در این مقاله می خوانید:
رفت و آمد و حمل و نقل لزوم ایجاد راه های مناسب و با دوام را برای بشر مسجل ساخته است. با وجود قدمت رویه های آسفالتی برخی از مشکلات این رویه ها من جمله گسترش ترک و متلاشی شدن تدریجی رویه ها و یا مواج و صیقلی شدن آنها همواره ذهن کارشناسان را به خود مشغول نموده است. از سوی دیگر مسائلی نظیر قیمت تمام شده، ضرورت پوشاندن بسترهای ضعیف تر، افزایش بار وارده به روسازی، اجبار به استفاده از مصالح سنگی با کیفیت پایین تر ضرورت یافتن جایگزین مناسب تری برای رویه های آسفالتی را روشن ساخت. برای اولین بار تجربه اجرای شفته سیمانی و تفکر استفاده از آن در قالب بتن غلتکی در سدسازی شکل گرفت. لیکن در ادامه و با تحقیقاتی که انجام گرفت، این نوع بتن برای استفاده در رویه ها معرفی شد. بتن غلتکی روسازی (RCCP) یک ترکیب بتنی سیمانی با اسلامپ تقریب صفر و حرارت هیدراتاسیون کم می باشد که به وسیله غلتکهای فلزی، چرخ لاستیکی و ویبره ای، متراکم می گردد.
از بتن غلتکی در ساخت بندها و سدهای خاکی و وزنی، لایه های اساس برای بارگذاری های سنگین، اپرون فرودگاه ها و محوطه های با تردد بالا نظیر بنادر و گمرکات استفاده می گردد.
استفاده از رویه های بتنی سبب کاهش برداشت از منابع نفتی و نیز جلوگیری از ورود این مواد به عنوان ضایعات به محیط زیست می گردد.
با در نظر گرفتن مشکلات و خرابی های رویه های آسفالتی و تجارب عمومی در این خصوص باید سعی نمود تا در شروع استفاده از رویه های بتنی، ذهنیت عمومی نسبت به کارایی و مزایای این نوع رویه ها تضییع نگردد.
مسلم است فقط در صورت طراحی مناسب می توان انتظار دوام و پایایی از عملیات اجرا شده داشت. روسازی بتن غلتکی در گروه روسازی های بتنی ساده غیر مسلح درزدار (JPCP) دسته بندی می گردد و روش های طراحی آن به صورت کلی مشابه روش طراحی روسازی های بتنی ساده درزدار و به صورت بدون داول می باشد. البته تفاوتهای قابل توجه RCCP و روسازی بتنی معمولی (JPCP) بدون داول که عمدتا مربوط به فواصل درزها و عملکرد آنها از نظر انتقال بار می باشد نباید از نظر دور نگه داشته شوند.
رده های مقاومتی بتن غلتکی عمدتا ۳۰/C25 می باشد که معادل مقاومت خمشی در حدود ۳.۸ مگاپاسکال می باشد رده مقاومتی RCCP برای مناطق نرمال معمولا MPa ۲۵ و برای مناطق سردسیر دارای یخبندان عموما در حدود MPa ۴۰ در نظر گرفته می شود.
روسازی ها همواره تحت تاثیر انواع تنش های فشاری، خمشی، خستگی و کششی قرار دارند؛ اما در طراحی بتن غلتکی تمرکز بر تنش خمشی است. دلیل آنست که احتمالا شروع اغلب خرابی های مهم در این رویه ها ناشی از ضعف در تحمل نیروهای خمشی می باشد.
مقاومت خمشی و مقاومت در برابر خستگی از جمله مهم ترین پارامترهای موثر بر ضخامت طراحی محسوب می گردند. مقادیر تنش ها و خستگی بستگی به محل قرار گرفتن بار چرخ دارد، به طوری که هر چه به لبه نزدیک می شویم این مقادیر افزایش می یابند. با تغییر اندک ضخامت بتن غلتکی تاثیر بسیار زیادی در کاهش خرابی ها مشاهده شده است.
در حال حاضر دو روش مهم برای طراحی ضخامت RCCP وجود دارد، روش انجمن سیمان پرتلند (PCA) و روش گروه مهندسین ارتش آمریکا.
از روش PCA عموما در طراحی روسازی های صنعتی استفاده می گردد. برای استفاده از روش PCA داشتن اطلاعاتی نظیر
الزامی است.
