بخشی از مقاله
تاريخچه روسازي راه‌ها
راهسازان از زمان‌هاي قديم بر لزومو اهميت روسازي راه‌ها واقف بودند و بر حسب مورد از انواع روسازي‌ها استفاده مي‌كردند. روسازي راه‌ها در مناطق كه داراي زمين‌هاي سست و آب و هوايي مرطوب بودند و براي حمل و نقل كالا و مسافرين از ارابه استفاده مي‌شد، بيشتر توسعه يافت. از روسازي‌هاي قديمي كه هنوز هم آثاري از آنها بجاي مانده است، مي‌توان روسازي خيابان‌هاي بابل و روسازي راه‌هاي روميان را نام برد.
در مناطقي نظير ايران، راه‌ها معمولاً بدون روسازي ساخته مي‌شد، زيرا آب و هواي اين مناطق گرم و خشك بود، آبادي‌ها از يكديگر فاصله زيادي داشتند و براي حمل و نقل كالا و رفت و آمد مسافرين از چهارپايان استفاده مي‌شد. از روسازي فقط در مواردي كه راه از زمين‌هاي سست، نمكزار، آبگير و يا لجني عبور مي‌كرد، استفاده مي‌شد.
هدف از روسازي
هدف از روسازي راه، احداث يك سطح صاف و هموار و در عين حال با ايمني كافي براي استفاده كنندگان از راه است. روسازي بايد طوري طراحي و ساخته شود كه بتوان وزن وسايل نقليه را تحمل كند و در هر شرايط جوي قابل استفاده باشد. زمين در حالت طبيعي معمولاً مقاومت كافي براي تحمل بارهاي وارده از چرخ‌هاي وسايل نقليه سنگين نظير كاميون‌ها را ندارد و بارگذاري اينگونه خاكها موجب شكست برشي خاك و بوجود آمدن تغيير شكل‌هاي بيش از اندازه در آن مي‌شود.
براي جلوگيري از شكست برشي خاك و بوجود آمدن تغيير شكل‌هاي دائم بيش از اندازه در آن، بايد از شدت تنش‌هاي فشاري قائم بر روي خاك كاسته شود. اين عمل با قرار دادن لايه‌اي از مصالح مرغوب و با مقاومت زياد بر روي خاك انجام مي‌شود. جنس و ضخامت اين لايه كه به روسازي موسوم است، بايد طوري باشد كه ضمن آنكه بتواند شدت تنش‌هاي فشاري قائم را به ميزان قابل تحمل خاك بستر روسازي كاهش دهد، خود نيز قادر به تحمل بارهاي وارد به آن باشد.
شدت تنش‌هاي فشاري قائمي كه در اثر بارگذاري در يك توده خاك بوجود مي‌آيد، در نقاط مختلف متفاوت است. شدت اين تنش‌ها در نقاط واقع در زير سطح بارگذاري شده حداكثر است و با ازدياد فاصله اين نقاط از سطح بارگذاري شده از شدت تنش‌هاي فشاري قائم نيز كاسته مي‌شود.
با توجه به اين اصل در مواردي كه ضخامت روسازي زياد است، مي‌توان به منظور اقتصادي‌تر نمودن ساختمان روسازي، آن را از چندين لايه با مقاومت و مرغوبيت‌هاي متفاوت طرح و اجرا كرد. نحوه قرار گيري لايه‌هاي روسازي بايد به ترتيبي باشد كه لايه‌هاي با مصالح مقاوم‌تر و مرغوب‌تر در لايه‌هاي بالاتر روسازي قرار گيرند، زيرا در اين نقاط شدت تنش‌هاي فشاري وارد بر روسازي بيشتر است و از مصالح با مرغوبيت و مقاومت كمتر در لايه‌هاي زيرين كه ميزان تنش‌ها در آنجا كمتر است، استفاده شود. جنس و ضخامت هر يك از لايه‌هاي روسازي بايد طوري انتخاب شود كه ضمن آنكه هر يك از اين لايه‌ها بتواند در برابر تنش‌هاي وارد به آن مقاومت كند، بايد قادر باشد كه شدت اين تنش‌ها را تا ميزان تنش قابل تحمل براي لايه‌اي كه در زير آن قرار گرفته است، كاهش دهد.
