Nghiên cứu thực nghiệm chỉ tiêu
mô đun đn hồi của một số loại đất
lm nền đờng ôtô dới tác dụng
của tải trọng động (M
r
)

ThS. Nguyễn Đình Thạo
i. đặt vấn đề
Khi tính toán thiết kế kết cấu áo đờng, trị
số môđun đàn hồi của nền đất và vật liệu áo
đờng đóng vai trò quan trọng. Hiện tại có 2
phơng pháp xác định trị số mô đun đàn hồi
của nền đất: tác dụng tải trọng lâu dài (tải
trọng tĩnh) và dùng tác dụng tải trọng trong
thời gian rất ngắn (tải trọng động). Do phơng
thức tác dụng tải trọng khác nhau nên trị số
môđun đàn hồi đạt đợc cũng khác nhau vì
đất là một hệ phức tạp.
Ngày nay, với xu thế hội nhập với các
nớc trong khu vực và trên thế giới, nớc ta
cũng sử dụng một số phơng pháp thiết kế áo
đờng khác nhau mà có dùng trị số môđun
đàn hồi động của đất nền để tính toán. Do đó
việc lựa chọn lập mô hình và tiến hành thí
nghiệm xác định trị số này trong phòng thí
nghiệm là rất cần thiết.
Bộ môn Đờng ôtô v sân bay
Khoa Công trình - Trờng Đại học GTVT


khác nhau ở khu vực phía Bắc thờng dùng
để đắp nền đờng và thêm nữa là tận dụng
các dự án xây dựng đờng đang đợc triển
khai một số tuyến đờng nh QL1, QL5,
Đờng Vành đai III Hà nội, thu thập các
mẫu đất tại các mỏ đất đợc khai thác dùng
cho các dự án đó nhằm có thể lợi dụng hiện
trờng thực tế để kiểm nghiệm và hiệu chỉnh
các kết quả thí nghiệm trong phòng.
Các mẫu đất đợc thu thập mang về để
nghiên cứu bao gồm các mẫu đất đang dùng
làm nền đờng trên công trình đờng Vành
đai III - Hà Nội. Đây cũng là những loại đất
khá điển hình đợc dùng trong xây dựng nền
đờng ở khu vực phía Bắc nói chung và trên
địa bàn Hà Nội nói riêng gồm:
Đại diện cho nhóm đất rời: Mỏ cát Nam
Thăng Long, thuộc Quận Tây Hồ.
Đại diện cho nhóm đất sỏi sạn: Mỏ đất
Dây Diều, thuộc Huyện Sóc Sơn.
Đại diện cho nhóm đất dính: Đất sét
nguyên thổ, thuộc Huyện Từ Liêm.
Thông qua các thí nghiệm tiến hành theo
chu trình phân loại đất do TCVN 5747 - 1993
qui định, kết quả phân loại các mẫu đất đã thu
thập nh sau:
2. Phạm vi nghiên cứu và các tiêu
chuẩn thí nghiệm lựa chọn

a. Phạm vi nghiên cứu

Đối với kết cấu nền mặt đờng thì điều
kiện làm việc thực tế là chịu
tác dụng của tải trọng động
(tải trọng tác dụng trong
khoảng thời gian rất ngắn)
làm cho đất bị biến dạng và
phá hoại theo những quy
luật nhất định. Các tải trọng
tác dụng lên nền đất có thể
phân thành hai loại là tải
trọng xung và tải trọng rung,
đối với điều kiện làm việc
của nền mặt đờng thì chủ yếu là chịu tác
dụng của tải trọng xung.
Bảng 2.1. Kết quả phân loại đất
Mỏ đất
Vị trí
lấy mẫu
Ip
Hàm
lợng sét
Môđun
độ lớn
Tên gọi
Mỏ đất Dâ
y

