بخشی از مقاله
معرفی روش جدید طراحی روسازی بنادر در ایران
خلاصه
روسازیهای بنادر در مقایسه با دیگر روسازیهای صنعتی از نظر طراحی و ساخت نیاز به در نظر گرفتن عوامل متعدد و متنوعی دارند. بنادر اغلب بر روی زمینهای بازسازی شده واقع گردیده و بستر آنها اغلب دارای شرایط ضعیف است. بطور کلی روسازی بنادر باید دامنه گستردهای از وسایل نقلیه سنگین را در مقایسه با دیگر روسازیها تحمل نماید. بنابراین استفادهکنندگان از بنادر انتظار دارند که روسازی بنادر از عملکرد و کارآیی بالایی برخوردار باشد. نخستین آیین نامه طراحی روسازی بنادر ایران در سال 1386 منتشر گردید که برگرفته از دستورالعمل 1996 انجمن بنادر انگلستان بود که توسط INTERPAVE به چاپ رسیده بود. این آیین نامه دارای تعداد زیادی نمودار طراحی برای انواع مختلف روسازی با رویههای مختلف بود. در این مقاله به اختصار روش پیشنهادی جدید به منظور طراحی روسازی بنادر بر طبق دستورالعمل 2008 ارائه شده توسط INTERPAVE معرفی خواهد شد. عمدهترین مزایای روش جدید نسبت به روش قبلی، استفاده از تحلیل اجزاء محدود به منظور بهبود ارزیابی عملکرد روسازی تحت بارگذاریها و مصالح مختلف، استفاده از تنها یک نمودار طراحی و همچنین استفاده از مفهوم ضریب همارز مصالح به منظور جایگزینی مصالح با یکدیگر است.
کلمات کلیدی: طراحی روسازی، بندر، محوطه کانتینری، ضریب همارز.
1. مقدمه
هدف از طراحی روسازی بنادر اطمینان از عملکرد صحیح روسازی در طول یک دوره زمانی مشخص است. چهار نوع خرابی در ارتباط با روسـازی بنادر وجود دارد که عبارتند از: -1 خرابیهای محیطی -2 خرابیهـای سـازهای -3 خرابـیهـای سـطحی -4 خرابـیهـای مـرتبط بـا اجـرا. طراحـی جـامع روسازی بنادر باید شامل بخشهای زیر باشد:
طرح یک سیستم زهکشی با دوام طرح سازه ای طرح زهکشی سطحی مشخصههای عملیاتی رویه ارتباط با سایر تجهیزات و سازه ها انتخاب فناوری های ساخت مناسب ضوابط محیط زیستی موثر زیبایی در روش جدید طراحی روسازی که برگرفته از روش ارائه شده توسط انجمن بنادر انگلستان است طراحی روسازی به سه بخش اصلی شامل انتخـاب رویه، طراحی اساس و طراحی زیرسازی مناسب تفکیک شده است. در این تفکیک هیچ نکته ای فراموش نشده و فرآیند طراحی بسیار ساده شـده اسـت، به اندازهای که تنها به یک نمودار طراحی احتیاج است. در طـول 25 سـال گذشـته تجربیـات بسـیار خـوبی در زمینـه اسـتفاده از ضـرایب هـم ارز مصـالح MEFs بدست آمده است. با توجه به این تجربیات و با داشتن ضرایب همارز مصالح میتوان براحتی در مرحله طراحی ضخامت مشخصـی از مصـالح را با ضخامت مشخصی از یک مصالح دیگر جایگزین و تعویض نمود.
2.
