Xác định mô đun đàn hồi của các lớp vật liệu áo đường mềm từ kết quả thí nghiệm fwd

I HỌ QU
TRƢỜ G

GI TP H M

IH

H

H

--------  -------

BÙI NH DŨNG

X

Ị H MÔ U
À HỒI CỦA CÁC LỚP VẬT LIỆU
ƢỜNG MỀM TỪ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM FWD

HUY N NG NH X Y D NG ƢỜNG
MÃ S
: 605830

T V

LU N V N TH

TP H

H MINH, TH NG

S

N M

ƢỜNG TH NH PH


-i-

NG TR NH Ƣ

ộ hƣớ g

Lu

HO N TH NH T I

TRƢỜNG

I HỌ B

I HỌ QU

GI TP H

h

H KHO

H MINH

họ TS. Lê Anh Thắng

ộ h

h

x t 1: TS. Nguyễn Mạnh Tuấn

ộ h

h

x t

v

th

s

TS. Trần Văn Miền

ƣ

vệ t i HỘI

TH C SỸ TRƢỜNG
Ng y

Hội ồ g

h gi lu

v

th

NG CHẤM BẢO VỆ LU N V N

I HỌC BÁCH KHOA.
th g

s gồm:

1. TS.Trần Xuân Hoà
2. TS.Trầ V

Miền

3. TS.Trần M nh Tu n
4. TS.Lê Anh Thắng
5. TS V

Hồng T n
Chủ tịch hội ồng

TS.Vũ Xuân Hoà

-iiIH

QUỐC GIA TP.HCM

TRƢỜ G

IH

H

G HÒ XÃ H I HỦ GH

H

ộc lập – Tự do – Hạnh phúc

Tp

HIỆM V
Họ t

họ vi

ÙI

Ng y, th g,
huy
I- T

UẬ V

TH

t

n m

S
Phái

: Nam

Nơi si h Qu g Ngãi

sinh: 17/01/1986
g ƣờ g

n

t v

ƣờ g th h h

MSHV : 11010300

Ề TÀI:

X

Ị H MÔ U

À HỒI Ủ
ỚP VẬT IỆU
TỪ ẾT QUẢ THÍ GHIỆM FWD

hiệm vụ
Nghiên cứu thiết kế phần mề

1.

CM n

H DŨ G

g h X y

VIỆT

tí h t

ƢỜ G MỀM

ƣờ g ộ

u

hồi của các lớp

s hội tụ củ

u

hồi của các lớp

ƣờng mềm từ kết qu thí nghiệm FWD.
ề cần gi i quyết trong lu

V

ƣờng, sai s cho phép giữ
u

v

ộ võng tính tốn và th

, h

g

hồi h p lý.

ội dung luận văn

2.

hƣơ g

Tổ g qu

hƣơ g

II-

ơ sở lý thuyết

hƣơ g

Phƣơ g h

hƣơ g

Ph

v

ội u g ghi

ứu

tí h hƣơ g trì h

hƣơ g 5 Phầ

ết lu

v

GÀY GI

HIỆM V

iế

ghị
Ng y

th g

III- GÀY H À THÀ H HIỆM V

Ng y

th g

IV-

TS. LÊ ANH THẮNG

HƢỚ G D

Nội u g v

ề ƣơ g lu

HƢỚ G D

TS.

H THẮ G

v

th

s

ã ƣ

hội ồ g huy

HỦ HIỆM
MÔ
QL CHUYÊN NGÀNH

TS. LÊ BÁ KHÁNH

gành thông qua.

H
QUẢ
Ý
CHUYÊN NGÀNH

M


-iii-

LỜI CẢM Ơ

v

Lu

“X c địn môđun đ n ồi của các lớp vật liệu o đường mềm từ kết

quả thí nghiệm FWD” ƣ c th c hiện từ th g
í h nghiên cứu phần mề
h gi

tí h t

u

/

ến tháng 06/2013 với mục

ủa các lớp v t liệu

ƣờng mềm, ể

h t lƣ ng của kết c u d a vào kết qu thí nghiệm FWD.

Tơi xin trân trọng c

ơ thầy TS. Lê Anh Thắ g ã t

tì h hƣớng d , ƣ

ra những lời khuyên th c s giá trị và nhữ g ộng viên kịp thời ể tơi có thể hồn
v

thành lu

y

Tơi xin chân thành c
Thị Ki

ơ thầy giáo TS.Nguyễn Quang Phúc và cô TS.Trần

g ã cung c p s liệu và nhữ g ó g gó hữu ích giúp tơi có thể th c

hiện t t ề tài lu
Xin c
về thời gi

ơ

v .
ọi gƣời trong gia ì h t i ã giú

ể tơi hồn thành lu

Vì thời gian th c hiện lu
thiếu sót. Tơi r t
nghiệ

ể lu

v

Xin chân thành c

g ƣ cs

v
v

ú g tiế

iều kiện thu n l i

ộ.

ó h n nên không tránh khỏi những h n chế và
ó g gó

ƣ c hồn thiệ hơ
ơ

ỡ và t

ủa q thầy cô giáo, b

èv

ồng

-iv-

TĨM TẮT LUẬ V
Ề TÀI “X

Ị H MƠ U

À HỒI CỦA CÁC LỚP VẬT LIỆU ÁO

ƢỜNG MỀM TỪ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM FWD”
Giới thiệu chung
ể

h gi

ƣờ g ộ kết c u

Nhƣ g thí ghiệm thiết bị
Bên c h ó,

hần mề

qu thí nghiệ

ƣờng có nhiều hƣơ g h

h

ộng (FWD) có hiệu qu v tí h hí h x

tí h t

u

hồi các lớ

h u
hơ

.

ƣờng sử dụng kết

FWD ũ g ã ƣ c nhiều ƣớc trên thế giới nghiên cứu phát triển

từ r t lâu.
Tuy nhiên, thí nghiệm FWD ở Việt Nam hiện nay v n còn nhiều h n chế. Kết
qu sau khi thí nghiệm chỉ ể x
ến kết qu

Benkelman. D

h

ị h

u

hồi hu g tƣơ g t

ƣ c không ph

h ú g h

hƣ ần

g chịu l c của

t yêu cầu hƣ g ũ g ó hững lớp yếu h

từng lớp, có thể có những lớp

g ủ

g chịu l c.

kh

v

Lu

t p trung nghiên cứu thiết kế phần mề

hồi của các lớ

tí h t

ƣờ g ộ

u

ƣờng mềm từ kết qu thí nghiệm FWD.

