مهندسی حمل و نقل
سال:1396 | دوره:9 | شماره:ویژه نامه |تعداد مقالات:10

مدل پیش بینی عملکرد روسازی مهم ترین بخش از یک سیستم مدیریت روسازی است. اثر بخشی برنامه های بلندمدت و میان مدت تعمیرات و نگهداری راه، وابسته به صحت و اعتبار مدل پیش بینی عملکرد روسازی است. در مدلهای خانواده، قطعات مختلف که مشخصات فنی مشابه داشته و روند افت کیفیت آنها یکسان باشد، در یک گروه قرار گرفته و برای مجموعه قطعات روسازی هر خانواده، یک مدل پیش بینی ساخته می شود. مدلسازی بر اساس خانواده روسازی با کمترین داده ها و با سریعترین و ارزانترین روش می تواند نتایجی با دقت بسیار خوب بدست دهد.در این تحقیق در خیابانهای شهر ساری دو خانواده مختلف روسازی تعریف شده است که عبارتند از خانواده یک روسازی شامل معابر با ترافیک سنگین و ضخامت زیاد آسفالت و خانواده دو روسازی شامل معابر با ترافیک سبک و ضخامت کم آسفالت. کلیه خیابانهای اصلی شهر مورد ارزیابی قرار گرفته و شاخص کیفیت روسازی (PCI) و عمر روسازی تعیین شده است. در هر خانواده روسازی با روش رگرسیون مدلسازی انجام شده است که نهایتا یک مدل رگرسیون درجه سه با ضریب همبستگی 90% برای خانواده یک روسازی و ضریب 84% برای خانواده دو روسازی بدست آمد. همچنین در هر خانواده روسازی، با استفاده از شبکه عصبی و با روش پرسپترون چند لایه (MLP) پیش بینی عملکرد روسازی انجام گرفت که ضریب همبستگی 93% را نشان می دهد. با توجه به اینکه مدلسازی فقط با یک بار ارزیابی روسازی انجام شده است، دقت مدلها بسیار خوب ارزیابی می شود که ناشی از استفاده از روش خانواده روسازی است. در نهایت تلفیق مدل خانواده با شبکه عصبی نسبت به روش رگرسیون به نتایج بهتری منجر شده است.

تراورس های بتنی پیش تنیده منو بلوک از جمله پرکاربردترین نوع تراورس های بتنی در خطوط سنگین پرسرعت هستند. این تراورس ها هم زمان ظرفیت تحمل بارهای محوری سنگین چرخ و سرعت های بالا را دارند. تراورس های خطوط سنگین پرسرعت ظرفیت تحمل بار محوری چرخ تا 30 تن دارند و برای سرعت قطار تا 200 km/hr قابل استفاده هستند. تراورس خطوط سنگین پرسرعت از جنس بتن پیش تنیده است. در این مقاله گسترش ترک مد I در تراورس بتنی پیش تنیده خطوط سنگین پرسرعت به وسیله مکانیک شکست شبیه سازی شده است. در این پژوهش، از مدل خرابی پلاستیک به منظور تحلیل پارامترهای مکانیک شکست در نرم افزار اجزای محدود ABAQUS استفاده شده است. این مدل به بررسی رشد خرابی به صورت غیرخطی در بتن (NLFM) می پردازد. مدل عددی تراورس بتنی پیش تنیده شکاف دار با 6 طول شکاف اولیه صفر و 5 میلی متر تا 45 میلی متر با گام افزایشی 10 میلی متر و عرض شکاف 8 میلی متر تحت لنگر خمشی سه نقطه ای مثبت نشیمن گاه ریل قرار گرفته است. رشد خرابی، طول ترک و بازشدگی دهانه ترک (CMOD) در این پژوهش محاسبه شده است. نتایج شکل خرابی نشان می دهند، خرابی از محل شکاف شروع و به صورت خرابی خمشی در راستای شکاف اولیه ادامه و سپس دوشاخگی ترک و در نهایت خرابی نهایی رخ می دهد. این تحلیل نشان می دهد که رفتار سازه ای تراورس بتنی پیش تنیده به وسیله مدل مکانیک شکست، به سادگی با استفاده از رشد خرابی، طول ترک و CMOD قابل پیش بینی است.

