بخشی از مقاله
چکیده
راههای کم ترافیک بخش عمدهای از شبکهی جادهای هر کشور را به خود اختصاص میدهنـد. راههای روستایی و راههای فرعی منتهی به راه اصلی راه کم ترافیک محسوب میشوند. با توجـه به اینکه معمولا در ساخت این قبیل از راهها از مصالح با کیفیـت پـایین اسـتفاده مـیشـود، در نتیجه زودتر از زمان پیش بینی شده دچار آسیب و حتی اضمحلال میشوند. همچنـین بـدلیل زیاد بودن فواصل حمل و مسائل اقتصادی امکان استفاده از مصالح مرغـوب و اسـتاندارد توجیـه پذیر نمیباشد. بنابراین از مصالح محلی با کیفیت پایین برای ساخت این قبیـل راههـا اسـتفاده میشود. در نتیجه اصلاح مصالح با مواد تثبیت کننده ضروری به نظر مـیرسـد. در ایـن راسـتا توجه به نحوهی طراحی راهها با رویکرد نحوهی تثبیت حائز اهمیت میباشد. همچنین در کشور ایران بدلیل اینکه راههای کم ترافیک همانند راههای اصلی طراحی میشوند لذا باعث هدر رفتن سرمایههای ملی میشود. در این تحقیق روشهای موجود طراحی این گونـه راههـا کـه توسـط موسسات معتبر تحقیقاتی جهان ارائه شده است بررسی و روشهـای طراحـی مناسـب معرفـی شده است.
واژههای کلیدی: روسازی راه، راههای کم ترافیک، تثبیت، مصالح مرغوب، مصالح محلی
-1 مقدمه
این مقاله مستخرج از پایان نامهی کارشناسی ارشد میباشد.
1
راههای کم ترافیک به راههایی اطلاق می شود که متوسط ترافیک روزانهی آن کمتر یا مساوی 400 وسیله در روز باشد. از جمله پارامترهای مهم طراحی روسازی این گونه راهها، تعیین ویژگیهای بستر راه و لایههای روسازی نظیر دانه بندی، خصوصیات خمیری و مقاومت CBR لایههای روسازی مورد کاربرد روشهای سنتی و مواردی همچون مدول برجهندگی خاک و ضرایب قشر و ...، از جمله پارامترهای مورد نیاز در روشهای طرح روسازی پیشرفته میباشد. از طرفی نحوهی طراحی و عملیات اجرایی، نقش اساسی در هزینههای ساخت و ساز و تعمیر و نگهداری دارند، که در این تحقیق با بررسی تحقیقات مختلف حدود مشخصات لازم برای آنها از بررسی آیین نامههای مختلف تعیین شده است.[1] این مقاله در شش بخش تنظیم شده است (بخش اول مقدمه میباشد). در بخش دوم تعریف تثبیت و روشهای مختلف تثبیت
اشاره شده است. در بخش سوم دو نمونه از تثبیت کنندههای شیمیایی ( آهک و سیمان) با حدود و مشخصات لازم آورده شده است. بخش چهارم به روشهای طراحی راههای کم ترافیک که توسط آیین نامهی هند و انجمن ملی راههای استرالیا ارائه شده، با توضیح مختصری از پارامترهای استفاده شده در طراحی پرداخته شده است. بخشهای پنجم و ششم به ترتیب نتایج بدست آمده و نتیجهگیری را در برمیگیرند.
