp với đặc tính đàn hồi - nhớt
của vật liệu, ch a thể hiện đ ợc đặc điểm tác dụng của tải trọng khi xe chạy trên
đ ờng. Mặt khác, các giá trị mô đun đàn hồi đ ợc quy định có sự chênh lệch khá
lớn với các quy trình tính toán của n ớc ngoài, cho dù với cùng một ph ơng
pháp tính toán hệ nhiều lớp đàn hồi và cùng một loại thông số trạng thái giới hạn
tính toán, gây nên những khó khăn nhất định trong việc tham khảo hay so sánh
các ph ơng pháp thiết kế khác nhau, đặc biệt là ở các dự án yêu cầu mức độ hội
nhập nhất định.
Xuất phát từ tình hình đó, việc " Nghiên cứu về mô đun đàn hồi của bê tông
asphalt làm mặt đ ờng ô tô có xét đến đặc điểm tác dụng của tải trọng thực tế"
là vấn đề thực sự cần thiết.
Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu về mô đun đàn hồi của bê tông asphalt khi chịu tác dụng của tải
trọng lặp với thời gian và chu kỳ gia tải đ ợc xác định trên cơ sở dòng giao
thông thực tế trong điều kiện của Việt Nam.
Ph ơng pháp thực hiện
1. Nghiên cứu lý thuyết về đặc tính vật liệu, đặc điểm tải trọng tác dụng đối với
vật liệu bê tông asphalt làm mặt đ ờng ô tô. Từ đó, lựa chọn mô hình thí nghiệm
trong phòng, thiết lập và chế tạo thiết bị thí nghiệm, xây dựng ch ơng trình điều
khiển thiết bị theo các thông số thí nghiệm lựa chọn.
2. Tiến hành thí nghiệm trong phòng và thí nghiệm hiện tr ờng với cơ chế gia

tải phù hợp với đặc điểm tác dụng của tải trọng xe thực tế.
3. Trên cơ sở tổng hợp, phân tích kết quả thí nghiệm và các kết quả nghiên cứu
lý thuyết đ a ra các đánh giá định tính về mô đun đàn hồi của bê tông asphalt
khi có xét đến điều kiện chịu tải trọng thực tế ở Việt Nam, kiến nghị về khoảng
- 2 -
giá trị mô đun đàn hồi của bê tông asphalt làm thông số tính toán và h ớng phát
triển ph ơng pháp tính toán kết cấu mặt đ ờng xem xét đến đặc điểm tác dụng
thực tế của tải trọng xe chạy.
Những đóng góp mới của luận án
1. Xây dựng các thông số thí nghiệm thể hiện đặc điểm tác dụng lên lớp mặt
đ ờng ô tô của tải trọng xe chạy từ số liệu dòng giao thông trong điều kiện Việt
Nam bao gồm thời gian và chu kỳ tác dụng lực.
2. Chế tạo và lắp dựng thiết bị thí nghiệm có thiết bị gia tải xung, lặp, xây dựng
ch ơng trình điều khiển thiết bị thí nghiệm có thể mô phỏng đ ợc điều kiện chịu
tải trọng thực tế của bê tông asphalt làm mặt đ ờng ô tô trong điều kiện Việt
Nam.
3. Tiến hành thí nghiệm xác định mô đun đàn hồi trong phòng với tải trọng
xung, lặp :
- Xác định mô đun đàn hồi của các loại bê tông asphalt thông dụng trong các
điều kiện về nhiệt độ và tải trọng mô phỏng các tr ờng hợp chịu tải trọng thực tế.
- Khảo sát các mối quan hệ giữa mô đun đàn hồi và nhiệt độ, thời gian tác dụng
của tải trọng, độ lớn tải trọng tác dụng.
4. Tính thử dần xác định mô đun đàn hồi lớp của bê tông asphalt từ độ võng mặt
đ ờng đo đ ợc tại hiện tr ờng bằng thí nghiệm FWD.
- Xây dựng ph ơng pháp tính thử dần và áp dụng tính toán với số liệu đo độ võng
động trên tuyến đ ờng Láng - Hoà Lạc.
5. Đánh giá định tính về mô đun đàn hồi của bê tông asphalt làm thông số tính
toán kết cấu mặt đ ờng mềm khi xét đến tác dụng của tải trọng xe chạy thực tế.
Đ a ra khoảng giá trị của mô đun đàn hồi của bê tông asphalt khi xét đến điều
kiện tác dụng của tải trọng thực tế.

6. Đề xuất các h ớng phát triển trên cơ sở thiết bị thí nghiệm đ ợc thiết kế và
chế tạo, mở rộng nghiên cứu thông số của vật liệu mặt đ ờng.
Bố cục của luận án
Toàn bộ luận án bao gồm 119 trang thuyết minh, 6 phụ lục, 42 tài liệu tham
khảo, 45 bảng biểu, 63 hình vẽ gồm các ảnh chụp và đồ thị.
Phần thuyết minh
Mở đầu
Ch ơng I: Tổng quan về bê tông asphalt làm áo đ ờng ôtô và các đặc tr ng cơ
học cơ bản của bê tông asphatl
- 3 -
Ch ơng II: Nghiên cứu xác định mô đun đàn hồi trong phòng của bê tông asphalt
làm mặt đ ờng ôtô
Ch ơng III: Tính toán mô đun lớp vật liệu bê tông asphalt từ độ võng mặt đ ờng
đo đ ợc bằng thiết bị FWD
Kết luận, kiến nghị
Phần phụ lục
Phụ lục 1: Số liệu điều tra giao thông trên quốc lộ 1A
Phụ lục 2: Bản vẽ cơ cấu thiết bị thí nghiệm
Phụ lục 3: Các ch ơng trình điều khiển và sử lý số liệu thí nghiệm
Phụ lục 4: Các kết quả thí nghiệm
Phụ lục 5: Kết quả tính thử dần mô đun lớp của vật liệu bê tông asphalt từ độ
võng động mặt đ ờng
Phụ lục 6: Một số hình ảnh thí nghiệm.
Nội dung chính của luận án
Phần mở đầu
Phần mở đầu trình bày khái quát tình hình sử dụng vật liệu bê tông asphalt
làm mặt đ ờng ô tô ở Việt Nam, các ph ơng pháp thiết kế kết cấu mặt đ ờng
mềm, các xu h ớng nghiên cứu hiện nay về vật liệu bê tông asphalt làm mặt
đ ờng. Từ đó, đặt vấn đề nghiên cứu về " mô đun đàn hồi của vật liệu bê tông
asphalt làm mặt đ ờng ô tô xét đến điều kiện tải trọng tác dụng thực tế". Trong

phạm vi nghiên cứu, tác giả chỉ tập trung vào vấn đề mô đun đàn hồi của bê tông
asphalt, nghiên cứu thực nghiệm để đánh giá định tính về mô đun đàn hồi xét
đến điều kiện chịu tải trọng xe chạy thực tế. Kết luận ch ơng I khẳng định đặc
tính của vật liệu bê tông asphalt chịu ảnh h ởng của điều kiện chịu tải và muốn
nghiên cứu về mô đun đàn hồi của bê tông asphalt phải tìm cách mô hình hoá vật
liệu, điều kiện tải trọng xe chạy là thời gian và tần số tác dụng và điều kiện nhiệt
độ khi chịu tải trọng thực tế.
Ch ơng I: Tổng quan về bê tông asphalt làm áo đ ờng ôtô và các đặc tr ng
cơ học của bê tông asphatl
Ch ơng này gồm các nội dung chính:
1.1 Các thành phần vật liệu và tính chất cơ bản của bê tông asphalt
1.2 Các khái niệm về mô đun đàn hồi của bê tông asphalt và ph ơng pháp xác
định
- 4 -
1.3 Mô đun đàn hồi của bê tông asphalt làm đ ờng ôtô là một thông số quan
trọng trong tính toán thiết kế kết cấu áo đ ờng.
1.4 Vấn đề nghiên cứu và nội dung chính của luận án
Từ các nội dung trên, tác giả đặt vấn đề nghiên cứu và nêu rõ đ ợc sự cần
thiết phải nghiên cứu về "mô đun đàn hồi của bê tông asphalt làm lớp mặt đ ờng
ô tô xét đến điều kiện chịu tải trọng thực tế"
Bê tông asphalt là loại vật liệu đàn hồi - nhớt - dẻo, có tính chất từ biến và
đàn hồi chậm. Biến dạng của mặt đ ờng bê tông asphalt khi chịu tác dụng của tải
trọng phụ thuộc vào thời gian tác dụng của tải trọng và nhiệt độ thí nghiệm. Cơ
chế tác dụng của tải trọng xe chạy lên mặt đ ờng rất phức tạp, nh ng có một đặc
điểm cơ bản là tác dụng trong một khoảng thời gian rất ngắn và có tính chất lặp.
Giá trị mô đun đàn hồi tính toán của bê tông asphalt trong các tiêu chuẩn thiết kế
khác nhau sai khác nhau nhiều, đặc biệt là tiêu chuẩn thiết kế truyền thống của
Việt Nam và các tiêu chuẩn của các n ớc khác nh Trung Quốc, CHLB Nga ,
mặc dù cùng một lý thuyết tính toán là lý thuyết đàn hồi. Vấn đề xác định mô
đun đàn hồi của bê tông asphalt sử dụng thí nghiệm gia tải xung, lặp ở Việt Nam

