Tiểu luận Phương pháp xác định Mô đun đàn hồi bằng vệt bánh xe - ĐH GTVT TP.HCM

Nội dung text: Tiểu luận Phương pháp xác định Mô đun đàn hồi bằng vệt bánh xe - ĐH GTVT TP.HCM

1. TIỂU LUẬN: PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH MÔ ĐUN ĐÀN HỒI BẰNG VỆT BÁNH XE GVHD: Trần Văn Phúc SVTH: Phạm Sĩ Điền Phan Ngọc Chính Phạm Việt Cường Hồ Văn Hải Dương Hoài Phi Thí nghiệm được thực hiện theo TCVN 8867 - 2011
2. ÁO ĐƯỜNG MỀM – XÁC ĐỊNH MÔ ĐUN ĐÀN HỒI CHUNG CỦA KẾT CẤU BẰNG CẦN ĐO VÕNG BENKELMAN Những nội dung chính • Giới thiệu chung • Các định nghĩa • Các dụng cụ thí nghiệm. • Cách tiến hành thí nghiệm. • Tính toán kết quả thí nghiệm.
3. GIỚI THIỆU CHUNG
4. Hiện nay có 2 phương pháp đo độ võng đàn hồi • Sử dụng tấm ép cứng: (theo qui trình TCVN 8861-2011) Xác định mô đun đàn hồi của nền đất và các lớp kết cấu áo đường mềm bằng phương pháp sử dụng tấm ép cứng • Sử dụng cần benkelman: (theo qui trình TCVN 8867-2011) Xác định mô đun đàn hồi của các lớp kết cấu áo đường mềm bằng phương pháp sử dụng tấm ép cứng.
5. CÁC ĐỊNH NGHĨA
6. Phạm vi áp dụng thí nghiệm: • Phục vụ cho việc đánh giá khả năng chịu tải của mặt đường mới. • Đánh giá chất lượng mặt đường đang khai thác. Mô đun đàn hồi của kết cấu áo đường mềm: Là đặc trưng chống biến dạng của kết cấu nền - mặt đường gồm áo đường và khu vực tác dụng của nền đường dưới tác dụng của tải trọng bánh xe tiêu chuẩn.
7. Độ võng đàn hồi Độ võng đàn hồi là độ võng hồi phục sau khi dỡ tải (khi bánh xe tiêu chuẩn rời khỏi vị trí đo).
8. DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM
9. Dụng cụ thí nghiệm Xe đo võng tiêu Cần đo võng chuẩn Benkelman
10. Nguyên lí đo võng của cần benkelman
11. Cần đo võng Benkelman
12. Xe đo võng tiêu chuẩn • Loại xe có trục sau là trục đơn, bánh đôi với khe hở tối thiểu giữa hai bánh đôi là 5 cm, lốp xe thí nghiệm tại trục sau phải còn mới. • Các thông số của trục sau xe đo chỉ được sai lệch 5 % so với quy định sau: + Tải trọng trục sau: Q = 100 kN + Áp lực bánh xe xuống mặt đường: p = 0.6 Mpa + Đường kính tương đương của vệt bánh đôi: D = 33 cm
13. Xe đo võng 5cm
14. Xác định tải trọng trục của xe • Tiến hành cân tải trọng trục sau bằng thiết bị cân xe hoặc dùng kích thủy lực có đồng hồ đo áp lực được tiêu định và thang chia áp lực không lớn hơn 0,02 MPa. Bộ kích cần thủy lực để xác định tải trọng trục của xe
15. Cách đo tải trọng trục bằng kích thủy lực Tải trọng trục xe đo (Q) khi xác định bằng kích thủy lực được tính theo công thức: 2pq(L− a) Q = fL
16. Trong đó: + Q (kg) : Tải trọng trục xe đo + p (Mpa) :Số đọc trên đồng hồ đo của kích + L(cm): Chiều rộng của trục xe, tính bằng khoảng cách giữa hai tim vệt bánh xe + A(cm ): Khoảng cách tính từ vị trí đặt kích tới tim vệt bánh xe nâng lên khi kích. + f(MPa ): Áp lực của kích khi tiêu định. + q(kN): Tải trọng tương ứng với áp lực kích khi tiêu định.
