Bài giảng Thiết đường ô tô - Chương 10: Thiết kế cấu tạo kết cấu áo đường

Nội dung text: Bài giảng Thiết đường ô tô - Chương 10: Thiết kế cấu tạo kết cấu áo đường

1. CHƯƠNG 10 THIẾT KẾ CẤU TẠO KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG
2. 10.1 YÊU CẦU CHUNG VÀ CẤU TẠO KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG 1. Khái niệm : Áo đường là phần trên của nền đường được tăng cường bằng các lớp vật liệu khác nhau để chịu tác dụng trực tiếp của tải trọng xe chạy và các điều kiện tự nhiên. Kết cấu áo đường gồm: - Áo đường - Phần trên của nền đường (lớp đáy áo đường)
3. 2.Cấu tạo kết cấu áo đường (KCAĐ) : Lớp bảo vệ Tầng mặt Lớp hao mòn Các lớp mặt ¸o đường Tầng móng Lớp móng trên Kết Lớp móng dưới cấu áo đườn g Lớp đáy áo đường, dày 30-50cm, K=0.98 -1.02 Móng nền đất : nền đắp hoặc nền tự nhiên
4. 3.Yêu cầu chung của KCAĐ : - KCAĐ phải đủ cường độ và ổn định cường độ - Đảm bảo độ bằng phẳng - Đảm bảo hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường - Đảm bảo ít sinh bụi
5. 4. Vai trò của các lớp trong KCAĐ : * Lớp bảo vệ : dày 0,5 1cm thường bằng vật liệu:cát thô, đá mạt cở hạt lớn nhất 4.75mm *Lớp hao mòn:dày 24 cm làm bằng các loại vật liệu có chất liên kết hữu cơ Tác dụng : hạn chế phá hoại các lớp mặt và tăng độ bằng phẳng cho mặt đường Các lớp này không tính vào khả năng chịu lực của KCAĐ
6. * Các lớp mặt : + Là bộ phận trực tiếp chịu tác dụng của tải trọng bánh xe và chịu ảnh hưởng của các nhân tố tự nhiên. Do đó các lớp mặt được làm bằng các vật liệu có cường độ cao, vật liệu có gia cố chất liên kết, có kích thước hạt nhỏ. + Chiều dày các lớp mặt phụ thuộc vào tính toán cường độ.
7. * Các lớp móng : + Chủ yếu chịu tác dụng của lực thẳng đứng, truyền và phân bố lực thẳng đứng để khi truyền xuống nền đất thì ứng suất sẽ giảm đến một mức độ đất nền đường có thể chịu đựng được. + Chiều dày các lớp móng phụ thuộc vào tính toán cường độ, thường làm bằng các loại vật liệu rời rạc, có kích thước hạt lớn, không nhất thiết phải có chất liên kết.
8. * Lớp đáy áo đường : + Chức năng : - Tạo được một nền chịu lực đồng nhất, có sức chịu tải cao. - Ngăn chặn ẩm thấm từ trên xuống nền đất hoặc từ dưới lên áo đường. - Tạo ” hiệu ứng đe “ để thi công các lớp mặt đường phía trên đạt hiệu quả cao. - Tạo thuận lợi cho xe, máy đi lại trong quá trình thi công .
9. + Vật liệu :đất cấp phối thiên nhiên, đất gia cố vôi hoặc xi măng + Độ chặt :K= 0.98 - 1.02 + Chiều dày tối thiểu sau khi lu lèn 30 cm + Chiều rộng : phải rộng hơn lớp móng mỗi bên 15 cm (nên làm cả nền đường) + Mô đun đàn hồi :vật liệu làm lớp đáy áo đường phải có mô đun đàn hồi tối thiểu 500 daN/cm2.
10. * Độ chặt tối thiểu của nền đường trong khu vực tác dụng: Độ sâu tính Độ chặt từ đáy áo Loại công trình đường Đường cấp Đường cấp xuống (cm) I->IV V->VI Khi áo đường dày trên 60cm 30 98 95 Khi áo đường dày dưới 60cm 50 98 95 Nền đắp Bên dưới Đất mới đắp 95 93 chiều sâu Đất nền tự Cho đến 93 90 kể trên nhiên 80 Nền đào và nền không đào, không 30 98 95 đắp ( đất nền tự nhiên ) 30-80 93 90
11. Chú ý: không phải khi nào KCAĐ cũng có đủ tất cả các lớp như sơ đồ trên, mà tuỳ thuộc vào yêu cầu xe chạy, loại áo đường, cấp đường và điều kiện cụ thể ở khu vực xây dựng mà cấu tạo hợp lý. Một lớp có thể có nhiều chức năng khác nhau (như bê tông nhựa, bê tông xi măng).