còn mới mẻ. Các giá trị mô đun đàn hồi này với các mô hình khác nhau nh nén
dọc trục, ép chẻ, uốn, nén ba trục đều đã đ ợc công bố trong tài liệu nghiên cứu
của n ớc ngoài. Với mô hình ép chẻ tại nhiệt độ 20
0
C, thời gian tác dụng là 0.1
giây và tần số là 1 Hz đã đ ợc quy định các khoảng giá trị trong h ớng dẫn
AASHTO. Tuy nhiên các số liệu này ch a từng đ ợc kiểm chứng ở trong n ớc
do thiết bị thí nghiệm, phần mềm xử lý số liệu cũng nh là chi phí chuyển giao
công nghệ của các thiết bị này rất đắt. Chính vì vậy, việc nghiên cứu về mô đun
đàn hồi của bê tông asphalt xét đến đặc điểm tác dụng của tải trọng xe chạy thực
tế là cần thiết.
Ch ơng II : Mô đun đàn hồi trong phòng của bê tông asphalt làm mặt
đ ờng ôtô xét đến đặc điểm chịu tải trọng thực tế
Ch ơng này trình bày các cơ sở lựa chọn mô hình thí nghiệm và thiết lập
các thông số thí nghiệm dựa trên điều kiện chịu tải trọng thực tế của bê tông
asphalt làm lớp mặt đ ờng ô tô, chế tạo thiết bị thí nghiệm, xây dựng ch ơng
trình điều khiển thiết bị và xử lý số liệu, quá trình tiến hành thí nghiệm và kết
quả thí nghiệm mô đun đàn hồi trong phòng của vật liệu.
2.1 Cơ sở lựa chọn mô hình thí nghiệm
- 5 -
Mô hình thí nghiệm cần phải mô tả đ ợc đặc tính cơ bản của vật liệu, mô
phỏng gần với điều kiện chịu tải trọng thực tế, phù hợp với ph ơng pháp tính
toán, có khả năng thực hiện và có tính phổ biến, có thể sử dụng đ ợc với loại
mẫu thông dụng, dễ chế tạo hoặc dễ lấy từ hiện tr ờng.
2.2 Đề xuất áp dụng mô hình thí nghiệm xác định mô đun đàn hồi.
Mô hình thí nghiệm đề nghị: thí nghiệm kéo gián tiếp tải trọng lặp với mẫu
bê tông asphalt hình trụ chế tạo trong phòng và mẫu khoan mặt đ ờng.
Thời gian tác dụng của tải trọng xe chạy lên mặt đ ờng ngắn, đ ợc tính toán
từ chiều dài vệt tiếp xúc của bánh xe lên mặt đ ờng và tốc độ xe chạy. Chiều dài
vệt tiếp xúc của bánh xe đ ợc lấy bằng đ ờng kính t ơng đ ơng của vệt bánh và

tốc độ xe chạy đ ợc tổng hợp từ số liệu theo dõi giao thông trên tuyến quốc lộ1.
Chu kỳ tác dụng lực trung bình đ ợc tính bằng khoảng trống thời gian trung
bình giữa các xe trong dòng xe, là nghịch đảo của suất dòng xe và xác định từ
thời gian xe đi qua vị trí đếm tải trọng trục xe trong số liệu điều tra giao thông.
Nhiệt độ của lớp mặt đ ờng bê tông asphalt trong điều kiện thực tế của Việt
Nam đ ợc xác định trên cơ sở điều kiện khí hậu. Tác giả sử dụng công thức tính
toán nhiệt độ trong lớp mặt đ ờng bê tông asphalt từ nhiệt độ không khí và các
kết quả nghiên cứu thực nghiệm đo nhiệt độ mặt đ ờng đã tiến hành trong n ớc
để đ a ra các mức nhiệt độ thí nghiệm
Độ lớn của lực tác dụng đ ợc lấy theo số % c ờng độ phá hoại của mẫu, với
điều kiện là đảm bảo mẫu làm việc xem nh trong giai đoạn đàn hồi. Giá trị tải
trọng áp dụng cho thí nghiệm mô đun đàn hồi t ơng ứng với 5
0
C, 15
0
C, 20
0
C,
30
0
C, và 50/60
0
C là 15%, 9%, 7%, 5% và 2% của c ờng độ ép chẻ xác định ở
nhiệt độ 5
0
C.
Thí nghiệm xác định c ờng độ ép chẻ đ ợc tiến hành theo tiêu chuẩn T 283-
89, trên các mẫu chế tạo trong phòng và mẫu khoan hiện tr ờng. Mức tải trọng
tác dụng đ ợc tính toán dựa trên c ờng độ kéo gián tiếp thí nghiệm đ ợc.
Loại mẫu thí nghiệm bao gồm: mẫu chế tạo trong phòng là mẫu Marshall,

hình trụ, D x h = 101.6 mm x 63.5 mm, gồm các loại hỗn hợp hạt thô, hạt trung
và hạt mịn sử dụng cho các lớp mặt của kết cấu áo đ ờng ôtô; và mẫu khoan hiện
tr ờng gồm hạt trung và hạt thô, kích th ớc mẫu D x h = 100 mm x h phụ thuộc
vào chiều dày lớp rải trên mặt đ ờng.
Ngoài mục đích mô phỏng điều kiện chịu tải trọng thực tế, thí nghiệm trong
phòng còn tiến hành để khảo sát quan hệ giữa mô đun đàn hồi và các thông số
- 6 -
ảnh h ởng. Vì vậy, tổng hợp các đặc điểm của thiết bị và các thông số thí
nghiệm nh sau:
Thông số

Thiết bị và hình thức tiến hành

Thiết bị gia tải

Thiết bị gia tải có thể tác dụng một lực xung
-

Sử dụng
máy nén khí
Thiết bị đo chuyển vị

Thiết

bị điện tử đo chuyển vị theo chiều đứng đặt tiếp
xúc với tấm gia tải gồm hai đầu đo gắn hai bên
Nhiệt độ thí nghiệm

T1; T2; T3; T4; T5 t ơng ứng là 5
0

C; 15
0
C; 20
0
C; 30
0
C;
50
0
C.
Độ lớn lực

P
1
= (2.8
-
3.0) KN
-
nhiệt độ 5
0
C;

P
2
= (1.0 - 1.5) KN - nhiệt độ 15
0
C đến 30
0
C;
P

3
= (0.3 - 0.4) KN - nhiệt độ thí nghiệm 50
0
C
Mẫu khoan: P = 0.5 KN - nhiệt độ 20
0
C
Thời gian tác dụng
lực
M
1

: Thời gian gia tải 0.1s, chu kỳ 1s

M
2
: Thời gian gia tải 0.02 s, chu kỳ 1s
M
3
: Thời gian gia tải 0.02 s, chu kỳ 10s
M
4
: Thời gian gia tải 0.02 s, chu kỳ 30s
M
5
: Thời gian gia tải 0.05 s, chu kỳ 5s
Số lần tác dụng lực

120 lần

Tính toán mô đun
đàn hồi
Lấy gía trị trung bình của chuyển vị đàn hồi của 5 lần
gia tải sau khi chuyển vị đàn hồi ổn định
Hệ số Poisson

Lấy theo gi
ả thiết là 0.35

2.3 Thiết bị thí nghiệm đ ợc chế tạo và lắp dựng.
Thiết bị thí nghiệm bao gồm: bộ khung thiết bị (1), bộ khung gá mẫu (2), thiết bị
gia tải và điều khiển tải trọng lặp (3), thiết bị đo và ghi tải trọng (4), thiết bị đo
và ghi chuyển vị (5), buồng ổn nhiệt (6), máy tính với các ch ơng trình điều
khiển, thu nhận và xử lý số liệu.