در راه‌هاي با آمد و شد زياد، لايه‌هاي بالايي روسازي‌ها و بخصوص لايه رويه از مصالح قيري و يا سيماني ساخته مي‌شوند. در اثر بارگذاري روسازي، اين نوع رويه تغيير شكل داده و در آنها تنش‌هاي كششي و فشاري افقي بوجود مي‌آيد. هرگاه شدت تنش‌هاي كششي افقي در يك لايه روسازي از ميان استقاومت كششي مصالح آن لايه بيشتر شود، موجب شكست و ترك خوردن آن لايه مي‌شود. بنابراين جنس و ضخامت لايه‌هاي روسازي كه از مصالح قيري و يا سيماني ساخته مي‌شوند، بايد طوري انتخاب شوند كه در برابر تنش‌هاي كششي افقي بوجود آمده در آنها مقاومت كند و ترك نخورند.
لايه‌هاي روسازي
روسازي‌ها معمولاً از چندين لايه تشكيل مي‌شوند: تعداد، ضخامت و جنس اين لايه‌ها تابعي از مقاومت خاك بستر روسازي، خصوصيات آمد و شد وسايل نقليه، شرايط جوي منطقه، مصالح موجود در محل و شرايط اقتصادي است. روسازي راه‌ها با آمد و شد زياد و فرودگاه‌ها معمولاً از سه لايه متمايز رويه، اساس و زيراساس كه بر روي لايه متراكم شده خاك بستر روسازي قرار مي‌گيرند، تشكيل مي‌شود.
لايه متراكم شده بستر
لايه متراكم شده بستر روسازي، لايه‌اي است كه از خاك زمين طبيعي كه از مواد آلي و مواد مضر پاك شده و كوبيده شده باشد. در خاكريزه‌ها اين لايه آخرين لايه خاكي است كه ريخته شده وكوبيده مي‌شود. در برش‌ها، اين لايه، لايه كوبيده شده و آماس شده خاك زمين طبيعي است.
لايه زيراساس
لايه زيراساس، لايه‌اي است كه از مصالح نسبتاً مرغوب كه بين لايه اساس و بستر روسازي قرار مي‌گيرد. لايه زيراساس در راه‌هايي كه آمد و شد وسايل نقليه در آنها زياد بوده و يا مقاومت خاك بستر روسازي كم است، بكار مي‌رود. لايه زيراساس اغلب از مصالح سنگ شكسته و يا شن و ماسه ساخته مي‌شود.
لايه اساس
لايه اساس، لايه‌اي است كه از مصالح مرغوب كه بين لايه‌هاي رويه و زيراساس يا بين لايه رويه و بستر روسازي قرار مي‌گيرد. لايه اساس از مصالح مرغوب نظير سنگ شكسته شده، شن و ماسه شكسته، مصالح تثبيت شده با قير، آهم و سيمان ساخته مي‌شود. لايه اساس در راه‌هايي كه آمد و شد وسايل نقليه در آنها زياد بوده و يا مقاومت خاك بستر روسازي كم است، از بتن آسفالتي كم قير (اساس قيري) ساخته مي‌شود.
لايه رويه
لايه رويه، لايه‌اي است كه از جنس خيلي مرغوب و با مقاومت نسبتاً زياد كه بالاترين لايه روسازي است و مستقيماً در تماس با چرخ‌هاي وسايل نقليه قرار دارد. لايه رويه در راه‌هاي با آمد و شد زياد از مصالح مرغوب نظير بتن آسفالتي يا بتن سيماني ساخته مي‌شود. در راه‌هاي با آمد و شد زياد متوسط، گاهي از رويه‌هاي آسفالت مخلوط در محل و يا رويه‌هاي آسفالت سطحي استفاده مي‌شود. راه‌هاي با آمد و شد كم، نظير راه‌هاي روستاي ي و راه‌هاي فرعي، ممكن است از رويه‌هاي شني كه عمر چنداني ندارند، ساخته شوند.
