چکیده

شیار افتادگی یا تغییر شکل ماندگار خرابی است که عملکرد کلی روسازی، شامل عملکرد وظیفه ای و عملکرد سازه ای روسازی، را مختل می سازد. این خرابی می تواند ناشی از استفاده از مخلوط بتن آسفالتی ضعیف، عدم باربری بستر و خطاهای اجرایی و طراحی باشد. افزایش وقوع این خرابی عمدتا به افزایش بار محور وسایل نقلیه سنگین و حجم ترافیک, علی الخصوص در قطعاتی از راه که دارای شیب طولی بیش تری هستند در مناطق با آب و هوای گرم، نسبت داده می شود. از سوی دیگر ایجاد شیار و ناهمواری در سطح روسازی ، نشانه خدمت دهی را کاهش می دهد و به تبع آن دوره بهره برداری روسازی را کوتاه می کند. همچنین شیار ها محل مناسبی برای جمع شدن آب هستند ، که با توجه به احتمال وقوع پدیده آب پیمایی، ایمنی جریان ترافیک تحت تاثیر قرار می گیرد. در این بررسی ابتدا مکانیزم وقوع شیار افتادگی و تاثیر خصوصیات اجزای مخلوط بتن آسفالتی بر این خرابی بیان می شود. به هر حال تاکنون مطالعات گسترده ای در رابطه با تغییر شکل ماندگار در روسازی بتن آسفالتی انجام شده، که اکثرا شرایط و پارامترهای متفاوتی در نظر گرفته اند، در این مقاله با جمع بندی تحقیقات اخیر ، پیرامون مسئله بحث می شود.

واژههای کلیدی: روسازی بتن آسفالتی ، مکانیزم شیار افتادگی ، تغییر شکل ماندگار، عوامل وقوع شیارافتادگی

-۱ مقدمه

خرابی های متعددی می تواند در روسازی بتن آسفالتی ظاهر گردد. این خرابی ها می توانند ناشی از عوامل مختلف از جمله استفاده از مخلوط بتن آسفالتی ضعیف، عدم باربری بستر، خطاهای اجرایی، خطاهای طراحی و شرایط محیطی باشند. تغییرشکل های ماندگار به فرم شیارافتادگی یکی از مهم ترین خرابی ها (گسیختگی ها) در روسازی بتن آسفالتی می باشد. شیار افتادگی در روسازی انعطاف پذیر، نخست به علت تجمع تغییرشکل های ماندگار در کل یا بخشی از لایه های روسازی اتفاق می افتد. توسعه شیارافتادگی باعث ایجاد ترک، بویژه ترک پوست سوسماری و نهایتا به گسیختگی کلی روسازی منجر می شود. شیار افتادگی بواسطه ترکیب تراکم ناشی از ترافیکٌ وتغییر شکل برشی به صورت فرورفتگی طولی سطح راه در مسیر چرخ وسایل نقلیه و در بیشتر موارد همراه با بالاآمدگی هایی در اطراف آن، ظاهر میشود ۱]و.[۲

۱ densification

۱

International Conference on Civil Engineering Architecture & Urban Sustainable Development 18 &19 December 2013, Tabriz , Iran

