کلیاتی از بحث روسازی راه
1
تاریخچه ساخت روسازی ها
عصر روسازی های اولیه (از هزاران سال قبل از میلاد مسیح تا اواخر قرن 17 میلادی)
دوره روسازی های نوین (قرن 18 و 19 میلادی)
دوره روسازی های مدرن (اواسط قرن 19 به بعد)
2
عصر روسازی های اولیه
حمل و نقل اولیه توسط انسان یا حیوان انجام می گرفت.
مسیرها بصورت مالرو بود.
در عصر حاضر نمونه این مسیرها در مناطق صعب العبور کوهستانی مشاهده می شود.
این راه ها فاقد روسازی بوده است.
تمدن های رومیان، ایرانیان، اسلاو، بابیلون و مصر اولین سازندگان روسازی های اولیه بودند.
3
روسازی رومیان
شامل چهار لایه به ترتیب از پایین به بالا:
قلوه سنگ یا لاشه سنگ به ضخامت 125 میلیمتر
لایه مصالح شنی درشت دانه محلی به ضخامت 400 میلیمتر
مصالح سنگی ریزدانه محلی با ملات آهک به ضخامت 250 میلیمتر
لایه سطحی سنگ چینی با سنگ های تخت چند ضلعی با استفاده از ملات آهک
4
روسازی ایرانیان
500 سال قبل از میلاد در زمان پادشاهی داریوش اول، راه شاهی پارس مناطقی از کشور ترکیه کنونی را به خلیج فارس متصل می کرد.
هدف سرویس دهی تجهیزات نظامی بوده است.
طول راه 2700 کیلومتر بوده است.
بعد از میلاد مسیح به تقلید از روسازی رومیان راه ها ساخته می شد.
روسازی راه های ایران در مناطق باتلاقی از پایین به بالا شامل ذغال چوب، خرده سنگ و سنگ فرش بوده است.
پس از ظهور اسلام روسازی هائی با استفاده از مصالح سنگی و ملات رزینی از چسب درختان و ریشه گیاهان در منطقه عراق کنونی ساخته شد.
5
روسازی های نوین (قرن 18 و 19)
در دوره رنسانس با گسترش کالسکه و دلیجان و اقتباس از روسازی رومیان ساخت روسازی های نوین پایه گذاری شد.
ضخامت این روسازی ها تا 2 متر بود.
معروفترین این راه ها بین انگلستان و اسکاتلند بود.
پیتر تره زه گه فرانسوی، توماس تلفورد اسکاتلندی و جان ماکادام پایه گذاران اصلی روسازی نوین در سال های 1764، 1802 و 1800 بودند.
6
روسازی تره زگه
وی به نقش و اهمیت رطوبت در خاک بستر پی برد.
اولین فردی است که با روش علمی، ساخت و اجرای روسازی راه ها پرداخت.
این روسازی شامل: یک لایه لاشه سنگ در زیر لایه شن درشت و یک لایه میانی از قلوه سنگ بود.
تفاوت عمده با روسازی رومیان این بود که لایه زیرین علاوه بر تحمل بار وظیفه انتقال بار به لایه های زمین طبیعی را برعهده داشت.
وی اصرار فراوانی به ساخت راه در ترانشه ها و لایه های پایین تر از سطح زمین داشت.
7
روسازی تلفورد
اساس کار خود را روش تره زگه قرار داد و سیستم روسازی پیچیده و پر هزینه ای را با استفاده از سنگدانه های شکسته پیشنهاد داد.
با مدیریت وی 1500 کیومتر راه روسازی شده بالاتر از سطح زمین ساخته شد.
این روسازی از یک لایه تخته سنگ با ضخامت متغیر، دو لایه سنگی با اندازه حداکثر دانه های 60 میلیمتری و یک لایه سطحی شن با زهکش های کناری تشکیل شده بود.
ضخامت روسازی تلفورد بین 35 تا 45 سانتیمتر بود.
8
روسازی ماکادام
مرغوبترین روسازی زمان خود را تهیه کرد.
از مصالح ارزان قیمت خاکی و شن روسازی با ارتفاع یک متر بالاتر از سطح زمین طبیعی طرح کرد.
مقاومت روسازی وی دو برابر روسازی های تلفورد بود.
