بخشی از مقاله
چکیده
ناحیه انتقال، دال بتنی است که بین دو نوع روسازی مختلف اجرا میشود. هدف از اجرای ناحیه انتقال، اطمینان از حرکت هموار بین دو نوع روسازی و کاهش مشکلات مربوط به عملکرد روسازی در سالهای پس از ساخت است.
عدم اجرا یا اجرای نامناسب ناحیه انتقال، منجر به عملکرد ضعیف روسازی و نیاز فراوان به عملیات تعمیر و نگهداری روسازی می-شود. از طرفی مدلهای مختلفی برای طراحی ناحیه انتقال بین روسازی بتنی ساده درزدار و روسازی آسفالتی پیشنهاد شده است، که نبود معیار عملکردی مشخص برای انتخاب یکی از این مدلها، میتواند دستاندرکارن حوزه اجرا را با ابهام روبرو کند.
به همین در تحقیق حاضر چهار روش متداولی که برای ناحیه انتقال مابین روسازی آسفالتی و بتنی ساده درزدار وجود دارد بصورت عددی بررسی شده است. نتایج نشان دهندهی این است که، با تغییر مشخصات ناحیه انتقال مقدار انتقال نشست و تنش به روسازیهای طرفین نیز تغییر میکند. اما استفاده از پروفیل I شکل در محل درز ناحیه انتقال به روسازی بتنی عملکرد بهتری را نسبت به سایر حالات اتصال تامین میکند.
-1 مقدمه
بدلیل وجود منابع نفتی فراوان از جمله قیر روسازی اکثر راه ها در ایران از نوع روسازیهای آسفالتی است. امروزه علاوه بر اهداف اقتصادی و فنی جنبه های زیست محیطی و ملزومات توسعه پایدار نیز بطور فزاینده درطراحی ساخت و نگهداری روسازهها و پروژههای زیرساختاری دیگر در نظر گرفته میشود. به دلیل عمرطولانی روسازی بتنی از نظر اقتصادی، روسازی بتنی مقرون به صرفه و سودمند است و به حداقل مصرف مواد انرژی و سایر منابع برای ساخت و ساز، نگهداری و بازسازی درطول عمر نیاز دارد. روسازی های بتنی با طول عمر بالا کمتر نیاز به ترمیم و بازسازی مکرر دارند و به ایمنی بزرگراه و کاهش ازدحام کمک میکنند .
روسازی بتنی و آسفالتی در روسازیهای داخل کشور بیشتر مورد استفاده قرار میگیرند. در این صورت در محل اتصال دو نوع روسازی بهم، مشکلاتی پس از اتمام ساخت و موقع بهرهبرداری و استفاده از راه بوجود میآید. لذا مشکلات بوحود آمده باعث کاهش عمر روسازیها شده و استهلاک آنها را افزایش داده و هزینههای ناشی از تعمیر و بازسازی را نیز افزایش میدهند.
برای جبران این ضعف در محل اتصال دو روسازی به یکدیگر، از دال دسترسی با عنوان ناحیه انتقال استفاده میکنند. در واقع ناحیه انتقال، دال بتنی است که بین دو نوع روسازی مختلف اجرا میشود. هدف از اجرای ناحیه انتقال، اطمینان از حرکت هموار بین دو نوع روسازی و کاهش مشکلات مربوط به عملکرد روسازی در سالهای پس از ساخت است. عدم اجرا یا اجرای نامناسب ناحیه انتقال، منجر به عملکرد ضعیف روسازی و نیاز فراوان به عملیات تعمیر و نگهداری روسازی میشود.
