بخشی از مقاله
چکیده
امروزه طراحی روسازی راه ها از اهمیت ویژه ای برخوردار است. یکی از ضرایب مورد استفاده در طراحی راه ها ضریب بار هم ارز می باشد.
این ضریب یکی از ضرایب مهم در طراحی روسازی است که تاثیر بار ترافیکی موجود در راه ها را بر روی خرابی روسازی نشان می دهد. ضریب بار هم ارز در آیین نامه روسازی آسفالتی را های ایران - نشریه - 234 به وسیله روش تجربی آشتو قابل تعیین است.
با توجه به یکسان بودن روش محاسبه ضرایب بار هم ارز در آیین نامه آمریکا و آیین نامه راهای ایران باید ضرایب بار هم ارز بدست امده یکسان باشد، در صورتی که اعداد موجود در نشریه 234 اختلافاتی با اعداد به دست آمده از روش آشتو دارد.
در این مقاله سعی شده تا اعداد صحیح بدست آمده از روش تجربی آشتو برای جداول موجود در نشریه 234 ارائه شود و اشکالات ناشی از اعداد موجود در آیین نامه ذکر شود . همچنین نتایج ناشی از به کار گیری ضرایب نادرست در طراحی و مشکلات به وجود آمده از به کارگیری این ضرایب نادرست بیان شود.
مقدمه
تاریخ ساخت روسازی ها نشئت گرفته از تاریخ حمل و نقل انسان و کالا بوده و متاثر از ساخت راه هایی بوده که بتواند با توسعه سیستم های حمل و نقل، خود را وقف دهد . در ابتدا انسان ها از راه ها به منظور جا به جایی، شکار حیوانات، یافتن سکونتگاه های بهتر و یا فعالیت های کشاورزی استفاده میکردند. با گذشت زمان علاوه بر احتیاجات اولیه ده ها نیاز دیگر چون مسایل تفریحی، بهداشتی، اقتصادی، سیاسی، نظامی نیز بر اهداف زندگی انسان ها دراین کره خاکی افزوده شده است.
مبدا تاریخ راه -ها و ساخت آنها را می توان همزمان با اختراع وسایل نقلیه دانست که در آن انسان برای حرکت و عبور به سطحی نسبتا هموار و مقاوم نیاز داشته است.
همانطور که بدن انسان برای ادامه حیات مادی نیاز به شبکه های ارتباطی مانند شاهرگها، رگ ها، و مویرگ ها دارد، هر کشور نیز برای توسعه و پیشرفت در زمینه های اقتصادی، اجتماعی و فرهنگی نیاز به یک شبکه ارتباطی گسترده و قوی دارد.]2[ راه ها به جز جدایی ناپذیر این کره ی خاکی تبدیل شده اند و از اهمیت ویژه ای در کار های انسانی برخوردارند. به همین جهت طراحی راه ها هم تبعا از اهمیت ویژه ای برخوردار است.
امروزه راهسازی به عنوان یک تخصص، نقش بسیار مهمی را در توسعه ی شبکه ارتباطی هر کشور ایفا می کند.در ایران طراحی راه ها بر اساس نشریه 234 انجام میگیرد که اقتباس شده از ایین نامه آمریکا میباشد. به همین جهت بسیاری از ضرایب و فرمول ها استفاده شده در آیین نامه ایران مشابه ایین نامه آمریکا می باشد. یکی از این ضرایب که در طراحی روسازی راه نقش عمده ای ایفا میکند ضریب بار هم ارز است. که در ایین نامه ایران و آمریکا برای بدست اوردن این ضریب از روش تجربی آشتو استفاده می شود.
با تو جه به یکسان بودن روش محاسبه این پارامتر های به کار برده در این روش باید تمامی اعداد بدست آمده از این روش در دو آیین نامه یکسان باشد ولی به دلیل خطاهایی که ممکن است به صورت سهوی روی داده باشد این اعداد در بیشتر موارد با اعداد آیین نامه بدست آمده از روش تجربی آشتو مطابقت ندارد. که همین عامل باعث به کار گیری اعداد نادرست در طراحی شده و به تبع آن طراحی نادرست ساختار روسازی و اشکالات موجود در راه ها و جاده ها می شود.
در این مقاله تمامی اعداد بدست آمده برای ضرایب بار هم ارز با استفاده از نرم افزاری که توسط زبان برنامه نویسی C#.NET نوشته شده بدست می آید. با توجه به محاسبات دقیق کامپیوترها تمامی اعداد بدست آمده تا چند رقم اعشار از برنامه محاسبه می شود اما در این مقاله ارقام بعد ار اعشار متناسب با اعداد موجود در نشریه ذکر شده است . برای صحت از ارقام بدست آمده تمامی ارقام، با ارقام موجود در کتاب های pavement analyses and desin مطابقت داده شده است و اختلاف آن با اعداد نشریه 234 قابل شهود است.
