Nghiên cứu một số thông số đặc trưng đánh giá chất lượng khai thác mặt đường BTXM đường ô tô bằng phương pháp không phá hủy ở Việt Nam

mô hình của Winkler thì phản lực tại một điểm bất kỳ tỷ lệ thuận với độ lún ở điểm đó: r= k x w (2.7) Trong đó: k là hệ số nền Mô hình này được sử dụng rộng rãi trong tính toán và trong các quy trình của nhiều nước. + Theo mô hình nền bán không gian đàn hồi Nền được xem là bán không gian vô hạn đàn hồi được đặc trưng bằng mô đun đàn hồi được đặc trưng bằng mô đun đàn hồi E0 và hệ số Poisson 0; Để giải phương trình (1-1), ngoài việc cần tìm hàm phản lực nền còn cần chú ý tới điều kiện biên của tấm. Điều kiện biên phụ thuộc vào dạng liên kết cạnh của tấm, các điều kiện biên thường dùng là tấm có biên tự do, tấm có biên là ngàm và biên là khớp. Theo mô hình hệ số nền H.M.Westergaard (1926) đã cho lời giải bài toán tấm chữ nhật chịu lực với tải trọng tác dụng ở ba vị trí giữa, góc và cạnh tấm. * Sự biến đổi của nhiệt độ theo mùa hoặc ngày đêm đều gây ứng suất nhiệt trong tấm và làm tấm bị uốn vồng (khi tấm không được tự do vì có thanh truyền lực, ma sát đáy tấm, hoặc trọng lượng bản thân tấm) Về bài toán nhiệt có các công trình nghiên cứu của các tác giả R.D.Bradbury, L.I.Goretxki, L.I.Trigônhi, B.G.Korenhev... [14],[15] Trong tính toán thiết kế các quy trình của nhiều nước đều xét đến ảnh hưởng của ứng suất nhiệt cho tấm thông qua các hệ số chiết giảm cường độ tính toán. Theo một số tác giả ứng suất do nhiệt gây ra khoảng (0.35-0.40)Rku [15] Đặc trưng của bài toán động cho kết cấu tấm bê tông mặt đường là sự cần thiết phải tính đến lực quán tính, là tích của phần khối lượng dao động của mặt đường với gia tốc chuyển động của nó, và xét lực cản nhớt của nền khi xem nền là môi trường đàn nhớt Phương trình vi phân dao động cho bài toán động lực học được viết thêm so với (2.2) như sau: 7 4 4 4 2 4 2 2 4 2 w w w w w 2 ( , , ) ( , , )D m q x y t r x y t x x y y t t (2.8) trong đó : m – khối lượng phần tấm bê tông mặt đường tham gia dao động - hệ số cản nhớt của đất nền trên một đơn vị diện tích t – thời gian Các điều kiện biên của tấm đối với bài toán động, hoàn toàn tương tự như các điều kiện biên tấm đối với bài toán tĩnh. Nhận xét: Qua phân tích nêu trên cho thấy các thông số đặc trưng cho mặt đường BTXM khi tính toán khả năng chịu tải như: Mô đun đàn hồi bê tông, chiều dày tấm, cường độ chịu kéo khi uốn, hệ số passion, mô đun đàn hồi nền hoặc hệ số phản lực nền. Các đặc trưng này có mối liên hệ chặt chẽ với độ võng mặt đường khi chịu tải trọng, do vậy nếu đo đạc được độ võng khi chịu tải trọng, kết hợp với một số thông số đã biết sẽ tính toán được những thông số còn lại. Khi xác định được các thông số nêu trên áp dụng tiêu chuẩn hiện hành sẽ tính toán được khả năng chịu tải của mặt đường. Hiện nay các tính toán, kiểm toán theo tiêu chuẩn của Việt Nam đang sử dụng với các thông số tĩnh do vậy nếu đo đạc thu thập được các thông số động cần thiết phải có nghiên cứu thực nghiệm chuyển đổi cho phù hợp. Nghiên cứu sinh đã tiến hành nghiên cứu thực nghiệm xây dựng tương quan được trình bày tại chương 4. 