Báo cáo Đánh giá kết quả tính toán độ cứng kết cấu áo đường từ FWD sử dụng phương pháp mô hình phần tử hữu hạn

Nội dung text: Báo cáo Đánh giá kết quả tính toán độ cứng kết cấu áo đường từ FWD sử dụng phương pháp mô hình phần tử hữu hạn

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ TÍNH TOÁN ĐỘ CỨNG KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG TỪ FWD SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP MÔ HÌNH PHẦN TỬS K C 0 0 3 9 HỮU5 9 HẠN Mã số: T2015-15TÐ S KC 0 0 5 2 9 9 Tp. Hồ Chí Minh, 2015
2. TRƯỜBNGỘ GIÁOĐẠI H DỌỤC CSƯ VÀ PH ĐÀOẠM TKẠỸOTHUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ TÍNH TOÁN ĐỘ CỨNG KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG TỪ FWD SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP MÔ HÌNH PHẦN TỬ HỮU HẠN Mã số: T2015-15TĐ Chủ nhiệm đề tài: TS. LÊ ANH THẮNG TP. HCM, THÁNG 11 NĂM 2015
3. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA XD&CHƯD BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ TÍNH TOÁN ĐỘ CỨNG KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG TỪ FWD SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP MÔ HÌNH PHẦN TỬ HỮU HẠN Mã số: T2015-15TĐ Chủ nhiệm đề tài: TS. LÊ ANH THẮNG TP. HCM, THÁNG 11 NĂM 2015
4. LỜI NÓI ĐẦU Đề tài “Đánh giá kết quả tính toán độ cứng kết cấu áo đường từ FWD sử dụng phương pháp mô hình phần tử hữu hạn” được thực hiện từ tháng 01/2015 đến tháng 12/2015. Kết quả đề tài có được là một bài báo khoa học được đăng trên tạp chí giao thông vận tải, ISSN 2354-0818 và được các chuyên gia preview độc lập. Chúng tôi xin trân trọng cảm ơn các đồng nghiệp đã làm việc cùng tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Xin trân trọng cảm ơn trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện và hỗ trợ về tài chính thực hiện đề tài. Đề tài không thể tránh khỏi những hạn chế và thiếu sót. Chúng tôi rất mong được sự đóng góp của quý thầy cô giáo, bạn bè và đồng nghiệp để đề tài được hoàn 3 TS.Lê Anh Thắng | Đánh giá kết quả tính toán độ cứng kết cấu áo đường từ FWD sử dụng FEM - 2015
5. MỤC LỤC BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO I MỞ ĐẦU 12 TÍNH CẤP THIẾT CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 13 MỤC TIÊU 14 CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 14 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 14 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 14 CÁC NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC 15 NỘI DUNG 17 CHƯƠNG 1: XÁC ĐỊNH MÔ ĐUN ĐÀN HỒI CỦA CÁC LỚP KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG - TRONG GIAI ĐOẠN SỬ DỤNG 18 1.1 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH MÔDUN 18 Phương pháp thí nghiệm phá hoại mẫu 18 Phương pháp tấm ép cứng 18 Phương pháp cần Benkenman 18 Phương pháp đo cường độ mặt đường bằng thiết bị đo độ võng động FWD 19 1.2 CÁC MÔ HÌNH TÍNH TOÁN NGƯỢC 23 PEDMOD 24 EVERCALC 25 ELMOD 26 MICHBACK 27 1.3 CÁC THUẬT TOÁN TÍNH NGƯỢC DỰA TRÊN THÍ NGHIỆM FWD 28 Thuật toán dựa trên phân tích vùng ứng suất 28 Thuật toán dựa theo thử-sai 29 Thuật toán dựa trên cơ sở dữ liệu 29 Các thuật toán tối ưu 29 Tự động hóa tình toán bằng BISAR-GAs [10,11] 30 CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG 34 2.1 CÁC LÝ THUYẾT VÀ MÔ HÌNH KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG 34 2.1.1 Lý thuyết đàn hồi: 34 2.1.2 Phương pháp độ dày tương đương 37 2.1.3 Mô hình đàn nhớt 38