سلامت روسازی جاده ها ازجمله عواملی است که در ایمنی و راحتی رانندگان بسیار موثر است. از این رو ارزیابی عملکرد آسفالت برای کنترل خرابی های رایج آن مانند حساسیت رطوبتی، امری ضروری است. در بین اجزای مخلوط آسفالتی اگر چه مقدار قیر موجود در آسفالت ناچیز است، اما نقش بسیار تاثیرگذاری در عملکرد مخلوط آسفالتی ایفا می کند. یکی از روش های ارتقاء عملکرد مخلوط های آسفالتی استفاده از افزودنی ها، جهت اصلاح خواص قیر و نهایتا مخلوط آسفالتی است. هدف از انجام این پژوهش ارزیابی و مقایسه اثر نانو ماده زایکوترم به عنوان افزودنی رایج و ایوانیک به عنوان افزودنی نوین، در بهبود عملکرد مخلوط های آسفالتی اصلاح شده در برابر پدیده خرابی رطوبتی است تا انتخاب افزودنی ضد عریان شدگی به شایستگی و راحت تر انجام پذیرد. برای این منظور از مصالح سنگی آهکی با دانه بندی شماره 4، پودر سنگ به عنوان فیلر، قیر خالص 60 – 70 و افزودنی های زایکوترم و ایوانیک هرکدام به مقدار 0.1 و 0.3 درصد نسبت به وزن قیر به عنوان نانو مواد ضد عریان شدگی استفاده شده است. برای ارزیابی اثر این مواد در میزان مقاومت در برابر رطوبت در مخلوط های آسفالتی از آزمایش های مقاومت کششی غیر مستقیم (لاتمن اصلاح شده) و جوشان تگزاس و همچنین برای ارزیابی سایر خصوصیات عملکردی از آزمایش های مارشال، مدول برجهندگی و خزش دینامیکی بر روی نمونه های آسفالتی اصلاح شده و اصلاح نشده، انجام گرفت است. نتایج آزمایش های انجام گرفته نشان می دهد که زایکوترم و ایوانیک به ترتیب در درصدهای 0.1 و 0.3 درصد، باعث افزایش 15 و 9 درصدی مقاومت رطوبتی و افزایش 37 و 7 درصدی مقاومت شیارشدگی نسبت به نمونه اصلاح نشده گشته اند که این نشان از عملکرد بهتر نانو ماده زایکوترم نسبت به ایوانیک در بهبود خواص حساسیت رطوبتی مخلوط است.

