پایان نامه راه و ترابری:امکان سنجی فنی – اقتصادی کاربرد روسازی های ماندگار در ایران

دانلود متن کامل پایان نامه درجه کارشناسی ارشد رشته عمران – راه و ترابری

با عنوان:امکان سنجی فنی – اقتصادی کاربرد روسازی های ماندگار در ایران

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

تأسيس 1307

دانشگاه صنعتي خواجه نصيرالدين طوسي

دانشكده مهندسي عمران

پایان نامه کارشناسی ارشد

عمران – راه و ترابری

امکان سنجی فنی – اقتصادی کاربرد روسازی های ماندگار در ایران

استاد راهنما :

جناب آقای دکتر منصور فخری

آبان ماه

90

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

2-1)مقدمه 

نظریه روسازي ماندگار يا روسازي هاي با عمر بالا موضوع جديدي نيست. در واقع روسازي هاي تمام آسفالتي (full-depth ) ويا deep-strength از سال 1960ميلادي ساخته شده اند. اين نام روسازي ماندگار است که جديد است، نه مفهوم آن. بيش از 35 مقطع از روسازي های موجود در آمریکا از سال 2001 تا كنون از روسازي ماندگار استفاده كرده اند كه شامل جاده ها، خيابان ها، بزرگراه ها و باند فرودگاه ها مي باشد كه كمترين نگهداري را بدون بازسازي كامل نیاز دارد. از ويژگي هاي اين نوع روسازي ها، مقاومت خستگي بالاي آنها است. يكي از راهكارهاي افزايش مقاومت خستگي، شناخت بهتر پارامترهاي تاثير گذار بر عملكرد خستگي مخلوط هاي آسفالتي است.

روسازي ماندگار فوايد ايمني و هموار بودن آسفالت را با پروسه پيشرفته طراحي روسازي چند لايه اي و نگهداري روزمره تركيب مي كند به طوري كه عمر مفيد جاده به نيم قرن يا بيشتر برسد. روسازي طراحي شده و ساخته شده مطابق با مفهوم روسازي ماندگار براي هميشه باقي خواهد ماند.

يكي از فوايد مهم اين روسازي ها اين است كه ضخامت كلي اين روسازي كمتر از ضخامت روسازي هاي با اساس دانه اي است. به علاوه پتانسيل وقوع ترك خستگي (fatigue cracking) كاهش يافته و خرابي هاي روسازي به لايه بالايي سازه محدود می شود.

تلاشهاي اخير در انتخاب مواد، طراحي مخلوط، آزمايش هاي عملكردي و طراحي روسازي روشی را پيشنهاد مي كند كه از سازه هاي روسازي آسفالتي، عملكردهایی با عمر بالا بدست مي آورد ( بيشتر از 50 سال ) تا زماني كه رویه روسازي به صورت دوره اي جايگزين شود.

2-2) اصول روسازی ماندگار

يك روسازي ماندگار يك جاده بادوام، صاف، ايمن و با عمر بالا فراهم مي كند بدون خرج زياد ، صرف زمان و منحرف كردن ترافيك براي بازسازي يا تعميرات بزرگ . يكي از راههاي افزایش عملکرد سازه روسازی ، افزایش عمر مفید سازه ای روسازی است. با استفاده از مفهوم روسازيهاي ماندگار، عمر روسازي هاي آسفالتي بیشتر می شود وبنابراین ظرفیت سازه ای آن نیز بالا می رود. همان طوري كه در شكل2-1 نشان داده شده هر يك از لايه هاي رویه ، مياني و لايه اساس باید داراي خواص زیر باشند:

لايه رویه: مقاومت شيار شدگي(rut resistant)، نفوذ ناپذيري(impermeable) و مقاومت در برابر سایش (wear resistant)

لايه مياني: مقاومت شيار شدگي (rut resistant ) و دوام(durable)

