بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
بررسی و مقایسه انواع روشهای طراحی روسازی بتن غلتکی((RCC
کد مقاله: A
کد انجمن: 71A -4
چکیده
روسازی بتنی با توجه به شرایط بهره برداری و اجرا به انواع مختلفی تقسیم میشوند که تفاوت آنها در کاربرد آرماتور، فاصله درزها و نحوه اجرا است. روسازیهای بتن غلتکی بعنوان یک نوع روسازی بتنی محسوب میگردد که جزء روسازی بتنی غیر مسلح درزدار قرار میگیرد. در واقع فرآیند طراحی آن شبیه به طراحی روسازی بتنی غیر مسلح درزدار با درز انبساط یا درزهای اجرایی بدون داول است. در عین حال باید توجه نمود که تفاوتهای عمدهای بین این نوع روسازی و روسازی بتنی معمولی بدون داول در ارتباط با شیوه ساخت روسازی، فواصل درزها، عملکرد درزها ازنظر انتقال بار و خصوصیات ظاهری و سطحی آنها وجود دارد. با توجه به کاربردهای مختلف روسازی بتن غلتکی دیدگاههای مختلفی برای طراحی این نوع روسازی وجود دارد. هدف از ارائه این مقاله بررسی چارچوب روشهای مختلف و مقایسه نتایج ضخامت بدست آمده از روشهای مختلف است. بدین منظور در ابتدا کاربردهای مختلف روسازی بتن غلتکی ارائه شده است و در ادامه با ذکر اصول بکار رفته در روشهای مختلف از جمله آشتو 1993، PCA، ACI، روش ارتش آمریکا و روش محاسبهی دستی با هم مقایسه شدهاند. در پایان با توجه به کاربردهای روسازی بتن غلتکی روش طراحی مناسب برای آن پیشنهاد شده است.
کلمات کلیدی: روشهای طراحی، روسازی صلب، روسازی بتن غلتکی، روش محاسبه دستی.
-1 مقدمه
روسازی بتن غلتکی به عنوان یک راه حل بهینه از لحاظ اقتصادی برای روسازی راهها و بزرگراهها مطرح است. اما با این وجود عموماً این نوع روسازی برای ترافیک سنگین و با سرعت بالا استفاده شده است. ارتش آمریکا بطور گستردهای از این روسازی برای جادههای تانک رو استفاده کرده است. در گذشته به دلیل مشکل ایجاد سطحی صاف، روسازیهای بتن غلتکی عموماً برای ترافیک با سرعت پایین ساخته میشدند. یکی از موانع استفاده از روسازی بتن غلتکی برای روسازی راههای با سرعت بالا، زبری سطح روسازی بتن غلتکی است. برای حل این معضل, روسازیهای مرکب که شامل اجرای یک لایه آسفالتی بر روی روسازی بتن غلتکی است، پیشنهاد شدند.
1
از جمله موانع استفاده از روسازی بتن غلتکی در روسازی راههای با سرعت بالا، عدم وجود یک فرآیند مناسب طراحی است. در این پژوهش روشهای طراحی روسازی بتن غلتکی بررسی شده و روش مناسب برای طراحی روسازی راههای با سرعت بالا پیشنهاد گردیده است.
