KCAD-AD-AASHTO

chưong trình thiết kế kết cấu áo đường mềm theo hướng dẫn của aashto
g.v hướng dẫn : pgs.ts nguyễn viết trung

tRìNH Tự GIảI BàI TOáN
Bao gồm các bước sau:
I. Tính lưu lượng xe
1. Chuẩn bị các số liệu tính toán
- Xác định thành phần dòng xe
- Đặc trưng của mỗi loại xe : số trục xe, tải trọng mỗi trục.
- Lưu lượng xe chưa quy đổi tương ứng của mỗi chủng loại xe.
2. Nhập các số liệu tính toán
3. Tính toán hệ số quy đổi về trục xe tiêu chuẩn (trục ESAL 18 kip)

Q
ei i
8,2

4

4. Tính số trục xe ESAL 18 kip tương đương cho mỗi loại xe :

N1 = N i x e i
5. Tính lưu lượng xe tích luỹ : tổng số lần tác dụng của ESAL 18kip theo hai chiều xe chạy :
W*18

=

t

1 g 1
365 x

xN1

g

6. Tính lưu lượng xe tích luỹ : tổng số lần tác dụng của ESAL 18kip trên một làn xe :

W18 = W(18) x DL x DD
II. Tính toán chỉ số kết cấu SNyc :
1. Chuẩn bị các số liệu tính toán
- Xác định chỉ số mức độ phục vụ ở năm đầu và năm cuối
- Xác định Môđun đàn hồi hữu hiệu của đất nền MR
- Xác định độ tin cậy R
- Xác định sai số tiêu chuẩn tổng hợp So
2. Tính toán chỉ số kết cấu SNyc theo phương trình cơ bản (dùng hàm Solver )

PSI
Log 10

4,2 1,5
Log10W18=ZRxS0 + 9.36 Log 10(SN+1)-0,20 +
+2,32 Log10MR - 8.07
1094
0,4
( SN 1) 5,19
III. Thiết kế cấu tạo kết cấu áo đường :
1.Lựa chọn loại vật liệu cho lớp mặt (AC), lớp móng (Base), lớp móng dưới (Subbase).
2.Lựa chọn chiều dày các lớp vật liệu tương ứng.
3.Xác định đặc trưng vật liệu của mỗi loại vật liệu
IV. Kiểm toán kết cấu áo đường đã chọn :
Tiêu chuẩn kiểm toán : SN > SNyc.

học viên : nguyễn đình thạo - lớp cao học khoá 8 trường đhgtvt


chưong trình thiết kế kết cấu áo đường mềm theo hướng dẫn của aashto
g.v hướng dẫn : pgs.ts nguyễn viết trung

1. Căn cứ vào loại vật liệu, xác định hệ số lớp tương đương ai, hệ số thoát nước mi
2.Tính toán chỉ số kết cấu SNi của mỗi lớp vật liệu.
SN i = ai.D i.mi

3.Tính toán chỉ số kết cấu SN của toàn kết cấu.
SN = a1.D1+ a2.D2.m2+ a3.D3.m3 + ... + ai.Di.mi
a1 = 0,394 x log 10EAC - 1,7877
a2 = (29,14 x
CBR-0,197 x
CBR2 + 0,00045 x CBR3) x 10 -4
a2 = 0,075 + 0,039 x Rc - 0,00083 x R2c
a3 = 0,01 + 0,065 x log 10CBR

4. So sánh giá trị SN tính toán được và SNyc
5. Kết luận về kết cấu áo đường đã chọn.
V. Thiết kế tối ưu chiều dày kết cấu áo đường :
Mục đích : làm cơ sở cho việc lựa chọn kết cấu áo đường hợp lý
1.Lựa chọn lớp vật liệu cần thay đổi chiều dày (thường là lớp dưới cùng)
2. Căn cứ vào loại vật liệu, xác định hệ số lớp tương đương ai, hệ số thoát nước mi
3.Tính toán chỉ số kết cấu SNi của các lớp vật liệu đã biết chiều dày.
SN i = ai.D i.mi

4.Chọn chỉ số kết cấu của toàn bộ kết cấu là SN = Snyc
5.Tính toán chiều dày tối thiểu của lớp vật liệu còn lại