در ايران به دليل وجود مقادير نسبتاً زياد قير كه از پالايش نفت به دست مي‌آيد، روسازي راه‌ها از مصالح آسفالتي ساخته مي‌شود. رويه‌هاي آسفالتي با ضخامت بيش از حدود 5 سانتيمتر معمولاً در دو لايه ساخته مي‌شوند. لايه زيرين كه به لايه آستر مرسوم است، درصد قير كمتري از لايه رويي كه لايه رويه (توپكا) ناميده مي‌شود، دارد. بين لايه‌هاي آستر و رويه بتن آسفالتي از يك لايه اندود قيري كه به اندود سطحي موسوم است، استفاده مي‌شود. هدف از بكار بردن اندود سطحي، ايجاد چسبندگي و پيوستگي بين دو لايه آسفالتي است. بين لايه‌هاي رويه آسفالتي و اساس غيرآسفالتي (شن و ماسه و يا سنگ شكسته) از يك لايه اندود قيري كه به اندود نفوذي موسوم است، استفاده مي‌شود. هدف از بكار بردن اندود نفوذي، ايجاد چسبندگي و پيوستگي بين يك لايه آسفالتي با يك بايه غيرآسفالتي است. مزيت ديگر استفاده از اندود نفوذي غيرقابل نفوذ كردن اساس غيرآسفالتي در برابر آب است.
عوامل موثر در طرح روسازي‌ها
روسازي‌ها معمولاً تحت تاثير عوامل زيادي قرار دارند و از اين نظر طرح آنها در مقايسه با طرح پل‌ها و ساختمان‌ها و ساير ابنيه فني از پيچيدگي بيشتر برخوردار است. يكي از اشكالات مهم در طرح روسازي‌ها، متغير بودن عواملي است كه در طرح روسازي موثرند. به علت طول زياد يك راه و با توجه به اين امر كه شرايط جوي، خصوصيات خاك زمين طبيعي و نوع و تعداد وسايل نقليه در طول راه متغير است.
عوامل موثر در طرح روسازي‌ها را مي‌توان به 6 گروه تقسيم كرد كه عبارتند از:
1) خاك بستر روسازي (جنس، مقاومت، قابليت جذب رطوبت، قابليت تراكم و ...).
2) مصالح روسازي (جنس، مقاومت، داوم، نفوذپذيري و ...).
3) شرايط جوي (رطوبت، يخبندان، درجه حرارت و ...).
4) وسايل نقليه (نوع، وزن، تعداد و ...).
5) مخارج (مصالح، ماشين آلات، نيروي انساني، تعمير و نگهداري، اتلاف وقت و ...).
6) سيستم موردنظر.
روش طرح روسازي معمولاً به اين نحو است كه ابتدا با بررسي‌هاي ژئوتكنيكي خاك بستر روسازي، منابع مصالح، شرايط اقليمي و جوي منطقه و آمد و شد احتمالي وسايل نقليه چندين طرح كه از نقطه نظر فني قابل قبول هستند، انتخاب مي‌شود. سپس با بررسي اين طرح‌ها، طرحي كه از نقطه نظر اقتصادي بهترين طرح است، به عنوان طرح نهايي انتخاب مي‌شود.
انواع روسازي
روسازي‌ها داراي انواع مختلف هستند كه از نقطه نظر نحوه گسترش تنش در آنها و نحوه تحمل بارهاي وارد آنها را مي‌توان به دو دسته كلي روسازي‌هاي انعطاف‌پذير و روسازي‌هاي سخت تقسيم كرد.
روسازي‌هاي انعطاف‌پذير كه شامل انواع روسازي‌هاي آسفالتي و شني مي‌باشند، روسازي‌هايي هستند كه در آنها از لايه‌هاي با سختي (ضريب ارتجاعي) كم استفاده مي‌شود. اين نوع روسازي‌ها بارهاي خارجي را بدون گسترش زياد و در يك سطح نسبتاً كوچك به خاك بستر روسازي منتقل مي‌كنند. در مورد روسازي‌هاي قابل انعطاف، خاك بستر نقش فوق‌العاده مهمي را در طرح روسازي بازي مي‌كند و از اين نظر بررسي و مطالعه خاك بستر روسازي بايد با دقت بيشتر انجام شود.