6. 2.2 PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN 39 CHƯƠNG 3: CÁC BƯỚC MÔ HÌNH KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG SỬ DỤNG ABAQUS 42 CHƯƠNG IV: SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP PTHH ĐỂ GIẢI QUYẾT BÀI TOÁN NGƯỢC 50 4.1 BÀI TOÁN KHẢO SÁT 50 4.2 KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ BẰNG PHƯƠNG PHÁP PTHH 52 CHƯƠNG V: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 57 5.1 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 57 5.2 ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN TRONG TƯƠNG LAI 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 PHỤ LỤC 61 5 TS.Lê Anh Thắng | Đánh giá kết quả tính toán độ cứng kết cấu áo đường từ FWD sử dụng FEM - 2015
7. DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 1.1: Khoảng cách các sensor và bán kính tải tác dụng 20 Hình 1.2: Độ võng và thời gian biến dạng của nền đường 21 Hình 1.3: Thiết bị đo động FWD 21 Hình1.4: Màn hình thể hiện thí nghiệm FWD 22 Hình 1.5: Độ võng kết cấu mặt đường từ thí nghiệm FWD 23 Hình 1.6: Mô hình tính toán môđun đàn hồi các lớp áo đường của phần mềm 24 Hình 2.5: Sơ đồ phương trình tính toán 25 Hình 1.7: Sơ đồ vùng ứng suất dưới tác động của tải trọng FWD 29 Hình 1.8: Chậu võng thực đo và chậu võng giới hạn trong khoảng sai số 15% 15 Hình 1.9: Mô hình tính toán môđun đàn hồi các lớp áo đường của phần mềm 31 Hình 2.1: Mô hình của phương trình Boussinesq 35 Hình 2.2: Đường ảnh hưởng cho một vùng tải hình tròn 37 Hình 2.3: Mô hình chuyển đổi hai lớp theo Odemark 38 Hình 4.1: Kết quả môđun và RSM tính toán 51
8. DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 4.1: Thông số các lớp áo đường thí nghiệm 50 Bảng 4.2: Kết quả môđun và RSM tính toán 51 7 TS.Lê Anh Thắng | Đánh giá kết quả tính toán độ cứng kết cấu áo đường từ FWD sử dụng FEM - 2015
9. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT THUẬT NAM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Độc lập - Tự do - Hạnh phúc KHOA XD&CHUD Tp. HCM, ngày 06 tháng 11 năm2015 THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 1. Thông tin chung: - Tên đề tài: Đánh giá kết quả tính toán độ cứng kết cấu áo đường từ FWD sử dụng phương pháp mô hình phần tử hữu hạn. - Mã số: T2015-15TĐ - Chủ nhiệm: TS. Lê Anh Thắng - Cơ quan chủ trì: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh - Thời gian thực hiện: 12 tháng 2. Mục tiêu: - Đề tài tập trung vào việc đánh giá kết quả độ cứng từ thí nghiệm FWD thông qua phương pháp phân tích số. Bên cạnh đó là đánh giá BISAR-GAs, một công cụ được xây dựng ở Việt Nam cho việc tính toán ngược, bằng phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH). 1. Tính mới và sáng tạo: - Bài toán xác đinh thông số vật liệu của các lớp kết cấu áo đường thông qua thí nghiệm động FWD, dạng bài toán ngược, đã và đang được nghiên cứu trên thế giới. - Các công cụ thông dụng để nghiên cứu thí nghiệm FWD đa phần được xây dựng từ “Hệ nhiều lớp kết cấu đàn hồi”. Đặc trưng cho lớp công cụ này là phần mềm BISAR và KENLAYER. - Tiếp theo sự ra đời của BISAR-GAs, mô hình phần tử hữu hạn cho bài toán tính toán ngược đã được phát triển. Ngoài ra, các ứng xử phức tạp của vật liệu sẽ được xem xét trong bài toán ngược với mô hình phần tử hữu hạn.