17. Trạm cân xe
18. Vật chất tải trên xe đo võng • Đối xứng, cân bằng • Tải trọng trục sau không bị thay đổi trong suốt quá trình đo võng mặt đường. • Trong suốt quá trình đo, xe đo võng phải được che bạt để tránh bị nước mưa thấm ướt và rơi vãi vật liệu.
19. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM
20. Công tác chuẩn bị Xác định diện tích vệt bánh đôi Sb (cm2) : • Kích trục sau xe lên, lau sạch và bôi mỡ vào lốp. • Quay phần lốp xe có mỡ xuỗng phía dưới → hạ kích để cho in vệt lốp lên giấy kẻ ly. => Diện tích vệt bánh đôi Sb (cm2) được xác định bằng diện tích phần vệt lốp có mỡ in trên giấy kẻ ly.
21. Tính toán các đại lượng cần thiết • Đường kính tương đương của vệt bánh đôi của xe đo võng Db (cm) : DSbb= 1.13 • Áp lực bánh xe xuống mặt đường pb (MPa) được tính theo các công thức sau : Qb pb = 2 S b Với Qb (kN) là tải trọng trục sau của xe đo võng.
22. Chọn vị trí đo đạc thí nghiệm -Khảo sát sơ bộ -Hồ sơ quản lý của tuyến đường -Thị sát thực tế Chia tuyến đường thành các đoạn đồng nhất Chọn đoạn đại diện trên mỗi đoạn đó để thí nghiệm.
23. Đoạn đường được coi là đồng nhất thì các yếu tố sau phải giống nhau: • Loại hình nền mặt đường theo điều kiện gây ẩm • Tình trạng thoát nước • Trạng thái bề mặt áo đường • Kết cấu mặt đường • Loại lớp đất nền trên cùng • Lưu lượng xe chạy
24. Việc chọn đoạn đại diện trên mỗi đoạn đồng nhất được thực hiện: • Đoạn đại diện có chiều dài từ 500 m đến 1000m. • Mỗi đoạn đại diện chọn lấy 20 điểm đo / làn xe. ❑ Chú ý: Với những đoạn đồng nhất đặc biệt ngắn nhưng có tính chất khác hẳn các đoạn xung quanh ( đoạn có điều kiện địa chất thủy văn phức tạp hoặc những đoạn đất mềm yếu) Thậm chí nhỏ hơn 100 m → phải đo đủ tối thiểu 20 điểm đo / làn xe.
25. Trường hợp không có những số liệu trên thì phải tiến hành như sau: • Đối với giai đoạn thiết kế kỹ thuật hoặc thiết kế bản vẽ thi công: Tiến hành đo rải đều trên toàn tuyến với mật độ ít nhất là 20 điểm đo / làn xe /1 km • Đối với giai đoạn lập dự án đầu tư: Tiến hành đo với mật độ ít nhất từ 5 -10 điểm đo / làn xe / 1km.
26. Chọn vị trí các điểm đo • Các điểm đo võng thường được bố trí ở vệt bánh xe phía ngoài (cách mép mặt đường từ 0,6 - 1,2 m).
27. • Quan sát bằng mắt thấy tình trạng mặt đường tại vệt bánh xe phía trong và ngoài bị hư hỏng không đồng đều → phải dùng 2 cần Benkelman đo cùng lúc ở cả hai vệt bánh xe → lấy trị số lớn hơn làm giá trị độ võng đại diện cho mặt cắt của làn xe đo. • Với đường nhiều làn xe: Khi quan sát bằng mắt thấy tình trạng mặt đường trên các làn khác nhau → phải tiến hành đo võng cho làn yếu nhất.
28. • Chú ý ▪ Tiến hành đánh dấu sơn vào các vị trí cần đo. ▪ Điểm đo thứ nhất và điểm đo thứ 20 nên lấy trùng vào mặt cắt tại lý trình cột kilômét hoặc các cọc có đơn vị trăm mét (cọc H)
29. Trình tự đo võng mặt đường • Cho xe đo tiến vào vị trí đo võng • Đặt đầu đo của cần Benkelman tỳ lên mặt đường ở giữa khe hở của cặp bánh đôi trục sau xe đo. • Cho thanh cần rung nhẹ → theo dõi kim chuyển vị kế → ghi lấy số đọc ban đầu ở chuyển vị kế ( l0 ) • Cho xe đo chạy chậm lên phía trước với tốc độ khoảng 5 km/h → trục sau của bánh xe cách điểm đo ít nhất 5 m → ghi lấy số đọc ở chuyển vị kế là l5.