روسازی وی 3 لایه ای و با کناره های زهکش بود. دو لایه تحتانی از شن و ماسه شکسته شده با دست به ضخامت 200 میلیمتر و لایه فوقانی به ضخامت 50 میلیمتر از شن و ماسه بود.
روسازی ماکادام فاقد مواد چسبنده بود.
9
روسازی مدرن
این دوره از اواسط قرن 19 با استفاده از قطران، قیر، سیمان و ساخت راه های چسبنده آغاز شد.
اختراع دوچرخه، وسائل موتوری و چرخ های لاستیکی نیاز به مسیرهای صاف و هموار را بوجود آورد.
نیازهای بشر در جنگ های جهانی اول و دوم، کمک زیادی به رشد وضعیت روسازی ها نمود.
در روسازی مدرن از دو ماده قیر و سیمان استفاده می شود.
اولین روسازی چسبنده قیری با نام تارمارک با استفاده از مخلوط ماکادام و ماده چسبنده قطران در 1848 در تاتنهام اجرا شد.
قطران قیر زغال سنگ است.
آخرین تحولات اجرای روسازی ها مربوط به ساخت مخلوط های آسفالتی گرم ممتاز و مخلوط های آسفالتی گرم با دمای کاهش یافته با هدف افزایش طول عمر روسازی و کاهش اثرات مخرب زیست محیطی است.
10
هدف از روسازی
زمین طبیعی مقاومت کافی ندارد.
بارگذاری موجب شکست برشی و ایجاد تغییر شکل های دائم بیش از اندازه می شود.
روسازی باید بار چرخ را هر چه بیشتر توزیع و گسترده نماید تا حداکثر شدت تنش در سطح بستر روسازی به مقدار قابل تحمل آن برسد.
مصالح با مرغوبیت بالا در لایه های بالا قرار می گیرند.
ضخامت و کیفیت لایه ها به نوع و درجه بندی راه، مقاومت خاک بستر، میزان ترافیک، شرایط جوی، نوع مصالح قابل دسترسی و عوامل اقتصادی بستگی دارد.
11
ویژگی های مطلوب روسازی
استحکام سازه ای کافی جهت تحمل تنش های وارد بر آن
ضخامت کافی برای انتقال بارها و تنش ها با یک ضریب اطمینان مناسب به خاک بستر
داشتن سطحی سخت و مقاوم در برابر سایش
فراهم کردن سطحی صاف
داشتن حداقل مقاومت اصطکاکی
دارا بودن بافت و زبری کافی
کاهش سر و صدای ناشی از حرکت وسائل نقلیه
نفوذناپذیری کافی
عمر طولانی و هزینه نگهداری سالانه کم
12
اجزای روسازی
زیرسازی (پی یا بستر راه)- شامل زمین طبیعی و لایه متراکم
روسازی- شامل لایه های اساس، زیراساس و لایه های سطحی
13
انواع روسازی
روسازی با توجه به نحوه انتقال و گسترش بار به لایه های زیرین و بستر، تغییر مکان رویه و عملکرد سازه ای به دو گروه زیر تقسیم می شود:
روسازی انعطاف پذیر
روسازی صلب
14
روسازی انعطاف پذیر
بعلت مقاومت خمشی کم، بارهای وارده در سطح نسبتا کوچکتر و با گستردگی کمتر به خاک بستر منتقل می شود.
تغییر شکل خمشی در اینجا وابسته به تغییر شکل خمشی در لایه های زیرین است.
ضخامت این نوع روسازی بگونه ای طراحی می شود که تنش در بستر خاکی در محدوده تنش های قابل تحمل بوده و تغییر شکل های بیش از حد در آن محدود باشد.
15
اجزای روسازی انعطاف پذیر
دو یا چند لایه از مصالح بتن آسفالتی گرم بر روی لایه های اساس و زیر اساس
اندودهای سطحی و نفوذی tack coat و prime coat
در پاره ای مواقع جهت جلوگیری از حرکت و شستشوی مصالح ریزدانه و تامین یکپارچگی سازه ای از مصالح پیش ساخته یا ژئوتکستایل بر روی بستر استفاده می شود.
16
روسازی صلب
دال بتنی به عنوان لایه سطحی با وارده را با رفتار خمشی به زمین منتقل می کند.
بدلیل بالا بودن مدول الاستیسیته و صلبت قابل توجه، با وارده در سطح وسیعتری از خاک بستر منتقل می شود.
