دانلود مقاله تعیین ضخامت سنگفرش

بخشی از مقاله

براي تعيين ضخامت مؤثر سنگفرش پياده روي موجود بر حسب ضخامت HMA، يك يا چند ضريب تبديل بايد يافت شود. اگر پياده روي موجود عمق كامل باشد، روش 1، بر اساس شاخص سرويس دهي موجود (PSI) روي موجود، مي تواند براي تعيين ضريب تبديل بكار برود در غير اينصورت، روش 2 بر اساس شرايط فردي هر لايه، بايد بكار برود تا ضريب تبديل هر لايه مشخص گردد.

روش1: شكل 13.2 ضرايب تبديل C را براي پياده روهاي آسفالت با عمق كامل بر اساس پياده رويي موجود در زمان over lay را مي دهد، دو منحني در شكل، تفاوت در عملكرد را پس از قرار دادن over lay را نشان مي دهد. منحني بالايي، خط A، پياده روها را با يك ميزان كاهش يافته تغيير در PSI در مقايسه با ميزان تغيير آنها قبل از over lay را نشان مي دهد. منحني پاييني، خط B، يك ميزان تغيير در PSI حدود همان مقدار قبل از over lay را نشان مي دهد و بنابراين تا حدي محافظه كارانه است. انتخاب بين دو منحني موضوع قضاوت و تجربه است. ضرايب تبديل نشان داده شده در شكل 13.2 فقط براي HMA بكار مي رود. اگر مخلوط هاي آسفالت امولسينهاي شده استفاده شوند، ضرايب اكي والان نشان داده شده در جدول 13.2 بايد استفاده گردد. ضخامت مؤثر هر لايه موجود با ضرب كردن ضخامت واقعي هر لايه در ضريب تبديل و ضريب اكي والانسي مناسب بدست مي آيد. كل ضخامت مؤثر توسط

جمع كردن ضخامت مؤثر مجزايي تمام لايه هاي سنگفرش بدست مي آيد:
(13.5)
h و c وE ضخامت، ضريب تبديل و ضريب اكي والانسي لايه i وn تعداد كل لايه ها است.
مثال13.2:
عمق سنگفرش آسفالت(عمق كامل) شامل يك HMA 2 اينچ و يك بستر base آسفالت امولسيفاي نوع II اينچي6 قرار است روكش over lay شود.
جواب:

از شكل 13.2، بر اساس خطA و 0.6 بر اساس خط B است.از جدول 13.2، ، از معادله 13.5، . بر اساس خط A و . بر اساس خط B است. اگر c متوسط بكار رود .
روش2 : در اين روش شرايط هر لايه مجزا ارزيابي مي شود و ضريب تبديل
مناسب c از جدول 13.3 بدست مي آيد. شبيه به معادله 13.5 ضخامت مؤثر چنين بدست مي آيد:
(13.5)

روش 2 مي تواند براي سنگفرش هاي عمق كامل استفاده شود. اگر PSI معلوم باشد. هر دو روش 1 و2 استفاده و مقايسه شود. اگر چه تغييرات در مقادير نشان داده شده در جدول 13.3 بر اساس تحليل شهودي است، ولي تجربه نشان داده است كه آنها براي طراحي over lay مفيد مي باشند.
مثال 13.3
ضخامت مؤثر يك سنگفرش شامل يك سطح 4 in HMA اي، يك بستر 6 in اي(152mm) و يك زير بستر sub base قلوه سنگ شكسته crushed gravel را تعيين نماييد. سطح ترك هاي مختلف را نشان مي دهد. بستر پايدار شده با سيمان علائم پمپ كردن و كاهش پايداري در امتداد لبه هاي سنگفرش را نشان مي دهد. و زير بستر قلوه سنگ خرده شده در شرايط خوب با يك شاخص پلاستيسيته كوچكتر از 6
مي باشد.

جواب: طبقه بندي ماده براي HMA، V(a) در جدول 13.3 است. چون ترك‌هاي مختلفي وجود دارد، يك مرز پاييني c برابر با 0.5 انتخاب مي شود. بستر پايدار شده سيمان به صورت 1V(c) طبقه بندي مي شود.
زير بستر خرده سنگ يصورت II طبقه بندي مي شود، چون در شرايط خوب با PI كمتر از 6 مي باشد، يك مرز بالايي برابر با 0.2 انتخاب مي شود. از معادله 13.6 بدست مي آيد .
محاسبه ضخامت over lay :