3. مقاطع پیشنهادی روسازی
با وجود اینکه در روش پیشنهادی، میتوان از مصالح مختلف بهرهگیری نمود، ولی استفاده از مقاطع روسازی زیر رایج تر بوده و اسـتفاده از آنهـا بـا موفقیت به تأیید و اثبات رسیده است. روسازی بلوک بتنی بر روی اساس سیمانی این روسازی شامل لایههای زیر است: بلوک بتنی با ضخامت 80 میلیمتر 30 میلیمتر ماسه ریزدانه اساس سیمانی سنگ شکسته یا زیر اساس سیمانی تثبیت کردن بستر در صورتی که CBR بستر از 5 کمتر باشد -2 روسازی بتن در جا این روسازی شامل لایههای زیر است: دال بتنی مسلح یا غیر مسلح در محل سنگ شکسته یا زیر اساس سیمانی تثبیت کردن بستر در صورتی که CBR بستر از 5 کمتر باشد
3. طراحی روسازی نفوذ پذیر برای محوطههای تحت ترافیک
سه سیستم عمده برای روسازی نفوذپذیر با رویه بلوک بتنی مناسب است که با اسامی A تعریف میشوند. -1 نوع A (نفوذپذیری بالا)
این سیستم اجازه میدهد تا تمام آب موجود در سطح روسازی توسط درزها و فضای خالی بین بلوک های بتنی به پایین نفـوذ و از تمـامیلایـه هـای زیرین عبور کند تا به بستر برسد. البته لایه زیراساس تا اندازهای آب را در خود نگه میدارد که موقتی است. ایـن سیسـتم بـه لتخلیـه صـفرل نیـز معـروف است، زیرا آب از روسازی به سیستمهای زهکشی حاشیهای هدایت نمیشود. این سیستم روسازی شامل لایههای زیر است:
80 میلیمتر رویه بلوک بتنی نفوذ پذیر 30 میلیمتر ماسه ریزدانه اساس سیمانی بدون ریزدانه یک لایه ژئوتکستایل پیوسته
-2 نوع B (نفوذپذیری نسبی)
این سیستم اجازه میدهد تا آب تا اندازهای وارد روسازی شود. این سیستم همانند سیسـتم A اسـت بـا ایـن تفـاوت کـه در طراحـی آن یـک سـری لولههای سوراخ دار و همچنین مصالح ریزدانه بر روی لایه شکلدهی در نظر گرفته شدهاند تا آب باقیمانـده، توسـط سـایر سیسـتمهـای زهکشـی از قبیـل مجرای فاضلاب ،آبرو و... به خارج از روسازی زهکشی شود. سیستم Bمعمولاً در مواردی استفاده میشود کـه بسـتر موجـود قـادر بـه جـذب تمـام آب نباشد. این سیستم در ضمن باعث میشود تا بستر مقاومت و پایداری خود را از دست ندهد.
-3 نوعC (بدون نفوذپذیری)
در این سیستم، تمام آب بر روی روسازی جمعآوری میشود که این امر با استفاده از اجرای یک غشای غیر قابـل نفـوذ بـر روی لایـه تقـویتی انجـام میشود تا آب به بستر روسازی نفوذ نکند. این سیستم در مواردی استفاده میشود که خاک قابلیت نفوذپذیری بسیار کم یا مقاومت نـاچیزی دارد، لـذا بـا ورود مقدار کمی آب نیز آسیب میبیند. یک سری لوله های سوراخ دار یا مصالح ریزدانه بر روی غشای نفوذ ناپذیر در نظر گرفته میشـود تـا آب را بـه مجرای فاضلاب انتقال دهد. این سیستم روسازی شامل لایههای زیر است: رویه بلوک بتنی 80 میلیمتری نفوذ پذیر 30 میلیمتر ماسه ریزدانه
اساس سیمانی بدون ریزدانه لایه ضد آب پلی تن 2000 بر روی سطح رویه سنگ شکسته یا زیراساس تثبیت شده با سیمان تثبیت کردن بستر در صورتی که CBR بستر از 5 کمتر باشد برای هر 3 نوع روسازی نفوذ پذیر ذکر شده، اساس بتنی بدون ریزدانه استفاده میشود که بایستی مقاومت 28 روزه نمونـه مکعبـی 10 N/mm2 و از نظر سازهای با مصالح تثبیت شده با سیمان از نوع C8/10 معادل باشد. ماسه ریزدانه جهت نصب بلوکهای بتنی باید دارای دانه بندی زیر باشد:
4. روش تحلیل
برای تهیه نمودارهای طراحی، روسازی ها با استفاده از روش اجزای محدود تحلیل شدهاند. هر مدل اجزاء محدود بگونهای توسـعه داده شـده اسـت که کلیه مؤلفههای روسازی را پوشش دهد. خواص الاستیک و مقادیر نسبت پواسن بگونهای انتخاب شده است که رفتار هر قشـر روسـازی را بـه درسـتی توصیف کند. خستگی با تعریف محدودیت تنشی که یک روسازی میتواند با یک عبور بار در معرض آن قرار گیـرد، مشـخص شـده اسـت و سـپس بـا کاهش دادن محدودیت تنش اثر خستگی ناشی از عبور چندین بار در نظر گرفته شده است.