مهم ترین انواع به لحاظ لایه ها: رویه بتنی با لایه زهکش، رویه بتنی با لایه اساس و رویه بتنی با اساس تثبیت شده است.
رویه بتنی خود به انواع: بتنی غیرمسلح با درز ساده، بتنی مسلح با درزهای مهارشده و بتن مسلح سراسرس تقسیم می شود.
17
توزیع فشار و تغییر شکل در روسازی صلب و انعطاف پذیر
18
مقطع عرضی روسازی انعطاف پذیر
19
مقطع عرضی روسازی صلب
20
مقایسه روسازی صلب و انعطاف پذیر
دقت طراحی
عمر روسازی
نگهداری
هزینه اولیه ساخت
مراحل ساخت
در دسترس بودن مصالح
مشخصات کیفی سطح روسازی
نفوذ آب
موقعیت تاسیسات
وضوح دید در شب
تغییر مسیر ترافیکی در زمان ساخت
هزینه کلی در مدت ساخت و سرویس دهی
بازیافت مجدد
21
سایر انواع روسازی ها
روسازی نیمه سخت: روسازی با رویه آسفالتی با لایه تثبیت شده (با آهک، سیمان و …). رفتاری مشابه با روسازی انعطاف پذیر دارد. اساس ساخته شده با بتن مگر، لایه های خاک سیمان و یا بتن سیمانی پوزولانی
روسازی مرکب: ترکیبی از روسازی انعطاف پذیر و سخت
22
روسازی مختلط
23
آئین نامه روسازی
هدف ارائه دستورالعمل هایی برای مراحل طراحی، اجرا، کنترل کیفیت و نگهداری راه است.
استانداردهای مهم بین المللی:
استاندارد ASTM
راهنما و استاندارد AASHTO
استاندارد BS
انستیتو آسفالت
استاندارد ACI
24
آئین نامه روسازی
هدف ارائه دستورالعمل هایی برای مراحل طراحی، اجرا، کنترل کیفیت و نگهداری راه است.
استانداردهای مهم بین المللی:
استاندارد ASTM
راهنما و استاندارد AASHTO
استاندارد BS
انستیتو آسفالت
استاندارد ACI
25
ASTM
American Society for Testing and Materials
آئین نامه های فنی و مقررات ساختمانی تدوین شده، ویژه مصالح و مواد مصرفی در کلیه صنایع از جمله راهسازی است.
نزدیک به یک قرن سابقه دارد.
در صنعت راهسازی ایران نیز یک مرجع است.
معیارها و ضوابط کلیه مصالح مورد کاربرد در روسازی های بتنی، آسفالتی و مختلط شامل لایه های غیرآسفالتی، آسفالتی، بتنی و مواد چسباننده آنها نظیر: قیر، سیمان، آهک و سایر افزودنی های شیمیایی و آزمایش های کنترل کیفیت را در بر می گیرد.
مجلدات 01-04، 04-04 و 08-04
26
AASHTO
American Association of State Highways and Transportation Officials
80 سال سابقه دارد.
کلیه مراحل طرح، اجرا، کنترل کیفیت، نگهداری، آزمایش های مصالح مصرفی در زیرسازی و روسازی را در بردارد.
اصول و مبانی طرح روسازی راه آشتو، در سال 1959-1958 آغاز و در سال 1986 نهایی شد.
جامع ترین آیین نامه برای روسازی بتنی و آسفالتی است.
در زمینه طرح هندسی نیز آیین نامه دارد.
27
BS
British Standard
استاندارد انگلیس است.
ویژه مصالح و مواد مصرفی در صنایع است.
برای کلیه مراحل طرح، اجرا، نگهداری و آزمایش های کنترل کیفیت و مصالح مصرفی در زیرسازی و روسازی کاربرد دارد.
28
Asphalt Institute
معیارها و ضوابط ویژه طرح، اجرا، نگهداری و بهسازی روسازی انعطاف پذیر و لایه های مختلف آن است.
برای بهسازی و روکش تقویتی رویه بتنی با آسفالت مقرراتی دارد.
نشریه MS-1 به طراحی روسازی آسفالتی معمولی و تمام آسفالتی براساس روش نظری- تجربی می پردازد.
برای مشخصات مصالح مصرفی و آزمایش های کنترل کیفیت به ضوابط ASTM اشاره دارد.