VI. Lựa chọn kết cấu áo đường thích hợp, vẽ sơ đồ kết cấu :
Từ kết luận ở bước IV và V , lựa chọn kết cấu áo đường cho thích hợp

học viên : nguyễn đình thạo - lớp cao học khoá 8 trường đhgtvt


ch­ong tr×nh thiÕt kÕ kÕt cÊu ¸o ®­êng mÒm theo h­íng dÉn cña aashto
g.v h­íng dÉn : pgs.ts nguyÔn viÕt trung

i chiÒu xe ch¹y :

häc viªn : nguyÔn ®×nh th¹o - líp cao häc kho¸ 8 tr­êng ®hgtvt


ch­ong tr×nh thiÕt kÕ kÕt cÊu ¸o ®­êng mÒm theo h­íng dÉn cña aashto
g.v h­íng dÉn : pgs.ts nguyÔn viÕt trung

häc viªn : nguyÔn ®×nh th¹o - líp cao häc kho¸ 8 tr­êng ®hgtvt


chưong trình thiết kế kết cấu áo đường mềm theo hướng dẫn của aashto
g.v hướng dẫn : pgs.ts nguyễn viết trung

Hướng dẫn sử dụng chương trình
Toàn bộ chương trình tính nằm trong file có tên là : kcad-aashto.xls
Khi muốn sử dụng chương trình thì chỉ cần khởi động Exel để mở file trên
Trong file : kcad-aashto.xls có các Sheets sau :
- Giới thiệu : Nhằm giới thiệu về các bước giải bài toán.
- Hướng dẫn Đưa
:

ra các hướng dẫn cần thiết cho người sử dụng
- Sơ đồ khối :Sơ đồ khối để tính toán
- Tính toán : Là phần chính của chương trình.

Thực hiện toàn bộ quá trình tính toán từ : nhập số liệu, tính toán, vẽ kết cấu mặt đ
- Biểu đồ xe :Vẽ biểu đồ tăng trưởng xe theo thời gian
- Toán đồ : Đưa toán đồ của phương trình cơ bản để người dùng tiện đối chiếu.

- Bảng tra : Các bảng tra các hệ số sử dụng trong chương trình, giúp người sử dụng tham chi
Lưu ý : Trong toàn bộ bảng tính, người sử dụng chỉ cần nhập số liệu vào các ô chữ màu xanh đậm.
Toàn bộ quá trình tính toán được thực hiện trên Sheet : Tinh toan theo trình tự như sau :
1.Tính toán lưu lượng xe ở năm đầu tiên :
Nhập tên các loại xe, số trục.
Nhập tải trọng tương ứng trên mỗi trục xe : (tấn)
Nhập lưu lượng xe tương ứng của mỗi chủng loại xe : (xe/ngàyđêm).
2.Tính toán lưu lượng xe tích luỹ W18 :
Nhập thời gian tính toán cho kết cấu áo đường : t (năm).
Nhập hệ số tăng trưởng xe : g (%)
Nhập số làn xe trên 1 hướng : (làn)
Chương trình tự động tính -: hệ số phân phối theo chiều xe chạy : D d
- hệ số phân phối xe chạy theo làn xe : D l
- lưu lượng xe tích luỹ W18
3.Tính toán chỉ số kết cấu yêu cầu : SNyc
Nhập chỉ số mức độ phục vụ ở năm đầu : PSIo
Nhập chỉ số mức độ phục vụ ở năm cuối : PSIt
Nhập môđun đàn hồi hữu hiệu của đất nền : MR (psi)
Nhập sai số tiêu chuẩn tổng hợp : So
Nhập độ lệch tiêu chuẩn : ZR
Nhập giả định chỉ số SNyc (>0)
Chương trình tự động tính SNyc (dùng hàm Solver) mà không cần phải tra toán đồ.

