انجام پایان نامه سمینار پروپوزال مقاله تحقیق و پروژه های دانشجویی عمران کارشناسی ارشد راه و ترابری روسازی بتنی

 

بتنی

 

روسازی بتنی

این نوع روسازی از بتن حاوی سیمان پرتلند ساخته می‌شود‌. برای طراحی روسازی بجای تئوری لایه‌ها که در طراحی روسازی انعطاف پذیر (آسفالتی) استفاده می‌شود از تئوری صفحات استفاده می‌شود‌. تئوری صفحه در وا‌قع همان حالت ساده شده تئوری لایه‌ها است که دال یک صفحه، تقریباً ضخیم است و قبل از خمش وارده به آن مسطح‌ بوده و پس از خمش نیز به حالت مسطح باقی خواهد ماند‌. اگر چنانچه بارگذاری ناشی از بارهای چرخ فقط در قسمت میانی یک دال اعمال شود، هم تئوری لایه‌ها و هم تئوری صفحه می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد. و بایستی هر دو منجر به مقادیر مشابهی کرنش یا تنش خمشی شوند. اگر چنانچه بار چرخ نزدیک کناره‌های دال و در فاصله‌ای کمتر از ۰/۶ متر از لبه دال وارد شود، تنها تئوری صفحه می‌تواند برای روسازی بتنی مورد استفاده قرار گیرد‌.

روسازی بتنی

استفاده از لایه اساس

در گذشته روسازی بتنی مستقیماً بر روی بستر ساخته می‌شد. ولی با افزایش حجم، وزن ترافیک و بوجود آمدن پدیده پامپینگ ‌استفاده از اساس دانه‌ای کاملاً متداول شد‌ه است‌. زمانی که روسازی تحت تأثیر تعداد زیادی از با‌ر چرخ بسیار سنگین قرار می‌گیرد و لایه اساس نیز در مجاورت سطح آب زیر زمینی باشد،‌ امکان شسته شدن مصالح دانه‌ای از طریق عملکرد آب وجود دارد. استفاده از اساس آسفالتی‌ یا سیمانی به عنوان یک روش متداول محسوب می‌شود. اگر چه استفاده از لایه اساس مقدار تنش بحرانی را در روسازی بتنی کاهش می‌دهد. ولی بدلیل اینکه مقاومت بتن خیلی بیشتر از مقاومت لایه اساس است با کمی افزایش در ضخامت بتن می‌توان تنش بحرانی را کاهش داد‌. لذا استفاده از لایه اساس، تنها به منظور کاهش تنش در لایه بتن از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نیست.

دلایل استفاده از لایه اساس

دلایل استفاده از اساس در روسازی بتنی به قرار زیر است.

کنترل پمپاژ ‌

پمپاژ عبارت است از خروج آب و خاك بستر از میان درزها‌، ترک‌ها و در طول کناره‌های روسازی که در اثر حرکت دال بتنی به سمت پایین به موجب بارهای محوری سنگین رخ می‌دهد. تاثیرات تکرار و تناوب این عمل که باعث پدیده پامپینگ می‌شود عبارت از بوجود آمدن فضای خالی در زیر روسازی بواسطه پدید‌ه تابیدگی بتن در اثر حرار‌ت‌‌ و تغییر شکل پلاستیک در بستر، عبور آب‌، خروج آب گل آلود‌، افزایش فضای خالی و سرانجام گسیختگی و ایجاد ترك در دال جلویی کاست. پدیده پامپینگ در زیر قسمت جلویی دال اتفاق می‌افتد و در هنگامی که قسمت عقبی دال ‌به سمت با‌لا‌ حرکت می‌کند باعث ایجاد مکش شده و مصالح ریز دانه از زیر دال جلویی مکیده می‌شوند‌.

کنترل تأثیر یخبندان

تأثیر یخبندان بر روی عملکرد روسازی زیان آور است‌. این عمل منجر به تورم در اثر یخبندان می‌شود که باعث شکسته شدن دال بتنی و نرم شدن بستر در دوره ذوب – یخبندان می‌شود‌. در آب و هوای سرد‌، تورم در اثر یخبندان می‌تواند به بیش از ۳۰ سانتیمتر (یک فوت) برسد.

بهبود زهکشی‌

زمانی که سطح آب زیر زمینی بالا و نزدیک به سطح زمین است، یک لایه اساس می‌تواند روسازی را تا سطح مورد نظر از بالای سطح آب زیر زمینی بالا آورد‌. وقتی که آب از میان ترک‌ها و درزهای روسازی نفوذ می‌کند یک لایه اساس با دانه بندی باز می‌تواند آب را از بدنه روسازی به اطراف جاده هدایت نماید‌.

کنترل افت و تورم ‌

تغییرات رطوبت باعث انقباض و متورم شدن خاك بستر شده و لایه اساس می‌تواند به عنوان یک سربار (بار ز‌نده) برای کاهش مقدار انقباض و تورم عمل نماید‌. یک لایه اساس تثبیت شده یا دانه بندی توپر می‌تواند به عنوان یک لایه ضد آب عمل نموده و یک لایه اساس با دانه بندی باز می‌تواند بعنوان یک لایه زهکشی عمل نماید‌. بنابراین کاهش آب وارد شده به خاك بستر نهایتاً امکان بالقوه انقباض و تورم را پائین می‌آورد‌.