-2 تثبیت
تثبیت خاک به اصلاح و بهبود خواص فیزیکی و مهندسی آن برای تامین یک رشته اهداف از پیش تعیین شده اطلاق می شود. تثبیت خاکها به طرق گوناگون نظیر روش های مکانیکی، شیمیایی، فیزیکی، بیولوژیک (رویاندن گیاه)، و روش الکتریکی امکان پذیراست. [2] برخی از خاکها به علت مشخصات فنی نامطلوب و یا دارا بودن مقادیر قابل توجهی رس یا لای برای عملیات راه سازی نامرغوب محسوب میشود. [2]
اهم اهداف تثبیت خاک شامل، اصلاح خاکهای نرم و کم مقاومت، افزایش مقاومت و باربری خاک، کاهش تورم، انقباض و دامنه خمیری خاک، میباشد. [2]
-3 تثبیت با مواد شیمیایی
مهمترین مواد شیمیایی که برای تثبیت خاک مورد استفاده قرار میگیرد، آهک، مخلوط آهک و خاکستر بادی، سیمان و قیر و
....، میباشد. مواد تثبیت کننده برای خاک بستر و لایههای اساس و زیراساس بکار برده میشود. [2]
-1-3 تثبیت خاک و مصالح دانهای با آهک
یکی از روشهای پرکاربرد و ارزان قیمت بکارگیری آهک بعنوان مادهی تثبیت کننده در لایههای روسازی راه است. تغییر درخصوصیات خاک با آهک ( و هر مواد تثبیت کننده)، باعث میشود مقاومت و پایداری طولانی مدت خاک در برابر تاثیر عوامل جوی بویژه آب و یخبندان تامین شود. خصوصیات معدنی خاک تعیین کنندهی درجهی واکنش پذیری با آهک و مقاومت نهایی حاصل شده در لایههای تثبیت شده، میباشد. [3] خاک تثبیت شده با آهک دارای حداکثر وزن مخصوص خشک کمتر و درصد رطوبت بهینه بیشتری در مقایسه با خاک تثبیت
نشده می باشد. هر اندازه میزان آهک مصرفی برای تثبیت خاک بیشتر باشد مقدار این اختلاف نیز بیشتر خواهد بود. اصولا آهک برای تثبیت خاک های ریزدانه که دامنه خمیری آن ها بزرگ تر از 10 و خاکهای رسی خیلی خمیری ( PI > (35 مناسب است. آهک برای تثبیت خاکهایی که حاوی مقدار بیش از دو درصد مواد آلی و همچنین حاوی مقدار بیش از نیم درصد سولفات قابل حل در آب می باشند مناسب نیست. [3]
-2-3 تثبیت خاک و مصالح دانهای با سیمان
2
بطور کلی هر خاکی که حاوی کمتر از 2 درصد مواد آلی بوده و مقدار سولفات قابل حل در آب آن از مقادیر مشخص شده تجاوز نکند قابلیت تثبیت شدن با سیمان پرتلند را دارد. در تثبیت خاک با آهک فعالیت پوزولانی برای فعل و انفعال شیمیایی خاک با آهک از طریق ترکیبات موجود در خاک تامین میشود در صورتیکه مواد پوزولانی برای تثبیت خاک با سیمان بصورت بالقوه در سیمان وجود دارد و از طریق خاک تامین نمیگردد. آب مصرفی برای تثبیت خاک با سیمان نباید حاوی بیش از ppm 500 یون سولفات باشد. مکانیز تثبیت خاک با سیمان مشابه مکانیزم تثبیت خاک با آهک است. [2]
-4 روشهای طراحی روسازی راههای کم ترافیک
در این بخش به بررسی مطالعات انجام شده توسط برخی از سازمانها و دپاتمانهای عمرانی، پرداخته شده است. پژوهشهای انجام شده در این زمینه کوشیدهاند تا نمودارهایی برای طراحی ضخامت لایههای روسازی ارائه دهند. در این میان کشور در حال توسعهی هند مطالعات فراوانی در زمینه بومی سازی روشهای طراحی روسازی معمولی وتثبیت یافته ارائه داده است. همچنین مطالعهی دیگر روی تحلیل و طراحی راههای روستایی تثبیت شده توسط دپارتمان مهندسی عمران بنگلادش انجام شده است. این تحقیق برای تحلیل روسازیهای انعطاف پذیر زیر بار چرخ، با روشی که توسط انجمن ملی راههای استرالیا 1(NAASRA) ارائه شده، بیان میگردد، که یک روش طراحی مکانستیک بر پایهی تئوری الاستیک خطی برای مصالح ناهمگن میباشد. [1]