ضخامت over lay مورد نياز تفاوت بين ضخامت مورد نياز از يك سنگفرش با عمق كامل و ضخامت مؤثر از سنگفرش موجود است(معادله (130) ضخامت سنگفرش جديد مي تواند از نمودار طراحي براي سنگفرش كامل ارائه شده در شكل 11-11 تعيين گردد.
مثال13.4 سنگفرش موجود نشان داده شده در مثال 13.3 داراي مدول 1000Rsi است. ضخامت overlay لازم براي حمل يك ESAL برابر با را تعيين كنيد.
حل:از مثال 13.3 بدست مي آيد . ‌ و‌


از شكل 11.11 ، از معادله 13.1، ضخامت over lay لازم برابر است.
روش خميدگي:خميدگي هاي سنگفرشي توسط Benkelman beam با استفاده از يك روش آزمايش صورت مي گيرد. اطلاعات خميدگي و مساحي براي تثبيت بخش تحليل استفاده مي شوند. حد اقل ده اندازه گيري خميدگي بايد براي هر بخش تحليل يا حد اقل 20 اندازه گيري براي هر مايل انجام شود.
دماهاي سنگفرش در زمان اندازه گيري هاي خميدگي اندازه گيري مي شوند طوري كه خميدگي ها بتوانند براي يك دماي استاندارد تنظيم شوند . يك روش نمونه برداري تصادفي براي انتخاب حمل هاي اندازه گيري هاي خميدگي توصيه مي شود.
خميدگي RRD; random نماينده:
خميدگي ها، پس از اينكه آزمايشات خميدگي بر روي بخش تحليل (آناليز) كامل مي شوند، براي تعيين RRD بكار مي روند.
(13.7)

كه خميدگي rd ، خميدگي ميانگين، S انحراف معيار، F ضريب تنظيم دما و C ضريب تنظيم پريود بحراني است. استفاده از دو انحراف معيار بالاتر از ميانگين ايجاب مي كند كه 97% از اندازه گيري ها كوچكتر از باشد. محل ها در داخل بخش آناليز با خميدگي هاي بزرگتر از براي عمليات ويژه توصيه مي‌گردد. پيشنهاد مي شود كه خميدگي هاي اضافي براي تعيين ميزان چنين نواحي ضعيفي، اندازه گيري گردد. شكل 13.3 منجني هاي ضريب تنظيم دما را براي ضخامت هاي گوناگون بسترهاي شن ماسه متراكم نشان مي دهد. يك ضخامت بستر 0 in مربوط به يك سنگفرش آسفالت عمق كامل است. دماها داراي بيشترين تأثير بر روي سنگفرش هاي عمق كامل است و تأثير كاهش مي بايد وقتي كه ضخامت بستر گرانولار زياد

مي شود. دوره بحراني عبارت انداز فاصله اي است كه در آن سنگفرش با بارهاي سنگين آسيب مي بيند. در نواحي يخ زده، اين دوره پس از آب شدن يخ در بهار پيش مي آيد.
اگر اندازه گيري هاي خميدگي در طي دوره بحراني انجام شود، ضريب تنظيم c برابر با 1 خواهد بود. اگر خميدگيها در دوره بحراني اندازه گيري نشود، c بزرگتر از 1 است و مي تواند از يك سابقه پيوسته خميدگيها اندازه گيري شده براي يك سنگفرش مشابه تعيين گردد. اگر هيچ سابقه اي از اطلاعات خميدگي قابل مقايسه موجود نباشد، c بايد توسط تنظيم مهندس انتخاب شود.

مثال 13.5: يك سري از اندازه گيري هاي خميدگي توسط Benkelman بر
روي يك سنگفرش با عمق كامل در طي يك دوره بحراني با يك دماي سنگفرش انجام شد. خميدگيهاي به دست آمده 0.033, 0.035,0.040, 0.025, 0.028, 0.026, 0.020, 0.035,0.034 و 0.027 in بودند. را بدست آوريد.
جواب: يا

با دماي سنگفرش از شكل 13.3 ضريب تنظيم دما بدست مي‌آيد . در طي دوره بحراتي، به دست مي آيد c=7، از معادله 13.7، حاصل مي گردد.
خميدگي پس از over lay: در توسعه روش طراحي، سنگفرش روكش شده به صورت يك سيستم دو لايه با HMA OVER به عنوان لايه 1 و سنگفرش موجود به عنوان لايه 2 در نظر گرفته شد. براي تعيين لايه 2 بكار رفت. با فرض همگن بودن سنگفرش موجود نيم فضا (half-space) با يك نسبت پر آسرن 0.5، از معادله 2.8 بدست مي آيد :
(13.8)
كه در آن q فشار تماس است كه 70 psi (kpa 483) در نظر گرفته مي شود و a شعاع ناحيه بارگيري شده واحد معادل است تا بار را بر روي تايرهاي دو گانه ،با فرض اينكه (163mm)in 6.4 باشد. خميدگي مورد انتظار پس از over lay به خميدگي واهي ناميده مي شود و مي تواند با معادله زير بدست آيد:

كه در آن ضخامت over lay و مدول over lay برابر با (Gpa3.5)psi500000 فرض مي شود.
طراحي ضخامت over lay فرض مي شود كه يك رابطه منحصر به فرد بين بر حسب inch و ESAL مجاز وجود باشد(شكل 13.4) و چنين نمايش داده مي شود
(13.10)
اگر ESAL براي over lay داده شده باشد مي تواند از معادله 13.10 تعيين
شود. اگر داده شده باشد، مي تواند از معادله 13.8 بدست آيد. اگر و . مقادير E, a, q معلوم باشند، ضخامت over lay مي تواند از معادله 13.9 بدست آيد. شكل 3.5 نمودار طراحي مربوط به ESAL و را براي ضخامت over lay نشان مي دهد.

مثال13.6 :با روش مؤسسه آسفالت، ESAL مجاز براي يك لايه روييover lay 2 اينچي بر روي يك سنگفرش آسفالت را با يك برابر با هد 0.062 مشخص كنيد.(1.57mm).
جواب: بر اساس معادله 13.8 و پارامترهاي فرض شده توسط مؤسسه آسفالت داريم .
ازمعادله 13.10 داريم ESAL=347000 كه با مقدار بدست آمده از شكل‌13.5
كنترل مي‌گردد .
عمر باقيمانده:
شكل 13.4 يا معادله 13.10 مي تواند براي برآورد كردن عنر باقيمانده يك سنگفرش موجود يا زماني كه باقي مي ماند قبل از اينكه يك overlay لازم باشد، بكار برود.
روش به شرح زير است:
1- را تعيين كنيد 2- عمر باقيمانده يعني (ESAL) را از شكل 15.4 با فرض اينكه بصورت بدست آوريد. يك روش مناسبتر عبارت اند از استفاده از معادله 13.10 است كه مي تواند چنين نوشته شود.
(13.11)
كه در آن بر حسب inch است.

3-ESAL طراحي براي سال جاري برآورد كنيد و ضريب رشد را تعيين كنيد.
(13.12) ضريب رشد

4-نرخ رشد ترافيك را بر حسب درصد برآورد نماييد و دوره طراحي مربوط به ضريب رشد را از جدول 6.13 بدست آوريد. دوره طراحي، تعداد سالهاي برآورد شده است قبل از اينكهoverlay لازم باشد.
مثال 13.7 اگر براي سال جاري باشد و نرخ رشد ترافيك 4% ، تعداد سال هاي قبل از over lay را برآورد كنيد.
جواب: از معادله 13.11 بدست مي آيد. از معادله 13.2 ضريب رشد بدست مي آيد. از جدول 6.13 زمان برآورد شده قبل از overlay=6.5 سال بدست مي آيد.

13.3.2 –overlay آسفالت بر روي سنگفرش PCC
مشابه با overlay هاي آسفالت بر روي سنگفرش آسفالت، ضخامت مؤثر و خميدگي براي overlay هاي آسفالت بر روي سنگفرش PCC موجود هستند.
روش ضخامت مؤثر: روش همانند براي over lay هاي آسفالت بر روي
سنگفرش‌هاي آسفالت و ضرايب تبديل سنگفرش هاي pcc موجود در جدول 3.3 نشان داده مي شوند. با اين حال، بايد مواردي در طراحي در نظر گرفته مي شود. در بين علائم خرابي در آسفالت مي توان ترك خوردن، كنده شدن و حركت لوحه slab تحت ترافيك را نام برد. همچنين اگر سنگفرش قبل از over lay درزگيري نشود يا ترك بخورد، اين امر بايد در انتخاب ضريب تبديل صحيح از جدول 13.3 در نظر گرفته شود اين روش تحليل مؤلفه نيز مي تواند براي سنگفرش هاي pcc اي بكار برود كه قبلا با آسفالت over lay شده اند.

مثال 13.8 اگر ESAL طراحي مفروض باشد، يك over lay آسفالت را براي سنگفرش اي طراحي كنيد كه شامل 8 اينچ از لوحه هاي pcc و 2n4 از زير بستر خرده سنگ-ماسه است. سنگفرش محكم، بطور قابل توجهي ترك مي خورد ولي قسمت هاي لوحه شكسته شده اند و بخوبي بر روي زير بستر توسط غلتك هاي سنگين براي over lay درزگيري مي شود. زير بستر داراي مدول بر جهندگي (ssmpa) psi 8000 است.
جواب: از جدول pcc.13.3 بصورت v(c) با يك ضريب تبديل o.s طبقه بندي مي شود و زير بستر قلوه سنگ-ماسه به صورت N با يك ضريب تبديل 0.15 طبقه‌بندي مي شود. از معادله13.6، بدست مي آيد. با ، از شكل 11.11 يك سنگفرش عمق-كامل in10.2 لازم است. بنابراين ضخامت بايد كافي باشد.
روش خميدگي:

روش خميدگي ارائه شده توسط مؤسسه آسفالت تعيين هويت و ترميم نواحي خراب را قبل از over lay تاكيد مي كند. بررسي هاي شرايط سنگفرش همراه با بررسي خميدگي در تعيين هويت شرايط خرابي مفيد هستند. براي بزرگره هاي دو مسيري، اندازه گيري هاي خميدگي در لبه خارجي در دو طرف خط مركزي انجام مي‌شود. براي بزرگراه هاي تقسيم بندي شده، خميدگي ها بايد فقط در خارجي ترين لبه اندازه گيري شود. اندازه گيري هاي خميدگي هاي اضافي بايد در گوشه ها، اتصالات، ترك ها و نواحي سنگفرش خراب شده انجام شوند تا توانايي انتقال بار تعيين گردد. خميدگي هاي مجاز براي JPCP و JRCP خميدگي هاي عمودي در اتصالات از همه مهمتر هستند، همانطور كه توسط تير Benkelman beam اندازه گيري شده است، خميدگي جزئي بايد كمتر از in0.002 باشد و خميدگي متوسط، بايد كمتر از in 0.014 باشد. سنجش هاي اين خميدگي ها در شكل 13.6a نشان داده مي شود.

پايدار سازي و درز بندي زيرين لازم هستند اگر اين معيارها تأمين نشوند. بررسي هاي بر روي CRCP نشان مي دهند كه خميدگي هاي dyna flect برابر 0.0006 تاin0.0009 15) تا(23 يا بيشتر منجر به ترك خوردن و خرابي بيش از حد مي گردد. اگر خميدگي بحراني w، مطابق شكل13.6b بيش از in0.0006 (mm15) باشد، درزبندي زيرين يا پايدار ساري لازم است HMA متراكم مي تواند خميدگي ها را به اندازه كاهش دهد. با اين حال، اين مقدار با نوع مخلوط و شرايط محيطي تغيير مي كند و ممكن است تا زياد شود. اگر تحليل خميدگي يك كاهش مطلوب %50 يا بيشتر را نشان دهد، over lay نبايد به تنهايي استفاده گردد و اقتصادي تر آن است كه خميدگيها با بكار بردن درزبندي زيرين همراه با overlay كاهش يابد.
نمودار طراحي ضخامت over lay :

شكل 13.7 يك نمودار طراحي براي انتخاب يك overlay آسفالت بر روي سنگفرش هاي pcc را نشان مي دهد. ضخامت HMA براي كمينه كردن ترك خوردن خميدگي با در نظر گرفتن تأثير تنش هاي برش عمودي و كرنش هاي كششي افقي، انتخاب شدند. در اين روش ضخامت هاي over lay مربوط به طول لوحه و تغيير دماي ساليانه متوسط است كه عبارت اند از تفاوت بين بالاترين دماي حداكثر روزانه معمولي و پليين ترين دماي حداقل روزانه معمولي براي گرمترين و سردترين ماههاي سال مي باشد، بر اسا ميانگين 30 ساله. حداقل و حداكثر دماهاي روزانه در محل ها در سراسر آمريكا مي تواند در ms-17 پيدا شود. يك جدول مختصر شده براي تغيير دماي ساليانه حداكثر در جدول 13.4 ارائه مي شود. نم.دار ضخامت over

lay به سه بخش تقسيم مي شود كه بصورت C, B, A مطابق با طول هاي لوحه و تفاوت هاي دما تعيين مي شوند. در بخش A، يك ضخامت حداقل 4 اينچ توصيه مي شود. اين ضخامت بايد خميدگي را به اندازه %20 برآورد شده كاهش دهد. ضخامت over lay بخش هاي B و C ممكن است به صورت مفروض استفاده گردد. با اين حال ضخامت هاي over lay ممكن است كم گردد اگر لوحه هاي pcc توسط ترك خوردن و درزبندي كم كوتاه شوند تا تأثيرات دما كاهش يابد. در بخش c، ضخامت ها به حرارت بالا تا 8.5 تغيير مي نمايد. معمولا، وقتي يك over lay به 8 تا 9 اينچ برسد، ساير روش ها بايد در نظر گرفته شوند، توجه كنيد كه روش 2 نشان داده شده در شكل13.7 ترك و درزبندي و روش 3 يك لايه آزاد سازي ترك است كه هر دو در بخش 13.1.2 شرح داده مي شوند.