آسان سازی اجرا

یک لایه اساس می‌تواند بعنوان یک سکو برای وسایل سنگین مورد استفاده قرار گیرد. در هنگامیکه شرایط هوا نامساعد است یک لایه اساس می‌تواند سطح را خشک و تمیز نموده و کار ساخت را تسهیل نماید‌‌.

انواع روسازی‌های بتنی

روسازی‌های بتنی به چهار دسته تقسیم می‌شوند.

  • روسازی بتنی ساده درز دار JPCP
  • روسازی بتنی مسلح پیوسته CRCP
  • روسازی بتنی مسلح درز دار JRCP
  • روسازی بتنی پیش تنیده PCP

روسازی بتنی ساده درز دار

در این نوع روسازی بایستی با درزهای انقباض با فواصل نزدیک به هم ساخته شو‌د‌. داول (میلگرد اتصال‌) یا قفل و بست سنگدانه‌ای ممکن است برای انتقال با‌ر در عرض درزها مورد استفاده قرار گیر‌د‌. کاربرد استفاده یا عدم استفاده از داول‌ها با توجه به مناطق جغرافیایی مختلف با یکدیگر متفاوتند‌. در صورت افزایش فاصله درزها قفل و بست سنگدانه‌ای کاهش یافته و ریسک بوجود آمدن ترك افزایش می‌یابد.

روسازی بتنی مسلح درز دار

در این نوع روسازی آرماتورهای فولادی بکار رفته بر خلاف شبکه‌های سیمی یا میلگردهای آجدار نه به منظور افزایش مقاومت سازه‌ای روسازی بلکه به جهت افزایش فاصله درزها تعبیه می‌شوند‌. فواصل درزها از ۹ تا ۳۰ متر ( ۳۰ تا ۱۰۰ فوت‌) متغیر است‌. بدلیل افزایش طول پانل‌ها، لازم است داول‌ها برای انتقال بار در عرض درزها قرار داده شوند‌. مقدار توزیع فولاد JRCP با افرایش فاصله درزها افزایش می‌یابد. در هر حال هزینه تعداد درزها و داو‌ل‌ها با افزایش فاصله درزها کاهش می‌یابد. بر اساس هزینه‌های اره کردن‌، مش‌، داول‌ها و پرکننده‌های درزها، تحقیقات بعمل آمده نشان داد که اقتصادی‌ترین فاصله درزها در حدود ۱۲ متر ( ۴۰ فوت‌) است. از آنجا که هزینه نگهداری بطور کلی با افزایش فاصله درزها افزایش می‌یابد حداکثر فاصله درز ۱۲ متر (۴۰ فوت) توصیه می‌شود.

روسازی بتنی پیوسته

یکی از دلایل استفاده از این روسازی حذف درزها بعنوان نقطه ضعف در روسازی است که حذف آن منجر به کاهش ضخامت مورد نیاز می‌شود. ضخامت CRCP بطور تجربی از ۲۵ تا ۵۰ میلیمتر ( ۱ تا ۱۳ اینچ) کمتر و تقریباً در حدود ۷۰٪  تا ۸۰٪ ضخامت روسازی معمولی است.

تشکیل ترك‌های عرضی در فواصل نزدیک به عنوان یک مشخصه بارز CRCP محسوب می‌شود. این تر‌ك‌ها کاملاً توسط آرماتورها کنترل شده و تا زمانیکه بصورت فواصل یکسان هستند بعنوان خطر محسوب نمی‌شوند. خرابی‌ که بطور مکرر در  CRCP اتفاق می‌افتد برش در کنار‌ه‌های روسازی است‌. این نوع خرابی یا بین دو ترك عرضی که بطور تصادفی موازی هم هستند  یا در تقاطع‌های Y شکل اتفاق می‌افتد.

روسازی بتنی پیش تنیده

بتن در اثر کشش ضعیف و در اثر فشار قوی است. ضخامت لازم برای روسازی بتنی بر اساس مدول گسیختگی و مقاومت کششی بتن تعیین می‌شود‌. اعمال یک تنش فشاری قبلی به بتن، تنش کششی بوجود آمده د‌ر بتن را بوسیله بارهای ترافیک بسیار کاهش می‌دهد. بنابراین باعث کاهش ضخامت بتن مورد نیاز می‌‌شود. کاهش احتمال بوجود آمدن ترك و پیدایش درزهای عرضی در روساز‌ی‌های بتن پیش تنیده، منجر به کاهش هزینه نگهداری و افزایش عمر روسازی می‌شود.