روسازي‌هاي سخت كه شامل روسازي‌هاي بتني هستند، روسازي‌هايي مي‌باشند كه در آنها از يك يا چند لايه با سختي زياد استفاده مي‌شود. اين نوع روسازي‌ها بارهاي خارجي را بدون تغيير شكل زياد صفحه بتني در يك سطح نسبتاً وسيع به خاك بستر روسازي منتقل مي‌نمايند. روسازي‌هاي بتني خود انواع مختلفي به شرح زير دارد:
1. روسازي‌هاي بتني با دال ساده (دال غيرمسطح)؛
2. روسازي‌هاي بتني با دال مسلح؛
3. روسازي‌هاي بتني با دال (فولاد) يكسره؛
4. روسازي‌هاي بتني پيش تنيده؛
5. روسازي‌هاي بتني با رشته‌هاي فولادي.
با توجه به مطالب بالا و به منظور تحليل تنش‌ها و تغيير شكل‌هاي نسبي در روسازي‌هاي انعطاف‌پذير، در طرح و محاسبه اين نوع روسازي‌ها به صورت يك سيستم چند لايه‌اي نيمه بي‌نهايت درنظر گرفته شده و مورد بررسي قرار مي‌گيرند، در حالي كه روسازي‌هاي سخت بر اساس فرضيات مربوط به خمش صفحات واقع بر روي پي‌هاي ارتجاعي مورد بررسي قرار گرفته و تنش‌هاي و تغيير شكل‌هاي نسبي در آنها تعيين مي‌شود.
در ايران به دليل آنكه قير به مقدار فراوان موجود بوده و سيمان به مقدار زياد توليد نمي‌شود، براي روسازي راه‌ها ار مصالح قيري استفاده مي‌شود. در حال حاضر متجاوز از 15000 كيلومتر از راه‌هاي ايران داراي رويه آسفالتي بوده و متجاوز از 26000 كيلومتر از راه‌ها غيرآسفالتي (شني و خاكي) هستند.
اجزا خاك
تمام اجزا تشكيل دهنده خاك داراي اندازه يكساني نيستند برحسب اندازه دانه‌ها اين اجزا به نام‌هاي قلوه سنگ، شن، ماسه، لاي و رس نامگذاري مي‌شوند.
اجزا درشت‌تر از 075/0 م.م كه با چشم غيرمسلح قابل تشخيص هستند، به درست‌دانه‌ها و اجزا ريز از 075/0 م.م به ريزدانه‌ها موسوم هستند. ريزدانه‌ها شامل رس و لاي هستند و اگرچه هر دو اين اجزا ريزدانه محسوب مي‌شوند، ليكن اختلاف عمده‌اي در مشخصات آنها موجود است. اين اختلاف مربوط به خواص خميري آنهاست. اصولاً لاي در اثر هوازدگي مكانيكي بوجود آمده، بنابراين بسياري از خواص اوليه را حفظ كرده است، در حالي كه رس از هوازدگي مكانيكي و شيميايي بوجود آمده و داراي اندازه كلوئيدي است. دانه‌هاي ذرات رس بسيار كوچك و به شكل سوزني و يا صفحه‌اي است كه قابليت جذب و نگهداري مقدار نسبتاً زيادي آب را دارد.
خاك‌هايي كه مقادير قابل توجهي رس بالايي دارند، به نام خاك‌هاي رسي و يا لاي‌دار موسوم هستند و مناسب براي عمليات راه‌سازي نمي‌باشند. اينگونه خاكها در اثر تماس با آب مرطوب شده و مقدار قابل توجهي از مقاومت خود را از دست مي‌دهند. ضمناً خاك‌هاي لاي‌دار قابليت تراكم خوبي ندارند و كوبيدن اين نوع خاكها مشكلات زيادي را به همراه دارد.
مشخصات فني اجزا درشت‌دانه خاكها بستگي به دانه‌بندي و تراكم خاك دارد، در صورتي كه مشخصات فني اجزاء ريزدانه خاكها تابعي از نيروهاي سطحي و الكتريكي بين دانه‌هاست. مشخصات فني خاكها عبارتند از: قابليت ارتجاعي، خواص خميري، چسبندگي، مقاومت برشي، تراكم‌پذيري، تغيير حجم در اثر تغيير رطوبت، نفوذپذيري و تورم در اثر يخبندان.
اين مشخصات به طور كلي تابعي هستند از: نوع كاني‌هاي تشكيل دهنده خاك، وجود مواد آلي در خاك، نحوه حمل، محل و سن لايه‌هاي رسوبي تشكيل دهنده خاك، فشار وارد بر خاك، دانه‌بندي، تراكم و شكل ساختماني دانه‌هاي خاك.