10. -9- 2. Kết quả nghiên cứu: - Mô hình phần tử hữu hạn cho bài toán ngược với thí nghiệm FWD đạt được độ chính xác dưới 10% sai số. 3. Sản phẩm: 1. Lê Anh Thắng (2015), ”Phân tích ứng xử của kết cấu áo đường dưới tác dụng của tải thí nghiệm FWD”, Tạp chí giao thông vận tải tháng 9/2015, trang 26-28, ISSN 2354- 0818. 4. Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng: - Tạp chí trong nước. Trưởng Đơn vị Chủ nhiệm đề tài (ký, họ và tên, đóng dấu) (ký, họ và tên) 9 TS.Lê Anh Thắng | Đánh giá kết quả tính toán độ cứng kết cấu áo đường từ FWD sử dụng FEM - 2015
11. INFORMATION ON RESEARCH RESULTS 1. General information: Project title: Evaluate calculated modulus results of pavement layers using FWD through finite element model. Code number: T2015-15TĐ Coordinator: Dr. Le, Anh Thang Implementing institution: University of Technical Education HCM City Duration: 12 months 2. Objective(s): - Research focuses on evaluation the material modulus of layers of a pavement determined from the FWD experiment through finite element method (FEM). BISAR-GAs, a tool built in Vietnam for back calculation, could be verified using FEM. 3. Creativeness and innovativeness: - Identified material parameters of the pavement layers through the FWD experiment, solving the back calculation problems, have been studied widely in the world. - The typical tools for research on FWD experiment mostly developed based on theory of "system of elastic layers". Typical for those tools are BISAR and KENLAYER. - Following the introduction of BISAR-GAs, a FEM model using for backcalculation has been developed. In addition, the real behavior of materials in FWD experiment will be considered in the backcalculation problems with FEM models. 4. Research results: - The FEM model for the back calculation of FWD experiment could achieve less than 10% of error. 5. Products:
12. -11- 1. Lê, Anh Thắng (2015),” Analyzing the pavement response under the loading of FWD experiment”, Journal of Transportation 9/2015, pp. 26-28, ISSN 2354-0818. 6. Effects, transfer alternatives of reserach results and applicability: - A national journal. 11 TS.Lê Anh Thắng | Đánh giá kết quả tính toán độ cứng kết cấu áo đường từ FWD sử dụng FEM - 2015
13. MỞ ĐẦU
14. -13- TÍNH CẤP THIẾT CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Thí nghiệm thiết bị đo động (FWD) là một công cụ phục vụ cho việc đánh giá khả năng chịu tải của một kết cấu đường hiện hữu. Công tác quản lý bảo trì đường bộ hiện đang áp dụng được cho là quá lạc hậu, bị động, hiệu quả thấp. Nhận thức về đầu tư cho bảo trì đường sá chưa đầy đủ, khiến nhiều chục năm nay bảo trì không được coi trọng và đầu tư rất thấp. Ứng dụng FWD đã và đang được quan tâm trong những năm gần đây. Công cụ này giúp hiện đại hóa công tác quản lý bảo trì đường bộ. Đi kèm với thì nghiệm FWD là một phương pháp toán ngược. Tính toán ngược dùng để tìm các giá trị module của các lớp kết cấu áo đường sao cho độ võng tính toán và độ võng thực đo từ thí nghiệm là trùng khớp nhau. Để có thể tính toán ngược được, các nghiên cứu đều dựa trên công cụ tính toán xuôi. Công cụ tính toán xuôi thường là chương trình được dùng để xác định chuyển vị, biến dạng và nội lực dưới tác dụng của tải trọng xe. Hiện nay, thế giới có nhiều chương trình được dùng để xác định chuyển vị, biến dạng và nội lực của một điểm bất kỳ trong các lớp kết cấu áo đường, dưới tác dụng của tải trọng xe. Điển