بخشی از مقاله
خلاصه
مدول دینامیکی - |E*| - یکی از مهمترین ورودیها برای طراحی روسازی آسفالتی به روش مکانیستیک - تجربی آشتو - MEPDG - است. در این راستا ساخت منحنیهای اصلی مدول دینامیکی بهترین معرف رفتار ویسکوالاستیک لایههای آسفالتی روسازی راهها میباشد. تعیین منحنی اصلی مدول دینامیکی برای لایههای آسفالتی یکی از مهمترین چالشهای پژوهشگران و موسسات تحقیقاتی در سالهای اخیر بوده است. راهنمای طراحی MEPDG برای تعیین منحنی اصلی مدول دینامیکی لایههای آسفالتی روسازیهای در حال بهرهبرداری، سه سطح مختلف طراحی ارائه کرده است:
در سطح 1، نیاز به انجام آزمایش FWD در محل و مغزهگیری برای تعیین خصوصیات حجمی مخلوط جهت استفاده از رابطه پیشبینی مدول دینامیکی ویتزاک است. در سطح 2، آزمایش مدول برجهندگی روی مغزههای گرفته شده از محل و نیز تعیین خصوصیات حجمی مورد نیاز است. در سطح 3، نیازی به انجام آزمایشهای میدانی و آزمایشگاهی نیست و با تعیین رتبهبندی وضعیت ظاهری روسازی و نیز با دانستن مقادیر تیپ خصوصیات مصالح، تخمین مناسبی از منحنیهای اصلی مدول دینامیکی به دست میآید.
این پژوهش در پی تحلیل سطوح سهگانه روش طراحی مکانیستیک - تجربی روسازی آشتو - MEPDG - برای تعیین منحنی اصلی مدول دینامیکی لایههای آسفالتی روسازیهای در حال بهرهبرداری با مقایسه مدولهای میدانی و آزمایشگاهی و در نهایت ارائه پیشنهادهایی برای توسعه و بهبود روش با استفاده از محاسبات بازگشتی دادههای آزمایش FWD است.
1. مقدمه
ارزیابی وضعیت روسازی از لحاظ سازهای و عملکردی، نقش مهمی در فعالیتهای تعمیر و نگهداری که به صورت روشمند تحت عنوان مدیریت روسازی مطرح است، دارد. در این میان ارزیابی سازهای روسازی به لحاظ این که در برنامهریزی و مدیریت فعالیتهای اساسی تعمیر و نگهداری مانند روکش تاثیر قابل ملاحظهای دارد، بیشتر مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است
با توسعه روش طراحی مکانیستیک - تجربی روسازی آشتو - MEPDG - 4، نیاز به تعیین دقیق وضعیت سازهای روسازیها بیش از پیش افزایش یافته است. مدول دینامیکی - |E*| - به عنوان مشخصه مکانیکی مواد ویسکوالاستیک از جمله لایههای آسفالتی یکی از مهمترین ورودیهای MEPDG برای طراحی و بهسازی روسازی آسفالتی است. تعیین منحنی اصلی مدول دینامیکی5 برای لایههای آسفالتی یکی از مهمترین چالشهای پژوهشگران و موسسات تحقیقاتی در سالهای اخیر بوده است.
انجام آزمایش استاندارد مدول دینامیکی روی نمونههای با ابعاد مشخص و استفاده از مدلهای تجربی پیش بینی مدول دینامیکی روسازی با استفاده از خواص حجمی مخلوط و نیز مشخصات ویسکوزیته قیر، روشهای عمده تعیین این مدول هستند. در این میان همبستگی بین مدول به دست آمده از این روشها و مدول واقعی روسازی در محل، همواره به عنوان چالشی در ارزیابی روشهای فوق مطرح بوده است.
این پژوهش در پی تحلیل روش طراحی مکانیستیک - تجربی روسازی آشتو - MEPDG - برای تعیین منحنی اصلی مدول دینامیکی لایههای آسفالتی روسازیهای در حال بهرهبرداری با مقایسه مدولهای میدانی و آزمایشگاهی و در نهایت ارائه پیشنهادهایی برای توسعه و بهبود روش با استفاده از محاسبات بازگشتی دادههای آزمایش FWD است.