همچنین تمامی اعداد ضرایب بار هم ارز مورد استفاده در ایین نامه مورد بررسی قرار گیرفته تا خوانندگان با مقایسه اعداد به اشکالات موجود در آیین نامه پی ببرند و در اخر هم مثال حل شده در ایین نامه که مثالی برای تخمین تعداد کل محور های استاندارد در هر خط طرح می باشد در کنار مثال حل شده با اعداد صحیح بدست آمده از روش آشتو اورده است وبه نتایج حاصل از این طراحی نادرست اشاره می شود.
مباحث تئوریک تعریف سازه روسازی
سازه روسازی راه، یک سیستم چند لایه ای است که برای توزیع و انتقال بار متمرکز ترافیک به بستر روسازی طرح می شود.
طراحی شامل تعیین ضخامت کل سازه و هریک از لایه های تشکیل دهنده آن و کیفیت مصالح مصرفی آن ساختار است.
این طراحی به گونه ای انجام میشود که روسازی آسفالتی در دوره طرح با قابلیت اطمینان معینی آمد و شد راحت، مطمئن و ایمن در یک سطح هموار را تامین نماید. لذا نشانه خدمت دهی روسازی باید به عنوان معیار طراحی مورد استفاده قرار گیرد. ]3[ روسازی جاده هایی که بر اساس معیار های فنی ساخته میشوند
شامل اجزای متفاوتی است که معمولا در قالب لایه های روسازی جای میگیرد.در حالت کلی میتوان گفت که در یک سیستم روسازی یک یا چند لایه ی به هم چسبیده - توسط قیر یا سیمان - بر روی یک یا چند لایه از مصالح متراکم - بئون ماده چسبنده - قرار میگیرد. نوع این لایه ها و ضخامت آنها به گونه ای طراحی شود که اولا تنش های وارده از بارهای وسایط نقلیه را به بستر راه منتقل کند و ثاتیا شدت این تنش ها را در حد مقاومت مجاز بستر کاهش دهد. ]4[ در خودروهای تجاری به منظور انتقال بار های سنگین و کاهش نیروی وارده به روسازی، از تعداد زیادتری محور و لاستیک های متصل به آنها استفاده می شود.
تعریف انواع محور:
بار ناشی از وسایل نقلیه مختلف، به صورت وزن دار بر روسازی از طریق محورهای آنها و نیز تعداد عبور حرکت آنها تعریف میشود، لذا تعداد نقاط تماس هر وسیله با سطح روسازی و نیز فاصله بین آنها از عوامل بحرانی در طرح روسازی می باشد. چنانچه بارچرخ ها به یکدیگر نزدیکتر شوند، سطوح تاثیر ایجاد شده در روسازی تحت تاثیر آن بارها همپوشانی خواهد داشت و باعث تشدید تنش در زیر چرخ می باشند. ]5[ در این راستا مطابق شکل سه نوع محور تعریف می شود:
-1محور ساده - منفرد -
-2محور مرکب دوتایی - تاندوم -
-3محور مرکب سه تایی - تریدوم -
شکل -1 انواع محورها
آشکار است که هرچه وزن وسایل نقلیه بیشتر باشد به علت اعمال تنش های بزرگتر روسازی سریعتر خراب خواهد شد. سرعت ظهور خرابی تابعی از مشخصات خستگی مصالح روسازی است. در مصالح آسفالتی، رابطه ای خطی بین کرنش کششی و طول عمر روسازی در سیستم مختصات لگاریتمی وجود دارد. تغییر شکلهلی دائمی دلیل دیگر ایجاد خرابی در روسازی ها است که در اثر نشست مصالح بستر ایجاد و تعیین رابطه آن از پیچیدگی بیشتری برخوردار است و به سادگی امکان پذیر نیست. بار وسیله نقلیه از طریق لاستیک چرخ ها به سمت فوقانی روسازی منتقل میشود. امروزه چرخ وسایل نقلیه از نوع لاستیکی است، در گذشته چرخ های فلزی نیز برای کشیدن گاری و کالسکه توسط حیوانات اهلی مورد استفاده بوده که منسوخ شده ولی گاها در مناطق توریستی به تعداد محدودی موجود است که به علت وزن کم آنها نقش مهمی در طراحی روسازی ندارند.
تعریف ضریب بار هم ارز
در آیین نامه، اثرات ترافیکی با استفاده از روش محور هم ارز در طرح روسازی لحاظ میشود. بطوری که کل ترافیک عبوری از راه در دوره طرح با تعداد معینی از یک محور استاندارد با مشخصات و وزن معین محور مبنا طرح جایگزین شده و اثر تعداد معادل محور مبنا در طراحی منظور می شود. معمولا محور منفرد با وزن 8,2 تن به عنوان محور مبنا در نظر گرفته می شود. . ]3[ برای تبدیل انواع مختلف محورها مانند محور منفرد، تاندوم یا
تریدیم به محور مبنا، باید از ضریب بار هم محور هم ارز حاصل از روش های تجربی یا نظری استفاده شود .در روش تجربی با مقایسه خرابی حاصل از عبور محور مورد نظر با خرابی ایجاد شده توسط محور مبنا که معمولا محور 8,2 تنی میباشد، معادل سازی انجام می گیرد.