hình như: Bisar, Chervon, Elsyms, Mmopp, Mnpave Các chương trình khác nhau sử dụng giả thuyết về vật liệu là khác nhau. Các ứng xử của vật liệu đã được xét đến bao gồm: đàn hồi, bán đàn hồi, đàn nhớt, đàn dẻo . Tuy nhiên, giả thuyết các lớp vật liệu áo đường mềm là vật liệu đàn hồi đẳng hướng và đồng nhất vẫn được tin dùng trong các phần mềm tính toán. BISAR được chọn vì nó khá phổ biến và thường được dùng trong các nghiên cứu để tính toán kết cấu áo đường. Trong chương trình tính toán ngược BISAR sử dụng các giả thiết sau đây: BISAR xem lớp cuối cùng kéo dài vô hạn xuống phía dưới, chiều dày bán vô hạn. Trong mặt cắt ngang, các lớp kéo dài vô hạn theo phương ngang. Vật liệu trong mỗi lớp được giả thiết là đồng nhất, đẳng hướng và liên tục. Vật liệu trong mỗi lớp là đàn hồi, mối liên hệ giữa ứng suất và biến dạng là tuyến tính. Sai số giữa modul đàn hồi tính toán và modul đàn hồi thực của vật liệu là luôn luôn tồn tại. Sự sai số đó là do ảnh hưởng của nhiều yếu tố như: 13 - Quá trình thi công hay các lớp vật không đồng nhất dẫn đến độ võng FWD có hình dạng đứt gãy, đường cong không đồng đều. - Sự sai khác giữa đặc tính vật liệu thực đo và các giả thiết trong tính toán. Vật liệu nền – mặt đường là vật liệu đàn hồi – dẻo nhưng mô hình tính toán là hệ nhiều lớp đàn hồi. TS.Lê Anh Thắng | Đánh giá kết quả tính toán độ cứng kết cấu áo đường từ FWD sử dụng FEM - 2015
15. - Chưa xét đến tham số ma sát giữa các lớp, và tính phi tuyến của vật liệu. Tính toán ngược xác định modun đàn hồi của các lớp kết cấu áo đường cần được thực hiện bằng phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH). Phương pháp PTHH có thể giải quyết được các hạn chế của phương pháp mô hình kết cấu áo đường thành nhiều lớp kết cấu vật liệu đàn hồi như BISAR. Đây là lý do để thực hiện đề tài. MỤC TIÊU Các phần mềm backcalculation sử dụng lý thuyết đàn hồi; môi trường vật liệu phải là liên tục. Do đó, còn có hạn chế khi mô phỏng thế giới thực. Trong đề tài này, phần mềm ABAQUS, phần mềm thương mại, sẽ được sử dụng để thực hiện bài toán ngược trên bằng phương pháp phần tử hữu han. CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Phương pháp sử dụng là phương pháp thử - sai - Để hội tụ nhanh, công cụ BISAR-GAS được sử dụng để hổ trợ quá trình thử-sai ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Đối tượng nghiên cứu là kết cấu áo đường mềm đang ở trong giai đoạn sử dụng, cần được xác định mô-đun đàn hồi của các lớp vật liệu trong kết cấu áo đường từ thí nghiệm FWD. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Nội dung của nghiên cứu bao gồm 5 chương được trình bày vắn tắt như sau: Chương I: Xác định mô đun đàn hồi của các lớp kết cấu áo đường – trong giai đoạn sử dụng Giới thiệu tổng quan về các phương pháp xác định cường độ áo đường bằng thiết bị đo độ võng động (FWD). Một số phương pháp xác định mô-đun đàn hồi ở Việt Nam. Các mô hình tính toán ngược đã được thực hiện ở trên thế giới và cả ở trong nước. Trong đó chú trọng đến BISAR-GAs, đây là công cụ hổ trợ để tính toán ngược bằng phương pháp phần tử hữu hạn. Chương II: Mô hình kết cấu áo đường
