một số vấn đề về đánh giá mặt đờng
bê tông xi măng bằng DYNATEST



NCS. l vĂN CHĂM
Bộ môn Đờng bộ - ĐH GTVT
Tóm tắt: Thiết bị Dynatest 8000 l một trong nhiều thiết bị đo động để đánh giá khả năng
chịu tải của mặt đờng. Trong khuôn khổ bi viết ny tác giả giới thiệu cách đo v xử lý số liệu
đo đợc trên mặt đờng bê tông xi măng thử nghiệm.
Summary: Dynatest 8000 is one of Dynamic measurement equipments to appreciate the
bearing index of pavement structure. In this article, the author introduces the measuring
method and analysing results on experimentation Rigid Pavement.
Đặt vấn đề
Từ trớc đến nay để đánh giá sức chịu tải
của một lớp hoặc cả kết cấu mặt đờng mềm
nói chung ngời ta thờng xác định gián tiếp
thông qua độ võng đàn hồi trên bề mặt kết
cấu. Độ võng đàn hồi đợc xác định qua thí
nghiệm nén tĩnh, dới tác dụng của tải trọng
quy định.
Mặt đờng bê tông xi măng có độ võng
nhỏ hơn nhiều so với mặt đờng mềm nên
việc xác định chậu võng thờng khó khăn,
mất nhiều thời gian công sức mà kết quả khó
chính xác.
Gần đây nhiều nớc đã sử dụng các thiết
bị đo động để xác định độ võng động của mặt
đờng mềm, mặt đờng cứng. Quy trình
AASHTO 1998 quy định việc xác định hệ số
nền tơng đơng trên đỉnh lớp móng cho cả

mặt đờng cứng và mềm. Trị số này đợc
dùng để tính toán thiết kế kết cấu áo đờng
cứng và mềm.
Trong khuôn khổ bài viết này tác giả giới
thiệu cách xác định chậu võng động và tính
toán xử lý số liệu khi dùng thiết bị đo
DYNATEST 8000.
1. Một số phơng pháp đo động
đánh giá sức chịu tải của mặt
đờng v thiết bị thí nghiệm
DyNATEST 8000
Những phơng pháp đánh giá sức chịu
tải của mặt đờng thích hợp nhất là các
phơng pháp không phá huỷ. Các phơng
pháp này dựa trên các nguyên lý đo đạc khác
nhau, nhờ các mối quan hệ xác lập đợc
ngời ta có thể xác định đợc một hoặc nhiều
thông số của mặt đờng, điển hình là các
phơng pháp sau:
- Phơng pháp không phá huỷ dùng tải
trọng điều hoà của Cục hàng không liên bang
Mỹ (NDT - Non Destructive Testing).
Từ những năm 1950 Cục hàng không liên
bang Mỹ đã nghiên cứu các thiết bị tải trọng
rung để đánh giá thử nghiệm mặt đờng mềm.
Phơng pháp NDT xác định đợc mô đun độ
cứng động (DSM) từ quan hệ "Tải trọng động -
độ võng động".
Nhờ mối tơng quan đợc lập sẵn giữa
DSM và tải trọng ngời ta có thể xác định tải

trọng cho phép trên mặt đờng, sân bay thử
nghiệm.

- Phơng pháp không phá huỷ dùng tải
trọng búa rơi (FWD): nguyên tắc chung của
phơng pháp nh sau: Quả nặng rơi từ độ cao
nhất định theo trục dẫn hớng tác dụng lên
mặt đờng qua tấm ép. Để kéo dài thời gian
tác dụng của tải trọng giống nh tải trọng
chạy trên đờng (bánh xe chuyển động) ngời
ta làm bộ lò xo giảm chấn hay các tấm đệm
cao su.
Một thiết bị khá điển hình cho loại này và
đợc dùng khá phổ biến là DYNATEST 8000
có thể dùng cho cả mặt đờng cứng và mềm.
Thiết bị đo động DYNATEST 8000 của
Phần Lan: đo chậu võng của mặt đờng bằng
tải trọng búa rơi, với tải trọng 3 hoặc 5 cấp, bộ
đầu đo gồm 7 cảm biến đặt trên giá thẳng
hàng (hình 1).









Hình 1. Thiết bị đo động DYNATEST 8000.