2.2.Cơ sở lý thuyết thử nghiệm đánh giá sức chịu tải mặt đƣờng BTXM tại hiện trƣờng. 2.2.1. Các nghiên cứu về chậu võng Chậu võng mặt đường là phần mặt đường bị uốn võng xuống, do tác dụng của tải trọng. Đối với tấm bê tông xi măng là đẳng hướng, khi tải trọng tác dụng tại tâm của tấm, chu vi chậu võng có dạng hình tròn. Đặc điểm của chậu võng mặt đường, là độ lớn đường kính của nó không phụ thuộc vào độ lớn của tải trọng tác dụng. Khi thay đổi tải trọng tác dụng , chỉ làm thay đổi độ lớn của độ võng tấm mà không làm thay đổi đường kính chậu võng. Theo kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm, đường kính chậu võng mặt đường chỉ phụ thuộc vào độ cứng uốn trụ của tấm bê tông (D) và độ cứng của nền đường. Trong đó độ cứng uốn trụ của tấm bê tông (D) được xác định qua công thức (2.3). Khi chịu tải trọng tác dụng, tấm bị võng và truyền áp lực xuống nền. Trường hợp tải trọng tác dụng là tải trọng tĩnh, trong nền xuất hiện phản lực tác dụng lên tấm. Chiếu các lực tác dụng lên tấm theo phương vuông góc với tấm , s P r x y ds (2.12) trong đó: P- tải trọng tác dụng s- diện tích hình chiếu bằng chậu võng r(x,y)=k.w(x,y)- phản lực nền tại tọa độ x,y k- hệ số nền tương đương w(x,y)- độ võng tâm tấm tại toạn độ x,y Thay biểu thức r(x,y)= C.w(x,y) vào (2.12) , ta được: , . w( , ) s s P r x y ds k x y ds (2.13) trong đó w( , ) s x y ds V với V là thể tích chậu võng mặt nền, lấy bằng thể tích chậu võng mặt đường , được xác định từ số liệu thực nghiệm. Vậy hệ số nền Pk V 2.2.2. Phương pháp xác định hệ số nền theo đặc trưng chậu võng Cục hàng không liên bang (FAA) đã nghiên cứu thực nghiệm xác định tương quan giữa hình dạng độ cong mặt võng tấm (thông qua độ võng một số điểm trên chậu võng) với độ cứng của tấm, thông qua tham số 8 đặc trưng khả năng chống biến dạng tấm bê tông (bán kính độ cứng tương đối). Phương pháp đánh giá còn gọi là phương pháp AREA, cơ sở của phương pháp như sau: Sử dụng thiết bị đánh giá với tối thiểu 4 đầu đo độ võng mặt tấm. Từ các độ võng W0, W1, W2 ,W3 (inch), đo được đối với tấm bê tông dày không quá 40cm, tại vị trí tâm tải trọng và cách tâm tải trọng tương ứng 12,24 và 36 inch (30,60 và 90), xác định tham số AREA: 1 2 3 0 0 0 W W W AR 6 1 2 2 W W W EA Xác định đặc trưng đàn hồi động tấm bê tông [39] ARln L= D A EA B C (2.16) với các hằng số thực nghiệm: A=36; B=1812,279; C=-2,559; D=4,387 Khi biết độ võng tại tâm tấm tải trọng W0 và đặc trưng đàn hồi L, hệ số nền C có thể được xác định từ công thức của Westergaad: 2 2 0 1 k= 1 ln 0,673 8 2 2 P R R W L L L (2.17) với R- bán kính vệt bánh xe quy đổi Trong một số trường hợp, đòi hỏi cần thiết phải quy đổi các giá trị hệ số nền và mô đun đàn hồi nền với nhau. Các kết quả nghiên cứu cho thấy, chuyển đổi các giá trị giữa hệ số nền và mô đun đàn hôi nền, cần xem xét sự phụ thuộc của chúng với độ cứng kết cấu mặt đường phía trên. Đối với kết cấu mặt đường bê tông xi măng có thể tham khảo quan hệ sau: Theo N.M Gersevanov: 0 03 0 0,65 = E E k h E (2. 