Diều
24.8 % 17%
Đặc trng chủ yếu của tải trọng xung là

Hoà Lạc
- - 0,9
Cát h
ạ
t
nhỏ

làm cho thời gian tồn tại của trạng thái ứng
suất phụ thêm trong đất ngắn hơn rất nhiều so
với thời gian cần thiết để biến dạng của đất
dới tải trọng đó có thể hoàn thành. Loại tải
trọng này phổ biến là tải trọng của xe ôtô chạy
trên đờng.
Vì thời gian tác động của tải trọng xung
ngắn hơn rất nhiều so với thời gian cần thiết
để đất hoàn thành biến dạng lún dới các ứng
suất phụ thêm do tải trọng ấy gây ra, nên độ
lún của đất ứng với mỗi lần xung kích chỉ bằng
một phần nhỏ của độ lún toàn bộ xảy ra trong
đất trong trờng hợp nếu tải trọng ấy tác dụng
trong một thời gian lâu dài [3].
Hầu hết các vật liệu làm mặt đờng đều
không phải là vật liệu đàn hồi tuyệt đối nghĩa
là vẫn có một phần biến dạng không hồi phục
sau mỗi lần chịu tác dụng của tải trọng. Tuy
nhiên, nếu tải trọng nhỏ so với cờng độ vật
liệu và đợc lặp lại với số lợng lớn thì biến
dạng sau mỗi lần tác dụng lặp lại gần nh là
đợc hồi phục hoàn toàn và tỉ lệ với tải trọng
và nh vậy có thể coi nh là đàn hồi [4]. Mô

của tải trọng cho phù hợp. Dạng và thời gian
gia tải đợc sử dụng trong thí nghiệm gia tải
động cần mô phỏng điều kiện chịu lực thực tế
của vật liệu nền mặt đờng. Khi tải trọng xe
tác dụng tại một khoảng cách đủ lớn tính từ
một điểm nào đó trong kết cấu nền mặt
đờng, ứng suất tại điểm đó bằng 0. Khi tải
trọng tác dụng trực tiếp trên điểm đó thì ứng
suất tại điểm đó đạt trị số lớn nhất. Do đó
dạng ứng suất tác dụng là dạng hình sin hay
hình tam giác, thời gian gia tải phụ thuộc vào
tốc độ xe chạy và chiều sâu của điểm đang
xét so với bề mặt của mặt đờng.
Về thời gian tác dụng của tải trọng phụ
thuộc vào tốc độ xe chạy, căn cứ các số liệu
thu đợc từ thí nghiệm của AASHO, Barksdale
(1971) [11] đã tìm ra mối quan hệ giữa thời
gian gia tải lặp phụ thuộc vào tốc độ xe chạy
và chiều sâu điểm đang xét trong kết cấu nền
mặt đờng. Theo kết qủa nghiên cứu này cho
thấy nếu điểm xem xét nằm càng sâu so với
mặt tiếp xúc của bánh xe thì thời gian tác
dụng càng tăng lên và nói chung thời gian tác
dụng của tải trọng tỉ lệ nghịch với tốc độ xe
chạy.

Hình 2.1: Thời gian tác dụng của ứng suất do lực
tác dụng lặp theo phơng thẳng đứng
theo Barksdale [11]
McLean [12] cũng xác định thời gian gia

dụng có dạng gần với biến đổi hình sin.
Bảng 2.2. Thời gian tác dụng của
tải trọng lên nền đất
Thời gian tác dụng của tải trọng (giây)
Chiều sâu kể từ bề mặt của
mặt đờng
Tốc độ thiết kế
của xe chạy
trên mặt đờng
(km/h)
508 mm
> 508 mm
72
0,1 0,15
> 72
0,05 (có thể
bằng 0,1)
0,1
ở nớc ta hiện nay, cha chế tạo đợc
cũng nh cha nhập đợc thiết bị đồng bộ để
xác định M
R
theo đúng quy định thí nghiệm
của AASHTO. Do đó, tác giả kiến nghị sử
dụng mô hình thí nghiệm tác dụng tải trọng
lặp lên mẫu đất hình trụ trong điều kiện
không nở hông.
Các thông số của thí nghiệm đề nghị sử
dụng trong nghiên cứu cho trong bảng sau:
Bảng 2.3. Các thông số chính của

kPa daN/cm
2
Số chu
kỳ tác
dụng
Sơ bộ 1 21 0.21 1080
2 21 0.21 120
3 34 0.35 120
4 48 0.49 120
5 69 0.70 120
Thí nghiệm
chính thức
6 103 1.05 120