اخیرا نیز نرم افزار RCCPave به کمک طراحان بتن غلتکی آمده تا با توجه به مشخصات فنی موردنظر طراحی مناسب و با دوام به سهولت قابل انجام باشد.
قابلیت تحمل بار بستر و زیراساس توسط مدول عکس العمل بستر (K) بیان می شود . مقدار K توسط آزمایش صفحه که زیر بار غیر تکراری قرار می گیرد، تعیین می شود. از ضریب عکس العمل بستر به عنوان معیار مقاومت خاک استفاده می شود.
هنگامی که در اثر تکرار بار تنش وارده بیشتر از مقاومت گسیختگی مصالح باشد خستگی اتفاق می افتد. با توجه به اینکه تنش بحرانی در RCC از نوع خمشی است، لذا از خستگی ناشی از تنش خمشی برای طراحی ضخامت RCC استفاده می کنیم.
در این حالت برای آنالیز عمر خستگی، از اصطلاحی به نام نسبت تنش (SR) استفاده می شود. نسبت تنش عبارت است از تنش مجاز خمشی طراحی به مقاومت خمشی بتن RCC مورد استفاده در روسازی.
نسبت تنش با افزایش تعداد عبور و خستگی کاهش می یابد. برای تعداد تکرار بارهای متفاوت نسبت تنش پیشنهادی از مرجع [۱] قابل استحصال می باشد.
تخمین ترافیک عبوری، فاکتور مهمی در طراحی روسازی است. اطلاعات ترافیکی لازم شامل بزرگی بار چرخ، آرایش چرخها و فرکانس وارده از طرف سنگین ترین وسیله نقلیه عبوری از روسازی می باشد.
در صورت امکان لیستی از انواع وسایل نقلیه عبوری می بایست تهیه شود. معمولا وسیله نقلیه دارای سنگین ترین بار نقش کنترلی در طراحی دارد، در عین حال باید سایر وسایل عبوری و تکرار عبور آنها در طراحی مد نظر قرار گیرد. ماکزیمم بار چرخ عبارت است از:
نصف بار سنگین ترین محور سنگین ترین وسیله نقلیه
با استفاده از گراف مرجع [۱] برای محور منفرد با چرخ زوج، تنش ناشی از بارگذاری محور منفرد زوج چرخ (تنش موجود روسازی) محاسبه می شود. ضخامت روسازی به گونه ای طراحی می شود که تنش موجود در روسازی از مقدار مجاز تنش خمشی طراحی بیشتر نباشد.
برای استفاده از گراف طراحی، نیاز به داشتن مقدار سختی نسبی (رابطه ۱) و مساحت بار تماسی با روسازی است. مقدار سختی از رابطه ۱ و مساحت تماس تایری که ماکزیمم بار را تحمل می کند با روسازی، از تقسیم بار چرخ بر فشار باد چرخ قابل تعیین است.
رابطه ۱ :
که در آن: E مدول الاستیسیته بر حسب پوند بر اینچ مربع، h ضخامت روسازی بر حسب اینچ، ضریب پواسون که معمولا برای بتن بودن ۰.۱۵ در نظر گرفته می شود.
K مدول عکس العمل بستر بر حسب پوند بر اینچ مربع می باشد.
با فرض یکسان بودن رفتار آزمونه های بتن غلتکی سخت شده و بتن معمولی می توان از روابط مقاومت فشاری با مقاومت خمشی و مدول الاستیسیته (روابط ۲ و ۳) برای بتن غلتکی استفاده نمود.
مقادیر ضرائب پشت رادیکال که در روابط مشاهده می شود، از تعداد محدودی آزمایش بدست آمده است. این ضرایب برای بتن غلتکی جای تحقیق بیشتر دارد.
رابطه ۲ و ۳ :
در این روابط پارامترها بر حسب مگاپاسگال (MPa) می باشند.
با در نظر گرفتن موارد ذیل ضخامت رویه بتن غلتکی به روش PCA طراحی شد.
بتن غلتکی با رده مقاومتی C30 و مقاومت فشاری مشخصه در سن ۲۸ روزه MPa ۳۰ و با توجه به روابط ۲ و ۳ مدول الاستیسیته MPa ۲۵۹۲۳ و مقاومت خمشی MPa 4.1 برای بتن غلتکی پیش بینی شده است.