Phơng pháp này thích hợp cho việc xác
định hệ số k cho thiết kế mặt đờng trên mặt
đờng bê tông cũ khi thiết kế nâng cấp.
Sau khi xác định đợc chậu võng có thể
tính toán đặc trng của nền móng cũ qua hệ
số k
đ
(k động), hệ số này đợc dùng là thông
số tính toán khi thiết kế tăng cờng.
Trình tự đo và tính toán đợc tiến hành
nh sau:
Bớc 1. Đo chậu võng của tấm bản dọc
theo hớng tuyến nhờ bộ đầu đo gồm 7 cảm
biến đặt trên giá thẳng hàng với khoảng cách
các điểm đo thích hợp để đảm bảo chính xác.
Theo AASHTO đo độ võng cách tâm tải trọng
một khoảng 0, 8, 12, 18, 24, 36, 60 in (0, 203,
305, 457, 610, 915, 1524 mm) (hình 2).








d
o
, d
8

,

d
12
,

d
18
,

d
24
, d
36
,

d
60
Hình 2. Sơ đồ đo động cho mặt đờng cứng.
Bớc 2. Tính toán
* Tính AREA
7
nhờ trị số độ võng trên
bằng công thức thực nghiệm [6].
Với bề mặt BTXM tính giá trị AREA
7
của mỗi
hố võng đợc xác định theo phơng trình (1):
AREA
7

= 4 + 6








0
8
d
d
+ 5








0
12
d
d
+ 6









0
18
d
d
+
+








0
24
d
d
9
+ 18









0
36
d
d
+ 12








0
60
d
d
(1)
Trong đó d
0
, d
8
, d
12
, d
18
, d

24
, d
36
, d
60
là độ
võng đo đợc tại các vị trí cách tâm tải trọng
một khoảng 0, 8, 12, 18, 24, 36, 60 in.
* Tính bán kính độ cứng tơng đối l
est
(giả
thiết tấm vô hạn) theo công thức:
566,2
7
est
696,0
708.289
AREA.60
ln
l
























=
(2)
* Ước lợng hệ số k ban đầu
Xác định hệ số k ớc lợng ban đầu của
mỗi hố võng theo công thức:

2
est0
*
0
est
)l.(d
d.P
k =
(3)
trong đó: P - tải trọng (lb); d
o

- độ võng động
đo đợc tại tâm tải trọng; d
o
*
- là hệ số không
thứ nguyên của độ võng tại tâm tải trọng xác
định bằng công thức sau:
(4)








=
)
est
l.07565.0(
e.14707.0
*
0
e.1245.0d
* Tính toán hệ số hiệu chỉnh cho d
0
và l
Với bản tấm bê tông hữu hạn (chiều dài
tấm L
b

, chiều rộng tấm B
b
) cần hiệu chỉnh l và
d
0
theo công thức sau:
8051,0
est
l
L
71878.0
0
d
e.15085,11AF









= (5)
04831,1
est
l
L
61662.0
l

e.89434,01AF









= (6)
trong đó:
bb
B.LL =
(khi chiều dài tấm L
b
2B
b
)
b
L.2L = (khi chiều dài tấm L
b
> 2B
b
).
* Hệ số đàn hồi động K
đ
sau khi hiệu
chỉnh theo kích thớc bản tấm bê tông hữu
hạn đợc tính theo (7):

0
d
2
l
est
d
AF.AF
k
K =
(7)
Loại trừ khỏi dãy số liệu các giá trị phi lý
nhỏ hơn 50psi/in (14 kPa/mm) hoặc lớn hơn
1500 psi/in (407 kPa/mm) trị số K
đ
động trung
bình đợc tính theo công thức (7) trên.
* Ước lợng hệ số K tĩnh (K
t
) cho thiết kế:
K
t
= K
đ
/2.
Hệ số K
đ
hoặc K
t
là một thông số tính
toán chiều dày tấm bản của AASHTO.

2. Kết quả thử nghiệm tại hiện trờng
Tác giả đã làm bốn tấm bê tông thử
nghiệm tại trờng Đại học giao thông vận tải
với các thông số nền móng khác nhau, đã tiến
hành đo đạc trên các tấm thí nghiệm này
bằng DYNATEST 8000 (Thiết bị của Viện
Khoa học KT GTVT).

Sơ đồ bố trí mặt bằng nh sau:





Hình 3. Sơ đồ bố trí các tấm thử nghiệm
ngoi hiện trờng.

Tấm 1: Tấm BTXM dày 24 cm, M300
trên nền đất E = 550 daN/cm
2
.
Tấm 2: Tấm BTXM dày 24 cm, M300 trên
móng cát gia cố XM 10%, nền đất E = 450
daN/cm
2
.
Tấm 3: Tấm BTXM dày 24 cm, M300
trên móng cấp phối gia cố XM 10%, nền đất
450 daN/cm
2

.
Tấm 4: Tấm BTXM dày 24 cm, M300
trên nền đất E = 650 daN/cm
2
.
Kết quả đo độ võng tại vị trí tim tấm nh
sau:
Cự ly
(cm)
Tấm 1 Tấm 2 Tấm 3 Tấm 4
0 0,0141 0,0126 0,0061 0,0123
20,32 0,01308 0,00915 0,0061 0,01216
30,48 0,01255 0,00749 0,00609 0,01208
45,72 0,01108 0,00708 0,00573 0,01142
60,96 0,00966 0,00668 0,00539 0,01076
91,44 0,00834 0,00596 0,00508 0,00963
152,4 0,00556 0,00433 0,00426 0,00671
Thanh truyền lực
Tấm 1 Tấm 2 Tấm 3 Tấm 4
5m 5m 5m 5m
3 m


Hình 4. Chậu võng đo đợc trên
mặt đờng thử nghiệm.