Nội dung của lu

v

gồ

5 hƣơ g ƣ c trình bày vắn tắt hƣ s u

hƣơng I Tổng quan
hƣơ g h

Giới thiệu tổng quan về

x

ị h ƣờ g ộ

ƣờng Việt

y hƣ thí ghiệm cần Benkenman, t m ép cứng, thiết bị

Nam hiệ

ộng (FWD). Nhữ g ƣu hƣ
hình sử dụ g
hƣơng II

hƣơ g h

iểm củ
tr

hƣơ g h

thí ghiệm này và tình

t i Việt Nam hiện nay.

ơ sở lý thuyết

Nghiên cứu tổng quan về các mơ hình mơ phỏng ứng xử của các lớ
ƣới t

ộng của t i trọng. Bên c h ó l

gƣ c của các nghiên cứu ƣớc ngoài. Lu
t ƣ
x

tr g ƣớc về tí h t

ị h hƣơ g h
h

ã ƣ

ộ võng

tí h t

u

ƣờng

hần mềm tính tốn thu n, tính tốn
v

ũ g h

tí h

ghi

ứu ã

hồi từ thí nghiệm FWD. Ng i r , ể

gƣ c sẽ sử dụng, lu

hƣơ g trì h khác sử dụ g tr

v

ã ƣ r

g hƣơ g trì h tí h t

hƣơ g
gƣ c


-v-

u

hồi.

hƣơng III Phƣơng pháp và nội dung nghiên cứu
Nghiên cứu t p trung về hƣơ g trì h BIS R v lý thuyết thu t gi i di truyền.
Xây d

g hƣơ g trì h Bis r-GAs, tí h t

u

hồi các lớp v t liệu áo

ƣờng
hƣơng IV Phân tích chƣơng trình
ộ chính xác củ

hƣơ g trì h ƣ c kiểm tra trên ba yếu t sau:

 So sánh kết qu với

hƣơ g trì h h

 Kiể

tr

ộ nh y củ

 Kiể

tr

hƣơ g trì h h y theo kết qu thí nghiệm FWD th c tế.

hƣơng V
Kết qu

hƣơ g trì h

ết luận và hƣớng phát triển của đề tài.
t ƣ c trong lu

v

v

hƣớng phát triển


-vi-

M CL C
HƢƠNG

ẶT VẤN Ề NGHIÊN CỨU. .....................................................................1

1.1
1.2

TỔNG QUAN .......................................................................................1

MỘT S PHƢƠNG PHÁP XÁC ỊNH MÔDUN SỬ DỤNG Ở VIỆT

NAM HIỆN NAY. ...................................................................................................2
1.2.1 P ươn p p p

oại mẫu .......................................................................2

1.2.2 P ươn p p đ n

i k ôn p

oại mẫu .............................................2

P ươn p p đo độ võng bằng tấm ép cứng ........................................3
P ươn p p đo độ võng bằng cần Benkenman ..................................3
P ươn p p đo cườn độ mặt đường bằng thiết bị đo độ võn động
FWD ..................................................................................................................4
1.2.3 Đ n

i

c c p ươn p

p x c địn cườn độ kết cấu o đường. ..........8

1.2.4 Tình hình sử dụng FWD của Việt Nam hiện nay. ....................................10
H CỦA Ề TÀI...........................................................................11

1.3

MỤC

1.4

NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU ........................................................................11

1.5

PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU................................................................11

1.6

Ý NGH

HƢƠNG

CỦA Ề TÀI ..............................................................................12
Ơ SỞ LÝ THUYẾT ........................................................................13

2.1 CÁC MƠ HÌNH ÁO ƢỜNG TRONG TÍNH TOÁN ....................................13

2.1.1 Lý thuyết đ n ồi: .....................................................................................13
2.1.2.

P ươn p p độ d

tươn đươn .......................................................16

2.1.3.

P ươn p p p ần tử hữu hạn .............................................................18

2.1.4.

Mơ ìn đ n n ớt ..................................................................................18

2.2 CÁC NGHIÊN CỨU NƢỚC NGỒI..............................................................19
2.2.1 Tính tốn thuận ........................................................................................19
2.2.2 Tín to n n ược .......................................................................................25
2.2.2.1 PEDMOD ............................................................................................26
2.2.2.2 EVERCALC .........................................................................................27


-vii-

2.2.2.3 ELMOD ...............................................................................................28
2.2.2.4 MICHBACK ........................................................................................28
2.3 CÁC NGHIÊN CỨU TRONG NƢỚC .............................................................30
2.4 CÁC PHƢƠNG PHÁP TÍNH D A TRÊN THÍ NGHIỆM FWD ...................31
2.4.1 Tính tốn dựa trên phân tích vùng ứng suất dưới t c động của tải trọng
FWD. ..................................................................................................................31

2.4.2 P ươn p p lặp lại thử dần ...................................................................32
2.4.3 Cơ sở dữ liệu ............................................................................................32
2.4.4 C c p ươn p
2.5

p tối ưu óa kết quả .......................................................33

KẾT LU N..................................................................................................33

HƢƠNG III

PHƢƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU.......................35

3.1 HƢƠNG TRÌNH BISAR...............................................................................35
3.2 THU T TỐN DI TRUYỀN ..........................................................................38
3.2.1 Tổng quan về GA (Genetic Algorithms) ...................................................38
3.2.2 Nguyên lý hoạt động.................................................................................39
3.2.2.1 Chọn lọc ..............................................................................................41
3.2.2.2 Lai ghép...............................................................................................42
Đột biến ...............................................................................................42
3.2.3 Các thành phần trong thuật toán di truyền ..............................................43
3.2.3.1 Dân số .................................................................................................45
3.2.3.2 Lai ghép...............................................................................................45
Đột biến ...............................................................................................46
3.2.3.4 Chọn lọc ..............................................................................................47
3.2.4 Kết luận ....................................................................................................49
3.3 SƠ

TÍNH TỐN HƢƠNG TRÌNH ........................................................49

3.4 CÁC PHƢƠNG TRÌNH TÍNH TỐN ............................................................52
3.4.1 Độ võn đại điện ......................................................................................52
3.4.2 Điều chỉn môđun đ n ồi lớp bêtông nhựa Asp at dưới ản
độ.

