بخشی از مقاله
اصول روسازي ماندگار به عنوان جايگزين روسازي هاي آسفالتي معمولي
چکيده
هرساله در کشورهاي مختلف مبالغ هنگفتي صرف اجرا و ترميم روسازي در شبکه هـاي راه مـي شـود. روسـازي هـا تحـت دو خرابي عمده شيارشدگي (rutting) و شکست خستگي (fatigue cracking) که باعث مي شوند هزينه ي زيادي جهت تعميـر ايـن دو خرابي عمده صرف شود؛ لذا طراحان روسازي به فکر طرح انواعي از روسازي ها افتادند که در مقابل اين دو خرابي مقاوم باشند. ايـن نوع روسازي تحت عنوان روسازي ماندگار نوعي از روسازي است که در طول دوران بهره برداري نيـازي بـه تعميـرات اساسـي و دوبـاره سازي ندارند. هزينه ي اجراي اين نوع روسازي ها در ابتدا بيشتر از روسازي معمولي است اما به دليل عدم نيـاز بـه تـرميم اساسـي در طول دوران بهره برداري در اين نوع روسازي ها ميتوان از آنها به عنوان جايگزيني مناسب به جاي روسازي هاي معمولي استفاده کرد.
واژگان کليدي: روسازي ماندگار، شيار شدگي، شکست خستگي.
مقدمه
هر کشوري به واسطه نياز هر ساله مقدار زيادي از بودجه خود را به بخش راهسازي اختصاص مي دهد يکي از بخـش هـاي پـر هزينه در زمينه راهسازي مربوط به ترميم روسازي است که در صورت حل اين مشکل و عملي کردن ايده اي کـه عمـر روسـازي را تـا حدي افزايش دهد که چندين سال نياز به ترميم نداشته باشد قسمت بسيار زيادي را از هزينه هاي بخش راهسازي را کاهش ميدهد.
اين ايده تحت عنوان روسازي با عمر بالا يا روسازي مانـدگار داراي مقاومـت خسـتگي بـالايي اسـت يکـي از راه هـاي افـزايش مقاومت خستگي افزايش ضخامت آسفالت است از طرفي افزايش دادن ضخامت به مقدار زياد غير اقتصادي مي باشد اين مسـاله سـبب گرديد تا طراحان بدنبال ضخامت بهينه اي باشند که هم از نظر اقتصادي مقرون به صرفه باشـد و هـم داراي مقاومـت خسـتگي کـافي باشد براي طرح اين ضخامت بايد مقدار از کرنش کششي که آسفالت تحمل ميکند آگاهي پيدا کنيم زيـرا در پـايين تـر از ايـن کـرنش نيازي به افزايش ضخامت لايه ي آسفالتي نيست اين سطح کرنش را حد تحمل مي نامند.
١- خرابي هاي روسازي
دوخرابي عمده و مهم در روسازي عبارت اند از:
١-١ شيار شدگي
١-٢ خرابي خستگي
١-١ شيارشدگي: يک خرابي در روسازي است که عملکرد کل روسازي را شامل عملکرد وظيفه اي و عملکرد سازه اي را مختـل مي سازند اين خرابي مي تواند ناشي از استفاده از مخلوط بتن آسفالتي ضعيف عـدم بـاربري بسـتر و خطاهـاي اجرايـي و طراحي باشد. افزايش وقوع اين خرابي عمدتا به استفاده از مصالح آهکي افزايش بار محور وسـايل نقليـه و حجـم ترافيـک
علي الخصوص در قطعاتي از راه که داراي شيب طولي بيشتري هستند در مناطق با آب و هواي گرم نسبت داده مي شـود از سوي ديگر ايجاد شيار و ناهمواري در سطح روسازي نشانه خدمت دهـي را کـاهش مـي دهـد و بـه تبـع آن دوره بهـره برداري روسازي را کوتاه ميسازد. همچنين شيارها محل مناسبي براي جمع شدن آب هستند که با توجه به احتمال وقـوع پديده آب پيمايي ايمني جريان ترافيک تحت تاثير قرار ميگيرد.
١-٢ خرابي خستگي: از جمله خرابي هاي بسيار مهم در روسازي هاي انعطاف پـذير اسـت .تـرک هـاي خسـتگي تحـت تـاثير بسياري از عوامل مانند ساختار روسازي ،بارگذاري وشرايط محيطي قرار دارند و شکل و طول پالس هاي پاسخ کششي در تار پايين لايه آسفالت به شدت بر عمر خستگي لايه هاي آسفالتي تاثير مي گذارند.