از ویژگی معیارها و ضوابط تدوین شده توسط این موسسه به طرح اختلاط HMA، آسفالت سرد با قیرهای محلول و قیرابه و مشخصات فنی و مکانیکی شامل مقاومت، روانی، فضای خالی و سایر مشخصات می توان اشاره کرد.
از اواخر دهه 30 در ایران نیز مورد استفاده قرار گرفت.
29
ACI
American Concrete Institute
ویژه طرح و اجرای سازه ها و روسازی های بتنی است.
کنترل کیفیت مصالح مصرفی در لایه های غیربتنی، بتنی، آزمایش های کنترل کیفیت را در بردارد.
یک قرن سابقه دارد.
دارای 5 جلد است.
از سایر مراجع قابل کاربرد می توان به انجمن سیمان پرتلند اشاره کرد (PCA).
30
آئین نامه 234
آئین نامه روسازی آسفالتی راه های ایران
وزارت راه و شهرسازی، موسسه قیر و آسفالت ایران و پژوهشکده حمل و نقل
با اهداف زیر تهیه شده است:
31
تاریخچه
طراحی از هنر به علم مبدل شده است.
همچنان تجربه نقش عمده ای دارد.
قبل از 1920 کاملاً تجربی بود.
ضخامت های مشابهی برای تمامی مقاطع و خاک های مختلف لحاظ می شد.
این روش ها بدلایل زیر حتی موفقیت آمیز بود:
1- محدود بودن تعداد وزن خودروها
2- فقدان اطلاعات کافی در مورد مشخصات فنی مصالح و روش های اصولی ارزیابی
3- فقدان روش های علمی و اصولی
4- سهل بودن مرمت و بهسازی روسازی های خراب شده
32
روسازی انعطاف پذیر
قیر و مصالح دانه ای است.
اولین راه آسفالتی 1870 در ایالات متحده در نیوجرسی ساخته شد.
دریاچه ترتینیداد قیر تهیه می شد.
33
لایه های روسازی انعطاف پذی
34
قیر
قیر یکی از دو ماده اصلی تشکیل دهنده روسازی است.
قیر ماده ای چسباننده، ارزان قیمت، ضدآب، ترموپلاستیک و ویسکوالاستیک است.
قیر خالص ماده ای سیاهرنگ، چسبناک، نیمه جامد و کندروان است.
اولین کاربردهای قیر به حدود 400 سال پیش از میلاد مسیح در ملات چسبنده برای ساخت سازه های سنگی است.
سایر کاربردهای آن در مخازن، کانال ها و استخر جهت آببندی است.
اولین بار در اواسط قرن نوزدهم بصورت مدرن قیر در روسازی بکار گرفته شد.
قیر در یکپارچگی، صلبیت و نفوذناپذیری روسازی موثر است.
35
قیر
قیر مخلوط چسباننده سیاه و یا تیره رنگ جامد و ویسکوزی است.
قیر دارای وزن مولکولی زیادی است.
قیر ممکن است بصورت گاز، مایع، نیمه جامد و یا جامد وجود داشته باشد.
قیر ماده ای قهوه ای رنگ بوده که بطور کامل در دی سولفید کربن حل می شود.
ریزساختار قیر بصورت سیال قطبی پراکنده شده است.
تجمع سه بعدی پیوسته مولکلول های قطبی (آسفالتین) در سیال غیرقطبی (مالتین)
قیر با افزایش دما از حالت جامد در آمده و جاری می شود.
قیر در دو نوع در طبیعت و یا تغییرات شیمیایی قابل دستیابی است.
بخش قابل توجهی از قیر را هیدروکربن ها تشکیل می دهند.
سایر مواد قیر عبارتند از: سولفور، نیتروژن، اکسیژن، هیدروژن و مقدار جزیی فلزاتی چون وانادیوم، نیکل، آهن، کبالت، منیزیم و کلسیم
36
قیر
آسفالتین و مالیتین دو هیدرکربن اصلی تشکیل دهنده قیر هستند.
این هیدروکربن ها به دو بخش رزین و روغن تقسیم می شوند.
آسفالتین ها وزن مولکولی زیادی دارند و ماده اصلی قیر را تشکیل می دهند.
رزین نقش چسبندگی قیر را برعهده دارد.
روغن ها کندروانی قیر را کنترل می کنند.
رفتار قیر تابع دما و زمان بارگذاری است.
در شرایط آب و هوایی داغ و بارهای پایا (کامیون کندرو) قیر خالص مانند مایعات کندروان رفتار می کند.