ưởng nhiệt

..................................................................................................................55


-viii-

3.4.3 Bìn p ươn sai số RMS (Root Mean Square) ........................................55
3.4.4

mđ n

i ...........................................................................................56

3.5 HƢƠNG TRÌNH BISAR-GAS ......................................................................56
3.5.1 Nhập số liệu đầu vào ................................................................................57
3.5.2 Xử lý số liệu ..............................................................................................61
3.6 KẾT LU N ......................................................................................................63
HƢƠNG IV PH N T

H HƢƠNG TR NH ....................................................65

4.1 KIỂM TRA Ộ CHÍNH XÁC CỦA HƢƠNG TRÌNH .................................65
4.1.1 Kết quả tín to n trên c ươn trìn .........................................................66
4.1.2 Kết quả tín to n trên c ươn trìn k

c ................................................67

4.1.3 Kết luận ....................................................................................................68
4.2 PHÂN TÍCH Ộ NH Y CỦA THAM S GAS .............................................68
4.2.1 Ản

ưởng giữa tỉ lệ lai ghép và tỉ lệ đột biến .........................................70

4.2.2 Ản

ưởng giữa tỉ lệ đột biến và số dân số ..............................................73

4.2.3 Ản

ưởng khoản môđun vật liệu. .........................................................76

4.3 TÍNH TỐN TH C TẾ ..................................................................................79
4.4 KẾT LU N ......................................................................................................81
HƢƠNG V KẾT LU N VÀ KIẾN NGHỊ ...........................................................83
5.1 KẾT LU N ......................................................................................................83
5.2 KIẾN NGHỊ .....................................................................................................84
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................85


-ix-

DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 1.1 : kho ng cách cách sensor và bán kính t i ...................................................5
Hì h

ộ võng và thời gian biến d ng của nề

ƣờng ..........................................6

ộng FWD..................................................................................6

Hình 1.3: thiết bị

Hình 1.4: màn hình thể hiện thí nghiệm FWD ............................................................8
Hì h

5

ộ võng kết c u mặt ƣờng từ thí nghiệm FWD ........................................8
hƣơ g trì h Boussinesq ......................................................14

Hình 2.1: mơ hình củ
Hì h

ƣờng

h hƣởng cho một vùng t i hình trịn...........................................16

Hình 2.3: mơ hình chuyể
Hì h
Hì h

ổi hai lớp theo Odemark ...............................................17

hì h tí h t

u

5 sơ ồ hƣơ g trì h tí h t

Hình 2.6: ch u võng th
Hì h

v

hồi các lớ

ƣờng của phần mềm ........25

.....................................................................26

h u võng giới h n trong kho ng sai s 15% .......30

sơ ồ vùng ứng su t ƣới t

Hinh 3.1 : l a chọn kết qu xu t ra củ

ộng của t i trọng FWD ............................31
hƣơ g tri h Bisar .....................................36

Hinh 3.2 sơ lƣ c cá hƣớng ứng su t cắt, ứng su t chinh của hai hệ th ng tọa ộ 37
Hình 3.3: kết qu tính tốn từ hƣơ g trì h Bisar ....................................................37
Hì h

sơ ồ biểu diễn của 1 chuỗi .......................................................................40

Hình 3.5: nhiễm sắc thể của bài tốn ba lớ trì h
Hình 3.6 l i gh

ơ

y ƣới d ng mã nhị phân ........44

iểm .....................................................................................45

Hình 3.7 l i gh

iểm .........................................................................................46

Hình 3.8 l i gh

ồ g ều .....................................................................................46

Hình 3.9

ột biến gen của nhiễm sắc thể .................................................................47

Hình 3.10 : bánh xe Roulette.....................................................................................48


-x-

Hình 3.11

hƣơ g h

gi i

u chọn lọc ..............................................................48

hì h tí h t

Hình 3.12

u

hồi các lớ

ƣờng của phần mềm ......50

Hình 3.13 : biểu ồ ộ võng ......................................................................................54
Hình 3.14: các menu chính của Bisar-GAs ...............................................................58
Hình 3.15: thêm mới dữ liệu .....................................................................................58
Hình 3.16: thêm t i trọng và bán kính tác dụng ........................................................59
ƣờng..............................................................59

Hình 3.17: nh p thơng s các lớ

Hình 3.18: nh p kho ng cách các Sensor .................................................................60
Hình 3.19: nh

ộ võng th

..............................................................................60

Hình 3.20: biểu ồ ộ võng th
Hình 3.21: biểu ồ tổng h

..........................................................................61
ộ võng các Sensor t i các vị trí

............................61

Hình 3.22: nh p thơng s tính tốn của GA ..............................................................62
Hình 3.23: biểu ồ ộ võng tính tốn và th

t i một vị trí .................................63

Hình 4.1 : mơ hình kết c u ba lớp của Reddy ...........................................................65
Hinh 4.3 : biểu ồ

u v RMS củ

hƣơ g trì h tí h t

gƣ c...............68

Hình 4.4:

h hƣởng tỉ lệ lai ghép (Pc) và tỉ lệ ột biến (Pm) ến %RMS ................73

Hình 4.5:

h hƣở g

Hình 4.6:

h hƣởng ph

Hình 4.7: kết qu

ƣ v tỉ lệ l i gh
vi

u v

ến % RMS .......................................75
s

ến % RMS ...................................78

u v RMS tính toán .............................................................80


-xi-

DANH SÁCH CÁC BẢNG
B ng 1.1 : b g s s h ƣu hƣ

iể

hƣơ g h

....................................9

B ng 2.1 : hệ s mơ hình Hogg .................................................................................22
B g

