Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 11365:2016 về Xác định số phân cấp mặt đường bằng thiết bị đo võng quả rơi

• Số hiệu: TCVN11365:2016
• Loại văn bản: Tiêu chuẩn Việt Nam
• Nơi ban hành: ***
• Người ký: ***
• Ngày ban hành: Năm 2016

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 11365:2016

MẶT ĐƯỜNG SÂN BAY: XÁC ĐỊNH SỐ PHÂN CẤP MẶT ĐƯỜNG BẰNG THIẾT BỊ ĐO VÕNG BẰNG QUẢ NẶNG THẢ RƠI

Pavement Airport: Standard Test Method for Evaluation Pavement Classification Number (PCN) Using a Heavy-Falling Weight Deflectometer (HWD)

Lời nói đầu

TCVN 11365:2016 do Cục Hàng không Việt Nam biên soạn. Bộ Giao thông Vận tải đề nghị, Tổng Cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

MẶT ĐƯỜNG SÂN BAY: XÁC ĐỊNH SỐ PHÂN CẤP MẶT ĐƯỜNG BẰNG THIẾT BỊ ĐO VÕNG BẰNG QUẢ NẶNG THẢ RƠI

Pavement Airport: Standard Test Method for Evaluation Pavement Classification Number (PCN) Using a Heavy-Falling Weight Deflectometer (HWD)

...

...

...

1.1  Tiêu chuẩn này quy định phương pháp xác định số phân cấp mặt đường (PCN) bằng thiết bị đo võng bằng quả nặng thả rơi (HWD) của mặt đường sân bay dân dụng.

1.2  Tiêu chuẩn này không áp dụng đối với các loại mặt đường có gia cường cốt thép liên tục, mặt đường BTCT ứng suất trước - kéo sau, mặt đường BTCT ứng suất trước - kéo trước do lý thuyết kết cấu và mô hình tính của các loại mặt đường này có sự khác biệt lớn đối với các loại mặt đường truyền thống như mặt đường BTN, mặt đường BTXM, mặt đường BTCT, mặt đường BTN tăng cường trên BTXM, mặt BTXM tăng cường trên BTXM.

1.3  Không đo bằng thiết bị HWD khi nhiệt độ không khí lớn hơn 38 °C và nhỏ hơn 10 °C, khi có gió lớn hơn 5 m/s, mặt đường ướt.

CHÚ THÍCH: Các số liệu khí tượng lấy tại Trạm khí tượng Cảng hàng không, sân bay.

1.4  Tiêu chuẩn này được áp dụng cho các Cảng hàng không, sân bay dân dụng. Sân bay quân sự khi có khai thác hàng không dân dụng thì phải được xem xét, đánh giá và áp dụng theo tiêu chuẩn này.

2  Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn sau đây là cần thiết để áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi, bổ sung (nếu có).

FAA AC 150/5370-11B - Sử dụng thí nghiệm không phá hủy đánh giá mặt đường sân bay (Use of Nondestructive Testing in the Evaluation of Airport Pavements). 30/9/2011;

FAA AC 150/5335-5C - Phương pháp tiêu chuẩn đánh giá mặt đường sân bay (Standardized Method Of Reporting Airport Pavement strength - PCN). 14/8/14;

...

...

...

3  Thuật ngữ và định nghĩa

Trong tiêu chuẩn này áp dụng các thuật ngữ và định nghĩa sau:

3.1 

Cảng hàng không (Airport)

Khu vực xác định, bao gồm sân bay, nhà ga và trang thiết bị, công trình cần thiết khác được sử dụng cho tàu bay bay đến, bay đi và thực hiện vận chuyển hàng không.

3.2 

Sân bay (Aerodrome)

Một khu vực xác định trên mặt đất hoặc mặt nước bao gồm nhà cửa, công trình và trang thiết bị được dùng một phần hay toàn bộ cho tàu bay bay đến, bay đi và di chuyển.

3.3

...

...

...

Một khu vực hình chữ nhật được xác định trên mặt đất tại khu bay dùng cho tàu bay cất cánh và hạ cánh.

3.4  

Đường lăn (Taxiway)

Đường lăn xác định trên sân bay mặt đất dùng cho tàu bay lăn từ bộ phận này đến bộ phận khác của sân bay.

3.5 

Sân đỗ máy bay (Apron)

Khu vực xác định trên sân bay mặt đất giành cho máy bay đỗ phục vụ hành khách lên xuống, xếp dỡ bưu kiện hay hàng hóa, nạp nhiên liệu, đỗ chờ hay đỗ để bảo dưỡng máy bay.

3.6

Mật độ giao thông sân bay (Aerodrome traffic density)

...

...

...

Trung bình: Khi số lần hoạt động trung bình trong giờ cao điểm của tàu bay từ 16 đến 25 lần trên một đường CHC, hoặc tổng số lần hoạt động trên toàn sân bay nằm trong khoảng từ 20 đến 35 lần trong trường hợp đặc biệt;

Cao: Khi số lần hoạt động trung bình trong giờ cao điểm của tàu bay từ 26 lần hoặc lớn hơn trên một đường CHC, hoặc tổng số lần hoạt động trên toàn sân bay lớn hơn 35 lần trong trường hợp đặc biệt.

CHÚ THÍCH:

1  Số lần hoạt động của tàu bay trung bình trong giờ cao điểm là giá trị trung bình số học số lần tàu bay hoạt động tại giờ cao điểm hàng ngày trong một năm.

2  Một lần cất cánh hoặc hạ cánh được coi là một lần hoạt động.

Hệ thống quản lý an toàn (Safety management system - SMS): Một cách tiếp cận có hệ thống quản lý an toàn trên sân bay bao gồm các tổ chức hành chính, các quy định chức năng, chính sách, quy trình.

3.7 

Số phân cấp tàu bay (Airport Classification Number - ACN)

Số biểu thị tác động tương đối của tàu bay lên mặt đường đặt trên nền đường có sức chịu tải xác định theo cấp tiêu chuẩn nền đường.

...

...

...

Số phân cấp mặt đường (Airport Classification Number - PCN)

Số biểu thị khả năng chịu lực của mặt đường cho phép tàu bay hoạt động không hạn chế.

3.9 

Chậu võng (Deflection Plane)

Khi khối tải trọng của thiết bị FWD tác dụng một xung lực lên mặt áo đường sẽ làm cho mặt áo đường bị võng không chỉ ở tâm tấm ép mà còn bị võng ở các điểm xa hơn tâm tấm ép, càng xa độ võng càng nhỏ dần. Hình dạng của mặt đường bị võng giống như một cái chảo, gọi là chậu võng.

3.10

Chỉ số tình trạng mặt đường (Pavement Condition Index - PCI)

Là số định lượng trạng thái xấu tốt của mặt đường thông qua việc khảo sát và đánh giá các hư hỏng, khuyết tật biểu hiện trên bề mặt của mặt đường và tính toán khả năng phục vụ còn lại của mặt đường biểu thị bằng số phần trăm (gồm trạng thái bề mặt, độ an toàn khi khai thác).

3.11

...

...

...

Thể hiện chiều dài của một cạnh của hình chữ nhật có cạnh kia là D₀. Diện tích hình chữ nhật này là tổng diện tích của các hình thang do chậu võng tạo nên.

3.12 

Độ cứng mặt đường

Là thước đo sức bền của mặt đường khi bị va chạm và được đo bằng các kỹ thuật thực nghiệm khác nhau. Với 2 loại thiết bị xung lực và rung động, độ cứng của mặt đường được xác định bằng lực động chia cho độ võng lớn nhất của mặt đường dưới tấm nén.

3.13

Mô đun độ cứng xung lực (Impulse Stiffness Modulus - ISM)

Là mô đun đàn hồi của mặt đường đo được được bằng kỹ thuật thực nghiệm xung lực.

3.14 

Mô đun độ cứng động (Dynamic Stiffness Modulus - DSM)

...

...

...

3.15

Bầu ứng suất (Zone of Stress)

Là phạm vi của vùng các ứng suất phát sinh trong nội bộ các lớp của kết cấu áo đường và trong nền đất, dưới tác dụng của khối tải trọng của thiết bị HWD.

4  Chữ viết tắt

4.1  AASHTO

American Association of State Highway and Transportation

Hiệp hội giao thông vận tải và đường bộ liên bang Mỹ

4.2  AC

Advisory Circular

...

...

...

4.3  APC

Asphalt Overiaid PCC Pavements

Mặt đường BTN tăng cường trên BTXM

4.4  ASTM

American Society for Testing and Materials

Hội thí nghiệm và vật liệu Mỹ

4.5  CBR

California Bearing Ratio

Hệ số mang tải California

...

...

...

Cement Treated Base

Móng gia cố xi măng

4.7  DSM

Dynamic Stiffness Modulus

Mô đun độ cứng động

4.8  FAA

Federal Aviation Administration

Cục hàng không liên bang (Mỹ)

4.9  FWD

...

...

...

Thiết bị đo võng bằng quả nặng thả rơi

4.10  BTN (HMA)

Asphalt beton

Bê tông nhựa (At phan)

4.11  HWD

Heavy-Falling Weight Deflectometer

Thiết bị đo võng bằng quả rất nặng thả rơi

4.12  ISM

Impulse Stiffness Modulus

...

...

...

4.13  MGTOW

Maximum Gross Takeoff Weights

Trọng lượng cất cánh tổng cộng lớn nhất

4.14  NDT

Nondestructive Testing

Thí nghiệm không phá hủy

4.15  BTXM (PCC)

Portland Cement Concrete

Bê tông xi măng

...

...

...

Pavement Deflection Data Logging

Bộ ghi dữ liệu võng mặt đường

4.17  ESWL

Equivalent Single Wheel Load

Tải trọng bánh đơn tương đương

4.18  RSI

Roue simple isole

Tải trọng bánh đơn biệt lập

4.19  AIP

...

...

...

Thông báo tin tức hàng không

4.20  CHC

Cất hạ cánh

5  Nguyên tắc và trình tự sử dụng dữ liệu HWD để xác định PCN sân bay

5.1  Độ võng mặt đường và phản ứng của đầu đo

5.1.1  Sử dụng thiết bị HWD để xác định PCN sân bay

Thiết bị HWD dùng để xác định độ võng mặt đường dưới sự tác dụng của tải trọng động (xung lực) mô phỏng cho sự chuyển động của bánh tàu bay. Độ lớn của tải trọng động tác dụng có thể thay đổi tương ứng với tải trọng tới hạn hoặc tải trọng thiết kế của bánh đơn tương đương của tàu bay. Độ võng của mặt đường được ghi lại tại vị trí ngay dưới tấm nén và tại các vị trí điển hình cách tim 300 mm cho tới 1 500 mm hoặc 1 800 mm.

Tải trọng động được sinh ra bằng cách thả rơi tự do một khối nặng lên một lò xo cao su như trong Hình 1. Độ lớn của lực xung kích thay đổi bằng cách thay đổi khối lượng quá nặng hoặc chiều cao rơi tương tự như tác động của các bánh trên càng chính tàu bay. Phản ứng của mặt đường được ghi lại bằng việc sử dụng một loạt các đầu đo bố trí hướng tâm vào tấm nén như trình bày trong Hình 2.

...

...

...

Các đặc trưng vật liệu thu nhận được bằng việc xử lý và phân tích dữ liệu thô HWD qua các phần mềm. Sau khi nhận được các đặc trưng vật liệu như mô đun đàn hồi các lớp kết cấu mặt và móng E, hệ số nền k hoặc CBR phục vụ cho việc thực hiện việc tính toán số PCN sân bay.

5.1.2  Độ cứng mặt đường và phản ứng của đầu đo

Dữ liệu tải trọng-phản ứng do thiết bị HWD ghi lại ở hiện trường phản ánh cường độ của kết cấu mặt đường. Việc đánh giá sơ bộ độ võng dưới tấm nén và đầu đo xa nhất, đầu D1 và D7 trên Hình 2 tương ứng cho biết độ cứng của mặt đường và nền đường. Thông tin này không chỉ rõ cường độ của từng lớp kết cấu nhưng nó giúp đánh giá nhanh cường độ tổng thể của mặt đường và độ biến thiên tương đối của cường độ trong phạm vi một đoạn mặt đường (đường CHC, đường lăn hoặc sân đỗ). Độ cứng của mặt đường bằng tải trọng chia cho độ võng lớn nhất dưới tấm nén. Mô đun độ cứng xung lực ISM và mô đun độ cứng động DSM được định nghĩa như sau:

l(D)SM = L/d₀                (1)

Trong đó:

l(D)SM: mô đun độ cứng xung lực hoặc mô đun độ cứng động (kips/inch).

L: tải trọng tác dụng (kips)

d₀: độ võng lớn nhất gây bởi tấm nén (inch)

5.2  Chậu võng

...

...

...

Hình dạng của chậu võng thể hiện phản ứng của mặt đường đối với tải trọng tác dụng. Độ võng mặt đường có giá trị lớn nhất ngay dưới điểm đặt tải và giảm dần tại các điểm xa hơn. Nhìn chung, mặt đường BTN thường võng nhiều hơn mặt đường BTXM dưới tác dụng của cùng một tải trọng. Hình dạng của chậu võng liên quan tới cường độ của từng lớp mặt đường.

CHÚ THÍCH: Hình 4 thể hiện việc so sánh độ võng của 3 kết cấu mặt đường. Mặt đường 1 là loại BTXM và mặt đường 2 và 3 là BTN. mặt đường BTXM phân bố tải trọng tác dụng trên một phạm vi rộng hơn và độ võng lớn nhất nhỏ hơn hai loại mặt đường kia. Mặc dầu mặt đường 2 và 3 có cùng một mặt cắt và cùng một độ võng dưới tấm nén nhưng dạng chậu võng khác nhau dưới cùng một tải trọng vì có sự khác nhau về cường độ trong lớp móng và nền.

Phải xem xét các yếu tố ảnh hưởng đến hình dạng chậu võng: độ cứng của các lớp bên dưới, nhiệt độ các lớp BTN tại thời điểm thí nghiệm, độ ẩm của các lớp kết cấu, tình trạng uốn vồng của lớp mặt BTXM. Sau đó, phải phân tích dữ liệu HWD để xác định cường độ kết cấu của các lớp mặt đường và nền đường.

5.3  Sử dụng dữ liệu HWD để đánh giá mặt đường sân bay

Có nhiều cách sử dụng dữ liệu HWD để tính toán các đặc trưng mặt đường cần thiết để xác định tình trạng mặt đường, khi thực hiện đánh giá mặt đường hiện tại hoặc thiết kế gia cường.

Dữ liệu HWD đánh giá các đặc trưng mặt đường như:

a. Xác định mô đun ISM, DSM và chuẩn hóa độ võng.

b. Tính ngược lại mô đun đàn hồi của các lớp mặt đường và nền đường.

c. Lập tương quan với các thông số truyền thống (ví dụ như hệ số CBR, hệ số nền k).

...

...

...

e. Xác định độ hổng tại các góc và khe co dãn của mặt đường BTXM.

6  Thiết bị đo HWD

6.1  Tổng quan về thiết bị

Các bộ phận chính của thiết bị HWD gồm:

• Bộ phận tạo xung lực;

• Tấm ép;

• Các cảm biến đo võng;

• Cảm biến đo lực;

• Hệ thống ghi, lưu trữ và xử lý số liệu;

...

...

...

6.2  Bộ phận tạo xung lực

6.2.1  Bộ phận tạo xung lực có khả năng nâng khối tải trọng lên một hoặc nhiều độ cao cần thiết và rơi tự do thẳng đứng theo một thanh dẫn hướng, đập vào một tấm ép thông qua bộ phận giảm chấn, tạo nên một xung lực dạng hình sin hoặc dạng nửa hình sin tác dụng lên áo đường tại vị trí đặt tấm ép. Trị số đỉnh của xung lực phải đạt vào khoảng 245 kN (55 000 pounds).

6.2.2  Tổng thời gian tác dụng của xung lực lên mặt đường cần phù hợp với điều kiện tác động thực tế của tải trọng tàu bay, thông thường từ 0,02 s đến 0,06 s, trong đó thời gian của xung lực tăng từ 0 đến trị số đỉnh từ 0,01 s đến 0,03 s.

CHÚ THÍCH: FAA và ASTM đều quy định thời gian xung lực trong khoảng 20 tới 60 mils là điển hình cho loại thiết bị xung lực. Tương tự, thời gian đạt đỉnh cho thiết bị xung lực trong khoảng 10 đến 30 mils.

6.2.2  Thanh dẫn hướng khối tải trọng phải trơn, ma sát với khối tải trọng khi rơi không đáng kể, và phải thẳng đứng để khối tải trọng có thể rơi tự do thẳng góc với mặt áo đường.

6.3  Tấm ép

Tấm ép truyền tác dụng của xung lực lên mặt đường có dạng hình tròn, đường kính bằng 300 mm (12 inch) hoặc 450 mm (18 inch), làm bằng hợp kim, dưới đáy tấm ép có dán một lớp cao su mỏng dày tối thiểu 5 mm. Giữa tâm của tấm ép có lỗ rỗng để đặt thiết bị cảm biến. Các yếu tố cần được xem xét khi lựa chọn đường kính tấm ép, bao gồm:

6.3.1  Sử dụng các tấm ép có đường kính thông dụng nhất. Các phần mềm tính toán được viết cho loại tấm ép 300 mm (12 inch) và 450 mm (18 inch).

6.3.2  Việc lựa chọn đường kính tấm ép phụ thuộc vào độ lớn của tải trọng thí nghiệm, nhiệt độ mặt đường và phụ thuộc vào mặt đường có các vật liệu kết dính hoặc không kết dính. Phải thí nghiệm HWD trên mặt đường BTN hoặc BTXM khi mặt đường không quá 38°C. Nếu phải thí nghiệm HWD trên mặt móng bằng vật liệu rời, lớp móng dưới hoặc trên nền đường thì dùng tấm ép có đường kính lớn hơn.

...

...

...

6.3.4  Cần sử dụng tấm ép 300 mm (12 inch) khi thực hiện thí nghiệm trên bề mặt đường bằng vật liệu kết dính. Nếu thí nghiệm HWD được thực hiện trên móng bằng vật liệu rời, lớp móng dưới hoặc nền đường, thì sử dụng tấm ép đường kính 450 mm (18 inch). Nếu không có tấm ép lớn hơn, thì có thể sử dụng các tấm ép nhỏ hơn nhưng chú ý dữ liệu của các dầu đo võng nằm xa tấm ép có độ tin cậy cao hơn.

6.4  Các cảm biến đo võng

6.4.1  Các cảm biến đo võng phải có khả năng đo được độ võng thẳng đứng lớn nhất có thể xảy ra của áo đường. Khoảng độ võng có thể đo được từ 0 đến 2 mm. Độ chính xác đo võng của cảm biến là ±  0,002 mm. Số lượng đầu đo cảm biến thường là 7 đầu đo, tối thiểu là 5 đầu đo.

6.4.2  Các đầu đo võng được lắp đặt thẳng hàng trên một giá đỡ dọc theo hướng xe đo và có một đầu đo đặt tại tâm tấm ép. Các đầu đo khác cách tâm một khoảng cách quy định; thông thường khoảng cách giữa các đầu đo không lớn hơn 300 mm (12 inch) (khoảng cách 7 đầu đo đến tâm tấm ép theo thứ tự là: 0; 300; 600; 900; 1200; 1500; 1800 mm).

Bảng 1. Các cách thiết lập đầu đọc thông thường

Tổ chức

Cách thiết lập

Khoảng cách đầu đọc đến tâm tấm nén, mm (inch)

Đầu đọc 1

...

...

...

Đầu đọc 3

Đầu đọc 4

Đầu đọc 5

Đầu đọc 6

Đầu đọc 7

Không lực Mỹ

AF 7 đầu đọc

0

12
(300)

...

...

...

36
(900)

48
(1 200)

60
(1 500)

72
(1 800)

Cục đường bộ liên bang và các cục đường bộ của bang (Mỹ)

SHRP 4 đầu đọc

0

12
(300)

24
(600)

...

...

...

SHRP 7 đầu đọc

0

6
(150)

12
(300)

18
(450)

24
(600)

...

...

...

60
(1 500)

CHÚ THÍCH: Trường hợp ngoại lệ có thể sử dụng khoảng cách lớn hơn nhưng không quá 600 mm (24 inch) giữa đầu đo thứ 6 và thứ 7.

Việc đo đạc chính xác hình dạng chậu võng là đặc biệt quan trọng khi phân tích dữ liệu võng để tính toán mô đun đàn hồi cho mỗi lớp kết cấu áo đường. Điều quan trọng là phải đảm bảo trị số độ võng của đầu đo xa nhất nằm trong giới hạn chính xác quy định của nhà sản xuất. Trị số độ võng của đầu đo xa nhất phụ thuộc chủ yếu vào độ lớn của tải động, chiều dày và độ cứng của kết cấu mặt đường và chiều sâu đến lớp đá hoặc lớp cứng bên dưới.

6.4.3  Tùy theo mục đích của thử nghiệm và đặc tính của các lớp vật liệu áo đường, số lượng đầu đo và các khoảng cách nói trên có thể thay đổi.

6.4.4  Các cảm biến đo võng phải được lắp đặt sao cho có thể giảm thiểu tối đa góc quay của các đầu đo mà vẫn luôn tiếp xúc với mặt áo đường trong cả quá trình xung lực tác dụng.

6.5  Cảm biến đo lực

6.5.1  Bộ phận cảm biến đo lực cần có khả năng đo được giá trị xung lực lớn nhất tác dụng lên mặt đường tại mỗi lần khối tải trọng đập vào tấm ép.

Cảm biến đo lực làm việc theo nguyên lý điện trở hoặc hiệu điện thế của dòng điện, có độ chính xác cao, sai số đo xung lực không quá 2 %.