تثبیت خاک روشی است که در راهسازی به منظور بهبود توانایی باربری مصالح بکار می رود. در حالت کلی، تثبیت خاک عبارت است از بهبود و اصلاح خواص فیزیکی مصالح برای تامین تعدادی اهداف از قبل تعیین شده هست. بهسازی خاکها در حالت کلی به دو صورت شیمیایی و مکانیکی انجام می شود. استفاده از مصالح ژئوسنتتیک جهت اصلاح خاک ها در دیوار حائل، خاکریزها، زهکشی بهره گرفته می شود. استفاده از ژئوگریدها در بسیاری از کاربردهای مهندسی و روسازی راه یک روش موثر در اصلاح خاک به شمار می آید. اضافه شدن رس یا سیلت به ماسه در درصدهای مختلف می تواند بطور اساسی رفتار ماتریس ماسه و رس را تغییر دهد. هدف اصلی از تحقیق حاضر، بررسی آزمایشگاهی تاثیر جانمایی لایه ژئوگرید و تعداد آن ها در میزان توانایی باربری و مقاومت برشی خاکهای ماسه ای و رسی منطقه باراندوز هست. در این مطالعه خاک ماسه ای مورد استفاده با خاک رسی با درصدهای (25، 50 و 75) مخلوط گردیده است. تاثیر ژئوگرید به دو صورت مطالعه گردید: مرحله اول یک لایه در قسمت میانی مصالح قرارداده شده و در مرحله دوم دو لایه در فاصله برابر از یکدیگر استفاده شده و تاثیر آنها در بهبود خصوصیات ژئوتکنیکی مورد بررسی قرار گرفت. جهت انجام تحقیق از آزمون های آزمایشگاهی نسبت باربری کالیفرنیا (CBR) و برش مستقیم در هر دو حالت خشک و اشباع بر اساس استاندارد ASTM بهره گرفته شده و میزان درصد تورم در خاک های ریزدانه اشباع اندازه گیری شده است. نتایج حاصل از تحقیق نشان می دهد که حالت بهینه قرارگیری ژئوگرید، یک لایه و در قسمت میانی مصالح هست. زیرا این شرایط باعث بهبود میزان تراکم پذیری مصالح، افزایش میزان توانایی باربری با توجه به نتایج CBR، مقاومت برشی و کاهش میزان تورم در خاکهای اشباع حاوی ریزدانه می گردد.

در این تحقیق تاثیر عوامل مختلف بر خرابی شیار شدگی و ترکهای بالا به پایین رویه آسفالتی در روسازی های ترکیبی با اساس بتن غلتکی مطالعه قرار گرفته است. این کار با تحلیل مدلهای سه بعدی ساخته شده با روش المانهای محدود در نرم افزار ABAQUS انجام گرفته است. تاثیر نوع مخلوط آسفالتی در رویه، نوع و محل ژئوگرید و ضخامت رویه و اساس بتن غلتکی بر عملکرد روسازی بررسی گردیده است. نتایج نشان می دهند که نوع مخلوط آسفالتی بر مقدار شیار شدگی و کرنش های کششی حداکثر در سطح تاثیر زیادی دارد، به طوری که در شرایط مساوی تفاوت تا حدود 2.5 برابری در مقدار شیارشدگی و 3.5 برابری در مقدار کرنش کششی در سطح ملاحظه می گردد. همچنین، قرارگیری ژئوگرید در وسط رویه آسفالتی باعث کاهش شیار شدگی به مقدار 32% نسبت به حالت غیر مسلح می گردد. مقدار تاثیر ژئوگرید به نوع مخلوط، سختی ژئوگرید و ضخامت رویه بستگی دارد. نسبت به حالت غیر مسلح، درصد کاهش شیار شدگی با استفاده از ژئوگرید در وسط لایه رویه از مخلوط ماستیک 1 و 2، به ترتیب، 19 و 21% میباشد. همچنین، نتایج نشان می دهند که قرار دادن ژئوگرید در وسط ضخامت رویه باعث کاهش عمر خستگی شده و قرار دادن آن در پایین رویه تاثیری در عمر خستگی نخواهد داشت. مقدار شیار شدگی و کرنش کششی در سطح رویه با افزایش ضخامت رویه افزایش یافته و با تغییر ضخامت لایه بتن غلتکی شیار شدگی تغییر نکرده ولی کرنش سطح کاهش می یابد.