دانه‌بندي خاكها
تعيين دانه‌بندي خاكها در آزمايشگاه با استفاده از الك و هيدرومتري انجام مي‌شود. منظور از دانه‌بندي خاك، تعيين درشتي و ريزي درصد اجزا تشكيل دهنده آن است. براي تعيين دانه‌بندي قسمت درشت دانه خاك از الك و براي تعيين دانه‌بندي قسمت ريزدانه خاك از آزمايش هيدرومتري كه بر اساس سرعت ته‌نشين شدن اجزا خاك در آب (قانون استوكس) استوار است، استفاده مي‌شود. الك‌هايي كه به منظور دانه‌بندي خاك بكار مي‌روند، اندازه‌هاي مختلفي دارند كه بر حسب ميليمتر و يا شماره الك مشخص مي‌شوند.
آماده‌سازي نمونه خاك جهت انجام آزمايش دانه‌بندي ممكن است به روش خشك يا تر به عمل آيد. طبق پيشنهاد FAA روش خشك بايد براي خاك‌هاي غيرچسبنده دانه‌اي و تميز بكار رفته و روش تر جهت خاك‌هاي چسبنده و بينابين بكار گرفته شود. در موارد مشكوك بهتر است روش تر مورد استفاده واقع شود.
خاك‌هاي خوب دانه‌بندي شده داراي اجزا با اندازه‌هاي مختلف بوده و دانه‌هاي اين نوع خاكها بهتر در يكديگر قفل و بست شده و معمولاً مقاومت و ظرفيت باربري آنها بيشتر و نفوذپذيري آنها كمتر از خاك‌هايي نظير بددانه‌بندي شده است.
خواص خميري خاكها
اگر خاكي با مقدار كافي آب مخلوط شده و سپس به تدريج خشك شود، حالت‌هاي مختلفي به خود مي‌گيرد. اين حالت‌ها به ترتيب: حالت رواني، حالت خميري، حالت نيمه‌جامد و حالت جامد ناميده مي‌شوند. درصد رطوبتي كه خاك از حالت رواني به حالت خميري مي‌رسد، حد رواني خاك ناميده مي‌شود. چون تعيين حد رواني خاكها بطور نظري دشوار است، لذا از آزمايش تعيين حد رواني كه آزمايش استانداري است، استفاده مي‌شود.
نحوه انجام اين آزمايش به اين ترتيب است كه چند نمونه خاك در درصدهاي مختلف رطوبت در جام وسيله آزمايش حد رواني قرار داده شده و با استفاده از وسيله شياركش مخصوص، شياري به شكل معين در خاك بوجود مي‌آيد، بطوري كه نمونه به دو قسمت مساوي مجزا از يكديگر تقسيم مي‌شود. سپس با چرخاندن دسته مخصوص كه جام را تا ارتفاع يك سانتيمتري بلند كرده و سپس آن را رها مي‌كند، ضرباتي به نمونه خاك وارد مي‌شود، سبب مي‌گرد كه شيار بوجود آمده در خاك در اثر روان شدن دو قسمت نمونه به هم آمده و بسته شود. تعداد ضربات لازم براي بسته شدن شيار در طولي برابر با 25/1 سانتيمتر اندازه‌گيري مي‌شود. اين آزمايش در درصد رطوبت‌هاي مختلف تكرار مي‌شود و هر بار تعداد ضربات اندازه‌گيري مي‌گردد. با رسم منحني نمايش تغييرات تعداد ضربات بر حسب درصد رطوبت، درصد رطوبتي كه در آن شيار بوجود آمده، در نمونه خاك در اثر 25 ضربه بسته مي‌شود، به دست مي‌آيد و به عنوان حد رواني نمونه خاك تعريف مي‌شود.
درصد رطوبتي كه خاك از حالت خميري به حالت نيمه جامد مي‌رسد، به حد خميري موسوم است. درصد رطوبتي كه خاك از حالت نيمه جامد به حالت جامد مي‌رسد، به حد انقباض موسوم است. تفاضل بين مقادير حد خميري و حد رواني خاك به دامنه يا نشانه خميري موسوم است.
