مكانيسم انتقال بار در سيستم روسازي بلوكي

بلوك‌هاي روسازي‌هاي بلوكي بتن مي‌توانند شكل ها و الگوهاي قرارگيري متفاوتي داشته باشند. اين شكل‌ها و فرم‌هاي قرارگيري مختلف بر نحوه‌ي عملكرد اين سيستم روسازي تاثير فراواني دارد. در اين مقاله ابتدا مكانيسم انتقال بار در سيستم روسازي بلوكي تشريح گرديده و در ادامه تاثيرات شكل و الگوي قرارگيري بلوك بركاركرد اين سيستم روسازي به تفصيل بيان شده است.

اصول پديده درهم قفل‌شدگي (Interlocking):
شكل ۱ الگوهاي متفاوت قرارگيري بلوك‌ها با ذكر نام آنها كه متداول مي‌باشد را نشان مي‌دهد. پديده درهم قفل‌شدگي در روسازي بتني بسيار حائز اهميت است. وقتي كه فلسفه روسازي بلوكي را مورد مطالعه قرار مي‌دهيم، به سه حالت قفل‌شدگي مي‌توان اشاره نمود كه عبارتند از [۱]:

شكل ۱: الگوهاي مختلف قرارگيري بلوك‌هاي بتني
۱٫ قفل‌شدگي عمودي
۲٫ قفل‌شدگي چرخشي
۳٫ قفل‌شدگي افقي
هر سه حالت فوق در شكل ۲ قابل مشاهده است.

شكل ۲: انواع قفل شدگي (عمودي، چرخشي و افقي)
وقتي كه به قفل‌شدگي عمودي اشاره مي‌شود، منظور اين است كه ماسه موجود در مفاصل در تماس و اتصال كابل با بلوك‌ها بوده و از اين طريق نيروهاي برشي از مفاصل عبور نموده و به لايه‌هاي زيرين منتقل مي‌گردد و بلوك‌ها نبايسي بيش از حد مجاز جابجا گردند. اين نوع قفل‌شدگي از طريق داشتن ضخامت كافي بلوك‌ها، نزديك به هم قرار دادن آنها و گيردار كردن به جداول كناري در برابر نيروهاي وارده از جانب چرخ‌هاي وسايل نقليه حاصل مي‌شود [۲].

منظور از قفل‌شدگي چرخشي، جلوگيري از چرخش بلو‌ك‌ها نسبت به يكديگر است كه در صورت داشتن يا ايجاد نمودن زائده‌ها بر روي بلوك‌ها مي‌توان اين نوع قفل‌شدگي را افزايش داد. اين كار علاوه بر آسان نمودن زهكشي، سبب درگير شدن بيشتر و محكم شدن بلوك‌ها نسبت به هم شده و ميزان نشست روسازي در برابر بارهاي وارده كاهش يافته، در نتيجه ظرفيت باربري سازه افزايش مي‌يابد.

قفل‌شدگي افقي مقدمه‌اي براي دست‌يابي به الگوهايي است كه مي‌تواند تحت تاثير ترمز نمودن، چرخيدن لاستيك‌ها و شتاب‌گيري وسايل نقليه باشد.
موثرترين الگوي قرارگيري براي ايجاد قفل‌شدگي بلوك‌ها، الگوي جناغي است. آزمايش‌هاي انجام شده نشان مي‌دهد كه اين الگو داراي ظرفيت سازه‌اي بالاتر بوده و مقاومت جانبي بيشتري نسبت به ساير الگوها دارد[۳]. اين فرآيند با استفاده از تحليل عددي نيز اثبات گرديده است[۴]. بنابراين الگوي جناغي در تسهيلاتي كه ترافيك وسايل نقليه از آن عبور مي‌كند، توصيه مي‌گردد.
انستيتو روسازي بلوكي امريكا (ICPI) استفاده از قفل‌شدگي افق را از طريق الگوي جناغي هنگامي كه بلوك‌ها تحت اثر بارهاي جانبي تكراري وسايل نقليه مي‌باشند را توصيه مي‌نمايد.
شكل‌هاي مختلف بلوك‌هاي روسازي صنعتي و پياده‌روها:

تمامي بلوك‌ها از لحاظ شكل ظاهري به سه دسته طبقه‌بندي مي‌شوند[۵]:
دسته اول: بلوك‌هاي دندانه‌دار كه با توجه به شكل هندسي آنها، سبب ايجاد حداكثر قفل‌شدگي درهم مي‌شود. ايجاد پديده قفل‌شدگي اين بلوك‌ها هم در جهت محور طولي و هم در جهت محور عرضي صورت مي‌پذيرد. شكل ۳ نمونه‌اي از اين بلوك‌ها را نشان مي‌دهد.

شكل ۳: بلوك‌هاي دسته اول
دسته دوم: بلوك‌هاي دندانه‌دار كه دندانه‌هاي آنها سبب قفل شدگي آنها در همديگر مي‌شود. تفاوت اين بلوك‌ها با بلوك‌هاي دسته اول، اين است كه قفل شدگي تنها در امتداد يك محور صورت مي‌گيرد. شكل ۴ نمونه‌اي از بلوك‌هاي مذكور را نمايش مي‌دهد.

شكل ۴: بلوك‌هاي دسته دوم
دسته سوم: بلوك‌هايي كه هيچ قفل‌شدگي در هم ندارد، بلكه با ايجاد الگوهاي مختلف قرارگيري، قفل‌شدگي بين بلوك‌ها ايجاد مي‌گردد. بلوك‌هاي نشان داده شده در شكل ۵ از اين دسته مي‌باشند.

شكل ۵: بلوك‌هاي دسته سوم
رابطه بين انتقال بار و نحوه قرارگيري بلوك‌ها:
بلوك‌ها هم در طي اجراي روسازي و هم در فرآيند بهره‌برداري، دچار چرخش مي‌شوند. چنين چرخش‌هاي كوچكي با چشم غيرمسلح قابل تشخيص نيستند، اما با نيم‌رخ‌سنج مي‌توان اين چرخش‌ها و ميزان آنها را مشخص نمود. اندازه‌گيري با پروفيل‌متر نشان مي‌دهد كه به طور معمول، ميزان چرخش‌ها كمتر از ۱۰ درجه و همراه با تغيير مكان كمتر از ۵ ميلي‌متر مي‌باشد[۶ُ].
حال مي‌توان دريافت كه مقادير تغيير مكان‌ها و چرخش‌ها در اين سيستم روسازي بسيار اندك هستند. به هر صورت، اين تمايل همواره وجود دارد كه نحوه قرارگيري آنها به صورتي باشد كه بين بلوك‌ها مفاصلي با عرض يكنواخت و بسيار باريك تشكيل شود. به عنوان مثال، در استراليا مرسوم است كه عرض مفاصل بين ۲ الي ۴ ميلي‌متر متغير باشد[۷].

به دليل وجود همين مفاصل با عرض بسيار كم، ايجاد چرخش در يك بلوك، سبب مي‌شود گوه تنش در بلوك‌هاي مجاور تشكيل شود و تنش‌ها به بلوك‌هاي مجاور منتقل گردد كه به طور شماتيك در شكل ۶ نشان داده شده است.

بطور كلي شكل ۶ بر اين امر صحه مي‌گذارد كه فضاها و بلوك‌هاي اطراف محل وارد شدن بار بايستي گيرداري لازم را داشته باشند، در غيراينصورت گوه تنش تشكيل يافته، لبه‌هاي قسمت‌هاي غيرگيردار را هل داده و سبب ايجاد خزش و تغيير مكان‌هاي غيرقابل قبول مي‌شود. اين موضوع در مورد بلوك‌هايي كه در مجاورت جداول كنار خيابان و تسهيلات زهكشي هستند، بسيار حائز اهميت است. همچنين شكل ۶ نشان مي‌دهد كه بلوك‌ها تنها يك پوشش سطحي نبوده، بلكه يك عنصر سازه‌اي نيز مي‌باشند كه اين امر از ديدگاه تحليل عددي نيز اثبات گرديده است[۸].