ộ võng t i 4 vị trí

g i th

ịa.......................................................54

B ng 3.2: hệ s poisson của các lớp v t liệu theo Aashto 1993 ...............................57
u

B ng 3.3: giá trị

lớp v t liệu theo Aashto 1993 ......................................57

B ng 4.1: thông s ga sử dụ g tr
B ng 4.2 : ph

vi

u

ủa các lớp v t liệu ........................................................66

Hình 4.2: kết qu hiển thị củ
B ng 4.3: kết qu tí h t

g hƣơ g trì h ...................................................66

hƣơ g trì h Bis r-GA .............................................67
gƣ

hƣơ g trì h ................................................67

B ng 4.4 : ph m vi các tham s tr
B ng 4.6: ph

vi

gg

u sử dụ g h

ƣ c Reddy sử dụng ................................69
tí h ộ nh y..............................................70

B ng 4.7: ph m vi các tham s sử dụ g h

tí h ộ nh y ......................................70

B ng 4.8: m i quan hệ giữa tỉ lệ lai ghép Pc và tỉ lệ ột biến Pm ..............................72
B ng 4.9 :m i quan hệ giữa dân s và tỉ lệ ột biến Pm ...........................................74
B ng 4.10: ph m vi các tham s sử dụ g h

tí h ộ nh y ....................................75

B ng 4.11: giá trị thông s GA .................................................................................76
B ng 4.12: ph

vi

u

lớp ..........................................................................76

B ng 4.13: m i quan hệ giữa ph

u v

s ..........................................77

u

ề nghị của Wael Alkasawneh .....................................79

B ng 4.14: thơng s các lớ

ƣờng thí nghiệm....................................................80

B ng 4.13: ph

B ng 4.15: kết qu

vi

vi

u v RMS tính tốn ...........................................................80

-1-

HƢƠ G 1 TỔNG QUAN
ẶT VẤ

1.1

Ề NGHIÊN CỨU.

Giao thông v n t i ƣờng bộ là một bộ ph n quan trọng trong kết c u h tầng
qu c gia và có tính xã hội cao. Trong nhữ g
khơng ngừ g, ƣ c s quan tâm củ
ƣ

ƣu ti

h t triển làm tiề

h

ề, l

qu

ƣớc cở sở h tầ g gi

th

th

g ƣờng bộ

ộng l c cho s phát triển kinh tế xã hội,
i hó

phục vụ cho s nghiệp cơng nghiệp hóa - hiệ
triển phát triể gi

i h tế Việt Nam phát triển

g ƣờng bộ ũ g gó

t ƣớc. Bên c nh s phát

hầ

m b o qu c phòng an ninh

ƣờng bộ, hiện nay hệ th

g ƣờng bộ Việt Nam có tổng

qu c gia.
Theo s liệu của Cụ

chiều dài là 287.689 km , 39.800 cầu với 746.630 m dài. Và hằ g
K

ƣờ g ƣ c xây mới sửa chữa l i ể

nhân dân. Vì v y việ

h gi

h t lƣ

ó hàng tr m

ứng nhu cầu i l i g y

g t g ủa

g ƣờng s u hi ã thi công công xong,

m b o kết qu chính xác và nhanh chóng r t cần thiết. Mặt khác, trong iều kiện
kinh tế còn h n hẹp chi phí cho duy tu b

ƣỡ g ƣờng bộ hằ g

40% nhu cầu D

h

kịp thời

ó sắp xếp b trí ƣu ti

uy tu

ƣỡng tuyế

ứng

ƣờng nào

m b o giao thơng thơng su t, an tồn r t quan trọng.

Trƣớc nhữ g òi hỏi của th c tế phát triể gi
h gi

hiện nay. Việ

không làm

h hƣở g ến việ

chịu t i của kết c u
h u hƣ

h t lƣ

ƣỡng là v

việt duy tu b

h

hỉ

g ƣờng bộ Việt Nam

sử dụ g h y

h gi tr

g

ề c p thiết. Kết qu cần cho nhanh và chính x
ƣ tuyế

ƣờng vào sử dụng.

h gi

h h i m u, hƣơ g h

ể

h

ƣờng hiện hữu, có thể sử dụng nhiều hƣơ g h

hƣơ g h

tr c tiế

g ƣờ g ể ƣ v

th

g
h

ằng t m ép cứ g, hƣơ g

ƣới bánh xe bằng cần Benkemen, … Tr

không phá hủy mặt ƣờ g FWD (F lli g Weight Defle t

g ó l thí ghiệm

eter),

g ƣ c ƣớc

ngồi sử dụng rộng rãi. Sử dụng thí nghiệm FWD, kết qu thí nghiệm khơng chỉ xác
ịnh ƣ c mơ u
thể tí h t

hu g ủa kết c u

ƣờng mềm, mà từ kết qu thí nghiệm có

u từng lớp kết c u ể cho biết kh

g chịu l c từng lớp kết c u.

-2-

Ở Việt N

g ƣớ

ầu sử dụng thí nghiệ

FWD ể

h gi

ƣờ g ộ

ƣờng và kết c u mặt ƣờng. Tuy nhiên l i thiếu các phần mềm tính tốn

nề
u

hồi từ kết qu thí nghiệm FWD. Vì v y ể t

ơ sở cho các nghiên cứu

nâng cao sau này, nghiên cứu t p trung tính tốn, xử lý s liệu sau khi có kết qu từ
thí nghiệm FWD. Ngồi ra, kết qu của nghiên cứu có thể phục vụ cho cơng tác
lý ƣờng, c nh báo cho hệ th

qu

g ƣờ g ã xu ng c p và t

ơ sở ể thiết kế

mới nâng c p mặt ƣờng.
Nghiên cứu sử dụng thu t gi i di truyền (Genetic Algorithms - GAs) làm
hƣơ g h

tí h tr

g qu trì h tí h t

gƣ c, sử dụng các thông s

ã iết hƣ

chiều dày kết c u (theo mặt cắt g g ƣờng thí nghiệm hoặc từ vị trí khoan m u
thí nghiệm), các kho ng mô u