شکل-1 مدل اجزاء محدود.[1]
5. کالیبراسیون روش
تمام روش های طراحی مبتنی بر تحلیل مکانیستیک ، نیازمند ضوابطی تأیید شده در خصوص سطح تنش یـا کـرنش مجـاز بـرای مصـالح مـیباشـند. سطح تنش و کرنش مجاز از طریق آزمایش و بصورت تجربی بدست میآید. با این روشمدل مکانیستیک کاملاً کالیبره میشود و طراحـی انجـام شـده توسط آن دارای دقت کافی خواهد بود. از آنجا که الگوی تنش ایجاد شده در روسـازیهـا بسـیار پیچیـده اسـت، طراحـی نمـیتوانـد بـر اسـاس محاسـبه مقاومت مصالح از آزمایش های کششی و خمشی ساده انجام شود، زیرا در این صورت اندرکنش های مختلط تنش ها در یک روسازی به حساب آورده نمیشود. در حقیقت مصالح روسازی دارای مقاومت خمشی، کششی و یا فشاری منحصـر بفـرد نمـیباشـند. بـه عبـارتی مقاومـت یـک نمونـه مکعبـی یـا استوانهای نمیتواند بطور دقیق بیانگر مقاومت مصالح در ساختار روسـازی باشـد. مطالعـات انجـام شـده نشـان مـیدهـد کـه بـرای مثـال مصـالح سـیمانی( (CBM3 با مقاومت کششی 0/99N/mm2 دارای مقاومت خمشی 1/65N/mm2 میباشد.
در روش پیشنهادی تنش های محدود کننده ای که نمودارهای طراحی بر آن اساس استوار است، بصورت زیر تعیـین مـیشـود. بـرای ایـن منظـور از یک روش طراحی نیمه تجربی تأیید شده استفاده شده است تا سطح تنش در نقاط بحرانی به صورتی که در ادامه میآید، ارزیابی شود. از استاندارد BS 7533-1:2001 با عنوان لروسازي هاي ساخته شده با بلوکهاي رسی ، سنگ طبیعی یا بتنی. بخش 1 راهنماي طراحی سازه اي روسازيهـاي مقاومـت بالا ساخته شده با بلوکهاي رسی، سنگ طبیعی یا بتنی پیش ساختهل اسـتفاده شـده اسـت تـا روسـازیهـای مختلـف بـرای تعـداد عبـور 12 میلیـون محـور استاندارد طراحی شوند. این روسازی ها سپس با استفاده از روش اجزاء محدود تحلیل شدند تا تنش هـای مجـاز در روسـازی مقاومـت بـالا تعیـین شـوند. سپس تنش های تعیین شده مطابق جدول (1) به عنوان تنش طراحی بحرانی در طراحی روسازی مقاومت بالا استفاده شدهاند.
جدول (1) ضخامت اقتباس شده از شکل 3 استاندارد BS 7533-1:2001 و همچنین تنش های کششی منتج شده برای طول عمـر طراحـی هـای مختلف را نمایش میدهد. ستون آخر در جدول (1) تنش های طراحی را نشان میدهد که ضریب اطمینان مصالح 1/5 را همانند آیین نامه هـای طراحـی بتن دارد. این تنشهای طراحی در توسعه نمودارهای طراحی برای روسـازیهـای مقاومـت بـالا اسـتفاده مـیشـوند. روسـازی هـای طراحـی شـده توسـط استاندارد BS 7533-1:2001مجدداً با یک بار چرخ سنگینتر معادل با 75 کیلونیوتن و با استفاده از همان مدل اجزاء محدود تحلیـل شـدند. بـار چـرخ 75کیلو نیوتن حاکی از بار چرخ منفرد معادل سنگین تری نسبت به باری که معمولاً روسازی جاده تحمل میکند است. البته با در نظـر گـرفتن دینامیـک وسیله نقلیه و سایر ضرایب اضافه بار.
جدول-1 ضخامتهای بدست آمده از طریق BS7533 که در مدل اجزاء محدود مورد استفاده قرار گرفتهاند.[1]
