آشنایی با روش CBR و روش آشتو در روسازی راه

در این نوشتار در ابتدا مختصری در مورد روش CBR ، از روش های طرح روسازی، خواهیم گفت. سپس به شرح روش آشتو در روسازی راه می پردازیم، با ما همراه باشید.

پیشنهاد دانلود : کتاب روکش های آسفالتی و بهسازی روسازی ها

به طور کلی 4 روش برای طراحی روسازی وجود دارد:

1. روش CBR در سال 1942 توسط شخصی به نام پورتر
2. روش آشتو در روسازی
   
3. روش انیستیتو آسفالت
4. روش BCEOM

روش (CBR) پورتر 1942

در این روش ابتدا با انجام آزمایش CBR مقاومت خاک بستر و سایر مصالح سنگی لایه های روسازی (اساس و زیراساس) به دست آمده و سپس با در دست داشتن میزان CBR و وزن چرخ مبنای طرح با استفاده از نموگرام کتب مرجع اقدام به تعیین ضخامت کل روسازی و ضخامت هر یک از لایه های آن می شود. در این روش ضخامت هر یک از لایه ها طوری تعیین می شود که شدت تنش های ناشی از بارهای وارده به میزان تنش قابل تحمل توسط لایه زیر آن کاهش یابد. طبق نمودار، برای هر لایه، ضخامت کل لایه روسازی روی آن تعیین می شود.

نواقص روش CBR

الف) در نظر نگرفتن اثر تمام وسایل نقلیه در طرح روسازی (محورهای با وزن و نوع متفاوت)

ب) در نظر نگرفتن اثر تعداد وسایل نقلیه (تکرار بارگذاری و مسئله خستگی روسازی)

پ)در نظر نگرفتن خرابی و شکست روسازی در اثر ناهموار شدن سطح آن (خرابی سطحی)

ت) در نظر گرفتن شرایط جوی

روش AASHTO آشتو برای طرح روسازی راه

همانطور که قبلا ذکر شد روش آشتو برای طرح روسازی راه از متداول ترین روش های طراحی می باشد. جامع ترین و بزرگترین آزمایشات صورت گرفته جهت طراحی اصولی راه ها در ایالات متحده توسط اشتو بین سالهای 1958 تا 1960 با هزینه گزافی صورت گرفت. یکی از نتایج این آزمایشات به دست آمدن روشی برای طرح روسازی های راه بود. روش آشتو در روسازی راه که به صورت تجربی حاصل شده است امروزه یکی از متداول ترین روش ها است. آیین نامه طراحی روسازی راه کشور ما (نشریه 234) نیز روش آشتو برای طرح روسازی راه را پیشنهاد داده است.

پیشنهاد دانلود: نشریه ۲۳۴ – روسازی آسفالتی راه های ایران

عملکرد روسازی راه:

این عملکرد تابعی از زمان بوده و با پارامتر نشانه خدمت (Present Serviceability Index) تعریف می شود. با رسم نشانه خدمت در برابر زمان، منحنی عملکرد روسازی به دست می آید (شکل 1).

شکل 1 – منحنی عملکرد روسازی

نشانه خدمت روسازی مشخص کننده وضعیت روسازی در ارائه سطحی صاف و هموار و ایمن به استفاده کنندگان است.

نشانه خدمت 5 مشخص کننده یک راه با وضعیت عالی و نشانه خدمت 0 نشان دهنده راه غیرقابل استفاده است.

دو پارامتر Pi و Pt که در ادامه در روابط ظاهر می شوند به صورت زیر تعریف می گردند:

نشانه خدمت در ابتدای عمر روسازی: نشانه خدمت اولیه Pi
نشانه خدمت در آخر عمر روسازی راه: نشانه خدمت نهایی Pt

در آزمایش بزرگ اشتو نشانه خدمت اولیه برابر 4/2 بود و بارگذاری این روسازی ها تا رسیدن نشانه خدمت به مقدار 1/5 ادامه پیدا کرد.

عواملی که در تعیین نشانه خدمت روسازی موثرند عبارتند از :

• ناهمواری روسازی
• شیار مسیر چرخ های وسایل نقلیه
• ترک های سطح رویه و وصله ها (لکه گیرها)

عمر مفید روسازی با کاهش یافتن نشانه خدمت به میزانی که از نظر استفاده کنندگان راه غیرقابل استفاده باشد به پایان می رسد و روسازی باید روکش شود.

بر اساس نتایج حاصله از مطالعات اشتو، نشانه خدمت نهایی روسازی راه های اصلی برابر با Pt=2.5 و برای راه های فرعی برابر Pt=2.0 پیشنهاد گردید. نشانه خدمت روسازی پس از روکش افزایش می یابد.

رابطه 1 تعداد محور ساده 8/2 تنی هم ارز که در طول عمر مفید یک روسازی با مشخصات معین می تواند از آن عبور کند نشان می دهد. این رابطه تجربی بر اساس نتایج حاصل از آزمایش اشتو استوار است که با انجام مطالعات آماری به دست آمده است:

رابطه 1

در این رابطه:
W: تعداد کل محور ساده 8/2 تنی هم ارز
SN: عدد ضخامت روسازی که تابع جنس و ضخامت لایه هاست
Pi: نشانه خدمت اولیه
Pt: نشانه خدمت نهایی

جدول 1 – عمر طراحی راه های آسفالتی

در این آزمایش که برای تعیین روش آشتو برای طرح روسازی راه صورت گرفت تمامی شرایط از قیبل نوع، تعداد لایه های روسازی، نوع و وزن محور خودروها متغیر در نظر گرفته شد به جر عوامل زیر که ثابت درنظر گرفته شدند:

1- جنس و مقاومت خاک بستر

در آزمایش اشتو رده خاک بستر روسازی محل انجام آزمایش A-6 و مقاومت باربری کالیفرنیا آن CBR=3 بود.