یکی از راهکارهای کاهش ترک ها در روکش های آسفالتی استفاده از میان لایه های جاذب تنش است که مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. اما در اجرای میان لایه های جاذب تنش نیز باید مواردی از جمله چسبندگی درست بین میان لایه و لایه روسازی قدیمی رعایت گردد تا خرابی های دیگری مانند ترک های هلالی در روکش ایجاد نگردد و عمر روسازی جدید افزایش یابد. در این مقاله چسبندگی بین میان لایه جاذب تنش ماسه آسفالت و لایه بتن غلتکی مورد بررسی قرار گرفت. به همین دلیل عواملی مانند نوع اندود سطحی، مقدار اندود سطحی مورد استفاده و دمای لایه زیرین که در اجرای میان لایه اهمیت دارند در این پژوهش مورد ارزیابی قرار گرفت. چهار نوع قیر متفاوت شامل قیر 60.70، قیر 60.70 اصلاح شده با پودر لاستیک، قیر امولسیونی CSS و قیر امولسیونی CRS به منظور تعیین قیر مناسب برای اندود سطحی انتخاب گردید و هرکدام به میزان 200، 400 و 600 گرم بر مترمربع بر روی سطح بتن غلتکی اجرا گردید. همچنین برای تعیین دمای مناسب پخش اندود سطحی، دمای لایه بتن غلتکی 0 و 25 و 60 درجه سانتی گراد در نظر گرفته شد. آزمایش مقاومت چسبندگی بین لایه ای با استفاده از دستگاه ال پی دی اس و بر روی نمونه های استوانه ای انجام گرفت. بر این اساس مشخص گردید که عواملی چون ویسکوزیته اندود سطحی و مدت زمان شکست قیر امولسیونی تاثیر زیادی بر روی میزان چسبندگی بین لایه ای دارند. نتایج این آزمایش نشان داد که استفاده از قیر 60.70 و قیر 60.70 اصلاح شده با پودر لاستیک در دماهای بالاتر چسبندگی مناسب تری ایجاد می کند در حالی که افزایش دمای روسازی برای قیرهای امولسیونی لزوما نتایج مطلوبی را در پی نخواهد داشت. همچنین در دماهای بسیار پایین سطح روسازی، استفاده از قیرهای امولسیونی با مقدار کمتر توصیه می گردد، در شرایطی که در این دما استفاده از قیرهای خالص و اصلاح شده با مقدار بالاتر موجب افزایش چسبندگی می شود.

افزایش کیفیت روسازی جاده ها و ارتقاء ایمنی و راحتی رانندگان، ارزیابی عملکرد آسفالت برای کنترل خرابی ها را امری اجتناب ناپذیر ساخته است. امروزه افزایش تردد مکرر بارهای سنگین منجر به خستگی زودرس روسازی های آسفالتی شده و در پی آن هزینه تعمیر و نگهداری جاده ها را افزایش می دهد. یکی از راهکارهای افزایش کیفیت و کاهش خرابی روسازی های آسفالتی، ارتقاء کیفی اجزاء تشکیل دهنده آن ازجمله قیر و مصالح سنگی است. اگرچه قیر درصد کمی از مخلوط های آسفالتی را تشکیل می دهد، اما با اصلاح خواص همین ماده اندک می توان عملکرد مخلوط های آسفالتی را بهبود بخشید. استایرن بوتادین استایرن یکی از پرکاربردترین پلیمرهای بهبوددهنده خواص قیر است که به دلایلی همچون عدم پایداری مناسب در قیر و قیمت بالای آن، توجه محققین را به سمت استفاده از مواد جایگزین با همان خواص عملکردی سوق داده است. در این پژوهش به منظور یافتن جایگزین مناسب برای این پلیمر، آمیخته ای از ترکیب دو پلیمر ارزان قیمت استایرن بوتادین رابر و پلی استایرن به میزان 35 تا 65 درصد از هرکدام مورداستفاده قرار می گیرد. در این راستا آمیخته و استایرن بوتادین استایرن در درصدهای 3 تا 5 درصد به همراه 2 درصد نانو رس جهت افزایش پایداری پلیمرها در قیر به نمونه های آسفالتی افزوده شده و عملکرد خستگی آن ها با آزمایش های تیر خمشی چهار نقطه و کشش غیرمستقیم مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج حاصل از پژوهش نشان داد که آمیخته ها علاوه بر ایجاد پایداری بهتر در قیر، موجب بهبود عملکرد خستگی آسفالت می شوند و این ترکیب ها می توانند جایگزین مناسبی برای پلیمر گران قیمت و ناپایدار SBS باشند، به طوری که حتی در برخی از نمونه های حاوی بیش از 50 درصد SBR، عملکرد بهتری نسبت به مخلوط های حاوی SBS مشاهده شد.