1

5
6

2

3

4

- 7 -
2.4 Sơ đồ tổng thể và nguyên lý hoạt động của hệ thống thiết bị thí nghiệm
Máy vi tính : Có chức năng điều khiển hoạt động của PLC để đóng mở van khí
theo chu kỳ trong ch ơng trình lập sẵn thoả mãn các thông số thí nghiệm. Thu
nhận các số liệu về lực tác dụng và chuyển vị t ơng ứng, l u trữ số liệu, xử lý số
liệu nhờ ch ơng trình lập sẵn, cung cấp các bảng số liệu báo cáo và biểu đồ.
Bộ PLC : Điều khiển đóng mở van khí theo chu kỳ
Val : Đ a khí nén vào xi lanh làm cho piston dịch chuyển tạo tải trọng đ ợc
truyền qua tấm gia tải tác dụng lên mẫu.
Bộ khuyếch đại : Khuyếch đại tín hiệu đo lực và chuyển vị để đ a vào bộ
chuyển đổi.
Bộ chuyển đổi ADC : Chuyển đổi tín hiệu điện tử từ đầu đo sang tín hiệu số.








Nguyên lý hoạt động của hệ thống:
Máy tính điều khiển hoạt động của PLC theo ch ơng trình lập sẵn. Khi PLC hoạt
động sẽ đóng mở van khí theo chu kỳ xác định. Van khí mở đẩy piston hoạt
động tạo lực tác dụng lên mẫu.
Trị số lực tác dụng và chuyển vị t ơng ứng đ ợc theo dõi và đ a qua bộ khuyếch
đại vào bộ chuyển đổi ADC. Tín hiệu sau chuyển đổi là tín hiệu số đ ợc đ a vào
máy tính nhờ phần mềm lấy số liệu.
Ch ơng trình điều khiển, ghi nhận số liệu : Ch ơng trình điều khiển thiết bị và

ghi số liệu đ ợc thực hiện bằng ngôn ngữ Delphi






van
PLC
Khuyếch
đại
ADC
- 8 -

Ch ơng trình xử lý số liệu
Ch ơng trình xử lý số liệu bao gồm các b ớc: mở file số liệu số và chuyển đổi
các tín hiệu số về lại giá trị của tín hiệu điện tính bằng vôn của các đầu đo; ghi
vào file số liệu l u trữ ; mở file số liệu l u trữ và chuyển đổi số liệu thành giá trị
lực (kN) và biến dạng (mm) nhờ hệ số xác định trong quá trình hiệu chỉnh các
đầu đo. Ch ơng trình đ ợc viết bằng ngôn ngữ Pascan.
Sơ đồ khối ch ơng trình xử lý số liệu:







S
Đ

S
Đ
Đ
S
Đ
S
Đ
S
Đ
S
S
Đ
Begin
ESC
Thử
Điều khiển
mô đun thử
Mô đun 1
Mô đun 2
Mô đun 3
Mô đun 4
Mô đun5
Điều khiển, ghi
mô đun 1
Điều khiển, ghi
mô đun 2
Điều khiển, ghi
mô đun 3
Điều khiển, ghi
mô đun 4

Điều khiển, ghi
mô đun 5
END
- 9 -













2.5 Kế hoạch thí nghiệm
Kế hoạch thí nghiệm đ ợc thiết lập trên cơ sở các thông số thí nghiệm đại
diện cho các yếu tố ảnh h ởng đến giá trị mô đun đàn hồi và loại mẫu thí
nghiệm
Các công việc đ ợc tiến hành
- Chế tạo mẫu thí nghiệm theo quy trình chế tạo mẫu Marshall: Cấp phối hạt
của cốt liệu sử dụng thoả mãn các tiêu chuẩn áp dụng phổ biến hiện nay (tiêu
chuẩn ASTM 3515 và 22TCN-249-98). Hàm l ợng bitum 5.8% theo khối l ợng
cốt liệu với lớp trên và 5.4% với lớp d ới. Bi tum sử dụng loại bitum đặc Shell
60/70. Bột đá sử dụng là bột đá vôi thoả mãn các tiêu chuẩn kỹ thuật qui định.
- Thí nghiệm c ờng độ kéo gián tiếp.
+ Số mẫu chế tạo trong phòng: 4 loại hỗn hợp x 4
+ Số mẫu hiện tr ờng: 2 loại hỗn hợp x 3 mẫu

- Thí nghiệm mô đun đàn hồi với thiết bị thí nghiệm chế tạo. Thí nghiệm với
nhiệt độ thấp và thời gian gia tải ngắn tr ớc và với nhiệt độ cao và thời gian gia
tải dài sau.
+ Số mẫu chế tạo trong phòng: 4 loại x 5 mẫu
+ Số mẫu hiện tr ờng: 2 loại hỗn hợp x 9 mẫu

S
S
Đ Đ
S
Đ
Begin
Mở file số liệu tín hiệu điện
- ma trận A(i,j)
B(i,j) = A(i,j) * k
Menu
Vẽ đồ thị
Vẽ đồ thị
Báo cáo
- Xử lý số liệu
- Vẽ đồ thị
Thoát
END
- 10 -

2.6 Kết quả thí nghiệm
Công thức tính toán đề nghị
txV
P59.3
R

M =

với M
R
: Mô đun đàn hồi (MPa)
P: tải trọng tác dụng (N)
t: chiều cao mẫu (mm)
V: biến dạng của mẫu theo đ ờng kính đứng (mm)
Công thức này đ ợc rút ra từ các công thức tính mô đun đàn hồi theo biến dạng
ngang của mẫu và hệ số Poisson tính theo biến dạng ngang và biến dạng đứng, là
kết quả của bài toán phẳng, ép chẻ mẫu hình trụ, và cũng đ ợc chứng minh là
công thức gần đúng khi tính trực tiếp theo biến dạng mẫu theo đ ờng kính đứng
dọc với hệ số Poisson lấy bằng 0.35.
Giá trị mô đun đàn hồi thí nghiệm (MPa) trong các điều kiện thí nghiệm
Loại mẫu

Chu
kỳ
tải

5 độ C

15 độ C

20 độ C

30 độ C

50 độ C

Tức
thời

Tổng

Tức
thời

Tổng

Tức
thời

Tổng

Tức
thời

Tổng

Tức
thời

Tổn
g


Hỗn hợp
mịn - lớp
trên -

5.8%
bitum

M1

3,217

3,059

1,830

1,745

1,886

1,754

1,437

1,320

654

642

M2

3,941

3,915

5,917

5,466

5,765

5,742

2,722

2,662

681

681

M3

3,198

3,165

3,609

3,609

2,689

2,630

2,327

2,329



M4

3,483

3,488

2,274

2,211

4,292

4,25
9

2,060

2,060



M5

2,805

2,778

3,524

3,157

2,557

2,479

1,581

1,546




Hỗn hợp
trung -
lớp trên -
5.8%
bitum

M1

2,498

2,399

2,762

2,574

3,217

3,048

1,942

1,728

666

659

M2

3,764

3,666

3,261

3,252

3,126

3,056

2,990

2,904

1,458

1,437

M3

3,193

3,180

3,8
19

3,805

2,881

2,862

3,100

3,063

M4

2,650

2,623

2,072

2,082

4,747

4,446

3,358

3,327



M5

2,375

2,240

3,292

3,157

2,759

2,769

2,107

2,059



T1
M1 - M5
T2
M1 - M5
T3
M1 - M5
T4
M1 - M5
T5
M1 - M5
Mô đun đàn hồi của các loại hỗn hợp thí nghiệm
T ơng tự tiến hành với 5 mức nhiệt độ và
5 chu kỳ gia tải
Hỗn hợp hạt thô -
làm lớp d ới
Hỗn hợp hạt trung -
làm lớp trên
Hỗn hợp hạt trung -
làm lớp d ới
Hỗn hợp hạt mịn -

làm lớp trên
Sơ đồ kế hoạch thí nghiệm với
mẫu trong phòng
- 11 -

Hỗn hợp
trung -
lớp d ới -

5.4%
bitum

M1

2,685

2,486

2,634

2,458

2,457

2,319

1,488

1,332

457

457

M2

4,252

4,170

3,909

3,722

3,390

3,255

3,036

3,011

1,284

1,284

M3

3,556

3,493

3,518

3,518

3,908

3,794

3,843

3,751



M4

3,185

3,171

3,566

3,463

3,814

3,930

2,576

2,683



M5

2,653

2,621

3,178

3,122

3,005

2,976

1,843

1,789

846

846

Hỗn hợp
thô - lớp

d ới -
5.4%
bitum
M1

2,727

2,601

1,838

1,725

2,355

2,280

1,639

1,508



M2

3,277

3,349

4,109

3,930

2,808

2,789

2,731

2,707

682

675

M3

3,226

3,162

3,119

3,050

3,115

3,115

3,556

3,442

837

831

M4

3,545

3,539

2,394

2,390

4,160

4,217

3,177

3,177

531

528

M5

3,065

2,9
97

2,679

2,674

2,416

2,388

2,197

2,119

543

540

Kết quả thí nghiệm khảo sát mô đun đàn hồi thay đổi theo nhiệt độ
Điều
kiện thí
nghiệm

