Tài liệu LUẬN VĂN THẠC SỸ CẦU ĐƯỜNG TÍNH TOÁN BỀ DÀY TẤM BÊ TÔNG XI MĂNG TĂNG CƯỜNG TRÊN MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG CŨ THEO PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN

1 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật BỘ GIÁO GIỤC VÀ ĐÀO TẠO ----------o0o---------- LUẬN VĂN THẠC SỸ ĐỀ TÀI: TÍNH TOÁN BỀ DẦY TẤM BÊ TÔNG XI MĂNG TĂNG CƯỜNG TRÊN MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG CŨ THEO PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN Năm 2014 2 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU BT : Bê tông BTXM : Bê tông xi măng Ctđ : Hệ số nền tương đương C2 : Hệ số phản lực của mặt đường bê tông xi măng tăng cường FAA : Cục hàng không Liên Bang Mỹ MĐTC : Mặt đường tăng cường MĐC : Mặt đường bê tông xi măng cũ NCHRP :Chương trình nghiên cứu sửa chữa đường bộ quốc gia Mỹ (National Cooperative highway research Program) PTCB : Phương trình cân bằng 3 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Trang Bảng 1.1: Các kích thước của ngàm......................................................... 3 Bảng 1.2: Khoảng cách giữa các khe........................................................ 4 Bảng 1.3: Bề dầy tối thiểu của tấm BTXM.............................................. 5 Bảng 1.4: Các chỉ tiêu cường độ và mô đun đàn hôi của bê tông làm đường................................................................................................. 6 Bảng 1.5: Phân cấp hư hỏng của mặt đường BTXM đường sân bay....... 7 Bảng 3.1: Các đặc trưng của tải trọng trục tiêu chuẩn.............................. 32 Bảng 4.1: Dự báo lưu lượng xe................................................................. 52 Bảng 4.2: Quy đổi trục xe về trục tiêu chuẩn .......................................... 53 4 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1: Mặt cắt ngang mặt đường BTXM đổ tại chỗ............................ 1 Hình 1.2: Sơ đồ bố trí khe trong mặt đường BTXM ............................... 2 Hình 1.3: Các laọi khe trong mặt đường BTXM...................................... 3 Hình 1.4: Cấu tạo mặt cắt ngang tấm BTXM........................................... 5 Hình 1.5: Vết nứt dọc và ngang tấm ở giữa tấm BTXM.......................... 8 Hình 1.6: Vết nứt dọc và ngang ở góc tấm BTXM................................... 9 Hình 1.7: Bong bật vật liệu bề mặt tấm BTXM........................................ 10 Hình 2.1: Mô hình kết cấu mặt đường tăng cường................................... 22 Hình 3.1: Mô hình kết cấu khi bỏ qua lớp bê tông lót và lớp tạo phẳng. . 29 Hình 3.2: Vệt bánh xe, CourtesyTekscan, Inc........................................... 31 Hình 3.3: Mô hình tải trọng bánh xe......................................................... 31 Hình 3.4: Các vị trí tính toán của bánh xe trên tấm BTXM...................... 32 Hình 3.5: Mô hình rời rạc của tấm BTXM tăng cường............................ 32 Hình 3.6: Phần tử tấm MĐ tăng cường..................................................... 