18) Theo Gluscov: 3 34 0 =1,8. 0,085. . .E E h k (2.19) với E0 ,k- tương ứng mô đun đàn hồi, hệ số nền của nền hoặc lớp nền và móng tương đương; E,h- tương ứng là mô đun đàn hồi bê tông và chiều dày tấm bê tông Các công thức (2.18) và (2.19) là những công thức có từ nghiên cứu thực nghiệm. Khi thử nghiệm bằng thiết bị gia tải tĩnh thì các giá trị độ võng tấm đo được là các độ võng tĩnh và hệ số nền nhận được từ công thức (2.17) sẽ là hệ số nền tĩnh. Khi thử nghiệm bằng thiết bị gia tải động thì sẽ nhận được các giá trị độ võng động, hệ số nền tính được từ công thức (2.17) là hệ số nền động. Do nền đường là vật liệu có đặc tính đàn nhớt, nền thể hiện đặc tính biến dạng trễ khi chịu tác dụng của tải trọng động, nên độ võng động sẽ nhỏ hơn độ võng tĩnh. Do vậy hệ số nền động nhận được từ tính toán sẽ lớn hơn so với hệ số nền tĩnh. Qua phân tích ở trên cho thấy việc xác định được chậu võng và lực tác dụng tương ứng là cần thiết trong việc xác định sức chịu tải trọng bằng phương pháp động. Tuy nhiên để có thể đo đạc xác định được chậu võng đối với công nghệ đo đạc hiện nay dựa trên nguyên lý truyền sóng. Các cảm biến đo gia tốc thu thập dao động (m/s 2) của mặt đường tại các vị trí, qua thuật toán và phần mềm xử lý số liệu đưa ra giá trị là các chuyển vị (mm). Phần trình bày được làm rõ ở mục 2.3 2.3. Nghiên cứu lý thuyết và nguyên lý của phƣơng pháp truyền sóng 2.3.1. Tóm tắt lý thuyết truyền sóng Vật chất cấu tạo bởi nguyên từ (hoặc phân tử), liên kết với nhau bằng lực tương tác giữa các nguyên từ (hoặc phân tử).Các lực nguyên tử (hoặc phân tử) này là các lực đàn hồi, tức là các nguyên tử (hoặc phân tử) này coi như nối với nhau bằng các lò xo. Do các nguyên tử (hoặc phân tử) có liên kết, nên dao động của nguyên tử (hoặc phân tử) này sẽ làm các nguyên tử (hoặc phân tử) kế cận dao động. Nếu mọi nguyên tử liên kết vững chắc với nhau, chúng sẽ chuyển động đồng thời và có cùng một trạng thái dao động, tức là cùng pha. Nhưng các nguyên tử (hoặc phân tử) của vật chất thực tế liên kết với nhau bằng lực đàn hồi, nên dao động cần có một thời 9 gian xác định để truyền dao động và các nguyên tử (hoặc phân tử) sau đạt được trạng thái dao động sẽ “trễ pha” so với nguyên tử (hoặc phân tử) bị kích thích. 2.3.2. Các loại sóng Sóng ứng suất có thể lan truyền dưới 2 dạng: - Sóng khối: có thể là sóng dọc (sóng P) hoặc sóng ngang (sóng S) + Sóng dọc (P) gây ra co dãn môi trường, các hạt dao động theo phương truyền sóng khi gặp môi trường có trở kháng âm khác sẽ phản xạ trở lại. + Sóng ngang (S) gây ra chuyển động và không thay đổi thể tích môi trường, các hạt dao động trong mặt phẳng thẳng góc với phương truyền sóng. Sóng cắt không thể lan truyền trong môi trường lỏng hoặc khí vì môi trường này không có khả năng chịu ứng suất cắt. - Sóng mặt: có thể là sóng Rayleigl hoặc sóng Love + Sóng Rayleigh: Đó là loại sóng chỉ có thể truyền dọc theo bề mặt liên kết một phía bởi các lực đàn hồi mạng của vật rắn và phía kia bởi các lực đàn hồi gần như không có giữa các phần tử khí. + Sóng Love: Nếu sóng mặt được