16. -15- Giới thiệu tổng quan về các mô hình đã và đang nghiên cứu về kết cấu áo đường. Chương III: Các bước mô hình hóa kết cấu áo đường sử dụng ABAQUS Trình bày trình tự các bước thực hiện để mô hình hóa một kết cấu áo đường bằng phương pháp phần tử hữu hạn. Dựa vào tính đối xứng, bài toán đối xứng trục được mô hình hóa trong ABAQUS. Chương IV: Sử dụng phương pháp PTHH để tính toán ngược Bài toán kết cấu áo đường được mô hình bằng ABAQUS, với các bước thực hiện được mô tả ở chương III, được sử dụng để tính toán ngược cho một bài toán cụ thể. Kết quả có được là sai số giữa độ võng thực đo và độ võng tính toán từ PP PTHH là 7%. Chương V: Kết luận và kiến nghị Kết quả đạt được trong Đề tài và các hướng phát triển CÁC NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC Ứng dụng kết quả thí nghiệm FWD để tính toán ngược môđun đàn hồi của các lớp vật liệu áo đường mềm đã được các nước trên thế giới nghiên cứu phát triển từ rất lâu. Tuy vậy, thí nghiệm FWD vẫn là một đề tài mới đối với nước ta. Năm 2005, đề tài nghiên cứu “Ứng dụng kết quả thí nghiệm FWD tính toán môđun đàn hồi của lớp vật liệu kết cấu áo đường mềm” của tác giả “Trần Thị Kim Đăng” [8] đã thực hiện tính toán môđun trên 3 lớp kết cấu áo đường, kết quả của nghiên cứu được thể hiện Hình 1.8. Tuy nhiên, nghiên cứu cũng bộc lộ nhiều hạn chế. 15 Hình 1.8: Chậu võng thực đo và chậu võng giới hạn trong khoảng sai số 15% - Khoảng cách số gia trong từng lớp khá lớn. Cụ thể đối với mặt đường cũ số gia là 4.5 MPa, lớp cấp phối đá đăm là 6.3 MPa và lớp bê tông Asphalt có số gia môđun TS.Lê Anh Thắng | Đánh giá kết quả tính toán độ cứng kết cấu áo đường từ FWD sử dụng FEM - 2015
17. đàn hồi lên đến 200MPa. Số gia là bước nhảy của mô đun đàn hồi trong quá trình đi tìm bộ mô đun đàn hồi tối ưu sai số độ võng. Vì vậy độ chính xác của kết quả không cao, kết quả môđun phù hợp có sai số độ võng là 15%. - Tác giả làm thủ công dựa trên chương trình BISAR. Việc nhập giá trị các thử dần bằngthủ công có thể gây ra sai số, tốn thời gian và không thể mở rộng tính toán đối với các kết cấu áo đường khác. - Kết quả tính toán cho được môđun lớp vật liệu Asphalt khoảng 1900-2500 MPa, môđun lớp cấp phối khoảng 300-350 Mpa, môđun mặt đường cũ khoảng 150-200 MPa. Tác giả không đưa ra được giá trị môđun duy nhất vì thế sẽ gây ra khó khăn trong công tác đánh giá chất lượng mặt đường và duy tu bảo dưỡng sau này. CÁC NGHIÊN CỨU NGOÀI NƯỚC Falling Weight Deflectometer (FWD) là một thiết bị tuyệt vời để đánh giá khả năng phục vụ của một kết cấu áo đường đang trong quá trình sử dụng, thí nghiệm không phải phá hủy mặt đường. Tính toán ngược (Backcalculation), tìm môđun các lớp mặt đường từ độ võng FWD, đã trở thành phương pháp phổ biến để đánh giá kết cấu áo đường (Ullidtz và Coetzee , năm 1995; Karadelis năm 2000; Kim và Im, 2005). Môđun các lớp mặt đường có được từ Backcalculation có thể được sử dụng để ước tính điều kiện hiện tại của kết cấu và dự đoán tuổi thọ còn lại của một kết cấu áo đường ( Brough et al. , 2003). Một số chương trình backcalculation có sẵn để dự đoán môđun của các lớp kết cấu áo đường từ võng FWD. Hầu hết các chương trình này giả thuyết kết cấu mặt đường là một hệ gồm các lớp đàn hồi và sử dụng một phương pháp lặp đi lặp lại để tìm một bộ môđun đàn hồi các lớp cho độ võng tính toán phù hợp nhất với độ võng mặt đường đo được (Chou và Lytton , 1991). Việc sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) để phân tích kết cấu áo đường có thể cho ra kết quả thực tế hơn và cải thiện được độ chính xác cho việc tính toán đáp ứng của kết cấu áo đường (Mehmet Santan, 2003). Đơn giản là vì FEM có thể kể đến được các mô hình vật liệu phức tạp, hoặc có thể kể đến tình bất liên tục của môi trường vật liệu.