لايه اساس: مقاومت خستگي (fatigue resistant) و دوام durable))

شکل2-1) مدلی از مقطع عرضی روسازی ماندگار [2]

روش طراحي روسازي هاي ماندگار يا با عمر بالا به استراتژي متفاوتي از كارهايي كه معمولاً در گذشته انجام مي شد، نياز دارد. طراحي مكانیستيك-تجربي بايد بر روابط بين مشاهدات عملكردي روسازي ، مقياسي از ترافيك موجود، بعضي شاخص هاي عمده در كيفيت مصالح مانند ضرايب سازه اي و ضخامت لايه ها تكيه كند. در يك سطح از كيفيت مصالح، ضخامت روسازي با افزايش ترافيك، افزايش مي يابد. اگرچه اين نكته وجود دارد كه روسازي با ضخامت بيشتر، براي بارهاي سنگين مورد انتظار مناسب است و هرضخامت روسازي اضافي در مقطع عرضي روكش هاي معمولي، هزينه هاي غير ضروري به همراه دارد. از ديدگاه اقتصادي غير معقول است كه از منابع برگشت ناپذیر استفاده بيش از حد شود.[2]

2-3) فوايد روسازي ماندگار از زبان متخصصین و اعضای انجمنهای آسفالت در دنیا

New comb مي گويد: يكي از فوايد روسازي ماندگار هزينه چرخه عمر پايين تر آن است. روسازي ماندگار هزينه چرخه عمر پايين تري نسبت به روسازي هاي آسفالتي معمولي يا روسازي هاي بتني دارد. [16]

Mark Buncher ، رئيس انجمن مهندسي در انستيتو آسفالت، در اين زمينه مي گويد: «ساخت روسازي ماندگار ممكن است مختصراً هزينه اوليه بالاتري در برابر يك روسازي انعطاف پذير معمولي داشته باشد، اما هنوز هزينه اولیه پايين تري نسبت به ساخت روسازي بتني (PCC) دارد. بدون بازسازي سيستم روسازي و تنها تعويض دوره اي رويه راه، يك روسازي ماندگار در مقايسه با روسازي بتني ارزش خالص كنوني پايين تري در آناليز چرخه عمر دارد. »[16]

علاوه بر اين، تعميرات رويه مخلوط آسفالتی گرم سريعتر از هر گزينه اي است. طبق گزارشات Huddleston : « شما مي توانيد تنها در يك پروژه شبانه آسفالت را كنده و جايگزين كنيد. در مقايسه، بازسازي اساس مي تواند سالها طول بكشد. نظريه طراحي روسازي براي 20 سال و سپس نوسازي آن به طور كامل يك نظريه است كه از عمر مفيد آن استفاده نمی کند. ما يك تكنولوژي براي انجام بهترين كار داريم. »[16]

در انجمن روسازي آسفالتي ايلي نويز (IAPA) ، Marvin Traylor ، رئيس تحقيق و مهندسي بسيار علاقه مند به روسازي ماندگار است. وي مي گويد:« فوايد روسازي ماندگار اين است كه مي توان از بالا از آن مراقبت كرد . شما وصله هاي عمقي نداريد و مانعي نداريد كه براي چندين هفته ترافيك را مختل كند. شما هرگز نبايد خطوط مسير را در ساعات ازدحام قطع كنيد. شما مي توانيد رويه را در شب خارج كنيد و يك سطح جديد روي آن قرار دهيد و دوباره آن مسير را باز كنيد. ديگر در مناطق شهري براي بازسازی مسیر تنگراه هاي ترسناك را نداريم. ترافيك را منحرف نمي كنيد و هزينه هاي شما كاهش مي يابد زيرا شما به آساني 2 اينچ را بر مي داريد و 2 اينچ رویه روي آن قرار مي دهيد.» [16]

