دانلود ترجمه فارسی کتاب هوانگ huang کارشناسی ارشد عمران رشته راه و ترابری

دانلود ترجمه فارسی کتاب هوانگ huang کارشناسی ارشد عمران رشته راه و ترابری

1-1- رويدادهاي تاريخي

اگر چه طراحي آسفالت به تدريج از يك فن و هنر به يك علم و دانش تبديل شده است اما تجربه هنوز يك نقش مهمي را تا به امروز ايفا مي كند. پيش از سال 1920، صرفاً ضخامت آسفالت اساس ومبناي كار بود. با اينكه راه با زمين هاو خاك هاي متفاوت زيادي روبه رو بود اما براي هر مقطع راه دقيقاً ضخامت يكساني مورد استفاده قرار مي گرفت!

سرانجام با پيشرفت تجربه و آزمايش در طي سال ها، روش هاي گوناگوني توسط سازمان هاي مختلف براي تعيين ضخامت مورد نياز آسفالت ايجاد شد. مستندسازي تمام روش هايي كه تاكنون مورد استفاده قرار گرفته اند، چندان امكان پذير و مطلوب نيست.

تنها روش هاي رايج خاصي مستندسازي شدند كه قابل ذكر كردن مي باشند. در اين مقدمه بعضي عبارات و اصطلاحات فني استفاده شد و فصل را مرور كرديم.

اميد است كه دانشجويان كارشناسي، كارشناسي ارشد و بالاتر و فارغ التحصيلان آن در رشته مهندسي حمل ونقل وترابري، مهندسي عمران، راه آهن، و مكانيك خاك از اين كتاب به عنوان يك مرجع استفاده كرده و با اصطلاحات و عبارات آن آشنا شوند.

در حال حاضر نيازي به بحث در مورد اين عبارات واصطلاحات نيست ومي توان از بيان آن چشم پوشي كرد چرا كه در فصول بعد به طور مفصل در اين باره شرح داده خواهد شد.

1-1-1- آسفالت هاي انعطاف پذير

آسفالت هاي انعطاف پذير از قير ومصالح دانه اي تشكيل شده اند.

نخستين راه آسفالتي در ايالت متحده آمريكا در سال 1870 در نيويورك ونيوجرسي اجرا شد. نخستين رو به آسفالتي با مخلوط داغي از قير، ماسه دانه بندي شده گوشه دار و تميز و پركننده معدني در سال 1876 در خيابان “پنسيل وانيا” واقع در “واشینگتن دي سي” كه قير آن از درياچه “ترينيدد” استخراج شده بود، اجرا شد. به عنوان مثال در سال 1990 تقريباً 2/2 ميليون مايل از راه ها در ايالت متحده (%94) با رو یه آسفالتي پوشانده شد.

روش هاي طراحي:

روش هاي طراحي آسفالت انعطاف پذير را مي توان به 5 دسته طبقه بندي كرد:

1) روش تجربي با يا بدون تست مقاومت خاك

2) روش گسيختگي برشي محدود

3) روش تغيير مكان محدود

4) روش برگشت براساس اجراي آسفالت يا تست راه

5) روش مكانيكي- تجربي

روش هاي تجربي:

استفاده از روش تجربي بدون تست مقاومت به زمان پيدايش سيستم طبقه بندي خاك براي راه هاي عمومي (PR) توسط هگنتوگلر وترزاقي در سال 1929 بر مي گردد كه در آن سابگريد به شكل يكنواخت در گروه A-1 تا A-8 و به شكل غير يكنواخت در گروه B-1 تا B-3 طبقه بندي شد. سيستم PR بعدها توسط انجمن تحقيقات راه (HRB) در سال 1945 اصلاح شد كه در آن خاك ها از A-1 تا A-7 طبقه بندي شده و شاخص گروه اضافه شده بود تا خاك در داخل هر گروه متمايز شود.

استیل در سال 1945 كاربرد طبقه بندي و شاخص گروه در HRB  را در مورد ارزیابي و برآورد ضخامت كل آسفالت و ساب بيس بدون تست  مقاومت مطرح كرد.

روش تجربي با تست مقاومت اولين بار تسوط انجمن راه كاليفرنيا در سال 1929 انجام گرفت.

ضخامت آسفالت به نسبت باربري كاليفرنيا (CBR) كه به عنوان مقاومت نفوذ پذيري خاك سابگريد وابسته به سنگ شكسته استاندارد تعريف مي شود، ارتباط دارد طراحي به روش CBR توسط مهندسان ارتش آمريكا در طول جنگ مباني دوم به طور گسترده اي مورد مطالعه قرار گرفت.