6.5.2  Bộ phận cảm biến đo lực phải chống được tác động của nước, chống được tác động của các chấn động cơ học do xe cộ chạy trên đường trong khi đo đạc cũng như trong khi di chuyển thiết bị HWD trên đường.

...

...

...

6.6.1  Các dữ liệu như độ lớn xung lực tác dụng lên tấm ép, áp lực tác dụng lên mặt áo đường, trị số độ võng tại mỗi điểm có bố trí đầu đo... được phần mềm chuyên dụng ghi lại vào máy tính. Các thông tin hỗ trợ khác như lý trình vị trí đo, khoảng cách giữa các vị trí đo, nhiệt độ không khí, nhiệt độ mặt đường, thời gian đo.... được lưu lại bằng phần mềm máy tính hoặc được ghi lại vào sổ tay.

6.6.2  Hệ thống ghi và lưu trữ phải bảo đảm được yêu cầu sau:

• Ghi lại được xung lực nhỏ đến 200 N, hoặc nhỏ hơn nữa.

• Ghi lại được độ võng nhỏ đến ± 0,001 mm hoặc nhỏ hơn nữa.

CHÚ THÍCH: Tùy thuộc vào tần suất hoạt động của sân bay, việc thí nghiệm HWD trên một đường CHC dài khoảng 2 750 m (9 000 feet) và rộng 45m (150 feet) sẽ mất thông thường từ 1 đến 2 ngày. Nếu lưu lượng giao thông cao điểm vào ban ngày, việc thực hiện thí nghiệm HWD vào ban đêm sẽ có hiệu quả cao hơn khi mà đường CHC sẽ không sử dụng trong khoảng thời gian 6 đến 8 giờ. Nhìn chung, thiết bị thí nghiệm HWD cần có khả năng tác dụng một tải động lên mặt đường để tạo ra độ võng và tải trọng phải đủ lớn để các đầu đo võng bố trí trên mặt đường ghi nhận lại được. Độ lớn của tải động phải tương ứng với chiều dày và cường độ của các lớp kết cấu.

7  Cách tiến hành thí nghiệm khi sử dụng thiết bị đo HWD

7.1  Đề cương thí nghiệm

Khi xây dựng đề cương thí nghiệm, đơn vị quản lý sân bay phải quyết định điều kiện hiện tại có đảm bảo cho việc thu thập dữ liệu HWD. Có thể kết hợp xác định chỉ số tình trạng mặt đường PCI để biết tình trạng làm việc của mặt đường. Các hư hỏng nhìn thấy được chỉ có thể cho phép đánh giá gián tiếp tình trạng kết cấu mặt đường. Khi quyết định sử dụng thí nghiệm HWD thì phải xác định số lượng thí nghiệm sẽ được thực hiện. Tổng số lượng thí nghiệm phụ thuộc chủ yếu vào 4 yếu tố:

a. Diện tích mặt đường cần đánh giá.

...

...

...

c. Thời gian khai thác của mặt đường cần đánh giá.

d. Yêu cầu liên quan đến khảo sát trong dự án hoặc khảo sát ở mức đánh giá mạng lưới.

Mức độ khảo sát cho dự án (Mức Dự án) liên quan đến công tác nghiên cứu được thực hiện để phục vụ cho công tác khôi phục cải tạo hoặc thiết kế xây dựng đối với mặt đường sân bay sẽ cải tạo sửa chữa nâng cấp có diện tích ≥ 5000 m^2 hoặc khu vực thường xuyên chịu tải trọng tàu bay (không phụ thuộc diện tích). Mức Dự án còn được áp dụng cho nhu cầu xác định sức chịu tải mặt đường khi xem xét cấp phép cho nhu cầu khai thác loại tàu bay cụ thể chưa được xem xét trước đó.

Mức độ khảo sát có tính đánh giá mạng lưới (Mức Mạng lưới) nhằm thực hiện và cập nhật các hệ thống chương trình quản lý mặt đường. Mật độ thí nghiệm Mức Dự án thường lớn hơn và chỉ thực hiện cho một vài hạng mục mặt đường. Điều này đối lập với mức độ khảo sát mạng lưới bao gồm tất cả các mặt đường phục vụ việc bay (CHC) và mặt đường phục vụ mặt đất (ĐL, SĐ) hoặc cả hai.

Mức Mạng lưới áp dụng cho:

- Mặt đường sân bay mới xây dựng hoặc cải tạo sửa chữa nâng cấp có diện tích ≥ 5000 m^2 hoặc khu vực thường xuyên chịu tải trọng tàu bay (không phụ thuộc diện tích);

- Mặt đường sân bay đang khai thác: thực hiện theo chu kỳ 3 năm/lần đối với mặt đường đang khai thác trong thời gian tuổi thọ theo thiết kế và 1 năm/lần đối với mặt đường đã khai thác quá thời gian tuổi thọ theo thiết kế.

7.2  Mục tiêu thí nghiệm

7.2.1  Các mục tiêu ở mức độ dự án:

...

...

...

Cung cấp các đặc trưng vật liệu của các lớp mặt đường hiện hữu cho việc thiết kế các phương án khôi phục cải tạo bao gồm tăng cường nhằm khôi phục về chức năng hoặc kết cấu, xây dựng lại từng phần và xây dựng lại hoàn toàn.

7.2.2  Các mục tiêu ở mức độ đánh giá mạng lưới.

Cung cấp các dữ liệu về chỉ số tình trạng mặt đường để lưu trữ và phục vụ chương trình quản lý mặt đường.

Đưa ra chỉ số phân loại mặt đường cho mỗi hạng mục mặt đường sân bay theo các yêu cầu công bố.

7.2.3  Vị trí làm thí nghiệm

Đối với tất cả các loại mặt đường, thí nghiệm thông dụng nhất là loại thí nghiệm tại điểm giữa. Đối với mặt đường BTXM và mặt đường BTN tăng cường trên BTXM, thí nghiệm được thực hiện tại điểm giữa tấm BTXM. Đối với mặt đường BTN, việc thí nghiệm được thực hiện tại tâm của vệt rải (xác định tâm của vệt rải qua các dấu hiệu của mép vệt rải trên thực địa). Thí nghiệm điểm giữa chủ yếu cung cấp dữ liệu chậu võng để tính toán cường độ của mặt đường và các lớp nền đường.

Đối với loại mặt đường BTXM và mặt đường BTN tăng cường trên BTXM, một số loại thí nghiệm được dùng để đánh giá kết cấu. Tất cả các thí nghiệm dựa trên thực tế rằng các mặt đường BTXM đều có khe co dãn và đa số mặt BTN tăng cường trên BTXM có các vết nứt bề mặt phản ánh từ các khe co dãn của lớp BTXM. Thí nghiệm thực hiện tại các vị trí trên khe co dãn được hiện trong Hình 11 cung cấp các số liệu về phản ứng mặt đường đối với tải trọng tàu bay và sự thay đổi điều kiện thời tiết. Thí nghiệm tại khe co dãn dọc và khe co dãn ngang thể hiện sự phân bố tải trọng của cảng chính tàu bay từ tấm chịu tải đến tấm không chịu tải như thể hiện trong Hình 10. Khi phần tải trọng truyền đến tấm không chịu tải tăng lên, ứng suất uốn trong tấm chịu tải giảm xuống và tuổi thọ của mặt đường được kéo dài. Độ lớn tải trọng phân phối phụ thuộc vào nhiều yếu tố bao gồm nhiệt độ mặt đường, sự làm việc của thanh truyền lực và sự làm việc của móng gia cố bên dưới mặt đường BTXM.

Vị trí góc tấm thí nghiệm được thể hiện trong Hình 9. Đây là phạm vi mà tấm BTXM mất sự tiếp xúc với nền đất hơn những vị trí khác trong tấm. Các hốc rỗng hoặc sự mất tiếp xúc thường xuất hiện tại góc tấm vì tại đây có độ võng lớn nhất trong tấm BTXM. Vì vậy, nếu tấm BTXM bị nứt tại góc thì rất có khả năng hốc rỗng xuất hiện tại đó. Thí nghiệm tại góc trên tấm không bị nứt đóng vai trò quan trọng trong trường hợp này. Thông thường, thí nghiệm tại điểm giữa, tại khe co dãn, tại góc được thực hiện trên cùng một tấm để đánh giá độ cứng tương đối giữa các vị trí.

7.2.4  Khoảng cách giữa các điểm thí nghiệm

...

...

...

Bảng 2 hướng dẫn lựa chọn khoảng cách và vị trí thí nghiệm cho đường lăn và đường CHC. Khoảng cách thông thường đến tim đường lăn và đường CHC giữa các khe nối dọc là khoảng 6 m (18 feet) đối với mặt đường BTXM. Khoảng cách 18 m (60 feet) và 20 m (65 feet) được áp dụng cho các đường CHC có bề rộng lớn hơn 38 m (125 teet).

Bảng 2. Vị trí, khoảng cách điển hình của các thí nghiệm đối với đường lăn và đường CHC, m (feet)

Loại thí nghiệm

Mặt đường BTXM có khe co dãn và mặt BTN tăng cường trên BTXM

Mặt đường BTN

Mức độ dự án

Mức độ mạng lưới

Mức độ dự án

Mức độ mạng lưới

...

...

...

Khoảng cách, m (ft)

Độ lệch, m(ft)

Khoảng cách, m (ft)

Độ lệch, m (ft)

Khoảng cách, m (ft)

Độ lệch, m (ft)

Khoảng cách, m (ft)

Tâm

3 (10)

...

...

...

20 (65)

30 (100)

30-60 (100- 200)

120 (400)

3 (10)

60-120 (200-400)

10 (3)

20 (6)

65 (20)

...

...

...

30-60 (100-200)

60-120 (200-400)

3 (10)

60-120 (200-400)

Khe co dãn ngang

3 (10)

9 (30)

20 (65)

30-60 (100- 200)

...

...

...

120 (400)

3 (10)

120 (400)

Khe co dãn dọc

6 (20)

...

...

...

18 (60)

60 (200)

120 (400)

120 (400)

...

...

...

Góc

6 (20)

12 (40)

18 (60)

60 (200)

120 (400)

120 (400)

...

...

...

Bảng 3 hướng dẫn lựa chọn mật độ và vị trí thí nghiệm cho sân đỗ. Các điểm thí nghiệm cho mỗi hạng mục được phân bố đều theo lưới thí nghiệm. Mỗi điểm thí nghiệm lân cận trên lưới thí nghiệm đặt so le để thu được sự bao quát tốt nhất.

CHÚ THÍCH: Tham khảo thí nghiệm cho đường CHC, ĐL, SĐ tàu bay khác theo các khuyến nghị trong ASTM D 4695, Hướng dẫn đo đạc độ võng mặt đường. Tiêu chuẩn ASTM này đề cập đến việc thí nghiệm theo mức độ đánh giá mạng lưới với "Mức I” và mức độ đánh giá cho dự án với “Mức II” và “Mức III”.

Bảng 3. Tần suất và vị trí thí nghiệm điển hình đối với sân đỗ

Loại thí nghiệm

Mặt đường BTXM có khe co dãn và mặt BTN tăng cường trên BTXM

Mặt BTN, m²(ft²)

...

...

...

Mức độ mạng lưới

Mức độ dự án

Mức độ mạng lưới

Tâm

1 điểm cho 10 đến 20 tấm

1 điểm cho 30 đến 60 tấm

1 điểm cho 600 đến 1200 (1 970 đến 4 000)

1 điểm cho 1 750 đến 3 500 (5 750 đến 11 490)

Khe co dãn ngang

...

...

...

1 điểm cho 60 tấm

Khe co dãn dọc

1 điểm cho 20 đến 40 tấm

1 điểm cho 60 tấm

Góc

...

...

...

7.3  Sơ đồ thí nghiệm HWD

Sau khi lựa chọn loại thí nghiệm, thiết lập được vị trí và khoảng cách thí nghiệm phải lập sơ đồ thí nghiệm.

CHÚ THÍCH: Ví dụ sơ đồ thí nghiệm trình bày trong Hình 9 đến 13 Trong sơ đồ thí nghiệm phải thể hiện lý trình bắt đầu và hướng di chuyển. Khi sân bay không có mặt bằng lý trình, số thứ tự thấp của một đường CHC (ví dụ số 16 trong đường CHC số 16-34) có thể được đánh lý trình là HWD 0+00.

Hình 11 và 12 thể hiện cách chuẩn hóa quá trình ghi dữ liệu tại hiện trường. Ví dụ, khe co dãn tại Hình 11 ký hiệu là "9.2" và tim đường trong Hình 12 ký hiệu là “9.1".

Hình 9 đến hình 13 trình bày một ví dụ khai triển một sơ đồ HWD để thu thập dữ liệu một cách hiệu quả tại hiện trường và giảm thiểu nguy cơ xảy ra sai sót và hiểu nhầm. Bên cạnh cách đặt tên cho thí nghiệm trên làn giao thông, phải đặt ký hiệu chuẩn cho mỗi loại thí nghiệm thực hiện. Ví dụ về vị trí đánh số hoặc ký hiệu sử dụng cho mặt dường BTN, BTXM hoặc BTN tăng cường trên BTXM trình bày như sau:

a. Tâm của tấm BTXM và BTN.

...

...

...

c. Khe co dãn dọc.

d. Góc

e. Vết nứt ngang.

f. Vết nứt dọc.

7.4  Các đánh giá đặc biệt

Đánh giá ảnh hưởng của khí hậu và thời tiết đến kết quả thí nghiệm: Nếu việc thu thập dữ liệu chỉ tiến hành một lần, thì phải lựa chọn khoảng thời gian thí nghiệm phản ánh cường độ của mặt đường đại diện cho đa số thời gian trong năm. Đối với mặt đường BTN và BTXM, thí nghiệm không thực hiện tại vị trí gần các vết nứt trừ khi mục tiêu thí nghiệm nhằm đánh giá hiệu quả của sự truyền lực qua vết nứt. Đối với thí nghiệm trên mặt đường BTXM cần xem xét hiện tượng uốn vồng của tấm. Cần thí nghiệm tại thời điểm mà sự chênh lệch nhiệt độ giữa ngày và đêm là tối thiểu.

CHÚ THÍCH: Hiện tượng uốn vồng này xuất hiện khi các góc hoặc tâm của tấm vênh lên khỏi mặt móng do sự chênh lệch nhiệt độ giữa mặt tấm và đáy tấm. Các góc tấm có thể bị vênh lên khỏi móng vào ban đêm trong khi tim của tấm hoặc điểm giữa khe co dãn có thể bị vênh lên vào ban ngày. Độ vênh phụ thuộc vào khoảng cách các khe co dãn, chiều dày tấm BTXM, chênh lệch nhiệt độ giữa mặt và đáy tấm, độ cứng của lớp móng.

Phân tích các hốc rỗng: Hốc rỗng hoặc sự mất tiếp xúc có thể xuất hiện do sự vênh bởi nhiệt độ, vênh bởi độ ẩm hoặc xói mòn của lớp móng. Phải cố gắng đánh giá hốc rỗng xuất hiện do các nguyên nhân xói mòn, cố kết hoặc trương nở của nền đất.

Kế hoạch thí nghiệm phải dự tính yêu cầu vài lần thí nghiệm trên một vị trí. Kỹ thuật phân tích hốc rỗng thông thường yêu cầu ít nhất 3 mức tải tại mỗi vị trí thí nghiệm. Tương tự, nếu phải quan tâm đến độ nhạy ứng suất của nền đất thì cũng phải lặp lại thí nghiệm tại các mức tải khác nhau.

...

...

...

7.5.1  Đưa thiết bị ra hiện trường. Trước khi đưa thiết bị ra hiện trường, phải chạy thử các đầu mục theo một danh sách quy định và ký cho phép sử dụng cho toàn bộ công tác thí nghiệm. Các nội dung chính phải được được kiểm tra:

7.5.1.1  Thỏa thuận với Đại diện nhà chức trách Hàng không tại sân bay và bộ phận vận hành sân bay về việc quản lý và dừng hạng mục sân bay cho việc thí nghiệm.

7.5.1.2  Thỏa thuận về an toàn bay và khoảng thời gian (trống) được phép cho việc thí nghiệm.

7.5.1.3  Bản sao của kế hoạch thí nghiệm và sơ đồ triển khai thí nghiệm.

7.5.1.4  Bản đồ sân bay với đường vào và các cổng.

7.5.1.5  Kiểm tra tần số sóng bộ đàm tại sân bay.

7.5.1.6  Mặt bằng sân bay với tất cả ghi chú cho mặt đường và các hạng mục.

7.5.1.7  Danh sách nhân viên của sân bay có liên quan và số điện thoại của họ.

7.5.1.8  Bản báo cáo về các giai đoạn xây dựng mặt đường đã thực hiện.

...

...

...

7.5.1.10  Kiểm tra cấu hình đầu đọc độ võng.

7.5.1.11  Thiết bị và phụ kiện: Đèn hiệu và cờ; Sơn phun để đánh dấu các điểm chính; Phụ tùng thay thế cho các thiết bị HWD; Bộ đàm; Khoan nhỏ dùng cho các hố đo nhiệt độ; Đèn chiếu sáng cho thí nghiệm vào ban đêm.

7.5.1.12  Kiểm tra thiết bị trước khi ra hiện trường

Trong vòng 24 h trước khi ra hiện trường, thí nghiệm viên phải kiểm tra điều kiện thời tiết tại hiện trường. Phải thực hiện kiểm tra với các tải trọng dự định sử dụng trong phương án thí nghiệm.

7.5.2  Công tác chuẩn bị ra hiện trường

Việc chuẩn bị các thiết bị cho thí nghiệm phải được thực hiện trước khi đến khu vực sân bay hoạt động. Thí nghiệm viên phải triển khai các nội dung kiểm tra cho mỗi lần thí nghiệm HWD. Danh sách một số mục cần được làm rõ trước khi đến khu vực sân bay hoạt động (Airport Operations Area - AOA) như sau: liên hệ với bộ phận kiểm soát không lưu về việc xác nhận lịch thí nghiệm; liên hệ với đội hộ tống; Các phù hiệu đã sử dụng đúng đắn; Tất cả các thiết bị đã sẵn sàng; Các máy bộ đàm đã sẵn sàng; Các bản copy phương án thí nghiệm, bản đồ và danh sách điện thoại liên hệ đã sẵn sàng.

7.5.3  Thu thập dữ liệu

7.5.3.1  Một số vấn đề quan trọng tại hiện trường bao gồm độ chính xác của các đầu đọc, sự đo lặp, ghi chép thời gian và vị trí thí nghiệm, đo nhiệt độ của mặt đường.

7.5.3.2  Chụp ảnh định hướng. Trước khi bắt đầu công tác thí nghiệm trên một hạng mục mặt đường, thí nghiệm viên phải vẽ làn thí nghiệm (mặt đường BTXM) và các vị trí đặt tải (mặt đường BTN) tại lý trình 0+00. Mỗi làn và vị trí đặt tải được bố trí theo các độ lệch so với tim đường hoặc vị trí ô lưới như trình bày trong phương án thí nghiệm. Nếu các độ lệch cần được điều chỉnh hoặc các yếu tố khác của phương án cần được sửa chữa, thí nghiệm viên phải cẩn thận ghi chép các thay đổi và lý do thay đổi. Sau khi lý trình 0+00 và làn thí nghiệm được đánh dấu, thí nghiệm viên phải chụp ảnh hoặc quay phim các vị trí đánh dấu và tổng thể đối tượng thí nghiệm, bao gồm những vị trí hư hỏng điển hình.

...

...

...

7.5.3.4  Lựa chọn lực tác dụng. Cần tính toán độ lớn của tải động cho các thiết bị. Cần kiểm tra để đảm bảo rằng các tải lựa chọn có thể tạo ra các độ võng trong giới hạn của các đầu ghi chuyển vị quy định bởi nhà sản xuất. Khi thực hiện nhiều thí nghiệm trên cùng một vị trí với các mức tải khác nhau, cần đảm bảo rằng tất cả các mức tải đều nằm trong giới hạn của đầu đọc. Cần điều chỉnh mức tải trong quá trình thí nghiệm nếu loại mặt đường và chiều dày có sự thay đổi lớn. Đối với mỗi sự thay đổi trong kết cấu mặt đường, cần lựa chọn mức tải trung bình có thể tạo ra các độ võng đủ lớn đối với mặt đường dày nhưng không lớn quá đối với mặt đường mỏng. Nếu khoảng độ võng nằm trong giới hạn của đầu đọc, việc thí nghiệm sẽ hiệu quả hơn và giảm thiểu được các sai số tiềm năng có thể xuất hiện trong quá trình thiết lập lại thiết bị HWD và phần mềm.

7.5.3.5  Ghi độ võng đo được. Khi mức tải phù hợp được thiết lập, có thể bắt đầu thu thập dữ liệu võng theo các yêu cầu trong phương án triển khai thí nghiệm HWD. Các phần mềm vận hành HWD được sử dụng để ghi chép dữ liệu thí nghiệm phải cho phép ghi lại được các thông tin sau với lực tác dụng và độ võng ghi được của đầu đọc:

Các thông tin thiết lập thiết bị (ví dụ như khoảng cách đầu đọc, đường kính tấm nén và thông tin mô tả dự án).

Nhiệt độ không khí, mặt đường và điểm giữa chiều dày mặt đường.

Các nhận xét khác về điều kiện mặt đường tại vị trí thí nghiệm.

Vị trí thí nghiệm trình bày trong các Hình 9 đến Hình 13:

Lý trình (được tự động ghi lại đối với hầu hết các phần mềm)

Số hàng tấm (BTXM) hoặc số vệt rải (BTN) (ví dụ 1.X)

Vị trí trong mỗi làn BTXM (ví dụ, X.1 hoặc X.2 tại tâm hoặc khe co dãn)

...