12. 20 ¸ 40 14 ¸ 18 9 ¸ 10 5 3 a) Tầng mặt tông bê nhựa Bê tông nhựa hạt mịn hạt nhựa Bê tông Bê tông nhựa hạt vừa hạt nhựa Bê tông Cấp phối đá dăm phối Cấp Bê tông nhựa rỗng nhựa Bê tông Cấp phối cuội sỏi cuội phối Cấp (hoặc đất gia cố gia đất (hoặc ) b) Tầng mặt tông bê xi măng 14 ¸ 16 22 ¸ 24 Nền đất lèn Nền đấtlèn chặt giấy dầu tẩm nhựa đừơng nhựa tẩmdầu giấy Đất cát gia cố xi măngxi cố gia cát Đất BTM>300 ximăng Cát trộn nhựa hoặc hoặc nhựa trộn Cát
13. 5.Đặc điểm chịu lực của KCAĐ :  x  z  z - ø ng suÊt do lùc th¼ng ®øng  x - ø ng suÊt do lùc n»m ngang S¬ ®å ph©n bè øng suÊt trong kÕt cÊu ¸o ®õ¬ng theo chiÒu s©u
14. + Khi xe chạy, ứng suất tác dụng lên áo đường gồm: - US theo phương thẳng đứng (z ) do tải trọng xe chạy gây ra - US theo phương ngang (x) do lực kéo, lực hãm, lực ngang gây ra. Tại bề mặt áo đường: z = p x = (0,20,3)p khi xe chạy x = (0,750,85)p khi xe hãm p : Áp lực của bánh xe tác dụng lên mặt đường.
15. - US theo phương ngang (x) chủ yếu tác dụng lên tầng mặt của áo đường ( không truyền xuống sâu) -> làm cho vật liệu tầng mặt bị xô trượt, bong bật, bào mòn dẫn đến phá hoại. - US theo phương thẳng đứng (z) thì truyền xuống khá sâu (đến nền đất). Như vậy về mặt chịu lực kết cấu áo đường cần có nhiều lớp, các lớp có nhiệm vụ khác nhau để đáp ứng nhu cầu chịu lực khác nhau.
16. 6. Cấu tạo cắt ngang của áo đường: Yêu tố trên cắt ngang Độ dốc ngang (%) 1. Mặt đường và lề gia cố - Mặt đường cấp A1 1.5-2.0 - Mặt đường cấp A2 2.0-3.0 - Mặt đường cấp B1, B2 3.0-3.5 2. Lề đường đất 4.0-6.0 a) c) a b a B B b) b a) Cấu tạo áo đừơng hình máng trên phần xe chạy b) Cấu tạo trắc ngang áo đừơng xây dựng phân kỳ (giai đoạn 2 mở rộng) 2 1 2 c) Cấu tạo hình lữơi liềm trên toàn bộ nền đừơng Bố trí áo đừơng trên nền đừơng
17. 7,5m 7,5m Cấu tạo áo đừơng trên đừơng cấp cao có dải phân cách
18. §10.2 Phân loại áo đường: 1.Phân loại theo phạm vi sử dụng : + Áo đường cấp cao chủ yếu (A1) + Áo đường cấp cao thứ yếu (A2) + Áo đường cấp quá độ (B1) + Áo đường cấp thấp (B2) 2.Phân loại theo phương pháp tính toán: b1. Áo đườỏỏỏỏỏỏỏỏ ỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏỏ
19. 3. Đặc điểm các loại áo đường : * Áo ÂÂÂÂÂÂÂÂÂÂÂÂÂÂÂÂÂÂÂÂÂÂÂÂÂÂÂ Â Là loại áo đường đáp ứng yêu cầu xe chạy không xuất hiện biến dạng dư, mức độ dự trữ cường độ cao,ü an toàn xe chạy cao, vận tốc xe cao, tuổi thọ áo đường từ 15  25 năm. - 15 năm : bêtông nhựa loại I - 20 25 năm : bêtông ximăng + Aïp dụng với đường có Vtk 60km/h + Có 2 loại lớp măt : - Bêtông nhựa chặt loại I - Bêtông ximăng toàn khối
20. * Áo đường cấp cao thứ yếu (A2): + Đáp ứng điều kiện xe chạy không xuất hiện biến dạng dư, nhưng mức độ dự trữ cường độ nhỏ hơn mặt đường cấp cao A1 + Tuổi thọ từ 8  10 năm + Aïp dụng với đường có Vtk 60km/h + Các loại vật liệu lớp mặt : - Thấm nhập nhựa (8 năm) - Đá dăm đen, Bêtông nhựa loại II, BTN nguội (10 năm)