30. →Hiệu số của hai số đọc ở chuyển vị kế nhân với tỷ lệ cánh tay đòn của cần đo là trị số độ võng đàn hồi của mặt đường tại điểm đo (Li ). ❑Chú ý • Trong quá trình đo độ võng mặt đường, phải ghi rõ lý trình của điểm đo, thời tiết, điều kiện gây ẩm và các nhận xét về tình trạng mặt đường tại điểm đo. • Trong khi đo độ võng mặt đường, không đo tại các vị trí mặt đường bị hư hỏng quá nhiều như: Cao su, nứt Những vị trí này không đại diện cho khu vực cần đo độ võng.
31. Vị trí hư hỏng – nứt không đo.
32. Đo nhiệt độ mặt đường • Mục đích: Để hiệu chỉnh các kết quả đo võng về nhiệt độ tính toán. • Cách tiến hành: Phải đo nhiệt độ không khí và nhiệt độ mặt đường trong khoảng 1 giờ một lần trong suốt thời gian đo võng dọc tuyến. Yêu cầu thực hiện đối với kết cấu mặt đường có chiều dầy lớp mặt phủ nhựa 5 cm.
33. ❖ Cách 1: − Dùng búa và đục nhọn tạo thành một hố nhỏ sâu chừng 45 mm tại mặt đường gần vị trí đo võng. − Đổ nước hay glyxêrin vào khoảng nửa hố và đợi chừng vài phút. − Dùng nhiệt kế đo nhiệt độ của chất lỏng trong hố cho đến khi nhiệt độ không thay đổi thì ghi trị số nhiệt độ đo (ký hiệu là T0C). ❖ Cách 2: Đo trực tiếp bằng nhiệt kế
34. ❑ Lưu ý khi đo nhiệt độ mặt đường • Để tránh hiện tượng bức xạ nhiệt của mặt trời tới cần đo võng Benkelman → không đo võng vào khoảng thời gian nhiệt độ mặt đường lớn hơn 400C. • Tránh không để vị trí đo bị bóng của xe ôtô hay vật gì làm ảnh hưởng đến kết quả đo.
35. TÍNH TOÁN KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
36. Xử lí kết quả đo võng • Độ võng đàn hồi tính toán tại vị trí thử nghiệm thứ (i) đại diện cho mặt cắt ngang của mặt đường (ký hiệu là Litt ) được xác định theo công thức: KKLm t i Li tt = Trong đó: Kq ✓ Li (mm): Là độ võng của mặt đường đo được tại vị trí thứ (i) khi chưa xét đến các yếu tố ảnh hưởng của tải trọng xe đo, mùa đo bất lợi và nhiệt độ của mặt đường. Lic=() l05 − l K Kc là tỉ lệ cánh tay đòn cần đo
37. ✓ Kq : Hệ số hiệu chỉnh kết quả thông số trục sau xe đo võng → kết quả của trục sau xe ôtô tiêu chuẩn. pD ()1.5 K = bb q pD 1.5 ✓ Km : Hệ số hiệu chỉnh độ võng về mùa bất lợi nhất trong năm. ✓ Kt : Hệ số hiệu chỉnh độ võng ở nhiệt độ đo về nhiệt độ 0 tính toán (ký hiệu là Ttt C).
38. TÍNH TOÁN GIÁ TRỊ Km VÀ Kt  Khi có điều kiện lập các vị trí quan trắc cố định tại địa phương: ▪ Tiến hành đo đạc nhiều năm, mỗi tháng đo cùng 1 ngày, vào cùng 1 thời điểm vào lúc mặt đường có nhiệt độ cao nhất ▪ Đánh dấu những vị trí đo đạc lại, sau đó tiến hành đo đạc nhiều lần tại cùng 1 vị trí.
39. → Dùng phương pháp phân tích thống kê các số liệu đo võng → xác định được mùa bất lợi nhất trong năm → hệ số hiệu chỉnh độ võng về mùa bất lợi nhất trong năm (Km) và hệ số hiệu chỉnh độ võng ở nhiệt độ đo về nhiệt độ tính toán (Kt).