Nhiệt
độ
(

0
C)

Hỗn hợp mịn
-

lớp
trên - 5.8% bitum

Hỗn hợp trung
-

lớp
trên - 5.8% bitum

Hỗn hợp trung
-

lớp
d ới - 5.4% bitum

Hỗn hợp thô
-

lớp
d ới - 5.4% bitum

Tức thời

Tổng

Tức thời

Tổng

Tức thời

Tổng

Tức thời

Tổng


Mô đun
1 - Lực
trung
bình:
(0.3-
0.4)KN

5

3,302

3,014

3,391

3,238

3,100

3,100

2,789

2,789

15

2,124

2,035

2,965

2,965

2,526

2,420

2,039

2,024

20

2

,098

1,998

2,316

2,276

1,820

1,754

2,005

1,962

30

2,271

2,148

1,790

1,734

1,922

1,782

2,233

2,113

50

562

545

687

659

657

642

795

770

60

467

465

521

515

491

487



Quan hệ giữa mô đun đàn hồi tức thời ( đồ thị trái) và mô đun đàn hồi tổng (đồ
thị phải) và nhiệt độ theo hàm số mũ theo chiều lần l ợt từ trên xuống trong đồ
thị t ơng ứng là các loại hỗn hợp hạt mịn - lớp trên; hạt trung làm lớp trên; hạt
trung làm lớp d ới và hạt thô làm lớp d ới.





Quan hệ giữa mô đun đàn hồi với thời gian gia tải và thời gian chu kỳ


Kết quả thí nghiệm mô đun đàn hồi với lực tác dụng
Quan hệ giữa mô đun đàn hồi với thời gian tác dụng lực (đồ thị trái) và mô đun
đàn hồi với chu kỳ tác dụng lực (đồ thị phải)






y = 4577e

-0.0365x
R
2
= 0.9775
y = 3923.9e
-0.0345x
R
2
= 0.9688
y = 3356.2e
-0.0264x
R
2
= 0.8472
y = 4002.1e
-0.0357x
R
2
= 0.9121
-
500
1,000
1,500
2,000
2,500
3,000
3,500
4,000
4,500
0 20 40 60 80

Nhiệt độ (độ C)
Mô đun đàn hồi (MPa)
y = 4339.1e
-0.0369x
R
2
= 0.9148
y = 4700.6e
-0.0366x
R
2
= 0.982
y = 4063.2e
-0.0346x
R
2
= 0.9583
y = 3365.2e
-0.0255x
R
2
= 0.8157
-
500
1,000
1,500
2,000
2,500
3,000
3,500

4,000
4,500
0 10 20 30 40 50 60 70
Nhiệt độ (độ C)
Mô đun đàn hồi (MPa)
- 12 -














Mô đun đàn hồi thí nghiệm với các độ lớn lực khác nhau ở cùng một điều kiện
nhiệt độ (20
0
C) và M1 (tần số 1 Hz; thời gian tác dụng lực 0.1 s)
Loại hỗn hợp

Tổ hợp lực

Lực (N)

Mô đun tức
thời (MPa)
Mô đun tổng
(MPa)
Hỗn hợp hạt
trung - lớp
d ới
T
1


326

3612

3010

T
2

1386

2477

2327

T
3

3020

2
390

2145

Hỗn hợp mịn
-

lớp trên
T
1


440

3513

3074

T
2

1541

2871

2610

T

3

3031

2353

2200

Quan hệ giữa mô đun đàn hồi và độ lớn lực tác dụng, hỗn hợp hạt trung, lớp d ới
(đồ thị trái); hỗn hợp hạt mịn, lớp trên (đồ thị phải)






Kết quả thí nghiệm mô đun đàn hồi của mẫu khoan mặt đ ờng
Loại mẫu

Mô đun đàn hồi
tức thời (MPa)
Mô đun đàn hồi
tổng (MPa)
Hỗn hợp hạt trung
-

lớp trên

1559

1526

Hỗn hợp hạt thô
-

lớp d ới

1583

1571

2.7 Kết luận ch ơng 2
1. Thiết bị thí nghiệm chế tạo làm việc ổn định, thời gian thí nghiệm ngắn, kết
quả thí nghiệm t ơng đối tập trung và gần với các kết quả thí nghiệm sử dụng
mô hình thí nghiệm t ơng tự đã công bố của n ớc ngoài.
Mô đun đàn hồi - thời gian tác dụng lực
y = 1084.2x
-0.3014
R
2
= 0.4213
-
1,000
2,000
3,000
4,000
5,000
6,000
7,000
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12

Thời gian tác dụng lực (s)
Mô đun đàn hồi (MPa)
Mô đun đàn hồi - Thời gian chu kỳ
y = 3506.1x
-0.0366
R
2
= 0.0591
-
1,000.00
2,000.00
3,000.00
4,000.00
5,000.00
6,000.00
7,000.00
0 5 10 15 20 25 30 35
Thời gian chu kỳ (s)
Mô đun đàn hồi (MPa)
y = -578.68Ln(x) + 6883.8
R
2
= 0.9192
y = -399.17Ln(x) + 5292.7
R
2
= 0.9773
1000
1500
2000

2500
3000
3500
4000
0 1000 2000 3000 4000
Mức tải trọng (N)
Mô đun đàn hồi MR (MPa)
Log. (Mô đun đàn hồi
tức thời)
Log. (Mô đun đàn hồi
tổng)
y = -590.05Ln(x) + 7129.8
R
2
= 0.9881
y = -442.45Ln(x) + 5790.6
R
2
= 0.9819
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
0 1000 2000 3000 4000
Mức tải trọng (N)
Mô đun đàn hồi MR (MPa)
Log. (Mô đun đàn hồi

tức thời)
Log. (Mô đun đàn hồi
tổng)
- 13 -
2. Mô hình thí nghiệm kéo gián tiếp tải trọng lặp của thiết bị chế tạo có thể mô
phỏng gần hơn với điều kiện làm việc của bê tông asphalt d ới tác dụng của tải
trọng bánh xe ôtô chạy trên đ ờng.
3. Mô đun đàn hồi thí nghiệm ở điều kiện t ơng ứng với điều kiện để xác định
thông số mô đun đàn hồi của bê tông asphalt theo h ớng dẫn AASHTO đều nằm
trong phạm vi quy định cho hỗn hợp bê tông asphalt chất l ợng tốt.
4. Kết quả thí nghiệm với các hỗn hợp bê tông asphalt khác nhau và các chế độ
nhiệt độ và gia tải khác nhau cho thấy loại bê tông asphalt, cụ thể là thành phần,
kích cỡ cốt liệu và hàm l ợng bitum cũng có ảnh h ởng nhất định đến giá trị mô
đun đàn hồi xác định bằng thí nghiệm kéo gián tiếp tải trọng lặp, nh ng quy luật
ch a rõ ràng.
5. Với mẫu khoan mặt đ ờng (sau thời gian khai thác 5 năm), mô đun đàn hồi
nhỏ hơn so với mẫu chế tạo trong phòng. Mô đun đàn hồi xác định bằng nén dọc
trục tải trọng lặp có giá trị cao hơn nhiều so với mô đun đàn hồi xác định bằng
thí nghiệm nén dọc trục tải trọng tĩnh (bằng khoảng từ 5 - 7 lần).
6. Quan hệ giữa mô đun đàn hồi và nhiệt độ có dạng ph ơng trình hàm số mũ
t ơng đối chặt chẽ, và gần giống nhau với các loại hỗn hợp khác nhau. Ví dụ là
T
R
eM
0365.0
4577

=
với 9775.0
2

=R cho hỗn hợp hạt trung làm lớp trên.
5. Nếu lấy mô đun đàn hồi để kiểm toán kết cấu áo đ ờng theo khoảng giá trị
thí nghiệm đ ợc với mô hình kéo gián tiếp tải trọng lặp, thì sẽ phù hợp với bản
chất thực tế của bê tông asphalt, là vật liệu tốt có giá thành cao hơn so với các
vật liệu làm móng và nền đ ờng. Tuy nhiên, kết quả nghiên cứu b ớc đầu này
chỉ mang tính chất định tính. Việc sử dụng mô đun đàn hồi là bao nhiêu để kiểm
toán c ờng độ áo đ ờng mềm theo trạng thái giới hạn nào khi sử dụng ph ơng
pháp tính toán theo lý thuyết đàn hồi sẽ cần các nghiên cứu thêm cả thông số
trạng thái giới hạn và mô hình thí nghiệm với mỗi loại vật liệu mặt đ ờng.
6. Các kết quả mô đun đàn hồi có từ thực nghiệm với các loại bê tông asphalt
thông dụng này t ơng đối thống nhất với các giá trị đ ợc đề nghị sử dụng trong
tiêu chuẩn thiết kế áo đ ờng mềm 22TCN-274-01.
7. Một số nhận xét về mối quan hệ giữa mô đun đàn hồi và các yếu tố ảnh
h ởng nh sau:
- Mô đun đàn hồi giảm khi nhiệt độ thí nghiệm tăng. Mối quan hệ này theo
hàm số mũ và rất chặt chẽ với hệ số xác định R
2
cao.
- 14 -
- Mô đun đàn hồi giảm khi độ lớn lực tác dụng tăng. Mối quan hệ này theo
hàm logarit và chặt chẽ.
- Khi thời gian tác dụng lực tăng thì mô đun đàn hồi giảm.
8. Các mẫu thí nghiệm th ờng bị phá hoại khi tiến hành thí nghiệm ở nhiệt độ
50
0
C và 60
0
C. Do vậy không nên thực hiện ở nhiệt độ lớn hơn 40
0
C.