در اقلیم های سرد و تحت بارگذاری سریع (کامیون های تندرو) قیر خالص مانند جامد الاستیک رفتار می کند.
در شرایط محیطی قیر خالص مشخصات مایعات کندروان و جامدات الاستیک را بصورت توامان دارد.
قیر داغ روان بوده و بخوبی مصالح سنگی را پوشانده و سطحی صاف و توپر متراکم می شود.
پس از سرد شدن قیر بصورت چسب عمل می کند و ساختار جامد مصالح سنگی را کنار هم قرار می دهد.
37
انواع قیر
قیرهای طبیعی
قطران (Tar)
قیرهای نفتی
قیرهای طبیعی + قیرهای نفتی
قطران + قیرهای نفتی (BS 3690)
38
قیرهای طبیعی
دریاچه ای
به صورت طبیعی در برخی از نقاط یافت می گردد
از اعماق منابع نفتی به سمت سطح رویه زمین صعود نموده و در برابر عوامل جوی دچار تبخیر تدریجی می شوند.
معمولاً با مواد معدنی و آلی مخلوط می باشد.
39
قیرهای طبیعی
معدنی
از نفوذ قیر در سنگهای آهکی یا ماسه سنگها
محصولی در طبیعت موجود است
معادن این قیرها در اروپا (فرانسه، سوئیس و ایتالیا) نیز یافت می شود
تا حدود 12% قیر دارد
40
قیرهای طبیعی
برای تصفیه قیرهای طبیعی آنها را به قطعات کوچکتر تقسیم و تا درجه حرارت 160 درجه حرارت می دهند.
آب موجود در این قیرها تبخیر می شود.
با عبور قیر از الک های مخصوص دانه های درشت و مواد آلی آن جداسازی می شوند.
غالبا بعلت سفتی زیاد قیرهای طبیعی آنها را با قیرهای نفتی ترکیب و در راهسازی استفاده می کنند.
قیرهای دریاچه ای عمدتاً بصورت امولسیون هستند.
41
چشمه های قیر ماماتین -رامهرمز
42
چشمه های قیر ماماتین -رامهرمز
43
تشکوه – رامهرمز
44
تشکوه – رامهرمز
45
تشکوه – رامهرمز
46
قیرهای نفتی
روند تولید قیر در پالایشگاه
ابتدا نفت خام تا دمای 370 درجه حرارت و سپس در برج تقطیر
جز به جز که در آنجا تبخیر می گردد، آزاد می شود.
47
قیرهای نفتی
قیرهای خالص
قیرهای محلول
قیرهای امولسیونی
قیرهای دمیده
48
قیرهای خالص
این قیرها حاصل پالایش نفت خام بوده
بر حسب آنکه چه میزان مواد روغنی در خود داشته باشند، می توان قیرهای سفت (مخصوص مناطق گرمسیر) و قیرهای نرم (مخصوص مناطق سردسیر) ویا قیرهای فی مابین آن تولید کرد.
با تنظیم درجه حرارت و فشار داخلی برج های تقطیر، می توان قیرهای با درجه سختی متفاوت به دست آورد.
49
قیرهای محلول
قیرهای محلول در پالایشگاه و در مراحل تولید قیر با درصدی مواد حلال از مواد سنگین نظیر گازوئیل تا مواد بسیار سبک و فرار نظیر بنزین تهیه می شوند
دسته بندی:
قیرهای محلول تندگیر (R.C.) – از اختلاط بنزین با قیر خالص
قیرهای محلول کندگیر (M.C.) – از اختلاط قیر خالص با نفت سفید
قیرهای محلول دیرگیر (S.C.) –از اختلاط قیر خالص با گازوئیل
50
قیرهای امولسیونی
مخلوط کردن قیر+ آب و ماده امولسیون ساز
قیر بصورت گلبول یا کره هایی به قطر یک صدم تا یک هزارم میلیمتر در آب شناور هستند.
ماده امولسیون ساز مانع به هم پیوستن و لخته شدن قیر با باردار کردن دانه ها می شود.
برای افزایش پایداری در برابر لخته شدن و به هم پیوستن دانه ها از پایدار کننده مانند صابون پتاسیم استفاده می شود.
پایدارکننده موجب اندود بهتر مصالح سنگی و پایداری امولسیون در انبار می شود.