ủa v t liệu (tra theo tiêu chuẩn thiết kết

mềm 22TCN 211-06) và các thơng s từ thí nghiệm FWD. Bằ g hƣơ g h
t

gƣ c kết h

liệu

iều kiện biên, có thể x

tính

ủa từng lớp v t

ƣờng mềm.
M T SỐ PHƢƠ G PH P X

1.2

ị h ƣ c mô u

ƣờng

ỊNH MÔDUN SỬ D NG Ở VIỆT

NAM HIỆN NAY.
y ể

Hiệ
hƣơ g h

h giá sức chịu t i của kết c u

hí h l

hƣơ g h

h h im uv

ƣờ g thƣờng dùng hai
hƣơ g h p không phá ho i

m u
1.2.1 Phương pháp phá hoại mẫu
The
c u

hƣơ g h

y, gƣời ta tiến hành khoan l y m u trong các lớp kết

ƣờng, thơng qua các thí nghiệ

d báo kh

tr

g hị g ể x

ịnh các thơng s , từ ó

g chịu t i của kết c u. Do không thể l y quá nhiều m u trên mặt

ƣờng nên các thông s ph n nh tình tr ng mặt ƣờng thơng qua các thí nghiệm
thƣờng mang tính cục bộ. Mặc khác các lớ

ƣờng làm việ t

ộng qua l i l n

h u, iều này khơng cịn chính xác trong phịng thí nghiệm.

1.2.2 Phương pháp đánh giá không phá hoại mẫu
h gi the
h

hƣơ g h

h

g h h i m u thƣờ g ƣ c tiến hành bằng

ộ võng trên bề mặt ƣờ g ể d tính kh

g hịu t i của kết c u mặt


-3-

ƣờ g Phƣơ g

h

ộ võ g thƣờ g

ù g l

ằng t m ép cứng, cần

Benkenmen và bằng thiết bị FWD.
1.2.2.1 Phương pháp đo độ võng bằng tấm ép cứng
Trong tính toán thiết kế kết c u

l

ƣờng mềm, kh

ƣờng ƣ c biểu thị bằng chỉ tiêu mô u
g h ng l i biến d g

kh

hồi

g hịu l c của v t liệu
ól

hỉ ti u ặ trƣ g h

hồi do l c tác dụ g g y r

và mặt ƣờng làm bằng các v t liệu rời, việ x

t nề

ƣờng

ị h ộ lún (biến d g)

hồi

i với

t h qu t m ép cứng [1].

ph i th c hiện bằng thí nghiệ

Nội dung công việc là tác dụng một l c lên t m ép cứ g,
ó gây ra. L c tác dụng lên t

do l

ủ lớ

ểt

iến d g

hồi

ƣ c một áp su t tác dụng

lên bề mặt tƣơ g ƣơ g với áp su t của t i trọng xe tính tốn gây ra, truyền qua các
ƣờng tác dụng lên nó. Diện tích t

lớ

tƣơ g ƣơ g với diện tích truyền áp

gx t

l c lên bề mặt của lớp

Nhƣ v y, tùy thuộc vào lớp nề

ƣờng hay lớ

ó g ƣờng mà sử dụng t m

ó ƣờng kính khác nhau, áp su t khác nhau. Vị trí của lớp càng xa lớp mặt thì
ƣờng kính t m ép càng lớn và áp l c càng nhỏ.
1.2.2.2 Phương pháp đo độ võng bằng cần Benkenman
ộ võ g

hồi của mặt ƣờng là hàm của các biến phụ thuộc vào: lo i mặt

ƣờng, kết c u

ƣờng và tr g th i

t nề

ƣờ g, lƣu lƣ ng xe ch y, thời gian

sử dụng mặt ƣờng, nhiệt ộ của mặt ƣờ g,…Vì có q nhiều biến phụ thuộc nên
giữa các trị s

ộ võng

cách giữ

iể

ƣ c ln có những sai lệch cho dù có rút ngắn kho ng
Bởi v y, ể

ph i phân tuyến thành từ g
võ g ể
The

h gi

ú g l c chịu t i củ

ƣờ g, gƣời ta

ặ trƣ g, tiến hành xử lý th ng kê các kết qu

h gi
ó, s u hi x

ị h ƣ

ộ võ g ặ trƣ g ủa c kết c u

bằng cầ

ộ võng Benkenman [2], tiến hà h x

c kết c u

ƣờng theo công thức:

ị h

u

ƣờng

hồi chung của


-4-

pD(1   2 )
Edh  
Ldh
Tr

(1.1)

g ó
p: áp l c tiêu chuẩn, p = 6 daN/cm2
D

ƣờ g í h tƣơ g ƣơ g vệt bánh xe tiêu chuẩn, D=33cm

: hệ s
Ldh
=

poatxong,  = 0.3;

ộ võ g
9 ,

Phƣơ g h
qu

hồi ặ trƣ g
y l hệ s x t ến

h hƣởng do bánh xe kép gây ra

y ó

hƣ g ó hƣ

g su t

iể

l

ộ tin c y của kết

l không cao.

1.2.2.3 Phương pháp đo cường độ mặt đường bằng thiết bị đo độ võng động
FWD
Thí nghiệm t i trọ g rơi ( The F lli g Weight Defle t
nghiệm lầ

ầu

h

y

ở Ph

tr

eter – FWD) ƣ c thí

ƣờng mềm (Ullidtz,1987). Trong

hệ th ng này, một kh i t i trọ g Q rơi từ ộ

quy ịnh H xu ng một t m ép

ƣờng kính D, thông qua bộ ph n gi m ch n gây ra một xung l

x

ịnh tác dụng

lên mặt ƣờng. Biến d g ( ộ võng) của mặt ƣờng ở tâm t m ép và ở các vị trí
cách t m ép một kho g quy ịnh sẽ ƣ
liệu

ƣ

hƣ xu g l

t

ầu c m biế

võ g ghi l i. Các s

ụng lên mặt ƣờng thông qua t m ép, áp l c tác

dụng lên mặt ƣờng (bằng giá trị xung l c chia cho diện tích t
ƣờng ở các vị trí quy ị h (

ầu c m biế

ị h ƣờ g ộ kết c u mặt ƣờng. Trong thí nghiệ
từ 7-9 c m biến trong kho ng cách nhỏ hơ
ƣới tâm của t m t i.