ارزیابی عملکرد روسازی یکی از مهم ترین مراحل تعیین استراتژی بهینه، در عملیات مدیریت روسازی محسوب می شود. در دو دهه اخیر تحقیقات گسترده ای پیرامون توسعه روش های خودکار، جهت ارزیابی خرابی های روسازی انجام گرفته است. اغلب این روش ها بر پایه بینایی ماشین و تکنیک های پردازش تصویر هستند. در سال های اخیر روش های آنالیز چند دقته همچون تبدیل موجک، ابزار مناسبی جهت تحلیل و شناسائی هوشمند خرابی ها با سرعت و دقتی قابل قبول فراهم آورده است. در این مطالعه، روشی بر مبنای تبدیل موجک به کارگیری شده که قادر به آنالیز صفحه ای بافت روسازی با در نظر گرفتن اجزای افقی، قائم و قطری بافت روسازی است. در این پژوهش پس از اعمال تبدیل موجک گسسته و جدا سازی باند های فرکانسی تصویر توسط چهار خانواده مختلف از موجک ها، ویژگی های بافتی زیرباندها بر مبنای ماتریس هم رخداد سطوح خاکستری استخراج شده و با نتایج حاصل از آنالیز بافت تصویر در حوزه مکان مقایسه گردید. در انتها روش کمینه فاصله ماهالانوبیس به منظور تفکیک و طبقه بندی تصاویر خرابی در 7 کلاس شامل ترک پوست سوسماری، آسفالت سالم (بدون خرابی)، ترک طولی، ترک عرضی، قیرزدگی، وصله و عریان شدگی به کارگیری گردید. نتایج اعتبارسنجی و ارزیابی عملکرد کلاس بندی حاکی از آن است که طبقه بندی تصاویر خرابی توسط آنالیز بافت تصویر در حوزه تبدیل نسبت به حوزه مکان نتایج دقیق تری در پی دارد. دقت عملکردی کلاس بندی تصاویر خرابی در حوزه تبدیل به طور میانگین برابر با 67 درصد بوده درحالی که دقت طبقه بندی داده های خرابی مبتنی بر استخراج ویژگی های بافتی در حوزه مکان برابر با 49.76 درصد است. در حوزه تبدیل، اگر چه فیلتر Daubechies 2 در شناسایی خرابی قیر زدگی حساسیت عملکرد بالاتری داشته، اما به طور میانگین فیلتر Haar نسبت به سایر موجک های استفاده شده، با دقت عملکردی 95.24 درصد نتایج برتری در شناسایی و کلاسه بندی خرابی های سطح روسازی آسفالتی حاصل نموده است.