مقدار قیر 60 درصد، آب 40 درصد و کمتر از یک درصد ماده امولسیون ساز.
امولسیون های خنثی، کاتیونی و آنیونی
تهیه امولسیون به کاربرد قیر سرد در آسفالت کمک می کند.
محصول برخلاف قیر محلول گران تمام نمی شود.
در شرایط مرطوب بودن سطح راه نیز چسبندگی بین قیر و مصالح بوجود می آید.
اندازه گلبول ها در حدود 2 میکرون است.
فاز داخلی گلبول های کوچک و فاز خارجی یا پیوسته بخش بیرونی است.
51
روش های طراحی
روش های تجربی با و بدون آزمایش مقاومت خاک
روش محدود کردن شکست برشی
روش محدود کردن نشست
روش های رگرسیونی بر مبنای عملکرد روسازی و آزمایش راه
روش مکانیستی- تجربی
52
روش های تجربی- بدون آزمایش مقاومت خاک
توسعه سیستم طبقه بندی خاک راه های عمومی
تقسیم بندی خاک بستر یکنواخت A-1 تا A-8 و غیریکنواخت B-1 تا B-3
اصلاح و رسیدن به طبقات A-1 تا A-8 و ارائه شاخص گروه
53
بستر
54
بررسی های ژئوتکنیکی
تعیین جنس و مشخصات خاک های موجود در مسیر یا مجاورت آن
تعیین محل و جنس مصالح مناسب برای خاکریزها
تعیین محل و جنس مصالح مناسب برای لایه های روسازی
تعیین نوع مواد تثبیت کننده مناسب برای خاک های سست
تعیین محل و عمق آب های زیرزمینی موجود در مسیر راه یا مناطق مجاور
55
بستر (subgrade)
56
بستر در خاکریزی
دو قشر نهایی به ضخامت 30 سانتیمتر خاک های A1 تا A7 طبقه بندی آَتو
تثبیت در محل هایی که خاک مناسب نباشد یا حمل آن مقرون به صرفه نباشد با آهک و ترکیبات شیمیایی انجام می شود.
خاک های نامناسب:
57
اجزای خاک بستر (subgrade)
اجزای درشت تر از 0/075 میلیمتر و اجزای ریزتر از 0/075 میلیمتر
ریزدانه شامل لای و رس است.
لای از هوازدگی مکانیکی بوجود آمده اما رس از هوازدگی مکانیکی- شیمیایی
خاک های با مقادیر قابل توجه رس یا لای مناسب راهسازی نیستند.
خاک های لای دار قابلیت تراکم خوبی ندارند.
دانه های رس بسیار کوچک و به شکل سوزنی یا صفحه ای است.
رس قابلیت جذب و نگهداری آب نسبتاً بالایی دارد.
خاک لای دار قابلیت تراکم بالا ندارد.
مقاومت لای خشک شده کم است اما مقاومت رس در حالت خشک زیاد است.
نمونه خاک لای دار در اثر تماس با آب حالت درخشان پیدا می کند اما رس خیر
سرعت ته نشین شدن لای به مراتب بیشتر از رس است.
58
رده بندی خاک- آشتو
59
نشانه گروه
60
علاوه بر تعیین رده خاک باید نشانه گروه (GI) خاک نیز محاسبه گردد.
عدد مثبت و کامل بین 0 تا 20 است.
هر اندازه نشانه گروه خاک بیشتر باشد، خمیری تر است.
نشانه گروه
61
روش های تجربی با آزمایش خاک
اولین بار توسط سازمان راه های کالیفرنیا در 1929 انجام شد.
ضخامت روسازی متناسب با نسبت باربری کالیفرنیا در نظر گرفته شد.
عیب روش های تجربی این است که تنها در شرایط محیطی، مصالح و بارگذاری معلوم قابل استفاده است.
اثر همه وسایل نقلیه در طرح روسازی لحاظ نمی شود (محورهای با وزن و نوع متفاوت)
در نظر نگرفتن اثر تعداد وسایل نقلیه (تکرار و خستگی)
در نظر نگرفتن خرابی و شکست روسازی
با تغییر در شرایط اعتبار ندارد و با سعی و خطا باید روش جدیدی برای سازگاری ارائه شود.
روش بسیار محبوبی است به طوری که امروزه نیز همچنان ممکن است بطور تخمینی استفاده شود.
