بخشی از مقاله
مقایسه فنی، اقتصادي و زیست محیطی روسازيهاي بتنی و آسفالتی در ایران
چکیده
بدلیل وجود منابع نفتی فراوان از جمله قیر، روسازي اکثر راهها در ایران از نوع روسازيهاي آسفالتی است. امروزه علاوه بر اهداف اقتصادي و فنی، جنبه هاي زیست محیطی و ملزومات توسعه پایدار نیز به طور فزاینده در طراحی، ساخت و نگهداري روسازيها و پروژههاي زیر ساختاري دیگر در نظر گرفته می شود. روسازيهاي سازگار با محیط زیست (روسازيهاي سبز) آنهایی هستند که در همه ابعاد ازجمله طراحی، ساخت و نگهداري آنها مسائل محیط زیستی درنظر گرفته میشود. به دلیل عمر طولانی، روسازي بتنی از نظر اقتصادي مقرون به صرفه و سودمند است و به حداقل مصرف مواد، انرژي و سایر منابع براي ساخت و ساز، نگهداري و بازسازي در طول عمر نیاز دارد. روسازي هاي بتنی با طول عمر بالا، کمتر نیاز به ترمیم و بازسازي مکرر دارند و به ایمنی بزرگراه و کاهش ازدحام کمک می کنند. البته لازم به ذکر است که تعمیر و مرمت روسازي هاي بتنی مشکلتر از تعمیر و مرمت روسازي هاي آسفالتی می باشد. روسازي هاي بتنی در کشورهاي مختلف براي 30 تا بیش از 50 سال عمر خدمت دهی، با نگهداري کمتر طراحی شده است. این نوع روسازيها در صورت در نظر گرفتن تمهیدات لازم جهت مهار تنش هاي حرارتی و اصطکاکی، از عمر مناسب و توجیه اقتصادي برخوردار میباشند، کما اینکه امروزه در اکثر کشورهاي صنعتی که مشکل کمبود سیمان وجود ندارد، مورد استفاده قرارگرفته اند.
در کشور ما نیز با توجه به افزایش قابل ملاحظه قیمت قیر در سال هاي اخیر و در پی آن افزایش قیمت روسازي هاي آسفالتی و در راستاي کاهش استفاده از سوخت هاي فسیلی و همچنین کاهش مسائل زیست محیطی و سرمایه گذاري، بعلاوه فواید تکنیکی و فنی متعدد، باید استفاده از روسازيهاي بتنی براي جاده ها و بزرگراه ها مورد توجه قرار گیرد و بستري مناسب براي رقابت روسازيهاي بتنی با روسازيهاي آسفالتی فراهم گردد. با توجه به این نیاز، در این پژوهش به مقایسه روسازيهاي بتنی و آسفالتی از منظر فنی، اقتصادي و زیست محیطی پرداخته شده است.
کلمات کلیدي: روسازي بتنی، روسازي آسفالتی، فنی- اقتصادي، زیست محیطی
-1 مقدمه
مدیران یا مهندسین حمل و نقلمعمولاً یک روش مطلق و محکم براي تعیین نوع روسازي ندارند. با این حال انتخاب نوع روسازي یک جزء لاینفک برنامه مدیریت روسازي است. انتخاب نوع روسازي یک دانش و روش کامل و دقیق ندارد، ولی براي انتخاب نوع روسازي یک فرد باید فاکتورهایی از قبیل حجم ترافیک، نوع خاك، شرایط آب و هوایی، مواد و مصالح، ملاحظات ساخت و ساز، نگهداري و مسائل زیست محیطی را در نظر بگیرد. فرآیند انتخاب ممکن است به وسیله مقایسه طراحی سازه اي براي یک یا چند نوع روسازي از طریق تجربی یا تئوري صورت گیرد. برآوردهاي مقایسه هزینه میتواند به طرحهاي مختلف روسازي براي فرآیند تصمیم گیري اعمال شود. هزینه سرویس دهی روسازيها علاوه بر هزینه اولیه، باید شامل هزینه هاي آتی براي نگه داشتن سطح عملکرد مورد انتظار باشد. حتی با کامل کردن طراحی سازه اي و مقایسه هزینهاي آن، تمام عواملی که در تعیین روسازي مناسب تر، مؤثر است مورد بررسی قرار نمی گیرد.