), ộ võng mặt

võ g ghi l i) l
FWD, th

với c m biế

ơ sở ể xác

g thƣờng sử dụng
ầu ti

ƣ

ặt bên


-5-

Hình 1.1 : Kh

g

h

h se s r v

í ht i

Áp l c tác dụng xu ng mặt ƣờng có thể th y ổi bằ g
cao của t i trọng rơi Kh i t i trọ g ƣ
thẳ g ứng theo một thanh d ,

ƣ l

ộ

h iều chỉnh chiều

quy ị h, s u ó rơi t do

p vào một t m ép thơng qua bộ ph n gi m ch n

lị xo cao su), t o nên một xung l c tác dụng lên mặt ƣờng t i vị trí ặt t m ép.
Thời gian tác dụng của xung l c lên mặt ƣờng phù h p với iều kiệ t
tế của t i trọng lên mặt ƣờ g Th
ộ cứng phù h

ể

g thƣờng, bộ ph n gi m ch

ộng th c

ƣ c thiết kế có

m b o thời gian tác dụng của xung l c vào kho ng từ 0,02

giây ến 0,06 giây.
Ngồi ra, cịn có thí nghiệm t i trọng nặng FWD ( Heavy Falling Weight
Deflectormeter – HFWD) ƣ c mơ phỏng gi
trọng tác dụng tức thời có thể l
với

ƣờng cứ g hƣ

ƣờ g

g hƣ một bánh xe Boeing 747, t i

ến 250 kN. Thí nghiệm HFWD ƣ c áp dụng

t

g xi

g h y ƣờng

gs

y…

i


-6-

ộ võ g v thời gi

Hình
Ứng xử của các lớ
l c t i tác dụ g v
võng lớn phụ thuộ v

g ủ

ề

ƣờ g

ƣờng thể hiện thơng qua hình d ng ch u võ g ƣới áp

ƣ

ằng các c m biế
ộ dày lớp, s P iss

(Bendana, 1994). Các c m biế
toàn bộ lớ

iế

ặt gần t i ƣ

ƣờng, các c m biế

,

ặt xung quanh t i trọ g rơi
u
ặt ể

hồi, v

ộ

ộ sâu lớp cứng

h n ứng tổng h p của

ặt xa trung tâm t i tác dụ g ƣ c sử dụ g ể

ứng xử của các lớ s u hơ

Hình 1.3 Thiết ị

ộ g FWD


-7-

Thiết bị FWD ƣ c lắ
i tr

g qu trì h i huyể v

liệu ƣ c t
v

iều khiể qu trì h

c. Việ

ộ

g iều khiển

quy ịnh v rơi t do xu ng t m ép gây ra một xung

ịnh tác dụng lên mặt ƣờ g

của mặt ƣờng ở các kho g

ầu c m biế

võ g sẽ ghi l i ộ võng

h quy ịnh. Các dữ liệu hƣ ộ lớn t i trọng (xung

l c) tác dụng, áp l c tác dụng lên mặt ƣờng, trị s
,

v thu th p s

võ g ƣ c h xu ng tiếp xúc với mặt ƣờng. Hệ th

nâng kh i t i trọ g l
x

ƣ c mặt xe ô tô t i nhẹ kéo

ộng thông qua phần mềm chuyên dụng. T i vị trí cần kiểm tra, t m ép

ầu

l

ặt trên mặt chiếc mó v

ộ võng của mặt ƣờ g ƣ c

ƣ c phần mềm chuyên dụng ghi vào trong máy tính. Các thơng tin hỗ tr

h

hƣ hiệt ộ khơng khí, nhiệt ộ mặt ƣờng, kho ng cách giữa các vị trí

trìnhvị trí

ƣ

v

t

lƣu l i bằng phần mềm hoặc ghi l i vào sổ tay S u hi

ầu

võ g ƣ c nâng lên và thiết bị ƣ c di chuyể

, lý
x

g,

ến vị trí kiểm

tra tiếp theo.
g h “Quy trình thí nghiệm đ n

Theo tiêu chuẩ

i cườn độ nền đường

và kết cấu mặt đường mềm của đường ôtô bằng thiết bị đo động(FWD)”
355 – 06 [3]. ể
th h

h gi

g h us u

ƣờng, chiều dầy kết c u, lo i

ch y... Chọ

ồng nh t, ặc biệt ngắ
ịa ch t thủy v

bộ...), th m chí nhỏ hơ

t nề tr

i diện chọn l y

t ũ g h i

qu vù g

i diện có chiều dài từ
iể

hiệ

hu g ứng t i chiều s u tƣơ g ƣơ g
hƣ s u

Với nhữ g

n

xu g qu h ( iều
t yếu,

hƣ hỏng cục

ủ t i thiểu 5 iểm.

Kết qu hiện thị trên màn hình của thí nghiệm FWD với
mô u

c

ù g, lƣu lƣ ng xe

hƣ g ó tí h h t khác hẳ
phức t p hoặ

ƣờng cầ

y tr ng thái bề mặt áo

ồng nh t

i diện trên mỗi

t ến 1.000 mét. Mỗi

kiệ

ƣờng, chia tuyế

ồng nh t, có các yếu t gi

ƣờng, kết c u
5

ƣờ g ộ các lớ

T N

h ng cách

ộ võ g v

ồ thị

ộ võ g ƣ c thể


-8-

Hình 1.4: Màn hình thể hiệ thí ghiệ

FWD

ứ vào s liệu ộ võng. Có thể vẽ ƣ c biểu ồ ộ võng trên mặt ƣờng
tƣơ g ứng t i mỗi iể

Hình 1.5

v xử lý ể ó ƣờng cong phễu lún cho mỗi

ộ võ g ết

u

ặt ƣờ g từ thí ghiệ

FWD

1.2.3 Đánh giá các phương pháp xác định cường độ kết cấu áo đường.
Th g 9

, ề t i “Nghiên cứu đ n

i c c p ươn p

p x c định

cườn độ kết cấu o đường tại khu vực đôn t

n p ố Hồ Chí Minh” của nhóm tác

gi Trầ Th h Tƣởng [4] ã th

hƣơ g h

g

th c tế ngoài hiện


-9-

trƣờ g hƣ t m ép cứng, cần Benkemen, thiết bị
hƣơ g h

tìm ra m i quan hệ giữ
tr

hƣơ g h

tiến hành vẽ biểu ồ biểu diễn m i

từ thí nghiệm nêu trên.

Sau khi phân tích hiệu qu kinh tế, s s h ịnh mứ
h

, tí h thu n tiện, hiệu qu tr

hƣơ g h

g hƣơ g h

ƣờng, tác gi

cho tính tốn thiết kế

tí h

thí ghiệm ngồi hiệ trƣờng t i mộtvị trí

ƣờng, cùng một lo i kết c u. Từ kết qu

quan hệ giữ

ộng FWD. Từ ó h

ƣ r

ơ gi

ủa từ g hƣơ g

ũ g hƣ p dụng kết qu

ng 1.1 s s h ƣu hƣ

iểm các

hƣ s u
B g

B g s s h ƣu hƣ

iể

ằng cần
Phƣơ g h
1. Tính kinh tế

hƣơ g h
t m ép cứng

Benkelman

ằng FWD

Chi phí thiết bị th p,

Chi phí thiết bị th p,

Chi phí thiết bị cao,

chi phí cho lần thí

chi phí cho lần thí

chi phí cho lần thí

nghiệm cao. Giá thí

nghiệm cao. Giá thí

nghiệm th p. Giá thí

nghiệ / iể

nghiệ / iể

nghiệ / iể

9
Thƣờ g ù g
2. Tính thu n
tiện

ặt

ƣờng, khu v c ít xe
cộ,

gt

mb o

giao thông phức t p.

h

l i nền

mặt ƣờng, khu v c ít
xe cộ,

gt

m

b o giao thơng phức
t p.

3. Tính hiệu qu
củ

hƣơ g

h

l i nền,

mặt ƣờng xe ph i
i l i ƣ c. Công tác
m b o giao thông
ơ gi n, ít ùn tắc.

Thí nghiệm ch m

Thí nghiệm ch m trong Thí nghiệm nhanh

trong cùng một thời

cùng một thời gian.

trong cùng một thời

gian.

gian.

Kết qu thí nghiệm áp Kết qu thí nghiệm áp

Kết qu thí nghiệm

dụng cho thiết kế tính

dụng cho bài toán thiết

áp dụng cho thiết kết

t

ộng,

kế t h H y ùng, cho

ết qu

t t c các v t liệu, ơ

h
4. Tính áp dụng
th c tế

it

thƣờ g ể

it

ộng. Áp

dụng cho công tác


-10-

mặt ƣờng sau khi

5.

ộng, cơng trình trong

hồn thiện. Có kết

q trình thi cơng, có

qu ngay

kết qu ngay

Khơng thu n tiện

Khơng thu n tiện

qu n lý

Thu n tiện

i với công
tác qu n lý
ƣờng
D a trên 5 tiêu chí của B g

củ

hƣơ g h

, h

Có thể th y rằ g, tr g
hƣơ g h

g

hƣ tí h i h tế, tính thu n tiện, hiệu qu
ụng th c tế v

hƣơ g h

x

i với công tác qu

ị h ƣờ g ộ kết c u

iểm rẻ hơn. Chính vì v y,
ể biết h
ể ƣ r

yếu t

ƣờng mềm,

thí ghiệm FWD có nhiều ƣu iểm nổi b t hơ h i hƣơ g h

ép cứng và cần Benkelman. Khi cho kết qu nhanh, chính xác v

hiệu qu

lý ƣờng.

i với công tác qu

lý ƣờ g hƣơ g h

ƣờng cần duy tu sửa chữ t g ƣờ g
nh báo cho hệ th

xu t các biện pháp duy tu b

hi hí

tr

t m
một

FWD r t

ồng thời, ó ũ g l

g ƣờ g ã xu ng c , tr

ơ sở ó, ề

ƣỡng.

1.2.4 Tình hình sử dụng FWD của Việt Nam hiện nay.
Hiện nay c

ƣớc chỉ có 4

y

thí ghiệm FWD, tuy nhiên một máy bị

hỏng ngoài miền Trung. Ở miền Nam, hiện Trung tâm kỹ thu t ƣờng bộ 7 nh n
máy từ một d án tài tr

ƣớc ngoài từ ầu

chỉ 1-2 lần sử dụng máy. Việc sử dụ g

, hƣ g

ột

tru g t

y ũ g r t h n chế và chỉ t p trung ở các

d án có nguồn v n ODA.
Theo tiêu chuẩn thí nghiệm FWD 22TCN 335-06 chỉ ƣ r 3 chỉ tiêu :
-

M u

hồi nề

ƣờng (Mr)

-

M u

hồi hữu hiệu của kết c u mặt ƣờng (Ep),

-

Chỉ s kết c u hữu hiệu của mặt ƣờng (SNeff).

S liệu tính dùng trong tính tốn bao gồm:
-

Áp l c tác dụng xu ng nền
ộ võng t i vị trí se s r ầu và gần cu i.