2- خصوصیات جوی منطقه

برای اعمال این شرایط در رابطه کلی طرح روسازی، ضرایبی به نام ضریب باربری خاک بستر روسازی (S) و ضریب منطقه ای (R) به رابطه 1 اضافه شد.

ضریب باربری خاک بستر روسازی S :
S بین صفر تا 10: ضریب خاک بستر برای سنگ شکسته استاندارد مرغوب برابر با 10 فرض شد. چنین فرض شد که لگاریتم تعداد محور ساده 8/2 تنی هم ارز که روسازی در عمر مفید خود می تواند تحمل کند متناسب با ضریب باربری خاک باشد( رابطه 2).

رابطه 2

S: ضریب باربری خاک بستر روسازی
’W: تعداد محور ساده 8/2 تنی هم ارز در آزمایش اشتو (S=3)
W: تعداد محور ساده 8/2 تنی هم ارز برای خاکی با ضریب باربری برابر با S

ضریب منطقه ای R :

برای در نظر گرفتن شرایط جوی غیر از شرایط جوی محل آزمایش از ضریبی به نام ضریب منطقه ای R استفاده شد که مقدار این ضریب برای محل آزمایش برابر با 1 اختیار گردید و فرض شد که تعداد محور ساده 8/2 تنی هم ارز متناسب با عکس ضریب منطقه ای باشد.

رابطه 3

R: ضریب منطقه ای
’’W: تعداد محور ساده 8/2 تنی هم ارز در آزمایش اشتو (R=1)
W: تعداد محور ساده 8/2 تنی هم ارز برای منطقه ای با ضریب منطقه ای برابر R

ضریب منطقه ای کلی از ضرب مدت زمانی که در طول سال (بر حسب ماه) خاک دارای یکی از شرایط داده شده در جدول 2 است و سپس جمع نتایج حاصل و تقسیم آن بر 12 ماه به دست می آید:

جدول 2 – شرایط تعیین ضریب منطقه ای

رابطه کلی برای روش آشتو در روسازی در نهایت برای تمامی مناطق و انواع مختلف خاک بستر به صورت زیر حاصل می شود:

رابطه 4

نحوه استفاده از این رابطه در روش آشتو در روسازی به صورت زیر است:

1- با در دست داشتن میزان آمد و شد پیش بینی شده در طول عمر مفید روسازی تعداد کل محور ساده 8/2 تنی هم ارز (W) محاسبه می شود.

2- با در دست داشتن مقاومت خاک بستر (CBR) و استفاده از نموگرام کتب مرجع، ضریب باربری خاک S تعیین می شود.

3- ضریب منطقه ای (R) با استفاده از جدول 2 تعیین می شود. در صورتی که داده نشود برابر با 1 فرض می گردد.

4- با در دست داشتن S ،W و R و انتخاب نشانه های خدمت اولیه (Pi) و نهایی (Pt) مناسب، عدد ضخامت روسازی SN تعیین می شود. در حالت های خاصی که Pi=4.2 و Pt=2 برای راه های فرعی و Pt=2.5 برای راه های اصلی باشد می توان از نموگرام شبیه شکل 2 که در کتب مرجع روسازی وجود دارد، برای تعیین SN استفاده کرد.

شکل 2 – تعیین عدد SN به کمک نموگرام در روش آشتو در روسازی راه

پس از تعیین عدد ضخامت روسازی (SN) با استفاده از رابطه 5 می توان ضخامت لایه های مختلف روسازی را تعیین کرد:

رابطه 5

D2 ، D1 و D3 به ترتیب ضخامت لایه های اول، دوم و سوم روسازی است.
a2 ، a1 و a3 به ترتیب ضرایب قشر لایه های اول، دوم و سوم هستند که حدود این ضرایب در نموگرام کتب مرجع روسازی برای مصالح مختلف داده شده است.

طبق روش آشتو در روسازی ، هر ترکیبی از ضخامت لایه ها که در رابطه 5 صدق کند جواب قابل قبولی است لیکن این امر به این معنی نیست که ضخامت هر یک از لایه ها برای کاهش میزان تنش ها به حد قابل تحمل لایه زیر آن کافی است.

بر اساس مطالعاتی که توسط وَن تیل و همکارانش بر روی این مسئله انجام گرفت پیشنهاد گردید که ابتدا ضریب باربری مصالح هر یک از لایه ها (Si) با استفاده از نموگرام به دست آمده و سپس با استفاده از نموگرام دیگری عدد ضخامت مربوط به هر یک از لایه ها (SNi) تعیین شود و سپس با استفاده از روابط 6، 7 و 8 حداقل ضخامت های لازم برای هر یک از لایه های روسازی تعیین شود.

روابط 6، 7 و 8

نکته مهم: روش پیشنهادی ون تیل بر این اصل استوار است که هر یک از لایه های روسازی به مثابه خاک بستر در نظر گرفته شده و سپس ضخامت لایه روی آن تعیین می شود. ضمناً علاوه بر کنترل حداقل ضخامت لایه روسازی از نظر توزیع تنش، نباید ضخامت لایه رویه آسفالتی از 5 سانتی متر و ضخامت لایه های اساس و زیراساس از 10 سانتی متر کمتر باشد. این کنترل از نظر عملی بودن اجرای لایه ها و هم چنین برای انجام تعمیرات بعدی آن است.

منبع:

جزوه روسازی راه – روش آشتو برای طرح روسازی راه – دکتر رابطی مقدم