١-٢-١ ترک خستگي (ناشي از بار): مقاومت خستگي ناشي از کشش لايه هاي آسفالتي در خمش به طـرح اخـتلاط و طراحـي سازه اي و همچنين به خود سازه راه بستگي دارد ترک خستگي ناشي از بارگذاري ،نتيجه کشيدگي هاي مکرر در زيـر لايـه هاسـت بـا طرح اختلاط و طراحي سازه اي مناسب لايه هاي آسفالتي مي توان از اين پديده جلوگيري نمود.
١-٢-٢ ترک خستگي (تغييرات دما): اين ترک ها با تغييرات متناوب دما مخصوصا تغييرات روزانه دما که بـا تنشـهاي ناشـي از بارگذاري همراه مي شوند ايجاد ميگردند. با طرح اختلاط دقيق انتخاب چسبنده (قير)مناسب و طراحي دقيق سازه اي ميتـوان مـانع از ايجاد اين پديده شد. [١]
٢- حد تحمل خستگي
"اولين بار Monismith و Mclean حد تحمل خستگي را براي مخلوط هي آسـفالتي معـادل کـرنش ٧٠ ميکـرون در نطـر
گرفتند.
بر اساس مطالعات انجام شده بر روي مخلوط هاي آسفالتي با مشخصات کاليفرنيا و با در صد فضاي خالي ٥ درصد و درصد قيـر ٦ درصد آنها مشاهده کردند که منحني هاي کرنش لگاريتمي در ٥ ميليون تکرار و در کرنش ٧٠ ميکرون به همگرايي ميرسند.
ششککل ل ١١-- ننممووددااررههاايي ححااصصل ل اازز ممططااللععاات ت MMoonniisshhmmiitthh [٢]
در سال ١٩٩٤ آقاي Nishizawe و همکارانش در مطالعات خود بر روي روسازي هاي تمام آسـفالتي موجـود در ژاپـن نشـان دادند که حد تحمل اين روسازي ها در حدود ٢٠٠ ميکرون است .
در سال ٢٠٠٠ آقاي Carpenter و همکارانش براساس نتايج آزمايش هاي خستگي در سطوح کرنش مختلف مشـاهده کردنـد که حد تحمل خستگي براي انواع مختلفي از مخلوط هاي آسفالتي بين ٧٠ تا ٥٠٠ ميکرون است .
در سال ٢٠٠٢ در تحقيقات انجام شده توسط انيستيتو آسفالت در خصوص مخلوط هاي آسفالتي با عمر بالا حـد تحمـل برابـر ١٠٠ ميکرون تعيين شد.
در سال ٢٠٠٢، Witczak و همکارانش با استفاده از آزمايش کشش مستقيم نشان دادند که حد تحمل مخلوط هاي آسـفالتي برابر با ٦٥ ميکرون است .
در سال ٢٠٠٤ آقاي Wu و همکارانش در کانزانس با انجام محاسبات معکوس بر روي داده هاي حاصل از روسازي هاي با عمـر بالا که با دستگاه FWD اندازه گيري شده بودند نشان دادند که حد تحمل اين نوع مخلوط هاي آسـفالتي بـين ٩٦ الـي١٥٨ ميکـرون است .
در سال هاي بين ٢٠٠٠ الي٢٠٠٤ بر اساس آزمايشات مرکز ملي فناوري آسفالت (NCAT) بر روي مسير هـاي آزمـايش ايـن مرکز حد تحمل بين ٧٠ الي ١٥٠ ميکرون برآورد شده است بررسي هاي اين مرکز نشان مي دهد که حد تحمل خسـتگي بسـتگي بـه مشخصات مخلوط آسفالت دارد.
در سال ٢٠٠٥ آقاي سلطاني و همکارانش با ارائه يک آزمايش نوين بر روي نمونه هاي استوانه اي نشان دادند کـه حـد تحمـل خستگي براي مخلوط هاي آسفالتي در حد کرنش ٣٠ الي ٨٠ ميکرون است .
