Những sự cố thường gặp ở đường bê tông nhựa ở Texas

28

Đường bê tông nhựa ở Texas thường được thiết kế với kết cấu bao gồm nền đất tự nhiên (natural soil subgrade), nền đất được cải tạo bằng vôi (lime-stabilized subgrade) hoặc xi măng nếu nền đất là cát, lớp đá dăm (limestone base course), và lớp bê tông nhựa bề mặt (Asphalt Surface Course) , xem Hình 1.
Thông thường thì những hư hỏng kết cấu đường bê tông nhựa sẽ xuất phát từ lớp đất nền tự nhiên và lớp nền đất được cải tạo như có thể nhìn thấy ở Hình 2 qua 4. Nguyên nhân dẫn đến hư hỏng đường được cho là bởi địa chất của Texas bao gồm nhiều khu vực đất trương nở cao như có thể nhìn thấy trong Hình 5. Đất trương nở là những loại đất có chứa các khoáng sét trương nở, như montmorillonite. Khi ướt, các khoáng chất đất sét sẽ hấp thụ các phân tử nước và nở ra gây nhấp nhô bề mặt đường (Hình 2 và 3); ngược lại, khi khô chúng sẽ co lại, để lại những khoảng trống lớn trong đất hay gây hư hỏng mặt đường (Hình 4). Những đất sét trương nở thường được thường có chỉ số dẻo lớn 20% và bị ảnh hưởng mạnh bởi điều kiện khí hậu.

Hình 1. Kết cấu đường bê tông nhựa ở Texas (Darrel Holmquist, 2019)
Hình 2. Nhấp nhô bề mặt đường bởi sự trương nở của đất (Darrel Holmquist, 2019)

Vì vậy, để tránh những hư hỏng đường bị gây ra bởi đất trương nở thì việc thiết kế đường bê tông nhựa trong khu vực Texas phải xem xét chỉ số độ ẩm (Hình 6), chiều sâu dao động độ ẩm của lớp đất bề mặt (Hình 7) để tính toán sự trương nở của đất khi nồng độ ẩm trong đất thay đổi và đưa ra những giải pháp cải tạo đất phù hợp. Những phương pháp xử lý đất trương nở thường là ổn định hóa học, thay thế bằng đất ít trương nở, hay đầm nén với độ ẩm cao. Phương pháp ổn định nền đường bằng vôi thường được áp dụng ở Texas. Hàm lượng vôi được sử dụng để cải tạo đất trương nở sẽ dựa trên chỉ số dẻo của đất (Hình 8).

Hình 3. Sự trương nở của đất sau khi xây dựng đường (Darrel Holmquist, 2019)
Hình 4. Những vết nứt bề mặt đường bởi co ngót của đất (Darrel Holmquist, 2019)
Hình 5. Sự hiện diện của đất trương nở cao trong vùng Texas, Hoa Kỳ (Expansive Soil Foundation /FireBoss Realty – Around Town (wordpress.com)
Hình 6. Thornthwaite Chỉ Số Độ Ẩm của Texas (Robert L. Lytton, 2011)
Hình 7. Sự thay đổi nồng độ ẩm theo chiều sâu bên dưới mặt đất (Kraynski, 1967)
Hình 8. Hàm lượng vôi kiến nghị để cải tạo nền đường dựa trên chỉ số dẻo của đất (Chester McDowell, 1966).


Nguyễn Minh Hải

Geotech Engineering and Testing, Houston, Texas.

Email: haitdmu@gmail.com