در ايلي نويز، Traylor گزارش می دهد که: يك نيروي كار از انجمن حمل و نقل و انجمن روسازی آسفالتی ایلی نویز با يكديگر كار مي كنند تا يك پروسه طراحي روسازي آسفالتي با عمر بالا را توسعه دهند. كميته خصوصيات و مقطع عرضي را براي روسازي آسفالتي مخلوط گرم با عمر بالا را ارائه داده و صنعتی در ايلي نويز داوطلب قرارداد شده تا تکنولوژی وتوانايي اش را برای این کار ثابت كند. [16]

Traylor مي گويد: استفاده از روسازي ماندگار براي ترميم روسازي هاي بتني قديمي بسیار مناسب می باشد. او مي گويد بيشتر درآمد DOT در ايلي نويز براي بازسازي و ترميم خرج مي شود نه براي روسازي جديد. با نظريه روسازي ماندگار نه تنها نیاز به ساخت جديد نيست، بلكه نياز به بازسازي را نيز محدود مي كند، زيرا روسازي بتني را خرد کرده و به عنوان اساس سنگدانه ای استفاده مي كند و روسازي تمام آسفالت را روي آن قرار مي دهد. شما با يك مخلوط قوي در پايين شروع مي كنيد، سنگدانه های مناسب براي جلوگيري ازعريان شدگي را انتخاب می کنید و بالاي آن يك SMA قرار مي دهيد. [16]

2-4) فوايد روسازي ماندگار

فواید این روسازی ها به صورت خلاصه آورده شده است. [1]

  • طول عمر بالا که به بیش از 50 سال نیز می رسد
  • مقاومت بسیار بالا در برابر شیارشدگی
  • کنترل ترک خستگی به علت ضخامت زیاد
  • محدود کردن تغییر شکل تنها در لایه بالایی روسازی
  • هزینه چرخه عمر پایین تر نسبت به سایر روسازی های موجود
  • عدم نیاز به بازسازی کامل و ترمیم های با هزینه بالا به علت عملکرد خوب
  • عدم وقوع خرابی در لایه های میانی و اساس آسفالتی در صورت ساخت صحیح
  • نیاز به رویه مجدد در بازه های چندین ساله زمانی مثلا 20 ساله
  • عدم وجود وصله های عمقی یا سایر مرمت هایی که برای چندین هفته ترافیک را مختل می کند
  • نیاز به بستن مسیرها برای ترمیم نیست و می توان روکش مجدد را در شب یا در ساعات غیر اوج نیز انجام داد تا برای وسایل نقلیه عبوری مشکل ایجاد نشده و مسیرهای اطراف نیز دچار ترافیک شدید نشود.
  • روشی مناسب برای روسازیهای بتنی که نیاز به بازسازی دارد.

وقتي روسازي هاي بتني به پايان عمر مفيدشان مي رسند، آنها بايد تحت بازسازي هاي گران و زمانبر قرار گرفته و يا به طور كامل خارج شده و دوباره بازسازي شوند. اين فرايندها منابع طبيعي گرانبها را تلف مي كند و به علاوه حمل و نقل عمومي را دچار ناسازگاري مي كند.

استفاده از روسازی ماندگار در این مورد يك پروسه جايگزيني است كه Rubblization ناميده مي شود. وقتي روسازي بتني در محل ترك مي خورد، خرد مي شود و به عنوان اساس روسازي جديد استفاده مي شود.

علاوه بر فوايد زيست محيطي، صرفه جويي مالي نيز مهم است. پروسه Rubblization خيلي سريعتر از گزينه خارج و جايگزين كردن است. همچنين مي توان ترافيك را از یک خط بدون نياز به منحرف كردن ترافيك به يك مسير ديگر عبور داد.

  • يك سطح رانندگي ايمن و صاف فراهم مي كند.

