◄ بررسی تاثیر آب بر خرابی روسازی آسفالتی

یکی از مهم‌ترین عوامل خرابی روسازی‌های انعطاف‌پذیر، وجود آب در طول راه است. وجود آب در سیستم روسازی یکی از اصلی‌ترین پارامترهای شکست روسازی است. اگر آب بدون تاخیر و قبل از آسیب رساندن به روسازی تخلیه شود عمر خدمت روسازی به اندازه قابل توجهی افزایش می‌یابد.

عوامل رسیدن رطوبت به روسازی

رطوبت از طریق پروسه گردش طبیعی آب وارد ساختمان روسازی می‌شود. منبع اصلی آب بارندگی است اما نفوذ و جذب آب حاصل از ذوب یخ‌ها و عمل مویینگی نیز اثرگذار است. مکش خاک نیز پارامتر موثر دیگری است که در خاک‌های غیر اشباع تعریف می‌شود. به طور خلاصه سه منبع اصلی زیر عامل آب‌های نفوذی به لایه‌های روسازی هستند:

الف: نزولات جوی.

ب: آب‌های زیرزمینی اعم از سطح ایستابی یا سطح آزاد آب جاری.

ج: آب‌های ناشی از حضور چشمه‌های فعال و سطوح تراوش، در زمین‌های بالادست، مجاور و زیرین بدنه راه.

از همین نویسنده:

• پروژه‌های ملی حوزه راه‌؛ چالش‌ها و راهکارها

• سیل و تاب‌آوری زیرساخت‌های جاده‌ای در ایران

• وضعیت نامناسب نگهداری راه‌ها در شرایط تحریم؛ دلایل و راهکارها

تاثیر رطوبت بر خرابی روسازی

رطوبت غالباً مهم‌ترین عامل ایجاد ناهمواری و خرابی روسازی بوده و کنترل نفوذ آب فاکتور بحرانی برای روسازی‌ها، خاکریزها و دیگر سازه است. سیستم‌های زهکشی نیز اساساً به منظور کم کردن فشار هیدرو استاتیکی وارده و جلوگیری از کم کردن مقاومت خاک‌ها و پایداری شیروانی‌ها و زیرسازی و روسازی توسط آب نفوذی به کار می‌روند.

جمع شدن آب در لایه‌های روسازی و اشباع شدن آن، خصوصاً لایه‌های اساس و زیر اساس، منجر به خرابی‌های ناشی از فرسایش و کاهش ظرفیت باربری روسازی خواهند شد. همچنین تاثیر عوامل جوی نظیر یخ‌بندان و رطوبت منجر به تورم و خرابی روسازی می‌شود.

برداشت‌ها در بسیاری از کشورها بیانگر وسعت این خرابی‌ها می‌باشد به عنوان مثال در کشورهای اروپایی طی یک بررسی دقیق نتایج زیر در مورد تاثیر رطوبت روی خصوصیات مصالح و خرابی‌های روسازی بدست آمده است(1).

و همانطور که در شکل(2) دیده می‌شود نشانه ناهمواری بین المللی (IRI) با افزایش رطوبت افزایش می‌یابد.

در مجموع اثر آب در پروژه‌های راهسازی را می‌توان به صورت جداگانه بر روی زیرسازی و روسازی مورد بررسی قرار داد.

 تاثیر رطوبت بر لایه سابگرید (زیرسازی)

سطح آب زیر سطح روسازی باید پایین نگه داشته شود، افزایش بیش از اندازه رطوبت مواد سابگرید باعث عوامل زیر می‌شود:

- کاهش مقاومت سابگرید

- کاهش مقدار CBR سابگرید

- افزایش احتمال عمل یخ زدگی (frost action)

- کاهش ظرفیت باربری جاده

- کم شدن عمر مفید جاده

تاثیر رطوبت بر لایه‌های روسازی

حذف آب یکی از موارد مهم در موفقیت پروژه‌های راه است. در سیستم روسازی لایه‌ای، اگر لایه اساس با سرعت کافی زهکشی نشود تنش ناشی از بار ترافیک کاملا یا با کاهش بسیار کمی به خاک بستر انتقال می‌یابد. نتیجه آن شتاب دادن به شکست در روسازی است حذف آب باید به صورت کنترل شده انجام گیرد در غیر این صورت فرسایش شدید یا نشست خاک ممکن است منجر به تضعیف ساختار لایه های مجاور گردد.