محور استاندارد و یا محور مبنای طرح آئین نامه ایران یک محورمنفرد 8,2 تنی است و از آیین نامه آشتو آمریکا اقتباس شده است. به طور مثال در آیین نامه کشور های بلژیک، فرانسه و لوگزامبورگ، محور مبنای طرح، محور منفرد جفت چرخ 13 تنی است. فاصله بین محورها نیز مقش مهمی را در افزایش تنش های وارده بر بدنه روسازی آسفالتی ایفا میکند. امروزه استفاده از محور های مرکب درخودروهای تجاری رشد سریعی داشته است. به عنوان مثال مطابق آیین نامه آشتو تاثیر خرابی یک بار محور استاندارد 8,2 تنی معادل دو محورتاندوم 9,4 تنی است و یک محور ساده 10,2 تنی برابر محور مرکب 18,2 تنی است.
تعریف برنامه نویسی C#.NET
برنامه نویسان برای حل مسائل دنیای واقعی، از زبان های برنامه سازی مختلفی استفاده می کنند که بعضی از آنها مستقیما توسط کامپیوترها قابل فهم هستند و بعضی دیگر باید به زبان کامپیوتر یا زبان ماشین ترجمه شوند تا قابل فهم باشند . امروزه صدها زبان برنامه سازی وجود دارند که C یکی ار آنها است. برای براورده کردن نیازهای انسان ها در سال 2000، میکروسافت زبان برنامه نویسی C را اعلان کرد.C برای سکوی NET. فراهم شده است. سکوی NET. در اصل یک محیط کاری جدید است که یک واسطه برنامه نویسی کاربردی جدید را برای سیستم عامل ویندوز فراهم میسازد.
معرفی روش تجربی آشتو
روش تجربی برای تعیین ضریب بار هم ارزو بر اساس میزان صدمه ایجاد شده در یک ساختار روسازی ناشی ازعبور بار محورهای مختلف تعریف میشود، به طوری که در روش تجربی، ضریب بار هم ارز هر محور ساده ای برابر با نسبت میزان صدمه و خرابی وارد شده به ساختار روسازی ناشی از عبور ان محور ساده مورد نظر به محور ساده استاندارد 80 کیلو نیوتنی می باشد.
این روش کاملا تجربی بوده وتابعی از بار محوری، نوع محور - ساده، مرکب و غیر - ،ضخامت روسازی - برای روسازی های انعطا پذیر - و نیز قابلیت سرویس دهی نهایی آن می باشد
ضریب بار هم ارز، بستگی به نوع روسازی و مدل خرابی روسازی، ظرفیت سازه ای، ضخامت لایه ها و نشانه خدمت لایه ها و نشانه خدمت دهی نهایی دارد. ضرایبی که برای عدد سازه ای روسازی و نشانه خدمت دهی نهایی در آیین نامه ارایه شده حاصل نتایج آزمایشات آشتو هستند
همانطور که قبلا ذکر شده اعداد مجود در نشریه 234 با اعداد بدست آمده از روش آشتو مطابقت ندارد. این اعداد در مواردی یکسان و در مواردی دارای اختلاف هستند. در زیرتمامی اعداد حاصل از روش آشتو در کنار اعداد آیین نامه آورده شده است تا خوانندگان به این اختلاف پی ببرند.
تعاریف به کار برده در جداول آیین نامه به شرح زیر می باشد :
=Pt ضریب سرویس دهی نهایی که روسازی به انتهای دوره بهره برداری خود رسیده باشد.
Pt=2 مسیرهای فرعی Pt=2.5 مسیر های اصلی
Pt=3 راه های شریانی - ازاد راه و بزرگراه - =SN عدد سازه ای روسازی - مقاومت مورد نیاز -
جمع بندی و نتیجه گیری
در این قسمت مثالی برای تعیین تعداد کل محور هم ارز آورده شده است. مثال، مثال موجود در صفحات171 و 172 آیین نامه است که یکبار هم با اعداد صحیح بدست آمده بررسی شده و نتایج حاصل از این اعداد نادرست بیان شده مثال به شرح زیر است:
متوسط ترافیک یک محور چهار خطه در سال اول طرح 20000 وسیله نقلیه در روز می باشد که میزان هریک از وسائط نقلیه در جدول 13-10 و در زیر نام آنها قید شده است اگر نرخ سالانه برای گروه وسائط نقلیه سواری و وانت برابر % 6 و برای سایر گروه های وسائط نقلیه % 4,5 باشد، تعداد کل محور های معادل برای دوره طرح 20 ساله را محاسبه کنید.
جدول -1 ضرایب بار هم ارز موجود در آیین نامه و اعداد محاسبه شده توسط نرم افزارC# برای محور منفرد - Pt=2 -