...

...

Nếu phần mềm vận hành thiết bị cho phép các thông tin này được ghi lại, phương án thí nghiệm chi tiết được triển khai, dữ liệu sẽ được xử lý một cách hiệu quả nhằm đem lại các kết quả đánh giá toàn diện. Nếu phần mềm phân tích dữ liệu có sẵn, cần ghi lại tất cả các dữ liệu võng đối với một hạng mục mặt đường trong một file. Cần sử dụng hệ thống đánh tên file khoa học để có thể nhanh chóng hiểu được loại dữ liệu có trong file, ví dụ như “RW12_30" dùng cho đường CHC số 12-30. Trước khi tắt thiết bị HWD vào cuối ngày, cần sao lưu toàn bộ dữ liệu HWD từ máy tính xách tay đến ổ đĩa khác hoặc vào đĩa CD.

7.5.3.6  Theo dõi dữ liệu đo võng. Phải theo dõi dữ liệu thí nghiệm HWD một cách liên tục. Bên cạnh các gương hậu trên xe kéo theo, đa số các thiết bị HWD đều được trang bị một màn hình đặt trên xe kéo và camera bố trí quanh tấm nén, cho phép quan sát được mặt đường tại các vị trí lân cận tấm nén. Khi thiết bị thí nghiệm di chuyển đến một vị trí thí nghiệm, mặt đường cần được kiểm tra độ sạch sẽ đảm bảo cho các tấm nén đặt xuống chuẩn xác và dữ liệu đo võng tin cậy được ghi lại. Nếu thấy dữ liệu đo võng đáng nghi ngờ, thì cần thực hiện lại vài lần tại vị trí đó. Các điểm đo võng có kết quả dị thường bao gồm độ võng không giảm xuống tại tấm nén và trị số độ võng cao tại đầu đo D1 khi so sánh với thí nghiệm trước đó ở cùng một làn. Các điểm dị thường này xuất hiện vì dị thường trong kết cấu mặt đường hoặc thiết bị thí nghiệm có vấn đề. Trong bất cứ tình huống nào, cũng cần thực hiện lại thí nghiệm ít nhất một lần. Khi việc làn thí nghiệm và hạng mục mặt đường có sự thay đổi thì có thể phải thay đổi phương án thí nghiệm. Ví dụ, khi bề rộng của một làn BTN thay đổi thì khoảng cách đến tim đường định trước cần thay đổi để tránh thí nghiệm trong phạm vi 1 m (3 feet) của khe co dãn thi công dọc. Các thay đổi này phải được ghi chú trên bản vẽ mặt bằng thí nghiệm HWD và thể hiện thông tin tại sao cần phải thay đổi và những làn và lý trình bị thay đổi.

7.6  Các tình huống cần lưu ý

7.6.1  Nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp

Nhiều thiết bị HWD không hoạt động tốt khi nhiệt độ không khí xung quanh quá cao hoặc quá thấp. Nếu nhiệt độ xuống quá thấp, không nên thực hiện thí nghiệm HWD vì ứng suất nhiệt tác dụng lên thiết bị đặc biệt đối với các thiết bị vận hành thủy lực. Tương tự, nếu nhiệt độ quá cao, mặt BTN có thể bị nén lại đáng kể dẫn tới dữ liệu có chất lượng thấp. Đối với những tình huống này, nên dừng thí nghiệm cho đến khi môi trường có nhiệt độ nhỏ hơn 38 °C và lớn hơn 10 °C.

7.6.2  Lưu lượng giao thông cao

Phải đảm bảo an toàn cho công tác thí nghiệm HWD khi lưu lượng giao thông cao vào ban ngày. Nếu phải thí nghiệm ban ngày thì phải có phương án kiểm soát giao thông. Công tác thí nghiệm có thể thực hiện muộn vào ban đêm khi mà lượng giao thông giảm xuống tới mức thấp nhất.

7.6.3  Thiết lập các đầu đo cho việc thí nghiệm mặt đường BTXM

Phương án thí nghiệm HWD yêu cầu việc thí nghiệm được tiến hành tại điểm giữa, điểm góc, khe nối ngang và khe nối dọc của tấm BTXM. Các thí nghiệm này có thể được thực hiện tại các điểm này đối với mặt đường BTN phủ trên BTXM nơi mà các vết nứt xuất hiện trên bề mặt phản ánh các khe co dãn bên dưới. Thiết bị HWD và phần mềm vận hành có thể cho phép các đầu đo được gắn thêm vào cả 2 bên và dưới tấm nén như trong Hình 14.

...

...

...

7.7  Soát xét dữ liệu tại hiện trường

Cuối ngày thí nghiệm, phải soát xét lại dữ liệu HWD để đảm bảo rằng các dữ liệu được ghi lại đầy đủ. Đây là thời điểm tốt để thêm vào các ghi chú, nhận xét vào các file khi mà các sự việc vẫn còn mới trong trí nhớ của thí nghiệm viên. Phải soát xét tất cả các file trước khi rời hiện trường. Nếu có sai sót đáng kể hoặc bất thường trong dữ liệu thí nghiệm, thì cần thí nghiệm bổ sung trước khi rời khỏi hiện trường. Biểu đồ dữ liệu đo võng thô và trị số ISM theo lý trình cho mỗi hạng mục mặt đường có thể thể hiện các vùng nghi ngờ cần thiết bổ sung các điểm thí nghiệm để nâng cao độ tin cậy của kết quả phân tích.

8  Xử lý kết quả thí nghiệm

8.1  Tổng quan

8.1.1  Quá trình thực hiện

Xử lý kết quả thí nghiệm để có các đặc trưng kết cấu của mặt đường theo yêu cầu mức độ dự án hoặc phân tích mạng lưới.

Có thể sử dụng một số quy trình phân tích để xác định các đặc trưng của mặt đường đối với mặt đường BTN, BTXM hoặc BTN tăng cường trên BTXM bao gồm các nội dung:

Phân tích dữ liệu HWD và một vài đặc điểm đánh giá tình trạng kết cấu của mặt đường hiện tại. Dữ liệu đo võng cho phép đánh giá cường độ mặt đường một cách tổng thể và của từng lớp riêng rẽ trong toàn kết cấu. Do mặt đường BTXM đều có các khe dãn, khe co và khe nối thi công nên phải bổ sung đặc trưng đánh giá tình trạng của mặt đường BTXM.

8.1.2  Xử lý dữ liệu đo độ võng thô

...

...

...

CHÚ THÍCH: Ví dụ, có thể chuẩn hóa độ võng cho tải trọng cảng tàu bay bất lợi với trị số 18 000 kg (40 000 pounds) mặc dầu độ võng được ghi lại với mức xung lực là 140 kN (31 500 pounds), 160 kN (36 000 pounds) và 190 kN (42 500 pounds). Các độ võng được ghi lại tại các mức tải này sẽ được hiệu chỉnh như sau nhằm nhận được 3 độ võng chuẩn hóa tại mức tải 178 kN (40 000 pounds).

Công thức chuẩn hóa độ võng:

         (2)

Trong đó:

d_0n = độ võng chuẩn

L_norm = tải trọng chuẩn

L_applied = Tải trọng tác dụng

d₀ = độ võng đo được tại các đầu đo.

Khi soát xét biểu đồ của độ võng đã được chuẩn hóa hoặc trị số ISM thì phải kiểm tra các mẫu dạng biến thiên. Độ võng chuẩn hóa dưới tấm nén và trị số ISM biểu thị cường độ tổng thể của toàn bộ kết cấu mặt đường (các lớp mặt đường và nền đường) tại mỗi vị trí thí nghiệm. Đối với mỗi tải xung lực, sự tăng lên của trị số ISM hoặc giảm xuống của độ võng chuẩn hóa biểu thị sự tăng lên của cường độ mặt đường.

...

...

...

Dữ liệu đo võng tại tâm (chậu võng). Dùng cho đánh giá cường độ các lớp mặt đường và tính bền của vật liệu.

Dữ liệu đo võng tại khe co dãn và vết nứt. Đánh giá tình trạng khe co dãn và tính bền của vật liệu.

Dữ liệu đo võng tại góc tấm BTXM. Đánh giá tình trạng tiếp xúc với móng và tính bền của vật liệu.

8.2  Các phương pháp xử lý kết quả thí nghiệm

8.2.1  Tổng quan quá trình thực hiện

Hình 15 trình bày tổng quan quá trình phân tích dữ liệu HWD và một vài đặc điểm đánh giá tình trạng kết cấu của mặt đường hiện tại. Dữ liệu đo võng cho phép đánh giá cường độ mặt đường một cách tổng thể và của mỗi lớp riêng rẽ trong toàn kết cấu. Do phần lớn các mặt đường BTXM đều có các khe dãn, khe co và khe nối thi công, cần bổ sung để đánh giá tình trạng của mặt đường BTXM.

8.2.2  Các phần mềm tính toán

Có thể sử dụng các phần mềm được đưa ra trong Bảng 4 để phân tích dữ liệu đo võng nhằm thực hiện tính toán số PCN phục vụ cho việc công bố, thiết kế cải tạo nâng cấp hoặc thiết kế mới mặt đường sân bay.

Bảng 4. Các phần mềm sử dụng trong công tác phân tích, đánh giá và thiết kế mặt đường

...

...

...

Phân tích dữ liệu HWD

Đánh giá ^1

Thiết kế

BAKFAA

FEAFAA

COMFAA

LEDFAA

F806FAA

...

...

...

Tính ngược mô đun của mặt đường BTN

*

Tính ngược mô đun của mặt đường BTXM

*

...

...

...

Tính ngược mô đun của mặt đường APC ^2

*

...

...

...

Tính truyền lực tải trọng

*

Phân tích hốc rỗng

...

...

...

*

Tính tải trọng cho phép

*

*

...

...

...

*

*

Tính tuổi thọ còn lại

*

*

*

...

...

...

*

Thiết kế tăng cường mặt BTN

...

...

...

*

*

Thiết kế tăng cường mặt BTXM

*

...

...

...

Thiết kế mới mặt BTN

*

*

Thiết kế mới mặt BTXM

...

...

...

*

*

CHÚ THÍCH: ^1 Các công cụ đánh giá này có thể được sử dụng để kiểm tra thiết kế.

^2 APC là mặt đường BTN tăng cường trên BTXM.

8.2.3  Nguyên tắc áp dụng

Hầu hết các công cụ thiết kế sử dụng trong Bảng 4 dựa trên các mô hình kết cấu với các đặc trưng vật liệu tĩnh. Thiết bị HWD tạo ra các tải trọng xung động để đo đạc sự phản ứng của mặt đường đối với các tải động đó. Vì vậy, để chọn được các đặc trưng vật liệu, cần phải hiệu chỉnh khi sử dụng các phần mềm này. Phần này trình bày các hiệu chỉnh cần thiết. Có thể có các lựa chọn khác ngoài các phần mềm được nêu trong tiêu chuẩn này nhưng phải sử dụng các phần mềm có cơ sở lý thuyết giống nhau cho cùng một đánh giá và thiết kế kết cấu. Nói một cách khác, phương pháp tính ngược được sử dụng phải thống nhất với các quy trình tính toán được sử dụng trong thiết kế kết cấu.

Bảng 5 các phần mềm tính toán dựa trên chỉ số CBR, lớp đàn hồi hoặc nền Winkler. Khi không có các công cụ phân tích dữ liệu dựa trên chỉ số CBR thì phải sử dụng lý thuyết đàn hồi lớp hoặc mô hình Winkler để thực hiện việc phân tích dữ liệu HWD. Nếu sử dụng lý thuyết đàn hồi lớp cho việc nghiên cứu, thì phải sử dụng chương trình phần mềm dựa trên lý thuyết đàn hồi lớp cho việc phân tích dữ liệu HWD, đánh giá mặt đường và thiết kế mặt đường. Điều này cũng giống như vậy đối với các nghiên cứu dựa trên mô hình Winkler. Đối với các nghiên cứu dựa trên số liệu CBR thì phải sử dụng chương trình dựa trên lý thuyết đàn hồi lớp ví dụ như BAKFAA, sử dụng cho việc phân tích dữ liệu HWD và sau đó chuyển trị số mô đun đàn hồi sang chỉ số CBR. Lý thuyết thiết kế và phần mềm sử dụng để phân tích khả năng của mặt đường phụ thuộc vào loại mặt đường. Mặt đường BTN hay mặt đường mềm được phân tích và thiết kế sử dụng chỉ số CBR hoặc lý thuyết đàn hồi. Mặt đường BTXM hay mặt đường cứng được tính toán bằng cách sử dụng mô hình Winkler và lý thuyết Westergaard, lý thuyết đàn hồi lớp hoặc phương pháp phần tử hữu hạn. Các mặt đường phức hợp hoặc mặt đường BTN tăng cường trên BTXM thường được phân tích bằng mô hình Winkler nếu như lớp BTN mỏng. Tuy nhiên, nếu lớp BTN tăng cường khá dày (lớn hơn 75%) so với chiều dày của lớp BTXM thì dùng lý thuyết đàn hồi lớp.

...

...

...

Phần mềm

Nguyên tắc áp dụng

CBR

Lý thuyết đàn hồi

Nền Winkler

Theo Westergaard

Phần tử hữu hạn

BAKFAA

...

...

...

FEAFAA

*

COMFAA

*

...

...

...

*

LEDFAA

*

F806FAA

*

...

...

...

R805FAA

*

8.2.4  Xử lý dữ liệu đo độ võng thô

Phạm vi phân đoạn mặt đường trong một hạng mục trong hệ thống quản lý mặt đường hoặc qua việc soát xét hồ sơ thi công. Trong hệ thống quản lý mặt đường, một phân đoạn được định nghĩa là phạm vi mặt đường hoạt động thống nhất cùng mức giao thông hàng không, tuổi thọ mặt đường hoặc mặt cắt ngang của mặt đường. Dữ liệu đo võng được sử dụng để xác định hoặc làm chính xác hơn giới hạn của các phân đoạn trong phạm vi một hạng mục mặt đường. Dữ liệu cho một hạng mục mặt đường có thể được lưu trữ trong một file điện tử. File này chứa đựng vài loại dữ liệu đo võng ví dụ như dữ liệu thí nghiệm tấm BTXM tại tâm, khe co dãn và góc tấm. Dữ liệu đo võng tại tâm được tách ra để nhận dạng giới hạn phân đoạn mặt đường trong một hạng mục. Việc phân tích sơ bộ dữ liệu đo võng tại tâm của tấm thường được thực hiện bằng cách vẽ biểu đồ độ võng đã được chuẩn hóa hoặc chỉ số ISM dọc theo chiều dài của sân đỗ, đường lăn hoặc đường CHC. Dữ liệu đo võng thô được chuẩn hóa bằng cách hiệu chỉnh độ võng về tải trọng chuẩn.

...

...

...

Khi soát xét biểu đồ của độ võng đã được chuẩn hóa hoặc trị số ISM thì phải kiểm tra các mẫu dạng biến thiên. Độ võng chuẩn hóa dưới tấm nén và trị số ISM biểu thị cường độ tổng thể của toàn bộ kết cấu mặt đường (VD, các lớp mặt đường và nền đường) tại mỗi vị trí thí nghiệm. Đối với mỗi tải xung lực (VD, 178 kN (40 000 pounds)), sự tăng lên của trị số ISM hoặc giảm xuống của độ võng chuẩn hóa biểu thị sự tăng lên của cường độ mặt đường.

CHÚ THÍCH: Hình 16 và 17 trình bày ví dụ về biểu đồ ISM và độ võng chuẩn hóa. Hình 15 mô tả cách sử dụng biểu đồ ISM để nhận dạng 4 đoạn mặt đường trong một hạng mục mặt đường. Theo hình vẽ này đoạn 1 có cường độ cao nhất trong 4 đoạn khi mà trị số ISM trung bình cao hơn hẳn so với các đoạn khác. Mặc dầu trị số ISM trung bình của đoạn 2,3 và 4 là tương tự nhưng trị số ISM biến thiên cao hơn nhiều ở đoạn 3. Tương tự, đoạn 2 là yếu nhất trong các đoạn bởi vì lớp BTN nhỏ hơn 125 mm (5 inch) hoặc lớp móng gia cố có thể quá yếu.

Hình 17 biểu diễn mặt cắt dọc độ võng chuẩn sử dụng để xác định các giới hạn của đoạn mặt đường trong phạm vi một hạng mục mặt đường nào đó.

Qua mặt cắt dọc, các đoạn mặt đường khỏe hơn sẽ có độ võng chuẩn hóa thấp hơn. Có thể sử dụng độ võng chuẩn hóa hoặc trị số ISM để nhận dạng các đoạn. Trị số ISM được sử dụng thường xuyên hơn và cung cấp các thông tin độc lập với lực tác dụng. Dữ liệu đo võng còn được sử dụng để nhận dạng sự biến thiên trong cường độ nền đường dọc theo một hạng mục mặt đường. Đầu đọc được lắp đặt tại một khoảng cách tính toán trước tính từ tâm tấm nén có thể cung cấp một đánh giá tốt về cường độ nền đường.

Bảng 6 trình bày các giá trị mô đun điển hình của mặt đường BTN, BTXM và 3 loại cường độ nền đường, các khoảng cách của đầu đọc ứng với tấm nén đường kính 300 mm (12 inch) để xác định cường độ nền đường. Dùng bảng 6 để hướng dẫn, sẽ lựa chọn đầu đọc gần nhất với giá trị thể hiện trên bảng, không nhất thiết phải là đầu đọc ngoài cùng trên thiết bị HWD. Thiết bị HWD không ghi các độ võng tại vị trí xa hơn 1 800 mm (72 inch) và bảng này thể hiện rằng đầu đọc ngoài cùng có thể không phản ánh đúng về cường độ nền của mặt đường BTXM dày.

Bảng 6. Khoảng cách yêu cầu của các đầu đọc từ tấm nén với đường kính 300 mm (12 inch)

Loại mặt đường

Chiều dày lớp mặt, mm (inch)

Hệ số CBR của nền

...

...

...

12 (trung bình)

20 (tốt)

BTN

100 (4)

15

12

9

200 (8)

20

...

...

...

18

BTXM

300 (12)

84

60

48

500 (20)

144

108

...

...

...

Sau khi dữ liệu thí nghiệm đo võng được phân tách riêng theo các phân đoạn, các dữ liệu sau đó được phân chia tiếp theo các loại thí nghiệm. Hình 14 phân biệt các loại tập hợp dữ liệu đo võng dùng cho công tác phân tích.

- Dữ liệu đo võng tại tâm (chậu võng). Dùng cho đánh giá cường độ các lớp mặt đường và tính bền của vật liệu.

- Dữ liệu đo võng tại khe co dãn và vết nứt. Đánh giá tình trạng khe co dãn và tính bền của vật liệu.

- Dữ liệu đo võng tại góc tấm BTXM. Đánh giá tình trạng tiếp xúc với móng và tính bền của vật liệu.

8.2.5  Quá trình tính ngược

8.2.5.1  Giới thiệu chung

Sử dụng dữ liệu chậu võng từ thí nghiệm tại tâm của mặt đường mềm hoặc mặt đường cứng để tính toán cường độ các lớp mặt đường. Quá trình này gọi là tính ngược vì thực hiện ngược quá trình thiết kế mặt đường. Thay vì xác định chiều dày các lớp kết cấu mặt đường dựa trên cường độ giả thiết của lớp, quá trình tính ngược thông thường liên quan tới việc tính toán cường độ lớp dựa trên giả thiết về chiều dày lớp đồng nhất. Trong phần còn lại của điều này, cường độ lớp được hiểu là mô đun đàn hồi. Bảng 7 thể hiện các tình huống có thể xảy ra trong quá trình tính ngược. Hơn nữa, bảng này thể hiện các công cụ tính toán dựa trên lý thuyết phần tử hữu hạn có thể được yêu cầu sử dụng cho mô hình lý thuyết của mặt đường dưới tác dụng của tải động dạng xung lực.

Bảng 7. Loại phần mềm tính ngược đối với mỗi tình huống tải trọng

Phản ứng của vật liệu

...

...

...

Tĩnh

Động

Tuyến tính

Phần mềm dựa trên công thức dạng đóng và tính lặp

Phần mềm dựa trên phần tử hữu hạn

Phi tuyến

Phần mềm dựa trên tính lặp

Phần mềm dựa trên phần tử hữu hạn

CHÚ THÍCH: Các tải động bao gồm tải trọng tạo ra bởi các thiết bị NDT loại rung động và xung lực.

...

...

...

• Dữ liệu chậu võng loại I: Độ võng tại một hoặc nhiều đầu đo lớn hơn độ võng dưới tấm nén. Loại dị thường này dẫn đến sai số lớn nhất trong quá trình tính ngược.

• Dữ liệu chậu võng loại II: Một loại dị thường ít rõ ràng hơn đó là sự thay đổi độ võng đột ngột giữa 2 đầu đọc lân cận. Lý thuyết đàn hồi yêu cầu độ võng giảm xuống khi khoảng cách đến tấm nén tăng lên nhưng mức độ giảm phải từ từ và nhất quán tương đối giữa tất cả các đầu đọc.

• Dữ liệu chậu võng loại III: Tương tự như loại I, độ võng tại đầu đọc ngoài cùng của 2 đầu đọc lân cận lớn hơn độ võng của đầu đọc gần tấm nén nhất.

Hình 19 tóm tắt công việc chuẩn bị dữ liệu đo võng và lựa chọn công cụ phân tích.

