THIẾT kế kết cấu áo ĐƯỜNG, đại học xây DỰNG

KCAD 25/10/2012 11:44:01 SA
Pham Quoc Viet 1
TrờngTrờng đại đại họchọc xâyxây dngdng
bộbộ mônmôn đđờngờng ôtô ôtô đđờngờng đô đô thịthị
Thiết kế kết cấu
áo đờng mềm
TThhSS. Phạm . Phạm QuốcQuốc việtviệt
Pham Quoc VietPham Quoc Viet
NộI DUNG
ĐặC ĐIểM TáC DụNG CủA TảI TRọNG
ặ
ể ệủá ậ

Đ
ặ
C
Đ
I
ể
M L

M VI
ệ
C C
ủ
A C
á
C LOạI V
ậ
T
LIệU áO ĐƯờNG

CáC YÊU CầU CấU TạO
PHÂN LOạI CáC KIểU áO ĐƯờNG
íá
T
í
NH TO
á
N KCAD THEO 22TCN 211-06
Pham Quoc Viet
KCAD 25/10/2012 11:44:01 SA
Pham Quoc Viet 2
BI 1: tải trọng v sự tơng tác
bánh xe - mặt đờng
Định nghĩa KCAD:
á
đ ờ
là
ô
t
ì
h
ồ
hiề
tầ
lớ
ật
liệ
ó
-
á

o
đ

ờ
n
g
là
c
ô
n
g
t
r
ì
n
h
gồ
mn
hiề
u
tầ
n
g
lớ
pv
ật
liệ
u c
ó
cờng độ và độ cứng lớn hơn so với nền đờng để phục

vụ cho xe chạy, chịu tác dụng trực tiếp củaxechạyvàcác
yếu tố thiên nhiên
(ma ,gió, biến đổi nhiệt độ ).
- Là bộ phận quyết định hiệu quả xe chạy (an toàn, êm
thuận
kinh
tế
vận
doanh
khai
thác
)
thuận
,
kinh
tế
,
vận
doanh
khai
thác

)
Pham Quoc Viet
1. Đặc điểm của tải trọng v phân bố trục của tải trọng trong
KCAD:
a) Lực tác dụng của bánh xe :
áp lực truyền xuống mặt đờng : p =

. P0

Mặt đờng mềm
Mặt đờng cứng
Sơ đồ quy đổi diện tích vệt bánh xe
Pham Quoc Viet
KCAD 25/10/2012 11:44:01 SA
Pham Quoc Viet 3
b) Các loại lực:
Pham Quoc Viet
2. Độ tin cậy khi tính toán KCAD:
Khi kết cấu áo đờng lm việc thì phải đạt yêu cầu vật liệu lm việc trong
giai đoạn đn hồi; tức các ứng suất hay biến dạng phát sinh trong quá
trình lm việc (ở trạng thái bất lợi nhất) không đợc vợt quá giá trị ứng
suất hay biến dạng cho phép của vật liệu.
- Khái niệm: Độ tin cậy K hay độ bền vững tin cậy là xác suất các KCAD
không từ chối phục vụ trong thời kì giữa 2 lần sửa chữa lớn.
Pham Quoc Viet
KCAD 25/10/2012 11:44:01 SA
Pham Quoc Viet 4
Pham Quoc Viet
BI 2: yêu cầu thiết kế
phân loại v cấu tạo kcad
1. Yêu cầu cơ bản khi thiết kế KCAD
a) áo đờng phải có đủ cờng độ
tối thiểu và ổn định cờng độ :
ẳ
- Chống biến dạng th
ẳ
ng đứng
- Chống biến dạng trợt (không sinh biến dang dẻo)
- Chống biến dạng co, dãn do chịu kéo uốn hoặc do nhiệt độ

- Chịu bào mòn
b) áo đờng phải đảm bảo đạt đợc độ bằng phẳng
nhất định
c
)
Bề m
ặ
t áo đờn
g

p
hải có đủ đ
ộ
nhám cần thiết
)ặ g
pộ
d) Yêu cầu về vệ sinh: Càng ít bụi càng tốt, không độc hại
Pham Quoc Viet
KCAD 25/10/2012 11:44:01 SA
Pham Quoc Viet 5
2. Phân loại KCAD mềm:
- Nhằm tiện cho quản lý, khai thác. Mặt đờng đợc phân làm 4 cấp A1,
A2, B1 và B2
Mỗi loại có phạm vi sử dụng, thời hạn sử dụng, và vật liệu sử dụng
phù hợp
-
Theo cấu trúc vật liệu:
-
Theo