33 Hình 3.7: Hệ toạ độ địa phương và hệ toạ độ tổng thể............................. 43 Hình 3.8: Phần tử tấm BTXM mặt đường cũ............................................ 47 Hình 4.1: Mô hình kết cấu ví dụ tính toán................................................ 58 Hình 4.2: Sơ đồ phân chia phần tử............................................................ 59 Hình 4.3: Các vị trí tính toán của bánh xe................................................ 60 Hình 4.4: Mặt võng của tấm BT tăng cường khi chịu tác dụng của tải trọng bánh xe đặt ở tâm tấm...................................................................... 61 Hình 4.5: Mặt võng của tấm BT tăng cường khi chịu tác dụng của tải trọng bánh xe đặt ở tâm tấm và tải trọng nhiệt theo hướng bất lợi........... 61 Hình 4.6: Mặt võng của tấm BT tăng cường khi chịu tác dụng của tải trọng bánh xe đặt ở cạnh tấm.................................................................... 62 5 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Hình 4.7: Mặt võng của tấm BT tăng cường khi chịu tác dụng của tải trọng bánh xe đặt ở cạnh tấm và tải trọng nhiệt theo hướng bất lợi......... 63 Hình 4.8: Mặt võng của tấm BT tăng cường khi chịu tác dụng của tải trọng bánh xe đặt ở góc tấm...................................................................... 63 Hình 4.9: Mặt võng của tấm BT tăng cường khi chịu tác dụng của tải trọng bánh xe đặt ở góc tấm và tải trọng nhiệt theo hướng bất lợi........... 64 Hình 4.10: Mặt võng của tấm BT mặt đường cũ khi chịu tác dụng của tải trọng bánh xe đặt ở tâm tấm...................................................................... 65 Hình 4.11: Mặt võng của tấm BT mặt đường cũ khi chịu tác dụng của tải trọng bánh xe đặt ở tâm tấm và tải trọng nhiệt theo hướng bất lợi........... 65 Hình 4.12: Mặt võng của tấm BT mặt đường cũ khi chịu tác dụng của tải trọng bánh xe đặt ở cạnh tấm.................................................................... 66 Hình 4.13: Mặt võng của tấm BT mặt đường cũ khi chịu tác dụng của tải trọng bánh xe đặt ở cạnh tấm và tải trọng nhiệt theo hướng bất lợi......... 67 Hình 4.14: Mặt võng của tấm BT mặt đường cũ khi chịu tác dụng của tải trọng bánh xe đặt ở góc tấm...................................................................... 67 Hình 4.15: Mặt võng của tấm BT mặt đường cũ khi chịu tác dụng của tải trọng bánh xe đặt ở góc tấm và tải trọng nhiệt theo hướng bất lợi........... 68 6 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật MỤC LỤC Trang Danh mục các từ viết tắt và ký hiệu Danh mục các bảng biểu Danh mục các hình vẽ Mục lục PHÀN MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÍNH TOÁN TĂNG CƯỜNG MẶT ĐƯỜNG BTXM............................................................................ 1 1.1.Mặt đường BTXM và các hư hỏng..................................................... 1 1.1.1. Cấu tao chung của mặt đường bê tông xi măng.................... 1 1.1.2. Các hư hỏng của mặt đường BTXM.................................... 7 1.2.Các phương pháp tăng cường mặt đường BTXM.............................. 11 1.3.Các phương pháp tính toán bề dầy tấm BTXM tăng cường trên mặt đường BTXM cũ hiện có.......................................................................... 13 1.3.1. Theo hướng dẫn trong quy trình tính toán mặt đường cứng của Liên Xô cũ .............................................................................. 