Luận án nghiên cứu biến dạng lún vệt bánh xe bê tông nhựa chặt có xét đến đặc tính mỏi tại Việt Nam

Đặt vấn đề Trong những năm gầ n đây, hiê ̣n tươ ̣ng lún vệt bánh xe (LVBX) xuấ t hiê ̣n nhiề u ta ̣i các tuyế n quố c lô ̣, các tuyến đường có qui mô giao thông lớn gây mấ t an toàn cho người tham gia giao thông cũng như gây bức xúc trong dư luâ ̣n xã hô ̣i. Các cơ sở nghiên cứu, đào ta ̣o trong nước như: Viê ̣n Khoa ho ̣c và Công nghê ̣ GTVT, Trường đa ̣i ho ̣c Giao thông vâ ̣n tải và các chuyên gia trong nước trong thời gian qua đã nỗ lực triể n khai các nghiên cứu, đề xuấ t các giải pháp để khắ c phu ̣c LVBX, tuy nhiên cho đế n nay LVBX vẫn xuấ t hiê ̣n tại nhiều tuyến đường, thậm chí ngay sau khi đưa vào khai thác. Mặt đường bê tông nhựa cần phải được thiết kế sao cho khắc phục được cả LVBX và nứt do mỏi dưới tác động của tải trọng xe và nhiệt độ môi trường. Nếu thiết kế hỗn hợp BTN quá thiên về nâng khả năng kháng LVBX thì mặt đường BTN dễ có xu hướng bị nứt mỏi và ngược lại.

Vì vâ ̣y, viê ̣c nghiên cứu tim ̀ hiể u bản chấ t, các nhân tố ảnh hưởng đế n LVBX, về nứt mỏi và đề xuấ t giải pháp giảm thiể u LVBX có xem xét đến giảm thiểu nứt mỏi của mă ̣t đường bê tông nhựa Viê ̣t Nam là cầ n thiế t và mang tin ́ h thời sự. Tính cầ n thiế t của luâ ̣n án Để đưa ra đươ ̣c các giải pháp khắ c phu ̣c LVBX có xem xét đến giảm thiểu nứt do mỏi trên các tuyế n đường bô ̣ Viê ̣t Nam, việc nghiên cứu đă ̣c tiń h LVBX có xem xét đến đặc tính mỏi trên cơ sở kết quả nghiên cứu trên thế giới, từ đó đánh giá đươ ̣c nguyên nhân gây hư hỏng LVBX cũng như giảm thiểu nứt do mỏi đã xảy ra trên nhiề u đoa ̣n tuyế n Quố c lô ̣ nước ta hiê ̣n nay và đề xuất giải pháp vừa giảm thiểu LVBX cũng như tăng độ bền mỏi là cần thiết. Quyết định số 858/QĐ–BGTVT ngày 26/3/2014 của Bộ GTVT “Hướng dẫn áp dụng hệ thống các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành nhằm tăng cường quản lý chất lượng thiết kế và thi công mặt đường BTN nóng đối với các tuyến đường ô tô có quy mô giao thông lớn” (QĐ 858/QĐ-BGTVT) [1] đang đươ ̣c áp du ̣ng phổ biế n ở nước ta. QĐ 858/QĐ-BGTVT đã đưa ra quy đinh ̣ rõ về “cấ p phố i thô” (nhiề u đá dăm), “cấ p phố i min” ̣ (ít đá dăm) và áp du ̣ng “cấ p phố i thô” cho mặt đường bê tông nhựa (BTN) có quy mô giao thông lớn; quy đinh ̣ về thiế t kế cấ p phố i cố t liê ̣u theo đường cong chữ S nhằ m giảm thiể u LVBX.

