پژوهشنامه حمل و نقل

پژوهشنامه حمل و نقل

آنالیز حساسیت روسازی بتنی JPCP به چرخه‌های ذوب و انجماد

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
محمودرضا کی منش 1
محمدرضا محمدعلیها 2
حمیدرضا ربانی نژاد 3
1 دانشیار، گروه مهندسی عمران، دانشگاه پیام‌نور، تهران، ایران
2 دانشیار، گروه مهندسی صنایع، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران
3 دانش‌پژوه دکتری، گروه مهندسی عمران، دانشگاه پیام‌نور، تهران، ایران
10.22034/tri.2022.353425.3070
چکیده
سیکل­های ذوب و انجماد، ازجمله مهم­ترین فاکتورهای اقلیمی هستند که خصوصیات مکانیکی بتن­های روسازی را تغییر داده، در ایجاد ترک­ها نقش بسزایی داشته و مکانیزم رشد ترک­ها را نیز تحت تاثیر قرار می­دهند. آسیب­های روسازی بتنی ناشی از عوامل محیطی شامل نوسانات روزانه و فصلی در پروفیل­های رطوبت و دما، تغییر در سطح آب­های زیرزمینی، بارش/نفوذ، چرخه­های ذوب و انجماد و دیگر عوامل خارجی، به صورتی کاملاً جامع در روش طراحی مکانیستیک-تجربی، مدل­بندی شده­اند. اثرات ذوب و انجماد، در لایه­های زیرین تجربه می­شود اما در نهایت موجب آسیب­دیدگی سطح روسازی می­گردد. در راستای آنالیزحساسیت روسازی بتنی به چرخه­های ذوب و انجماد، در این پژوهش، حساسیت مدول ارتجاعی، مصالح اساس در مقابل این چرخه­ها و همچنین در مقابل سطح آبهای زیرزمینی، با استفاده از مدل پیشرفته یکپارچه­سازی عوامل محیطی مورد تحلیل واقع شد؛ بدین منظور، ابتدا نوسانات فاکتورهای تعدیلِ مدول(F_env)،  در مقابلِ متغیرهای مختلف نظیرِ مشخصات فنی مصالح اساس، تعداد روزهای سپری شده از زمان ذوب یخ، عمق سفره آب زیرزمینی و درجه اشباع مصالح، محاسبه شد؛ سپس حساسیت مدول ارتجاعی لایه اساس به تغییر فاکتورهای تعدیل، مورد ارزیابی قرار گرفت و آنگاه با استفاده از شاخص حساسیت نرمال، تغییر در پتانسیل آسیب­پذیریِ این نوع روسازی، آنالیز گردید. نتایج حاصله، پتانسیلِ آسیب­پذیریِ رویه­های بتنی ساده درزدار (از لحاظ پلکانی­شدن، ترک­خوردگی و ناهمواری) در مقابل چرخه­های ذوب و انجماد را «فوق­العاده حساس» نشان داد.
کلیدواژه‌ها
آسیب‌های رویه بتنی‌‌
آنالیز حساسیت‌‌
چرخه‌های ذوب و انجماد‌‌
روسازی بتنی ساده درزدار‌‌
مدول ارتجاعی اساس

موضوعات

عنوان مقاله English

Sensitivity Analysis of Jointed Plain Concrete Pavement to Freeze-Thaw Cycles

نویسندگان English

Mahmoudreza Keymanesh 1
Mohammadreza Mohammadaliha 2
Hamidreza Rabbaninezhad 3
1 Associate Prof., Department of Civil Engineering, Payame Noor University, Tehran, Iran.
2 Associate Prof., Department of Industrial Engineering, Iran University of Science and Technology (IUST), Tehran, Iran.
3 Ph.D., Candidate, Department of Civil Engineering, Payame Noor University, Tehran, Iran.
چکیده English