18. -17- NỘI DUNG 17 TS.Lê Anh Thắng | Đánh giá kết quả tính toán độ cứng kết cấu áo đường từ FWD sử dụng FEM - 2015
19. CHƯƠNG 1: XÁC ĐỊNH MÔ ĐUN ĐÀN HỒI CỦA CÁC LỚP KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG - TRONG GIAI ĐOẠN SỬ DỤNG 1.1 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH MÔDUN Hiện nay để đánh giá sức chịu tải của kết cấu áo đường, hai phương pháp thường dùng là thí nghiệm phá hoại và không phá hoại mẫu. Phương pháp thí nghiệm phá hoại mẫu Theo phương pháp này, người ta tiến hành khoan lấy mẫu trong các lớp kết cấu áo đường, thông qua các thí nghiệm trong phòng để xác định các thông số, từ đó dự báo khả năng chịu tải của kết cấu. Do không thể lấy quá nhiều mẫu trên mặt đường nên các thông số phản ảnh tình trạng mặt đường thông qua các mẫu thử thường mang tính cục bộ. Mặc khác, mẫu thí nghiệm không phản ảnh hết được sự làm việc thực của các lớp kết cấu áo đường. Phương pháp tấm ép cứng Trong tính toán thiết kế kết cấu áo đường mềm, khả năng chịu lực của vật liệu làm đường thường được biểu thị bằng chỉ tiêu môđun đàn hồi. Đó là chỉ tiêu đặc trưng cho khả năng chống lại biếndạng đàn hồi do lực tác dụng. Đối với đất nền và kết cấu áo đường làm bằng các vật liệu rời, việc xác định độ lún (biến dạng) đàn hồi phải thực hiện bằng thí nghiệm nén tĩnh qua tấm ép cứng [1]. Tác dụng một lực lên tấm ép cứng và đo biến dạng đàn hồi do lực đó gây ra. Lực tác dụng lên tấm ép đủ lớn để tạo một áp suất tác dụng lên bề mặt tương đương với áp suất của tải trọng xe tính toán gây ra, lực truyền được qua các lớp áo đường. Diện tích tấm ép tương đương với diện tích truyền áp lực lên bề mặt của lớp đang xét. Như vậy, tùy thuộc vào lớp nền đường hay lớp móng đường mà sử dụng tấm ép có đườngkính khác nhau, áp suất khác nhau. Vị trí của lớp càng xa lớp mặt thì đường kính tấm ép càng lớn và áp lực càng nhỏ. Phương pháp cần Benkenman Độ võng đàn hồi của mặt đường là hàm của các biến phụ thuộc vào: loại mặt đường, kết cấu áo đường và trạng thái đất nền đường, lưu lượng xe chạy, thời gian sử dụng mặt đường, nhiệt độ của mặt đường, Vì có quá nhiều biến phụ thuộc nên giữa các trị số độ