-2 مروری بر روشهای طراحی
به منظور طراحی، روسازی بتن غلتکی در دو گروه دسته بندی میشود. یکی از این روسازیها، روسازیهای صنعتی هستند که در بنادر و پایانهها ساخته میشوند و ترافیک وسایل نقلیه سنگین از جمله لودر، کامیون و ... را بایستی تحمل کنند. در این گروه، طراحی براساس تعداد تکرار سنگینترین چرخ وسیله نقلیه است و چرخ وسایل نقلیه سبک که به میزان قابل توجهی سبکتر هستند قابل صرفنظر کردن هستند. این روند، فرآیند حاکم در طراحی به روش PCA نشریه 354 (نرم افزار (RCCpave وروش گروه مهندسین ارتش آمریکا است3]،2،.[1 نرم افزار RCCpave بر اساس تنشها و معادلات ارائه شده توسط وسترگارد استوار است.[4]
نوع دوم روسازی بتن غلتکی شامل روسازیای است که در جادههای با ترافیک مختلط که شامل وسایل نقلیه باری سنگین تا وسایل نقلیه سواری سبک است را شامل میشود. برای طراحی این نوع روسازی، فرآیند طراحی به روش PCA و RCCpave ممکن است فرآیند مناسبی نباشد. برای این نوع روسازی طرح به روش روسازی بتنی ساده درزدار نتایج خوبی را در پی داشته است.[5] گرافهای طراحی برای طرح این نوع روسازی در ACI 330R-08 و ACI 325.12R-02 و نیز در گزارشی توسط دلاته1 آورده شدهاند8]،7،.[6 روش دیگر برای طراحی روسازی بتن غلتکی در حالت ترافیک ترکیبی، نرم افزار StreetPave است.[9] در حالت استفاده از نرم افزار StreetPave بایستی درز ساده بدون آرماتور انتخاب شود. این نرم افزار برای تهیه جداول ACI 330R-08 و ACI 325.12R-02 استفاده شده است. علاوه بر این، این نرم افزار را میتوان نسخهی بروز شدهی PCA 1984 دانست.
نکتهی حائز اهمیت این است که اطلاعات کمی در زمینهی عملکرد روسازی بتن غلتکی از جنبهی خرابی خستگی موجود است. لذا در حالت استفاده از نرم افزار StreetPave برای درنظرگیری خرابی خستگی، درصد اطمینان طراحی در نرم افزار را بایستی بیشتر درنظر گرفت.
در گزارش دانشگاه آیووای آمریکا که با حمایت مالی انجمن سیمان2 انجام شده است، برای جادههای با سرعت بالا روش آشتو 1993 و 1998 و نیز روش آشتو (MEPDG3)2002 و نیز نرم افزار StreetPave و WinPAS پیشنهاد شده اند.[4]
-3 معیارهای طراحی در روشهای مختلف
بطور کلی میتوان کلیت معیارهای روشهای طراحی بیان شده در قسمت قبل را به دو گروه تقسیم کرد:
2
· روش PCA و ACI
روش PCA دارای دو معیار طراحی به شرح زیر است.
تحلیل خستگی: این تحلیل بر پایه تنشهای وارد بر لبههای روسازی در وسط دال متکی است. تنشهای وارد بر روسازی در این مکان، بحرانی هستند. توزیع مکانی بارهای وارد بر روسازی پارامتری است که میتواند بر تحلیل خستگی اثرگذار باشد.
شکل-1 بارگذاری بحرانی در تحلیل خستگی
تحلیل فرسایش: خرابیهایی نظیر پلکانی شدن درزها در اثر تغییر شکلهای ناشی از تنشهای خمشی اتفاق میافتد. بحرانیترین تغییر شکل در روسازی بتنی درزدار در گوشه دال و زمانی که بار از آن ناحیه عبور میکند اتفاق میافتد که در شکل 2 مشخص است:
شکل-2 بارگذاری بحرانی در تحلیل فرسایش
· روش آشتو
معیار طراحی در روش آشتو معادلات تجربی است که از آزمایشهای میدانی آشتو بدست آمده است و اصلاحاتی بر پایهی تئوری و تجربی روی آنها صورت گرفته است.
· معیارهای مهم در طراحی روسازی بتن غلتکی
با بررسی روشهای طراحی مختلف و معیارهای حاکم بر روشهای طراحی، روند طراحی به روش PCA مناسبتر و قابل اعمال برای طراحی روسازی بتن غلتکی است. در روش طراحی PCA 1984 برای روسازی بتن معمولی دو معیار
3
خرابی خستگی و خرابی خوردگی و پریدگی محل درزها مطرح است. در روسازیهای بتن غلتکی اجرا شده در آمریکا، تحت شرایط مختلف آب و هوایی و نیز تحت بارگذاریهای ترافیکی سنگین، عملکرد مناسبی در مقابل خرابی خوردگی و پریدگی محل درزها داشته است. البته عملکرد مشاهده شده برای ترافیک با سرعت پایین است و در هنگام ساخت جاده-های با ترافیک با سرعت بالا ممکن است ریسک خرابی در درزها زیاد باشد.[5] از اینرو در روسازی بتن غلتکی، خرابی خستگی مطرح است ولی خرابی خوردگی به عنوان معیار طراحی مطرح نیست. در روسازی بتن غلتکی ایجاد درز به دو صورت شکل میگیرد: بصورت طبیعی شکل میگیرد و یا به وسیله اره تا 1/4 عمق بریده میشود.