-11-

Nhƣ v y sẽ không sử dụng hết kh

g ủa thí nghiệm FWD d

ến việc

ƣ thí ghiệm này vào sử dụng rộng rãi ở Việt Nam v n còn nhiều h n chế.
1.3

Í H Ủ

M

Ề TÀI

Từ kết qu thí nghiệm FWD ngồi hiệ trƣờng, x

ị h ƣ c hình d ng ch u

võng của mặt ƣờng ƣới t

ộng của t i trọng. S u ó, sử dụ g hƣơ g h

t

hồi th c tế của các lớp kết c u và

gƣ

ể tính mơ u

u từng lớp ể

h gi ch t lƣ ng kết c u

ƣờng là mụ

liệu

ƣ c nhữ g

ứ vào kết qu

ƣờng. Kh

g ứng dụng s

ộ võng mặt ƣờng FWD ể tính tốn mơ u

liệu từ thí nghiệ

í h hí h ủ

tí h

ủa các lớp v t

ề tài nghiên cứu này. Kết qu tính tốn cho ta

h gi về giá trị mô u

hồi của các lớ

ƣờng mề

x t ến

iều kiện chiụ t i trọng th c tế của v t liệu.
1.4

NHIỆM V NGHIÊN CỨU
Từ kết qu thí nghiệm (FWD) áp dụng hƣơ g h

mô u

hồi của các lớp v t liệu

tí h t

gƣ

ể tìm

ƣờng.
tí h t

Nghiên cứu thiết kế phần mề

ƣờ g ộ

u

hồi của các lớp

u

hồi của các lớp

ƣờng mềm.
ề cần gi i quyết trong lu

V

ƣờng, sai s cho phép giữ
mơ u
1.5

v

s hội tụ củ

ộ võng tính tốn và thí nghiệm, kh

hồi h p lý.
PHƢƠ G PH P GHI

ỨU

Hiện nay trên thế giới ã h t triển nhiều hƣơ g trì h
kh

g

g chịu l c của

ƣờ g ƣới tác dụng t i trọ g hƣ: Bisar, Chervon,

Elsyms, Mmopp, Mnpave…

hƣơ g trì h h

khác h u hƣ

hồi,

lớp v t liệu

hồi,

ƣờng mềm là v t liệu

l p phần mềm, nghiên cứu chọ
ơ sở h

h u sử dụng gi thuyết v t liệu

hớt,

ƣ c tin dùng trong các phần mềm tính tốn.
khí Shell l

hỏng tính tốn

ẻ …tuy hi

gi thuyết các

hồi ẳ g hƣớ g v

ồng nh t v n

ể thu n tiện trong q trình tính tốn

hƣơ g trì h Bisar ƣ c phát triển bởi hãng dần

hƣơ g trì h tí h t

gƣ c. ộ chính xác củ

ƣ c kiểm tra trên 3 yếu t sau:
 So sánh kết qu với

hƣơ g trì h h

hƣơ g trì h


-12-

 Kiể

tr

 Kiểm tr

ộ nh y củ

hƣơ g trì h h y theo kết qu thí nghiệm FWD th c tế.

Ý GH

Ủ

Ề TÀI

Phƣơ g h

tì

u

1.6
ƣ

hƣơ g trì h

hồi các lớ

ƣờng từ thí nghiệ

FWD ã

ƣớc trên thế giới nghiên cứu phát triển từ r t lâu. Tuy nhiên, do thiếu các

phần mềm tính tốn chun dụng cho thí nghiệ

FWD v

hƣ

ó ti u huẩn cụ thể

cho việc áp dụng kết qu tính tốn này vào trong thiết kế. Vì v y việc áp dụng kết
qu thí nghiệm FWD củ

ƣớ t

h

nghiệm chỉ ể x

u

hồi hu g tƣơ g t

ến kết qu

h

D

ƣ c không ph

t nhiều kết qu . Kết qu sau khi thí

h ú g kh

ó hi ƣ v

hƣ ần Benkelman. D n

g chịu l c của từng lớp, có thể

t yêu cầu hƣ g ũ g ó hững lớ

có những lớ
l

ị h

g

ã yếu h

sử dụng sẽ nhanh chóng suy yếu làm

g ủ kh

g chịu

h hƣởng các lớp

khác.
ề t i “x

ị h

FWD” ó thể

h gi

trọ g l
x

ị h

u
u

u
h

hồi các lớp v t liệu

g chịu l c của từng lớp thông qua thông s quan

hồi Ng i r
hí h x

ƣờng mềm từ thí nghiệm

v tí h t

ềt i ũ gl
tr

ơ sở cho các nghiên cứu sau có thể

hiều lớ hơ


-13-

HƢƠ G 2:

Ơ SỞ LÝ THUYẾT

ƢỜNG TRONG TÍNH TỐN

2.1 CÁC MƠ HÌNH

ể hiểu ƣ c ứng xử của kết c u

ƣờng mề

ƣới t

ộng của t i trọng,

các lý thuyết này ph i phù h p với th c tế ứng xử của nề

ƣờ g S u

ể mô phỏng ứng xử của nề

ƣờng [5].

một trong s lý thuyết có sẵ

y th o lu n

2.1.1 Lý thuyết đàn hồi:
hồi là lý thuyết ầu ti

Lý thuyết
c u
t

ƣ c sử dụ g ể phân tích các lớp kết

ƣờng. Áp dụng lý thuyết này mơ phỏng ứng xử của kết c u
ộng của t i trọng, với gi

thuyết này v

ò

cho th y gi thuyết

ịnh rằng các lớ

ƣờng là v t liệu

ú g ếu tỷ s giữa ứng su t và biến d g h
hồi thích h

i với phân tích các lớp á

khơng lớn so với áp l c phá ho i. Các lớp kết c u
cách sử dụng các lý thuyết

hồi th

ƣờ g ƣới

g ổi

hồi. Lý

iều này

ƣờng chịu áp l c

ƣờ g ƣ c phân tích bằng

g thƣờ g hƣ sử dụ g ịnh lu t H

e‟s v

hƣơ g trì h B ussi esq
Định luật Hooke’s
ịnh lu t H
d g h g ổi H

e‟s ƣ c d a trên gi i thuyết rằng tỷ lệ giữa ứng su t và biến
e‟s gi thuyết rằng v t ch t l h

t

ồng nh t v

hồi

tuyến tính.
Phương trình Boussinesq
Boussinesq phát triể

hƣơ g trì h ể tính tốn ứng su t tr

g

i trƣờng

ồng nh t, ẳ g hƣớng và bán khơng gian tuyế tí h

hồi ƣới một t i trọng tác

dụng vng góc với bề mặt. Bán khơng gian này gi

ịnh trên một vùng vô cùng

lớ v

ộ sâu vô h n. Các giá trị ứng su t ƣ c cho bởi Holtz và Kovacs, 1981
z 

Với :
P: T i trọng

P(3z 2 )

2 (r 2  z 2 )5/ 2

P(3 / 2 )
r2
z 2 (1  2 )5/ 2
z

(2.1)