-2 مروری بر مطالعات گذشته
تغییر حجم بتن که به علت تغییرات درجه حرارت و رطوبت محیط رخ میدهد می تواند دو اثر مهم بر روسازی داشته باشد: اولا ایجاد تنش کششی بین دال بتنی و بستر که منجر به ترک خوردگی بتن میشود و دوم اینکه باعث باز شدن درزها و در نتیجه خرابی و کاهش عملکرد مناسب انتقال بار می شود
از این رو برای کاهش تاثیرات این تنشها و حداقل نمودن ترکها درزهایی در روسازی بتنی تعبیه میشود. با نگاهی دقیقتر روسازی به گونه ای طراحی می شود که ترکها دقیقا در محل درزها اتفاق بیفتد و در محل درزها تمهیداتی از قبیل درزگیری، نصب میلگرد داول و میلگرد دوخت و ... در نظر گرفته می-شود. تا اثرات مخرب ذکر شده کنترل شود چرا که خرابی در روسازی بتنی درزدار عمدتا در محل درزها اتفاق میافتد.
درز یک خاصیت مهم در در این نوع روسازی است که به صورت درز اجرایی و انبساط وجود دارد. فاصلهی درزهای انبساط بین3 تا 5 متر است[2] که اجازهی انبساط و انقباض را به دال داده و موقعیت ترک را کنترل میکنند. استفاده کردن ویا نکردن از میلگرد اتصال - داول بار - بستگی به نوع سنگدانه، شرایط آب و هوایی و تجربیات گذشته دارد
فاصلهی دو درز عرضی در این نوع روسازی می تواند بین 4/5 تا 9 متر باشد اما با افزایش فاصلهی درزها، درگیری سنگدانهها کمتر میشود و به طبع آن ریسک ترک خوردگی بیشتر میشود. بر اساس نتایج و برآوردهای اجرایی لوکن در سال 1978 فاصلهی حداکثر بین درزها 6/1 متر برای درزهای مسلح و 4/6 متر برای درزهای غیر مسلح به توصیه می-شود
فولادهای مسلح کننده در انواع مشهای سیمی و میلگردهای کششی باعث افزایش ظرفیت مقاومت روسازی نمیشوند اما باعث میشوند که فاصلهی درزها بیشتر باشد یعنی از ترک خوردن بتن جلوگیری نمیکنند اما در کنترل عرض ترک موثر هستند. فاصلهی درزها در این نوع روسازی بین 3 تا 9 متر است که این فاصلهی زیاد بین درزها سبب می شود از میلگرد برای انتقال بار در این نوع روسازی استفاده شود. افزایش توزیع میلگردها در روسازی بتنی مسلح درزدار با افزایش فاصلهی درزها رابطهی مستقیم دارد که برای نگه داشتن دالها در کنار هم پس از ترک خوردن استفاده میشوند. اگرچه با افزایش فاصلهی درزها هزینهی استفاده از میلگردهای انتقال بار و تعداد درزها کاهش می یابد لوکن و همکاران در تحقیقات خود نشان دادند که اقتصادیترین فاصله 12/2متر است
این نوع روسازی نقطه ضعف روسازیهای بتنی که همان درزهاست را برطرف میکند و ضخامت روسازی نیز نسبت به دیگر انواع روسازی بتنی کمتر و تا 5 سانتیمتر است که 80 درصد کمتر از دیگر روسازیها است. ترکهای عرضی با عرض کنترل شده جزء مشخصات روسازی های بتنی پیوستهی مسلح میباشد. این ترکها بوسیلهی مسلح کننده ها کاملا نگهداری شده و بزرگتر نمیشوند .
طبق تعریف بتن غلتکی روسازی راه عبارت است از مخلوط سفت و نسبتا خشکی از سنگدانه ها با اندازه حداکثر 19 میلیمتر، مواد سیمانی و آب که توسط دستگاههای متداول روسازی آسفالتی یا همان فینیشر آسفالت پخش و پس از آن توسط غلتک ویبرهای و و غلتک های چرخلاستیکی آسفالت کوبیده و متراکم میگردد. اساس مکانیسم طراحی ضخامت و درزها و عدم مسلح بودن در این نوع رویه دقیقا همانند روسازی بتنی ساده ی درزدار - - JPCP میباشد و از این رو میتوان این دو نوع روسازی را با تقریب اجرایی و عملکردی مناسبی با یکدیگر مقایسه کرد چرا که اصول طراحی این دو دقیقا همانند می-باشد
به مکانیزم انتقال بارهای چرخ وسایل نقلیه در محل درزها و ترکها در روسازی بتنی را انتقال بار میگویند. در روسازی های بتنی درزدار این مفهوم یک معیار مهم طراحی روسازی است زیرا انتقال موثر بار در راستای درزها و ترکها به طور قابل ملاحظهای مقدار تنش ها و تغییرشکلها را در درزهای عرضی کاهش میدهد.
