اثر ژئوسنتتیک ها بر عمر خستگی روسازی های آسفالتی

احمد خدادادی، استادیار، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران منصور فخری، استادیار، دانشکده عمران، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران حمید رضا امیری حسینی، دانشجوی کارشناسی ارشد.

   ژئوسنتتیک ها می توانند به عنوان تقویت کننده در روسازی های آسفالتی تا حد زیادی در افزایش طول عمر آنها و جلوگیری از ایجاد ترک های زودرس مؤثر باشند. کارآیی ژئوسنتتیک ها در روسازی های آسفالتی به عوامل زیادی از جمله مخلوط آسفالتی، درجه حرارت، محل قرار گرفتن و ... بستگی دارد. این مقاله، به بررسی عملکرد دو نوع ژئوسنتتیک (ژئوتکستایل و ژئوگرید) در عمر خستگی تیرچه های آسفالتی به ابعاد 50×63×381 میلمتر می پردازد. نمونه های مسلح نشده، مسلح شده با ژئوتکستایل ومسلح شده با ژئوگرید از دال های آسفالتی بریده شده، از مقطع آزمایشی ساخته شده در محل تهیه گردیدند. آزمایش خستگی با استفاده از آزمایش تیر خمشی با بارگذاری 4 نقطه ای در حالت کرنش ثابت با موج نیمه سینوسی، بدون استراحت و فرکانس10هرتز، انجام شد. در پایان عمر خستگی نمونه ها، کاهش سختی به 50 %سختی اولیه تعریف گردید. نتایج نشان می دهد که عمر خستگی نمونه های مسلح شده با ژئوتکستایل و ژئوگرید تا 50 و 56 درصد افزایش می یابد.همچنین لایه مسلح کننده در نمونه های مسلح شده، باعث افزایش سختی اولیه و کاهش سرعت گسترش ترک در تیرهای آسفالتی، در مقایسه با حالت مسلح نشده، می گردد.

کلمات کلیدی: روسازیهای آسفالتی، عمر خستگی، ژئوسنتتیک ها و آزمایش تیر خمشی

خرابی در روسازهای انعطاف پذیر در اثر دو عامل ترک خوردگی یا شیار افتادگی روی می دهد. عامل شیار افتادگی عموماً در اثر عبور بارهای بیش از توان روسازی است، اما ترکها معمولاً در اثر عبور زیاد وسایل نقلیه با بارهای عادی و انقباض و انبساط روسازی در اثر تغییرات دمایی حاصل میشوند. از میان این دو مکانیزم، ترک های مربوط به خستگی به تعداد زیاد در رویه های آسفالتی دیده میشوند خستگی عبارت است از پدیده شکست بر اثر تکرار بار، تغییر و تناوب دینامیکی بار که ممکن است حتی کمتر از مقاومت نهایی استاتیکی آسفالت باشد. مقاومت در برابر خستگی یک مخلوط آسفالتی، توانمندی مخلوط در مقابل بارهای خمشی تکراری بدون شکست است. ترک های ناشی از خستگی در روسازی ها عموماً در اثر تغییرات شرایط محیطی خصوصاً تغییرات دمایی و تکرار بار وسایل نقلیه به وجود می آیند. این ترکها را می توان به سه گروه دسته بندی کرد؛ ترک های طولی؛ ترکهای عرضی و ترکهای پوست سوسماری. گسترش این ترک ها در سه مرحله انجام می شود: مرحله اول مرحله آغاز ترک است و ترکهای ریز در اثر تمرکز تنش در رویه ایجاد میشوند. در مرحله دوم، ترک های ریزی که در مرحله اول ایجاد شدهاند شروع به گسترش می کنند و ترکهای بزرگتر تشکیل می شوند. مرحله سوم مرحله شکست است. تحقیقات مختلف نشان داده اند که می توان با کاربرد مواد پلیمری جدید(ژئوسنتتیکه) مقاومت کششی روسازی های آسفالتی را افزایش داد، بر طول عمر روسازی ها افزود و از ترک های زودرس و ایجاد و توسعه ترکهای خستگی جلوگیری کرد. همچنین مشاهدات میدانی در روسازی های مسلح شده با ژئوسنتتیک ها نشان می دهند که لایه های مسلح کننده باعث بهبود زهکشی، افزایش عمر روسازی، کنار هم نگهداشتن قسمت های ترک خورده، جلوگیری از نشست های موضعی و کاهش شیار شدگی می شوند ژئوسینتتیک ها محصولات مسطحی هستند که از مواد پلیمری ساخته شده و به عنوان یک بخش جدایی ناپذیر در پروژه های مهندسی عمران به همراه خاک، سنگ، زمین یا سایر مصالح مرتبط  با مهندسی ژئوتکنیک به کار برده می شوند ژئوسینتتیک ها خانوادهای از مصالح هستند با کاربردهای گسترده و متنوع در مهندسی ژئوتکنیک، که در چند دهه اخیر استفاده از آنها رشد بسیار محسوسی داشته است ژئوسینتتیک ها به پنج دستۀ کلی تقسیم می شوند.