15 1.3.2. Theo tiêu chuẩn của Cục hàng không liên Bang Mỹ FAA... 19 1.3.3. Theo phương pháp Cơ học - thực nghiệm của chương trình NCHRP của Mỹ................................................................... 20 1.4.Phạm vi và nhiệm vụ nghiên cứu của luận văn.................................. 20 CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH BÀI TOÁN LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN TĂNG CƯỜNG MẶT ĐƯỜNG BTXM...................................... 22 2.1.Mô hình bài toán và các tiêu chuẩn tính toán..................................... 22 2.2.1. Mô hình bài toán .................................................................. 22 2.2.2. Các tiêu chuẩn tính toán....................................................... 23 2.2.Xây dựng thuật toán............................................................................ 23 7 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật 2.2.1Các giả thiết tính toán............................................................. 23 2.2.2Các phương trình cơ bản......................................................... 25 2.2.3Các điều kiện biên.................................................................. 26 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP GIẢI VÀ CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN TRÊN MÁY TÍNH................................................................................... 29 3.1.Phương pháp giải................................................................................ 29 3.2.Thuật toán phần tử hữu hạn................................................................ 32 3.2.1. Tính toán lớp mặt đường tăng cường.............................................. 32 3.2.2. Tính toán lớp mặt đường cũ............................................................ 47 3.3.Chương trình tính toán trên máy tính.................................................. 49 3.3.1Sơ đồ thuật toán................................................................................ 49 3.3.2Chương trình tính toán trên máy tính bằng ngôn ngữ Matlab ......... 50 CHƯƠNG 4: VÍ DỤ TÍNH TOÁN BẰNG SỐ........................................ 51 4.1. Ví dụ tính toán................................................................................... 51 4.2. Tính toán bề dầy tấm BTXM tăng cường theo quy trình Liên Xô cũ 52 4.3. Tính toán bề dầy tấm BTXM tăng cường theo chương trình TCMĐ 58 4.4. Nhận xét – đánh giá........................................................................... 69 KẾT LUẬN............................................................................................... 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC 8 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật PHẦN MỞ ĐẦU Tính đến cuối năm 2014, cả nước ta có 221.115 km đường bộ, trong đó có 17.295 km đường quốc lộ (theo số liệu của cục đường bộ Việt nam, trích tạp chí GTVT 12/2004). Giao thông vận tải nói chung, và giao thông đường bộ nói riêng có tầm quan trọng đặc biệt đối với sự phát triển của kinh tế xã hội, nó được ví như những "huyết mạch" của nền kinh tế quốc dân. Do đó trong những năm gần đây, Đảng và nhà nước ta đã quan tâm đến việc đầu tư xây dựng và phát triển hệ thống giao thông đường bộ, đã ban hành nhiều chủ trương chính sách nhằm từng bước phát triển và mở rộng hệ thống giao thông đường bộ với phương châm nhà nước, các tổ chức, thành phần kinh tế và toàn dân cùng xây dựng và phát triển giao thông vận tải. Các dự án lớn liên tiếp được đầu tư, hoàn thành từng bước nhằm hoàn thiện mạng lưới đường quốc gia, trong đó có các dự án lớn như QL1, đường Xuyên Á, đường Hồ Chí Minh, QL5, QL 10, QL 18... được đầu tư xây dựng đã tạo nên một sự phát triển nhảy vọt cho mạng lưới đường bộ quốc gia. Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu Tuy nhiên, một vấn đề gặp phải đối với hệ thống đường ô tô của nước ta đã được xây dựng trước đây là khi số trục xe thông qua vượt quá số trục tương đương thiết kế hay khi mặt đường xe chạy bị hư hỏng nghiêm trọng do nhiều nguyên nhân khác nhau, đã gây ảnh hưởng rất lớn đối với sự an toàn cũng như tính tiện nghi khi chạy xe, ngoài ra còn gây nên những hậu quả tiêu cực về mặt xã hội như: ách tắc giao thông, nạn kẹt xe, tai nạn giao thông ... Trong khi đó nguồn vốn, nguồn kinh phí cho việc xây dựng mới mạng lưới đường bộ của nước là còn rất hạn hẹp, các dự án đầu tư xây dựng đường bộ mới đều là các nguồn vốn vay của nước ngoài ... 9 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Do vậy, việc bảo dưỡng, sửa chữa và thiết kế tăng cường cho mạng lưới giao thông đường bộ, để có thể đáp ứng được sự phát triển của nền kình tế trong giai đoạn công nghiệp hoá, hiện đại hoá ở nước ta hiện nay đang trở nên hết sức cần thiết và cấp bách. Nội dung nghiên cứu Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn trên, tác giả đã lựa chọn đề tài: “Tính toán bề dầy tấm BTXM tăng cường trên mặt đường BTXM cũ theo phương pháp phần tử hữu hạn” làm nội dung nghiên cứu trong luận văn với mục đích áp dụng một phương pháp tính toán còn khá mới mẻ trong cơ học kỹ thuật vào trong tính toán tăng cường mặt đường BTXM đường ô tô, trên cơ sở giải quyết bài toán bài toán tấm hai lớp trên nền đàn hồi chịu tải trọng tĩnh, bằng phương pháp phần tử hữu hạn. Phương pháp nghiên cứu Trong những năm gần đây, sự phát triển nhảy vọt của kỹ thuật máy tính – tin học đã mang lại những công cụ hữu ích cho các ngành khoa học kỹ thuật nói chung và ngành cơ học kỹ thuật nói riêng. Rất nhiều bài toán cơ học mà trước đây nếu chỉ sử dụng các phương pháp giải tích sẽ gặp khó khăn, thì nay có thể thực hiện được bằng các phương pháp số trên máy tính điện tử, trong đó nổi bật là phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH). Trên cơ sở các nguyên lý năng lượng, sử dụng phép nội suy qua các hàm xấp xỉ chuyển vị, điều kiện cân bằng phân tố được thay thế bằng điều kiện cân bằng của phần tử có kích thước hữu hạn, với số bậc tự do hữu hạn, từ đó thay các phương trình vi phân cân bằng bằng hệ phương trình đại số tuyến tính, các quan hệ vật lý được biểu diễn dưới dạng ma trận phù hợp với ngôn ngữ của máy tính. Do có tính tổng quát cao nên nó đã nhanh chóng được ứng dụng rộng rãi, nhiều bộ chương trình rất mạnh dùng để tính toán kết cấu hệ thanh, hệ tấm, vỏ … theo các thuật toán của các phương pháp này đã được các tác giả trong nước và trên 10 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật thế giới xây dựng tương đối hoàn chỉnh. Trong điều kiện như vậy, việc tính toán kết cấu tấm (hay tổng quát hơn là vỏ) không còn gặp nhiều khó khăn như trước do các hạn chế về hình dạng, tải trọng hay điều kiện biên phức tạp gây ra. Nhiều mô hình kết cấu hỗn hợp gồm hai hay