تغییر شکل جاده
تغییر شکل جاده
تغییر شکل که معمولاً (rutting) نامیده میشود ممکن است به یک یا تعداد بیشتری از لایههای آسفالت محدود شود یا در سراسر جاده گسترش یابد و وارد بستر شود. بههرحال در عمل، عمده نقصهای تغییر شکل از تغییر شکل پلاستیک در رویه سطح و یا سطح جاده ناشی میشود. یک مثال در شکل ۱۴ نشان دادهشده است. این پدیده میتواند تحت حرکت یا سکون ترافیک و مخصوصاً تحت تنش کششی بالا اعمالشده بهوسیله ترمز، شتاب یا دورزدن ترافیک اتفاق بیافتد. اولین مؤلفهای که بر تغییر شکل پلاستیک اثر میگذارد ترکیب مخلوط است. تغییر شکل پلاستیک در دماهای بالا بیشتر است، دمای ۶۰ درجه سانتیگراد میتواند بالاترین دما در محل باشد. در چنین دمایی اثر انباشته شدن از تکرار بارگذاریهای کوتاهمدت را میتوان بهوسیله ویسکوزیته تشخیص داد. تخمین زدهشده که در هنگام تابستانهای داغ تجربهشده در انگلستان در سالهای ۱۹۷۶، سرعت تغییر شکل در مسیر چرخ رویههای آسفالت گرم کوب بین دو تا چهار برابر یک تابستان معمولی در انگلستان بوده است.
اهمیت شاخص نفوذ (PI) قیر بهوسیله یک جاده آزمایشی وسیع ایجادشده در گذرگاه فرعی Colnbrook تأیید شد. در این پروژه قیرهای با خصوصیات رئولوژیک بسیار متفاوت در مخلوط رویه آسفالت گرم کوب استفاده شدند. شکل ۱۵ رابطه بین عمق شیار[۱] جاده بعد از ۸ سال و شاخص نفوذ قیر را نشان میدهد. مزیت استفاده از قیر با شاخص نفوذ بزرگتر مشهود است.
کارهای انجامشده در چندین آزمایشگاه نشان داده است که تغییر شکل اتفاق افتاده در یک آزمون مسیر چرخ میتواند بهوسیله آزمون uniaxial unconfined creep compression پیشبینی شود. اگر شرایط دما و بارگذاری یکسان باشد، با استفاده از رسم منحنی خزش سختی مخلوط (Smix) در برابر سختی قیر (Sbit) میتوان مخلوطهای مختلف را باهم مقایسه و تغییر شکلهای نسبی آنها را پیشبینی کرد.
شکل منحنی خزش برای یک رویه سطح آسفالت گرم کوب را میتوان برای بیشتر طولهایش بهوسیله خط راستی با شیب ۰٫۲۵ تقریب زد بنابراین:
برای دو مخلوط که مقادیر Sbit را داریم در یک نسبت مشخص:
برای آسفالتها در ساختارهای جاده مشابه که تحت تأثیر ترافیک یکسان هستند:
برای دو مخلوط با داشتن مقادیر Smix در نسبت مشخص:
روابط بالا میتواند برای مقایسه تأثیر تغییر نفوذ و یا شاخص نفوذ قیر استفاده شود.
محاسبات انجامشده بر این اساس نشان میدهد که اگر تغییر شکل یک قیر با پن ۵۰ را بهعنوان واحد در نظر بگیریم، مخلوطی که بهوسیله یک قیر با پن ۳۰ ساختهشده در شرایط دما و بارگذاری یکسان ۰٫۷۵ واحد تغییر شکل خواهد داد. فرض شده که زمان بارگذاری برای تشخیص ویسکوزیته و سختی یکسان است. برعکس اگر یک قیر با پن ۱۰۰ استفاده شود ۱٫۵ واحد تغییر شکل اتفاق خواهد افتاد (جدول ۲ الف). واضح است که بهبود کوچک در مقاومت تغییر شکل بهوسیله استفاده از قیر سختتر به شکل خالص به دست میآید.
افزایش شاخص نفوذ قیر به شکل عمده مقاومت به تغییر شکل را بهبود میبخشد. برای مثال، در ۴۰ درجه سانتیگراد یک قیر با پن ۴۰ و شاخص نفوذ ۰٫۵- دارای ویسکوزیته ۱۰۴×۴ پاسکال ثانیه است درحالیکه یک قیر بانفوذ یکسان ولی شاخص نفوذ ۲٫۰+ دارای ویسکوزیته ۱۰۵×۶ پاسکال ثانیه در ۴۰ درجه سانتیگراد است. این یک مؤلفه ۱۵ در ویسکوزیته و ازاینرو در سختی دو قیر را میدهد؛ بنابراین بکار بردن فرمول با توان ۰٫۲۵ در بالا یک افزایش تقریباً ۲ در سختی مخلوط را میدهد. بر این اساس، تغییر شکل بهوسیله یک مخلوط ساختهشده با قیر دارای شاخص نفوذ ۰٫۲+ نصف تغییر شکل مخلوط ساختهشده با قیر استاندارد است (جدول ۲ ب). شکل ۱۶ روابط تئوری بالا را برای تغییر شکل نسبی رسم شده بهعنوان تابعی از شاخص نفوذ نشان میدهد. این بهروشنی نشان میدهد که روابط تئوری بهوسیله آزمونهای مسیر چرخ آزمایشگاهی و جاده آزمایشی تماممقیاس همزمان حمایت میشود.
رابطه بین خواص قیر با آزمونهای مسیر چرخ و مارشال نشان میدهد که رابطه بین نفوذ قیر و پایداری مارشال ضعیف است درحالیکه نقطه نرمی برای پایداری مارشال و تغییر شکل در آزمون مسیر چرخ خیلی خوب رابطه دارند (شکل ۱۷ را ببینید). برای هر ۵ درجه سانتیگراد افزایش در نقطه نرمی، پایداری مارشال ۱٫۳ kN افزایش مییابد (شکل ۱۷ ب) و نرخ مسیر چرخ تقریباً نصف میشود (شکل ۱۷ ث).
[۱] Rut depth