و بعد از جنگ به روش قابل قبولي درآمد. اشكال روش تجربي اين است كه مي تواند تنها در شرايط محيطي، جنس مصالح و بارگذاري خاصي كاربرد داشته باشد. اگر اين شرايط تغيير يابند، طراحي طولاني تر نمي شود و بايدروش جديدي متناسب با شرايط از طريق سعي و خطا انجام شود.

 

روش هاي گسيختگي برشي محدود:

روش گسيختگي برشي محدود براي تعيين ضخامت آسفالت هايي مورد استفاده قرار مي گيرد كه شكست هاي برشي در آنها اتفاق نخواهد افتاد.

خواص اصلي اجزاء آسفالت و خاك هاي سابگريد به چسبندگي و زاويه اصطكاك داخلي آنها وابسته مي باشد. “باربر” در سال 1946 روش ظرفيت باربري ترزاقي (1943) را براي تعيين ضخامت آسفالت به كار برد.

“ام سي لاد” در سال 1953 براي تعيين ظرفيت باربري آسفالت ها خواهان استفاده از اسپيرال هاي (منحني هاي حلقوي يا مارپيچي) لگاريتمي شد.

اين روش ها در سال 1959 توسط “يُدِر” در كتاب “اصول ومباني طراحي آسفالت” وي بازنگري و اصلاح شدند. اما در ويرايش و چاپ دوم (“يُدِر” و “ويتس زاك” سال 1975) اشاره اي به آنها نشد.

اين عجيب نيست چراكه با افزايش سرعت وحجم ترافيك، آسفالت ها بايد براي آسودگي و راحتي سفر حداقل  براي جلوگيري از گسيختگي هاي برشي طراحي شوند.

روش هاي تغيير مكان محدود:

روش تغيير مكن محدود براي تعيين ضخامت آسفالت ها تا زمانيكه تغيير مكان عمودي از حد مجاز بيشتر نشود به كار برده مي شود.

انجمن راه ايالت “كانساز” در سال 1947 معادله “بوسينس” (1885) را اصلاح كرده و تغيير مكان سابگريد را به 1/0 اينچ (54/2 ميلي متر) محدود كرد.

نيروي دريايي ايالات آمريكا در سال 1953 تئوري دو لايه اي “برميستر” (1943) را به كاربرده و تغيير مكان رويه را به 25/0 اينچ (35/6 ميلي متر) محدود كرد. استفاده از تغيير مكان به عنوان معيار طراحي مزيت آشكاري دارد كه مي تواند در اين زمينه به آساني در نظر گرفته شود.

متأسفانه، گسيختگي هاي آسفالت توسط تنش ها و كرنش هاي بيش از حد نسبت به تغيير مكان ها موجب مي شوند.

روشهای برگشتی براساس تستهای راه یا اجرای آسفالت:

يك مثال خوب از استفاده از معادلات برگشتي براي طراحي آسفالت روش آشتو براساس نتايج تست هاي راه مي باشد. اشكال روش اين است كه معادلات طرح مي تواند تنها در شرايط سايت تست راه به كار رود. براي شرايط ديگر، معادلات توسعه يافتند؛ تغييرات زيادي كه براساس تئوري يا آزمايش، نياز داشتند. معادلات برگشتي همچنين مي توانند از اجراي آسفالت هاي موجود به كار رفته در سيستم هاي ارزيابي آسفالت مانند “كُپس” (1985) و “اكس پيير” (1989) توسعه يابند.

برخلاف تست هاي راه، ساختمان و مصالح آسفالت ها به خوبي قابل كنترل نبودند؛ بنابراين اطلاعات پراكنده و خطاهاي مرسوم زيادي مورد انتظار بود.

اگر چه اين معادلات مي تواند تأثير عوامل مختلف براجراي آسفالت را شرح دهند، اما با اين وجود مزيت آن در طراحي آسفالت محدود است؛ چرا كه درگير بسياري از ناشناخته هاست.

روش هاي مكانيكي- تجربي:

روش طراحي مكانيكي- تجربي براساس مقاومت مصالح مي باشد كه از يك ورودي مانند بارگذاري چرخ گرفته تا يك خروجي يا عكس العمل آسفالت شرح مي دهد و همچنين تنش يا كرنش را مقادير عكس العمل به منظور پيش بيني خستگي بر مبناي تست آزمايشگاهي واطلاعات اجرايي صحرايي به كار برده مي شود.