nhiều loại phần tử thanh, tấm, vỏ làm việc đồng thời đã được xây dựng để giải các bài toán tĩnh, động lực hay ổn định đàn hồi … Mục tiêu nghiên cứu của luận văn Sử dụng phương pháp phàn tử hữu hạn để xây dựng thuật toán và chương trình máy tính để giải bài toán tấm 2 lớp trên nền đàn hồi chịu tác dụng của tải trọng tĩnh. Từ đó, áp dụng cho tính toán bề dầy tấm BTXM tăng cường trên mặt đường BTXM cũ theo các tiêu chuẩn tính toán. Nội dung của luận văn gồm 4 chương: Chương 1: giới thiệu tổng quan về mặt đường BTXM (đường ô tô và đường sân bay), các phương pháp tính toán bề dầy tấm BTXM tăng cường trên mặt đường BTXM cũ hiện có. Chương 2: trình bày mô hình của bài toán bao gồm: mô hình cơ học, các tiêu chuẩn tính toán, các giả thiết tính toán, các phương trình cơ bản và các điều kiện biên. Chương 3: trình bày thuật toán PTHH và chương trình tính toán trên máy tính cho bài toán tính toán bề dầy tấm BTXM tăng cường trên mặt đường BTXM cũ. Chương 4: trình bày các ví dụ tính toán bằng số. 11 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN TĂNG CƯỜNG MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG 1.1.Mặt đường bê tông xi măng và các hư hỏng 1.1.1. Cấu tạo chung của mặt đường bê tông xi măng Mặt đường bê tông xi măng (BTXM) được sử dụng trên các đường ô tô cấp cao, đường cao tốc, đường đô thị, đường sân bay và đường trong các khu công nghiệp có tải trọng trục xe lớn. Mặt đường BTXM được chia thành các loại như: mặt đường BTXM đổ tại chỗ và mặt đường BTXM lắp ghép, mặt đường BTXM không cốt thép và có cốt thép, mặt đường BTXM cốt thép thường và BTXM ứng suất trước. Ưu điểm chủ yếu của mặt đường BTXM là có cường độ cao, thích hợp với các loại xe có tải trọng trục nặng, có độ bằng phẳng, độ nhám và ổn định nhiệt tốt, niên hạn sử dụng dài (từ 20 – 30 năm hoặc lâu hơn). Nhược điểm chủ yếu là thi công phức tạp (do phải làm nhiều khe), dễ bị hư hỏng và thấm nước ở vị trí khe, dễ bị nứt gẫy khó xử lý khi đặt nền móng không tốt và bị lún không đều. Tuỳ thuộc vào cấp hạng đường, mật độ xe cộ mà cấu tạo của mặt đường được tính toán cho phù hợp. Trong trường hợp tổng quát, mặt đường BTXM có cấu tạo thành nhiều lớp như hình 1.1, trong đó: Hình 1.1: Mặt cắt ngang của mặt đường BTXM đổ tại chỗ 1- Lớp mặt (tấm BTXM); 2- Lớp tạo phẳng 3- Lớp móng nhân tạo; 4 - Nền đất 12 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật B: Bề rộng phần xe chạy; b: Dải an toàn hoặc lề gia cố C: Bề rộng lề; Bm: Bề rộng móng; d: Bề rộng thêm của móng 1.Lớp mặt của mặt đường BTXM được cấu tạo từ các tấm BTXM có bề dầy từ 18 – 24 cm, là bộ phận chịu lực chủ yếu của kết cấu mặt đường, chịu tác dụng trực tiếp của tải trọng bánh xe. Các tấm BTXM cấu tạo lớp mặt được bố trí trên mặt bằng như hình 1.2. Lề đường Thanh truyền lực Chiều dài tấm Khe dọc Khe ngang Khe dọc Lề đường Hình 1.2: Sơ đồ bố trí khe trong mặt đường BTXM Các khe giữa các tấm bê tông được chia làm hai loại: khe dọc và khe ngang. Khe dọc và khe ngang thẳng góc với nhau và khe ngang trên hai làn xe thẳng hàng với nhau. Ở các đoạn có nhánh đường rẽ chéo thì đầu khe ngang của làn rẽ và đầu khe ngang của làn đi thẳng được bố trí trùng nhau. Khe ngang lại được chia làm hai loại: khe dãn và khe co. Hình thức của các loại khe được mô tả như hình 1.3. Các khe dọc được bố trí dọc