40.  Khi không có điều kiện lập các vị trí quan trắc cố định tại địa phương. Chọn mùa bất lợi nhất: Có thể lấy mùa bất lợi nhất trong năm của tuyến đường đi qua của các địa phương theo bảng sau đây. Tháng bất lợi nhất được lấy tại giữa trong khoảng thời gian bất lợi nhất.
41. Thời gian bất lợi trong năm của các địa phương trong cả nước
42. Thời gian bất lợi trong năm của các địa phương trong cả nước (tt)
43. Hệ số hiệu chỉnh độ võng về mùa bất lợi nhất trong năm (Km)
44. Hệ số hiệu chỉnh độ võng về mùa bất lợi nhất trong năm (Km)
45. Hệ số hiệu chỉnh độ võng ở nhiệt độ đo về nhiệt độ tính toán (Kt) ❑ Kết cấu mặt đường có vật liệu lớp mặt sử dụng nhựa dầy từ 5 - 10 cm: Hệ số hiệu chỉnh độ võng ở nhiệt độ đo (T0C ) về nhiệt độ tính toán ở 300C: 1 K = t T A(−+ 1) 1 30
46. ❖ Trong đó: • A : hệ số tùy thuộc vào tính ổn định nhiệt của bề dầy lớp sử dụng nhựa. + A = 0,35 →Bê tông nhựa chặt có bột đá + A = 0,30 →Bê tông nhựa không có bột đá hoặc lớp đá dăm thấm nhập nhựa • ToC: Nhiệt độ đo được tại vị trí thí nghiệm ở hiện trường.
47. ❑ Kết cấu mặt đường có vật liệu lớp mặt sử dụng nhựa dầy hơn 10 cm: Xác định hệ số hiệu chỉnh độ võng ở nhiệt độ đo (T0C) Kt (10) Kt = Trong đó : K30 (10) 0 ✓ Kt(10) : Hệ số hiệu chỉnh độ võng ở nhiệt độ đo T C về 100C. 0 ✓ K30(10): Hệ số hiệu chỉnh độ võng ở nhiệt độ 30 C về 100C.
48. Toán đồ xác định Kt(10) và K30(10)
49. GHI CHÚ: • Chữ số trên các đường cong nét đứt chỉ bề dầy tổng cộng của tầng mặt sử dụng nhựa khi thử nghiệm bằng cần đo võng Benkelman. • Chữ số trên các đường cong liền nét chỉ bề dầy tổng cộng của tầng mặt sử dụng nhựa khi thử nghịêm bằng kích tấm ép.
50. Xác định độ võng đặc trưng và mô đun đàn hồi đặc trưng cho mỗi đoạn đường thí nghiệm • Trị số độ võng đàn hồi đặc trưng trên đoạn đồng nhất, được tính bằng giá trị độ võng trung bình của đoạn đại diện trên đoạn đồng nhất đó. • Trường hợp không có được các số liệu cơ sở để áp dụng cách chia đường thành các đoạn đồng nhất: LLKdt= tb +(  ) Trong đó : ✓ Ldt (mm): Độ võng đàn hồi đặc trưng của từng đoạn đường thí nghiệm.
51. ✓ Ltb (mm): Độ võng trung bình của đoạn thí nghiệm: n  Li tt L = 1 tb n Với n là số lần đo ✓ (mm): Độ lệch bình phương trung bình của đoạn thử nghiệm: 1  =−()Ltt L 2 n −1 i tb
52. ✓ K là hệ số xác suất lấy tùy thuộc vào cấp hạng đường: − Đường cao tốc, đường cấp l → K = 2.0 − Đường cấp ll, đường phố chính đô thị → K = 1.64 − Đường cấp lll → K = 1.3 − Đường cấp lV đến cấp VI, đường phố gom, đường phố nội bộ của đô thị → K = 1.04
53. ❖ Trị số mô đun đàn hồi (Eđh) đặc trưng của từng đoạn đường thử nghiệm: pD (1 −  2 ) E = 0.71 dh L Trong đó : dt + 0,71 là hằng số đo độ võng. + P=0.6(Mpa) áp lực bánh xe tiêu chuẩn xuống mặt đường. + D = 33(cm): Đường kính tương đương của diện tích vệt bánh xe tiêu chuẩn. + =0.3: Hệ số poát xông. + Lđt: Độ võng đàn hồi đặc trưng.