وابستگي مشاهدات بر اجرا ضروري است چرا كه تئوري حقيقتاً به تنهايي دلايل كافي وبي چون و چرايي را به منظور طراحي آسفالت ها ندارد.

“كرخُوِن” و “دُرمون” در سال 1953 براي اولين بار استفاده از كرنش فشاري عمودي بر سطح سابگريد را به عنوان معيار گسيختگي به منظور كاهش تغيير شكل دائمي پيشنهاد دادند؛ در صورتي كه “سال” و “پِل” در سال 1960 استفاده از كرنش كششي افقي دركف لايه آسفالت به منظور مينيمم كردن ترك خوردن در اثر خستگي را مطابق با شكل نشان داده شده (101) توصيه كردند. استفاده از مفاهيم بالا براي طراحي آسفالت براي اولين بار در ايالات متحده توسط “دُرمون” و “مِتكالف” در سال 1965 مهیاشد.

استفاده از كرنش فشاري عمودي به منظور كنترل تغيير شكل دائمي در حقيقت كرنش هاي پلاستيك متناسب با كرنش هاي الاستيك در مصالح آسفالتي هستند. بنابراين با محدود كردن كرنش هاي الاستيك در سابگريد، كرنش هاي الاستيك

شكل 1-1- كرنش هاي كششي و فشاري در آسفالت هاي انعطاف پذير

در اجزاي ديگر در بالاي سابگريد نيز كنترل مي شود؛ از اين رو اندازه تغيير شكل  دائمي رو یه آسفالت به خوبي كنترل خواهد شد.

اين دو ضابطه توسط “كشتي نفت بين المللي” در سال 1977 و “انستيتو آسفالت” در سال 1982 در روش هاي طراحي مكانيكي- تجربي آنها اتحاذ شده است.

امتياز روش هاي مكانيكي بهسازي قابليت اطمينان در طراحي، توانايي پيش بيني انواع خستگي و امكان قياس اطلاعات محدود شده صحرايي و آزمايشگاهي است. عبارت ” مخلوط آسفالت گرم” در شكل 1-1 معمولاً مترادف با “بتن آسفالتي” به كار مي رود.

آن يك آسفالت مخلوط سنگ دانه اي مي باشد كه از دسته يا وسيله مخلوط كن استوانه اي شكل كه بايد در يك درجه حرارت بالا مخلوط كرده، پخش و متراكم كند، توليد مي شود.

به منظور اجتناب از گيج شدن بين بتن سيمان پرتلند (PCC) و بتن آسفالتي (AC)،در سراسر اين كتاب مکررا به جاي بتن آسفالتي عبارت مخلوط آسفالت گرم استفاده خواهد شد.

پيشرفت هاي ديگر:

پيشرفت هاي ديگر در طراحي آسفالت انعطاف پذير شامل كاربرد برنامه هاي كامپيوتري، تلقيق قابليت سرويس دهي و اطمينان و توجه به بارگذاري ديناميكي مي باشد.

برنامه هاي كامپيوتري:

برنامه هاي كامپيوتري گوناگوني براساس تئوري لايه اي “برميستر” ايجاد شده است.

ابتدايي ترين و بسيار خوب شناخته شده ترين برنامه، CHEV مي باشد كه به وسيله انجمن تحقيقاتي “چِورُن” توسط “وارِن” و “ديك مَن” در سال 1963 ايجاد شد. برنامه مي تواند تنها در مصالح الاستيك خطي به كار رود اما به وسيله “انستيتو آسفالت” در برنامه “DAMA” به منظور محاسبه مصالح دانه اي الاستيك غير خطي توسط “هانگ” و “ويتس زاك” در سال 1979 اصلاح شد.

برنامه شناخته شده خوب ديگر “BISAR” مي باشد كه توسط “شِل” در سال 1973 ايجاد شده كه تنها به بارهاي عمودي توجه نمي كند بلكه بارهاي افقي را نيز در نظر مي گيرد.