cấu

trúc

vật

liệu:
Nhóm vật liệu theo nguyên lý cấp phối:
Nhóm vật liệu đá chèn đá:
Pham Quoc Viet
Nhóm vật liệu gia cố
Chất vô cơ: (xi măng và vôi) Chất hữu cơ (nhựa đờng-bitum)
mặt đờng láng nhựa 1 lớp, 2 lớp
Pham Quoc Viet
KCAD 25/10/2012 11:44:01 SA
Pham Quoc Viet 6
Tổng hợp:
Pham Quoc Viet
3. Cấu tạo KCAD mềm:
- Yêu cầu về phân lớp KCAD:
+ Về mặt cơ học:
+ Về kinh tế- giá vật liệu:
+ Về công nghệ, máy thi công:
+ Về vốn đầu t phân kỳ xây dựng:

z

0z
=p
Lớp 3

Lớp 2
Lớp 1
p
D
x
[]
1
[]
2
[]
3
+

Về

vốn

đầu

t
,
phân

kỳ

xây

dựng:

Nền đất

z
[]
đất
Pham Quoc Viet
KCAD 25/10/2012 11:44:01 SA
Pham Quoc Viet 7
- - Yêu cầu tác dụng các lớp:
a)Tầng mặt : - Bằng phẳng, độ nhám, chịu bào mòn,
không bụi và chống bong bật.
-Cờng độ cao, chống đợc biến dạng dẻo ở
nhiệt độ cao, chống nứt.
- Có kết dính với các lớp dới.
+ Lớp mặt trên: - Lớp bảo vệ
- Lớp hao mòn
+ Lớp mặt dới: - là tầng chịu tải tải chủ yếu & truyền
xuống lớp dới (có thể làm 2 lớp)
b) Tầng móng:
- Chủ yếu chịu lực, truyền ứng suất xuống
- Dùng vật liệu rời rạc có cờng độ lớn
-Vìz giảm dần nên có thể phân các lớp
c) Lớp đáy áo đờng:
- Chức năng: ngăn nớc, cách hơi, tạo hiệu ứng đe
giúp lu lèn các lớp trên, làm lớp đệm cho nền đất.
-Thờng bằng vật liệu kín (đất gia cố, đất đầm chặt
K>98)
d) Móng nền đất trong khu vực za:80-120cm
phía dới móng.
Pham Quoc Viet
Ví dụ KCAD mềm thông thờng:

z

0z
=p
Nền đất
Lớp 3
Lớp 2
Lớp 1
p
D
x
[]
1
[]
2
[]
3
[]
đất
Lớp tạo nhám (Novachip)
Nền

đất

z
Lớp dính bám (0,5Kg/m2)
Lớp thấm bám
BTN nóng hạt min 4-6 cm
BTN nóng hạt thô 5-8 cm
CPDD loại 1: 12-18cm

CPDD loại 2: 28-36cm
Đất nền chọn lọc K98
Pham Quoc Viet
KCAD 25/10/2012 11:44:01 SA
Pham Quoc Viet 8
BμI 3: vËt liÖu sö dông
cho kÕt cÊu ¸o ®−êng
1. VËt liÖu cho tÇng mãng: yªu cÇu vμ t¸c dông
2
VËt liÖu cho tÇng mÆt:
2
.
VËt

liÖu

cho

tÇng

mÆt:
Pham Quoc Viet
• Nhóm vật liệu theo nguyên lý cấp
phối
–Vật liệu sử dụng có kích cỡ thay đổi
theo n
g
u
y
ên l

ý
CP
(
đá
,
sỏ
i
cu
ộ
i,
cát
,

đ
ất
)

ỗ
gy ý ( ,
ộ
,,
)
sau khi lu lèn có
đ
ộ chặt l
ớ
n,
đ
ộ r
ỗ

ng
nhỏ, cường độ hình thành do lực dính
và lực ma sát. Uư điểm là dễ sử dụng
vật liệu địa phương cường độ không
đòi hỏi cao, kết cấu kín. Nhược điểm:
ổn định nước kém, dễ bong bật, lầy lội
khi mưa, bụi khi khô.
Ph
ạ
mvis
ử
d
ụ
ng: Móng trên ho
ặ
c
–
Ph
ạ
m

vi

s
ử
d
ụ
ng:

Móng

trên

ho
ặ
c

móng dưới cho áo đường cấp cao
–Làm tầng mặt cho đường cấp thấp thì
phải có lớp hao mòn hoặc bảo vệ
Pham Quoc Viet
KCAD 25/10/2012 11:44:01 SA
Pham Quoc Viet 9
• Nhóm vật liệu theo nguyên lý đá chèn đá
–Vật liệu có kích cỡ đồng đều, sắc cạnh,
được lu lèn chạt lại, móc bám vào nhau
tạo cường độ
–Chất kết dính được hình thành từ bột đá
kết h
ợ
p
v
ớ
i nư
ớ
c
(
m
ặ
t

đ
ư
ờ
n
g
đá dăm
ấ
ấ
ế
ợ
p
(
ặ
g
nư
ớ
c). Đôi khi sử dụng đ
ấ
t làm ch
ấ
t k
ế
t
dính
– Ưu điểm: cường độ cao, thi công đơn
giản
–Nhược điểm: Độ rỗng lớn, chứa nước,
chịu bong bật bề mặt kém, khi hư hỏng
thì nhanh bị phá hoại, công lu lèn lớn.
–

Phạm vi sử dụng: Làm l
ớ
p móng dư
ớ
i

cho đường cấp cao
–Làm tầng mặt cho đường cấp thấp
nhưng phải có lớp hao mòn, bảo vệ
Vật liệu cấp phối đá dăm: phổ biến sử dụng
vì phát huy được ưu điểm của hai loại
mặt đường trên
Pham Quoc Viet
• Nhóm vật liệu gia cố chất
liên kết hữu cơ
–Vật liệu liên kết là nhựa đường
(bitum)
Các lo
ạ
im
ặ
t đ
ườ
ng:
–
Các

lo
ạ
i

m
ặ
t

đ
ườ
ng:
Mặt đường láng nhựa
–Lớp láng nhựa trên bề mặt
mặt đường cấp phối hoặc đá
dăm đã hình thành cường độ
M
ặ
t
đ
ườn
g
thấ
p
nh
ậ
p
nh
ự
a
ặ
g
p
ậ

p
ự
–Rải các lớp đá chèn và nhựa
trên lớp mặt đường đá dăm đã
hình thành cường độ
Pham Quoc Viet
KCAD 25/10/2012 11:44:01 SA
Pham Quoc Viet 10
Mt

ng ỏ dm en
Nguyờn lý ỏ chốn ỏ+trn nh tng nha hoc nha
c n núng
Mt ng BTN hay asphalt
Bitum nha+bt ỏ=cht liờn kt asphalt
asphalt+cỏt=va asphalt
va asphalt+cp phi ct liu=bờ tụng asphalt

Cú th

tr

n núng, r

i núng
Cú

th

tr

n

núng,

r

i

núng
Trn ngui ri ngui
Theo kớch c ht m phõn loi BTN cỏt (5mm), ht nh
(15mm);ht trung (25mm), ht ln 40mm
Phõn theo rng cũn d thỡ gi l cht (3-5%), hoc
rng(5-10%)
u im ca cỏc loi mt ng nha
-
Kớn
-
Kớn
- Cng cao, chu c bong bt
- d to phng
- Gim n v ớt bi
- Khai thỏc ngay sau khi thi cụng
Nhc im:
-n nh nhit kộm
Pham Quoc Viet
- Lp thm bám
Đạt yêu cầu Không đạt yêu cầu
- Lớp dính bám:

Tác dụng:
Là
lớ
bá
dí h
h
ặt
lớ
ó
d
ht
Tác dụng:
- Tăng cờng bám dính giữa các lớp
- Tránh trợt giữa hai lớp vật liệu
- Tăng cờng độ của hai lớp vật liệu nhờ
ự kết hợ là iệ đồ thời
-
Là
m
lớ
p
bá
m
dí
n
h
c
h
om
ặt

lớ
pm
ó
ng
d
ạng
h
ạ
t
.
- Làm cứng và ổn định bề mặt lớp móng.
- Chống thấm bề mặt móng nhờ lớp nhũ tơng
thâm nhập len lõi vào các lỗ rỗng của lớp đá.
- Làm tăng mức độ dính bám giữa lớp móng và
lớp mặt bê tông nhựa.
s
ự

