Bài giảng Khai thác cầu đường - Chương I: Biến dạng, hư hỏng của đường ôtô và phương pháp xác định

của phản lực, nó phụ thuộc vào khoảng cách quy đổi từ tâm tải trọng đến mép tấm: 
 d: Khoảng cách từ tâm tải trọng ( tại vệt bánh xe) đến mép tấm (d= 80-90 cm) 
L : Đặc trưng đàn ồi của tấm, cm 
Pth : Ứng suất nén trung bình tới hạn, với trị số đó trong vật liệu của móng chưa phát sinh các vùng trượt. 
6.2 Phương pháp xác định 
 6.2.1 Xác định môđun đàn hồi yêu cầu - Eyc 
 Để tính Eyc người ta dùng công thức trong phương pháp tinh mặt đường mềm: 
 P: Áp suất bánh xe tính toán (kG/cm2) 
 D: Đường kính vòng tròn tương đương với vệt bánh xe tính toán (cm) 
 L: Độ lún cho phép 
 N: Mật độ xe (đã quy đổi ra xe tính toán) 
 γ: Hệ số kể đến số làn xe trên mặt đường. 
 6.2.2 Xác định môdun biến dạng thực tế - Ett 
 Có nhiều phương pháp và thiết bị để kiểm tra, đánh giá cường độ mặt đưòng 
 6.2.2.1 Phương pháp dựa vào bảng tra sẵn 
 Ngoài hiện trương, người ta đào, khoan áo đường, đo chiều dày của từng lớp áo đường rồi đánh giá môđun biến dạng của nó theo các bảng đã có sẵn. 
Từ số liệu ấy tính ra môđun biến dạng tương đương của toàn áo đường theo trình tự từ dưới lên. 
Nhược điểm của phương pháp này là không sát với thực tế. 
 6.2.2.2 Phương pháp dùng tấm ép dưới tác dụng của tải trọng tĩnh Ta biết môđun đàn hồi đặc trưng cho khả năng chống biến dạng 
của kết cấu mặt đường, của vật liệu từng lớp hay của đất đã biến cứng (làm việc trong giai đoạn biến dạng phục hồi) dưới tác dụng của tải trọng. Thành 
thử đất hoặc vật liệu phải qua biến cứng sơ bộ trước khi xác định môdun đàn hồi, tức là cho chịu tải lặp lại nhiều lần tới khi không xảy ra tích luỹ biến 
dạng dư nữa. 
 Có nhiều viện thí nghiệm ở các nước ngoài quy định rằng phải sau 10 lần đặt và dỡ tải mới lấy trị số biến dạng thẳng đứng để tính, điều này 
giúp cho việc giảm bớt sai số do sự ép dập cục bộ xung quanh tấm ép trong các chu kỳ đặt tải đầu. 
 Ở hiện trường người ta thường dùng một bộ thiết bị chuyên dùng gồm xe ôtô, kích thuỷ lực hoặc kích cơ khí, lực kế, bộ tấm ép và thiên phân kế để đo 
độ lún của tấm ép. 
 Kích được tỳ vào khung gầm ôtô tải hoặc remoóc. Độ kún của tám ép được đo bằng hai thiên phân kế đặt trên cùng một đường kính và đối xứng qua 
tâm của tấm ép. Chuyển vị thẳng đứng của tấm ép lấy bằng trung bình cộng của các số đọc trên hai thiên phân kế. 
 Các thiên phân kế được mắc thật chắc chắn trên một dầm chuẩn cứng. Hai gối tự của dầm chuẩn này phải cách tấm ép không nhỏ hơn 4 lần đường kính 
tấm ép để cho chuyển vị thẳng đứng của mặt đường khi đo khong gây ra độ lún đáng kể của gối tựa cầm chuẩn. 
 Để đảm bảo cho độ lún của tấm ép không bị ảnh hường, các điểm của bánh xe ôtô hoặc remoóc phải cách xa các điểm tựa của dầm chuẩn và tấm ép một 
khoảng lớn hơn 4 lần đường kính tấm ép. 
 Tạo tải trọng thí nghiệm nhờ kích theo cách sau: 
 + Đặt tấm ép có diện tích xấp xỉ diện tích vệt bánh xe ôtô tính toán trên mặt đường và gây cấp tải trọng đầu tiên, rồi giữ tải trọng ấy cho tới khi tốc độ 
phát triển đô lún không quá 0,02mm/phút. 
 + Ghi số đọc ở các thiên phân kế, dỡ tải cho tấm ép và chỉ giữ lại một tải trọng rất bé để tấm ép và lích không bị xê dịch. 
 + Giữ tấm ép ở trạng thái dỡ tải cho tới khi sự hồi phục của biến dạng ngừng hẳn, rồi ghi số đọc ở các thiên phân kế. 
 + Sau đó gây cấp tải trọng tiếp theo, cứ làm như thế cho đến khi đạt tới tải trọng tính toán (hoặc lớn hơn một chú). 