در تحقیق حاضر تاثیر استفاده از الیاف پلی اتیلن بازیافتی بر رفتار خستگی مخلوط آسفالتی گرم مورد بررسی قرار گرفت. مقدار الیاف برابر با 0.5، 1.0، 1.5 و 2.0 درصد وزن قیر و طول آنها یک و دو سانتیمتر انتخاب شد. همچنین تاثیرات خرده پلاستیک بازیافتی با اندازه 1.18-0.425 میلیمتر که در دو مقدار 1.0 و 2.0 درصد وزن قیر اضافه گردید، با الیاف مورد مقایسه قرار گرفت. آزمایش خستگی به روش خمش چهارنقطه ایدر دمای 20 درجه سانتیگراد در سه سطح کرنش 300، 500 و 700 میکروکرنش انجام گرفت. بر اساس نتایج به دست آمده، سختی خمشی نمونه های حاوی هر دو افزودنی نسبت به نمونه شاهد کاهش یافت. همچنین این روند کاهشی با افزایش مقدار افزودنی ها ادامه داشت. عمر خستگی نمونه های حاوی الیاف برای تمام مقادیر، بیشتر از نمونه شاهد بود. در کرنش 300 میکروکرنش، بیشترین افزایش عمر خستگی برای الیاف یک و دو سانتیمتری به ترتیب 1.49 و 1.77 برابر نمونه شاهد بود. همچنین در کرنش 700 میکروکرنش، این افزایش به ترتیب 1.38 و 1.63 برابر نمونه شاهد بوده است. تاثیرات خرده پلاستیک بازیافتی تا حد زیادی مشابه با الیاف بوده است. بیشترین مقدار افزایش عمر خستگی برای نمونه های حاوی خرده پلاستیک برای 1.0 و 2.0 درصداز این افزودنی به ترتیب 1.48 و 1.63 برابر نمونه شاهد بود. با توجه به تحلیل های انجام شده، استفاده از 1.0 درصد وزن قیر الیاف دو سانتیمتری و 2.0 درصد وزن قیر خرده پلاستیک جهت تقویت رفتار خستگی مخلوط آسفالتی پیشنهاد می شود.

مدول برجهندگی خاک بستر ازجمله پارامترهای بسیار مهم در تحلیل و طراحی روسازی است. این پارامتر هم در روش های تجربی (مانند اشتو 1993) و هم در روش های مکانیستیک-تجربی (مانند MEPDG) به عنوان اصلی ترین پارامتر برای بیان مقاومت و خصوصیات مکانیکی خاک بستر مورداستفاده قرار می گیرد. برای تعیین این پارامتر نیاز است تا آزمایش بارگذاری سه محوری دینامیک تحت تنش های محدود کننده و تنش های انحرافی مختلف بر روی خاک انجام شود که انجام این آزمایش ها بسیار وقت گیر و پرهزینه است. در این مقاله عملکرد سه روش ترکیبی هوش محاسباتی شامل شبکه عصبی مصنوعی بهینه سازی شده با الگوریتم ازدحام ذرات (ANN-PSO)، ماشین بردار پشتیبان بهینه سازی شده با الگوریتم ازدحام ذرات (SVM-PSO) و سیستم استنتاج تطبیقی عصبی-فازی بهینه سازی شده با الگوریتم ازدحام ذرات (ANFIS-PSO) به منظور پیش بینی مدول برجهندگی مصالح خاک بستر ریزدانه مورد ارزیابی قرار گرفته است و نتایج این سه روش با یکدیگر مقایسه گردیده است. در کلیه این مدل ها درصد عبوری از الک نمره 200، حد روانی، شاخص خمیری، درصد رطوبت بهینه، درصد رطوبت، درجه اشباع، مقاومت فشاری تک محوری، تنش محدودکننده و تنش انحرافی به عنوان ورودی و مدول برجهندگی به عنوان پارامتر خروجی در نظر گرفته شد. نتایج این تحقیق نشان می دهد که روش ANN-PSO بیش ترین دقت را در پیش بینی مدول برجهندگی خاک های ریزدانه فراهم می سازد. ضریب رگرسیون حاصل از این روش برای مجموع کل داده ها برابر با 0.992 است و این روش در اکثر موارد مقدار مدول برجهندگی را با درصد خطای کمتر از 20 درصد پیش بینی می کند. ضریب رگرسیون حاصل از دو روش SVM-PSO و ANFIS-PSO به ترتیب برابر با 0.989 و 0.951 است. نتایج این تحقیق همچنین نشان داد که درصد مصالح عبوری از الک نمره 200 بیشترین تاثیر و پارامتر تنش انحرافی کمترین تاثیر را بر روی مدول برجهندگی مصالح خاکی ریزدانه دارند.