در سال ٢٠٠٦ آقاي Brown و همکارانش نشان دادند که حد تحمل مخلوط هاي آسفالتي با قير ٢٢-P٦٦٤ مصالح از جـنس گرانيت با اندازه اسمي ١٩ ميلي متر با درصد قير%٤.٦ و درصد فضاي خالي ٧ درصد در حدود ١٠٠ ميکرون است ." [٢]
٣- پيش بيني ترک هاي خستگي:
در پيش بيني ترک هاي خستگي دو متغير اصلي که شامل زمان بارگذاري و کـرنش کشـش در لايـه پـايين آسـفالتي هسـتند بايستي در نظر گرفته شوند. زمان بارگذاري به وسيله منحني هاي مدول الاستيک آسفالت تعريف مي شود. در حالي که کرنش کششي در پايين لايه آسفالتي با تعداد تکرار بار تا زماني که ترک خستگي به وجود آيد تعيين مي شود. تحقيقات در اين زمينه را مي تـوان بـا سه گروه تقسيم کرد: آناليز تجربي، مدلهاي تحليلي و شبيه سازي اجزاي محدود. در جدول زيـر بـه مهمتـرين تحقيقـات انجـام شـده توسط محققين مختلف اشاره مي شود. [٤]
جدول ١ ي تحقيقات انجام شده در زمينه پيش بيني ترک خستگي در روسازي ماندگار[٤]
٤- تاريخچه روسازي ماندگار :
مفهوم روسازي هاي ماندگار با عمر بالا مفهوم جديدي نيست روسازي هـاي تمـام آسـفالتي و روسـازي هـاي ضـخيم و مقـاوم آسفالتي از سال ١٩٦٠ اجرا شدند. روسازي هاي تمام آسفالتي به روسازي اطلاق مي شود که در آن لايه هاي آسفالتي مستقيما برروي خاک بستر قرار داده شود. روسازي هاي ضخيم و مقاوم نيز به روسازي هايي که برروي يک لايه نسبتا نازک اساس شـني (١٠ الـي ١٥ سانتي متر) قرار مي گيرند، اطلاق مي شود. به طور کلي ضخامت اين روسازي هـا نسـبت بـه روسـازي هـاي متـداول (روسـازي هـاي آسفالتي داراي زير اساس و اساس ) کمتر است و اين يکي از مزاياي اين گونه روسازي ها محسوب مي شوند. مقاومـت خسـتگي نسـبتا بالاي اين روسازي ها يکي ديگر از مزاياي آن محسوب مي شود.
اولين بار موسسه TRL نوعي روسازي را تحت عنوان روسازي هاي ماندگار يا روسازي هاي با عمر بالا معرفي نمـود. ايـن ايـده توسط بخش حمل و نقل ايالات کاليفرنيا و دانشگاه برکلي در آمريکا به اجرا درآمد و در چند سال در نواحي مختلف بررسي و اجرا شده است . [٢]
٥- ويژگي هاي روسازي ماندگار:
از مهم ترين ويژگي هاي اين روسازي ها داشتن عمر خدمت دهي بالا (تقريبا ٤٠ سال ) و عـدم نيـاز بـه نگهـداري سـازه اي در طول دوره بهره برداري است يعني يکي از معيارها در طرح اين روسازي ها عدم ايجاد خرابيهاي سازه اي عمده بويژه ترک هـاي پـايين به بالاست تا نيازي به تخريب روسازي نباشد به عبارت ديگر نوع خرابيهايي که ايجاد مي شود را بتوان با تراش رويه و اجراي مجـدد آن ترميم نمود.
اين روسازي ها عموما از سه لايه تشکيل ميشود:
١-لايه رويه : داراي مقاومت شيارشدگي ،نفوذ ناپذيري،مقاومت در برابر سايش
٢-لايه مياني: داراي مقاومت شيارشدگي و دوام
٣-لايه اساس يا تحتاني: داراي مقاومت خستگي و دوام [٢]
٦- فوايد روسازي ماندگار:
اين روسازي ها فوايد زيادي دارند ازجمله : طول عمر بالا که به بيش از ٥٠ سال نيز مي رسـد، مقاومـت در برابـر شيارشـدگي ، کنترل ترک خستگي به علت ضخامت زياد، محدود کردن تغيير شکل تنها در لايه بالايي روسازي هزينه چرخه عمر پايين تر نسبت بـه ساير روسازي هاي موجود، عدم نياز به بازسازي کامل و ترميم هاي با هزينه بالا به علت عملکرد خوب و عدم وقوع خرابي در لايه هـاي مياني و اساس آسفالتي در صورت ساخت صحيح نياز به رويه مجدد در بازه هاي چندين ساله زماني مثلا ٢٠ سـاله ،عـدم وجـود وصـله هاي عمقي يا ساير مرمت هايي که براي چندين هفته ترافيک را مختل ميکند و بسياري از فوايد ديگر است که اين نوع روسـازي را در ميان روسازي هاي ديگر متمايز مي کند. [٧]
٧- فلوچارت طراحي روسازي ماندگار: شکل ٣- مقايسه عملکرد روسازي ماندگار و معمولي [٧]