Ch ơng III: Tính toán mô đun lớp vật liệu bê tông asphalt từ độ võng mặt
đ ờng đo bằng thiết bị FWD
Ch ơng này trình bày về ph ơng pháp tính thử dần để xác định mô đun đàn hồi
lớp của bê tông asphalt từ số liệu đo độ võng động mặt đ ờng sử dụng thiết bị
FWD, để so sánh đối chứng với kết quả thí nghiệm trong phòng.
3.1 Thiết bị thí nghiệm FWD
Thiết bị sử dụng là bộ thiết bị FWD 8000 của Viện khoa học Công nghệ Giao
thông vận tải.









3.2 Tuyến đ ờng đ ợc lựa chọn thí nghiệm là đ ờng Láng Hoà Lạc, đoạn từ
Km 28 - Km 29.
Các công việc chính đ ợc tiến hành ở hiện tr ờng là đo độ võng động mặt
đ ờng và khoan mẫu.
Đoạn tuyến thí nghiệm có kết cấu theo thiết kế:
- Lớp mặt bê tông asphalt, hỗn hợp hạt trung; 5 cm
- Lớp mặt bê tông asphalt, hỗn hợp hạt thô; 7 cm
- Lớp móng trên cấp phối đá dăm loại 1; 20 cm
- Lớp móng d ới cấp phối đá dăm loại 2; 30 cm
- Nền đ ờng cấp phối sỏi đồi, đầm nén K = 0.98; tiêu chuẩn đầm nén cải tiến.
Tình trạng mặt đ ờng tốt theo quan sát bằng mắt ch a xuất hiện bất kỳ
dạng h hỏng nào trên bề mặt. Độ bằng phẳng và độ nhám mặt đ ờng tốt.
- 15 -

3.3 Kết quả đo độ võng động mặt đ ờng
Kết quả đo độ võng động mặt đ ờng tại các điểm đo đ ợc sử lý và tự động
đ a vào các file số liệu và các biểu đồ l u trữ trong máy tính kèm theo thiết bị.
Tổng hợp lực và độ võng đo đ ợc tại các điểm
Điểm đo

Lý trình

Số
liệu thí nghiệm

á
p lực
(kPa)

Độ võng thực đo (
à
m) cách tâm gia tải
0 (m)

0.3 (m)

0.6 (m)

0.9 (m)

1.2 (m)

1.5 (m)

1.8 (m)

Điểm 1

Km29+100

605

386

215

92

46

30

24

19

Điểm 2

Km29+200

606

452

297

158

84

50

35

26

Điểm 3

Km29+250

602

379

231

111

58

36

25

21

Điểm 4

Km29+150

604

305

175

73

32

16

11

10

Điểm 5

Km29+050

605

281

153

61

26

15

12

10

Điểm 6

Km28+950

602

379

208

94

53

36

28

23

Điểm 7

Km28+850

603

347

207

93

47

30

23

18

Điểm 8

Km28+750

606

328

162

62

33

22

16

12

Điểm 9

Km28+700

604

298

173

79

45

30

22

16

Điểm 10

Km28+800

608

276

138

44

18

12

10

7

Điểm 11

Km28+900

600

385

240

115

59

38

29

23

Điểm 12

Km29+00

603

281

161

72

35

22

17

14

3.4 Tính toán xác định mô đun đàn hồi lớp bê tông asphalt từ độ võng động mặt
đ ờng đo bằng thiết bị FWD
Nguyên lý tính toán của ph ơng pháp thử dần: Cho các bộ giá trị mô đun
lớp khác nhau, thay đổi trong một phạm vi đã đ ợc xác định tr ớc. Sử dụng phần
mềm BISAR tính toán ra các giá trị độ võng tại các vị trí t ơng ứng với các vị trí
đo độ võng trên hiện tr ờng. Bộ giá trị mô đun lớp cho sai số nhỏ nhất giữa độ
võng tính toán đ ợc với các độ võng thực đo là giá trị mô đun lớp cần tìm.
Lần 1: Tìm khoảng giá trị mô đun lớp cho đ ờng cong chậu võng tính toán
nằm gần nhất với đ ờng cong chậu võng thực đo. Ch ơng trình tính lặp lần 1
đ ợc lập bằng ngôn ngữ Pascan.
Lần 2: Cho mô đun lớp thay đổi trong khoảng đã xác định lần 1 với số gia
nhỏ hơn, tìm bộ giá trị độ võng tính toán sai khác nhỏ nhất với độ võng thực đo.
Ch ơng trình tính lặp lần 2 đ ợc chạy sử dụng các hàm trong Excel.
Các loại sai số xem xét
Sai số tuyệt đối trung bình (trung bình cho 7 giá trị của một bộ độ võng)
- 16 -

=
7
1
j
m
j
c
dd
7
1

- Sai số t ơng đối trung bình


=
7
1
j
m
j
m
j
c
d
dd
7
1

Sai số t ơng đối bình ph ơng trung bình










=
7

1
2
j
m
j
m
j
c
d
dd
7
1

trong đó:
j
c
d
là độ võng tính toán bằng ch ơng trình BISAR tại điểm thứ j

j
m
d
là độ võng thực đo bằng thiết bị FWD tại điểm thứ j
3.5 Kết quả tính toán
Tính toán đ ợc thực hiện theo 3 b ớc:
B ớc 1: Quy kết cấu nền mặt đ ờng về hệ 3 lớp, với các bộ số liệu mô đun lớp
đ a vào tính toán độ võng đ ợc lấy nhỏ nhất là bằng mô đun đàn hồi tĩnh (kết
quả nghiên cứu trong n ớc) và lớn nhất là mô đun đàn hồi động (kết quả nghiên
cứu của n ớc ngoài) đã có. Chiều dày lớp bê tông asphalt lấy theo chiều cao mẫu
khoan thực tế, chiều dày móng đ ờng lấy bằng 50cm.

Giá trị nhỏ nhất của mô đun lớp:
+ Bê tông asphalt: 500 MPa;
+ Cấp phối đá dăm: 150 MPa;
+ Đất nền: 40 MPa.
Giá trị lớn nhất của mô đun lớp:
+ Mô đun lớp của bê tông asphalt: 5400 MPa theo kết quả mô đun đàn hồi
động
+ Mô đun lớp của cấp phối đá dăm: 550 MPa;
+ Đất nền bằng cấp phối sỏi đồi: 440 MPa;
Gia số mô đun lớp:
+ Bê tông asphalt: 700 MPa
+ Cấp phối đá dăm: 100 MPa
+ Đất nền: 50 MPa
Kết quả tính toán b ớc 1 các khoảng giá trị mô đun lớp của hệ 3 lớp cho
đ ờng cong chậu võng tính toán gần nhất với đ ờng cong chậu võng thực đo.
- 17 -
+ Bê tông asphalt: (1000-3500) MPa
+ Cấp phối đá dăm: (200 - 300) MPa
+ Đất nền: 50 MPa: (140-750) MPa
B ớc 2: Quy kết cấu nền mặt đ ờng về hệ 2 lớp, với các bộ số liệu mô đun lớp
đ a vào tính toán độ võng đ ợc lấy theo kết quả b ớc 1. Mô đun lớp nền đ ợc
lấy trong khoảng giá trị nhỏ nhất và lớn nhất của mô đun lớp móng và lớp đất
nền. Chiều dày lớp bê tông asphalt lấy theo chiều cao mẫu khoan.
Khoảng thay đổi của mô đun lớp: + Bê tông asphalt: (1000-3500) MPa;
+ Nền: (140 - 750) MPa
Gia số mô đun lớp: + Bê tông asphalt: 250 MPa
+ Nền: 150 MPa
Kết quả tính toán b ớc 2 các khoảng giá trị mô đun lớp của hệ 2 lớp cho
đ ờng cong chậu võng tính toán gần nhất với đ ờng cong chậu võng thực đo.
Các khoảng giá trị này đ ợc xác định cho mỗi điểm trong 12 điểm đo