theo tim đường hoặc song song với tim đường, khoảng cách giữa hai khe thường bố trí bằng bề rộng một làn xe ( luôn  13 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật 4.5m). Khe dọc thường được làm theo kiểu khe ngàm (hình 1.3c) hoặc kiểu có thanh truyền lực (hình 1.3d). Các thanh truyền lực của khe dọc thường có đường kính từ 10 – 12 mm, chiều dài 75 cm và đặt cách nhau 75 cm. Hình 1.3: Các loại khe trên mặt đường BTXM a. Khe dãn có thanh truyền lực b.Khe co giả c.Khe dọc kiểu ngàm d. Khe dọc có thanh truyền lực Trường hợp khe dọc làm theo khe kiểu ngàm thì kích thước của ngàm được xác định như trong bảng 1.1. Bảng 1.1: Các kích thước của ngàm Các kích thước của ngàm Chiều dày tấm bê tông (cm) A B c l  18 6 6 6 3.5 1.5 20 7 6 7 4 1.5 22 7.5 7 7 4 1.5 24 8 8 8 4 1.5 26 9 8 9 4.5 1.5 28 9.5 9 9.5 4.5 1.5 30 10 10 10 5 1.5 14 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Các khe ngang (dãn, co) được bố trí thẳng góc với tim đường, trong đó các khe dãn thường được bố trí theo kiểu thanh truyền lực (hình 1.3a), còn các khe co thường làm theo kiểu khe giả (hình 1.3b). Khoảng cách giữa các khe ngang được lấy như trong bảng 1.2. Bảng 1.2: Khoảng cách giữa các khe ngang (mét) Loại kết cấu mặt đường và kiểu khe Mặt đường bê tông không cốt thép trên móng cát và hỗn hợp cát sỏi: - Khe dãn - Khe co Mặt đường bê tông không cốt thép trên móng cát gia cố xi măng và các loại móng gia cố các chât liên kết vô cơ khác - Khe dãn - Khe co Nhiệt độ không khí khi đổ bê tông (0C) Chiều dày tấm bê tông (mm) 5 - 15 16 – 25  26 24 48 60 cuối ca thi công 20 – 22 36 42 42 18 25 30 40 20 – 24 6 6 6 18 5 5 5 24 54 72 cuối ca thi công 20 – 22 42 54 18 25 35 45 20 – 24 6 6 6 18 5 5 5 *Chiều rộng của khe dãn được tính theo công thức: b = ..L.t.1000 (cm) trong đó: (1-1) t là hiệu số giữa nhiệt độ ngoài trời cao nhất nơi làm đường với nhiệt độ lúc đổ bê tông.  là hệ số ép co của vật liệu chèn khe. Khi chèn khe bằng matít thì lấy  = 2.0 L là khoảng cách giữa hai khe giãn tính theo mét  là hệ số dãn nở của bê tông, thường lấy  = 0,00001 15 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật *Chiều rộng của khe co thường lấy từ 8 –12mm Mặt cắt ngang của tấm bê tông mặt đường có bề dày không đổi và được làm theo một trong hai kiểu: có dùng cốt thép tăng cường mép tấm hoặc không tăng cường mép tấm bằng cốt thép, được mô tả như hình 1.4. h1 a) Cốt thép h2 b) Hình 1.4: Cấu tạo mặt cắt ngang tấm BTXM a.Có dùng cốt thép tăng cường mép tấm b.Không dùng cốt thép tăng cường mép tấm Bề dày của tấm BTXM được tính toán theo điều kiện cường độ của mặt đường. Theo kinh nghiệm khai thác thì bề dày tối thiểu của tấm bê tông được xác định như trong bảng 1.3. Bảng 1.3: Bề dày tối thiểu của tấm BTXM Vật liệu lớp móng Bề dày tấm BTXM tối thiểu (cm) tuỳ thuộc lưu lượng xe tính toán (xe/ngày đêm) > 10000 7000 – 10000 5000-7000 3000-5000 2000-3000 1000-2000 24 22 22 20 18 18 - - 22 20 18 18 - - - 22 20 18 - Đá, cát, đất gia cố chất liên kết vô cơ - Đá dăm, xỉ, sỏi, cuội - Cát, cấp phối Về vật liệu, bê tông làm tầm BTXM phải có cường độ chịu uốn giới hạn  40 daN/cm2 và cường độ chịu nén giới hạn  300 daN/cm2. Đối với đường cấp cao (cấp I, II) thì cường độ chịu uốn giới hạn phải  45 daN/cm2 và cường độ chịu nén giới hạn phải  350 daN/cm2. Các chỉ tiêu về cường độ và mô đun đàn hối của bê tông làm đường được yêu cầu như trong bảng 1.4. 