ارزیابی تکافوی سازه‌ای

‌بنا به تعریف تکافوی سازه‌ای شامل قابلیت تحمل وزن آمد و شد یک روسازی بدون این که خرابی‌های عمده بنیادی در آن به وجود بیاید. در صورتی که مصالح مناسب با ضخامت کافی و اجرای صحیح در یک روسازی به کار رفته باشند تنشهای ناشی از وزن ترافیک در خاک بستر و یا لایه‌های روسازی از حد معینی تجاوز نکرده و در نتیجه وضعیت سازه‌ای راه مناسب است.

هدف از ارزیابی سازه‌ای تعیین وضعیت فعلی روسازی و پیش بینی عمر مفید آن با توجه به آمد و شد موجود در آن است. هنگامی که بررسی فوق بیانگر عدم تکافوی سازه‌ای روسازی است نتایج آن یک ابزار مهم جهت طراحی اصلاحات لازم برای بازدهی روسازی طی یک دوره زمانی معین در آینده است. عدم تکافوی سازه‌ای در بسیاری از روسازی‌ها به دلایل متعدد پیش می‌آید که مهمترین آنها به شرح زیر است.

حجم و وزن آمد و شد معمولاً خیلی سریعتر از آنچه در طراحی اولیه پیش بینی شده افزایش یافته و در نتیجه از عمر مفید روسازی کم می‌شود.

خواص بسیاری از مصالح روسازی در شرایط بهره برداری تغییر پیدا می‌کند. این مساله موجب کاهش تاثیر مصالح در سازه راه شده و در نتیجه از عمر مفید روسازی کم می‌شود.

بسیاری از روسازی‌ها قبل از به وجود آمدن روش‌های جدید طراحی که در آنها مقاومت خاک بستر‌، مقاومت لایه‌های مختلف روسازی و آمد و شد عوامل اصلی در نظر گرفته می‌شوند طرح شده‌اند که ممکن است با شرایط فعلی روسازی سازگار نباشند. روش‌هایی ارزیابی به دو صورت کلی انجام می‌گیرد. اولین روش تحلیل اجزای روسازی است که در آن از مقاومت خاک بستر‌، لایه‌های روسازی و بارگذاری ترافیک برای طراحی استفاده می‌شود.

این روش درست مانند همان چچیزی است که برای طرح روسازی یک راه جدید به کار می‌رود. با این تفاوت که مقاومت و ضخامت لایه‌های موجود باید با ضخامت یک قشر بتن آسفالتی معادل جایگزین شود. دومین روش به نام تحلیل افت و خیز روسازی است که در آن افت و خیز روسازی اندازه گیری شده و با توجه به ترافیک مورد تحلیل قرار می‌گیرد‌. این روش نسبتاً جدید است و مزیت عمده آن این است که عکس العمل روسازی را در مقابل بارهای ناشی از آمد و شد در محل تعیین می‌کند. در بعضی موارد ترجیح داده می‌شود که قبل از قضاوت نهایی هر دو روش فوق به کار برده شود.

بررسی وضعیت خرابی‌های برای ارزیابی تکافوی سازه‌ای

با وجود این که ارزیابی وضعیت سطحی روسازی مشخص کند که برای احیای خدمت پذیری روسازی احتیاج به مرمت آن است قبل از طرح بهسازی باید تحقیقات جامعتری صورت پذیرد. قدم بعدی وضعیت روسازی برای بررسی تکافوی سازه‌ای آن است.

بررسی وضعیت روسازی در این مرحله نسبت به آنچه که در مورد وضعیت سطحی روسازی‌ها و تعیین درجه خدمت حاضر بین شد شامل جزییات بیشتری است. اگر نتایج این بررسی مشخص نماید که روسازی ازنظر مقاومت کافی است‌. مدت زمانی که روسازی باید در این وضع باقی بماند مطرح نباشد می‌توان مطالعات را در این مرحله متوقف کرده و به طرح یک لایه روکش آسفالتی نازک جهت هموار کردن سطح اکتفا نمود. اما اگر نتایج بررسی‌ها حاکی از عدم کفایت سازه ای سیستم روسازی باشد و یا این که لازم باشد بدانیم تا چه زمانی روسازی مزبور بدون تقویت قادر به خدمت پذیری است، برای به دست آوردن اطلاعات طراحی باید مطالعات را ادامه داد. مرحله بعد بررسی‌های تحلیل اجزا یا تحلیل افت و خیز روسازی است.