نوع وسیله نقلیه و تعداد عبور با توجه به اختصاصی بودن خیابان های کارخانه، ترافیک غیر حجیم ولی سنگین، با مطالعات اولیه بر اساس وسیله نقلیه کامیون سنگین، با وزن کل ۲۰ تن معادل گردید. با در نظر گرفتن فاصله زمانی ۱۵ دقیقه برای هر عبور، که برای سایر کامیونهای حمل مصالح در این محور نیز معادل سازی شد تعداد عبور طی شبانه روز ۹۶ بار تعیین شد. لذا با توجه به پیش بینی افق طرح رویه بتنی برای ۱۰ سال، ترافیک کل عبوری در افق طرح ۳۴۶۵۶۰ عبور تعیین گردید. همچنین نسبت تنش از مرجع [۱] مقدار ۴۲ / ۰ = SR تعیین شد.
بنابراین تنش مجاز خمشی طراحی روسازی:
تنش مجاز خمشی طراحی = ۰.۴۲ * ۴.۱ = ۱.۷۲ مگاپاسکال
CBR خاک بستر برابر ۱۰ به طور محافظه کارانه در نظر گرفته شد. برای در نظر گرفتن تاثیر مثبت زیر اساس بر ضریب عکس العمل بستر، با توجه به ضخامت لایه زیر اساس میزان K قابل افزایش است. لذا به طور محافظه کارانه ضریب عکس العمل بستر بدون اثر مثبت ضخامت زیر اساس برابر با ۲۰۰ پوند بر اینچ مکعب خواهد بود.
با در نظر گرفتن کامیون سنگین با محور ساده ۱۳ تن و زوج چرخ و کامیون فوق سنگین با محور ۲۴ تن زوج چرخ به عنوان ترافیک عبوری از روسازی و با منظور نمودن فشار باد چرخ به مقدار ۱۲۰ پوند بر اینچ مربع طراحی ضخامت برای این ترافیک انجام شد. لذا با توجه به گراف مرجع [۱] و با محاسبه سختی طبق رابطه ۱، تنش ناشی از بارگذاری برای محور منفرد زوج چرخ پس از حصول F از گراف، برای ضخامت h و بار P طبق رابطه ۴ قابل محاسبه است.
رابطه ۴ :
تنش مجاز و تنش ناشی از بارگذاری محور ساده زوج چرخ برای دو کامیون سنگین و فوق سنگین در جدول ۱ محاسبه شده است. مورد توجه است اگر تنش روسازی با ضخامت ۹ اینچ برای کامیون سنگین نیز محاسبه شود، مقدار MPa 0.57 حاصل شده که نشان می دهد با افزایش ۵۰ درصد ضخامت رویه (با مقایسه با ۶ اینچ)، حدود ۶۶ درصد تنش روسازی کاهش می یابد.
با توجه به اینکه اغلب روش PCA محافظه کارانه است، از ارائه و بررسی ضخامت به روش آشتو صرف نظر شده است. لذا با توجه به تجارب گذشته و مطالعات انجام شده با فرض ترافیک عبوری کامیون سنگین با وزن حداکثر محور ساده ۱۳ تن و چشم انداز ۱۰ ساله ، طراحی روسازی بتن غلتکی باضخامت ۷ اینچ و ۱۸ سانتیمتر نهایی است. حداقل و حداکثر ضخامت رویه بتن غلتکی با کاربری های و بسترهای مختلف به ترتیب ۴ تا ۹ اینچ (حدود ۱۰ الی ۲۳ سانتیمتر) توصیه شده است.
منابع:
portland cement association thickness design of roller compacted concrete
فرآیند طراحی، اجرا و بررسی عملکرد رویه بتن غلتکی جهت پیشگیری و کاهش خرابی ها. سعید ذوالقدری، وحید قلی زاده، علی اکبر مقصودی. نشریه علمی ترویجی مصالح و سازه های بتنی
2 Comments
سلام و خدا قوت. یه سوالی داشتم چرا در تعریف بتن غلتکی نوشته شده بتن با اسلامپ صفر. در حالیکه اصطلاح بتن بدون اسلامپ گویاتر می تونه باشه. یعنی بگوییم بتن غلتکی بتن بدون اسلامپ می باشد.
سلام خدمت شما
منابع هر مقاله در انتهای مقاله درج شده است.
بتن بدون اسلامپ یا با اسلامپ صفر معادل انگلیسی بوده است.