Tuy nhiên không it́ nhà thầ u xây dựng la ̣m du ̣ng quy đinh ̣ này, sử du ̣ng cấ p phố i quá “thô” cho BTN dẫn đế n không ít đoa ̣n đường BTN có hiê ̣n tươ ̣ng phân bố cố t liê ̣u không đồ ng đề u, quá it́ nhựa đường, dẫn đế n mă ̣t đường dễ bi,̣ bong tróc, thấ m nước, nứt mỏi làm suy giảm tuổ i tho ̣. Vì vâ ̣y, viê ̣c nghiên cứu đánh giá mức đô ̣ thô của “cấ p phố i thô” cho BTN, qua đó khuyế n nghi ̣ “cấ p phố i thô” phù hơ ̣p ứng với loa ̣i cố t liê ̣u, loa ̣i nhựa đường là cầ n thiế t nhằ m đảm bảo lớp BTN vừa cải thiê ̣n LVBX, vừa cải thiê ̣n sức kháng mỏi để kéo dài tuổ i tho ̣. Để có cơ sở đưa ra “cấ p phố i thô” phù hơ ̣p, cầ n thiế t phải thí nghiê ̣m LVBX kế t hơ ̣p với thí nghiê ̣m mỏi 2 trên các tâ ̣p mẫu BTN với cấ p phố i cố t liê ̣u có mức đô ̣ “thô” khác nhau để đưa ra các khuyến nghị, đề xuất nhằm giảm thiể u hư hỏng LVBX và nứt mỏi mă ̣t đường BTN nước ta. Đố i tươ ̣ng và pha ̣m vi nghiên cứu Đố i tươ ̣ng nghiên cứu của luâ ̣n án là bê tông nhựa chă ̣t (BTNC) rải nóng.

Pha ̣m vi nghiên cứu của luâ ̣n án bao gồ m nghiên cứu đánh giá nguyên nhân gây LVBX của BTN trên mô ̣t số tuyế n đường có hư hỏng LVBX; nghiên cứu đề xuấ t “cấ p phố i thô” phù hơ ̣p cho BTN sử du ̣ng các loa ̣i nhựa đường khác nhau nhằ m giảm thiể u LVBX và nứt mỏi mă ̣t đường BTN. Phương pháp nghiên cứu Luâ ̣n án sử du ̣ng phương pháp nghiên cứu lý thuyế t kế t hơ ̣p với nghiên cứu thực nghiê ̣m. Nghiên cứu lý thuyế t dựa trên kế t quả nghiên cứu của thế giới và Viê ̣t Nam trong những năm gầ n đây liên quan đế n LVBX, nứt mỏi của BTN làm cơ sở tìm ra các nguyên nhân gây LVBX nước ta; nghiên cứu phương pháp và lựa cho ̣n thiế t bi ̣thí nghiê ̣m LVBX, thí nghiê ̣m mỏi áp du ̣ng cho nghiên cứu thực nghiê ̣m. Nghiên cứu thực nghiê ̣m đươ ̣c tiế n hành trên các tổ mẫu BTN (BTNC 12,5; BTNC 19 với các loa ̣i “cấ p phố i thô” khác nhau, các loa ̣i nhựa đường khác nhau (nhựa đường 40/50, 60/70, PMBIII) qua quy hoa ̣ch thực nghiê ̣m, qua thí nghiê ̣m LVBX, thí nghiê ̣m mỏi với các tổ mẫu BTN để đưa ra khuyế n nghi ̣về “cấ p phố i thô” phù hơ ̣p cho BTN.

Nô ̣i dung nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan về LVBX, nứt mỏi của BTN và các nhân tố ảnh hưởng. - Nghiên cứu phân tích, đánh giá nguyên nhân hư hỏng LVBX trên một số tuyến đường bộ Việt Nam hiện nay qua kết quả khảo sát hiện trường ta ̣i một số dự án điển hình có hư hỏng LVBX. - Nghiên cứu thực nghiệm trong phòng để đánh giá mức đô ̣ “thô” của cấ p phố i cố t liê ̣u ảnh hưởng đế n LVBX, có xem xét đế n đô ̣ bề n mỏi cho BTNC 12,5, BTNC 19 sử du ̣ng nhựa đường 40/50, 60/70, PMB III. - Nghiên cứu đề xuấ t mô ̣t số nô ̣i dung cầ n thiế t cho BTN để cải thiê ̣n khả năng kháng LVBX, kháng mỏi của BTN.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu - Kết quả nghiên cứu lý thuyế t về LVBX, nứt mỏi của BTN; các nhân tố ảnh hưởng đế n LVBX, nứt mỏi; các giải pháp giảm thiể u LVBX, nứt mỏi trên cơ sở tổ ng kế t các kế t quả nghiên cứu của thế giới trong những năm gầ n đây là tài liê ̣u tham khảo cho các kỹ sư đường bô ̣, nâng cao kiế n thức áp du ̣ng trong thực tiễn nhằ m giảm thiể u hư hỏng LVBX. - Kế t quả nghiên cứu thực nghiê ̣m đưa ra khuyế n nghi về ̣ mức độ thô của cấp phối cốt liệu phù hơ ̣p cho BTN sử du ̣ng các loa ̣i nhựa đường khác nhau (nhựa đường 40/50; nhựa 3 đường 60/70; nhựa đường polime) ta ̣o điề u kiê ̣n cho các nhà thầ u xây dựng đường bộ trong viê ̣c lựa cho ̣n cấ p phố i phù hợp cho BTN nhằm ha ̣n chế cả LVBX cũng như nứt mỏi. - Những đề xuất của đề tài về độ bền mỏi khi thử nghiệm trong phòng với BTNC 12,5 sử dụng nhựa đường 60/70; điều chỉnh qui định chiều sâu LVBX của BTNC 12, 5 và BTNC 19 thiết kế theo hướng dẫn của QĐ 858/QĐ-BGTVT; lựa cho ̣n mức đô ̣ “thô” của “cấ p phố i thô” với loa ̣i nhựa đường khác nhau (40/50; 60/70 và PMB III) đã đóng góp cho chuyên ngành về cơ sở thiết kế hỗn hợp BTNC cũng như nâng cao chất lượng xây dựng mặt đường BTNC nhằm giảm thiểu LVBX và nứt mỏi. Cấu trúc của luận án Ngoài phần mở đầu và phần kết luận, luận án bao gồm các chương sau: - Chương 1: Tổng quan về lún vệt bánh xe và mỏi của bê tông nhựa chặt.