Đối với việc phân tích mặt đường BTXM, lớp BTN tăng cường thêm được xem là mỏng nếu chúng nhỏ hơn 100 mm (4 inch) và lớp BTXM mỏng hơn 250 mm (10 inch). Lớp tăng cường thêm BTN trên BTXM cũng được xem là mỏng nếu như lớp này mỏng hơn 150 mm (6 inch) và lớp BTXM dày hơn 250 mm (10 inch).

8.2.5.2  Quy trình tính ngược dạng đóng

Thuật toán tính ngược dạng đóng thường được sử dụng khi kết quả được sử dụng cho 2 phương pháp thiết kế riêng. Phương pháp thứ nhất dựa trên Hướng dẫn thiết kế của AASHTO 1993 cho mặt đường BTN dựa trên CBR của nền đường được xác định bằng thí nghiệm trong phòng. Phương pháp thứ hai là dựa trên phương pháp luận AREA-based được sử dụng cho mặt đường BTXM hoặc BTN tăng cường trên BTXM với trình tự thiết kế dựa vào mô đun phản ứng nền k.

Công thức 3 biểu thị trị số Mr của nền đường có thể được tính toán qua các độ võng từ các đầu đo của thiết bị HWD. Theo Hình 17 độ võng này đo tại khoảng cách 600 mm (24 inch) từ tâm tấm nén.

            (3)

...

...

...

Mr= Mô đun đàn hồi, psi

P = Tải trọng tác dụng, pounds

d_r = Độ võng đo được tại khoảng cách r từ điểm đặt tải, inch

r = khoảng cách hướng tâm tại vị trí đo độ võng, inch

CHÚ THÍCH: Đối với 4 đoạn mặt đường trong Hình 17 độ võng trung bình tại đầu đo có khoảng cách 12 inch sử dụng trong công thức trên, giá trị mô đun đàn hồi động của nền sẽ như sau: đoạn 1, 497 Mpa (72 150 psi); đoạn 2, 185 MPa (26 780 psi); đoạn 3, 301 MPa (43 650 psi); và đoạn 4, 229 MPa (33 170 psi). Bốn độ võng trung bình tại các đầu đo này là 2,76, 7,48, 4,57 và 6,02 mils.

Cường độ nền đường của đoạn 1 là cao nhất bởi vì nó được gia cố. Các trị số mô đun nền đường này phải được hiệu chỉnh theo trị số mô đun đàn hồi xác định bằng thí nghiệm trong phòng với một hệ số hiệu chỉnh (giá trị điển hình là 0,33) trước khi thực hiện việc thiết kế mặt đường BTN hoặc đánh giá theo các yêu cầu của tiêu chuẩn này.

Phương pháp tính toán ngược dạng đóng AREA-based. Phương pháp này cũng được sử dụng đối với mặt đường BTXM và mặt BTN tăng Cường trên BTXM và các công cụ thiết kế sử dụng hệ số nền k. AREA được tính toán bằng độ võng HWD hình thành nên chậu võng.

Hình 20 trình bày các bước yêu cầu để tính toán mô đun đàn hồi BTXM và hệ số nền k khi phương pháp tính toán dựa trên hệ số AREA được sử dụng trong quá trình tính toán ngược. Công thức AREA 6 và 7 được sử dụng để kể đến tính nén ép có thể xuất hiện trong lớp BTN tăng cường thêm hoặc trong mặt đường BTXM rất dày. Các công thức này không sử dụng độ võng bên dưới tấm nén khi độ nén ép xuất hiện. Các công thức AREA sử dụng 4 và 7 đầu đọc được thiết lập theo yêu cầu của SHRP. Công thức 4 và 5 sử dụng độ võng từ tất cả các đầu đọc trên thiết bị HWD để tính toán chậu võng AREA. Công thức 6 sử dụng 5 đầu đo bên ngoài với cách thiết lập 7 đầu đo theo SHRP. Tương tự, công thức 7 sử dụng 6 đầu dọc bên ngoài với cách thiết lập 7 đầu đọc của Không lực Hoa kỳ.

...

...

...

AREA = trị số AREA tính bằng inch đối với 4 đầu đọc, 7 đầu đọc của SHRP; 5 đầu đọc phía ngoài của SHRP và 6 đầu đọc phía ngoài của Không lực Hoa kỳ.

d₀ = Độ võng lớn nhất tại tâm tấm nén, mils

d_i = Độ võng tại 200, 300, 450, 600, 900, 1200, 1500, and 1800 mm (8, 12, 18, 24, 36, 48, 60, và 72 inch) từ tâm tấm nén, mils

Sau khi tính toán trị số AREA, bán kính độ cứng tương độ như định nghĩa trong Công thức 8 có thể được sử dụng để tính toán trị số k và mô đun hiệu quả của mặt đường BTXM.

      (8)

Trong đó:

λ_k = Bán kính độ cứng tương đối của nền Winkler, inch

E_pcc = Mô đun đàn hồi BTXM của các lớp dính kết bên trên nền đường, psi

h_pcc = Tổng chiều dày các lớp mặt đường BTXM trên nền đường, inch

...

...

...

k = Hệ số nền, psi/inch

Các trị số AREA và bán kính độ cứng tương đối λ_k có mối liên hệ duy nhất với nhau với dạng tổng quát thể hiện trong Công thức 9.

          (9)

Trong đó:

λ_k = Bán kính độ cứng tương đối của nền Winkler, inch

AREA = Trị số AREA tính toán trong Công thức 4 đến 7

A, B, C, D = Các hằng số dựa trên trị số AREA như thể hiện trong Bảng 8

Bảng 8. Các hằng số dựa trên phương pháp AREA

Phương pháp AREA

...

...

...

A

B

C

D

SHRP 4 đầu đọc
0 đến 900 mm (0 đến 36 inch)

36

1812,279

-2,559

4,387

...

...

...

60

289,078

-0,698

2,566

SHRP 5 đầu đọc
300 đến 1 500 mm (12 đến 60 inch)

48

158,408

-0,476

2,220

...

...

...

60

301,800

-0,622

-2,501

Sau khi bán kính độ cứng tương đối được tính toán, giá trị hệ số nền k và mô đun đàn hồi BTXM được tính toán bằng giải hệ phương trình với 2 phương trình độc lập. Phương trình thứ nhất là Công thức 8 cho bán kính độ cứng tương đối và Phương trình thứ hai là công thức Westergaard đối với độ võng tại điểm giữa tấm ngay bên dưới điểm tác dụng của tải trọng như sau:

(10)

Trong đó:

W₀ = Độ võng tại tam tấm ép, inch

R = Bán kính tấm ép, inch

...

...

...

P = Tải trọng tác dụng, pounds

Khi phương trình Westergaard không sử dụng cho tình huống tính toán bên ngoài phạm vi có các trị số AREA và khi mà các độ võng ngay bên dưới tấm nén không được chuẩn hóa, các phương trình sau được sử dụng để tính toán trị số k và mô đun đàn hồi BTXM:

     (11)

Trong đó:

k = Hệ số nền, psi/inch

P = Tải trọng tác dụng, pounds.

λ_k = Bán kính độ cứng tương đối của nền Winkler, inch.

d_r^* = Hệ số độ võng không đơn vị của khoảng cách hướng tâm r.

d_r = Độ võng đo được tại khoảng cách hướng tâm, inch

...

...

...

Trong đó:

E = Mô đun đàn hồi BTXM, psi

μ = Hệ số Poisson của mặt đường BTXM

P = Tải trọng tác dụng, pounds

λ_k = Hệ số độ cứng tương đối của nền Winkler, inch

d_r^* = Hệ số độ võng không đơn vị của khoảng cách hướng tâm r.

d_r = Độ võng đo được tại khoảng cách hướng tâm, inch

h = Chiều dày của tất cả các lớp dính bên trên nền đường, inch

Hệ số độ võng không đơn vị d_r^* có thể tính toán như sau:

...

...

...

Trong đó:

λ_k = Bán kính độ cứng tương đối của nền Winkler, inch.

d_r^* = Hệ số độ võng không đơn vị của khoảng cách hướng tâm r.

x, y, z = Các hằng số trong Bảng 9

Bảng 9. Các hằng số d_r^*

Khoảng cách hướng tâm từ tấm nén, mm (inch)

Hằng số

x

y

...

...

...

0

0,12450

0,14707

0,07565

300 (12)

0,12188

0,79432

0,07074

Hình 20 là bước tiếp theo của việc tính ngược bằng phương pháp dựa trên trị số AREA hiệu chỉnh trị số k và mô đun đàn hồi BTXM do ảnh hưởng của kích thước có giới hạn của tấm BTXM. Việc hiệu chỉnh cho kích thước tấm là cần thiết do giả thiết về tấm vô hạn trong phép phân tích Westergaard.

...

...

...

Trị số k tĩnh quy định bằng một nửa k động. Trị số k động là trị số nhận được từ thí nghiệm tấm nén trong AASHTO T222.

Khi kết cấu BTXM có lớp móng gia cố, có lớp tăng cường bằng BTN mỏng hoặc lớp tăng cường bằng BTXM, trị số mô đun đàn hồi động tính toán có thể được sử dụng để tính toán 2 giá trị mô đun đàn hồi. Các tình huống sẽ là: lớp tăng cường BTXM có kết dính hoặc không kết dính và lớp BTXM, lớp tăng cường BTN và lớp BTXM, lớp BTXM có lớp móng bằng bê tông nghèo hoặc gia cố xi măng, hoặc lớp BTXM và lớp móng gia cố nhựa.

Trong trường hợp các lớp được dính kết, trục trung hòa được tính toán như sau:

         (14)

Trong đó:

x = chiều sâu tới trục trung hòa, inch

hi = Chiều dày lớp bên trên (vd, tấm BTXM), inch

β = E₂/E₁ (theo tính toán)

Trong đó

...

...

...

E₁ = Mô đun đàn hồi lớp trên, psi.

Trước khi tính toán chiều sâu đến trục trung hòa, phải tính toán tỷ số giữa mô đun đàn hồi lớp dưới và mô đun đàn hồi lớp trên như trong công thức 14. Giá trị β điển hình phụ thuộc vào các thiết kế hỗn hợp BTN, BTXM và lớp móng gia cố như sau: BTN tăng cường trên BTXM = 1,0; BTXM tăng cường trên BTXM = 1,4; BTXM có lớp móng bằng BT nghèo = 0,4; BTXM có lớp móng gia cố xi măng = 0,25; và BTXM có lớp móng gia cố nhựa = 0,10.

Sau khi ước tính và tính toán chiều sâu đến trục trung hòa, mô đun đàn hồi của lớp trên và sau đó, mô đun đàn hồi của lớp dưới bằng việc sử dụng trị số β có thể được tính toán cho trường hợp dính kết bằng công thức 15.

       (15)

Trong đó:

Ee = Mô đun đàn hồi BTXM tính ngược (công thức 12), psi

Nếu không biết trạng thái giữa hai lớp thì có thể phân tích cho cả hai trường hợp dính kết và không dính kết. Sử dụng các trị số β, Ee, h₁, h₂ bên trên, trị số mô đun đàn hồi của lớp trên và lớp dưới có thể được tính toán cho trường hợp không kết dính bằng công thức:

     (16)

Bước đầu tiên là đảm bảo các dữ liệu võng không còn các sai số loại I, II hoặc III. Việc soát xét các dữ liệu đo võng thể hiện rằng tất cả các độ võng đều giảm dần từ tâm của tấm nén. Khi các dữ liệu nhất quán, bước tiếp theo là tính toán trị số AREA sử dụng trong quá trình tính ngược.

...

...

...

Sau khi hiệu chỉnh ảnh hưởng của kích thước tấm hữu hạn, trị số k động hiệu chỉnh và mô đun đàn hồi BTXM hiệu chỉnh là 702 psi/in và 17526 Mpa (2 541 877 psi). Như thể hiện trong Hình 20 trị số k tĩnh sau đó được tính toán bằng một nửa của trị số k động hiệu chỉnh là 351 psi/in. Đây là trị số k được sử dụng trong các chương trình thiết kế và đánh giá.

Trị số mô đun đàn hồi của các lớp BTXM và móng gia cố xi măng được sử dụng để tính toán trị số mô đun của từng lớp. Nếu giả thiết tỷ số giữa mô đun đàn hồi của lớp móng gia cố xi măng và lớp BTXM là β = 0.25 và 2 lớp này dính bám với nhau, chiều sâu đến trục trung hòa từ mặt đường là 230 mm (9,07 inch) tính toán theo công thức 15. Sử dụng Công thức 16 cho điều kiện dính bám mặt tiếp xúc dẫn tới kết quả trị số mô đun đàn hồi là 34 949 Mpa (5 064 615 psi) cho lớp BTXM và 8 730 Mpa (1 266 154 psi) cho lớp móng gia cố xi măng.

Đối với trường hợp mặt tiếp xúc giữa BTXM và lớp móng gia cố XM không dính bám, Công thức 15 được sử dụng để tính toán trị số mô đun đàn hồi là 68 107 MPa (9 878 110 psi) cho lớp BTXM và 17 027 MPa (2 469 528 psi) cho lớp móng gia cố xi măng. Dựa trên thông tin về tình trạng và tuổi của lớp BTXM và lớp móng gia cố xi măng, điều kiện dính bám đưa đến kết quả hợp lý đối với các độ võng đo được trong thí nghiệm HWD này.

Thủ tục tính toán sử dụng trong ví dụ này và các mô tả trong Hình 20 được sử dụng để tính ngược là mô đun đàn hồi và trị số k có tính cả các thí nghiệm tại điểm giữa của đoạn đường. Phương pháp và các công thức của trình tự tính toán theo trị số AREA được đưa vào các bảng tính một cách thuận lợi.

8.2.5.3  Tính ngược lớp đàn hồi tương tác

Không giống như thủ tục tính toán dạng đóng trình bày trước đây, phương pháp này dựa trên lý thuyết đàn hồi lớp và một quá trình tính toán toàn diện các trị số mô đun của tất cả các lớp mặt đường. Như thể hiện trong Hình 23 phương pháp này thích hợp nhất cho các mặt đường BTN, mặt đường BTN tăng cường trên BTXM và mặt đường BTXM với chương trình LEDFAA được sử dụng làm công cụ đánh giá và thiết kế.

Một phương pháp khác tính ngược mô đun đàn hồi BTXM và hệ số nền k dựa trên lý thuyết tấm có thể được sử dụng cho mặt đường cứng. Tính ngược các thông số lớp cho đoạn thử nghiệm sự làm việc dài hạn của mặt đường, Phần I: Phân tích mặt đường cứng với tấm trên nền đàn hồi và tấm trên nền bán không gian đàn hồi. Phương pháp hồi quy giải phương trình tổ hợp của bán kính độ cứng tương đối λ và hệ số nền k tương tự như phương pháp tính ngược cho các lớp đàn hồi. Phương pháp này đưa đến sự phù hợp nhất giữa độ võng tính toán và độ võng đo được ở các đầu đo.

Tuy nhiên, các thủ tục tính ngược lớp đàn hồi không phải bao giờ cũng thực hiện tốt đối với đoạn mặt đường BTXM. Vì vậy, khi công cụ phân tích dựa trên phương pháp này được sử dụng để tính ngược, kết quả phải được xem xét kỹ lưỡng để đảm bảo tính hợp lý và nhất quán đối với các giá trị điển hình. Với quy trình tính ngược dạng đóng, phương pháp đàn hồi lớp được sử dụng để tính toán các trị số mô đun lớp dựa trên dữ liệu chậu võng, chiều dày lớp và tổ hợp lớp mặt đường. Điều này thực hiện bằng việc tính toán một tập hợp mô đun đàn hồi lớp ban đầu (giá trị chọn) và một khoảng hợp lý giá trị mô đun của mỗi loại vật liệu. Các trị số mô đun và hệ số Poisson điển hình của vật liệu mặt đường thể hiện trong Bảng 10 và 11.

Bảng 10. Các trị số mô đun điển hình của các vật liệu mặt đường

...

...

...

Giá trị thấp MPa (psi)

Giá trị điển hình, MPa (psi)

Giá trị cao, MPa (psi)

BTN

483 (70 000)

3447 (500 000)

13790 (2 000 000)

BTXM

6895 (1 000 000)

...

...

...

62053 (9 000 000)

Móng bê tông nghèo

6895 (1 000 000)

13790 (2 000 000)

20684 (3 000 000)

Móng gia cố nhựa

689 (100 000)

3447 (500 000)

10342 (1 500 000)

...

...

...

1379 (200 000)

5171 (750 000)

13790 (2 000 000)

Móng cấp phối hạt

69 (10 000)

207 (30 000)

345 (50 000)

Móng dưới cấp phối hoặc nền

34 (5 000)

...

...

...

207 (30 000)

Đất gia cố

69 (10 000)

50,000 (345)

1379 (200 000)

Đất dính

21 (3 000)

48 (7 000)

172 (25 000)

...

...

...

Vật liệu

Giá trị thấp

Giá trị cao

Bê tông nhựa hoặc móng gia cố nhựa

0,25

0,40

Bê tông xi măng

0,10

0,20

...

...

...

0,15

0,25

Móng, móng dưới hoặc nền đường bằng cấp phối hạt

0,20

0,40

Đất gia cố

0,15

0,30

Đất dính

...

...

...

0,45

Sau khi một khoảng giá trị mô đun được gắn cho mỗi lớp, quá trình lặp được thực hiện nhằm nhận được sự phù hợp tốt nhất giữa độ võng đo được và độ võng tính toán được. Quá trình tính toán được bắt đầu bằng việc tính toán mô đun ban đầu gọi là giá trị “chọn" cho mỗi lớp trong phạm vi định trước. Việc lựa chọn giá trị ban đầu này dựa trên loại vật liệu và điều kiện môi trường tại thời điểm thí nghiệm. Chậu võng ban đầu sau đó được tính toán bằng việc sử dụng tải trọng HWD. Sau đó, chậu võng ban đầu được so sánh với chậu võng đo được như thể hiện trong Hình 22. Nếu các chậu võng này có sự khác biệt lớn, trị số mô đun "chọn" trong phạm vi định trước hoặc chiều dày mặt đường sẽ được hiệu chỉnh. Quy trình được lặp lại cho đến khi độ võng tính toán được từ giá trị mô đun hiệu chỉnh hội tụ với độ võng HWD đo được tại một mức sai số không vượt quá 5%. Khi soát xét mức sai số và kết quả tính ngược, chú ý rằng không chỉ có một lời giải đơn nhất trong quá trình tính ngược. Độ lớn của sai số và giá trị mô đun lớp nhận được của một lời giải qua quá trình tính lặp bằng việc sử dụng lý thuyết đàn hồi lớp ảnh hưởng bởi các yếu tố, bao gồm:

• Số lượng lớp: Khi số lượng lớp tăng lên trong quá trình phân tích ngược, mức độ sai số sẽ có thể tăng lên và có thể nhận được lời giải không hợp lý.

• Chiều dày lớp: Khi chiều dày của một lớp giảm xuống trong quá trình phân tích, mức độ sai số có thể tăng lên. Nếu chiều dày tính toán của một lớp khác với chiều dày thực về căn bản, mức độ sai số có thể tăng lên.

• Tình trạng mặt tiếp xúc giữa các lớp: Cường độ của độ dính bám giữa hai lớp trong một phân tích đa lớp có thể ảnh hưởng tới kết quả và mức độ sai số.

• Nhiệt độ lớp BTN: Lớp BTN rất nhạy cảm với sự thay đổi của nhiệt độ. Khi nhiệt độ không khí thay đổi đáng kể trong ngày hè nắng nóng, trị số mô đun của lớp BTN cũng sẽ thay đổi đáng kể. Điều này có thể ảnh hưởng đến mức độ sai số và kết quả phân tích.

• Giá trị “chọn” của lớp: Trị số mô đun ban đầu lựa chọn cho mỗi lớp có thể có ảnh hưởng tới kết quả. Độ lớn của sai số sẽ phụ thuộc vào thuật toán lặp được sử dụng bởi phần mềm tính ngược.

• Tỷ số mô đun lớp của các lớp lân cận: Sai số lớn hơn có thể xuất hiện khi trị số mô đun tính được giữa hai lớp lân cận trong một kết cấu mặt đường khác biệt đáng kể. Ví dụ, sai số và kết quả nhận được từ việc phân tích kết cấu mặt đường gồm lớp BTN đày 100 mm (4 inch) tăng cường trên lớp BTXM đày 375 mm (15 inch) là khá cao.

• Lớp cứng bên dưới: Tương tự, nếu một lớp có độ cứng tương đối trong phạm vi 3 m (10 feet) của kết cấu mặt đường, mức độ sai số có thể khá lớn nếu công cụ tính ngược không kể đến lớp này, thường được gọi là "chiều sâu tới nền đá”. Tuy nhiên, lớp này không nhất thiết phải là đá, nó có thể là lớp có độ cứng lớn hơn nhiều so với các lớp không dính bên trên nó.

...

...

...

• Sai số của đầu đọc: Nếu các đầu đọc của thiết bị HWD không được hiệu chỉnh hoặc độ võng do được nằm ngoài phạm vi cho phép của đầu đọc, mức độ sai số có thể tăng lên.

• Tấm nén HWD: Nếu tấm nén không tiếp xúc đều với mặt đường, mức độ sai số có thể tăng lên.

• Ảnh hưởng của mùa: Mực nước ngầm có thể thay đổi trong năm. Hơn nữa, đối với khí hậu miền Bắc, nhiệt độ nóng lạnh của mùa hè và mùa đông có thể ảnh hưởng đến mức độ sai số và kết quả phân tích.

• Sự thay đổi thuộc tính vật liệu: Mặt đường được xây dựng trên nền đường hoặc vật liệu đắp có chiều dày và các đặc điểm có thể thay đổi theo chiều ngang hoặc theo trắc dọc. Nền đường có thể phi tuyến, không đồng nhất và bất đẳng hướng. Các đặc trưng của nền đường có thể thay đổi đáng kể trong một khoảng cách tương đối ngắn.