Kết quả tính toán b ớc 2
Điểm đo
Khoảng
xác
định
(%)
Khoảng giá trị mô đun lớp cho sai số nhỏ nhất (MPa)

Bê tông asphalt

Nền chung

Cận d ới Cận trên Cận d ới Cận trên
Điểm 1


40
1250

3000

200

300

Điểm 2


60
1000

3000

150

300

Điểm 3


40
2250

3000

200

300

Điểm 4


60
1000

3000

300

600

Điểm 5


50
1250

3000

300

500

Điểm 6


40
1500

3000

200

300

Điểm 7


40
2000

3000

200

400

Điểm 8


50
1000

2500

300

500

Điểm 9


40
2250

3000

200

400

Điểm 10


59
1000

2000

300

600

Điểm 11


50
1000

3000

200

300

Điểm 12


50
1000

2500

300

450

B ớc 3: Quy kết cấu nền mặt đ ờng về hệ 2 lớp, với các bộ số liệu mô đun lớp
đ a vào tính toán độ võng đ ợc lấy cho từng điểm theo bảng kết quả trên. Chiều
dày lớp bê tông asphalt lấy theo chiều cao mẫu khoan.
Kết quả mô đun đàn hồi lớp của bê tông asphalt sau b ớc thực hiện thứ 3:
- 18 -
Điểm đo

Lý trình
Mô đun lớp theo ứng với các giá trị sai số
SSTĐNN SSTGĐNN SSTGĐBPNN

1 Km29+100

2500 1300 1500
2 Km29+200

3000 2200 2700
3 Km29+250

2250 2300 3000
4 Km29+150

2800 1000 1000

5 Km29+050

2600 1250 1250
6 Km28+950

2500 2500 3000
7 Km28+850

3000 2000 2400
8 Km28+750

2300 1000 1000
9 Km28+700

2800 2800 2250
10 Km28+800

1200 1000 1000
11 Km28+900

2600 1400 1500
12 Km29+00 2500 1000 1400
Trung bình
2504 1646 1833
- SSTĐNN: Sai số tuyệt đối nhỏ nhất
- SSTGĐNN: Sai số t ơng đối nhỏ nhất
- SSTGĐBPNN: Sai số t ơng đối bình ph ơng nhỏ nhất
Ví dụ về số liệu độ võng thực đo và các độ võng tính toán ứng với sai số nhỏ
nhất đối với điểm đo 1
Vị trí điểm đo độ võng (m)

0

0.3

0.6

0.9

1.2

1.5

1.8

Giá trị độ võng thực đo

386

215

92

46

30

24

19

Độ võng với SSTĐNN

385.90

173.30

80.36

52.32

39.23

31.43

26.24

Độ v
õng với SSTGĐNN

384.20

142.70

66.59

44.02

33.01

26.43

22.04

Độ võng với SSTGĐBPNN

372.80

143.10

66.58

43.95

32.97

26.39

22.02

So sánh các kết quả tính mô đun lớp của bê tông asphalt và các đồ thị đ ờng
cong độ võng thực đo và tính toán với cả ba loại sai số, thấy rằng đ ờng cong độ
võng tính toán theo lý thuyết cho sai số tuyệt đối trung bình nhỏ nhất gần nhất
với đ ờng cong độ võng thực đo (trừ điểm số 2 là đ ờng cong độ võng cho sai số
Điểm đo 1
0
50
100
150
200

250
300
350
400
450
0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8
Vị trí đo (m)
Độ võng (
à
m)
Chậu võng thực đo
Chậu võng tính toán theo sai so tuong doi min
Điểm đo 1
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8
Vị trí đo (m)
Độ võng (
à
m)
Chậu võng thực đo
Chậu võng tính toán theo sai số tuyệt đối min

Điểm đo 1
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8
Vị trí đo (m)
Độ võng (
à
m)
Chậu võng thực đo
Chậu võng tính toán theo SS t ơng đối BP min
- 19 -
t ơng đối nhỏ nhất - ứng với mô đun lớp bê tông asphalt là 2200). Giá trị trung
bình các mô đun lớp tính tại 12 vị trí của bê tông asphalt, do vậy là 2438 MPa.
3.5 Kết luận ch ơng 3
1. Đ ờng cong chậu võng thực đo phụ thuộc vào mô đun đàn hồi của lớp mặt bê
tông asphalt, của các lớp móng, của nền, phụ thuộc vào sự t ơng tác giữa các
lớp, vào loại và c ờng độ tải trọng, thời gian tác dụng của tải trọng, và điều
kiện môi tr ờng. Dụng cụ thí nghiệm FWD đã cố định tải trọng, thời gian tác
dụng của tải trọng, loại hình tải trọng tác dụng. Sự t ơng tác giữa các lớp
đ ợc công nhận theo giả thiết là dính hoàn toàn để các lớp làm việc đồng
thời. Nhiệt độ mặt đ ờng đo tại thời điểm tiến hành thí nghiệm. Nh vậy, độ
võng chỉ còn phụ thuộc vào các mô đun lớp của vật liệu. Khi tính thử dần,

phải dùng các giá trị mô đun đàn hồi của lớp mặt, lớp móng và lớp nền khác
nhau sao cho đ ờng cong độ võng thực đo với đ ờng cong độ võng giải theo
lý thuyết phụ thuộc h
i
, E
i
, à
i
của các lớp gần với nhau nhất. Đây là một bài
toán tính lặp với các mô đun của các lớp nền, móng và mặt đ ờng khác nhau.
2. Kết quả tính toán cho giá trị mô đun lớp trung bình của bê tông asphalt là
2438 MPa. Giá trị này t ơng đối gần (cùng ở phạm vi giá trị thể hiện loại bê
tông asphalt chất l ợng tốt theo h ớng dẫn thiết kế của AASHTO) so với các
giá trị mô đun đàn hồi thí nghiệm đ ợc bằng ph ơng pháp kéo gián tiếp tải
trọng lặp trong phòng thí nghiệm.
3. Các nhận xét:
- Tất cả các mô đun đàn hồi lớp của bê tông asphalt tính đ ợc tại 12 điểm
đều phải có giá trị cao (hơn hẳn lớp móng và nền đ ờng), mới có khả
năng cho đ ờng cong độ võng tính toán theo lý thuyết phù hợp với đ ờng
cong độ võng thực đo trên đ ờng bằng thiết bị FWD.
- Nếu chọn sai số tuyệt đối trung bình sẽ tìm ra đ ờng cong độ võng có
các độ võng tính toán theo lý thuyết tại và lân cận tâm gia tải sai khác ít
nhất với độ võng thực đo, và với sai số t ơng đối thì ng ợc lại. Vì vậy,
nếu tính lặp với mục đích xác định mô đun lớp nền đ ờng, thì nên sử
dụng sai số t ơng đối hoặc sai số t ơng đối bình ph ơng, còn với mô đun
lớp mặt và móng đ ờng thì nên sử dụng sai số tuyệt đối nhỏ nhất giữa độ
võng tính toán và độ võng thực đo làm cơ sở cho phép thử dần.
Kết luận - kiến nghị
Các kết quả nghiên cứu chính
- 20 -

1. Lựa chọn mô hình thí nghiệm trong phòng - thiết lập thông số thí nghiệm trên
cơ sở đặc điểm tải trọng xe chạy thực tế, lắp dựng thiết bị thí nghiệm và xây
dựng các ch ơng trình điều khiển hoạt động của thiết bị.
2. Kết quả thí nghiệm mô đun đàn hồi trong phòng của bê tông aphalt sử dụng
mô hình thí nghiệm và thiết bị thí nghiệm thiết lập.
a. Kết quả thí nghiệm mô đun đàn hồi các loại hỗn hợp bê tông asphalt tại
điều kiện nhiệt độ 20
0
C, thời gian tác dụng của tải trọng là 0.1 giây và thời
gian chu kỳ là 1 giây (điều kiện thí nghiệm theo h ớng dẫn AASHTO - từ
đây đ ợc gọi là điều kiện chuẩn.
Loại hỗn hợp

Mô đun đàn hồi (MPa)

Mẫu chế tạo trong
phòng thí nghiệm


Hỗn hợp hạt mịn
-

lớp trên

1,754

Hỗn hợp hạt trung
-

lớp trên

3,048

Hỗn hợp hạt trung
-

lớp d ới

2,319

Hỗn hợp thô
-

lớp d ới

2,280

Mẫu khoan hiện
tr ờng
Hỗn hợp hạt trung
-

lớp trên

1,526

Hỗn hợp thô
-

lớp d ới

1,571

b. Mô đun đàn hồi theo điều kiện khai thác thực tế phổ biến trên các quốc lộ
của Việt Nam với nhiệt độ 300C và thời gian tác dụng của tải trọng là 0.02
giây, ứng với tốc độ xe chạy khoảng 50 km/h
Ph ơng pháp