kết

hợ
p
là
m v
iệ
c
đồ
ng
thời
Pham Quoc Viet

KCAD 25/10/2012 11:44:01 SA
Pham Quoc Viet 11
BI 4: thiết kế cấu tạo kcad mềm
Đảm bảo : - Vấn đề cơ học và kinh tế
- Vấn đề duy tu bảo dỡng
ấềấ
-V
ấ
n đ
ề
ch
ấ
t l
ợ
n
g
xe ch
ạy
1. Nội dung thiết kế áo đờng:
a) Thiết kế cấu tạo
+ Căn cứ : - Nxe, tầm quan trọng của đờng
- P/A sử dụng và trình độ sản xuất vật liệu
- Trình độ công nghệ thi công, duy tu
-
Xét đầu t phân kỳ, xét giá thành kinh tế
Xét

đầu

t

phân

kỳ,

xét

giá

thành

kinh

tế
b) Tính toán cờng độ kết cấu: phải tính toán dự trữ
c) Tính toán luận chứng kinh tế kỹ thuật,
so sánh phơng án tối u cho từng đoạn
2. Đảm bảo quy định chiều dày tối thiểu:
HTHI CÔNG của các lớp
Pham Quoc Viet
Số trục xe tiêu chuẩn tích luỹ trong thời hạn
tính toán 15 nam kể từ khi đa mặt đờng
vào khai thác trên 1 làn xe (trục xe/làn)
Bề dày tối thiểu
của tầng mặt cấp
cao A1 (cm)
< 0,1.10
6
6 (5)
0,1.10

6
7 (5)
0,5.10
6
8 (5)
1.10
6
9 (5)
Bề dy tối thiểu v bề dy thờng sử dụng
2.10
6
10 (5)
4.10
6
12,5 (7,5)
6.10
6
15,0 (10)
9.10
6
20,0 (10)
Loại lớp kết cấu áo đờng
Bề dày tối
thiểu (cm)
Bề dày thờng
sử dụng (cm)
Bê tông nhựa, đá dăm trộn
nhựa
Hạt lớn
Hạt trung

Hạt nhỏ
5
4
3
5 8
4 6
3 - 4
Đá mạt trộn nhựa
1,5 1,5 2,5
Cát trộn nhựa1,01 1,5
Thấm nh
ậ
pnh
ự
a
45
45

60
Bề dy tối thiểu của tầng mặt cấp cao A1
tuỳ thuộc quy mô giao thông (22TCN 211-06)
(22TCN 211
-
06)
Thấm

nh
ậ
p

nh
ự
a
4
,
5
4
,
5


6
,
0
Láng nhựa1,01,0 3,5
Cấp phối đá dăm
Dmax=37,5mm
Dmax25mm
12 (15)
8 (15)
15 24
Cấp phối thiên nhiên 8 (15) 15 30
Đá dăm nớc
10 (15) 15 18
Các loại đất, đá, phế thải công nghiệp gia cố
chất liên kết vô cơ theo phơng pháp trộn
12 15 - 18
Pham Quoc Viet
KCAD 25/10/2012 11:44:01 SA
Pham Quoc Viet 12

BI 5: tính toán kcad mềm
theo 22tcn 211-06
1. Các trạng thái giới hạn:
+ đ
ộ
võn
g
đàn hồi khôn
g
v
ợ
t
q
uá đ
ộ
võn
g

g
iới h
ạ
n
(
đâu?
t
0
=?
)

ộg gợq ộ gg ạ

(
)
+ ƯS cắt lớn nhất không vợt cho phép (ở VL no? t
0
=?)
+ ƯS kéo uốn lớn nhất không vợt cho phép (ở VL no? t
0
=?)
=> KCAĐ trong giai đoạn đàn hồi
Tơng ứng:
D
lú
kéo
khe nứt
é
ắ
l
lú
n
khe

nứt
kéo
n
é
n
D
0
truyền áp lực nên đất
(đất bị nén lại)

trồi
c
ắ
t
Pham Quoc Viet
2. Xác định các thông số (22TCN 211-06)
a) Xác định Eyc
x
P
D
p
0z=p
D
T đ bá h đôi
Đặc điểm trục xe
tiêu chuẩn tính toán
Số liệu Số liệu
dòng xedòng xe
Số trục xe tiêu Số trục xe tiêu
chuẩn Nchuẩn N
tktk
Số trục xe tiêuSố trục xe tiêu
T
rục
đ
ơn,
bá
n
h