Do có rất nhiều các yếu tố ảnh hưởng tới mức độ sai số và kết quả và do không có một lời giải đơn nhất nên việc tính ngược theo phương pháp lặp đàn hồi lớp đòi hỏi phải có nhận định kỹ thuật tốt.

Hình 23 thể hiện quá trình tính ngược theo đàn hồi lớp thực hiện để nhận được các trị số mô đun hợp lý nhằm cung cấp đầu vào tin cậy cho công tác đánh giá, thiết kế và quản lý mặt đường.

CHÚ THÍCH: Tiêu chuẩn ASTM D 5858 (Hướng dẫn tính toán mô đun đàn hồi tương đương của vật liệu mặt đường sử dụng lý thuyết đàn hồi lớp) và Sổ tay thiết kế hướng dẫn tính toán ngược các mô đun lớp mặt đường (thuộc chương trình đánh giá sự làm việc dài hạn của mặt đường, hỗ trợ cho tiêu chuẩn AASHTO 1993 Hướng dẫn thiết kế mặt đường) đưa ra hướng dẫn thiết lập phân tích tính ngược ban đầu và sau đó, thực hiện các điều chỉnh theo yêu cầu nhằm nhận được các lời giải hợp lý.

Mặc dầu, việc tính toán ngược các trị số mô đun lớp hợp lý phụ thuộc vào nhiều yếu tố, các đề xuất sau có thể cải thiện xác suất thành công trong việc đánh giá dữ liệu đo võng trong mỗi đoạn mặt đường.

- Thí nghiệm xuyên côn động (DCP): Khi khoan lấy mẫu được thực hiện trong công tác nghiên cứu mặt đường, thực hiện thí nghiệm DCP qua lỗ khoan, qua các lớp móng không dính và xuyên vào nền 450 mm (18 inch). Tính toán dữ liệu DCP, CBR và trị số mô đun đàn hồi cho mỗi lớp.

...

...

...

- Tối ưu hóa số lượng lớp: Loại trừ các lớp cứng biểu kiến, hạn chế số lớp trong phân tích ngược tới 5 lớp hoặc nhỏ hơn, 3 lớp là tối ưu. Theo quy định trong ASTM D 5858, số lượng các đầu đo võng không ít hơn số lượng lớp trong phân tích. Vì vậy, đối với thiết lập 4 đầu đọc theo SHRP, số lượng lớp không được nhiều hơn 4 sử dụng trong phân tích.

- Kết hợp các lớp có vấn đề: Đối với 2 lớp vật liệu hạt không dính liền kề, xem xét việc kết hợp các lớp này vào cùng một lớp tương đương có chiều dày kết hợp. Đối với mặt đường BTXM, BTN tăng cường trên BTXM với móng hoặc móng dưới bằng vật liệu hạt, xem xét việc loại bỏ lớp hạt khỏi quá trình phân tích (vd, sử dụng lớp nền đường "phức hợp”). Đối với lớp BTN mỏng tăng cường trên mặt đường BTXM, xem xét việc loại bỏ lớp BTN khỏi quá trình tính ngược.

- Kiểm tra chiều sâu tới lớp cứng: Chiều sâu này có thể ảnh hưởng đáng kể tới kết quả phân tích. Mức độ ảnh hưởng này có thể biến đổi phụ thuộc vào phần mềm sử dụng trong phân tích. Nếu kết quả ban đầu không hợp lý, xem xét lại các dữ liệu bổ sung từ các hồ sơ khảo sát, thiết kế để kiểm tra loại và mức độ biến đổi của chiều sâu tới đá hoặc lớp cứng bên dưới.

- Phân tích từng chậu võng: Việc tính ngược nên thực hiện cho từng chậu võng hơn là tính toán chậu võng đại diện bằng việc sử dụng trị số độ võng trung bình cho từng đầu đọc. Việc sử dụng chậu võng đại diện có thể dẫn đến việc bỏ qua các lớp yếu cục bộ trong đoạn thí nghiệm.

- Chia nhỏ các lớp nền đường: Nếu mực nước ngầm nằm trong phạm vi 3 m (10 feet), mức độ sai số có thể được giảm thiểu bằng cách chia các lớp nền đường thành 2 lớp: lớp trên và lớp dưới mực nước ngầm. Lý do chủ yếu của việc phân lớp này là mô đun của nền đường trong điều kiện bão hòa có thể nhỏ hơn đáng kể so với nó trong điều kiện không bão hòa.

- Sử dụng các đầu đo phía ngoài: Có vài tình huống nhận được kết quả tốt hơn bằng cách không sử dụng độ võng bên dưới tấm nén. Nếu thí nghiệm HWD thực hiện trong một ngày nóng, lớp BTN có thể bị nén ép đáng kể. Lượng nén ép này có thể lớn hơn nếu thí nghiệm trên lớp BTN tăng cường trên BTXM trong ngày nóng. Đối với các tình huống này, việc sử dụng các đầu đo ngoài có thể làm giảm mức độ sai số trong quá trình tính ngược. Các nội dung trên đưa ra các hướng dẫn để đạt được các kết quả tính ngược tin cậy và nhất quán. Các máy tính có tốc độ cao cho phép sử dụng phần mềm để tính toán một cách hiệu quả các trị số mô đun. Bảng 12 và 13 trình bày đặc điểm của một vài chương trình dựa trên lý thuyết đàn hồi lớp tuyến tính và phi tuyến. Các lưu ý trong mỗi bảng cung cấp các thông tin thêm về đặc điểm của mỗi chương trình phần mềm.

Bảng 12. Các chương trình đánh giá tính ngược tuyến tính

Tên chương trình

Các hàm phụ tính toán

...

...

...

Đánh giá lớp tiếp xúc bề mặt

Số lượng tối đa các lớp

Hàm hội tụ

BAKFAA

LEAF

Có

Thay đổi được

10

Sai số quân phương

...

...

...

BISAR

Có

Thay đổi được

Không vượt quá số lượng đầu đo. Làm việc tốt nhất với 3 lớp chưa biết

Tổng bình phương sai số tuyệt đối

CHEVDEF

CHEVRON

Có

Cố định (thô)

...

...

...

Tổng bình phương sai số tuyệt đối

ELSDEF

ELSYM5

Có

Cố định (thô)

Không vượt quá số lượng đầu đo. Làm việc tốt nhất với 3 lớp chưa biết

Tổng bình phương sai số tuyệt đối

MODULUS

WESLEA

...

...

...

Cố định

Tối đa 4 lớp chưa biết cộng với lớp cứng

Tổng bình phương sai số tương đối

WESDEF

WESLEA

Có

Thay đổi được

Tối đa 5 lớp chưa biết

Tổng bình phương sai số tuyệt đối

...

...

...

CHEVRON

Có

Cố định

Tối đa 4 lớp chưa biết cộng với lớp cứng

Tổng bình phương sai số tuyệt đối

CHÚ THÍCH: Tất cả các chương trình đều sử dụng lý thuyết đàn hồi nhiều lớp trong quá trình tính ngược. Tất cả các chương trình trừ MODULUS đều sử dụng phương pháp tính lặp ngược; Chương trình MODULUS sử dụng định dạng cơ sở dữ liệu. Trị số mô đun “chọn” được sử dụng cho tất cả các chương trình. Khoảng giá trị mô đun chấp nhận được yêu cầu cho tất cả các chương trình MICHBAK. Tất cả các chương trình cho phép người sử dụng cố định các giá trị mô đun cho 1 lớp. Tất cả các chương trình đều có hàm hội tụ sai số.

Bảng 13. Các chương trình đánh giá tính ngược phi tuyến

Tên chương trình

Hàm tính toán

...

...

...

Đánh giá lớp tiếp xúc bề mặt

Số lượng lớp lớn nhất

Hàm hội tụ

BUSDEF

Odemark - Boussinesq

Có

Cố định (thô)

5, tốt nhất là 3 lớp

Tổng phần trăm sai số

...

...

...

Odemark - Boussinesq

Có và thay đổi được

Cố định (thô)

4, không kể lớp cứng

Sai số tương đối trên 5 đầu đọc

EMOD

CHEVRON

Không

Cố định (thô)

...

...

...

Tổng sai số bình phương tương đối

EVERCALC

CHEVRON

Có

Cố định (thô)

3, không kể lớp cứng

Tổng sai số tuyệt đối

FREDDI

BASINPT

...

...

...

Cố định (thô)

Chưa biết

Chưa biết

ISSEM4

ELSYM5

Không

Cố định (thô)

4

Sai số độ võng tương đối

...

...

...

CHEVRON

Có

Cố định

Từ 2 đến 15 lớp, tối đa 5 lớp chưa biết

Sai số độ võng tương đối giữa các đầu đọc

PADAL

Chưa biết

Chưa biết

Cố định (thô)

...

...

...

Tổng sai số bình phương tương đối

RoSy DESIGN

Odemark - Boussinesq

Không

4

Sai số tương đối trên 6 đầu đọc

CHÚ THÍCH: Tất cả các chương trình, trừ BOUSDEF và ELMOD/ELCON sử dụng lý thuyết đàn hồi nhiều lớp trong quá trình tính ngược; BOUSDEF và ELMOD/ELCON sử dụng hàm tính toán Odemark- Boussinesq. Tất cả các chương trình để sử dụng phương pháp lặp tính ngược. Phân tích phi tuyến đối với ELMOD/ELCON, EMOD và PADA chỉ giới hạn ở nền đường. Mô đun “chọn" được yêu cầu cho tất cả các chương trình trừ ELMOD/ELCON và FREDDI. Trừ ELMOD/ELCON, khoảng giá trị chấp nhận của các giá trị mô đun phải được đưa vào, chưa biết đối với FREDDI và PADA. Tất cả các chương trình cho phép người dùng cố định trị số mô đun cho các lớp, chưa biết đối với FREDDI và PADA. Chỉ có BOUSDEF có một hàm hội tụ sai số, chưa biết đối với PADA.

Điều cần quan tâm trong quá trình tính ngược là sự hiện diện của một lớp yếu nằm trực tiếp trên hoặc bên dưới một lớp rất cứng. Nếu việc lấy mẫu khoan hình trụ được thực hiện trong nghiên cứu mặt đường, sẽ rất có lợi khi thực hiện thí nghiệm HWD trực tiếp ngay trên các vị trí khoan để có thể nhận được mức độ tin cậy cao của kết quả tính ngược tại các vị trí khoan.

...

...

...

8.2.5.4  Đánh giá khe co dãn mặt đường BTXM

Việc đánh giá các khe co dãn của mặt đường BTXM hoặc các vết nứt là rất quan trọng bởi vì phần tải trọng truyền qua từ tấm này sang tấm lân cận có thể ảnh hưởng đáng kể tới khả năng chịu lực của kết cấu mặt đường.

Các thí nghiệm HWD được thực hiện tại các khe co dãn và các vết nứt để đánh giá bao nhiêu phần trăm tổng trọng lượng càng chính được truyền từ tấm bị chịu lực sang tấm không bị chịu lực. Khi phần tải trọng được truyền tới tấm không bị chịu tải tăng lên, ứng suất uốn trong tấm bị chịu tải giảm xuống và tuổi thọ của mặt đường được kéo dài. Phần tải trọng truyền qua phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm bố trí của càng bánh, diện tích tiếp xúc của lốp, nhiệt độ mặt đường, việc sử dụng các thanh truyền lực và việc sử dụng lớp móng gia cố bên dưới mặt đường BTXM. Hiệu quả truyền tải trọng về mặt độ võng LTE_Δ thưởng được định nghĩa như trong công thức 16. Nếu LTE_Δ được tính toán cho mặt HWD tăng cường trên BTXM tại vết nứt phản ánh tại khe co dãn, sự nén ép của lớp BTN tăng cường có thể dẫn tới đánh giá không chính xác mức độ truyền tải trọng. Đối với tình huống này, thí nghiệm HWD được thực hiện với việc sử dụng đầu đọc thứ 2 và thứ ba của thiết bị và sau đó sử dụng các đầu đọc này trong việc tính toán trị số LTE_Δ.

                        (16)

Trong đó:

LTE_Δ = Hiệu quả truyền lực về mặt độ võng, phần trăm

Δ_{unloader_slab} = Độ võng của tấm không chịu tải, mils

Δ_{loader_slab} = Độ võng của tấm chịu tải, mils

Sau khi tính được trị số LTE_Δ, cần lập mối liên hệ tới hiệu quả truyền tải trọng về mặt ứng suất (LTE_δ) để biết được sự ảnh hưởng của tải trọng truyền qua đến khả năng chịu tải của mặt đường. Điều này là cần thiết bởi vì trình tự thiết kế và đánh giá giả thiết rằng lượng truyền tải là đủ để giảm ứng suất uốn trong cạnh tự do của tấm BTXM tới 25%. Khi quan hệ giữa LTE_Δ và LTE_δ không tuyến tính, các phân tích thêm được thực hiện nếu hiệu quả truyền lực về mặt ứng suất là 25%. Trị số LTE_δ được định nghĩa trong công thức 17.

...

...

...

Trong đó:

LTE_δ = Hiệu quả truyền lực về mặt ứng suất, phần trăm

δ_{unloader_slab} = Ứng suất trong tấm không chịu tải, psi

δ_{loader_slab} = Ứng suất trong tấm chịu tải, psi

Việc sử dụng các biểu đồ trị số ISM dọc theo đoạn đường được sử dụng để minh họa cách nhận dạng phân đoạn mặt đường. Nếu giá trị LTE_δ được vẽ cho mặt đường BTXM có khe co dãn hoặc BTN tăng cường trên BTXM, các khác biệt về khả năng của khe co dãn có thể hiện rõ. Sự thay đổi về khả năng truyền lực liên quan tới loại khe co dãn (vd, khe co dãn có thanh truyền lực so với khe co dãn không có thanh truyền lực) hoặc sự hư hại của vật liệu chèn khe đối với mặt đường không có thanh truyền lực. Hơn nữa, sự thay đổi về khả năng truyền lực có thể là một biểu thị của lượng tải trọng truyền qua do lớp móng được gia cố bên dưới tấm BTXM.

8.2.5.5  Đánh giá các hốc rỗng dưới mặt đường BTXM

Bên cạnh việc truyền lực qua khe co dãn, đặc tính quan trọng của mặt đường BTXM là tình trạng tiếp xúc của tấm BTXM. Một trong các giả thiết được đặt ra trong quá trình tính ngược của mặt đường BTXM là toàn bộ tấm được tiếp xúc hoàn toàn với móng. Sự hiện diện của các hư hại bề mặt ví dụ như các vết nứt ở góc tấm, hư hỏng khe co dãn và nứt tấm chỉ ra rằng hiện tượng mất tiếp xúc có thể xảy ra trong đoạn thí nghiệm. Cùng với việc đánh giá tình trạng khe co dãn, việc phân tích các hốc rỗng tập trung vào gần khe co dãn hoặc ở các góc tấm.

Sự mất tiếp xúc có thể tồn tại bởi một trong ba lý do. Hiện tượng xói mòn có thể xảy ra trong lớp móng, móng dưới hoặc nền đường trừ phi các tiêu chí then chốt được tuân thủ trong việc thiết kế các lớp gia cố. Bên cạnh hiện tượng xói mòn, hiện tượng lún cũng xảy ra bên dưới lớp BTXM. Lý do chủ yếu của hiện tượng lún đó là đầm nén không đủ trong quá trình thi công. Cuối cùng, hiện tượng mất tiếp xúc có thể xảy ra do nhiệt độ hoặc độ ẩm làm cong vênh tấm. Mức độ cong vênh trong tấm BTXM tương đối đồng đều trong năm nhưng độ lớn có thể thay đổi lớn trong ngày, phụ thuộc vào các yếu tố chính như chiều dày tấm BTXM, loại móng và sự thay đổi của nhiệt độ. Việc đánh giá hốc rỗng có thể thực hiện tại các góc tấm hoặc tại điểm giữa khe co dãn.

CHÚ THÍCH: Hình 29 vẽ 3 thí nghiệm HWD thả rơi với 3 mức tải tại các vị trí khác nhau. Nếu đường thí nghiệm cắt trục X gần gốc tọa độ, bên dưới tấm có sự tiếp xúc tốt. Nếu đường thí nghiệm cắt bên phải gốc trục tọa độ, mức độ mất tiếp xúc là lớn hơn. Tổng quát, điểm cắt độ võng lớn hơn 3 mils biểu thị sự tồn tại của hốc rỗng.

...

...

...

Mặc dầu thí nghiệm HWD có thể chỉ ra sự tồn tại của hốc rỗng bên dưới tấm BTXM nhưng các phương pháp khác ví dụ như khoan, dùng sóng radar hoặc phổ bức xạ hồng ngoại cũng cần được sử dụng để khẳng định sự tồn tại của hốc rỗng.

8.2.5.6  Đánh giá độ bền của mặt đường BTXM

Phân tích tính ngược giả định rằng lớp BTXM là đồng nhất. Hơn nữa, kết quả tính ngược là dựa trên độ võng tại điểm giữa tấm và điều kiện của tấm tại các điểm bên trong. Tuy nhiên, mặt đường BTXM có thể có các vấn đề về độ bền là hậu quả của hỗn hợp cấp phối bê tông không tốt, thi công không tốt, cốt liệu không bền và có phản ứng hóa học, độ ẩm của thời tiết và thay đổi nhiệt độ ngày đêm. Tổng quát, vấn đề về độ bền suy giảm lớn nhất dọc theo khe co dãn của tấm BTXM và tại góc tấm bởi vì độ ẩm là cao nhất tại các vị trí này. Phần này tập trung vào cách đánh giá các vấn đề về độ bền của tấm BTXM

Dữ liệu đo HWD có thể rất hữu ích trong việc đánh giá mức độ hư hại của các vấn đề có liên quan đến độ bền bởi vì tình trạng bề mặt có thể không thể hiện được sự hư hại bên dưới mặt BTXM. Điều này đặc biệt đúng nếu mặt đường BTXM được tăng cường bằng một lớp BTN. Thông thường, mức độ nghiêm trọng của sự hư hại về độ bền tăng lên sau khi tăng cường thêm lớp BTN bởi vì độ ẩm tồn tại ở mặt tiếp xúc giữa BTN và BTXM.

Phạm vi của các vấn đề về độ bền có thể được đánh giá bằng việc tính toán trị số ISM (hoặc DSM) nhận được từ tâm của tấm và so sánh nó với trị số ISM (hoặc DSM) tại các khe co dãn ngang hoặc khe co dãn dọc tại góc tấm.

Tỷ số ISMratio sẽ không bằng 1 đối với một tấm hoàn hảo bởi vì độ võng của tấm là lớn nhất tại các góc tấm và nhỏ nhất tại điểm giữa tấm. Khi việc phân tích sự truyền tải trọng qua khe co dãn hoặc phân tích mất mát tiếp xúc được thực hiện, cùng một dữ liệu đo võng thô được sử dụng để tính toán ISM_ratio.

Trong đó:

ISM_ratio = Tỉ số mô đun độ cứng xung lực

...

...

...

ISM_{slap_corner} = Mô đun độ cứng xung lực tại điểm góc tấm, Ibs/inch

ISM_{slap_joint} = Mô đun độ cứng xung lực tại khe co dãn, Ibs/inch

Tỉ số ISM_ratio lớn hơn 3 biểu thị rằng độ bền của mặt đường BTXM tại góc hoặc khe co dãn là rất xấu. Nếu nó nằm trong khoảng từ 1,5 đến 3, độ bền chưa biết được. Cuối cùng, nếu tỷ số này nhỏ hơn 1,5, mặt đường BTXM trong tình trạng tốt. Các khoảng này dựa trên giả thiết rằng độ bền phần bên trong tấm BTXM là tốt. Giả thiết này được kiểm tra bằng việc soát xét lại các giá trị mô đun nhận được trong quá trình phân tích ngược của lớp BTXM.

CHÚ THÍCH: Hình 31 là một ví dụ về biểu đồ ISM_ratio vẽ cho mặt đường BTN tăng cường trên mặt BTXM của một đường lăn. Như chỉ ra trong hình vẽ này, một vài vị trí có độ bền của tấm BTXM là thấp. Trong tình huống này, việc khoan cần thực hiện tại các vùng có nghi ngờ và so sánh với bên trong, khe co dãn và góc tại các nơi mà mặt đường BTXM có tình trạng tốt. Các lỗ khoan ở các vị trí có nghi ngờ phải được khảo sát và thực hiện các thí nghiệm bổ sung (vd, phân tích xuyên qua đồ thị, ép chẻ v.v...) nếu cần để đánh giá mức độ nghiêm trọng của hư hại về độ bền.

Việc sử dụng chỉ số ISM_ratio đối với mặt đường BTN tăng cường trên BTXM có một số ưu điểm về loại bỏ ảnh hưởng của “hiện tượng nén ép lớp BTN” có thể xảy ra trong quá trình thực hiện thí nghiệm HWD. Giả thiết rằng lớp BTN có chiều dày như nhau trong phạm vi tấm BTXM và tình trạng của nó (vd, độ cứng và phạm vi phát triển vết nứt do co ngót) là tương đối đồng đều trong tấm, lượng nén ép được xấp xỉ bằng nhau tại điểm giữa, các góc và khe co dãn. Tổng cộng sự ảnh hưởng là tỷ số ISM_ratio sẽ phản ánh chủ yếu độ bền của lớp BTXM.