روسازی‌های مختلط

در یک روسازی مختلط هم از HMA و هم از PCC  استفاده می‌شود‌. استفاده از PCC در لایه پائینی و HMA در لایه بالایی تشکیل یک روسازی اید‌ه‌آل را می‌دهد که بیشترین مشخصات و خصوصیات مورد انتظار از یک روسازی را دارا‌ است. لایۀ PCC یک لایه اساس مستحکم را فراهم نموده و HMA یک سطح صاف را بوجود می‌آورد. در هر حال این نوع روسازی خیلی پر هزینه بوده و بندرت بعنوان یک روسازی جدید مورد استفاده قرار می‌گیرد. طراحی روساز‌ی‌های مختلط به روش تئوری صفحه صورت می‌گیرد به این دلیل که بتن جزء اصلی سازه باربر روسازی را تشکیل می‌دهد.

مزیت رویه‌های بتنی در مقایسه با آسفالتی‌

  • رویه‌های بتنی در نواحی با مقاومت بستر کم و ترافیک سنگین نسبت به روسازی آسفالتی ارجحیت دارد.
  • هزینه‌های تعمیر و نگهداری روسازی بتنی در مقایسه با آسفالتی کمتر است‌.
  • عمر مفید رویه‌های بتنی بیشتر از روسازی‌های آسفالتی است. ( ۴۰ تا ۵۰ سال در مقایسه با ۱۵ تا ۲۰ سال)
  • بدلیل فراهم ساختن دید بیشتر در شب برای استفاد‌ه‌کنندگان، روسازی بتنی از نظر ایمنی نسبت به آسفالتی ارجحتر است‌.
  • ضخامت روسازی بتنی در مقایسه با روسازی آسفالتی کمتر است. و در نتیجه در نواحی که محدودیت ضخامت وجود دارد ارجحیت داشته و در عین حال در مصرف مصالح نیز صرفه جویی می‌شود.
  • بدلیل صرفه جویی در بکارگیری مصالح در لایه‌های بتنی تخریب منابع طبیعی و محیط زیست کمتر صورت می‌گیرد‌.
  • در مناطق شیب دار و کوهستانی با تعداد زیاد وسایل نقلیه سنگین که روسازی آسفالتی جوابگو نمی باشد، روسازی بتنی می‌تواند
    بعنوان گزینه خوبی مد نظر قرار گیرد‌.
  • در شرایط محیطی با دمای زیاد عملکرد روسازی بتنی بهتر از آسفالتی است.

معایب رویه‌های بتنی در مقایسه با لایه‌های آسفالتی

  • هزینه اولیه ساخت روسازی بتنی در مقایسه با روسازی آسفالتی بیشتر است‌.
  • اجرای تعمیرات و عملیات ترمیم در روسازی بتنی مشکل‌تر است‌.
  • وجود درزهای انبساط بعنوان یکی از نقاط ضعف رویه‌های بتنی محسوب می‌شود. که در تشدید خرابی‌ها و تخریب بتن نقش مهمی دارد. به نحوی که مشکل نگهداری و مرمت محل درزهای انبساط به لحاظ پکیدن بتن وجود دارد.
  • بروز پدیده پامپینگ و خارج شدن مصالح ریزدانه از محل درزهای انبساط در صورت عدم استفاده از مصالح زهکش بعنوان یکی از ضعف‌های روسازی بتنی محسوب می‌شود.
  • دانش فنی و تجربه ساخت روسازهای آسفالتی درمیان پیمانکاران در مقایسه با روسازی‌های بتنی بسیار بیشتر است‌. از این رو اجرای رویه‌های بتنی بدلیل نیاز به ماشین آلات پیشرفته و جدیدتر و عدم مهارت‌‌های فنی و تجربه‌های عملی مشکل‌تر است.

موارد کاربرد رویه‌های بتنی

  • در جاده‌های واقع در مناطق گرمسیر با حجم ترافیک سنگین بخصوص در شیب‌های تند وگردنه‌ها که سرعت وسایل نقلیه سنگین کم است.
  • در قسمت‌هایی از مسیر راه یا باند فرودگاه که مقاومت بستر آن ضعیف است.
  • در تقاطع‌ها و میادین که نیروهای شدید برشی ناشی از ترمز به روسازی راه وارد می‌شود.
  • در مناطقی که دسترسی به مصالح شن و ماسه و معادن سنگ مناسب و سخت کم است‌ یا محدودیت حجم وجود دارد‌.
  • در مناطقی که فاصله حمل و هزینه حمل مصالح سنگی به محل کار غیر اقتصادی است‌.
  • در ابتدا و انتهای باندهای فرودگاه، تاکسی‌روها و اپرون‌ها استفاده از رویه بتنی ارجحیت دارد.

جایگاه بتن غلتکی در روسازی‌های بتنی

روسازی بتن غلتکی RCC بعنوان یک نوع روسازی بتنی محسوب می‌شود. که جزء دسته اول یعنی روسازی بتنی غیر مسلح درزدار قرار می‌گیرد. در واقع پروسۀ طراحی روسازی بتنی RCC شبیه به طراحی روسازی بتنی غیرمسلح درزدار با درز انبساط یا درزهای اجرایی بدون د‌اول است. در عین حال باید توجه نمود که تفاوت‌های عمده‌ای بین روسازی RCC و روسازی بتنی معمولی JPCP بدون داول در ارتباط با شیوه ساخت روسازی، فواصل درزها، عملکرد درزها از نظر انتقال بار و خصوصیات ظاهری و سطحی آنها وجود دارد.