نمونه برداری

اگر بررسی روسازی نشان دهد که احتیاج به مطالعات بیشتر است و در صورتی که تصمیم به نمونه برداری از خاک بستر و لایه‌های روسازی یا اندازه گیری افت و خیز باشد باید محل نمونه گیری‌ها را از قبل مشخص کرد. برای یک ارزیابی مناسب باید راه را به قطعات با شرایط یکسان و یا نزدیک به هم تقسیم کرده و سپس محل نمونه‌ها را باید در هر یک از قطعات انتخاب نمود.

خرابی‌های موضعی را باید از الگوی کلی نمونه برداری خارج کرده و برای آنها آزمایشات مستقل جهت تعمیرات جداگانه انجام داد. با اتخاذ روش فوق لازم نیست که روکش تمام مسیر را برای بدترین وضعیت روسازی طراحی کرد. انتخاب محل‌هایی که نتایج حاصل از آن دور ار واقعیت نبوده و به اندازه کافی دقیق باشد مستلزم به کارگیری روش‌های  مخصوصی است. روش‌های متفاوتی برای به دست آوردن نمونه‌هایی که نماینده واقعی راه باشند وجود دارد که یکی از آنها روش نمونه گیری از خاک بستر و مخلوط‌های آسفالتی یا روش اشتو است. باید توجه داشت که صرف نظر از روش‌های به کارگیری شده قضاوت مهندسی هم یک عامل مهم در نحوه نمونه گیری است.

نمونه برداری تصادفی

روش نمونه برداری به صورت تصادفی هنوز یکی از بهترین روش‌های ارائه شده در این زمینه است. به وسیله این روش محل نمونه برداری طوری انتخاب می‌شود که شانس قرار گرفتن تمام نقاط در انتخاب یکسان است. با استفاده از جدول اعداد تصادفی چون انتخاب کاملاً مبتنی بر شانس است معمولاً نتایج غلط به دست نمی‌آید.

یکی دیگر از مزایای روش نمونه برداری تصادفی که بر اساس علم آمار بنا شده این است که احتمالاً مخارج کمتری در بر خواهد داست.

روش تحلیل اجزای روسازی

ارزیابی به وسیله تحلیل اجزای روسازی

وقتی ارزیابی سازه‌ای به این مساله منتج شود که روسازی احتیاج به تقویت دارد یک روکش آسفالتی باید طراحی شود. روش طراحی بر این فرض استوار است که لایه‌های قدیم و جدید روسازی تشکیل یک سازه مرکب را می‌دهند که در مقابل شرایط جدید پایداری می‌کند. در بعضی موارد ممکن است روسازی قدیم آن قدر ضعیف باشد‌ که راه حل شخم زدن، اختلاط و دوباره کوبیدن لایه‌ها و طراحی یک روسازی جدید اقتصادی‌تر باشد یا به ندرت برای حفظ رقوم جاده ممکن است لازم باشد روکش قدیمی را جمع کرده و یک روکش جدید طراحی نمود. بنابراین باید لایه‌های روسازی قدیم را قبل از طرح روکش از نظر کیفیت و ضخامت دقیقاً مشخص نمود.

تحلیل خاک بستر

همچنان که برای طراحی یک روسازی جدید دانستن مقاومت خاک بستر یکی از ضروریات طرح است، در مورد یک راه قدیمی که احتیاج به تقویت دارد نیز مقاومت خاک بستر یک عامل مهم برای طرح ضخامت روکش آسفالتی است مگر این که یک تحلیل افت و خیز بر روی راه انجام گیرد. حتی وقتی مقاومت خاک بستر که در ابتدای احداث راه اندازه گیری شده موجود باشد باز هم مهندس طراح برای اطمینان از آن که شرایط خاک در طول عمر راه تغییر نکرده باشد و همچنین کنترل اعداد اولیه باید آزمایشاتی انجام دهد بدین منظور تهیه یک نمونه در هر ۴۵۰ متر توصیه می‌شود.

تحلیل ضخامت روسازی

لایه‌های روسازی را باید طوری مورد ارزیابی قرار داد که بتوان برای هر یک از لایه‌ها یک ضخامت موثر یافت تا کفایت وضع فعلی روسازی را مشخص نماید. ضخامت موثر یک روسازی شامل ضخامت یک روسازی تمام آسفالتی که از نظر طرح معادل روسازی موجود باشد‌. اگر تقویت روسازی مورد نظر باشد برای طراحی مجدد روسازی از این ضخامت موثر می‌توان به عنوان یک قسمت عمده از ضخامت کل استفاده کرد. برای تعیین ضخامت موثر باید با استفاده از ضرایب تبدیل هر یک از لایه‌های روسازی را به یک لایه بتن آسفالتی تبدیل کرد.