- Chương 2: Phân tích nguyên nhân hư hỏng lún vệt bánh xe qua kết quả khảo sát hiện trường. Nghiên cứu thưc nghiệm về lún vệt bánh xe và mỏi của bê tông nhựa chặt điển hình. Đề xuất các giải pháp nhằm giảm thiểu lún vệt bánh xe và tăng độ bền mỏi của bê tông nhựa chặt. TỔNG QUAN VỀ LÚN VỆT BÁNH XE VÀ MỎI CỦA BÊ TÔNG NHỰA CHẶT 1.

Sư ̣ cầ n thiế t nghiên cứu lún vêṭ bánh xe và nứt mỏi của bê tông như ̣a Mă ̣t đường bê tông nhựa đươ ̣c áp du ̣ng rô ̣ng raĩ trên thế giới cũng như ở Viê ̣t Nam. Để chiụ đươ ̣c tác đô ̣ng của tải tro ̣ng xe và các yế u tố môi trường trong quá trình khai thác, mă ̣t đường bê tông nhựa phải đươ ̣c thiế t kế , thi công sao cho có đủ cường đô ̣, độ ổn định trong suố t thời gian phu ̣c vu ̣. Các da ̣ng hư hỏng mă ̣t đường bê tông nhựa điể n hin ̀ h phát sinh trong quá triǹ h khai thác làm ảnh hưởng đế n công năng của mă ̣t đường đươ ̣c thế giới tổ ng kế t bao gồm: lún vê ̣t bánh xe (LVBX); nứt do mỏi; nứt do nhiê ̣t. Do điề u kiê ̣n khí hâ ̣u Viê ̣t Nam, nhiê ̣t đô ̣ không khí không quá thấ p vào mùa la ̣nh nên hư hỏng đă ̣c thù của mă ̣t đường bê tông nhựa Viê ̣t Nam chủ yế u là lún vê ̣t bánh xe (LVBX) và nứt do mỏi.

Do bê tông nhựa chă ̣t (BTNC) đươ ̣c áp du ̣ng phổ biế n hiê ̣n nay ta ̣i Viê ̣t Nam nên luâ ̣n án chỉ tâ ̣p trung nghiên cứu về loa ̣i bê tông nhựa này. Thuâ ̣t ngữ bê tông nhựa (viế t tắ t là BTN) trong luâ ̣n án cũng tương đồ ng với thuâ ̣t ngữ bê tông nhựa chă ̣t (viế t tắ t là BTNC). Lún vêṭ bánh xe 1. Khái niê ̣m về lún vệt bánh xe Lún vê ̣t bánh xe (rutting) là hiện tượng bề mặt của mă ̣t cắ t ngang mă ̣t đường BTN không còn giữ nguyên được hình dạng như thiết kế ban đầu, mă ̣t đường bị lún xuống tại vi ̣ trí vệt bánh xe, và hình thành các vê ̣t lún theo chiề u do ̣c của đường (Hình 1-1).