Freeze-thaw cycles are among the most important climatic factors that change the mechanical properties of pavement concrete, and play an important role in creating cracks and also affect the growth mechanism of cracks. Concrete pavement damage caused by environmental factors including daily and seasonal fluctuations in humidity and temperature profiles, changes in groundwater level, precipitation/ infiltration, freeze-thaw cycles and other external factors, are completely modeled in the mechanistic-empirical design method (ME). The effects of melting and freezing are experienced in the substrates, but ultimately cause damage to the pavement surface. In order to analyze the sensitivity of JPCP concrete pavement to freeze-thaw cycles, in this study, the sensitivity of the resilient modulus (Mr) of the base material against these cycles and also against the groundwater level was analyzed using enhanced integrated climate model (EICM). For this purpose, the fluctuations of modulus adjustment factors (F_env) against various variables such as technical characteristics of base materials, number of days elapsed since ice melting, groundwater table level and saturation degree of materials were calculated and then, the sensitivity of the base layer resilient modulus to changing the adjustment factors was evaluated. Then, using the normal sensitivity index (NSI), the change in the damage potential of this type of pavement was analyzed. The results showed the potential for vulnerability of jointed plain concrete pavement (in terms of faulting, cracking and roughness) to freeze-thaw cycles to be "Extremely Sensitive".

کلیدواژه‌ها English

Concrete Pavement Failures
Sensitivity Analysis
Freeze-Thaw Cycles
Jointed Plain Concrete Pavement
Base Resilient Modulus
-ربانی­نژاد، حمیدرضا ( 1401). مطالعه آزمایشگاهی تأثیر سیکل­های ذوب و انجماد بر خواص مکانیک شکست بتن روسازی. رساله دوره دکتری تخصصی (اساتید راهنما: دکتر محمودرضا کی­منش، دکتر محمدرضا محمدعلیها). دانشکده فنی و مهندسی. دانشگاه پیام­نور تهران.
-کی­منش، محمودرضا، و ربانی نژاد، حمیدرضا (1399). کتاب روسازی بتنی (جلد اول). تهران، انتشارات دانشگاه پیام­نور.
-کی­منش، محمودرضا، و ربانی نژاد، حمیدرضا (1400). کتاب روسازی بتنی (جلد دوم). تهران، انتشارات دانشگاه پیام­نور.
-Abdolghanizadeh, K., Hosseini, M., Saghafiyazdi, M., (2019). Effects of number of freeze-thaw cycles and freezing temperature on mode I and mode II fracture toughness of cement mortar. Journal of Mining and Environment, 10(4), 967-978.doi: 10.22044/jme.2019.8501.1728
-American Association of State Highway and Transportation Officials, (2015). AASHTOWareTM Pavement ME Design, American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington D. C.
-American Association of State Highway and Transportation Officials, (2008)‌‌.‌‌‌‌ AASHTO Mechanistic-Empirical Pavement Design Guide, A Manual of Practice, Interim Edition‌‌.‌‌ Washington D‌‌. C‌‌.
-Azizinamini, a., Ala, N., & Stanigzai, M. (2009). Development of field data for effective implementation of mechanistic empirical pavement design procedure. NaBRO. University of Nebraska-Lincoln.
-Ferrebee, E., (2017). Software tools and solutions to design concrete pavements. WCPA 2017 Annual Concrete Pavement Workshop. Wisconsin.
-Guclu, A., & Ceylan, H., (2005). Sensitivity analysis of rigid pavement system using the mechanistic-empirical design guide software. MS. Thesis, Iowa University.
-Guo, S., Dai, Q., & Hiller, J., (2018). Investigation on the freeze-thaw damage to the jointed plain concrete pavement under different climate conditions. In Frontiers of Structural and Civil Engineering, Springer Science and Business Media LLC.Vol. 12, Issue 2, 227–238.
-Li, Q., Mills, L., & McNeil, S., (2011). The implications of climate change on pavement performance design. A report submitted to the University of Delaware University Transportation Center (UD-UTC).
-Luo, S., Bai, T., Guo, M., Wei, Y., & Ma, W. (2022). Impact of Freeze–Thaw Cycles on the Long-Term Performance of Concrete Pavement and Related Improvement Measures: A Review. Materials, 15(13), 4568.
doi.org/10.3390/ma15134568
-Springer, J., (2016). Impact of Environmental Factors on Pavement Performance in the Absence of Heavy Loads (Publication No. FHWA-HRT-16-078). VA: Turner-Fairbank Highway Research Center.
-Timm, D., Barret, w., (2005). Analysis of the 2002 design guide for rigid pavement. Final report, ALDOT project 930-554. University of Auburn, Alabama.
-Wang, R., Zhang, Q., & Li, Y., (2022). Deterioration of concrete under the coupling effects of freeze–thaw cycles and other actions: A review. In Construction and Building Materials, Vol. 319, 126045-126046. Elsevier BV.
doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.12604