در صورتی که مشخصات اولیه و اصلی لایه‌ها در دسترس نباشد یا این که احتیاج به اطلاعات کاملتری باشد باید از لایه‌های مختلف‌، نمونه برداری و آزمایش کرد تا ضخامت و مشخصات آنها به دست آید. لایه‌هایی که در هنگام روسازی راه به عنوان اساس شنی به کار رفته‌اند ممکن است کیفیتی پایینتر از مصالح زیر اساس یا خاک اصلاح شده داشته باشند، چون احتمال این که در طول زمان دانه بندی آنها به هم خورد باشد وجود دارد. لایه‌های بتن آسفالتی را نیز باید برای مشخص شدن وضعیت بافت مخلوط آسفالت و ضخامت آن مورد آزمایش قرار داد.

دال‌های بتنی را نیز باید برای مشخص شدن وضعیت دال و ضخامت و تکیه گاه آن مورد بررسی قرار داد. مسایلی که در بررسی وضعیت دال‌های بتنی باید به آنها توجه داشت شامل ترک‌ها، جابجا شدن درزها، خردشدگی‌ها، پدیده آبکشی در درزها، و حرکت دال زیر آمد و شد است.

ارزیابی وضعیت لایه‌های بتن آسفالتی و بتن سیمانی یک بررسی کاملاً نظری است و مقدار قابل توجهی به تجربه شخص ارزیاب بستگی دارد.

تحلیل آمد و شد

تحلیل آمد و شد که شامل مطالعه حجم‌، ترکیب و وزن محورها است یکی از قسمت‌های اساسی تعیین کفایت یک روسازی و طراحی روکش است. به علاوه مطالعه آمد و شد برای ارزیابی وضعیت هندسی راه و اصلاحات لازم نیز به کار می‌رود. روش تحلیل آمد و شد برای مقاصد ارزیابی مانند همانی است که برای احداث یک راه جدید به کار می‌رود با این تفاوت که در این مورد وجود راه قدیمی برای تخمین واقعی ترافیک یک عامل بسیار مفید است. در صورتی که تغییرات قابل توجهی در تعداد آمد و شد به وجد نیامده باشد برای تحلیل مناسب است ولی اگر مطالعات قبلی با آمد و شد فعلی راه مطابقت نداشته باشد یک سری بررسی‌های جدید لازم است. این مطالعات آمد و شد اساس محاسبه عدد ترافیک طرح (DTN) است که برای تصمیم گیری در مورد کفایت ضخامت روسازی به کار می‌رود‌.

ارزیابی به وسیله تحلیل افت و خیز روسازی

مقدار افت و خیز موجود در روسازی بیانگر توانایی روسازی در تحمل بارهای ترافیک است. از تحقیقات انجام شده در مناطق متعدد آمریکای شمالی ارتباط بین بار چرخ‌ها، افت و خیز برگشت پذیر روسازی و تکرار بارگذار‌یها به دست آمده است. با استفاده از این روابط افت وخیز برگشت پذیر تحت یک بار استاندارد اندازه گیری شده و از آن برای ارزیابی وضعیت سازه‌ای روسازی‌ها و عملیات اصلاحی لازم استفاده می‌شود. برای انجام این بررسی‌ها مقدار آماری افت و خیز باید اندازه گیری شده و آمد و شد واقعی مورد تجزیه تحلیل قرار گیرد.

مقدار آماری افت و خیز شامل متوسط مقادیر اندازه گیری شده به علاوه دو برابر خطای پراکندگی که در ضرایبی به منظور در نظر گرفتن درجه حرارت لایه آسفالتی و زمان بحرانی سال ضرب و تصحیح شده است. این مقدار تقریباً از ۹۷٪ تمام اندازه گیری‌ها بزرگتر است. برای نقاطی که افت و خیزی بیشتر از مقدار فوق را نشان می‌دهند باید تدابیر خاضی را مبذول داشت. باید در اطراف نقاط فوق اندازه گیری‌های اضافی انجام داد تا وسعت مناطق ضعیف مشخص شود. در این مناطق ممکن است احتیاج به لکه گیری و یا افزایش موضعی ضخامت باشد تا تکیه گاه یکنواختی برای کل قطعه مورد نظر به وجود آورد. افت و خیز‌هایی که در این مناطق اندازه گیری می‌شود باید از محاسبات مربوط به مقدار آماری افت و خیز حذف شوند.