đôi
P=100 KN (10T)
D=33cm
p=0,6 MPa
Tra bản
g
TC
N
Số

trục

xe

tiêu

Số

trục

xe

tiêu

chuẩn tính toán chuẩn tính toán
trên 1 làn Ntrên 1 làn N
tttt
EEycyc
g
so sánh với E

min
Tham khảo các loại xe trong
phụ lục A 22TCN 211-06
Pham Quoc Viet
KCAD 25/10/2012 11:44:01 SA
Pham Quoc Viet 13
2. TÝnh to¸n c¸c th«ng sè (22TCN 211-06)
b) X¸c ®Þnh Ech
KÕt cÊu ¸o ®−êng KÕt cÊu ¸o ®−êng
nhiÒu lípnhiÒu líp
HÖ kÕt cÊu 2 lípHÖ kÕt cÊu 2 líp
Tra to¸n ®å
Kogan
h/D
E
0/Etb
EEchch
EEchch
//
EEtbtb
XÐt thªm hÖ
sè ®iÒu chØnh
Pham Quoc Viet
2. TÝnh to¸n c¸c th«ng sè (22TCN 211-06)
c) X¸c ®Þnh K
dv
cd
CÊp h¹ng ®−êngCÊp h¹ng ®−êng
§§é tin cËy Ké tin cËy K
KK

dvdv
cdcd
d) X¸c ®Þnh c¸c th«ng sè kh¸c: 22TCN-211-06
Pham Quoc Viet
KCAD 25/10/2012 11:44:01 SA
Pham Quoc Viet 14
BI 6: tính toán kcad mềm
tăng cờng
A- Tại sao v khi no phải tăng cờng áo đờng mềm :
- Sau khi khai thác, dới tác dụng của xe chạy, của tự nhiên thờng h hỏng:
+Nứt:
-
nứt dọc nứt ngang nứt phản ảnh
+

Nứt:

nứt

dọc
,
nứt

ngang
,
nứt

phản

ảnh

.
-nứt thành lới (nứt mai rùa hoặc nứt thành miếng).
+ Biến dạng bề mặt: -Vệt hằn bánh, lún sụt.
-Làn sang xô dồn.
-Đẩy trợt trồi.
-Mất mui luyện hoặc mui luyện ngợc (đờng cấp thấp )
+ H hỏng bề mặt: - Chảy nhựa
- Bong tróc, rời rạc.
- Mài mòn l
ộ
đá.
- ổ gà.
- Bên cạnh đó mật độ tăng xe cao
=> Cần tăng cờng kết cấu áo đờng
Pham Quoc Viet
Pham Quoc Viet
KCAD 25/10/2012 11:44:01 SA
Pham Quoc Viet 15
B- Vật liệu đợc sử dụng để tăng cờng áo đờng mềm :
+ Hỗn hợp nhựa :
+ Vật liệu hạt không sử dụng chất liên kết.
C- Trình tự tính toán bề dy phải tăng cờng :
- Nguyên tắc: dựa vào việc kiểm tra 3 tiêu chuẩn cờng độ
- Để tính toán phải áp dụng không chính xác toán đồ Kogan.
Đ
ờ độ h ủ kết ấ ũ t ê từ đ á đị h E
cũ
-
Đ
o c

ờ
ng
độ
c
h
ung c
ủ
a
kết
c
ấ
u c
ũ

t
r
ê
n
từ
ng
đ
oạn, x
á
c
đị
n
h

E
cũ

ch
2
(1 )
ch
pD
E
l


=
Đo E
ch
của
đờng
cũ theo
PP bàn
nén tĩnh
và thiết
bị động
FWD
Pham Quoc Viet
BI tập: tính toán kcad mềm
1- Với số liệu dòng xe nh sau: N
15
= 1250 xe/ngd
Trong đó có : 50% xe con;
30% xe tải trung
30%

xe

tải

trung

20% xe tải nặng loại 1 (trục sau 10T)
Biết đây l đờng cấp III, hãy chọn loại mặt đờng v tính E
yc
2- Cho kết cấu áo đờng nh sau:
Lớp 1 BTAF hạt trung h
1
= 7cm; E
1
= 350MPa
Lớp 2 CPĐD loại 1 h
2
= 16cm; E
2
= 300MPa
Lớp 3 CPĐD loại 2 h
3
= 34cm; E
3
= 220MPa
Đ
ất nền á sét có E
= 38MPa
Đ
ất

nền

á

sét

có

E
0
=

38MPa
Hãy tìm E
ch
của KCAD trên.
Pham Quoc Viet