-2 روسازي هاي بتنی
-1-2 نگاهی بر تکامل روسازي هاي بتنی
بالغ بر 120 سال قبل در سال 1889، George W. Bartholomew در ایالات متحده آمریکا، پیشنهاد اولین روسازي بتنی را به مقامات شهري بلفونتناین (یکی از شهرهاي ایالت اوهایو) ارائه کرد. وي بعد از دو سال توانست اولین روسازي بتنی را بسازد. در نیمه قرن 20 از روسازي هاي بتنی در ساخت سیستم هاي بین ایالتی در ایالات متحده آمریکا استفاده شد. در سال 1956 فرمولهاي طراحی آشتو براي آزمایش راهها یکی براي بتن و یکی براي آسفالت ارائه شد. این فرمولها با تغییرات بعدي و بهبودیافته، پایهاي براي روشهاي طراحی ضخامت در استاندارد آشتو شدند. در دهه 1960 تکنولوژي ساخت روسازي بتنی دچار تغییراتی شد. از جمله اینکه قالب هاي لغزان براي اجراي این روسازي ها بوجود آمد و کنترل هاي الکترونیکی براي استفاده مناسب تر از این قالب ها بکار گرفته شد.
روسازيهاي بتنی از دهه 1930 در کانادا مورد استفاده قرار گرفت. در ایالت کبک (Quebec) کانادا روسازيهاي بتنی 1239 کیلومتر از 29000 کیلومتر، یعنی فقط %4، شبکهي راههاي این ایالت را تشکیل میدهد، ولی در حدود %75 ترافیک این ایالت را حمل میکنند.[7] آلمان ساخت جادههاي بتنی را در اواخر دههي 1880 آغاز نمود و در سال 1934 بهطور وسیع ساخت بزرگراهها با روسازي بتنی را شروع کرد. روسازي بتنی درزدار 25 درصد شبکه ي راههاي ماشین روي پرحجم را در آلمان تشکیل میدهد.[7]
حدود دو سوم راه هاي ماشین روي پرحجم اتریش، داراي روسازيهاي بتنی هستند. روسازي40 درصد از شاهراههاي ماشینروي بلژیک را روسازي بتنی تشکیل می دهد. روسازيهاي بتنی نسبت به دیگر کشورهاي بررسی شده بیشتر در جادههاي با حجم ترافیک کم در بلژیک استفاده میشود، بطوریکه %60 راه هاي روستایی با روسازي بتنی میباشد. حدود %2 شبکه راههاي هلند داراي روسازي بتنی هستند و این راهها %38 حجم کل ترافیک این کشور را حمل میکنند. در کشورهاي دیگر مانند انگلستان، ژاپن و چین نیز از روسازي هاي بتنی مورد استفاده قرار گرفته است.[7]
-2-2 مطالعات انجام شده
مطالعاتی روي چهار روسازي داخل ایالتی با بیش از 20 سال عمر بهره برداري و طول تقریبی 100 مایل، کهتقریباّ نیمی از آن روسازي بتنی درزدار (1JPCP) و نیم دیگر روسازي آسفالتی (2ACP) با بار ترافیکی برابر است، انجام شده است. این چهار روسازي موردنظر بیانگر چهار نوع شرایط جغرافیایی و آب و هوایی متفاوت در آمریکا است، که عبارتند از؛
تنسی غربی
یوتا
اوکلاهاماي شرقی
جورجیا در شمال آتلانتا
دادههاي جمع آوري شده شامل تاریخچه ساخت و ساز و نوسازي، تاریخچه ترافیک، تاریخچه عملکرد و هزینه ها است.