-1-4 روش طراحی ارائه شده توسط IRC
انجمن راههای هندوستان 2(IRC)، نشریهی ویژه برای طراحی اساس سیمانی و زیراساس آهکی ارائه کرده است. تحقیقی که صورت گرفته است در جهت ارائهی روش طراحی روسازی با استفاده از تثبیت اساس سیمانی و زیراساس آهکی، برای راههای روستایی با ترافیک کم تا متوسط ( سطح ترافیک بالای 5 میلیون محور استاندارد) میباشد. [1]
-1-1-4 انتخاب موادتثبیتی مناسب برحسب دانه بندی خاک و میزان پلاستیسیتهی آن
جداول 1 تا 4 راهنماییهایی برای انتخاب مصالح تثبیت شده برای بستر، اساس و زیراساس میباشند IRC : SP : 89-) [1] .(2010
جدول :1 انتخاب مادهی تثبیت کننده برای خاک [4]
مصالح مشخصات مصالح
تثبیت گر 75 میکرون عبوری بزرگتر از 25 درصد 75 میکرون عبوری کوچکتر از 25 درصد
PI < 10 10<PI<20 PI >20 PI < 10 10<PI<20 PI >20
سیمان بله بله - بله بله بله
آهک - بله بله خیر - بله
آهک پوزولان بله - خیر بله بله بله
جدول :2 مشخصات مصالح برای اصلاح مصالح دانهای با سیمان [4]
خصوصیات مقدار تعیین شده
حد روانی کوچکتر از 45 درصد
نشانهی خمیری کوچکتر از 20 درصد
مقدار مواد آلی 2 درصد
مقدار SO4 0.2 درصد
1) National Association of Australion State Road Authorities
2) Indian Roads Congress
3
درجه اشباع کوچکتر از 2 درصد
10 درصد نرمه کوچکتر یا مساوی (KN) 5
جدول :4 - 2 مشخصات مصالح برای آهک/ خاک تثبیت شده [4]
خصوصیات مقدار تعیین شده
عبوری از الک 75 میلی متر 100 درصد
عبوری از الک 26.5 میلی متر 100 - 95 درصد
عبوری از الک 75 میکرون 100 - 15 درصد
نشانه خمیری بزرگتر از 10 درصد
مقدار مواد آلی 2 درصد
مقدار SO4 0.2 درصد
حداقل آهک 2.5 درصد
درجه سایش بزرگتر از 60 درصد
مقاومت فشاری محبوس نشده بر طبق مشخصات قرارداد
-2-1-4 پارامترهای ورودی برای لایههای روسازی
الف) مدول قائم ( :(Ev
مدول قائم ( (Ev بستر از مقادیر مربوط به CBR محاسبه میشود که طبق روابط تجربی زیر میباشد. رابطهی بین مدول برجهندگی و [4] : CBR
برای CBR کمتر از [4] :5
(1) E (Mpa) = 10 * CBR
برای CBR بزرگتر از [4] :5
(2) E (Mpa) = 176 (CBR)0. 64
که در آن، :E مدول برجهندگی خاک بستر میباشد.
ب) ضوابط خستگی برای مصالح تثبیت شده:
رابطهی بین بیشینه کرنش کششی در مصالح تثبیت شده که بوسیلهی بارهای مشخص و تعداد مجاز تکرار بارها ایجاد میشود، با معادله زیر مشخص میگردد: [4]
(3)
که در آن:
:Nf عمر خستگی مربوط به مصالح سیمانی
:RF ضریب قابلیت اطمینان برای مصالح سیمانی برای گسیختگی در برابر خستگی. که این ضریب:
برای راههایی که کمتر از 1000 کامیون در روز را از خود عبور میدهند برابر 2، در نظر گرفته میشود. : E مدول الاستیک .1 CTB
1) Cement Treated Base
4
:µz کرنش کششی .1 CTB
ج) ضوابط شیار افتادگی بستر برای تعیین میزان شیارافتادگی از معادله زیر استفاده میشود: [4]
]4.5337 (4) N = 4.1656 * 10(-0.8 ) [
که در آن:
: V کرنش فشاری قائم بالای بستر