8.3  Sử dụng số liệu HWD để tính PCN sân bay

8.3.1  Các đặc trưng yêu cầu

Các đặc trưng được yêu cầu làm đầu vào cho quá trình đánh giá và phân tích mặt đường bao gồm mô đun đàn hồi lớp, trị số CBR, mô đun phản ứng nền k, tính số phân cấp mặt đường BTXM. Điều này đưa ra hướng dẫn sử dụng các đầu vào dựa trên thí nghiệm HWD cho việc đánh giá và thiết kế. Việc triển khai đầu vào cho đánh giá và thiết kế đòi hỏi tiếp cận qua hai bước. Đầu tiên, phải sử dụng cách tiếp cận bằng phép thống kê để quyết định các giá trị đầu vào nào được sử dụng cho mỗi đặc trưng mặt đường. Dữ liệu đo võng thô được sử dụng với sự liên hệ với hồ sơ thi công, khoan, lấy mẫu và nhận dạng phạm vi của mỗi đoạn mặt đường thí nghiệm. Khi mỗi đoạn điển hình có nhiều vị trí thí nghiệm, một giá trị điển hình được lựa chọn cho việc đánh giá và thiết kế.

Bước thứ hai yêu cầu sử dụng các đặc trưng mặt đường phù hợp với các chương trình đánh giá và thiết kế mặt đường yêu cầu các đầu vào truyền như trị số CBR cho mặt đường mềm (BTN) và mô đun phản ứng nền (trị số k) cho mặt đường cứng (BTXM). Cần phải biết được chương trình đánh giá hoặc thiết kế nào sẽ được sử dụng để thực hiện việc phân tích tính toán ngược. Để nhận được kết quả đánh giá và thiết kế tin cậy, lý thuyết phải giống nhau cho cả hai quá trình phân tích “xuôi" và “ngược".

...

...

...

8.3.2.1  Nguồn gây sai số thí nghiệm HWD

Có hai nguồn gây sai số cần nhận dạng khi lựa chọn đều vào dựa trên thí nghiệm HWD. Nguồn đầu tiên là “sai số hệ thống” có thể gây ra bởi sai hỏng trong thiết bị HWD. Nguồn sai số hệ thống trong thiết bị HWD bao gồm đầu đọc, các bộ vi xử lý và phần mềm điều khiển. Nguồn sai số thứ hai là “sai số ngẫu nhiên". Đối với công tác đo võng mặt đường và xác định các đặc tính, các nguồn gốc của sai số ngẫu nhiên có thể được phân loại như sau:

8.3.2.1.1  Các sai số do ảnh hưởng của môi trường

Độ võng phản hồi ghi lại bởi thiết bị HWD sẽ biến đổi do sự thay đổi của nhiệt độ không khi, bức xạ mặt trời loại và lượng mưa trên mặt đường, mực nước ngầm dao động. Các đặc tính của nhiều loại vật liệu mặt đường sẽ thay đổi trong các điều kiện môi trường. Sự thay đổi điều kiện này ảnh hưởng tới độ võng tổng thể của mặt đường khi nó được thực hiện thí nghiệm bởi thiết bị HWD.

8.3.2.1.2  Các sai số phụ thuộc thời gian

Độ võng HWD ghi lại và các đặc trưng vật liệu của mặt đường có giá trị đối với một thời điểm trong thời gian tuổi thọ của mặt đường. Các đặc trưng lớp của mặt đường sẽ thay đổi khi vật liệu bị lão hóa cũng như cùng với số lượng và độ lớn của tàu bay và các phương tiện giao thông tăng lên. Sự thay đổi có thể xuất hiện từ các vệt xe chạy và sự lão hóa của lớp BTN, phản ứng giữa chất kiềm và silic, các vết nứt do giảm độ bền của lớp BTXM, độ bền chịu uốn và mô đun đàn hồi thay đổi trong lớp BTXM, sự gỉ của các thanh truyền lực hoặc cốt thép gia cường.

8.3.2.1.3  Các sai số thi công

Mặc dầu có thể xác định chính xác phạm vi của mỗi đoạn mặt đường trong một tuyến nhưng sự thay đổi có thể xảy ra đáng kể trong phạm vi phân đoạn. Đây là sự biến thiên cố hữu có liên quan tới việc thi công một mặt cắt ngang đường. Nguồn gốc của các thay đổi do thi công bao gồm các sai lệch về chiều dày lớp quy định, công thức trộn BTN, độ đầm chặt BTN, độ bền chịu uốn của BTXM, các lỗ rỗng trong BTXM, nguồn vật liệu cốt liệu, vấn đề sử dụng các hợp chất bảo dưỡng.

Sai số hệ thống có thể được giảm thiểu bằng cách đảm bảo các thiết bị HWD được định kỳ báo dưỡng và hiệu chỉnh. Các biến đổi liên quan đến ảnh hưởng của môi trường có thể được giảm thiểu bằng cách tuân thủ các hướng dẫn thiết lập và không thực hiện việc thu thập dữ liệu trong các điều kiện có thể làm hại đến sự toàn vẹn của dữ liệu thí nghiệm. Các sai số ngẫu nhiên có liên quan đến sự phụ thuộc thời gian và sai số do thi công là một lý do chính để thu thập và phân tích dữ liệu đo võng. Việc xác định chính xác các đặc tính của mặt đường và các đặc trưng của nền đường sẽ đưa ra các đầu vào tin cậy cho công tác đánh giá và thiết kế mặt đường.

...

...

...

Một thông số thống kê khác có ích trong việc lựa chọn giá trị đầu vào cho công tác đánh giá và thiết kế đó là độ lệch chuẩn. Khi tính được trị số ISM trung bình, độ lệch chuẩn được tính toán bằng công thức 19.

Công thức tính độ lệch chuẩn trung bình:

         (19)

Trong đó:

s = Độ lệch chuẩn của các đặc trưng mặt đường (vd, ISM)

x = Giá trị tính toán của một điểm thí nghiệm (vd, ISM)

x = Giá trị trung bình

n = Số lượng các giá trị (vd, số lượng thí nghiệm) trong đoạn mặt đường.

Một thông số thống kê khác hữu ích trong việc lựa chọn các giá trị đầu vào đó là hệ số biến thiên Cv. Trị số này đơn giản là chia độ lệch chuẩn cho trị số trung bình như trình bày trong Công thức 20. Trị số Cv của các đặc trưng mặt đường thu thập tại hiện trường sẽ biến động lớn. Một giá trị Cv nhỏ hơn 20% thông thường được chấp nhận đối với các đặc trưng mặt đường dựa trên thí nghiệm HWD. Tuy nhiên, nếu Cv biến đổi từ 20 đến 50% hoặc cao hơn thì sẽ là không bình thường nếu tồn tại các nguồn sai số lớn như ảnh hưởng bởi môi trường, sự phụ thuộc vào thời gian hoặc các sai số do thi công.

...

...

...

Trong đó:

Cv = Hệ số biến thiên, %.

Khi lựa chọn đầu vào cho việc đánh giá hoặc thiết kế, phải đồng thời xem xét trị số trung bình, độ lệch chuẩn và hệ số biến thiên. Nhiều quy trình đánh giá và thiết kế đề nghị sử dụng giá trị trung bình trong phân tích.

CHÚ THÍCH: Bảng 14 trình bày các kết quả của phân tích thống kê của tất cả các dữ liệu ISM cho mỗi đoạn trong 4 đoạn mặt đường như trình bày trong Hình 16.

Bảng 14. Kết quả tổng hợp phân tích thống kê trị số ISM cho từng đoạn trong Hình 16

Đoạn

Trung bình, k/in

Độ lệch chuẩn St. Dev, k/in

Hệ số biến thiên Cv, phần trăm

...

...

...

1

4 505

1 016

22,6

3 489

2

896

126

14,2

...

...

...

3

2 010

560

27,7

1 450

4

1 290

280

21,7

...

...

...

Đối với phương pháp đánh giá hoặc thiết kế thiên về an toàn, giá trị trung bình trừ đi một độ lệch chuẩn có thể được sử dụng để thiết lập đầu vào cho quá trình đánh giá và thiết kế. Nếu hệ số biến thiên lớn, các trị số đứng ngoài phải được loại bỏ để tính toán trị số trung bình trừ đi một độ lệch chuẩn. Nếu các giá trị đứng ngoài không được loại bỏ, cách tiếp cận này sẽ dẫn tới việc sử dụng trị số đặc tính mặt đường (vd, ISM hoặc mô đun đàn hồi) nhỏ hơn 85% của tất cả các giá trị thống kê có phân bố chuẩn. Nếu các giá trị đứng ngoài được loại bỏ và việc sử dụng trị số trung bình trừ đi một độ lệch chuẩn sẽ dẫn tới một giá trị đầu vào thấp một cách không hợp lý và phải xem xét việc chia đoạn mặt đường hiện tại thành 2 hoặc nhiều hơn đoạn con.

8.3.3  Sử dụng kết quả HWD trong các Chương trình tính

Bảng 15 trình bày các đầu vào yêu cầu cho việc đánh giá và thiết kế nâng cấp mặt đường sân bay. Khi các giá trị dựa trên thí nghiệm HWD được lựa chọn theo thống kê sử dụng cho quá trình đánh giá và thiết kế, chúng có thể được sử dụng trực tiếp như mô tả trong các tài liệu hướng dẫn trừ các tình huống mà sẽ được mô tả trong phần còn lại của mục này. Trong Bảng 15 kết quả phân tích HWD có thể trợ giúp việc lựa chọn các giá trị từ 10 đến 15 đầu vào yêu cầu để sử dụng chương trình LEDFAA dựa trên lý thuyết đàn hồi lớp và các thiết kế dựa trên trị số CBR và trị số k.

Bảng 15. Các thông số đầu vào yêu cầu cho công tác đánh giá và thiết kế

Các thông số đầu vào yêu cầu

Loại phân tích

Nguồn đầu vào thông dụng

LEDFAA

F806FAA

...

...

...

1. Mô đun đàn hồi của BTXM hoặc BTN

FE, RE, OF, OR

Mô đun HWD, thí nghiệm trong phòng

*

FD, RD

Thiết kế hỗn hợp trong phòng thí nghiệm

*

...

...

...

2. Mô đun đàn hồi của lớp móng, móng dưới gia cố

FE, RE, OF, OR

Mô đun HWD, thí nghiệm trong phòng

*

FD, RD

Thiết kế hỗn hợp trong phòng thí nghiệm

...

...

...

3. Mô đun đàn hồi của lớp móng, móng dưới

FE, RE, OF, OR

Mô đun HWD, thí nghiệm trong phòng, DCP

*

FD, RD

...

...

...

*

4. Mô đun đàn hồi nền đường

Tất cả

Mô đun HWD, thí nghiệm trong phòng, DCP, thí nghiệm hiện trường

*

...

...

...

RE, RD, OR

Mô đun HWD, thí nghiệm hiện trường

*

6. Hệ số CBR của các lớp không dính và nền đường

Tất cả

Tương quan mô đun HWD, DCP, thí nghiệm trong phòng, thí nghiệm hiện trường

...

...

...

7. Các hệ số tương đương của móng và móng dưới

FE, FD, OF

Tương quan mô đun HWD

*

8. Mô đun kéo uốn của BTXM

RE, OR

...

...

...

*

*

RD

Thí nghiệm hỗn hợp trong phòng

*

*

9. Hệ số tăng cường C_b, C_r, cho mặt BTXM

...

...

...

Kết quả HWD

*

10. Hệ số tăng cường SCI cho mặt BTXM

OR

Kết quả HWD, các kết quả PCI

*

...

...

...

11. Chiều dày các lớp mặt đường hiện tại

FE, RE, OF, OR

Khoan, lấy lõi, DCP, GPR

*

*

*

12. Tình trạng dính kết giữa mặt liên kết lớp

FE, FD, RD

Luôn được giả thiết là kết dính

...

...

...

RE, OR

Không dính kết

*

*

OF

Mặt đường cứng không dính kết và mặt đường mềm có dính kết

...

...

...

13. Mô hình tàu bay, trọng lượng, sự hoạt động hàng năm

Tất cả

Các ghi chép của sân bay, quy hoạch tổng thể, các quan trắc hiện trường

*

*

*

14. Tuổi thọ thiết kế

...

...

...

20 năm tới 50 năm

*

*

*

15. Tuổi thọ còn lại

FE, RE

Như quy định bởi chủ quản sân bay với tải trọng hạn chế của tàu bay

*

*

...

...

...

CHÚ THÍCH: FE và RE là đánh giá mặt đường mềm và mặt đường cứng. FD và RD là thiết kế mặt đường mềm và mặt đường cứng. OF là các lớp tăng cường lên mặt đường mềm. OR là tăng cường lên mặt đường cứng. Tất cả các tài liệu ghi chép trong quá khứ luôn là nguồn dữ liệu được quan tâm đầu tiên.

Đối với việc phân tích mặt đường cứng, mô đun kéo uốn Mr được sử dụng cho lớp BTXM hiện tại trong công tác đánh giá và thiết kế tăng cường mặt đường. Đối với việc thiết kế mặt BTXM tăng cường trên mặt BTXM hiện tại có dính kết và đánh giá mặt BTXM hiện tại, mô đun kéo uốn của mặt BTXM hiện tại được sử dụng trong phân tích. Phạm vi biến đổi cho phép của Mr trong LEDFAA là 4 đến 5.5 MPa (650 đến 800 psi) và 3 đến 6 MPa (500 đến 900 psi). Mô đun đàn hồi tính ngược của mặt BTXM được sử dụng để tính toán mô đun kéo uốn như trong công thức 21. Kết quả nhận được từ Công thức 21 được so sánh với kết quả nhận được bằng cách sử dụng tương quan cường độ ép chẻ trình bày trong Công thức 22.

     (21)

M_r = 1.02 (f^’_t + 200 psi)   (22)

Trong đó:

M_r = Mô đun kéo uốn của BTXM, psi

E_pcc = Giá trị trung bình của mô đun đàn hồi tính ngược của mặt BTXM, psi

f’_t = Cường độ ép chẻ, psi

Trong Bảng 16 mô đun lớp mặt P-401 và P-501 được cố định trong LEDPAA. Các giả thiết tổng quát sau được đặt ra cho việc đánh giá tải trọng tàu bay cho phép, tính toán tuổi thọ còn lại của kết cấu và thiết kế tăng cường. Nếu trị số mô đun tính ngược của mặt đường BTN và BTXM lớn hơn giá trị mô đun cố định trong Bảng 16, kết quả thiết kế sẽ thiên về an toàn. Tương tự, nếu như giá trị mô đun tính ngược thấp hơn giá trị mô đun cố định, kết quả thiết kế tăng cường sẽ trở nên kém an toàn hơn.

...

...

...

Loại lớp

Lớp quy định theo FAA

Mặt đường cứng

Mặt đường mềm

Bề mặt

P-501 BTXM

27579 (4 000 000)

P-401 BTN

...

...

...

1379 (200 000)

Móng và móng dưới gia cố

P-401 BTN

2758 (400 000)

Gia cố thay đổi (mặt đường mềm)

1034 đến 2758 (150 000 đến 400 000)

Gia cố thay đổi (mặt đường mềm)

1724 đến 4826 (250 000 đến 700 000)

P-306 econocrete

...

...

...

P-304 Móng gia cố xi măng

3447 (500 000)

P-301 đất gia cố xi măng

1724 (250 000)

Móng và móng dưới cấp phối

P-209 đá dăm nghiền

517 (75 000)

P-154 sỏi cuội không nghiền

276 (40 000)

...

...

...

Nền đường

7 đến 345 (1 000 đến 50 000)

Chưa định nghĩa

Lớp chưa định nghĩa

7 đến 27579 (1 000 đến 4 000 000)

CHÚ THÍCH: Các giá trị ban đầu được tự động điều chỉnh trong quá trình phân tích dựa trên trị số mô đun của các lớp bên dưới và chiều dày lớp.

Việc sử dụng các toán đồ thiết kế, không yêu cầu cố định giá trị mô đun của BTN và BTXM tại 27579 MPa (4 000 000 psi). Như đã đề cập ở trên, việc đánh giá và thiết kế tăng cường mặt đường cứng sẽ ít phụ thuộc vào giá trị mô đun tính ngược của lớp BTXM.

8.3.4  Sử dụng mô đun tính ngược của lớp móng trên và móng dưới gia cố.

Bảng 16 thể hiện khoảng cho phép của giá trị mô đun đối với lớp BTN và các lớp móng gia cố xi măng trong chương trình LEDFAA. Đối với công tác đánh giá và thiết kế tăng cường của mặt đường mềm và mặt đường cứng, giá trị mô đun của các lớp gia cố được lựa chọn bằng phương pháp thống kê nhận được thông qua quá trình tính ngược sẽ được sử dụng để lựa chọn các giá trị mô đun đầu vào phù hợp cho chương trình LEDFAA như trình bày trong Bảng 17.

...

...

...

Bảng 17. Giá trị mô đun lớp móng và móng dưới của mặt đường BTN và hệ số tương đương đầu vào

Loại lớp

Trị số mô đun tính ngược, MPa (psi)

Các mô đun đầu vào (LEDFAA), MPa
(psi)

Các hệ số tương đương

Móng^1 và móng dưới gia cố cho mặt đường mềm

> 2758 (400 000)

2758 (400 000)

1,6

...

...

...

Trị số tính ngược

Nội suy giữa 1,2 và 1,6 sử dụng giá trị tính ngược

< 1034 (150 000)

1034 (150 000)

1,2

Móng^1 và móng dưới gia cố xi măng cho mặt đường cứng

> 4826 (700 000)

4826 (700 000)

1,6

...

...

...

Trị số tính ngược

-

< 1724 (250 000)

1724 (250 000)

-

Móng và móng dưới cấp phối

> 276 (40 000)

Sử dụng lớp P-209

1,0

...

...

...

Sử dụng lớp P-154

1,0

CHÚ THÍCH:^1 Hệ số tương đương dựa trên móng cấp phối P-209 trong 150/5320-6

8.3.5  Sử dụng mô đun tính ngược cho các lớp móng trên và móng dưới bằng vật liệu hạt.

Bảng 16 thể hiện rằng giá trị mô đun lớp P-209 và P-154 được cố định giá trị “chọn” ban đầu nhưng được tự động điều chỉnh trong quá trình chạy LEDFAA dựa trên trị số mô đun và chiều dày của các lớp bên dưới. Đối với công tác đánh giá và thiết kế tăng cường cho mặt đường mềm và cứng, phải lựa chọn một lớp P-209 khi mô đun tính ngược của lớp móng trên và móng dưới lớn hơn 276 MPa (40 000 psi) và lớp P-154 khi mô đun tính ngược nhỏ hơn hoặc bằng 276 MPa (40 000 psi).

Đối với công tác đánh giá và thiết kế tăng cường mặt đường mềm, một hệ số tương đương luôn luôn được sử dụng bất kể giá trị mô đun tính ngược của lớp móng trên và móng dưới như trình bày trong Bảng 17. Đối với công tác đánh giá và thiết kế tăng cường mặt đường cứng không có lớp móng trên hoặc móng dưới được gia cố, trị số k nền không được hiệu chỉnh để kể đến sự có mặt của lớp móng trên hoặc móng dưới cốt liệu trong quá trình phân tích nếu sử dụng công thức dạng đóng hoặc phương pháp dựa trên lý thuyết đàn hồi lớp với 1 lớp kết hợp móng dưới/nền đường được sử dụng.

8.3.6  Sử dụng mô đun đàn hồi tính ngược của nền đường.

Khoảng giá trị mô đun cho phép của nền đường có thể sử dụng trong chương trình LEDPAA trình bày trong Bảng 16. Khoảng biến động cho phép từ 7 tới 345 MPa (1 000 tới 50 000 psi) là đặc trưng cho hầu hết các loại đất nền đường. Đối với mặt đường cứng và mặt đường mềm, các giá trị mô đun lựa chọn bằng phương pháp thống kê có thể đưa trực tiếp vào LEDFAA. Tuy nhiên, nhiều nền đất nhạy cảm với ứng suất bởi vì các lớp cứng biểu kiến có thể ảnh hưởng lớn đến kết quả tính ngược, nên phải soát xét các giá trị mô đun lựa chọn theo phương pháp thống kê để đảm bảo chúng nhất quán với các thí nghiệm DCP và CBR tại hiện trường, với các thí nghiệm CBR trong phòng và với số liệu phân loại đất. Trị số CBR và mô đun tính ngược của nền đường có thể được so sánh bằng cách sử dụng công thức 23 là một trong các tương quan thường được sử dụng giữa E và CBR.

E_subgrade = 1500CBR         (23)

...

...

...

CBR = Hệ số mang tải California, phần trăm

E_subgrade = Mô đun đàn hồi của nền đất tính ngược, psi.

Đối với công tác đánh giá và thiết kế tăng cường mặt đường mềm, việc phân tích được thực hiện bằng cách sử dụng trị số CBR của nền. Công thức 23 có thể được sử dụng để tính toán trị số CBR bằng cách sử dụng mô đun nền tính ngược. Đối với công tác đánh giá và thiết kế tăng cường cho mặt đường cứng, việc phân tích được thực hiện bằng cách sử dụng trị số nền k. Trị số k có thể được tính toán từ mô đun đàn hồi tính ngược bằng cách sử dụng công thức 24:

E_subgrade = 26k^1.284            (24)

Trong đó:

k = Hệ số nền, psi/in.

E_subgrade = Mô đun đàn hồi của nền đất tính ngược, psi.

8.3.7  Sử dụng trị số k tính ngược của nền.

Đối với công tác đánh giá và thiết kế tăng cường mặt đường mềm, việc phân tích được thực hiện bằng cách sử dụng trị số CBR của nền hoặc mô đun đàn hồi. Trước khi sử dụng trị số k trong LEDFAA để phân tích mặt đường mềm, trị số k tĩnh lựa chọn phải được chuyển đổi thành mô đun đàn hồi của nền đất đã được tính toán bằng công thức 24. Đối với công tác đánh giá và thiết kế tăng cường mặt đường cứng, trị số k lựa chọn bằng phương pháp thống kê có thể đưa trực tiếp vào LEDFAA. Khoảng giá trị cho phép của mô đun nền tĩnh có thể đưa vào LEDFAA là 17 đến 362 psi/in. Tuy nhiên, một trị số k nhỏ hơn 50 psi/in có thể biểu thị mất mát tiếp xúc giữa các lớp kết cấu.