نتایج تجزیه و تحلیلهاي انجام شده روي این داده ها را نشان می دهد. در این شکل مشاهده می شود که مقاطع بتنی در این مطالعه بین 1,6 تا 2,6 برابر مقاطع آسفالتی عمر خدمت دهی داشته اند، که به طور میانگین عمر خدمت دهی روسازي بتنی 2,2 برابر روسازي آسفالتی است. تجزیه و تحلیل هزینه چرخه عمر نشان می دهد که روسازي آسفالتی از 14 تا 250 درصد از روسازي بتنی گرانتر است، که به طور میانگین هزینه روسازيهاي آسفالتی 130 درصد بیشتر از روسازيهاي بتنی است.[14]
شکل-1 متوسط سن شکست روسازي[14]
در مطالعهاي که توسط دانشگاه ایالت میشیگان انجام شده است، تقریبا 3219 کیلومتر از سیستم بزرگراهها در طی 30 سال مورد بررسی قرار گرفته است. هزینه ها شامل هزینه ساخت و ساز اولیه و هزینه نوسازي (بازسازي و روکش مجدد و ...) در نظر گرفته شده است. براي در نظر گرفتن تفاوت موجود در عمر مفید مقاطع روسازي، هزینه کلی بر میانگین عمر مفید روسازي تقسیم شده است تا هزینه مربوط به هر کیلومتر براي هر سال حاصل شود. در این مطالعه نشان داده شد هزینه هاي مربوط به روسازيهاي آسفالتی تقریبا 2,2 برابر هزینه هاي مربوط به روسازيهاي بتنی است.[14]
مطالعه دیگري در میشیگان روي هزینه هاي واقعی دو نوع روسازي (آسفالتی و بتنی) انجام شده است. روسازي آسفالتی به طول 29,9 مایل در سال 1961 ساخته شده است. اولین تعمیرات این روسازي مربوط به سال 1977 بوده است و تاکنون 9 بار تعمیر شده است. روسازي بتنی به طول 23,3 مایل در سال 1960 ساخته شده است. این روسازي فقط یک بار در سال 1987 نوسازي شده است. هزینه هر مایل روسازي آسفالتی 188267 دلار و هزینه هر مایل روسازي بتنی 69460 دلار بوده است.
مطالعه اي در ایالت آیوا (Iowa) روي سه منطقه براي ارزیابی روسازيهاي بتنی و آسفالتی از سال 1954 تا سال 1994انجام شده است. منطقه A داراي روسازيهاي بتنی است و منطقه B داراي روسازيهاي آسفالتی و منطقه C داراي روسازيهاي بتنی و آسفالتی به میزان تقریبا برابر است. نتایج ارائه شده در اینجا روي مناطق A و B متمرکز شده است. شکل3 نتایج مربوط به مناطق A و B را نشان میدهد. همانطور که مشاهده می شود منطقه A (روسازي بتنی) هزینه هاي ساخت و ساز و نگهداري کمتري دارد. از لحاظ عملکرد هر دو سیستم عملکرد خوبی داشته اند. منطقه A (روسازي بتنی) شاخص وضعیت روسازي
(PCI) برابر 97 (عالی) و منطقه B (روسازي آسفالتی) شاخص وضعیت روسازي (PCI) برابر 84 (خیلی خوب) داشته است.[14]
شکل-3 هزینه ساخت و ساز و نگهداري از مطالعه ایالت آیوا[14]
مطالعه اي نیز روي روسازي خیابانهاي در شش شهر ایالت کانزاس روي حدود 1500 مایل از خیابانهاي بتنی طی 10 سال انجام شده است. نتیجه اصلی این مطالعه این بود که خیابانهاي بتنی در این شهرها بطور متوسط بالاي 40 سال عمر مفید دارند. مقایسه هزینه هاي روسازي بتنی و آسفالتی نشان داده است که هزینه نگهداري خیابانهاي بتنی، تقریبا برابر 425 دلار به ازاي هر مایل است، درحالیکه این رقم براي روسازي آسفالتی 4000 دلار به ازاي هر مایل است. این رقم تقریبا 9,5 برابر روسازي بتنی است.[11]
-3 ملاحظات انتخاب نوع روسازي
در اینجا فاکتورهاي مؤثر در فرآیند تصمیم گیري انتخاب نوع روسازي، که براي روسازيهاي جدید و بازسازي روسازي ها قابل اجرا است، به دو دسته فاکتورهاي اصلی و ثانویه تقسیم شده و مورد بررسی قرار می گیرد. فاکتورهاي اصلی انتخاب نوع روسازي شامل ترافیک، مشخصات خاك، شرایط آب و هوایی، ملاحظات ساخت و ساز، بازیافت و مقایسه هزینه است. زمانی که فاکتورهاي مهم براي انتخاب روسازي وجود نداشته باشد و چندین نوع مختلف روسازي مورد نظر باشد، از مقایسه هزینه، براي تعیین نوع روسازي استفاده می شود. این مقایسه باید شامل هزینه اولیه ساخت و ساز، هزینه مراحل بعدي یا کار هاي اصلاحی، هزینه هاي چرخه عمر، هزینه نگهداري و ارزش اسقاطی باشد. هزینه استفاده کنندگان از جاده در طی دورههاي ساخت و ساز، عملیات نگهداري و بازسازي نیز باید مدنظر قرار گیرد.