1.ژئوتکستایل ها

2. ژئوگریدها

3. ژئونتها  

 4.ژئوممبرینها

 5. ژئوکامپوزیتها

متأسفانه هنوز استاندارد مشخصی در مورد نصب ژئوسنتتیک ها در روسازیهای آسفالتی وجود ندارد وتنوع این محصولات توسط شرکت های مختلف تولیدی کارآیی آنها در مکانهای مختلف را همواره مورد سئوال قرار داده است. بنابراین نحوه، محل نصب ونوع آسفالت میتواند تا حد زیادی بر نحوه عملکرد ژئوسنتتیک ها مؤثر باشد و لذا لازم است که تاثیر استفاده ازآنها در افزایش عمر آسفالت مورد بررسی قرار گیرد. از آنجا که ترکهای ناشی از خستگی یکی از پارامترهای تعیین کننده کیفیت آسفالت هستند. لذا در این تحقیق بررسی تاثیر کاربرد دونوع ژئوسنتتیک برافزایش عمر روسازی آسفالتی از طریق آزمایش خستگی مورد بررسی قرار می گیرد. روشهای مختلفی برای تعیین عمر خستگی روسازیهای آسفالتی وجود دارند که از آنها میان می توان به روشهای کشش غیر مستقیم، کشش مستقیم، تیرچه خمشی و ... اشاره کرد که از میان این روشها، آزمایش خمشی تیرچه، روش مناسب تری برای پیش بینی عمر خستگی نمونه های آسفالتی است که در این تحقیق مورد استفاده قرار گرفته است. هدف از این تحقیق بررسی میزان کارآیی ژئوسنتتیک ها در روسازیهای آسفالتی و تاثیر کاربرد آنها در افزایش عمر خستگی این گونه روسازی ها بر اساس مطالعات میدانی و آزمایشگاهی است. آزمایشهای مربوط به بررسی خستگی نمونه های روسازیهای آسفالتی مسلح شده با ژئوسنتتیک ها نشان می دهد که این نمونه ها به مراتب بهتر از نمونه های مسلح نشده میتوانند خستگی را تحمل نمایند. این افزایش خستگی در سطح کرنش های بزرگتر بیشتر آشکار می شود. مشاهدات عینی در حین انجام آزمونهای خستگی تیر نشان دادند که نمونه های مسلح شده پس از پایان آزمایش، یکپارچگی و پایداری بهتری از نمونه های غیرمسلح دارند و عرض ترک های ایجاد شده هم کمتر است. علت این امر این است که درپایان عمر خستگی نمونه های مسلح شده، لایه های ژئوگرید و ژئوتکستایل تقریباً سالم باقی می مانند. محاسبات اولیه بر روی نتایج نشان می دهند که اگر مبنای پایان عمر خستگی کاهش ضریب سختی به اندازه %50 سختی اولیه باشد، عمر خستگی در نمونه های مسلح شده با ژئوگرید به طور میانگین به اندازه 50 % و در نمونه های مسلح شده با ژئوتکستایل به اندازه 48 % در مقایسه با نمونههای مسلح نشده افزایش می یابد تمامی تحقیقات قبلی در مورد کاربرد ژئوسنتتیک ها در مسلح سازی روسازیهای آسفالتی، این مبنا را عبور ترک از عرض نمونه تعریف کرده اند. به این دلیل اختلاف نتایج این تحقیق در مورد عمر خستگی با کارهای قبلی زیاد است. سرعت کاهش عمر خستگی در نمونه های مسلح شده با افزایش سطح تنش کمتر از نمونه های مسلح نشده است. با توجه به مندرجات فوق می توان نتیجه گرفت که عملکرد ژئوگریدها در نمونه های آسفالتی بیشتر مسلح کننده است، اما در نمونه های مسلح شده با ژئوتکستایل، تأخیر در گسترش ترکهاعامل افزایش عمرخستگی است.