truyền vào vật liệu, có độ dày bằng hoặc nhỏ hơn 3 lần bước sóng, thì sẽ xuất hiện một loại sóng khác gọi là sóng Love (sóng tấm). Vật liệu bắt đầu dao động cả tấm, có nghĩa sóng chiếm toàn bộ chiều dày của vật 2.3.3 Các phƣơng trình cơ bản và phƣơng trình truyền sóng của môi trƣờng đàn hồi. 2 2 2 0xxG t (2.55) 2 2 2 x x G t (2.56) hay 2 2 2 x s xv t (2.57) với s G v (2.58) vs có thứ nguyên là vận tốc và đó là vận tố sóng cắt truyền theo trục x. Quỹ đạo chuyển động của các hạt nằm trong mặt phẳng đứng yz. Phương trình (2.56) là phương trình truyền sóng cắt. Tương tự ta có: 2 2 2 y y G t (2.59) Đây là phương trình truyền sóng theo phương y, quỹ đạo chuyển động của các hạt nằm trong mặt phẳng đứng yz. 2 2 2 x z G t (2.60) Đây là phương trình truyền sóng theo phương z, quỹ đạo chuyển động của các hạt nằm trong mặt phẳng nằm ngang xy. Như vậy áp dụng Phương pháp NLCT Gauss đối với chuyển động biến dạng thể tích và chuyển động xoay như vật thể cứng của phân tố quanh các trục x, y, z tác giả nhận được 4 phương trình truyền sóng (2.49), (2.57), (2.59),(2.60). Đối với mỗi phần tử dao động sẽ đồng thời các dạng sóng, tuy nhiên trong khi ứng dụng thực tế ứng với dạng sóng qua nghiên cứu thử nghiệm các nhà khoa học đã khai thác chế tạo các thiết bị đo đạc tách riêng được từng loại sóng từ đó đánh giá được các đặc trưng cơ học của tấm. - Các ứng dụng đo đạc + Sử dụng đặc trưng của sóng cắt dùng cho việc đo đạc độ võng mặt đường trong phương pháp đánh giá sức chịu tải mặt đường (FWD) được trình bày ở chương 4 + Sử dụng đặc trưng sóng nén trong đo đạc vận tốc truyền, chiều dày lớp bê tông mặt đường (phương pháp tiếng vọng), được trình bày ở chương 3 2.5. Kết luận chƣơng 2 - Từ tương quan tải trọng tác dụng và chậu võng mặt đường có thể xác định được các thông số Mô đun 10 đàn hồi các lớp vật liệu thông qua bài toán ngược. - Mô đun đàn hồi của nền đường thông qua đo đạc động cần phải xây dựng tương quan để quy đổi thành mô đun đàn hồi tĩnh mới có thể áp dụng tính toán sức chịu tải mặt đường BTXM theo quy định của tiêu chuẩn. - Đo đạc tương quan lực và chậu võng xác định được mô đun đàn hồi của tấm tuy nhiên, phải nghiên cứu thực nghiệm xây dựng hệ số tương quan giữa mô đun đàn hồi và cường độ chịu kéo khi uốn. - Qua phân tích cho thấy ngoài việc ứng dụng nguyên lý truyền sóng cắt đo đạc chậu võng còn có thể nghiên cứu khai thác xác định độ đồng nhất, chiều dày của tấm thông qua nguyên lý truyền sóng dọc. CHƢƠNG 3. THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ PHÙ HỢP PHỤC VỤ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 3.1. Nghiên cứu chế tạo thiết bị đo kiểm tra chiều dày, đánh giá độ đồng nhất của BTXM-TOTC1. 