در روسازی های بتنی درزدار انتقال بار از درزهای عرضی به یکی از دو طریق زیر انجام می گیرد 4] و:[5
-1 قفل و بست دانه های که به برهم کنش مکانیکی سنگدانه ها در دو وجه درز اطلاق می شود. این روش تنها زمانی موثر است که دو وجه درز در تماس نزدیک با یکدیگر قرار داشته باشد که در این حالت میانگین بازشدگی درازمدت درز بایستی کمتر از 0.6 میلی متر باشد. اگرچه تغییرات دمای روزانه و فصلی می تواند منجر به بازشدگی بیشتر از 0.6 میلی متر شود که در این صورت ظرفیت انتقال بار در درزهای عرضی که فقط به روش قفل و بست سنگدانه ای است به طور قابل ملاحظه ای کاهش خواهد یافت.
-2 وسایل انتقال بار مکانیکی - داول ها - : که معمولا در وسط عمق دال و عمود بر راستای درز نصب میشوند. این روش نه تنها در انتقال بار درز از یک طرف درز به طرف دیگر بسیار موثر است - که منجر به کاهش خرابی پمپینگ و پلکانی شدن می شود - بلکه به طور قابل ملاحظهای منجر به کاهش تنش کششی در گوشه ی دال نیز میشود - ممانعت از شکست گوشه - .
-3 مواد و روش ها
در این تحقیق، جهت مدلسازی المان محدود از نرم افزار آباکوس نسخه 2017 استفاده شده است. مدل المان محدود روسازی با حالات مختلف درز انتقال در نرم افزار آباکوس ایجاد شده است. جهت انجام این امر تعداد 4 نوع مدل مختلف از روسازی بتنی ساده درزدار و آسفالتی ایجاد شده و نتایج حاصل از تحلیل با یکدیگر مقایسه شده اند. در این تحقیق ناحیه انتقال مابین روسازی بتنی ساده درزدار و روسازی آسفالتی بصورت عددی مدلسازی و نسبت بهم مورد ارزیابی قرار گرفته است. در ناحیه انتقالهایی که برای روسازیهای فوق استفاده شده است، نوع المان مورد استفاده در درز، جزئیات اجرایی و مشخصات فنی نسبت بهم دارای تفاوتهایی است که خصوصیات کلی انها را نسبت بهم متمایز میکند.
در این مدل ها مشخصات مصالح و بارگذاری ثابت بوده و نوع روسازی و نحوه اتصال روسازیها یه یکدیگر و انواع درز مورد بررسی قرار گرفته است. مدل های اجزا محدودی به صورت سه بعدی ساخته شدند. برای مدلسازی المان محدود از ساختار solid برای بتن و آسفالت و ساختار wire برای مدلسازی آرماتورها استفاده شده است. جهت مدلسازی پروفیلهای I شکل و Z نیز از ساختار solid استفاده شده است. جهت مدلسازی عرض روسازی به اندازه 4 متر استفاده شده است. مشخصات هندسی مدلها بر اساس جداولی که برای هر کدام از آنها در ادامه آورده شده است، استخراج شده و در نرمافزار مورد استفاده قرار گرفته است.
1-3-3 مدلسازی مدل اول
در مدل اول ناحیه انتقال برای اتصال روسازی بتنی به روسازی آسفالتی - AC - با استفاده از دال با ضخامت متغیر استفاده شده است. در این مدل اتصال ناحیه انتقال به روسازی بتنی با پروفیل I شکل و به روسازی آسفالتی توسط درز مورب شیبدار صورت گرفته است.
شکل:1 نمای کلی المان محدود مدل اول
در شکل فوق قسمت روسازی آسفالتی با رنگ سفید، ناحیه انتقال با رنگ زرد و روسازی بتنی با رنگ سبز مدل شده است.