20. -19- võng đo được luôn có những sai lệch cho dù có rút ngắn khoảng cách giữa các điểm đo. Bởi vậy, để đánh giá đúng khả năng chịu tải của đường, người ta phải phân tuyến thành từng đoạn đặc trưng, tiến hành xử lý thống kê các kết quả đo võng để đánh giá. Sau khi xác định được độ võng đặc trưng của cả kết cấu áo đường bằng cần đo độ võng Benkenman [2], tiến hành xác định môđun đàn hồi chung của cả kết cấu áo đường theo công thức: pD(1  2 ) Edh (1.1) Ldh Trong đó: p: áp lực tiêu chuẩn, p = 6 daN/cm2 D: đường kính tương đương vệt bánh xe tiêu chuẩn, D=33cm : hệ số poat-xong,  = 0.3; Ldh: Độ võng đàn hồi đặc trưng = 0.693, đây là hệ số xét đến ảnh hưởng do bánh xe kép gây ra Phương pháp này có năng suất cao nhưng có nhược điểm là độ tin cậy của kết quả đo là không cao. Phương pháp đo cường độ mặt đường bằng thiết bị đo độ võng động FWD Thí nghiệm tải trọng rơi (The Falling Weight Deflectometer – FWD) được thí nghiệm lần đầu cách đây 30 năm ở Pháp trên kết cấu áo đường mềm (Ullidtz,1987). Trong hệ thống này, một khối tải trọng Q rơi từ độ cao quy định H xuống một tấm ép đường kính D, thông qua bộ phận giảm chấn gây ra một xung lực xác định tác dụng lên mặt đường. Biến dạng (độ võng) của mặt đường ở tâm tấm ép và ở các vị trí cách tấm ép một khoảng quy định sẽ được các đầu cảm biến đo võng ghi lại. Các số liệu đo được như: xung lực tác đụng lên mặt đường thông qua tấm ép, áp lực tác dụng lên mặt đường (bằng giá trị xung lực chia cho diện tích tấm ép), độ võng mặt đường ở các vị trí quy định (do các đầu cảm biến đo võng ghi lại) là cơ sở để xác định cường độ (mô đun) kết cấu mặt đường. Trong thí nghiệm FWD, thông 19 thường sử dụng từ 7-9 cảm biến trong khoảng cách nhỏ hơn 2m với cảm biến đầu tiên được đặt bên dưới tâm của tấm tải. TS.Lê Anh Thắng | Đánh giá kết quả tính toán độ cứng kết cấu áo đường từ FWD sử dụng FEM - 2015
21. Hình 1.1: Khoảng cách các sensor và bán kính tải tác dụng Áp lực tác dụng xuống mặt đường có thể thay đổi bằng cách điều chỉnh chiều cao của tải trọng rơi. Khối tải trọng được đưa lên độ cao quy định, sau đó rơi tự do thẳng đứng theo một thanh dẫn, đập vào một tấm ép thông qua bộ phận giảm chấn lò xo cao su), tạo nên một xung lực tác dụng lên mặt đường tại vị trí đặt tấm ép. Thời gian tác dụng của xung lực lên mặt đường phù hợp với điều kiện tác động thực tế của tải trọng lên mặt đường. Thông thường, bộ phận giảm chấn được thiết kế có độ cứng phù hợp để đảm bảo thời gian tác dụng của xung lực vào khoảng từ 0,02 giây đến 0,06 giây. Ngoài ra, thí nghiệm tải trọng nặng FWD (Heavy Falling Weight Deflectormeter – HFWD) được mô phỏng giống như một bánh xe Boeing 747, tải trọng tác dụng tức thời có thể lên đến 250kN. Thí nghiệm HFWD được áp dụng đối với áo đường cứng như: đường bêtông xi măng hay đường băng sân bay
22. S K L 0 0 2 1 5 4