-4 بررسی سازه روسازی بتن غلتکی در راههای با سرعت بالا
شکل شماره 3 لایههای روسازی در راههای با سرعت بالا را نشان میدهد که در ادامه در این خصوص توضیح مختصری داده شده است.
· لایه روسازی آسفالتی
دلیل اصلی استفاده از لایه آسفالتی، به منظور تأمین سطح مناسب برای رانندگی در سرعتهای بالاست. موماًع ضخامت این لایه حدود 5 تا 7/5 سانتیمتر است. از آنجا که این لایه نقش سازهای بسیار کمی دارد، لذا بایستی تا حد امکان ضخامت این لایه کم درنظر گرفته شود.[5]
· لایه روسازی بتن غلتکی
برای این لایه با توجه به مقاومت خمشی بتن و نیز تنش وارده بر این لایه، بایستی ضخامت مناسب طرح شود.
· لایه اساس و بستر
برای ساخت روسازی بتن غلتکی بایستی یک سطح مناسب و محکم ایجاد شده باشد. وجود و ساخت لایه اساس به منظور ملاحظات ساخت روسازی بتن غلتکی است و به عنوان یک نیاز سازهای مطرح نیست. عموماً ضخامت حداقل 10 سانتیمتر مصالح دانهای کوبیده شده برای این منظور پیشنهاد میشود. از اینرو سختی بستر تأثیر ناچیزی در طراحی خواهد داشت. مدول سختی بستر (K) تاثیری در تنش پیچشی حرارتی4 دارد و در روسازی بتن غلتکی، اطلاعاتی در این زمینه وجود ندارد. از طرفی اگر فرض بر این باشد که ضریب حرارتی بتن غلتکی و بتن معمولی شبیه به هم باشد، اما به دلیل ملات کمتر در روسازی بتن غلتکی، بنابراین تاثیر K در نتایج طراحی کم است.[5]
4
شکل-3 سازه روسازی بتن غلتکی در راههای با سرعت بالا
-5 معرفی روش طراحی دستی
با توجه به مطالب بیان شده، روش طراحی PCA برای طراحی روسازی بتن غلتکی مناسب به نظر میرسد. همانطور که در قسمت قبل گفته شد، خرابی خستگی به عنوان معیار مهم برای طراحی روسازی بتن غلتکی مطرح است. اطلاعات زیادی در زمینهی رفتار خستگی روسازی بتن غلتکی موجود نیست و فرض بر این است که این نوع روسازی نیز رفتار خستگی مشابه روسازی بتن معمولی دارد.
با روندی شبیه به روش PCA، ابتدایاً ضخامت روسازی را فرض کرده و سپس با محاسبهی معیار خستگی، کفایت ضخامت بررسی میشود. در صورتی که معیار برآورده نگردد با افزایش ضخامت، محاسبات مربوطه تکرار میشود تا جایی که معیار خستگی برآورده گردد.
بادرنظرگیری خرابی خستگی به عنوان معیار طراحی، مقدار تکرار مجاز براساس تنش محاسبه شده، با استفاده از فرمول کلی زیر قابل محاسبه است:
( )
در فرمول فوق مقدار تکرار مجاز، مقدار تنش بحرانی وارده بر دال و مقدار تنش گسیختگی بتن است.
انجمن سیمان آمریکا5 فرمولهای زیر را برای محاسبهی تکرار مجاز بارگذاری پیشنهاد دادهاند.[8]
برای
( )
برای
5