Thao tác :
- Trên thanh menu chọn Tools -> chọn Solver... -> Hộp thoại Solver Parameters hiện ra.
học viên : nguyễn đình thạo - lớp cao học khoá 8 trường đhgtvt


chưong trình thiết kế kết cấu áo đường mềm theo hướng dẫn của aashto
g.v hướng dẫn : pgs.ts nguyễn viết trung

- Trong ô Set target Cell : nhập địa chỉ của ô kiểm tra ($D$55)
(giá trị của ô này chính là hiệu của vế phải và vế trái của phương trình cơ bàn)
- Trong ô Equal to : chọn mục value of và nhập giá trị là 0
- Trong ô By Changing Cells : chọn ô nhập giá trị SNyc ($C$55)
- Dùng chuột bấm vào nút Solve, Excel sẽ tự động dò tìm giá trị đúng của SNyc sao cho
phương trình đúng (vế trái = vế phải hay vế trái - vế phải =0)
4.Thiết kế chiều dày các lớp kết cấu áo đường
Yêu cầu : người sử dụng phải thiết kế cấu tạo kết cấu áo đường
Nhập tên các lớp vật liệu
Nhập đặc trưng mỗi lớp vật liệu
- Nếu là BTN : nhập môđun đàn hồi ở 20 độ C : (psi) ; ký hiệu là E
- Nếu là vật liệu không gia cố : nhập CBR ; ký hiệu là CBR
- Nếu là vật liệu gia cố : nhập cường độ chịu nén một trục ở 14 ngày tuổi (MPa); ký hiệu R
Tuỳ theo các ký hiệu là E, CBR, R : chương trình tự động tính hệ số lớp ai tương ứng.
Nhập hệ số thoát nước mi
Chương trình tự động tính chỉ số kết cấu SN và so sánh với SNyc xem có đạt hay không.
5.Thiết kế tối ưu chiều dày các lớp kết cấu áo đường
Nhập tên các lớp vật liệu
Nhập đặc trưng mỗi lớp vật liệu (riêng lớp cuối cùng không cần nhập chiều dày để chương trình tự tính ).
- Nếu là BTN : nhập môđun đàn hồi ở 20 độ C : (psi) ; ký hiệu là E
- Nếu là vật liệu không gia cố : nhập CBR ; ký hiệu là CBR
- Nếu là vật liệu gia cố : nhập cường độ chịu nén một trục ở 14 ngày tuổi (MPa); ký hiệu R

Tuỳ theo các ký hiệu là E, CBR, R : chương trình tự động tính hệ số lớp ai tương ứng.
Nhập hệ số thoát nước
Chương trình tự động tính chiều dày tối thiểu cho lớp chưa biết chiều dày
6. Lựa chọn kết cấu áo đường thích hợp
Trên cơ sở kết quả kiểm toán ở bước 4 và tính chiều dày tối thiểu ở bước 5 thì người kỹ sư có đủ cơ sở để
lựa chọn được kết cấu áo đường thích hợp

học viên : nguyễn đình thạo - lớp cao học khoá 8 trường đhgtvt


ch­ong tr×nh thiÕt kÕ kÕt cÊu ¸o ®­êng mÒm theo h­íng dÉn cña aashto
g.v h­íng dÉn : pgs.ts nguyÔn viÕt trung

o¸n, vÏ kÕt cÊu mÆt ®­êng.

­êi sö dông tham chiÕu.

rameters hiÖn ra.
häc viªn : nguyÔn ®×nh th¹o - líp cao häc kho¸ 8 tr­êng ®hgtvt


chưong trình thiết kế kết cấu áo đường mềm theo hướng dẫn của aashto
g.v hướng dẫn : pgs.ts nguyễn viết trung

(MPa); ký hiệu R

ơng trình tự tính ).

(MPa); ký hiệu R

ỹ sư có đủ cơ sở để

học viên : nguyễn đình thạo - lớp cao học khoá 8 trường đhgtvt


chưong trình thiết kế kết cấu áo đường mềm theo hướng dẫn của aashto
g.v hướng dẫn : pgs.ts nguyễn viết trung

sơ đồ khối tính toán chiều dày tối ưu kết cấu áo đường
theo hướng dẫn aashto

nhập số liệu đầu vào

nhập số liệu tính w18

nhập số liệu tính SN.yc

Tính sn.yc (dùng hàm Solver)