3.1.1. Mục tiêu nghiên cứu chế tạo thiết bị Như phân tích ở mục 1.8 chương 1 và chương 2 cho thấy việc xác định được chiều dày (h) lớp BTXM mặt đường bằng phương pháp không phá hủy là cần thiết. Hiện nay ở Việt Nam để đo đạc kiểm tra chiều dày phải sử dụng phương pháp khoan lỗ nhược điểm của phương pháp phá hủy này làm tổn hại đến kết cấu, thời gian thí nghiệm kéo dài, chi phí thí nghiệm cao, chỉ kiểm tra mang tính cục bộ. 3.1.2. Nguyên lý hoạt động. - Mô tả mô hình thử Hình 3.1. Mô phỏng nguyên lý hoạt động của thiết bị Mô tả: Xung lực tác động đột ngột ở một điểm trên bề mặt vật thể, như va chạm, nguồn kích thích sẽ lan truyền trong vật thể 3 loại sóng ứng suất khác nhau: sóng dọc (sóng P), sóng ngang (sóng S) và sóng R. (Rayleight). 3.1.3. Thiết kế hệ thiết bị thí nghiệm Sơ đồ nguyên lý của thiết bị đo Hình 3.6. Sơ đồ khối thiết bị đo TOTC-01 3.1.4. Những vấn đề ảnh hưởng đến kết quả đo và phương án xử lý. + Nguồn kích thích dao động có ảnh hưởng nhiều đến sự phân tán của số liệu. Thực nghiệm với nhiều kích cỡ tải tác dụng: sử dụng quả chì thả rơi, bi thép các cỡ cho thấy diện tiếp xúc càng bé cho kết quả đo đạc chính xác. Tuy nhiên nếu kích thước quá bé không đủ năng lượng va chạm cảm biến không đủ độ nhạy để số liệu. Nghiên cứu sinh đã thử nghiệm với cảm biến có độ nhạy 1000mV/G thì nên sử dụng viên bi tạo va chạm có đường kính 5mm là phù hợp. + Vấn đề lựa chọn vị trí tác động: Khoảng cách giữa điểm va chạm và đầu đo là quan trọng nếu khoảng Đầu đo gia tốc Nguồn nuôi Đầu đo gia tốc Car d AD C . . . . Đầu đo gia tốc Đầu đo gia tốc 11 cách quá lớn sẽ không thu được sự phản xạ của sóng P, và mối quan hệ đơn giản thể hiện không áp dụng được. Nếu khoảng cách quá nhỏ, tương ứng sẽ là sóng mặt. Trên cơ sở thực nghiệm nghiên cứu sinh nhận thấy vị trí tác động tải trọng cách cảm biến đo tối thiểu 40mm và tối đa không quá 0.4 chiều dày tấm số liệu có độ chụm cao. Cách thử: đặt cảm biến cố định, gõ viên bi ở các vị trí khác nhau. Do vậy nghiên cứu sinh thiết kế bộ tạo va chạm cách với cảm biến đo 50mm sẽ dễ đáp ứng các loại tấm bê tông mặt đường thông thường. + Ảnh hưởng của tốc độ lấy mẫu dữ liệu: Ví dụ, đối với tốc độ sóng v 4000 m/s và chiều dày tấm 0.2 m, tần số tương ứng đo được sẽ là 10 kHz. Do vậy để đạt được sai số 1% thì thiết bị phải có tần số lấy mẫu 1000 kHz (1MHz). Nghiên cứu sinh đã lựa chọn bộ thu thập số liệu Ni 6215 có khả năng lấy mẫu 1.25 MHz. 3.2. Nghiên cứu chế tạo thiết bị đo độ cập kênh giữa hai tấm bê tông qua khe nối TOTC-02 3.2.1. Mục tiêu chế tạo Qua phân tích kết quả khảo sát đánh giá mặt đường [18] cho thấy hư hỏng phần lớn xuất phát từ khe nối giữa hai tấm BTXM. Dấu hiệu hư hỏng có thể sớm phát hiện thông qua biểu hiện cập kênh giữa hai tấm khi có tải trọng di chuyển qua. Độ cập kênh giữa hai tấm chính là chuyển vị tương đối giữa hai tấm bê tông qua khe nối. Tuy nhiên chuyển vị tương đối giữa hai tấm bê tông rất nhỏ do vậy cần phải sử dụng cảm biến đo có những tính năng như: Độ chính xác cao, độ phân giải < 10-3mm, bộ gá lắp đặt nhanh, ổn định 3.2.2. Nguyên lý cấu tạo của thiết bị Nghiên cứu sinh thiết kế thiết bị đo sử dụng cảm biến có độ nhạy cao và kết nối với máy tính, qua phần mềm thu thập số liệu và xử lý kết quả như sau: + Quả đối trọng nặng 25kg chế tạo bằng thép có 03 chân có thể điều chỉnh được chiều cao các chân, những chân nhọn này tiếp xúc điểm với mặt đường hạn chế dao động tương đối so với mặt