 + Nên chọn trị số của các cấp tải trọng như thế nào để trong quá trình mỗi lần đo chỉ phải làm từ 3-4 lần gia tải là được. 
 Trên cơ sở những số liệu đo được, tính biến dạng đàn hồi ứng với mỗi cấp tải trọng và vẽ đồ thị biểu diễn quan hệ giữ trị số biến dạng với áp suất p. 
 P: là trị số tải trọng trên đơn vị diện tích của tấm ép pk ở cấp tải trọng tương ứng trù đi tải trọng còn giữ lại trên đơn vị diện tích tấm ép pte để kích và 
tấm ép khỏi xê dịch khi dỡ tải. 
P= pk - pte (kG/cm
2) 
 Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa trị số biến dạng đàn hồi với áp suất p thường gần như đường thẳng. 
 Khi xác định môđun đàn hồi của mặt đường cần sử dụng đoạn đường cong có các ứng suất gần với ứng suất tính toán đối với mặt đường. 
 Khi có trị số biến dạng đàn hồi l ứng với áp suất p, ta tính môđun đàn hồi của kết cấu mặt đường theo công thức sau: 
Eđh = (pD(1-m
2))/L 
 Trong đó : p áp suất gây ra biến dạng đàn hồi, kG/cm2 
 L: viến dạng đàn hồi, cm 
 D: Đường kính của tấm ép bằng kim loại, cm 
 m: hệ số poisson, lấy như sau: 
 - m =0,3 :đối với kết cấu mặt đường 
 - m =0,25 :đối với đa số các lớp vật liệu làm mặt đường 
 - m =0,35 : đối với đất khi không có biến dạng dẻo 
 Sau khi xác định được cường độ (Eđh) của kết cấu mặt đường, ta có thể xác định lần lượt môđun đàn hồi của các lớp vật liệu trong kết cấu mặt đường 
PPK thpl2 ≤
L
PP 2kpl
P=
δ
L
d=δ
)Nlg65,05,0(
L2
PD
Eyc γ+π=
bằng cách lần lượt bóc từng lớp vật liệu và xác định lần lượt môđun đàn hồi của các kết cấu đã bị bóc từng lớp đi. 
 Sau đó dùng toán đồ để tìm trị số của môđun đàn hồi của từng lớp vật liệu đã bóc. 
Chú ý: 
 + Chỉ bóc các lớp kết cấu theo một diện tích nhỉnh hơn diện tích tấm ép một chút nhằm giữ những điều kiện phân bố tải trọng gần giống với điều kiện 
làm việc thực tế. 
 + Tất cả các lớp kết cấu mặt đường đều được thí nghiệm bằng một tấm ép có cùng đường kính. 
 Tuỳ theo độ sâu (vị trí) của mỗi tầng kết cấu mặt đường mà hạ thấp dần trị số áp suất để khỏi phá huỷ cấu trúc của vật liệu các lớp trong mặt đường.
(xem ở bảng sau) 
Tỉ số của áp suất nên dùng p trênmặt của mỗi tấng kết cấu mặt đường với áp suất tính toán ptt trên mặt của kết cấu mặt đường 
 Với nền đất thích hợp nhất là thí nghiệm bằng tấm ép có đường kính lớn hơn đường kính dùng cho mặt đường; thường dùng tấm ép có đường kính 50-
70cm. Môđun đàn hồi của nền đất được tính toán như đối với một khối đồng nhất theo công thức sau: 
Eđh =(ΠpD(1-m2))/4L 
 Trong công thức này đưa vào hệ số Π/4 để kể đến ảnh hưởng của độ cứng của tấm ép bằng kim loại đến trị số biến dạng thẳng đướng của đất nền. 
 Khi đặt tấm ép lên mặt đường, lên mặt của các lớp kết cấu hoặc lên mặt nền đất phải đảm bảo cho đáy đảm bảo cho đáy tấm ép bám khít vào. Muốn 
được thế cần phải sửa sang mặt đường thật phẳng trước khi đặt tấm ép lên nhưng không đựoc phá hoại cấu trúc sẵn có của vật liệu. Đôi khi có thể rải dưới 
tấm ép một lớp vữa ximăng ninh kết nhanh, hoặc một lớp đất cát mỏng 1/2mm, cát phải rây lọt qua lỗ sàng cỡ 0,5mm. 
6.2.2.3 Phương pháp đo độ võng theo nguyên tắc cần Benkeman 
 Để xác định độ võng của mặt đường cần sử dụng ôtô có tải trọng trên bánh xe và áp suất lên mặt đường với tải trọng và áp suất của ôtô tính toán. Sau 
khi xếp tải đầy ôtô (cát, đá, nước,) cần kiểm tra lại tải trọng trên bánh xe và đo vệt bánh xe. 