برنامه اصلي ديگري به نام “ELSYM5” در سال 1986 در دانشگاه كاليفرنيا و بِرِكلي ايجاد شد كه بعداً سازگار با كامپيوترهاي كوچك شد اين نرم افزار براي سيتم هاي 5 لايه اي الاستيك ؟ بارهاي چرخ مضاعف طراحي شده بود. بر مبناي تئوري لايه اي با خواص مصالح وابسته به تنش، “خاين” در سال 1986 يك برنامه كامپيوتري را با نام PDMAP (مدل هاي خستگي احتمالي خوردن در اثر خستگي و روتينگ كردن آن در رويه هاي آسفالتي ايجاد كرد.

آنها فهميدند كه عكس العمل هاي بحراني اي كه از “PDMAP” بدست مي آيد در مقايسه با “SAPIV” كه برنامه تحليل تنش به كمك اجزاي محدود بوده و در دانشگاه “كاليفرنيا” و “بِركِلِي” ايجاد شده است، مطلوب مي باشد.

اشكال اصلي تئوري لايه اي فرضي است مبني بر آنكه هر لايه هوژن بوده و داراي خواص يكساني در سرتاسر لايه مي باشد.

اين فرضيه باعث دشواري تحليل سيستم هاي لايه اي مركب در مصالح غير خطي مانند دانه اي اساس و زير اساس مي شود.

مدول الاستيسيته اين مصالح وابسته به تنش بوده و در سرتاسر لايه تغييري مي كند بنابراين يك سؤال بي درنگ رخ مي دهد: كدام نقطه در لايه غيرخطي بايد به منظور نشان دادن لايه كل انتخاب شود؟

اگر تنها تنش، كرنش يا تغيير مكان كه بحراني حداكثر مطلوب باشد، معمولاً در طراحي آسفالت در اين مورد، منطقي است نقطه اي نزديك به بار وارده انتخاب شود.

به هر حال اگر تنش ها، كرنش ها يا تغيير مكان ها در نقاط مختلفي، كم و بيش نزديك با دور از بار، مدنظر باشند، بدبيني است كه استفاده از تئوري لايه اي براي تحليل مصالح غير خطي با مشكل رو به رو خواهد شد.

اين اشكال را مي توان با استفاده از روش اجزا محدود بر طرف نمود “دان كَن” در سال 1968 براي اولين بار روش اجزاي محدود را براي تحليل آسفالت هاي انعطاف پذير به كار برد.

اين روش بعداً در برنامه كامپيوتري “ILLI-PAVE” توسط “راد” و “فيگيواِروا” در سال 1980 به كار برده شد. به سبب مقدار زمان و ذخيره سازي اي  بالايي كه كامپيوتر براي برنامه فوق نياز دارد، لذا اين برنامه براي اهداف طراحي روتين به كار برده نشده است.

به هر حال تعدادي ازمعادلات برگشتي بر مبناي عكس العمل ها توسط “ILLI-PAVE” بدست آمد كه براي استفاده در طراحي توسط “تامسون” و”اِليت” درسال 1985 و “گُمِز آچِكار” و “تامسون” در سال 1986 ايجاد شد.

« روش اجزاي محدود غير خطي همچنين در برنامه كامپيوتري “MICH- PAVE” مورد استفاده قرار گرفت كه در دانشگاه ايالت “ميچيگان” توسط “هاريچندران” در سال 1989 ايجاد شد. اطلاعات بيشتر در مورد “ILLI-PAVE” و “MICH- PAVE” ونواقص آنها در بخش 2-3-3 آمده است.

* قابليت اطمينان سرويس دهي:

به دنبال تست راه آشتو، “كَرِي” و “ايرك” در سال 1960 مفهوم اجرايي قابليت سرويس دهي آسفالت را ايجاد كردند و همچنين ضخامت آسفالتي را كه به شاخص قابليت سرويس دهي مورد نياز نهايي وابسته است را بيان نمودند.

“لِمِر” و “معاون زاده” در سال 1971 مفهوم قابليت اطمينان را به عنوان يك فاكتور در طراحي آسفالت لحاظ كردند و يك برنامه كامپيوتري احتمالي براي تحليل يك سيستم آسفالتي ويسكوالاستيك سه لايه اي توسط «معاون زاده» در سال 1974 ايجاد شد. مفاهيم قابليت اطمينان و سرويس دهي وارده اين برنامه را وي در اداره كل راه فدرال (FHWA) در سال 1978 اصلاح نموده و آن را با نام “VESYSII” مجدداً نامگذاري نمود.

این ترجمه شامل فصل 1 ، 2 ، 6 ، 7 میباشد

دانلود ترجمه فارسی کتاب – انجمن مهندسی ایران عمران