21. * Áo đường cấp quá độ (B1): + Cho phép xuất hiện biến dạng dư, chiều dày của kết cấu giảm đi rất nhiều, vận tốc xe chạy không cao, chi phí duy tu sửa chữa, bảo dưỡng lớn. + Tuổi thọ từ 3  4 năm + Aïp dụng với đường có Vtk 40km/h + Các loại vật liệu lớp mặt: - Đá dăm, Cấp phối đá dăm - Cấp phối cuội sỏi, Đất gia cố ximăng
22. * Áo đường cấp thấp (B2): + Cho phép xuất hiện biến dạng dư, lưu lượng xe chạy thấp, sinh bụi nhiều. + Tuổi thọ từ 2  3 năm + Aïp dụng với đường có Vtk=20 km/h + Các loại vật liệu lớp mặt: - Đất cải thiện thành phần hạt - Đất, đá tại chỗ ( đá thải) - Phế liệu công nghiệp
23. * Áo đường cứng : Là loại áo đường mà một trong những lớp kết cấu của nó ( thường là lớp mặt) làm bằng bê tông xi măng. * Áo ÂÂÂÂÂÂÂÂÂÂÂÂ ÂÂÂc loại còn lại
24. 10.3 Nguyên tắc thiết kế cấu tạo KCAĐ 1. Trình tự chung khi thiết kế KCAĐ: + Thiết kế cấu tạo KCAĐ : - Xác định cấp áo đường A1, A2, B1, B2 - Điều tra vật liệu địa phương->lớp móng - Đề xuất các phương án đầu tư xây dựng (đầu tư xây dựng 1 lần hoặc đầu tư xây dựng phân kỳ) + Tính toán cường độ + So sánh và chọn các phương án tối ưu
25. 2.Yêu cầu khi thiết kế cấu tạo KCAĐ: a. Đối với tầng mặt: - Đủ cường độ và ổn định cường độ - Ít sinh bụi, Ít hoặc không thấm nước - Đảm bảo độ bằng phẳng, đảm bảo hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường. - Vật liệu tầng mặt phải có khả năng chống trượt tốt (vật liệu hạt nhỏ và có chất liên kết) * Trong điều kiện không đảm bảo các yêu cầu trên phải có lớp bảo vê, lớp hao mòn.
26. b. Đối với tầng móng: - Đủ cường độ và ổn định cường độ. - Có thể sử dụng các loại vật liệu rời rạc, không nhất thiết phải có chất liên kết. - Chọn vật liệu sao cho cường độ (mô đun đàn hồi)ü giảm dần theo chiều sâu * Chú ý : - Khi xác định chiều dày các lớp vật liệu phải đảm bảo chiều dày tối thiểu - Tỉ số mô đun đàn hồi giữa 2 lớp liên tiếp không lớn hơn 3 lần
27. 3. Nguyên tắc thiết kế cấu tạo KCAĐ: - Tuân thủ nguyên tắc thiết kế tổng thể nền mặt đường nhằm tăng cường độ của nền đất, tạo điều kiện thuận lợi để nền đất cùng tham gia chịu lực với áo đường ở mức tối đa. - Cấu tạo các lớp tầng mặt trên cơ sở : cấp đường, lưu lượng xe, tốc độ thiết kế, điều kiện tự nhiên, điều kiện khai thác
28. a. Đối với tầng mặt: - Căn cứ vào cấp đường (VTK) để chọn loại mặt đường ( A1, A2, B1 ,B2) - Căn cứ vào tải trọng, thành phần xe tải nặng để chọn lớp mặt cho hợp lý. - Căn cứ vào vật liệu địa phương - Chọn vật liệu tầng mặt có khả năng chống trượt, chống bong bật . . . - Tầng mặt phải kín ( không thấm nước)
29. b. Đối với tầng móng: - Căn cứ vào điều kiện địa hình, điều kiện địa chất, điều kiện thuỷ văn - Căn cứ vào điều kiện vật liệu địa phương, (trên tuyến cho phép sử dụng các đoạn tuyến khác nhau có tầng móng khác nhau). - Tầng móng có thể chọn vật liệu rời rạc, hạt lớn, không nhất thiết phải có chất liên kết.