در این روش آزمایش CBR برای تعیین مقاومت خاک بستر و سایر مصالح سنگی لایه های روسازی انجام می شود. با داشتن وزن چرخ مبنای طرح و استفاده از نموگرام ضخامت کل روسازی و لایه ها تعیین می شود.
ضخامت هر لایه طوری تعیین می شود که شدت تنش های ناشی از بارهای وارد به میزان قابل تحمل توسط لایه زیر کاهش یابد.
62
تعریف : در این آزمایش مصالح مورد آزمایش با مصالح سنگ شکسته استاندارد کالیفرنیا مقایسه می شود. مصالح خیلی قوی باشد = 100= CBR مصالح خیلی ضعیف باشد = 0 = CBR به طوریکه میزان فشار وارده برای مقدار معینی از نفوذ پیستون در مصالح مورد آزمایش نسبت به میزان فشار وارده برای همان مقدار نفوذ پیستون در مصالح سنگ شکسته مبنا تحت شرایط یکسان (میزان سرعت نفوذ پیستون در هر دو یکسان و برابر 25/1 میلیمتر بر دقیقه باشد.) مقایسه می شود: فشار وارده برای فرو رفتن پیستون استاندارد با سرعت و مقدار معین در مصالح آزمایش CBR = ———————————————————————————————— ×100 فشار وارده برای فرو رفتن پیستون استاندارد با سرعت و مقدار معین در مصالح سنگ شکسته استاندارد
آزمایش نسبت باربری کالیفرنیا
63
مثال
مطلوبست تعیین ضخامت لایه های زیراساس و اساس و رویه آسفالتی با استفاده از روش CBR با اطلاعات زیر:
CBR خاک بستر: 3
CBR لایه اساس: 80
CBR لایه زیراساس: 9
وزن چرخ مبنای طرح 5.4 تنی
64
روش محدود کردن شکست برشی
ضخامت روسازی به نحوی تعیین می شود که شکست برشی رخ ندهد.
چسبندگی و زاویه اصطکاک داخلی اصلی ترین اجزای روسازی و خاک بستر مورد توجه هستند.
1946، باربر از فرمول باربری ترزاقی بهره برد.
1953، مک لود، از اسپیرال لگاریتمی جهت تعیین ظرفیت باربری روسازی استفاده کرد.
1959 یودر به این روش ها اشاره کرد.
با افزایش سرعت و حجم ترافیک بحث جلوگیری از شکست برشی روسازی اهمیت چندانی ندارد.
65
روش محدود کردن نشست
به نحوی که نشست قائم از یک حد مجاز تجاوز نکندو
1941 نعادله بوسینسک اصلاح شد و نشست به 0/1 اینچ محدود شد.
1953 تئوری دو لایه ای برمیستر اعمال و نشست به 0/25 اینچ محدود شد.
مزیت این روش قابلیت اندازه گیری در محل است.
متاسفانه اما شکست روسازی نه بدلیل نشست بلکه تنش ها و کرنش های بیش از حد رخ می دهد.
66
روش های رگرسیونی مبتنی برکارایی روسازی یا آزمایش های راه
یک مثال خوب از معادلات رگرسیونی برای طراحی آسفالت روش آشتو می باشد که بر اساس نتایج آزمایش های راه است.
ایراد این روش این است که معادلات طرح می تواند تنها در شرایط سایت آزمایش راه به کار رود. برای شرایط دیگر اصلاحاتی مبتنی بر تئوری و آزمایش نیاز است.
67
روش مکانیستی- تجربی
طراحی مبتنی بر مکانیک مصالح است.
یک ورودی نظیر بار چرخ را به یک خروجی نظیر تنش یا کرنش مرتبط می کند.
از پاسخ برای پیش بینی خرابی در آزمایش ها و اطلاعات عملکرد میدانی استفاده می کند.
68
قابلیت سرویس دهی و قابلیت اطمینان
براساس نتایج آزمایش آشتو طرح شد.
ضخامت روسازی باید وابسته به قابلیت سرویس دهی نهایی باشد.
قابلیت اطمینان یک مفهوم احتمالی برای در نظر گرفتن عدم قطعیت هاست.
69
بارهای دینامیکی
روش های حاضر مبتنی بر بارهای استاتیکی یا دینامیکی است.
تاثیر اینرسی ناشی از بار دینامیکی لحاظ نشده است.