 Trình tự đo mặt đường như sau: 
 1. Cho ôtô đến đậu ở vị trí muốn đo độ võng 
 2. Đặt đầu cần đo vào kẽ hở của bánh kép ở trục sau 
 3. Vài phút sau ta quan sát thiên phân kế, khi nào trong vòng 10 giây số đọc ở thiên vân kế không dịch quá 0,01mm thì ghi lại số đo io ấy vào nhật ký 
thí nghiệm. 
 4. Cho xe tiến về phía trước, cách điểm cần đo 5-10m. 
 5. Quan sát thiên phân kế khi nào trong vòng 10 giây số đọc ở thiên phân kế không dịch quá 0,01mm thì ghi lại số đo vào nhật ký thí nghiệm. 
 6. Độ võng mặt đường ở điểm thư 3 (cách điểm đầu 5-10m) cũng đo tương tự như vậy. 
Nếu trị số đo ở hai điwmr chênh lệch nhau không quá 10-15% thì tính độ võng bình quân số học. Độ võng bình trung bình này sẽ đặc trưng cường độ 
của đoạn đường đo ấy. 
Nếu độ võng hai lần đo ấy sai khác nhau nhiều thì đo bổ sung điểm thứ ba cách điểm thứ hai 5-10m, rồi chọn hai trị số ngần nhau nhất trong ba điểm đo 
ấy để tính trung bình số học. 
 Độ võng đàn hồi lđh của mặt đường tại điểm cần đo là: 
lđh = (i-io), %,mm; khi đoạn trước và sau có tỷ lệ 1:1 (cần đo Bộ môn Đường Đại hoặc bách khoa xây dựng) 
lđh = 2(i-io), %,mm; khi đoạn trước và sau có tỷ lệ 2:1 (cần đo của Liên Xô) 
Treo trị sốđộ võng đàn hồi trung bình lđh và các tham số tải trọng p và D của ôtô dùng để đo, có thể tính được môđun đàn hồi của kết cấu mặt đường 
theo công thức sau: 
 Trong đó: 
 ldh : Độ võng đàn hồi trung bình, %,mm 
 : hệ số poisson lấy bằng 0,3 
Để đảm bảo độ chính xác cần xử lý các số liệu đo được theo phương pháp thống kê toán học. 
Trước tiên cần phân cả tuyến đường thành từng đoạn đặc trưng mang những tính chất chung như: 
+ Mặt đường như nhau, cấu tạo của kết cấu mặt đường gần giống nhau. 
+ Các điều kiện về chế độ ẩm như nhau: 
+ Công nghệ thi công mặt đường tương tự như nhau. 
+ Chất lượng vật liệu dùnh tring các lớp của mặt đường gần như nhau. 
+ Cường đô xe chạy đã đổi ra xe tính toán gần như nhau. 
Trên mỗi đoạn đường đặc trưng, nếu dài hơn 1 km thì cứ 50m đo 1 điểm: Nếu ngắn hơn 1 km thì phải bố trí thế nào để đo được 20 điểm. Điểm đo đô lún 
đàn hồi phải nằm trên vệt bánh xe chạy ở mặt đường. 
Trường hợp có những chỗ hư hoảng đặc biệt thì cần xác định cường độ riêng cho điểm ấy mà không đưa vào tập hợp số liệu của đoạn đường. 
Thời gian xác định đo độ lún của kết cấu áo dường tốt nhất là vào mùa bất lợi nhất đối với mặt đường. Trường hoạp đo trong các thời gian khác nhau 
thì phải đưa thêm vào một hệ số kể đến quy luật biến đổi độ cứng của kết cấu mặt đường theo các mùa trong năm để đưa số liệu đo được về mùa bất lợi 
tính toán. 
Ngoài các hương pháp đo trên còn có nhiều phương pháp đo khác như:
Vị trí đặt tấm ép theo độ 
sâu của mỗi tầng kết cấu 
mặt đường 
Mặt đường cấp 
cao chủ yếu 
Mặt đường 
cấp cao thứ 
yếu yếu
Mặt 
đường 
quá độ
P/ptt 
- Trên bề mặt của kết cấu 
mặt đường 
1,0 0,1 1,0 
- Trên mặt lớp dưới của 
tồng mặt 
0,95-0,97 0,93-0,95 - 
- Trên mặt lớp trên của tầng 
móng 
0,83-0,88 0,75-0,85 - 
- Trên mặt lớp dưới của 
tầng móng 
0,15-0,25 0,20-0,30 0,40-0,50 
- Trên mặt nền đất 0,10-0,20 0,15-0,2 0,20-0,30
l
E
dh
2
dh
)1(pD1000 μ−=
μ
 + Phương pháp đo độ võng mặt đường bằng máy thuỷ bình chính xác. 
 + Phương pháp đo độ võng LaCroix. 
+ Phương pháp xác định môđun đàn hồi - động của kết cấu áo đường bằng chuỳ động lực.