...

...

...

8.3.8  Lựa chọn các hệ số điều kiện tăng cường của mặt đường BTXM.

Các hệ số điều kiện tăng cường được sử dụng khi mặt đường BTN hoặc BTXM được xây dựng trên một mặt đường BTXM hiện tại. Hệ số C_b và C_r được sử dụng cho mặt đường BTN và BTXM tăng cường. Các hệ số kinh nghiệm này kể đến các hư hỏng kết cấu trong quá khứ bằng cách giảm chiều dày lớp BTXM hiện tại trong thiết kế tăng cường. Hệ số điều kiện C_b và C_r có thể được lựa chọn từ chỉ số tình trạng kết cấu (SCI) bằng cách sử dụng dữ liệu hư hại mặt đường PCI và công thức 25 và 26.

SCI = 93.2C_r + 7.1         (25)

Trong đó:

SCI = Chỉ số tình trạng kết cấu tính toán từ dữ liệu PCI

C_r = Hệ số điều kiện của mặt đường BTXM tăng cường lên

SCI = 100C_b - 25            0.75 ≤ C_b ≤ 1.0   (26)

Trong đó:

C_b = Hệ số điều kiện của lớp BTN tăng cường lên lớp BTXM

...

...

...

8.3.9  Các số liệu đầu vào khác.

8.3.9.1  Các số liệu đầu vào cho phân tích tuổi thọ mặt đường BTXM, BTN

Chiều dày và tình trạng dính bám giữa các lớp nhận được từ công tác khoan, lấy mẫu, GPR và kết quả phân tích DCP. Các số liệu về lưu lượng tàu bay rất quan trọng. Đối với 2 hoặc 3 loại tàu bay nặng nhất, đặc điểm quan trọng nhất đó là trọng lượng cất cánh tổng cộng và số lần cất cánh một năm. Tuổi thọ thiết kế cho mặt đường BTXM là 20 năm, BTN là 10 năm. Đối với việc phân tích tuổi thọ kết cấu còn lại tính bằng năm, tổng tải trọng cất cánh cho phép có thể bị hạn chế để kéo dài tuổi thọ của mặt đường nhằm đáp ứng các yêu cầu vận hành của sân bay.

8.3.9.2  Mất mát tiếp xúc dưới tấm BTXM

Sau khi được khẳng định chắc chắn, nếu kết quả phân tích HWD chỉ ra các hốc rỗng tồn tại nhiều dưới đoạn đường BTXM, có thể có hai giải pháp. Giải pháp đề nghị là thực hiện đánh giá và thiết kế với giả định rằng sự tiếp xúc sẽ được hồi phục qua công tác phụt vữa bên dưới. Trong trường hợp này, trị số k tính ngược lựa chọn bằng phương pháp thống kê.

Giải pháp thứ 2 là thực hiện phân tích bằng phương pháp phần tử hữu hạn để tính toán ứng suất uốn tăng lên trong tấm BTXM gây ra bởi sự mất tiếp xúc bên dưới góc tấm hoặc tại các khe co dãn. Bảng 18 trình bày các khuyến nghị đối với các trị số k triết giảm dựa trên các kết quả phân tích hốc rỗng.

Bảng 18. Các giá trị triết giảm khuyên dùng cho trường hợp mất mát tiếp xúc

Phần trăm các tấm có chiều sâu rỗng > 3 mils

Trị số k tính ngược lựa chọn bằng thống kê (tĩnh)

...

...

...

100 ≤ k < 300

k ≥ 300

0 ≤ % < 10

50

75

100

10 ≤ % < 25

40

60

...

...

...

25 ≤ % < 100

25

40

55

9  Tính số PCN sân bay

9.1  Các đặc trưng tính toán

Các đặc trưng được yêu cầu làm đầu vào cho quá trình đánh giá và phân tích mặt đường bao gồm mô đun đàn hồi lớp, trị số CBR, hệ số nền k, tính số PCN mặt đường sân bay.

Việc triển khai đầu vào cho đánh giá đòi hỏi tiếp cận qua hai bước.

Đầu tiên, sử dụng cách tiếp cận bằng phép thống kê để quyết định các giá trị đầu vào nào được sử dụng cho mỗi đặc trưng mặt đường. Dữ liệu đo võng thô được sử dụng với sự liên hệ với hồ sơ thi công, khoan, lấy mẫu và nhận dạng phạm vi của mỗi đoạn mặt đường trong tuyến. Khi mỗi đoạn điển hình có nhiều vị trí thí nghiệm, một giá trị điển hình được lựa chọn cho việc đánh giá và thiết kế. Bước thứ hai sử dụng các đặc trưng mặt đường phù hợp với các chương trình đánh giá và thiết kế mặt đường.

...

...

...

9.2  Phân tích thống kê đầu vào

Có hai nguồn gây sai số hoặc biến thiên cần nhận dạng khi lựa chọn đầu vào dựa trên thí nghiệm HWD. Nguồn đầu tiên là "sai số hệ thống" có thể gây ra bởi sai hỏng trong thiết bị HWD. Nguồn sai số hệ thống trong thiết bị HWD bao gồm đầu đọc, các bộ vi xử lý và phần mềm điều khiển. Nguồn sai số thứ hai là “sai số ngẫu nhiên". Đối với công tác đo võng mặt đường và xác định các đặc tính, các nguồn gốc của sai số ngẫu nhiên có thể được phân loại gồm:

a. Các sai số do ảnh hưởng của môi trường.

b. Các sai số phụ thuộc thời gian.

c. Các sai số thi công.

Khi lựa chọn đầu vào cho việc đánh giá hoặc thiết kế, phải đồng thời xem xét trị số trung bình, độ lệch chuẩn và hệ số biến thiên. Các quy trình đánh giá và thiết kế đều sử dụng giá trị trung bình trong tính toán.

9.3  Phương pháp đánh giá số PCN sân bay

9.3.1  Triển khai một phương pháp tiêu chuẩn hóa

Annex 14 của ICAO yêu cầu mỗi nước thành viên công bố thông tin về PCN sân bay của tất cả các CHK dân dụng trong Thông báo tin tức hàng không (AIR) của mình.

...

...

...

9.3.2  Xác định ACN

9.3.2.1  Nhà sản xuất cung cấp giá trị ACN của tàu bay

Nhà sản xuất, chế tạo tàu bay cung cấp cách tính toán chính thức giá trị của ACN. Việc tính toán ACN đòi hỏi thông tin chi tiết về các đặc điểm khai thác của tàu bay như tải trọng cất cánh tối đa, tải trọng trên trục càng chính, khoảng cách bánh trên trục càng chính, áp suất bơm bánh và các các yếu tố khác.

9.3.2.2  Cấp của nền

Phương pháp ACN-PCN chấp nhận bốn cấp cường độ nền cho mặt đường cứng và bốn cấp cường độ cho mặt đường mềm. Các điều kiện mang tải tiêu chuẩn này được dùng để biểu thị một phạm vi điều kiện nền như dưới đây:

Bảng 19. Các giá trị tiêu chuẩn mang tải của đất nền đối với mặt đường cứng để tính toán ACN

Cấp cường độ nền

Giá trị k [MN/m^3 (pci)]

Biểu thị k (MN/m^3 (pci)]

...

...

...

Cao

150 (552,6)

k ≥ 120 (≥ 442)

A

Vừa

80 (294,7)

60 ≤ k < 120 (221 ≤ k < 442)

B

Thấp

...

...

...

25 ≤ k < 60 (92 < k < 221)

C

Rất thấp

20 (73,7)

k ≤ 25 (≤ 92)

D

Bảng 20. Các giá trị tiêu chuẩn mang tải của đất nền đối với Mặt đường mềm để tính toán ACN

Cấp cường độ nền

Giá trị CBR của nền đất

...

...

...

Mã hiệu

Cao

15

CBR ≥ 13

A

Vừa

10

8 < CBR < 13

B

...

...

...

6

4 < CBR ≤ 8

C

Rất thấp

3

CBR ≤ 4

D

9.3.2.3  Tần suất hoạt động

Tần suất hoạt động được xác định bằng số lần đặt tải biểu thị một áp đặt toàn bộ tải trọng lên một điểm của mặt đường. Vì tàu bay chuyển động dọc theo một đường lăn hoặc đường CHC, nên nó có thể theo nhiều dải hoặc chạy dọc theo mặt đường đối với một điểm cụ thể trên mặt đường tiếp nhận một áp đặt toàn bộ tải trọng, số lần chạy qua của tàu bay có thể dễ quan trắc trên một mặt đường đã cho nhưng số lần đặt tải phải được quy đổi dựa trên hệ số lần chạy/lần đặt tải được lập cho từng tàu bay.

...

...

...

Với mặt đường cứng, yêu cầu mang tải tàu bay được xác định bằng lời giải Westergaard cho một tấm bản được đặt trên mô hình nền đàn hồi (trường hợp gia tải giữa tấm), giả định ứng suất làm việc của bêtông là 2,75 MPa (399 psi).

9.3.2.5   ACN đối với mặt đường mềm

Với mặt đường mềm, các yêu cầu mang tải tàu bay được xác định bằng phương pháp CBR cho từng cấp chịu tải của đất nền. Phương pháp CBR dùng lời giải Boussinesq cho mô hình nền bán không gian đàn hồi, đẳng hướng và đồng nhất. Để tiêu chuẩn hóa tính toán ACN và loại bỏ tần suất hoạt động khỏi thang phân cấp tương đối, phương pháp ACN-PCN quy định rằng các giá trị ACN phải được xác định với lần suất 10 000 lần đặt tải.

9.3.2.6  Tính toán ACN

Sử dụng các tham số đã xác định cho từng loại tiết diện mặt đường, một tải trọng bánh đơn tương đương để xác định tương tác càng tàu bay lên mặt đường. Tải trọng bánh đơn tương đương được quy ước với cấu tạo tầng phủ chịu ứng suất bằng nhau. Điều này được thực hiện bằng cách cân bằng chiều dày kết cấu đối với một cảng tàu bay đã cho với chiều dày kết cấu cho một tải trọng bánh đơn tương đương ở áp suất lốp tiêu chuẩn là: 1,25 MPa (181 psi). ACN được xác định bằng hai lần tải trọng bánh đơn tương đương.

9.3.2.7  Các biến số liên quan đến xác định các giá trị ACN

ACN phải được xác định ở tổ hợp tải trọng nào cho giá trị ACN lớn nhất. Áp suất lốp tàu bay được giả định bằng áp suất mà nhà chế tạo tàu bay đã khuyến nghị cho các điều kiện đã thông báo. Các nhà chế tạo tàu bay công bố tải trọng tối đa tàu bay trong các “Sổ tay đặc tính tàu bay phục vụ quy hoạch cảng hàng không".

9.3.3  Xác định PCN

9.3.3.1  Khái niệm PCN

...

...

...

9.3.3.2  Xác định trị số PCN:

Xác định trị số của PCN cho một mặt đường riêng biệt có thể dựa trên một trong hai quy tắc sau đây: Các quy tắc này là phương pháp đánh giá mặt đường bằng tàu bay đang sử dụng (U) và Đánh giá mặt đường bằng phương pháp kỹ thuật (T).

9.3.3.3  Phương pháp xác định PCN bằng tàu bay đang sử dụng

9.3.3.3.1  Các giả định của phương pháp tàu bay đang sử dụng

Phương pháp tàu bay đang sử dụng là xác định các giá trị ACN của tất cả các tàu bay hiện đang được phép sử dụng mặt đường và giá trị ACN nào lớn nhất được thông báo là PCN. Phương pháp này dễ dàng áp dụng và không yêu cầu hiểu biết chi tiết về cấu tạo mặt đường.

Một giả định cơ bản của phương pháp này là cấu tạo mặt đường có năng lực kết cấu đáp ứng tất cả các tàu bay trong hỗn hợp tàu bay và từng tàu bay có thể hoạt động trên cấu tạo mặt đường một cách không hạn chế.

9.3.3.3.2  Các sai sót của phương pháp tàu bay đang sử dụng

Độ chính xác của phương pháp này sẽ được nâng cao nếu có đầy đủ thông tin của tàu bay. Có thể xảy ra việc đánh giá quá cao năng lực của mặt đường nếu dùng một tàu bay gây hư hại quá lớn để xác định PCN, tàu bay này lại sử dụng mặt đường rất hãn hữu. Ngược lại, năng lực mặt đường có thể bị đánh giá quá thấp dẫn đến sử dụng lãng phí mặt đường do hạn chế hoạt động của những tàu bay cho phép. Mặc dù không có giới hạn tối thiểu về tần số hoạt động trước khi một tàu bay được coi là một bộ phận của lượng giao thông bình thường, nhưng cơ quan thông báo vẫn phải sử dụng một phương pháp hợp lý để tránh đánh giá quá cao hoặc quá thấp năng lực mặt đường. Phương pháp tàu bay sử dụng không nên dùng cho quy hoạch dài hạn do những vấn đề đã nêu ở trên.

9.3.3.4  Phương pháp kỹ thuật đánh giá PCN:

...

...

...

Độ chính xác của một đánh giá kỹ thuật cao hơn độ chính xác của phương pháp sử dụng tàu bay. Đánh giá mặt đường có thể đòi hỏi một sự kết hợp nhiều loại kiểm tra tại chỗ, nhiều thử nghiệm và phán đoán kỹ thuật. Thông thường phân cấp cường độ mặt đường được hiểu là cường độ tối đa của mặt đường hoặc là tiêu chí phá hoại tức thời. Tuy nhiên, mặt đường rất hiếm khi bị phá hoại kết cấu tức thời. Một sự suy giảm về khả năng phục vụ của một mặt đường thường do sự gồ ghề của bề mặt gia tăng hoặc do những hư hại cục bộ như nứt hoặc vết lún sâu. Việc xác định sự phù hợp của một kết cấu mặt đường không chỉ là xem xét độ lớn của tải trọng lên mặt đường mà còn cả tác động của ảnh hưởng tích lũy của khối lượng giao thông trong suốt tuổi thọ thiết kế của mặt đường.

9.3.3.5  Xác định giá trị PCN

9.3.3.5.1  Trị số PCN

Trị số của PCN được xác định từ một cấp tải trọng cho phép. Một cấp tải trọng cho phép được xác định bằng cách áp dụng những nguyên tắc giống như những nguyên tắc được dùng cho thiết kế mặt đường. Quá trình xác định cấp tải trọng cho phép xét đến những hệ số như: Tần suất hoạt động tàu bay và Mức độ ứng suất cho phép. Các cấp tải trọng cho phép thường được biểu thị qua sơ đồ cảng tàu bay và trọng lượng tối đa của tàu bay vì những biến số này được dùng trong quy trình thiết kế mặt đường. Tuy nhiên có mặt đường trong cấp tải trọng được công bố nhưng tần suất hoạt động có tầm quan trọng không kém. Trong xác định một cấp tải trọng cho phép, việc đánh giá phải giải đáp cấp tải trọng cho phép có đại diện cho cường độ của mặt đường với một tần số hoạt động hợp lý hay không? Một khi cấp tải trọng đã được thiết lập thì xác định giá trị PCN chỉ còn là một quá trình đơn giản xác định ACN của tàu bay tiêu biểu cho tải trọng cho phép và thông báo giá trị như là PCN.

9.3.3.5.2  Khái niệm “Giao thông tương đương” (Lượng)

Phương pháp ACN-PCN dựa trên các quy tắc thiết kế lấy một tàu bay làm tàu bay sử dụng tính toán hoặc tàu bay có yêu cầu cao nhất đối với cấu tạo mặt đường. Các tính toán cần thiết cho xác định PCN chỉ có thể được thực hiện cho một tàu bay một lần. Phương pháp ACN-PCN không trực tiếp giải quyết làm thế nào để biểu thị một hỗn hợp tàu bay khai thác như một tàu bay đơn nhất. Nhằm giải quyết hạn chế này, FAA dùng khái niệm tàu bay tương đương để gom toàn bộ những khái niệm giao thông vào một tàu bay tiêu biểu.

9.3.3.5.3  Đếm các hoạt động tàu bay

Khi đánh giá hoặc thiết kế một tiết diện mặt đường, điều quan trọng là tính số lần mặt đường chịu ứng suất. Trong khi đã có các quy tắc xác định số lần chạy qua cần thiết cho một áp đặt ứng suất hoàn toàn thì việc đánh giá một tiết diện mặt đường để xác định PCN, cũng phải xem xét các tàu bay sử dụng mặt đường này như thế nào. Vì tải trọng đến và hạ cánh của tàu bay thường nhỏ hơn tải trọng cất cánh nên quy tắc thiết kế chỉ tính một lần chạy qua khi cất cánh để phân tích. Những lần cất cánh này thường được biểu thị bằng số lần cất cánh/năm.

9.3.3.6  Các giới hạn của PCN

...

...

...

9.3.3.7  Thông báo PCN

9.3.3.7.1  Cách thức thông báo PCN

Hệ thống PCN dùng một quy cách mã hóa để tối đa hóa lượng thông tin chứa đựng trong một số tối thiểu các tính chất và làm dễ dàng việc điện toán. PCN của một mặt đường được thông báo như một con số gồm 5 phần trong đó các mã sau đây được sắp xếp theo thứ tự và phân cách nhau bởi những vạch xiên về phía trước:

• Giá trị bằng số của PCN

• Loại mặt đường

• Cấp nền đường

• Áp suất lốp cho phép

• Phương pháp xác định PCN.

Thí dụ mã PCN công bố: 80/ R/ B/ W/ T

...

...

...

9.3.3.7.2  Loại mặt đường

Phân loại mặt đường

Các loại mặt đường dùng để thông báo PCN được phân theo chức năng là kết cấu mềm hoặc kết cấu cứng (Xem bảng 21)

Bảng 21. Các mã mặt đường để thông báo PCN

Loại mặt đường

Mã mặt đường

Mềm

F

Cứng

...

...

...

Mặt đường mềm

Mặt đường mềm sử dụng lớp mặt là BTN, BTN Polime gồm nhiều lớp được thiết kế để phân bố dần các tải trọng từ mặt đường xuống các lớp bên dưới. Thiết kế phải đảm bảo truyền tải trọng xuống từng lớp nối tiếp sao cho tải trọng không vượt quá năng lực chịu tải của lớp đó.

Mặt đường cứng

Mặt đường cứng sử dụng lớp mặt là BTXM mà độ cứng của lớp kết cấu với chức năng dạng tấm, bản làm cho mặt đường có khả năng phân bố tải trọng trên một diện tích rộng của nền đường. Năng lực mang tải của mặt đường cứng phụ thuộc nhiều vào cường độ của các lớp kết cấu nằm dưới nó.

Mặt đường hỗn hợp

Nhiều tổ hợp khác nhau giữa các loại mặt đường và các lớp gia cố có thể tạo ra những mặt đường phức hợp được phân loại nằm giữa mặt đường cứng và mặt đường mềm. Một tiết diện mặt đường có thể gồm nhiều thành phần kết cấu tiêu biểu cho cả mặt đường cứng và mặt đường mềm. Các loại mặt đường hỗn hợp phần lớn thường là kết quả của các lớp phủ mặt rải ở những giai đoạn khác nhau của tuổi thọ kết cấu mặt đường. Nếu một mặt đường có cấu tạo phức hợp thì loại mặt đường phải được thông báo theo loại nào phản ánh chính xác nhất ứng xử kết cấu của mặt đường. Phương pháp dùng để tính PCN là các chỉ dẫn tốt nhất cho việc xác định cách thông báo loại mặt đường. Thí dụ: Nếu một đường CHC gồm một mặt đường cứng với một lớp phủ mặt bằng BTN thì cách xác định sức chịu tải thông thường là quy đổi mặt đường thành một mặt đường cứng có chiều dày tương đương. Trong trường hợp đó, loại mặt đường cần được công bố là một kết cấu cứng. Chỉ dẫn chung là khi lớp phủ mặt BTN đạt trên 75% của chiều dày mặt đường cứng thì mặt đường phải được thông báo là mặt đường mềm. Cho phép ghi chú thêm là mặt đường có cấu tạo hỗn hợp nhưng chỉ loại phân cấp “R" hay “F" được sử dụng để đánh giá năng lực chịu tải của mặt đường.

9.3.3.7.3  Cấp cường độ nền đường

Bảng 19 và 20 cho thấy có bốn cấp tiêu chuẩn của cường độ nền dùng để tính và thông báo các giá trị ACN và PCN.

Mã áp suất cho phép của lốp

...

...

...

Bảng 22. Mã áp suất lốp để thông báo PCN

Cấp

Mã

Phạm vi áp suất lốp

Cao

Vừa

Thấp

Rất thấp

W

...

...

...

Y

Z

Không giới hạn

Giới hạn ở 1,75 MPa (254 psi)

Giới hạn ở 1,25 MPa (181 psi)

Giới hạn ở 0,50 MPa (73 psi)

Áp suất lốp trên mặt đường cứng

Áp suất lốp tàu bay ít ảnh hưởng đến mặt đường BTXM. Bản thân mặt đường BTXM có đủ cường độ chống lại áp suất lốp lớn hơn áp suất thông dụng cho tàu bay thương mại và thường phân cấp W.

Áp suất lốp trên mặt đường mềm

...

...

...