در طراحی به روش آشتو عدد موثر ساختار لایه‌های اساس و زیر اساس در حالت زهکشی خوب نسبت به حالتی که زهکشی به درستی انجام نشده است افزایش می‌یابد فاکتور زهکشی برای حالت زهکشی خوب می‌تواند 1.2 و در حالت زهکشی ضعیف به پایین تر از 6 دهم برسد. این بدان معنی است که با حذف آب مقاومت طراحی مصالح لایه‌های اساس و زیر اساس می‌تواند تا 2 برابر افزایش یابد. همچنین آب تاثیر کاملاً واضحی بر روی افزایش مدول ارتجاعی مصالح و در نتیجه کرنش بالای سابگرید و عمر روسازی دارد.

میزان رطوبت و خواص ارتجاعی مواد

بارگذاری ترافیکی باعث ایجاد تنش و کرنش در ساختار جاده می‌شود. وابستگی بین تنش و کرنش در ساختار جاده پیچیده است قسمتی از کرنش‌ها برگشت پذیر و قسمتی برگشت ناپذیر هستند. کرنش برگشت ناپذیر سبب تغییر شکل پایدار در در سطح جاده می‌شود. میزان کرنش‌های پایدار تابعی از کرنش‌های ارتجاعی است.

مدول ارتجاعی مواد بستگی به فاکتور‌هایی مانند چگالی، مکش و مقدار رطوبت دارد. تنش و کرنش در ساختمان جاده برای محاسبه خستگی در روسازی استفاده می‌شوند. برای محاسبه این خرابی‌ها مدول ارتجاعی که وابسته به مقدار رطوبت است نیاز است..

یکی از اثرات وجود آب در سیستم روسازی، ایجاد تغییر شکل‌های ماندگار است. تغییر شکل‌های ماندگار می‌توانند در بالای ساختار جاده مانند شیار شدگی و ناهمواری‌های عمودی خود را نشان دهند. شیار شدگی شامل تغییر شکل‌های پلاستیک در مرز لایه‌ها است، به طور خلاصه شیارشدگی ناشی از فشرده شدن توسط بار ترافیک و تغییر شکل‌های ماندگار در اساس و زیراساس و سابگرید است.

 تاثیر رطوبت در آیین نامه 234 راه‌های آسفالتی ایران

این آیین‌نامه(2) اثر وجود آب را چنین بیان می‌کند:

مقاومت خاک‌های ریزدانه و برخی خاک‌های درشتدانه با افزایش رطوبت و ایجاد شرایط اشباع کاهش می‌یابد. تاثیرات مخرب ناشی از افزایش رطوبت را می‌توان به کمک یکی از روش‌های متداول نظیر اصلاح، زهکشی، بالا بردن رقوم روسازی، استفاده از مواد تثبیت کننده نظیر آهک، سیمان، قیر و سایر افزودنی‌های شیمیایی حذف کرد.

خاکهای تورم‌زا (منبسط شونده) هنگامی‌که رطوبت جذب کند، تغییر حجم موضعی خواهند داشت. عموماً تورم‌زایی فقط برای خاک‌های ریزدانه نظیر رس‌ها و لای‌ها در نظر گرفته می‌شود. اما باید توجه داشت که همه رس‌ها یا لای‌ها، تورم‌زا نیستند.

تاثیر خاک‌های تورم‌زای مصالح بستر روسازی موجب کاهش عمر بهره‌برداری روسازی می‌شود.

زهکشی نامناسب و حضور آب اضافی در لایه‌های زیراساس و اساس، ضریب ارتجاعی این مصالح یعنی ESB و EBS را تا 50 درصد کاهش می‌دهد.

کیفیت زهکشی در آیین‌نامه روسازی راه‌های آسفالتی ایران برای مصالح غیر آسفالتی روسازی (زیراساس و اساس تثبیت نشده) بر حسب مدت زمانی تعریف می‌شود که طی آن 50درصد آب آزاد این مصالح، زهکشی و تخلیه شود. با این تعریف، مصالح روسازی از نظر خاصیت زهکشی و سرعت خروج آب به پنج طبقه تقسیم می‌شود که در جدول (5-2) نشان داده شده است.

پی نوشت:

1-Berntsen, G. and Saarenketo, T ., " drainage on low traffic volume roads ", Norwegian Public Roads Administration, Roadex II Project, 2005, pp 31-811

2- آیین‌نامه روسازی آسفالتی راه‌های ایران نشریه شماره 234، معاونت راهبردی ریاست جمهوری

* کارشناس حوزه راه و راهسازی