جاده ي آسفالتي صاف تماس مناسب تر چرخ وسايل نقليه با جاده را خواهد داشت که امنیت بیشتری برای وسیله نقلیه خواهد داشت. يكي از انواع رويه آسفالتي به عنوان سنگدانه هاي اصطكاكي با دانه بندي باز شناخته مي شود كه اجازه مي دهد آب باران از لايه رويه زهكشي شود و از اطراف خارج شود.

  • کاهش صدا در جاده در هنگام عبور وسایل نقلیه

مطالعات نشان مي دهد كه خصوصيات كاهش صداي آسفالت براي سالهاي زيادي باقي مي ماند . كاهش صدا از 3 تا 10 dB رايج است . كاهش صدا حدود 3dB مثل اين است كه مسافت دو برابر را طي كند يا ترافيك تا حدود 50 درصد كاهش يابد.

  • به علت تكنيكهاي بازيافتي سازگار با محيط است.
  • تكنولوژي و دانش ساخت آن اثبات شده است.
  • همواری و حفظ منابع طبیعی وسوخت

مطالعات در يك آزمايش روسازي در Nevada نشان مي دهد كه رانندگي در سطوح صافتر مي تواند مصرف سوخت را حدود 5/4 تا 5 درصد كاهش دهد. همچنین به دلیل عدم نیاز به ساخت دوباره در استفاده از مصالح نیز صرفه جویی می شود.

وقتي كاميونها روي سطوح ناهموار رانندگي مي كنند، پرش چرخها و سنگيني وارده تاثيرات بدي بر روسازي دارد. بعضي متخصصين تخمين مي زنند كه 25 درصد افزايش در همواري راه،   9 تا 10 درصد افزايش عمر روسازي را نتيجه مي دهد.

 

2-5)روش مكانیستيك- تجربي

اکثر پروسه هاي طراحي روسازي، هر لايه روسازي را براي توصيف خصوصيات مربوط به خستگي، شيارشدگي و ترك هاي حرارتي آن لايه در نظر نمي گيرند. از آنجايي كه هر لايه نقش مربوط به خود را درعملكرد روسازي بازي مي كند، روشی جديد براي طراحي سازه اي نياز است كه هر لايه روسازي را برای انواع خرابی های ذکر شده آناليزكند، كه روش مكانيستيك-تجربي اين كار را انجام مي دهد. این روش براي روسازي آسفالتي از سال 1960 آغاز شد و در سال هاي 1980تا1990به پيشرفت هاي وسیعتری رسيد.

طراحي مكانيستيك براي روسازي همانند ساير طراحي هاي مهندسي است كه براي پل ها، سدها و ساختمان ها استفاده مي شود. اصول فيزيكي براي تعيين عكس العمل روسازي بر اثر بارگذاري استفاده مي شود و با دانستن نقاط بحراني در سازه روسازي، مي توان سازه ای مقاوم را در برابر انواع مشخص گسيختگي يا خرابي با انتخاب صحيح مصالح وضخامت مناسب لايه ها، طراحي نمود . [16]

روش مکانیستیک – تجربی بر اساس دو پارامتر اندازه گیری می شود:

1 – کرنش فشاری قائم

2 – کرنش کششی افقی

روش مکانیستیک – تجربی روش کاملی است و دو خرابی عمده و مهم را در نظر می گیرد.

1 – ترک های خستگی در لایه آسفالتی

2 –شیار شدگی ( Rutting )

شکل 2-2) علت وقوع ترک خستگی و شیارشدگی [16]

روش بهتر براي طراحي روسازي ماندگار، روش مكانیستيك تجربي است. اين روش از آناليز هاي مهندسي منطقي عكس العمل هاي روسازي مانند تنش ها و تغيير مكان ها در زمينه عمر مورد انتظار روسازي استفاده مي كند.