thiết kế cấu tạo kết cấu áo đường

nhập số lớp, loại vật liệu
mỗi lớp ; chỉ tiêu cơ lý (e,
cbr, mr) ; chiều dày mỗi
lớp (riêng lớp thứ i không nhập chiều dày
Di)

tính tối ưu di
sai
kiểm tra theo điều kiện Di > Dimin

Đúng
kết luận để lựa chọn kết cấu tối ưu

học viên : nguyễn trọng hiep - lớp cao học khoá 11 trường đhgtvt


ch­ong tr×nh thiÕt kÕ kÕt cÊu ¸o ®­êng mÒm theo h­íng dÉn cña aashto
g.v h­íng dÉn : pgs.ts nguyÔn viÕt trung

häc viªn : nguyÔn träng hiep - líp cao häc kho¸ 11 tr­êng ®hgtvt


chưong trình thiết kế kết cấu áo đường mềm theo hướng dẫn của aashto
g.v hướng dẫn : pgs.ts nguyễn viết trung

chương trình thiết kế tối ưu kết cấu áo đường mềm theo hướng dẫn AASHTO
Công trình
Địa điểm
Lý trình

Cải tạo nâng cấp QL5
Hà Nội-Hải Phòng
Km1-Km5

Thiết kế
Kiểm tra
CNĐA

Nguyễn Đình Thạo
PGS.TS. Nguyễn Viết Trung

PGS.TS. Nguyễn Viết Trung

Bảng tính toán lưu lượng xe quy đổi năm đầu n1
(trục ESAL18kip/mặt cắt ngang trong 1 ngàyđêm)
Tải trọng 1 Lưu lượng Hệ số qui
Loại xe và cấu trúc
Số trục
xe (chưa đổi về trục
trục
quy đổi)
18 kip
trục
Tấn/trục
xe/ngđ
Trục trước
0
0,00
100
Bus
Trục sau
1
6
100
0,29
Trục trước
0
105
0,00
Pick-up
Trục sau

1
4
105
0,06
Trục trước
1
4
1102
0,06
Xe tải I
Trục sau
1
7
1102
0,53
Trục trước
1
6
0,29
890
Xe tải II
Trục sau
2
7
890
0,53
Trục trước
1
8
150

0,91
Xe mooc
Trục sau
4
7
150
0,53

STT

1
2
3
4
5

N1
trục 18kip
1626

lần/làn
0
29
0
6
62
585
255
473
136

80
1626

Tổng số trục xe ESAL18kip tính ở năm đầu tiên N1
Bảng tính lưu lượng xe tích luỹ w18
(Trục ESAL18kip/làn)
Số làn xe
Thời gian Hệ số tăng
W*18
trên 1
tính toán
trưởng xe
hướng
năm
%
triệu lần/mcn
làn
28,230332
15
15
2

Ni

DL

DD

W18

0,9

0,5

triệu lần/làn
12,703650

Tính toán chỉ số kết cấu snyc
Thứ tự
1
2
3
4
5
6

Các thông số đầu vào cần thiết
Chỉ số mức độ phục vụ ở năm đầu
Chỉ số mức độ phục vụ ở năm cuối
Số trục xe ESAL18kip tích luỹ
Môđun đàn hồi hữu hiệu của đất nền
Sai số tiêu chuẩn tổng hợp
Độ lệch tiêu chuẩn

Ký
hiệu
PSIo
PSIt
W18
MR

So
ZR

Đơn
vị

triệu lần/làn
psi

Thông số
4,2
2,5
12,703650
10500
0,45
-1,881

PSI
Log 10

4
,
2

1
,
5

học=Z
viên

: nguyễn trọng hiệp - lớp cao học khoá 11 trườngđhgtvt
Log10W
+2,32 Log10MR - 8.07
18
RxS0 + 9.36 Log 10(SN+1)-0,20 +
1094
0,4
( SN 1) 5,19


chưong trình thiết kế kết cấu áo đường mềm theo hướng dẫn của aashto
g.v hướng dẫn : pgs.ts nguyễn viết trung

Phương trình cơ bản :

PSI
Log 10

4,2 1,5
Log10W18=ZRxS0 + 9.36 Log 10(SN+1)-0,20 +
+2,32 Log10MR - 8.07
1094
0,4
SNyc =
5,43
( SN 1) 5,19
Vế trái
Vế phải
(1)
1,1039