فاکتورهاي ثانویه انتخاب نوع روسازي نیز شامل عملکرد روسازيهاي مشابه در منطقه، حفظ منابع طبیعی و صرفه جویی در مصرف مصالح و انرژي، در دسترس بودن مصالح محلی و امکانات پیمانکاران، مشخصات سطح رویه، نتایج آزمایشهاي محلی است. در ادامه به بررسی و مقایسه اقتصادي و زیست محیطی روسازي هاي آسفالتی و بتنی، که از مهمترین عوامل مؤثر در انتخاب نوع روسازي است، می پردازیم. لازم بذکر است، با توجه به مشکلات اجرایی موجود در کشورمان، این بررسی و مقایسه در صورتی قابل استناد و معتبر است که طراحی و اجراي روسازي هاي بتنی و آسفالتی مطابق با استانداردهاي مربوطه بوده و بتن کیفیت قابل قبولی داشته باشد.
-4 طراحی روسازي هاي آسفالتی و بتنی
در اینجا براي تجزیه و تحلیل و مقایسه هزینه هاي چرخه عمر روسازي هاي آسفالتی و بتنی بصورت عددي، به طرح روسازي هاي آسفالتی و بتنی معادل نیاز است. طراحی فنی روسازي هاي آسفالتی و بتنی مورد مقایسه به ترتیب با استفاده از روش آشتو[13] و انجمن سیمان کانادا [12](3CAC) انجام شده است. روش CAC براي طراحی روسازي هاي بتنی، نسخه توسعه یافته اي از روش آشتو[13] است. این روش تجربی- مکانیکی است که در آن مقاومت خمشی بتن و ضریب عکس العمل بستر به همراه نتایج آزمایشگاهی و عملکرد روسازي هاي واقعی در نظر گرفته می شود. در روش CAC و آشتو فرض شده است که دال بتنی روي اساس 150 میلیمتري دانه بندي شده قرار می گیرد و تجهیزات انتقال بار (میله هاي داول) در تمامی درزها استفاده می شود. خلاصه اي از محاسبات 4ESAL در جدول1 آمده است. نتایج طراحی روسازي هاي آسفالتی و بتنی در جداول 2 و 3 ارائه شده است.
-5 مقایسه اقتصادي روسازي هاي آسفالتی و بتنی
-1-5 هزینه هاي چرخه عمر
تجزیه و تحلیل هزینه هاي چرخه عمر، یک ابزار مهندسی- اقتصادي است که توسط طراحان روسازي براي مقایسه هزینه طرحهاي معادل و ارزیابی ارزش اقتصادي طرحهاي پیشنهادي استفاده می شود. این ابزار تمام هزینه هاي طول عمر هر نوع روسازي را مستندسازي می کند و در انتخاب روسازي علاوه بر هزینه هاي اولیه، هزینه هاي نگهداري در آینده، نوسازي و بازسازي در طول عمر روسازي را در نظر می گیرد.
هزینه هاي دفتري، سرمایه گذاري واقعی مورد نیاز براي ساختن و نگهداري روسازي ها جهت تأمین یک سطح خدمت دهی قابل قبول میباشد. به دلیل اینکه هزینه اولیه ساخت و ساز بخش بزرگی از هزینه هاي دفتري را شامل می شود، انتخاب نوع روسازي تحت تأثیر بودجه واقعی موجود براي ساخت و ساز اولیه است. هزینه ساخت و ساز اولیه، هزینه هاي نوسازي، هزینه هاي نگهداري روزمره و نگهداري پیشگیرانه و ارزش اسقاطی، اجزاي اصلی هزینه دفتري در پروژههاي ساخت و ساز و