16 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Bảng 1.4: Các chỉ tiêu cường độ và mô đun đàn hồi của bê tông làm đường Cường độ giới hạn sau 28 ngày (daN/cm2) Các lớp kết cấu Mô đun đàn hồi E (daN/cm2) Cường độ chịu kéo uốn Cường độ chịu nén Lớp mặt 50 45 40 400 350 300 35.104 33.104 31,5.104 Lớp móng của mặt đường bê tông nhựa 35 30 25 250 200 170 29.104 26,5.104 23.104 2.Lớp tạo phẳng (Lớp ngăn cách) được bố trí giữa lớp mặt và lớp móng có bề dầy từ 2  5 cm, có tác dụng tạo phẳng cho lớp móng, khắc phục những chỗ lồi lõm trên mặt lớp móng , làm giảm nhỏ ma sát và lực dính bám giữa lớp mặt và lớp móng, làm cho các tấm bê tông có thể co hoặc dãn tự nhiên hơn, và do đó có thể làm giảm ứng suất nhiệt trong các tấm bê tông. Ngoài ra, lớp tạo phẳng còn đóng vai trò như một lớp kín nước, ngăn không cho nước từ trên lớp mặt thấm qua các khe xuống nền đất. Lớp tạo phẳng có thể làm bằng cát trộn nhựa dày từ 23cm hoặc bằng giấy dầu hoặc các loại vật liệu dạng màng pôlime … 3.Lớp móng nhân tạo được bố trí ngay dưới lớp tạo phẳng để giảm ứng suất do tải trọng truyền xuống nền đất và cùng tham gia chịu lực với tấm BTXM mặt đường, nhằm hạn chế nước mặt ngấm qua khe xuống nền đất để giảm tích luỹ biến dạng ở góc, cạnh tấm (nơi tấm dễ gẫy vỡ), tạo điều kiện bảo vệ độ bằng phẳng, ổn định, nâng cao cường độ và khả năng chống nứt, kéo dài tuổi thọ của mặt đường. Lớp móng nhân tạo phải đảm bảo cho ô tô và máy rải bê tông chạy trên lớp móng trong thời gian thi công nên bề rộng lớp móng thường lớn hơn bề rộng mặt đường, nó được xác định tuỳ thuộc vào 17 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật phương pháp và tổ hợp máy thi công, nhưng trong mọi trường hợp bè rộng lớp móng cần rộng hơn mặt đường từ 0,3  0,5m về mỗi bên. Lớp móng nhân tạo có thể làm một lớp hoặc hai lớp tuỳ thuộc vào cấp hạng của đường. Vật liệu sử dụng làm lớp móng có thể bằng bê tông nghèo, cấp phối đá dăm gia cố xi măng, cát gia cố xi măng, đất gia cố xi măng hoặc gia cố vôi. Với các đường địa phương hoặc đường nội bộ, ít xe tải trọng nặng chạy thì có thể làm móng bằng đá dăm, xỉ hoặc cát hạt lớn. 4.Nền đất dưới kết cấu áo đường BTXM có thể là nền đắp hoặc nền đất tự nhiên. Trong mọi trường hợp, 50cm nền đất trên cùng (tính từ đáy áo đường xuống dưới) phải được đầm nén chặt đạt hệ số đầm nén k = 100%, tiếp 50cm này trở xuống (nhưng không quá 1.20m tính từ mặt đường) phải đạt hệ số đầm nén K = 9598%. Tại các đoạn nền đường có điều kiện địa chất, địa chất thuỷ văn không tốt thì phải có các biện pháp xử lý kỹ thuật đặc biệt như: thay đất, dùng giếng cát, hoặc bấc thấm, hay các biện pháp gia tải trước, thoát nước thẳng đứng để gia cường nền đất yếu đạt yêu cầu về cường độ và độ biến dạng. 1.1.2 Các hư hỏng của mặt đường BTXM Mặc dù có nhiều ưu điểm như cường độ cao, độ ổn định về mặt cường độ với nhiệt và với nước tốt nhưng mặt đường BTXM trong quá trình khai thác, sử dụng vẫn xảy ra các hư hỏng (mặt đường bị phá hoại). Nguyên nhân chính và trực tiếp gây phá hoại đến kết cấu mặt đường BTXM là tác dụng động của tải trọng bánh xe, mà đặc điểm của tác dụng động này là: đột ngột, tức thời và trùng phục. Ngoài ra, còn do ảnh hưởng của môi trường thiên nhiên mà chủ yếu là tác động của sự biến đổi nhiệt độ theo mùa và theo chu kỳ ngày đêm, cũng như tác dụng xâm nhập của các nguồn ẩm … Dưới tác dụng của tải trọng bánh xe chạy, do tấm BTXM có độ cứng lớn hơn nhiều so với móng và nền đất, nên tấm sẽ bị uốn theo hai phương dọc và 18 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật ngang của mặt đường. Nếu tấm BTXM không đảm bảo cường độ (bề dầy) thì tấm sẽ bị nứt dọc hoặc nứt ngang ở giữa tấm, hay ở góc và cạnh tấm ( hình 1.5). Đặc biệt là hay nứt ngang ở góc và cạnh tấm vì tại đó khi bánh xe thông qua, ứng suất kéo uốn do tải trọng bánh xe gây ra lớn hơn so với khi bánh xe đặt ở giữa tấm. Thêm vào đó, nước mặt có thể xâm nhập qua các khe của tấm xuống móng và nền làm cường độ móng và nền bị giảm dẫn đến phát sinh biến dạng tích luỹ ở lân cận góc và cạnh tấm, tạo ra sự tiếp xúc không tốt giữa tấm và móng gây ra hiện tượng tấm bị cập kênh, bị hiệu ứng công xon. Hình 1.5: Vết nứt dọc và ngang giữa tấm BTXM Tác dụng trùng phục của bánh xe chạy cũng thúc đẩy quá trình tích luỹ biến dạng dẻo khiến cho cường độ chịu kéo uốn và tuổi thọ của bê tông bị giảm đi và tấm sẽ bị phá hoại vì nứt sau khi chịu đựng số lần xe chạy nhất định. Sự giảm cường độ này tuân theo công thức thực nghiệm sau:  ku     .log N Rku trong đó: (1-2) Rku là cường độ chịu kéo uốn giới hạn dưới tác dụng của tải trọng 1 lần.  ku là ứng suất kéo uốn do tải trọng trùng phục gây ra trong tấm bê tông. 19 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật N là số lần tác dụng của tải trọng trùng phục , là các hệ số hồi quy thực nghiệm (thường lấy   0.691,   0.063 ).  ku Nếu R  0.75 thì tần suất tác dụng cuả tải trọng không có ảnh hưởng gì đến ku sự giảm cường độ nói trên. Hình 1.6: Vết nứt dọc và ngang ở góc tấm BTXM Ngoài ra lực ngang giữa bánh xe và mặt đường cũng gây ra các tác dụng phá hoại mặt đường, như tác dụng bào mòn lâu dần sẽ làm bong tróc bề mặt tấm bê tông, dẫn đến bong bật các hạt cốt liệu (hình 1.7) khiến việc đi lại của các phương tiện không được êm thuận, gây tiếng ôn và bụi, đồng thời giảm cường độ của tấm bê tông. 20 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Hình 1.7: Bong bật vật liệu bề mặt tấm BTXM Sự thay đổi của nhiệt độ cũng có thể gây ra những ảnh hưởng bất lợi tới sự làm việc của các tấm bê tông nếu như việc tính toán bề dày, hoặc bố trí các khe co giãn không được hợp lý. Ngoài ra, do sự tồn tại của lực ma sát giữa tấm bê tông và bề mặt lớp móng, nên các tấm bê tông sẽ chịu kéo lệch tâm khi bê tông giãn nở về mùa hè. Tấm bê tông có kích thước càng lớn thì trị số ứng suất kéo càng lớn và tấm có thể bị phá hoại do uốn dọc. Hơn nữa, sự thay đổi nhiệt độ giữa ban ngày và đêm còn làm chênh lệch nhiệt độ giữa mặt trên và và mặt dưới của tấm bê tông, cụ thể là về ban ngày, nhiệt độ tăng nhanh khiến cho mặt trên của tấm bê tông có nhiệt độ cao hơn mặt dưới, còn về ban đêm nhiệt độ giảm xuống nhanh khiến cho nhiệt độ của mặt trên thấp hơn nhiệt độ mặt dưới của tấm. Sự chênh lệch nhiệt độ giữa mặt trên và mặt dưới của tấm bê tông gây ra hiện tượng uốn nhiệt. Nếu tấm bê tông bị hạn chế về khả năng co giãn thì ứng suất kéo lớn nhất do hiện tượng uốn nhiệt, được tính theo công thức:  trong đó: Eb . .t 2(1   2 ) Eb là mô đun đàn hồi của bê tông  là hệ số nở nhiệt của bê tông (1-3)