đường BTXM. + 04 cảm biến đo chuyển vị LVDT độ phân giải 10-4 mm được kiểm tra, hiệu chuẩn so sánh với thiết bị chuẩn. + Cảm biến LVDT01 và LVDT02 đặt trên tấm bê tông thứ nhất cùng với quả đối trọng mục đích để kiểm tra dao động của quả đối trọng (nếu trong quá trình đo quả đối trọng xuất hiện dịch chuyển tương đối với tấm BTXM 2 cảm biến này sẽ kiểm soát được). + Cảm biến LVDT 03 và LVDT 04 đặt trên tấm bê tông thứ 2, sử dụng 02 cảm biến nhằm mục đích kiểm soát tăng thêm độ tin cậy của phép đo. + Giá trị cập kênh tấm được tính bằng K= (LVDT03+LVDT04)/2-(LVDT02+LVDT01)/2 (mm) + Dữ liệu được thu thập liên tục và được xử lý trên máy tính 3.3. Nghiên cứu chế tạo thiết bị đo biến dạng TOTC-03 3.3.1. Mục tiêu chế tạo - Nghiên cứu chế tạo thiết bị đo biến dạng có thể đo biến dạng của đáy tấm bê tông khi chịu tải trọng - Cảm biến hoạt động ổn định trong điều kiện ẩm, nhiệt độ thay đổi - Thiết bị đo tự động ghi dữ liệu liên tục. 3.3.2. Nguyên lý hoạt động của thiết bị Biến dạng s: là tỉ số giữa độ biến thiên kích thước ( l ) và kích thước ban đầu l l (3.3) Biến dạng gọi là đàn hồi khi mà ứng lực mất đi thì biến dạng cũng mất theo. Sơ đồ thiết kế thiết bị đo sử dụng 4 cảm biến điện trở Hình 3.31 Sơ đồ mạch sử dụng 4 cảm biến 3.4. Kết luận chƣơng 3 12 Từ nội dung nghiên cứu của chương 3 có một số kết luận chính sau. - Nghiên cứu sinh đã thiết kế chế tạo thành công bộ thiết bị đo (TOTC-01) có khả năng xác định chiều dày tấm bê tông mặt đường, xác định khuyết tật trong tấm với phần mềm thu thập số liệu, xử lý số liệu có tính mở. Phần cứng được lựa chọn ghép nối các mô đun của hãng PCB Piezotronics và hãng National Instruments (Ni) phù hợp với điều kiện kinh tế của Việt Nam, không vi phạm bản quyền của của các hãng sản xuất thiết bị đo chuyên dùng. + Thông qua thử nghiệm và phân tích lý thuyết nghiên cứu sinh đã đưa ra những lưu ý khi đo đạc: Phải lựa chọn bộ thu thập số liệu với tốc độ cao thu thập số liệu tối thiểu 1MzH; vị trí tác động của viên bi cách vị trí đặt cảm biến 40-50mm; có đường kính viên bi tạo va chạm 4-:-5mm; phương tác dụng vuông góc với mặt đường BTXM. - Nghiên cứu sinh chế tạo thiết bị TOTC-02 đo độ cập kênh của tấm có sử dụng cảm biến đo chuyển vị độ nhạy cao (<10-4mm) kết nối với máy tính thông qua phần mềm thu thập và xử lý số liệu. Giúp cho việc đo đạc theo dõi phát hiện sớm những nguy cơ gây hư hỏng tấm bê tông xi măng mặt đường, đây là giải pháp hữu ích đối với các đơn vị không huy động được thiết bị FWD. - Nghiên cứu sinh chế tạo thiết bị TOTC-03 trong đó có cảm biến đo biến dạng có thể đặt được trong hỗn hợp BTXM khi thi công được kết nối với bộ đọc dữ liệu, mô đun truyền số liệu qua sóng điện thoại. Tại Phòng thí nghiệm với máy tính có mô đun nhận số liệu có thể lấy dữ liệu đo đạc biến dạng từ xa. Thiết bị TOTC-03 đã được đăng ký giải pháp hữu ích tại Cục Sở hữu trí tuệ và đã được đăng trên công báo số 339 tập A (06.2016). CHƢƠNG 4: THỰC NGHIỆM HOÀN THIỆN PHƢƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CÁC THAM SỐ CHẤT LƢỢNG KHAI THÁC MẶT ĐƢỜNG