Loại hỗn hợp

Mô đun đàn hồi (MPa)

Xác định mô
đun đàn
hồi trong phòng bằng
thí nghiệm ép chẻ tải
trọng xung lặp
Hỗn hợp hạt mịn
-

lớp trên


2,662

Hỗn hợp hạt trung
-

lớp trên

2,904

Hỗn hợp hạt trung
-

lớp d ới


3,011

Hỗn hợp thô
-

lớp d ới


2,707

c. Trong các tuyến đ ờng trong đô thị của Việt Nam, với nhiệt độ 30
0
C và thời
gian tác dụng của tải trọng là 0.05 giây, ứng với tác dụng của tải trọng xe
chạy với tốc độ khoảng 20 km/h và thời gian chu kỳ là 5 giây
Loại hỗn hợp

Mô đun đàn hồi (MPa)

Mẫu chế tạo trong
phòng thí nghiệm

Hỗn hợp hạ
t mịn
-

lớp trên


1,546

Hỗn hợp hạt trung
-

lớp trên


2,059

Hỗn hợp hạt trung
-

lớp d ới


1,790

Hỗn hợp thô
-

lớp d ới


2,119

d. Tại các vị trí đỗ xe nh bến, bãi đỗ xe, hoặc các vị trí gần các nút giao cắt,
các trạm thu phí, có thể lấy theo các giá trị thí nghiệm nén dọc trục tải trọng
- 21 -
tĩnh cho mẫu hình trụ kích th ớc Dxh = 100mm x 100 mm tại nhiệt độ
30
0
C, nh các giá trị hiện đang sử dụng trong tiêu chuẩn 22TCN-211-93.
e. Các đồ thị thể hiện quan hệ giữa mô đun đàn hồi thí nghiệm và nhiệt độ cho
thấy mô đun đàn hồi (M
R
) giảm theo quan hệ hàm số mũ
bT
R
eaM

= *
khi
nhiệt độ (T) tăng. Mối quan hệ này có hệ số xác định R
2
t ơng đối cao. Với
các loại hỗn hợp bê tông asphalt khác nhau thì mối quan hệ này không khác
nhau nhiều, các hệ số a và b trong ph ơng trình quan hệ và hệ số xác định
cũng gần giống nhau.
f. Mô đun đàn hồi (M
R

) giảm khi thời gian tác dụng (t) của tải trọng tăng. Mối
quan hệ này có dạng hàm số mũ
b
R
taM *=
nh ng hệ số xác định thấp (R
2

= 0.42).
g. Các đồ thị thể hiện quan hệ giữa mô đun đàn hồi thí nghiệm và độ lớn lực
tác dụng cho thấy mô đun đàn hồi (M
R
) giảm theo quan hệ hàm số logarit
bPaM
R
+
=
)(ln*
với hệ số xác định cao (R
2
= 0.98), khi lực tác dụng tăng.
3. Tính toán mô đun lớp của bê tông asphalt từ độ võng động của mặt đ ờng đo
trên tuyến Láng - Hoà Lạc, nhiệt độ mặt đ ờng khi đo độ võng là 29
0
C, cho giá
trị trung bình của 12 điểm đo là 2438 MPa (thay đổi trong khoảng 1200 MPa
đến 3000 MPa)
Nhận xét từ kết quả nghiên cứu
1. Với thiết bị điều khiển lực xung lặp, có thể mô phỏng đ ợc đặc điểm tải trọng
xe chạy tác dụng lên mặt đ ờng nh thời gian và chu kỳ tác dụng của tải trọng.

2. Mô hình thí nghiệm ép chẻ tải trọng xung lặp là mô hình có khả năng sử dụng
đ ợc để xác định mô đun đàn hồi của vật liệu bê tông asphalt dùng cho tính toán
kết cấu áo đ ờng mềm do phù hợp hơn với đặc tính chịu tải trọng thực tế của vật
liệu bê tông asphalt làm lớp mặt đ ờng ôtô so với nén dọc trục tải trọng tĩnh và
dễ thực hiện hơn nhiều so thí nghiệm nén ba trục hay uốn mẫu hình dầm tải
trọng lặp.
3. Thiết bị thí nghiệm đ ợc thiết kế và chế tạo hoạt động tốt, cho kết quả thí
nghiệm t ơng đối ổn định.
4. Số liệu thí nghiệm ghi đ ợc có độ chính xác cao do quá trình thu nhận và sử
lý số liệu đ ợc tiến hành hoàn toàn trên máy tính nhờ các phần mềm tiện ích.
5. Thí nghiệm có thể đ ợc tiến hành nhanh chóng, tính toán xử lý số liệu không
phức tạp. Các thông số thí nghiệm thể hiện điều kiện thí nghiệm khác nhau có
thể điều khiển đ ợc một cách linh hoạt và t ơng đối chính xác.
- 22 -
6. Kết quả thí nghiệm t ơng đối tập trung. Quan hệ giữa kết quả mô đun đàn hồi
thí nghiệm đ ợc và các yếu tố ảnh h ởng nh nhiệt độ, thời gian tác dụng của tải
trọng và độ lớn tải trọng hợp lý và phù hợp với lý thuyết về đặc tính vật liệu.
7. Giá trị cao của kết quả thí nghiệm thể hiện đúng bản chất vật liệu bê tông
asphalt là vật liệu tốt hơn, có c ờng độ cao hơn các vật liệu các lớp vật liệu làm
lớp móng và nền.
8. Kết quả thí nghiệm theo mô hình kéo gián tiếp tải trọng lặp cao hơn nhiều so
với kết quả với thí nghiệm nén dọc trục tải trọng tĩnh, phù hợp với các giá trị mô
đun đàn hồi đ ợc đề nghị sử dụng trong tiêu chuẩn thiết kế áo đ ờng mềm
22TCN - 274 - 01 và có thể đ ợc sử dụng để xem xét phạm vi giá trị sử dụng cho
tính toán kết cấu áo đ ờng mềm theo lý thuyết đàn hồi, nếu xác lập đ ợc các
trạng thái giới hạn t ơng ứng.
9. Kết quả thí nghiệm với mẫu chế tạo trong phòng lớn hơn mẫu khoan mặt
đ ờng (sau thời gian khai thác 5 năm) với cùng một loại hỗn hợp và điều kiện thí
nghiệm. Sự khác nhau này có thể do nhiều nguyên nhân, ví dụ nh hàm l ợng
vật liệu thành phần, chất l ợng vật liệu thành phần và thời gian sử dụng của hỗn

hợp vật liệu bê tông asphalt.
10. Mô đun lớp tính toán từ độ võng động đo đ ợc trên mặt đ ờng bằng thí
nghiệm FWD có giá trị cao và thay đổi trong phạm vi rộng.
11. Căn cứ vào kết quả nghiên cứu có thể cụ thể hoá một nhận xét định tính là:
khi tính toán kết cấu áo đ ờng mềm theo lý thuyết đàn hồi, mô đun đàn hồi tính
toán của bê tông asphalt phải đ ợc lấy ở giá trị cao (hơn phạm vi quy định trong
tiêu chuẩn hiện hành 22TCN-211-93 và cao hơn khoảng phạm vi từ 500 MPa
đến 1000 MPa), khi xét đến thời gian tác dụng của tải trọng xe chạy trên đ ờng.
Những đóng góp của luận án về mặt khoa học và thực tiễn
1. Luận án đã làm rõ thêm bản chất của vật liệu bê tông asphalt là loại vật liệu
có tính chất đàn hồi, nhớt, dẻo với bản chất vật liệu phụ thuộc vào điều kiện chịu
tải trọng thực tế.
2. Mô hình cơ học thể hiện gần đúng đặc điểm biến dạng của bê tông asphalt là
mô hình Burger gợi cho chúng ta ý t ởng đ a thông số thời gian vào để nghiên
cứu thực nghiệm mô đun đàn hồi của vật liệu.
3. Nghiên cứu xử lý số liệu điều tra giao thông trên một tuyến quốc lộ chính của
n ớc ta - quốc lộ 1 để đ a ra thông số thời gian và chu kỳ tác dụng lực cho thiết
bị thí nghiệm chế tạo.
- 23 -
4. Sử dụng các kết quả nghiên cứu sẵn có để đ a ra các thông số nhiệt độ cho
thiết bị thí nghiệm chế tạo.
5. Thiết kế và chế tạo thiết bị thí nghiệm mô đun đàn hồi theo mô hình kéo gián
tiếp tải trọng lặp, tuy đơn giản, nh ng rẻ tiền, có thể tiến hành thí nghiệm nhanh
chóng. Khi đối chiếu với kết quả thí nghiệm của các n ớc khác với mô hình thí
nghiệm t ơng tự, cũng cho giá trị t ơng tự.
6. Đã nghiên cứu giải bài toán cơ học để tìm mô đun đàn hồi từ giá trị chuyển vị
có thể đo đ ợc, khắc phục nh ợc điểm của thiết bị thí nghiệm.
7. Tiến hành thí nghiệm xác định mô đun đàn hồi trong phòng thí nghiệm của
các loại bê tông asphalt thông dụng ở Việt Nam, sử dụng thiết bị thí nghiệm chế
tạo. Đ a ra đ ợc các kết quả mô đun đàn hồi thí nghiệm trong các điều kiện về