.2 مدول دینامیکی مختلط
یکی از پارامترهایی که برای تعیین رابطه تنش و کرنش مصالح ویسکوالاستیک به کار میرود، مدول دینامیکی مختلط1 است. این مدول شامل دو بخش حقیقی و غیرحقیقی است که بخش حقیقی آن معرف خصوصیت ارتجاعی و بخش غیرحقیقی آن نشان دهنده خصوصیت میراییپذیری درونی مواد میباشد.
برای یک ماده ویسکوالاستیک خطی مانند مخلوط آسفالتی، رابطه بین تنش و کرنش در یک بارگذاری سینوسی پیوسته، توسط مدول دینامیکی مختلط - E* - به شرح رابطه - 1 - مشخص میشود. توضیح آن که مدول دینامیکی به صورت نسبت دامنه تنش سینوسی در هر زمان داده شده t و فرکانس زاویهای ، در همان زمان و همان فرکانسی که نتایج آزمایش در حالت پاسخ پایدار قرار داشته نشان داده میشود:
که در این رابطه بیشینه تنش2، بیشینه کرنش3، زاویه فاز بر حسب درجه، سرعت زاویهای و t زمان بر حسب ثانیه است. مدول دینامیکی به عنوان مقدار - بزرگی - مدول دینامیکی مختلط تعریف میشود
.3 تعیین مدول دینامیکی بتن آسفالتی
مدول بتن آسفالتی تابعی از دما، نرخ بارگذاری، عمر و خواص مخلوط از جمله سختی قیر، دانهبندی مصالح سنگی، درصد قیر و درصد فضای خالی میباشد. برای در نظر گرفتن تاثیرات دما و نرخ بارگذاری، مدول بتن آسفالتی در همه سطوح تحلیل و طراحی در روش MEPDG توسط منحنیهای اصلی که در دمای مرجع 21 درجه سانتیگراد ساخته میشوند، تعیین میگردد - آشتو5، . - 2004 شکل - 1 - شمائی از تجهیزات آزمایش مدول دینامیکی را در آزمایشگاه نشان میدهد.
منحنیهای اصلی با استفاده از اصل برهم نهی زمان بارگذاری - دما ساخته میشوند. ابتدا یک دمای استاندارد مرجع انتخاب شده - در این مورد، 21 درجه سانتیگراد - و سپس دادهها در دماهای مختلف با توجه به زمان بارگذاری، انتقال داده میشوند تا همه منحنیها در یک تابع یکنواخت و واحد ادغام شوند. در این حالت منحنی اصلی مدول دینامیکی تابعی از زمان و بیانگر خصوصیات وابسته به زمان بارگذاری خواهد بود. مقدار انتقال منحنیهای مورد نیاز در هر دما نیز وابستگی دمایی مصالح را نشان میدهد. بنابراین هر دو منحنی اصلی و عامل انتقال برای توصیف کامل تاثیر دما و نرخ بارگذاری مورد نیاز هستند. شکل - 2 - یک منحنی اصلی ساخته شده در این حالت را نشان میدهد.
الف - دستگاه UTM ب - نحوه جایگیری LVDTها روی نمونه
شکل :1 تجهیزات آزمایش مدول دینامیکی
شکل :2 نمونهای از ساخت منحنی اصلی مدول دینامیکی
منحنی اصلی مدول دینامیکی میتواند توسط تابع سیگمویدالS - 1 شکل - مطابق رابطه زیر تعیین شود:
که در آن مدول دینامیکی و پارامترهای رگرسیونی، برابر مقدار کمینه مدول دینامیکی و نشان دهنده مقدار بیشینه مدول دینامیکی است. همچنین زمان بارگذاری در دمای مرجع ونیز پارامترهای توصیف کننده شکل تابع سیگمویدال هستند.
پارامترهای رگرسیونی و بستگی به دانهبندی مصالح سنگی، درصد قیر و درصد فضای خالی مخلوط آسفالتی دارند. پارامترهای رگرسیونی و وابسته به مشخصات قیر و مقادیر هستند. تابع سیگمویدال وابستگی زمانی مدول را در دمای مرجع توصیف میکند، در حالی که عاملهای انتقال وابستگی دمایی مدول را نشان میدهند