BTXM Qua việc nghiên cứu tổng quan, nghiên cứu cở sở lý thuyết, thiết kế chế tạo bổ sung các thiết bị đo đạc. Nghiên cứu sinh thiết kế chương trình thử nghiệm với các nội dung như : Thử nghiệm xây dựng tương quan giữa mô đun đàn hồi và cường độ chịu kéo khi uốn của BTXM; thử nghiệm xác định hệ số tương quan giữa mô đun đàn hồi động và mô đun đàn hồi tĩnh của nền đất; thử nghiệm đo đạc trên đoạn đường rải thử tại đường nội bộ trường Đại học Giao thông Vận tải; thử nghiệm đo đạc trên đoạn đường rải thử tại đường nội bộ xưởng sửa chữa Hangar A76; đo đạc đánh giá trên tuyến QL18 Hạ Long- Mông Dương. Từ các nội dung nghiên cứu thực nghiệm này đề xuất các bước góp phần hoàn thiện phương pháp đánh giá chất lượng khai thác đường BTXM. 4.1. Thử nghiệm xây dựng tƣơng quan giữa mô đun đàn hồi và cƣờng độ chịu kéo khi uốn - Phạm vi nghiên cứu thử nghiệm: Trong điều kiện nghiên cứu có hạn chế nghiên cứu sinh thử nghiệm đối với loại bê tông hay sử dụng thi công mặt đường với cấp B25 (35/4,5 MPa). Các mẫu bê tông cùng nguồn vật liệu đá, cát, xi măng, phụ gia. Bảng 4.2. Tổng hợp kết quả thí nghiệm xác định tương quan Rku và Ebt Kí hiệu mẫu Cƣờng độ kéo khi uốn Mô đun đàn hồi Kí hiệu mẫu Cƣờng độ kéo khi uốn Mô đun đàn hồi MPa MPa MPa MPa M1 4,45 28499 M15 4,52 28056 M2 4,60 32547 M16 4,61 31545 M3 5,01 40414 M17 4,95 36034 M4 4,48 31192 M18 4,73 31026 M5 4,81 36641 M19 4,76 32212 M6 4,79 38212 M20 4,68 32062 M7 4,61 35736 M21 5,00 43275 M8 4,95 34990 M22 4,89 39154 M9 4,92 38484 M23 4,52 26933 M10 4,47 29298 M24 4,95 42286 M11 4,63 28510 M25 4,84 33526 M12 4,64 31680 M26 4,69 40278 M13 4,73 34736 M27 4,59 31543 M14 4,91 41689 13 - Sử dụng phần mềm Minitab 17 xử lý số liệu ta được kết quả: Hình 4.3. Biểu đồ tương quan cường độ chịu kéo khi uốn và mô đun đàn hồi BTXM Hình 4.4. Biểu đồ phần dư để xác định tính chất hợp lý Công thức đề xuất của nghiên cứu sinh: 6 30 3,683 10 bt ku E R MPa (4.3) Nhận xét kết quả thử nghiệm + Kết quả thử nghiệm bước đầu cho thấy tương quan giữa cường độ chịu kéo khi uốn và mô đun đàn hồi của BTXM là tương quan chặt chẽ tỷ lệ thuận. + Công thức đề xuất của nghiên cứu sinh sai lệch kết quả so với công thức nghiên cứu của Viện bê tông Hoa Kỳ (ACI) không nhiều (<6%). Do vậy, đối với loại bê tông cấp B25 (35/4,5 MPa) hiện đang áp dụng thi công mặt đường BTXM nên sử dụng công thức do NCS đề xuất. Các trường hợp khác chưa có thử nghiệm nên áp dụng công thức thực nghiệm của ACI để kiểm toán chỉ tiêu về cường độ chịu kéo uốn khi đã có kết quả đo đạc mô đun đàn hồi . + Với kết quả xác định R2 bằng 66,0% , các hệ số p đều nhỏ hơn 0,05 cho thấy các biến và tổ hợp đều có ý nghĩa về thống kê 4.2. Nghiên cứu đo đạc thực nghiệm trên mô hình tấm mặt đƣờng tại phòng thí nghiệm 4.2.1. Mục đích của thí nghiệm - Như phân tích ở chương 2, tham số mặt, nền đường đo đạc bằng phương pháp đo đạc hiện đại không phá hủy là tham số động. Tuy nhiên trong quy trình tính toán hiện hành của Việt Nam đang sử dụng tham số tĩnh do vậy rất cần có những nghiên cứu thực nghiệm để xây dựng hệ số tương