تحقیقات نشان داده که برای روسازی آسفالتی تحلیل دینامیکی کامل ضروری نیست و تاثیر اینرسی قابل اغماض است.
پاسخ دینامیکی با روش های استاتیکی و استفاده از خصوصیات مصالح سازگار با نرخ بارگذاری قابل حصول است.
70
روسازی صلب
از بتن ساخته می شود.
مانند روسازی آسفالتی روند تحلیل مشکلی ندارد زیرا تنش خمشی در بتن از مدت ها قبل یک فاکتور طراحی بوده است.
71
حل تحلیلی- روسازی صلب فرض: دال و بستر در تماس کامل هستند
فرمول گلدبک- روسازی یک تیر طره با بارگذاری متمرکز در گوشه دال
آنالیز وسترگارد مبتنی بر پی مایع- معادلات تاب خوردگی حرارتی شامل: بارگذاری در گوشه دال های بزرگ و بارگذاری داخلی با فاصله قابل ملاحظه از لبه و بارگذاری لبه با فاصله قابل ملاحظه ازگوشه- روش PCA مبتنی بر وسترگارد است.
آنالیز پیکت بر پی صلب- خاک بستر بیشتر شبیه جسم جامد الاستیک است تا مایع، راه حلی تئوری برای دال های بتنی روی نیم فضای الاستیک ارائه شد.
72
روش های عددی- روسازی صلب
بدلیل پمپینگ (Pumping) و تاب خوردگی حرارتی (temperature curling) و تاب خوردگی رطوبتی (moisture warping) دال و خاک بستر گاهی در تماس کامل نیستند.
با آمدن کامپیوتر و روش های عددی جدید تحلیل های جدید مبتنی بر این حالت بوجود آمده است.
1- روش اجزای گسسته
2- روش اجزای محدود
73
روسازی صلب
74
Control of Pumping
75
Control of Frost Action
76
انواع روسازی بتنی
Jointed Plain Concrete Pavements (JPCP)
Jointed Reinforced Concrete Pavements (JRCP)
Continuous Reinforced Concrete Pavements (CRCP)
Prestressed Concrete Pavements (PCP)
77
انواع روسازی بتنی
78
روسازی بتنی غیرمسلح- دارای درز (JPCP)
درزهای انقباضی با داول یا قفل و بست سنگدانه ها جهت انتقال بار در درزها
فاصله درزها 15 و 30 فوت است.
با کاهش قفل و بست سنگدانه ها و افزایش فاصله دانه ها خطر ترک خوردگی افزایش می یابد.
79
روسازی بتنی مسلح درزدار (JRCP)
مسلح شده با فولاد بصورت شبکه و میلگردهای آجدار موجب افزایش فاصله درزها شده و ظرفیت سازه ای را افزایش نمی دهد.
80
روسازی بتنی مسلح پیوسته (CRCP)
درزها نقاط درز روسازی بتنی است.
با حذف درز ضخامت 1 تا 2 لینچ کاهش یافت.
ترک های عرضی در فواصل نزدیک داریم که با میلگرد نزدیک هم نگه داشته می شود.
81
روسازی بتنی پیش تنیده (PCP)
بتن در کشش عیف است.
ضخامت روسازی بتنی وابسته به مدول گسیختگی بتن است.
با اعمال تنش فشاری اولیه به بتن تنش کششی ناش از عبور وسایل نقلیه کاهش می یابد لذا ضخامت کم می شود.
احتمال ترک خوردگی کمتر و فاصله درزها بیشتر است.
82
فاکتورهای طراحی
ترافیک و بارگذاری
محور بارها
تعداد تکرار
سطح تماس
سرعت وسیله نقلیه
شرایط محیطی
دما
عمق یخبندان
شاخص برودت
مصالح
83
بار
84
فشار تماسی
85
فشار تماسی
در طراحی مکانیستی سطح تماس چرخ و روسازی اهمیت دارد.
در طراحی روسازی فرض می شود که فشار چرخ و فشار تماسی برابر است.
اجزای محدود بار مستطیلی با طول و عرض مشخص شده در اسلاید بعد در نظر می گیرد.
در تئوری لایه ای شکل دایره داریم. خطای اندکی دارد.
86
Contact Area
the approximate shape of contact area for each tire = a rectangle and two semicircles.
By assuming length L and width 0.6L, the area of contact: …
Ac = contact area = dividing the load on each tire by the tire pressure .
87
88