خاكها را معمولاً بر حسب ميزان حد رواني به 4 گروه تقسيم مي‌كنند كه عبارتند از:
خاك‌هاي با حد رواني كم؛
خاك‌هاي با حد رواني متوسط؛
خاك‌هاي با حد رواني زياد؛
خاك‌هاي با حد رواني خيلي زياد.
يكي از مهمترين مشخصات خاك، دامنه خميري آن، يعني ميزان رطوبتي است كه خاك حالت خميري دارد، است. خاكها را معمولاً بر حسب ميزان دامنه خميري، به 4 گروه تقسيم‌بندي مي‌كنند كه عبارتند از:
خاك‌هاي غيرخميري؛
خاك‌هاي با درجه خميري متوسط؛
خاك‌هاي خميري؛
خاك‌هاي با درجه خميري زياد.
رده‌بندي خاكها
رده‌بندي خاكها معمولاً با استفاده از نتايج آزمايشات دانه‌بندي و حدود اتربرگ انجام مي‌شود. در برخي از روش‌هاي رده‌بندي خاك ممكن است كه از ساير مشخصات خاك نيز استفاده شود كه عباراتند از:
روش اشتو، روش يونيفايد و روش BCEOM
روش اشتو براي رده‌بندي خاك
روش اشتو براي رده‌بندي خاكها، يكي از متداول‌ترين روش‌هاي رده‌بندي خاك است و صرفاً براي راه‌سازي بكار مي‌رود. اين روش بر اساس نتايج تجربي حاصل از تاثير جنس خاكها بر عملكرد روسازي استوار است. در روش اشتو، خاكها به هشت گروه اصلي تقسيم مي‌شوند. اين تقسيم‌بندي بر اساس ظرفيت باربري و ساير مشخصات خاكها استوار است.
هشت گروه اصلي به اسامي: A-1, A-2, A-3, A-4, A-5, A-6, A-7, A-8 نامگذاري شده‌اند. در راه‌سازي خاك‌هاي A-1 مرغوب‌ترين خاكها هستند. با افزايش شماره رده خاك از مرغوبيت خاك كاسته مي‌شود، بطوري كه خاك‌هاي A-8 نامناسب‌ترين خاكها هستند و به هيچوجه نبايد در راه‌سازي مورد استفاده قرار گيرند. در جدول زير جنس خاكها بر حسب رده آنها آورده شده است:
A-1 قلوه سنگ و سن و ماسه
A-2 شن و ماسه لاي‌دار يا رس‌دار
A-3 ماسه ريزدانه
A-4 خاك لاي‌دار با حد رواني كم
A-5 خاك لاي‌دار با حد رواني زياد
A-6 رس با حد رواني كم
A-7 رس با حد رواني زياد
A-8 خاك‌هاي آلي
روش يونيفايد براي رده‌بندي خاكها
روش يونيفايد براي رده‌بندي خاكها بر اساس روشي استوار است كه ابتدا توسط كاساگرانده ارائه شد. در رده‌بندي خاكها در اين روش با توجه به كيفيت و مرغوبيت خاك به عنوان خاك بستر روسازي راه‌ها انجام مي‌شود. مطالعه و بررسي زيادي توسط گاساگرانده بر روي انواع خاكها انجام شد و بالاخره اين نتيجه مهم حاصل گرديد كه تنها دانه‌بندي خاك براي مشخص كردن رفتار آنها كافي نيست، لذا او اولين شخصي بود كه پيشنهاد كرد كه رده‌بندي رفتاري خاكها بايد با بررسي دانه‌بندي و خواص خميري انجام شود.
رده‌بندي خاكها با استفاده از روش يونيفايد با بكار بردن حروف سمبليك انجام مي‌شود و هر خاكي معمولاً با دو حرف مشخص مي‌شود. حروف سمبليك عبارتند از:
G براي شن، S براي ماسه، M براي لاي، C براي رس، O براي خاك‌هاي آلي، خاك‌هاي كه داراي دانه‌بندي خوبي هستند، با حرف w و خاك‌هاي بد دانه‌بندي شده با حرف P مشخص مي‌شوند. از حرف L براي مشخص كردن خاك‌هاي با حد رواني كم و از حرف H براي مشخص كردن خاك‌هاي با حد رواني زياد استفاده مي‌شود.