9.3.3.7.8  Phương pháp được dùng để xác định PCN

Có hai phương pháp đánh giá mặt đường được công nhận trong hệ thống PCN. Nếu kết quả đánh giá là do nghiên cứu kỹ thuật thì phương pháp đánh giá có mã T. Nếu do kinh nghiệm "tàu bay đang sử dụng" thì có mã chữ U. Đánh giá kỹ thuật bao hàm một hình thức nghiên cứu và tính toán nhất định trong xác định PCN. Đánh giá bằng “tàu bay đang sử dụng” nghĩa là PCN được xác định bằng lựa chọn ACN nào lớn nhất trong các tàu bay đang sử dụng mặt đường mà không hư hại mặt đường.

9.3.3.7.9  Thí dụ về thông báo PCN

80/R/BM//T - "80" là trị số của PCN; “R" là mặt đường cứng; “B" là cấp nền cường độ trung bình; “W” là áp suất lốp cho phép không hạn chế và “T” là giá trị PCN thu được từ đánh giá kỹ thuật.

CÁC HÌNH VẼ

Hình 1. Mô tả xung tải tạo ra bởi thiết bị HWD

...

...

...

Hình 3. Hình dạng chậu võng

Hình 4. So sánh hình dạng chậu võng của 3 kết cấu mặt đường

Hình 5. Các thành phần lực tĩnh và động của thiết bị rung NDT

Hình 6. Thời gian để tải trọng đạt giá trị đỉnh của thiết bị HWD

...

...

...

Hình 8. Đánh giá lực tuyến tính của HWD dưới dạng mô đun đàn hồi nền

Hình 9. Các vị trí thí nghiệm HWD trong phạm vi một tấm BTXM

Hình 10. Sự truyền tải trọng qua một khe co dãn của mặt đường BTXM

Ghi chú: số thứ nhất biểu thị số hàng tấm mặt đường BTXM, số thứ hai biểu thị vị trí trong tấm (vd, dọc theo điểm giữa tấm hoặc khe co dãn)

Hình 11. Sơ đồ ví dụ đường lăn hoặc đường CHC khi tim tuyến nằm trên khe co dãn

...

...

...

Ghi chú: số thứ nhất biểu thị số hàng tấm mặt đường BTXM, số thứ hai biểu thị vị trí trong tấm (vd, dọc theo điểm giữa tấm hoặc khe co dãn)

Hình 12. Sơ đồ ví dụ đường lăn hoặc đường CHC khi tim tuyến không nằm trên khe co dãn

Ghi chú: số thứ nhất biểu thị số vệt rải mặt đường BTN, số thứ hai biểu thị vị trí "tim" vệt rải

Hình 13. Sơ đồ ví dụ đường lăn hoặc đường CHC cho mặt đường BTN

Hình 14. Vị trí các đầu đọc bố trí thêm khi thí nghiệm tại góc và khe co dãn

Hình 15. Sơ đồ thực hiện công tác phân tích dữ liệu HWD và thiết kế

...

...

...

Hình 16. Biểu đồ trị số ISM sử dụng để xác định các phân đoạn mặt đường

Hình 17. Biểu đồ độ võng chuẩn hóa sử dụng để xác định các phân đoạn mặt đường

Hình 18. Biểu đồ độ võng nền chuẩn hóa để xác định các phân đoạn mặt đường

Hình 19. Quá trình chuẩn bị dữ liệu và lựa chọn phương pháp tính ngược

Hình 20. Sơ đồ thực hiện công tác tính ngược với công thức dạng đóng sử dụng phương pháp AREA

...

...

...

Hình 21. Phạm vi chậu võng với cách bố trí 4 đầu đo theo SHRP

Hình 22. So sánh chậu võng đo được tại hiện trường và chậu võng tính toán

Hình 23. Trình tự tính ngược dựa trên lý thuyết đàn hồi lớp

Hình 24. Lần chạy BAKFAA đầu tiên cho ví dụ 2

Hình 25. Lần chạy BAKFAA thứ hai cho ví dụ 2

...

...

...

Hình 26. Kết quả của lần chạy thứ hai BAKFAA cho ví dụ 2

Hình 27. Quan hệ độ võng và hiệu quả truyền lực về mặt ứng suất đối với tấm nén 300 mm (12 inch)

Hình 28. Biểu đồ ví dụ hiệu quả truyền lực về mặt ứng suất qua khe co dãn ngang của một đoạn đường lăn dài 3 050 m (10 000 feet)

Hình 29. Xác định hốc rỗng dưới tấm BTXM

Hình 30. Biểu đồ ví dụ xác định hốc rỗng dưới tấm BTXM của một đoạn đường lăn 3 050 m (10 000 feet)

...

...

...

Hình 31. Biểu đồ trị số ISM đối với khe co dãn ngang của đoạn đường BTN tăng cường trên BTXM

Hình 32. Biểu đồ trị số ISM cho đoạn 3 trong Hình 16

Phụ lục A

(Tham khảo)

Thiết bị NDT gia tải bằng xung động và các đặc tính kỹ thuật

Bảng A1. Tổng hợp các thiết bị NDT gia tải bằng xung động

Thiết bị

...

...

...

Khoảng tải trọng, Ibs (kN)

Phương cách truyền tải trọng

Số đầu đọc

Khoảng cách đầu đọc, in (mm)

Dynatest FWD

Dynatest Engineering

1500 đến 27000 (7 đến 120)

12 hoặc 18 (300 hoặc 450)

Tấm nén tròn

...

...

...

Thay đổi từ 0 đến 90 (0 đến 2250)

Dynatest HWD

Dynatest Engineering

6,000 đến 54000 (27 đến 240)

12 hoặc 18 (300 hoặc 450)

Tấm nén tròn

7 đến 9

Thay đổi từ 0 đến 90 (0 đến 2250)

JILS FWD

...

...

...

1500 đến 24000 (7 đến 107)

12 hoặc 18 (300 hoặc 450)

Tấm nén tròn

7

Thay đổi từ 0 đến 96 (0 đến 2400)

JILS HWD

Foundation Mechanics, Inc.

6000 đến 54000 (27 đến 240)

12 hoặc 18 (300 hoặc 450)

...

...

...

7

Thay đổi từ 0 đến 96 (0 đến 2400)

KUAB FWD

KUAB

1500 đến 34000 (7 đến 150)

12 hoặc 18 (300 hoặc 450)

Tấm nén tròn

7

Thay đổi từ 0 đến 72 (0 đến 1800)

...

...

...

KUAB

3000 đến 66000 (13 đến 294)

12 hoặc 18 (300 hoặc 450)

Tấm nén tròn

7

Thay đổi từ 0 đến 72 (0 đến 1800)

Carl Bro FWD

Carl Bro Group

1500 đến 34000 (7 đến 150)

...

...

...

Tấm nén tròn

9 đến 12

Thay đổi từ 0 đến 100 (0 đến 2500)

Carl Bro HWD

Carl Bro Group

1500 đến 56000 (7 đến 250)

12 hoặc 18 (300 hoặc 450)

Tấm nén tròn

9 đến 12

...

...

...

Carl Bro LWD

Carl Bro Group

225 đến 3400 (1 đến 15)

4 hoặc 8 hoặc 12 (100 hoặc 200 hoặc 300)

Tấm nén tròn

1 đến 3

Thay đổi từ 0 đến 100 (0 đến 2500)

Bảng A2. Đặc tính kỹ thuật của các thiết bị FWD và HWD

Đặc tính kỹ thuật của thiết bị

...

...

...

Dynatest

Foundation Mechanics, Inc.

KUAB

Carl Bro Group

Khoảng tải trọng, Ibs (kN)

1 500 đến 54000 (7 đến 240)

1500 đến 54000 (7 đến 240)

1500 đến 66000 (7 đến 294)

1500 đến 56 000 (7 đến 250)

...

...

...

25 đến 30 mils

Lựa chọn được

56 mils

25 đến 30 mils

Thời gian nâng tải

Thay đổi

Lựa chọn được

28 mils

12 đến 15 mils

...

...

...

1 khối nặng

1 khối nặng

2 khối nặng

1 khối nặng

Loại tấm nén

Cứng với tấm đệm cao su hoặc tấm nén phân mảnh

Cứng với tấm đệm cao su

Tấm nén phân mảnh hoặc không phân mảnh với tấm đệm cao su

Tấm nén 4 phân mảnh với tấm đệm cao su

...

...

...

12 đến 18 (300 đến 450)

12 đến 18 (300 đến 450)

12 đến 18 (300 đến 450)

12 đến 18 (300 đến 450)

Loại đầu đo võng

Đầu dò âm thanh kết hợp hoặc không kết hợp với thiết bị hiệu chỉnh động

Đầu dò âm thanh

Đầu đo địa chấn với thiết bị hiệu chỉnh tĩnh tại hiện trường

Đầu dò âm thanh kết hợp hoặc không kết hợp với thiết bị hiệu chỉnh động

...

...

...

0 đến 90 (0 đến 2250)

0 đến 96 (0 đến 2400)

0 đến 72 (0 đến 1800)

0 đến 96 (0 đến 2400)

Số đầu đo

7 đến 9

7

7

7 đến 12

...

...

...

80 hoặc 100 (2 hoặc 2,5)

80 (2)

200 (5)

90 (2,2)

Độ phân giải của đầu đo

1 μm (0,04 mils)

1 μm (0,04 mils)

1 μm (0,04 mils)

1 μm (0,04 mils)

...

...

...

2 μm ± 2%

2 μm ± 2%

2 μm ± 2%

2 μm ± 2%

Thời gian thí nghiệm đòi hỏi (4 lần tác dụng tải)

25 s

30 s

35 s

20 s

...

...

...

Máy tính cá nhân

Máy tính cá nhân

Máy tính cá nhân

Máy tính cá nhân

Phụ lục B

Các bảng biểu mẫu ghi kết quả đo bằng HWD trên đường cất hạ cánh, đường lăn, sân đỗ Cảng hàng không X
(Tham khảo)

B.1  Tên công trình, vị trí điểm đo, trình tự đo:

Tên công trình đo bằng HWD: đường CHC, mặt đường BTXM, từ H0+...đến Hn+..., CHK....

...

...

...

Trình tự đo và xử lý số liệu HWD được thực hiện theo TCVN xxx: 2016

Các điểm đo HWD được bố trí ở góc, cạnh và tâm tấm BTXM, khoảng cách giữa 2 điểm đo liên tiếp được thể hiện trên sơ đồ đo và đề cương thí nghiệm được CĐT phê duyệt.

Tổng chiều dài đo: 3000 m x số hàng tấm (ví dụ 8 hàng tấm)

Tổng số điểm đo: …………. điểm.

Thời gian đo: ngày..../tháng..../ năm 20....

B.2  Mô tả tình trạng mặt đường trên đoạn đường đo: Xem Bảng B.1

Bảng B1 - Mô tả tình trạng mặt đường

STT

Lý trình

...

...

...

Mô tả hiện trạng

1

H0…+…

1

mặt đường BTXM tốt, bằng phẳng, không có hiện tượng rạn chân chim, nứt vỡ cạnh góc tấm

2

mặt đường BTXM tốt, bằng phẳng, không có hiện tượng rạn chân chim, nứt vỡ cạnh góc tấm

...

...

...

3

mặt đường BTXM tốt, bằng phẳng, không có hiện tượng rạn chân chim, nứt vỡ cạnh góc tấm

B.3  Kết quả đo độ võng động

Theo điều 7.5.3.5 của TCVN này lấy kết quả đo ở lần mà độ võng đo tại tâm tấm ép không chênh nhau quá 5% so với lần đo kề ngay trước đó để làm cơ sở tính toán độ võng HWD. Ví dụ, kết quả đo độ võng do lần 3 và lần 2 bằng thiết bị HWD không chênh nhau quá 5%, nên đã dùng kết quả đo võng lần 3 để tính toán. Kết quả chi tiết được thể hiện tại Bảng B.2.

Nhiệt độ không khí và nhiệt độ ở vị trí mặt đường BTXM đã đo được theo điều 7.5.3.3 của TCVN này được ghi ở Bảng B.3

Bảng B2 - Kết quả đo độ võng bằng thiết bị HWD trên đoạn đường X

Điểm đo

Lần rơi

...

...

...

Làn

Độ võng đo được tại các sensor (mils)

do

d1

d2

d3

d4

d5

d6

...

...

...

3

H0...+…

1

331

246

237

190

151

115

...

...

...

2

3

1

-

-

-

-

-

...

...

...

-

3

3

1

-

-

-

-

...

...

...

-

-

B.4  Kết quả tính toán môđun đàn hồi lớp mặt và nền của kết cấu áo đường hiện hữu

- Ở đây đã sử dụng chương trình COMFAA để tính toán mô đun đàn hồi từ kết quả thí nghiệm đo độ võng động.

- Trước khi tính E_p, cần nhập nhiệt độ ở vị trí mặt đường BTXM đã đo được (ghi ở Bảng 8.3) vào T_tt của chương trình COMFAA để tính toán.

- Kết quả tính toán mô đun đàn hồi hiện hữu của mặt đường BTXM và hệ số nền k được thể hiện trong Bảng B.4.

Bảng B3 - Bảng ghi nhiệt độ không khí và nhiệt độ tại vị trí mặt đường BTXM tại các thời điểm đo độ võng áo đường

Điểm đo

Lý trình

...

...

...

Thời điểm đo nhiệt độ

Nhiệt độ không khí °C

Nhiệt độ MĐ BTXM °C

Chiều dày lớp BTXM h_pcc, Inch

Chiều dày lớp móng h_ctb, Inch

1

H0…+…

1

....giờ,... phút

...

...

...

32,5

16

10

2

H0…+…

...

...

…

…

...

...

...

…

…

…

…

...

...

…

...

...

...

H0…+…

...

…

...

...

…

Bảng B4 - Kết quả tính toán môđun đàn hồi hữu hiệu

Điểm đo

...

...

...

Làn

Tổng chiều dày KCAĐ phía trên nền đất, D (Inch)

Môđun đàn hồi hữu hiệu của lớp BTXM E_P (Psi)

Hệ số nền k (Psi/inch)

1

Km…+…

1

26

291

...

...

...

2

1

-

-

3

1

...

...

...

-

4

1

-

-

5

...

...

...

1

-

-

6

1

-

-

...

...

...

- Các giá trị E_P, E_C và hệ số nền k được tính như sau:

- Tính chậu võng AREA theo công thức (7) của TCVN này cho trường hợp sử dụng 6 đầu đọc bên ngoài;

- Tính bán kính độ cứng tương đối λ_k theo công thức (8) của TCVN này;

- Các giá trị E_P, E_c và hệ số nền k được tính toán bằng giải hệ phương trình với 2 phương trình độc lập. Phương trình 1 là Công thức 8 của TCVN này cho bán kính độ cứng tương đối và Phương trình 2 là công thức Westergaard đối với độ võng tại điểm giữa tấm ngay bên dưới điểm tác dụng của tải trọng theo công thức (10) của TCVN này

- Các giá trị E_P, hệ số nền k và số PCN tính toán được trình bày tại Bảng B.5.

Bảng B5 - Các giá trị E_P, E_c, hệ số nền k và số PCN tính toán tại tâm tấm BTXM

Làn

Điểm đo

σ
(Psi)

...

...

...

W
(pounds)

b
(inch)

h
(inch)

HS nền k (Psi/lnch)

1

1

3625

4,5 x 10^5

30.000

...

...

...

16

225

…

...

…

...

...

...

...

…

…

...

…

...

…

...

...

...

l (inch)

r (inch)

Ln (l/r)

σ_tt
(Psi)

PCN

Sai số
(%)

254

28

7,2

...

...

...

3665

64

1,1

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

Những người thực hiện:

...

...

...

Người tính toán:

Người viết báo cáo:

Người kiểm tra:

Tư vấn giám sát:

Cơ quan quản lý Phòng thí nghiệm

(chữ ký, ghi rõ họ tên, đóng dấu)

....ngày … tháng....năm....

Phòng thí nghiệm hợp chuẩn....

(chữ ký, ghi rõ họ tên, đóng dấu)

...

...

...

1) Các số liệu ghi ở các bảng trên là từ các dữ liệu tính toán theo chương trình máy tính đã dùng.

Phụ lục C

(Tham khảo)

Chuyển đổi hệ đơn vị

Stt

Loại

Đổi thuận

Đổi ngược

...

...

...

Linear mesure - Độ dài

Inch -Centimeter

1 in = 2,54 cm

1 cm = 0,3937 in

Foot - Meter

...

...

...

1 m = 3,281 ft

Mile - Kilometer

1 mi = 1,609 km

1 km = 0,6214 mi

Nautical mile - Kilometer

1 M = 1,852 km

1 km = 0,5396 M

...

...

...

Area - Diện tích

Inch^2 - centimeter^2

1 in^2= 6,452 cm^2

1 cm^2 = 0,155 in^2

Foot^2 - Meter^2

...

...

...

1 m^2 = 10,76 ft^2

3

Volume - Thể tích

lnch^3 - Centimeter^3

1 in^3 = 16,39 cm^3

1 cm^2 = 0,061 in^3

...

...

...

Foot^3 - Meter^3

1 ft^3 = 0,283 m^3

1 m^3 = 35,31 ft^3

4

Weight - Trọng lượng

Pound - Kilogram

...

...

...

1 kg = 2,205 Lb

5

Liquit measure - Đo chất lỏng

Quart - Liter

1qt = 0,946 L

1 L = 1,67 qt

...

...

...

Gallon - Liter

1gal = 3,785 L

1 L = 0,264 gal

6

Velocity - Vận tốc

Mile/Hr - Kilometer/Hr

...

...

...

1 km/h = 0,621 m/h

Knot - Kilometer/Hr

1 kn = 1,853 km/h

1 km/h = 0,539 kn

7

Presure - áp suất

...

...

...

Pound/in^2 - Kilogram/cm^2

1 Psi = 0,070 kg/ cm^2

1 kg/cm^2 = 14,22 Psi

Pound/ft^2 - Kilogram/m^2

1 Psf = 4,882 kg/cm^2

1 kg/ cm^2 = 0,204 Psf

8

Temp - Nhiệt độ

...

...

...

Farenheit - Centigrade

°C = 5/9 (°F - 32)

°F = 9/5 (°C + 32)

Farenheit - Kenvin

1 °F = 5/9 K

°F = (K - 273,15) x 1,8 + 32

...

...

...

THƯ MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] TCVN 1-2: 2008 Xây dựng Tiêu chuẩn - Phần 2: Quy định về trình bày và thể hiện nội dung tiêu chuẩn quốc gia.

[2] TCVN 8753:2011 Sân bay dân dụng - Yêu cầu chung về thiết kế và khai thác.

[3] AC 150/5335-5C 14/8/2014 Phương pháp Tiêu chuẩn đánh giá mặt đường sân bay (FAA - Standardized Method Of Reporting Airport Pavement Strength - PCN).

[4] AC 150/5370-11B 30/9/2011 Sử dụng thí nghiệm không phá hủy đánh giá mặt đường sân bay (FAA - Use of Nondestructive Testing in the Evaluation of Airport Pavements).

[5] AC 150/5320-6E 30/9/2009 Thiết kế và Đánh giá mặt đường sân bay (FAA - Airport Pavement Design and Evaluation).

[6] AC 150/5320-12C 18/3/1997 Khảo sát, thi công và bảo dưỡng tính chống trượt của mặt đường sân bay (FAA - Measurement, Construction, and Maintenance of Skid Resistant Airport Pavement Surfaces. March 18, 1997).

[7] AC 150/5380-6B 28/9/2007 Quy trình hướng dẫn duy tu mặt đường sân bay (FAA- Guidelines and Procedures for Maintenance of Airport Pavements. September 28, 2007).

[8] ASTM D4694 - 09 Phương pháp Tiêu chuẩn về thí nghiệm đo độ võng bằng thiết bị xung lực (ASTM - Standard Test Method for Deflections with a Falling-Weight-Type Impulse Load Device. December 2006).

...

...

...

[10] Doc 9157 Hướng dẫn thiết kế sân bay. Phần 3: Mặt đường. Ấn hành lần thứ 2 - 1983 (ICAO Aerodrome Design Manual - Part 3. Pavements - Second Edition - 1983).

MỤC LỤC

Lời nói đầu

1  Phạm vi áp dụng

2  Tài liệu viện dẫn

3  Thuật ngữ và định nghĩa

4  Chữ viết tắt

5  Nguyên tắc chung

...

...

...

5.2  Chậu võng

5.3  Sử dụng dữ liệu HWD để đánh giá mặt đường sân bay

6  Thiết bị đo HWD

6.1  Tổng quan về thiết bị

6.2  Bộ phận tạo xung lực

6.3  Tấm ép

6.4  Cảm biến đo võng

6.5  Cảm biến đo lực

6.6  Hệ thống ghi, lưu trữ và xử lý số liệu

...

...

...

7.1  Đề cương thí nghiệm

7.2  Mục tiêu thí nghiệm

7.3  Sơ đồ thí nghiệm HWD

7.4  Các đánh giá đặc biệt

7.5  Thu thập dữ liệu

7.6  Các tình huống cần lưu ý

7.7  Soát xét dữ liệu tại hiện trường

8  Xử lý kết quả thí nghiệm

8.1  Tổng quan

...

...

...

8.3  Sử dụng số liệu HWD để tính PCN sân bay

9  Tính số PCN sân bay

9.1  Các đặc trưng tính toán

9.2  Phân tích thống kê đầu vào

9.3  Phương pháp đánh giá số PCN sân bay

CÁC HÌNH VẼ

PHỤ LỤC A - Thiết bị NDT gia tải bằng xung động và các đặc tính kỹ thuật

PHỤ LỤC B - Các biểu mẫu ghi kết quả đo bằng HWD trên ĐCHC, ĐL, SĐ CHK X

PHỤ LỤC C - Chuyển đổi hệ đơn vị

...

...

...