quan giữa tham số động và tĩnh. - Thử nghiệm với tải trọng tĩnh tác động lên tấm mặt đường BTXM, đo đạc độ võng tĩnh tấm và áp lực tương ứng. Từ quan hệ này kết hợp với chiều dày các lớp kết cấu sử dụng thuật toán tính ngược tính mô đun đàn hồi tĩnh các lớp vật liệu. - Thử nghiệm với tải trọng động (quả tải thả rơi) lên tấm mặt đường BTXM, đo đạc độ võng động tấm và áp lực tương ứng. Từ quan hệ này kết hợp với chiều dày các lớp kết cấu sử dụng thuật toán tính ngược tính mô đun đàn hồi động các lớp vật liệu. - Xây dựng hệ số tương quan giữa mô đun đàn hồi động và mô đun đàn hồi tĩnh của lớp móng đường. 4.2.4. Kết quả thí nghiệm 4.2.5. Tính toán xử lý kết quả đo Bảng 4.9. Kết quả đo tĩnh được tính toán xử lý Pt (kN) W0 W1 W2 W3 AREA L(in) L(mm) kt kt tb 30,00 139,3 107,3 95,0 85,0 27,09 24,69 627,07 0,006673 0,005878 40,00 174,3 147,7 127,2 105,3 28,54 28,54 724,84 0,005351 50,00 219,2 187,0 156,5 127,2 28,29 27,78 705,64 0,005609 14 Bảng 4.10. Kết quả đo động được tính toán xử lý Pđ (kN) W0 W1 W2 W3 AREA L(in) L(mm) kđ kđ tb 31,65 84 74 56 34 27,000 24,492 622,11 0,011860 0,011758 43,70 117 99 81 51 27,077 24,667 626,54 0,011595 56,15 149 122 105 68 27,020 24,538 623,26 0,011819 2,0005đ t k A k do 3 0 4 0 đ t E c A E c = 1,682 4.3. Thiết kế thử nghiệm đánh giá sức chịu tải của mặt đƣờng BTXM đoạn đƣờng tại trƣờng Đại học Giao thông Vận tải Thi công đoạn kết cấu thử nghiệm nghiệm Đo đạc kiểm tra từng lớp kết cấu Tính toán theo lý thuyết kết quả từng lớp Tính toán xác định sức chịu tải, PCN theo lý thuyết Tiến hành đo FWD được giá trị chậu võng và lực Đo,thu thập số liệu từ cảm biến đo biến dạng khi đo FWD Sử dụng phầm mềm BAKFAA để tính mô đun từng lớp kết cấu Xác định tương quan giữa tải trọng tác dụng và biến dạng đáy tấm So sánh giá trị đo đạc và giá trị tính toántheo lý thuyết Đo đạc tổng thể kết cấu sau khi thi công xong Tính toán xác định sức chịu tải Sử dụng phần mềm COMFAA xác định PCN Sử dụng phần mềm EverFE 2.25tính biến dạng dưới đáy tấm Nghiên cứu thực nghiệm tấm BTXM taị đường nội bộ trường ĐH GTVT Xác định mục tiêu thí nghiệm Thiết kế thử nghiệm Thiết kế sơ đồ lắp đặt thiết bị Lựa chọn tham số đo đạc Thiết kế kết cấu áo đường BTXM Hình 4.7. Sơ đồ khối nghiên cứu thực nghiệm 15 4.3.3.2. Đo đạc tính toán kết cấu theo lý thuyết a/. Đo đạc tính toán mô đun đàn hỗi tĩnh BTXM Bảng 4.12. Kết quả thí nghiệm xác định mô đun đàn hồi của bê tông Kí hiệu mẫu Trạng thái ban đầu Trạng thái sau Số đọc chuyển vị kế trung bình Chiều dài khoảng tính toán Tải ban đầu Biến dạng Mô đun đàn hồi Tải ban đầu Ứng suất Số đọc chuyển vị kế Tải trọng Ứng suất Số đọc chuyển vị kế (kN) (MPa) (mm) (kN) (MPa) (mm) (mm) (kN) (MPa) BT1 11.2 0.50 0.252 281.6 12.52 0.322 0.080 200 398 30235 0.221 0.301 0.338 0.424 0.296 0.378 4.3.4. Phân tích kết quả đo 4.3.4.1. Lựa chọn thuật toán xác định các đặc trưng sức chịu tải của mặt đường BTXM Từ các số liệu về chậu võng, sử dụng các thuật toán tính ngược (Back-Calculate) để xác định các đặc trưng sức chịu tải tải động của mặt đường bê tông xi măng cũng n