(2)
1,1039

(1) - (2)
0,0000

thiết kế tối ưu chiều dày các lớp áo đường
STT

Loại vật liệu

1
2
3
4

BTN (Mịn)
BTN (Thô)
CFĐD+XM
CFĐD

Đặc trưng vật liệu
E
E
R
CBR

350000
200000

2
50

Chiều dày
lớp (cm)
5
7
25
34

Hệ số lớp
0,40
0,30
0,15
0,10

Hệ số
thoát nước
1
1
1,2
1,5

SN = a1.D1 + a2.D2.m2 + a3.D3.m3 =
5,43
Kết cấu được tính toán tối ưu với điều kiện : SN = Snyc
Kết luận :
Kết cấu mặt đường tối ưu
SN = 5,43 =SNyc

H= 71 cm

H= 5 cm
H= 7 cm

BTN (Mịn)
BTN (Thô)

H= 25 cm

CFĐD+XM

H= 34 cm

CFĐD

học viên : nguyễn trọng hiệp - lớp cao học khoá 11 trường đhgtvt

Sni
0,78
0,83
1,77
2,05


ch­ong tr×nh thiÕt kÕ kÕt cÊu ¸o ®­êng mÒm theo h­íng dÉn cña aashto
g.v h­íng dÉn : pgs.ts nguyÔn viÕt trung

häc viªn : nguyÔn träng hiÖp - líp cao häc kho¸ 11 tr­êng ®hgtvt

ch­ong tr×nh thiÕt kÕ kÕt cÊu ¸o ®­êng mÒm theo h­íng dÉn cña aashto
g.v h­íng dÉn : pgs.ts nguyÔn viÕt trung

häc viªn : nguyÔn träng hiÖp - líp cao häc kho¸ 11 tr­êng ®hgtvt


chưong trình thiết kế kết cấu áo đường mềm theo hướng dẫn của aashto
g.v hướng dẫn : pgs.ts nguyễn viết trung

Bảng tính lưu lượng xe tích luỹ w18
(Trục ESAL18kip/làn)
Số làn xe
Thời gian Hệ số tăng
N1
W(18)
trên 1
tính toán trưởng xe
hướng
Trục 18 kip
năm
%
triệu lần/mcn
làn
1626
0
15
2
0
1626

5
15
2
4,000378732
1626
10
15
2
12,04656925
1626
15
15
2
28,23033238
1626
20
15
2
60,78166066

DL

0,9
0,9
0,9
0,9
0,9

DD

W18

0,5
0,5
0,5
0,5
0,5

triệu lần/làn
0,000000
1,800170
5,420956
12,703650
27,351747

học viên : nguyễn trọng hiệp - lớp cao học khoá 11 trường đhgtvt


ch­ong tr×nh thiÕt kÕ kÕt cÊu ¸o ®­êng mÒm theo h­íng dÉn cña aashto
g.v h­íng dÉn : pgs.ts nguyÔn viÕt trung

häc viªn : nguyÔn träng hiÖp - líp cao häc kho¸ 11 tr­êng ®hgtvt


ch­ong tr×nh thiÕt kÕ kÕt cÊu ¸o ®­êng mÒm theo h­íng dÉn cña aashto
g.v h­íng dÉn : pgs.ts nguyÔn viÕt trung

häc viªn : nguyÔn träng hiÖp - líp cao häc kho¸ 11 tr­êng ®hgtvt

ch­ong tr×nh thiÕt kÕ kÕt cÊu ¸o ®­êng mÒm theo h­íng dÉn cña aashto
g.v h­íng dÉn : pgs.ts nguyÔn viÕt trung

häc viªn : nguyÔn träng hiÖp - líp cao häc kho¸ 11 tr­êng ®hgtvt


chưong trình thiết kế kết cấu áo đường mềm theo hướng dẫn của aashto
g.v hướng dẫn : pgs.ts nguyễn viết trung

Bảng tra hệ số lớp tương đương ai - bảng 1
Các lớp mặt đường

ai

1. Lớp mặt
- Láng nhựa

0.2 - 0.4

- BTN chất lượng thấp hoặc hỗn hợp đá nhựa chặt (Eac = 100 000 psi)