در شكل زير يك فلوچارت طراحي با استفاده از روش مكانیستيك – تجربي نشان داده شده است. اين يك روش تكرار پذير است كه از پاسخ هاي روسازي، تنشها، كرنشها و خيز ها استفاده مي شود تا تعداد تكرار مجاز بارها تا گسيختگي سازه (Nf) تخمين زده شود و موقعيت بارگذاري و خصوصيات مصالح بدست آيد. [25]

شکل 2-3) فلوچارت طراحي با استفاده از روش مكانستيك تجربي [25]

تعداد واقعي بارهاي ترافيكي مورد انتظار (n) بر Nf تقسيم شده و درجة خرابي (D) تعريف مي شود. نقطه اي كه درجة خرابي به يك برسد گسيختگي رخ مي دهد. اين روش توسط Miner(1959) براي توصيف گسيختگي فلزات تعريف شده بود. در بسياري موارد، مهندسين گسيختگي روسازي را زماني در نظر مي گيرند كه مسير عبور چرخها تا 20 درصد دچار ترك خستگي شده باشد يا 5/0 اينچ شیارشدگی داشته باشد. (Von Quintus, 2001).

با وجود روشهاي طراحي روسازي M-E، راهنماي طراحي روسازي M-E جديد (MEPDG) كاملتر بوده، توجه بيشتر به مصالح مناسب و خصوصيات پاسخ مصالح نشان مي دهد (Timmand priest,2006). در طراحي روسازي ماندگار، محدوديت هاي كرنشي وجود دارد كه در كمتر از آن مقدار خرابي اتفاق نمي افتد ، اين مفهوم در شكل زير نشان داده شده است.

شکل 2-4) فلوچارت طراحي جدید در روش مكانستيك تجربي [25]

بيشتر مهندسين روسازي در آمريكا، روسازي هاي ماندگار با عمر طراحي سازه اي 50 سال را در نظر مي گيرند. زماني كه يكپارچگي سازه اي روسازي در طول عمر روسازي حفظ شود، روكش هاي دوره اي معمولاً هر 20 سال نياز است اجرا شود تا اصطكاك را افزايش داده، صداي جاده را كاهش دهد و تركهاي سطحي را از بين ببرد .(Newcomb et al. 2001)

زماني كه اهميت طراحي صحيح براي روسازي با عمر بالا تشخيص داده شود، مي توان دریافت که عمر طراحي تابع نيازهاي طراحي، خصوصيات مصالح، تجهيزات ساخت، ضخامت لايه ها، فعاليت هاي نگهداري مسير و معيارهاي خرابي است. Ferne (2006)، به تفصيل مي گويد “روسازي با عمر بالای طراحي، روسازي با طراحي و ساخت بسيار خوب مي باشد كه مي تواند تا بي نهايت بدون خرابي سازه اي عمل کند و بنابراین از المانهايي كه مي تواند آن را فراهم كند نمي توان چشم پوشي كرد و نگهداري هاي مناسب بايد انجام شود” عملكرد روسازي تابع طراحي آن است. ترافيك، آب و هوا، سابگريد و پارامترهاي روسازي، مصالح روسازي، ساخت و سطوح نگهداري، همه تعيين مي كنند كه روسازي چگونه در طول عمرش عمل خواهد كرد.

روسازي هاي ماندگار شامل، فراهم كردن سختي كافي در لايه هاي روسازي بالاتر براي محدود كردن شیارشدگی وضخامت كل روسازي مناسب و انعطاف پذيری در لايه هاي پايين تر براي مواجهه با ترك خستگي در سازه روسازي مي باشد.

تحقيقات نشان مي دهد كه مكانيسم روسازي را مي توان با تشخيص تنش ها، كرنش ها و تغيير مكان ها در نقطه ای از روسازی بطوریکه از شروع شیارشدگی و خستگی در سازه روسازي جلوگيري كند، تشخيص داد. اين آستانه ها، محدود كننده پاسخ هاي روسازي هستند.

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

تعداد صفحه :146

14700 تومان

———–

——-

پشتیبانی سایت :       

        [email protected]