van

PLC

Khuyếch
đại

ADC

Hình 2.3. Sơ đồ tổng thể của hệ thống thiết bị

tạo lực tác dụng lên mẫu. Tải trọng trùng phục
tác dụng lên mẫu qua hệ thống khung truyền
tải độc lập thông qua tấm gia tải. Tấm truyền
tải làm bằng thép cứng có đờng kính 150
mm để sử dụng cho mẫu có
đờng kính 152 mm (mẫu đất
đợc chế bị trong cối CBR).
Trị số lực tác dụng và chuyển
vị đợc theo dõi nhờ vào hộp tế
bào điện tử Electrical Load - cell
và các Sensor, chúng đợc đa
qua bộ khuyếch đại và bộ chuyển
đổi ADC. Tín hiệu đợc chuyển
đổi từ tín hiệu tơng tự sang tín
hiệu số đợc đa vào máy tính
nhờ phần mềm lấy số liệu. Số liệu
thu đợc đa vào chơng trình xử
lý ra đợc kết quả thí nghiệm là
giá trị lực tác dụng, giá trị biến
dạng đàn hồi của mỗi chu kỳ tác dụng tải
trọng. Ngoài ra, giá trị biến dạng tích luỹ qua
120 lần tác dụng lặp đợc tính toán và ghi lại.
T
T1 T2
P
E
L
ự
c



d
ạ
n
g
T1 - Thời gian tác dụng của lực trong một chu kỳ
T2 - Thời gian nghỉ (không có lực tác dụng)
T - Thời gian của một chu kỳ tác dụng lực
P - Lực tác dụng
E - Biến dạng đn hồi trong một chu kỳ tác dụng lực
Hình 2.4. Mô hình tác dụng lực v biến dạng đn hồi tơng ứng
Kết quả thí nghiệm
Thí nghiệm xác định môđun đàn hồi động
đợc thực hiện trên hệ thống thiết bị thí
nghiệm tác dụng tải trọng lặp lên mẫu đất
hình trụ trong điều kiện không nở hông. Trị số
môđun đàn hồi động ở đây đợc xác định
trong điều kiện tác dụng tải trọng lặp 120 chu
kỳ tơng ứng với áp lực tác dụng dọc trục là
21kPa ; 34kPa; 48kPa ; 69 kPa ; 103 kPa. Tải
trọng tác dụng có dạng hình Sin với thời gian
1 chu kỳ là 1 giây và thời gian tải trọng tác
dụng trong mỗi chu kỳ là 0.1 giây.
Kết quả thí nghiệm đ
ợc tổng hợp trong
bảng 2.5; bảng 2.6 và bảng 2.7.
Môđun đàn hồi động
Thời gian ngâm nớc
M1-C M2-C M3-C
Trung bình

đất nền đờng. Với mô hình và phơng pháp
thí nghiệm trong phòng đề nghị, số liệu
môđun đàn hồi thu đợc kết hợp với các kết
quả hiện trờng sẽ tạo điều kiện xác định
đợc thông số tính toán hợp lý của đất nền
đờng phục vụ việc thiết kế, tính toán kết cấu
nền mặt đờng ô tô.
Tài liệu tham khảo
[1]. Trần Đình Bửu, Nguyễn Quang Chiêu, Nguyễn
Quang Toản. Khai thác đánh giá và
sửa chữa đờng ô tô, Tập 1, NXB
Đại học và Trung học CN, 1984.
[2]. Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN
5747 - 1993. Đất xây dựng. Phân loại.
NXB Xây dựng, 1993.
[3]. Bùi Anh Định, Cơ học đất. Trờng
Đại học GTVT, 1997.
[4]. Bộ giao thông vận tải. Tiêu chuẩn
thiết kế mặt đờng mềm
22TCN 274 - 01. NXB Giao thông vận
tải, 2001.
[5]. Vũ Đình Hiền. Luận án Thạc sỹ
khoa học kỹ thuật 1997.
[6]. NCS. Trần Thị Kim Đăng.
Chuyên đề 2 - Các phơng pháp
xác định và giá trị mô đun đàn hồi
của Bê tông asphalt trong phòng
thí nghiệm, 2002.
[7]. Nguyễn Đình Thạo. Luận án Thạc
sỹ khoa học kỹ thuật 2003.

1500
2000
Môđun đàn hồi (daN/cm2)
Ngâm nớc 96 giờKhông ngâm nớc
Môđun đn hồi động (
daN/cm2
)
Bảng 2.6. Kết quả thí nghiệm xác định
môđun đn hồi động đất sé
t
Môđun đàn hồi động
Thời gian ngâm nớc M1-CPD M2-CPD M3-CPD
Trung bình
psi psi psi psi daN/cm2
0 giờ (sau chế bị) 24344 24541 24676
24520 1724
96 giờ 5038 5032 4927
4999 351
Môđun đn hồi Động (
daN/cm2)
1724
351
0
500
1000
1500
2000
2500
Môđun đàn hồi (daN/cm2)
Ngâm nớc 96 giờKhông ngâm nớc