پژوهشگران با اندازه گیری میانگین عمق شیار و حجم مصالح جابه جا شده ناحیه فرورفته (زیر چرخ) و بالازده در خلال انجام آزمایش رد چرخٍ به این نتایج دست یافتند که در مرحله اول بار ترافیک باعث افزایش تغییر شکل برگشت ناپذیر زیر چرخ نسبت به ناحیه بالازده میشود. بنابراین در مرحله اول، تراکم ناشی از ترافیک باعث ایجاد شیار می باشد. در مرحله دوم حجم ناحیه فرورفته زیر چرخ با ناحیه بالازده تقریبا برابر است. این نشان می دهد که تراکم تحت ترافیک تکمیل شده و شیارافتادگی بوسیله تغییرشکل برشی اتفاق افتاده است.
امروزه در بسیاری از کشور ها شیارافتادگی به عنوان یکی از مهم ترین خرابی های روسازی انعطاف پذیر شناخته شده است، به طوری که تحقیقات در کشورهای اروپایی به منظور تعیین خرابیهای رایج روسازی آسفالتی ، نشان داد که شیارافتادگی در لایه های آسفالتی رایج ترین خرابی در سطح راه های اروپا می باشد. به طور کلی دو روش برای محدود کردن شیار افتادگی در روش های تجربی – مکانستیک طرح روسازی بیان می شود. اولین روش محدود کردن کرنش های فشاری عمودی در بالای بستر روسازی و دومین روش محدود کردن کل تغییر شکل های تجمعی ماندگار سطح روسازی بر پایه ویژگی های تغییر شکل ماندگار هر لایه به صورت مجزا می باشد۳]و.[۴ در این مقاله ابتدا مکانیزم های وقوع شیار افتادگی ، تاثیر خصوصیات اجزای مخلوط بتن آسفالتی بر وقوع این خرابی مورد بحث قرار میگیرد.

-۲ مکانیزم های شیارافتادگی
-۱-۲ شیار افتادگی بستر ( شیار افتادگی سازه ایَ ) :

در شیار افتادگی بستر، شیارهای ایجاد شده عریض بوده، در اطرافشان برآمدگی های کمی وجود دارد و به طور کلی دارای مقطعv شکل هستند.شیارشدگی سازه ای عموما ًدر روسازی هایی رخ می دهد که به طور نامناسبی برای شرایط ترافیکی طراحی شده اند. همچنین می تواند به دلیل استفاده از مصالح نامرغوب، تراکم نامناسب، فقدان زهکشی مناسب و طراحی ضعیف در برابر اثرات ذوب و انجماد باشد. در حقیقت هر عاملی که بتواند بر ظرفیت باربری بستر و لایه های روسازی در طول دوره سرویس تأثیر بگذارد، احتمال وقوع شیارشدگی سازه ای را افزایش می دهد.[۴] هندسه شیار افتادگی بستر به صورت شماتیک در شکل ۱ مشاهده میگردد.

شکل:۱ تصویر شماتیک شیارافتادگی سازه ای (بستر)[۴]

تجمع تغییرشکل های ماندگار در مصالح سنگدانه ای، تحت بارگذاری تکراری، نتیجه مجموعه رفتار الاستوپلاستیک که در شکل۲ نشان داده شده است، می باشد. زمانی که مصالح سنگدانه ای تحت تنش انحرافی چرخه ایd قرار می گیرد، در اولین

۲ wheel tracking test 3 Structural rutting

۲

International Conference on Civil Engineering Architecture & Urban Sustainable Development 18 &19 December 2013, Tabriz , Iran

مرحله، کرنش قابل برگشت R و کرنش ماندگار P می باشد، کرنش قابل برگشت نشان دهنده مولفه الاستیک کرنش کل می باشد. برای طراحی مناسب روسازی در شرایط عملیاتی عادی، نرخ تغییرشکل ماندگار، در چرخه n ام ثابت می شود (خط (A، که در شکل ۲ قابل مشاهده است. در طراحی نامناسب سازه ای روسازی یا زمانی که تنش محوری ۱ و یا مقدار رطوبت موجودw، افزایش یابد، نرخ کرنش ماندگار پس از تعدادی بارگذاری افزایش می یابد و مصالح به حالت ناپایدار رسیده یا گسیختگی رخ می دهد (شکل ۲ خط B و .( C شیار افتادگی سازه ای میتواند به علت بارگذاری بیش از حد بستر ، زیراساس و اساس ایجاد شود. علت آن می تواند کم بودن ضخامت لایه های آسفالتی و درنتیجه عدم کاهش تنش های سطح روسازی انتقال یافته به بستر باشد. بنابراین جمع شدن تغییر شکل های ماندگار در بستر موجب شیار افتادگی می گردد.[۳]