شكل ۶: چرخش بلوك B سبب تشكيل گوه تنش و انتقال آن به بلوك‌هاي A و C مي‌شود.
در مورد بلوك‌هاي مستطيل شكل كه به طور شماتيك در شكل ۷ مشاهده مي‌شود، در صورت چرخش بلوك B حول محور افقي، يك گوه تنش ايجاد مي‌گردد كه در جهت محور طولي به بلوك D منتقل مي‌شود كه در اين حالت گوه تنش به بلوك‌هاي A و C منتقل نمي‌گردد. حال اگر همين چرخش بر روي روسازي بلوكي كه بلوك‌ها داراي دندانه‌اند صورت گيرد (شكل ۸)، مي‌توان دريافت به علت افزايش پديده درهم قفل‌شدگي در بلوك‌ها، گوه تنش در دو جهت تشكيل مي‌گردد، اما در شكل ۷ به علت شكل مستطيلي بلوك‌ها، اين گوه در يك جهت حاصل مي‌شود.

تجربه مهندسان و آزمايش‌هاي انجام شده بيانگر آن است كه الگوي قرارگيري بلوك‌ها به صورت جناغي بهتر از حالت‌هايي نظير آنچه كه در شكل ۷ آمده است، مي‌باشد.

شكل ۷: اثرات چرخشي و تشكيل گوه تنش در بلوك‌هاي مستطيلي

شكل ۸: اثرات چرخشي و تشكيل گوه تنش در بلوك‌هاي دندانه‌دار
دليل اينكه الگوي جناغي بهتر از ساير الگوها مي‌باشد، اين است كه اگر به طور مثال شكل ۹ را درنظر بگيريم، درمي‌يابيم در اثر اعمال بار بر روي بلوك B و تشكيل گوه تنش، گوه تنش توليد شده سبب پيچش بلوك D شده و بلوك مذكور تغيير مكاني نخواهد داشت. يا به عبارتي ديگر، گوه تنش تنها سبب ايجاد چرخش بلوك D حول محور عمود بر صفحه آن خواهد شد. اين امر موجب افزايش فرآيند تشكيل گوه در سرتاسر سطح روسازي مي‌شود.

شكل ۹: اثرات چرخش بلوك‌ها در الگوي جناغي
برخي مجريان روسازي‌هاي بلوكي ادعا نموده‌اند در صورتي كه بلوك‌هاي مستطيلي را در الگوي جناغي اجرا نماييم، آنگاه رفتاري شبيه به بلوك‌هاي دندانه‌دار از آنها ديده مي‌شود كه اين موضوع توسط پژوهشگران تكذيب شده است[۹].

شكل ۱۰: نمونه‌اي از گيردار نمودن روسازي‌هاي بلوك بتني در لبه [۸]
از آنجا كه براي به هم چسباندن اجزاء رويه (بلوك بتني و ماسه مفاصل) از هيچ نوع ماده چسباننده‌اي استفاده نمي‌شود، ضروري است كه در لبه‌هاي روسازي، بلوك‌ها را به منظور جلوگيري از جدا شدن از يكديگر گيردار نمود. شكل ۱۰ نمونه‌اي از گيردار نمودن بلوك‌هاي لبه روسازي را با استفاده از جداول بتني نشان مي‌دهد. جابجايي بلوك‌ها ناشي از ارتعاشات و ضربات بارهاي ترافيكي است كه در صورت عدم اجراي جداول بتن در لبه، روسازي كارايي لازم را نخواهد داشت.