thời gian tác dụng và chu kỳ của tải trọng và nhiệt độ khác nhau
8. Khảo sát và đ a ra các mối quan hệ giữa mô đun đàn hôi thí nghiệm và các
yếu tố ảnh h ởng, làm rõ thêm đặc tính của vật liệu bê tông asphalt.
9. Đã làm rõ về mặt lý thuyết của bài toán dùng hệ hai lớp tính toán mô đun đàn
hồi của bê tông asphalt sử dụng kết quả đo độ võng mặt đ ờng bằng thiết bị
FWD, loại thiết bị đang và sẽ đ ợc sử dụng rộng rãi ở trong n ớc.
10. Tiến hành đo đạc và tính thử với nhiều vị trí khác nhau trên đ ờng để tìm ra
giá trị mô đun đàn hồi, đối chứng với giá trị thí nghiệm trong phòng với mẫu
khoan hiện tr ờng tại vị trí đo đạc.
11. Góp phần giải thích sự khác nhau rất lớn của trị số mô đun đàn hồi của bê
tông asphalt trong các tiêu chuẩn hiện hành và thấy là, để nâng cao chất l ợng
mặt đ ờng bê tông asphalt nên tiến hành những ch ơng trình thí nghiệm bao
quát hơn để có các trị số mô đun đàn hồi của bê tông asphalt phù hợp để sử dụng
cho n ớc ta.
Các hạn chế của luân án
1. Luận án đã cố gắng đi theo ph ơng pháp thí nghiệm hiện đại nhất, nh ng do
trình độ công nghệ và khả năng tài chính có hạn nên thiết bị thí nghiệm thiếu
thiết bị đo chuyển vị ngang, nên ch a thể xác định đ ợc hệ số Poisson à, phải
lấy giá trị cố định là 0.35 để đ a vào công thức tính toán.
2. Luận án ch a thể đ a ra đ ợc trị số mô đun đàn hồi làm thông số thiết kế kết
cấu áo đ ờng mềm. Những trị số này đòi hỏi thí nghiệm rất qui mô với chi
phí về thời gian và tài chính v ợt quá khuôn khổ của luận án và khả năng của
nghiên cứu sinh.
- 24 -
H ớng phát triển nghiên cứu
1. Có thể mở rộng khả năng ứng dụng và cải tiến thiết bị đã có để tiến hành các
thí nghiệm để nghiên cứu với vật liệu làm mặt đ ờng ô tô theo h ớng sau:
a) Các thí nghiệm xác định mô đun đàn hồi của các loại vật liệu làm mặt đ ờng
với tải trọng lặp. Mô hình thí nghiệm đối với vật liệu hạt làm móng đ ờng hay
với đất nền có thể đơn giản là nén dọc trục hạn chế nở hông, hay kết hợp với

thiết bị buồng nén ba trục. Giá trị mô đun đàn hồi có thể đ ợc rút ra từ các
ch ơng trình thí nghiệm có quy mô rộng để loại bỏ đ ợc các sai số.
b) Thí nghiệm xác định độ bền có tính đến đặc tính mỏi của vật liệu bê tông
asphalt sử dụng mô hình kéo gián tiếp, tải trọng lặp. Độ bền kéo gián tiếp hay
mô đun đàn hồi xác định theo mô hình kéo gián tiếp trọng lặp có xét đến hiện
t ợng mỏi còn có thể đ ợc xác định một cách đơn giản hơn rất nhiều bằng cách
so sánh kết quả thí nghiệm trên mẫu khoan của mặt đ ờng mới và mẫu khoan
của mặt đ ờng đã qua các giai đoạn sử dụng với số lần tải trọng trục tích luỹ
đ ợc theo dõi qua số liệu điều tra l u l ợng và tải trọng giao thông.
c) Tiến hành các nghiên cứu về hiện t ợng h hỏng do tích luỹ biến dạng dẻo
trên đ ờng nhựa bằng việc thực hiện các thí nghiệm từ biến (Creep Test) sử dụng
hệ thống theo dõi chuyển vị và ghi số liệu chuyển vị t ơng tự. Đây là vấn đề rất
đ ợc quan tâm khi thiết kế kết cấu áo đ ờng thoả mãn yêu cầu giao thông hiện
đại.
2. Các kết quả góp phần và đ a ra định h ớng cho việc nghiên cứu xác định
thông số tính toán kết cấu áo đ ờng mềm theo lý thuyết đàn hồi, theo h ớng phù
hợp với đặc điểm tác dụng của tải trọng xe chạy trong các tr ờng hợp khác nhau
trên đ ờng: trên các đoạn đ ờng quốc lộ xe chạy liên tục với tốc độ cao, trên các
đoạn dòng giao thông không liên tục, có các thao tác tăng, giảm tốc, hãm xe ,
tại các vị trí đỗ xe, và trên đ ờng thành phố với dòng xe liên tục tốc độ nhỏ. Trên
cơ sở đó, các thông số vật liệu cơ bản sẽ đ ợc xác định bằng thực nghiệm với qui
mô rộng, trên mô hình phù hợp với trạng thái giới hạn tính toán và mô phỏng đặc
điểm tác dụng của tải trọng xe chạy trong mỗi tr ờng hợp cụ thể.


- 1 -

Mở đầu
Bê tông asphalt là loại vật liệu đ ợc dùng rất phổ biến làm lớp mặt của
áo đ ờng ôtô ở Việt Nam cũng nh trên thế giới. Mạng l ới đ ờng quốc gia ở

Việt Nam hiện nay có khoảng trên 80% có lớp mặt có xử lý bằng bitum, trong
đó phần lớn là dùng bê tông asphalt. Điều này cũng phù hợp trào l u chung
của thế giới, vật liệu gia cố bitum và bê tông asphalt đã và đang là các loại vật
liệu rất thông dụng làm lớp mặt của kết cấu áo đ ờng ôtô. Công nghệ thi công
lớp mặt đ ờng bằng bê tông asphalt cũng đã trở nên quen thuộc với các nhà
thầu Việt Nam.
Việc nâng cao chất l ợng và tuổi thọ lớp mặt bê tông asphalt của kết cấu
áo đ ờng ở n ớc ta sẽ góp phần nâng cao chất l ợng của cả mạng l ới đ ờng
ôtô và có ý nghĩa kinh tế kỹ thuật to lớn. Những cố gắng nhằm nâng cao chất
l ợng và tuổi thọ của lớp mặt bê tông asphalt của kết cấu áo đ ờng có thể đi
theo các h ớng cơ bản sau đây:
Đ Sử dụng kết cấu áo đ ờng phù hợp với tải trọng giao thông (tải trọng trục
xe và l u l ợng xe) và các điều kiện môi tr ờng. Việc làm này đ ợc cân
nhắc cẩn thận trong b ớc thiết kế và quyết định đầu t . Theo h ớng đó,
những mô hình tính toán phù hợp với thực tế chịu lực của kết cấu áo đ ờng
d ới tác dụng của tải trọng xe, có xét đến một cách đầy đủ những tính chất
của bê tông asphalt d ới tác dụng của yếu tố môi tr ờng, cần đ ợc hoàn
thiện và áp dụng thống nhất.
Đ Hoàn thiện công nghệ thi công áo đ ờng và chế tạo hỗn hợp bê tông
asphalt theo h ớng hiện đại hoá thiết bị và công nghệ, kể cả thiết bị thí
nghiệm và kiểm tra chất l ợng.
Đ Hoàn thiện ph ơng pháp và cải tiến tổ chức để công tác duy tu sửa chữa kết
cấu áo đ ờng đạt hiệu quả ngày càng cao hơn, đặc biệt trong lĩnh vực tái
tạo độ nhám và phòng ngừa h hỏng.
Với mục đích và các h ớng nghiên cứu trình bày trên, đặc biệt trong lĩnh
vực đào tạo ở tr ờng đại học, vấn đề thiết kế kết cấu áo đ ờng mềm có lớp