0,20

- BTN chất lượng cao :
Eac = 200 000 psi (ở 20 độ C)

0,30

Eac = 350 000 psi (ở 20 độ C)

0,40

Eac = 500 000 psi (ở 20 độ C)

0,45

2. Lớp móng trên :
- Không gia cố :
CBR = 30

0,07

CBR = 50

0,10

CBR = 70

0,12

CBR = 90

0,13

CBR = 110

0,14

- Gia cố ximăng :
Rc = 0,7 MPa

0,10

Rc = 2,0 MPa

0,15

Rc = 3,5 MPa

0,20

Rc = 5,0 MPa

0,24

- Cấp phối đá gia cố nhựa bitum :

0,32

3. Lớp móng dưới :
- Không gia cố :
CBR = 5

0,06

CBR = 15

0,09

CBR = 25

0,10

CBR = 50

0,12

CBR = 100

0,14

- Gia cố ximăng :
Rc > 0,7 MPa

học viên : nguyễn trọng hiệp - lớp cao học khoá 11 trường đhgtvt

0,14


chưong trình thiết kế kết cấu áo đường mềm theo hướng dẫn của aashto
g.v hướng dẫn : pgs.ts nguyễn viết trung

Bảng tra hệ số thoát nước mi - bảng 2
Chất lượng

% thời gian kết cấu áo đường chịu độ ẩm bao hoà

thoát nước
Hoàn hảo

<1%

1 - 5%

5 - 15%

>25%

1.40 - 1.35

1.35 - 1.30

1.30 - 1.20

1,20

1.35 - 1.25

1.25 - 1.15

1.15 - 1.00

1,00

1.25 - 1.15

1.15 - 1.05

1.00 - 0.80

0,80

1.15 - 1.05

1.05 - 0.80

0.80 - 0.60

0,60

1.05 - 0.95

0.95 - 0.75

0.75 - 0.40

0,40

(nước thoát được trong 2h)
Tốt
(nước thoát được trong 1 ngày)
Khá
(nước thoát được trong 1 tuần)
Kém
(nước thoát được trong 1 tháng)
Rất kém
(nước không thoát đi được)

Bảng chọn độ tin cậy r theo cấp đường - bảng 3
Loại

R (%)

đường

Trong đô thị

Ngoài đô thị

85 - 99.9

80 - 99.9

Đường trục chính

80 - 99

75 - 95

Đường thu gom

80 - 95

75 - 95

Đường địa phương

50 - 80

50 - 80

Đường cao tốc

bảng quan hệ giữa R và zr - bảng 4
R(%)

50

60

70

75

80

0

-0,253

-0,524

-0,674

-0,84

90

91

93

94

95

-1,282

-1,34

-1,47

-1,555

-1,65

97

98

99

100

-1,881

-2,054

-2,327

-3,09

ZR
R(%)
ZR
R(%)
ZR

Bảng lựa chọn chiều dày tối thiểu Dmin (Inch) theo w18 - bảng 5
Lượng xe W18

50000

50001 - 150000

150001 - 500000 500001 - 2000000

2000000 7000000

Bêtông nhựa

1

2

2,5

3

3,50

Vật liệu hạt

4

4

4

6

6

học viên : nguyễn trọng hiệp - lớp cao học khoá 11 trường đhgtvt


ch­ong tr×nh thiÕt kÕ kÕt cÊu ¸o ®­êng mÒm theo h­íng dÉn cña aashto
g.v h­íng dÉn : pgs.ts nguyÔn viÕt trung

häc viªn : nguyÔn träng hiÖp - líp cao häc kho¸ 11 tr­êng ®hgtvt


ch­ong tr×nh thiÕt kÕ kÕt cÊu ¸o ®­êng mÒm theo h­íng dÉn cña aashto
g.v h­íng dÉn : pgs.ts nguyÔn viÕt trung

85
-1,037
96
-1,751

> 7000000
4
6

häc viªn : nguyÔn träng hiÖp - líp cao häc kho¸ 11 tr­êng ®hgtvt