Từ kết quả độ võng đo đợc có thể tính
đợc hệ số độ võng của các tấm không có
móng (tấm 1, tấm 4), tấm móng cát gia cố
(tấm 2) so với tấm có móng cứng bằng vật liệu

cấp phối gia cố xi măng (tấm 3).
Hệ số độ võng so với tấm gia cố cấp phối
gia cố
Cự ly
(cm)
Tấm 1/3 Tấm 2/3 Tấm 3 Tấm 4/3
0 2,31148 2,06557 1,00 2,01639
20,32 2,14492 1,49928 1,00 1,99419
30,48 2,06175 1,22967 1,00 1,98384
45,72 1,93267 1,23505 1,00 1,9917
60,96 1,79178 1,23879 1,00 1,99703
91,44 1,64195 1,17241 1,00 1,89498
152,4 1,3061 1,01596 1,00 1,57559
Hệ số K
đ
tính theo AASHTO
Tấm 1 2 3 4
Hệ số k động 56,16 91,76 184,61 92,10
Nhận xét v kết luận
- Nhờ thí nghiệm DYNATEST này chúng
ta có thể xác định chậu võng động rất nhanh
so với các phơng pháp đo đạc tĩnh truyền
thống.
- Kết quả đo đạc đã phản ánh đúng tình
trạng kết cấu của tấm thí nghiệm.
+ Độ võng của các tấm không gia cố (hệ
hai lớp) lớn hơn độ võng tấm có gia cố từ 1,3
đến 2,3 lần.
+ Tấm trên móng cát gia cố có độ võng
lớn hơn khá nhiều so với độ võng của tấm trên

móng cấp phối gia cố xi măng.
+ Với kết cấu mặt đờng cứng dùng
móng gia cố có cờng độ cao hiệu quả hơn
nhiều so với móng bằng vật liệu khác.
- Ghi kết quả đo chậu võng qua khe tấm
(tại vị trí cạnh ngắn tấm) có thể đánh giá khả
năng truyền tải trọng qua khe, hoặc có thể
kiểm tra khe nối có kết cấu thanh truyền lực
hay không. Kết quả đo trên tấm thí nghiệm
cho thấy những khe có bố trí thanh truyền lực
chậu võng khá trơn tru êm thuận, tại khe
không có thanh truyền lực có sự cập kênh
giữa hai tấm (thông qua bớc nhảy chuyển vị
qua khe).
- Chúng ta cũng có thể xác định hệ số
chuyển vị cho các trờng hợp tải trọng đặt ở
góc và cạnh dài tấm .
- Từ kết quả đo đạc có thể lập tơng
quan đánh giá sức chịu tải của các loại kết
cấu mặt đờng kể cả mặt đờng cứng.
- Nếu có phần mềm tính toán tơng ứng
nhờ việc lập quan hệ mà chúng ta có thể đánh
giá một số đặc trng của vật liệu làm mặt và
móng đờng.
Từ mặt võng đo đợc ngời ta có thể giải
bài toán ngợc để tính đợc các đặc trng
cờng độ của các lớp áo đờng hoặc dùng nó
làm thông số thiết kế.

Tài liệu tham khảo

[1]. AASHTO Hớng dẫn thiết kế mặt đờng 1986 - Hiệp
hội đờng bộ Mỹ xuất bản.
[2] Nguyễn Quang Chiêu. Mặt đờng bê tông xi măng -
NXB Xây dựng, 1985.
[3] Dơng Học Hải. Công trình mặt đờng ô tô. Tủ sách
Sau đại học, Trờng Đại học Xây dựng Hà nội. 1996.
[4] Quy trình thiết kế áo đờng cứng 22 TCN 223 - 95.
Bộ GTVT 1995.
[5] Nguyễn Văn Vợng, Nguyễn Phú Thái. Cơ sở phơng
pháp đo kiểm tra trong kỹ thuật. NXB Khoa học và Kỹ
thuật, 2001.
[6] AASHTO Design of Pavement Structures (Part II Rigid
Pavement Design & Rigid Pavement Joint Design), 1998
Ă