عوامل موثر در انتخاب نوع آسفالت چیست؟
نوع روکش و آسفالت را می توان به سادگی با توجه به حجم ترافیک شهری در خیابان و نوع خاک انتخاب نمود اما گاهی انتخاب روکش آسفالت آنقدر پیچیده می شود که باید با توجه به تحقیقات وپژوهش های سنگین صورت گرفته و فاکتور های مهم و وزین مانند چرخه هزینه زندگی انتخاب کرد. هر گاه که در انتخاب از متدولوژی استفاده شود باید سبک انتخاب شده عینی، منطقی، علنی، قابل توضیح و مهم تر از همه این که بهترین معیار برای پرداخت کننده مالیات را در بر داشته باشد.
بسیاری از آژانس های سازنده بزرگراه های ایالات متحده امریکا درصددند تا روند روکش کردن خیابان ها را مورد بررسی و بازبینی قرار دهند تا نسب به رعایت اصول و الگوهای آسفالت کاری مطمئن شوند. در برخی از ایالات تصمیم گیری در این خصوص فقط بر عهده سازمان مرکزی است و در برخی دیگر به سازمان ها و ادارات زیر مجموعه نیز تفیذ اختیار شده است.
روکش کردن خیابان ها کاری بسیار دشوارتر از آسفالت کردن مسیر درب منزل تا پارکینگ اتومبیلتان است. اما آسفالت کردن خیابان ها با این نوع آسفالت بسیار متفاوت است چرا که آسفالت مطلوب می بایست در برابر ترافیک و عبور و مرور سنگین اتومبیل ها و بدی شرایط آب و هوایی بسیار مقاوم بوده و از نظر همواری به گونه ای باشد که بتوان بر روی آن هاکی بازی کرد.
همچنین اگر عمل آسفالت کردن خیابان ها به خوبی صورت گرفته و از آن به خوبی محافظت شود جذابیت خاصی را به خیابان ها و خانه ها ومغازه ها می بخشد. به همین جهت است که طراحان و مهندسین با استفاده از خلاقیت خود تغییرات جالبی را در رنگ و الگوی آسفالت کاری پدید آورده اند. باید از آسفالت خیابان ها طوری محافظت شود که در زمستان ها در اثر برف و یخبندان آسیبی نبیند و در تابستان هم آلودگی و کثیفی بر آن تاثیر گذار نباشد. اگر آسفالت این گونه باشد بدیعی است که مقرون به صرفه، بادوام و دائمی خواهد بود و همچنین نگهداری از آن نیزراحت تر می باشد.
برای تحقق این امر سه فاکتور اساسی وجود دارد که عبارتند از:
1)طراحی مناسب
2)استفاده از مصالح و مواد مرغوب
3)اجرای صحیح عملیات ساخت و زیرسازی ومهمتر از آن نظارت صحیح
تاثیر طراحی مناسب چیست؟
اگر طراحی دقیق و مناسب باشد می توان گفت که خیابان آسفالت شده تا 20 سال به همان صورت اولیه و بدون مشکل باقی می ماند.
شالوده: جاده از زمین و خاک درست شده است پس می بایست کار زیرسازی آن را با استفاده از مواد جامد شروع کرد.
*زیرسازی خیابان می بایست هموار، قرص و محکم باشد و در بستر حمل و نقل شهری واقع شود. به هیچ عنوان استفاده از تن مایه های گیاهی و حیوانی و خاک های سطحی در زیرسازی تجویز نمی گردد.
*حدود 6 تا 8 میلیمتر از سطح بالایی زیرسازی باید با سنگ ریزه های زبر و در عین حال متراکم پر شود.
*برای عریض سازی و زیرسازی دوباره خیابان باید مجددا عملیات زیرسازی با سنگ ریزه ها صورت گیرد تا زه کشی محل اجرا با اطمینان بیشتری انجام شود.
روکش کردن: آنچه می بینیم و به نظر مناسب می آید ملزوما مطلوب نیست. به عنوان مثال اگر روکش خیابان در نظر صاف و هموار می آید دلیل بر مطلوب بودن و مناسب بودن آن نیست. در واقع آنچه فاکتور اصلی در مطلوب بودن آسفالت مد نظر است تراکم و ضخامت آسفالت اجراییاست.
*راههای ورودی و اختصاصی به کمترین تراکم ضخامت یعنی چیز در حدود 50 میلیمتر آسفالت مخلوط گرم نیازمند است.
*ضخامت هر لایه آسفالت معمولا سه چهارم ضخامت آسفالت نرم و مخلوط و گرم است. پیمانکار می بایست در قراردادش میزان ضخامت و تراکم روکش را بطور دقیق ذکر کند تا ابهامات در این مورد از بین رفته و از هر گونه کارشکنی ممانعت به عمل آید.
*برای اینکه دوام آسفالت بیشتر شود بهتر است که 50 میلیمتر به زیرسازی و 40 میلیمتر به لایه های رویی و سطح خیابان اختصاص یابد.
زه کشی: هنگامیکه آب بر آسفالت ها جاری می شوند و از مسیر خانه ها روان شده و از زیر سازی آسفالت عبور می کنند، تهدید کننده است.
*روکش خیابان ها باید دارای شیب باشد_در شیب گذاری گذاشتن شیب یک چهارم اینچ در هر 5/30 معمول است.(2 سانتی متر متر برای هر یک متر عرض(
*زه کشی زیر زمینی لزومی ندارد.
*برای هر 30 متر از خیابان ارتفاع شیب می بایست 460 میلیمتر باشد.
*زهکشی باید از ساختمان ها فاصله داشته باشد و نباید اجازه داد تا آب در لبه آسفالت خیابان جمع شود.
چرا استفاده از مواد و مصالح مرغوب
*در خیابان ها که نیروی زیادی بر آن وارد نمی شود همان آسفالت HMA سنتی مناسب است. در بیشتر موارد HL-8 مخلوط برای زیرسازی (به اندازه 19 میل متر) این قبیل خیابان ها استعمال می شود. در زیرسازی جاده های خارج از شهر و پارکینگ ها می توان از HL-3 (به اندازه 5/12 میلیمتر) برای بخش های سطحی استفاده نمود. برخی عقیده دارند که استفاده از HL-3 و یابه اندازه 5/12 میلی متر) به روکش و آسفالت دوام بیشتری می بخشد. HL-3A (
*مطمئن شوید که پیمانکار پروژه آسفالت را از تولید کنندگان مجاز و معتبر تهیه کرده است تا از کیفیت پروژه کاسته نشود.
اجرای صیحیح عملیات اجرایی
*زیرسازی می بایست هموار و محکم باشد. پیمانکار باید مناطقی که خاک سست و نرم دارند را با مواد متراکم و چگال جایگزین سازد این مورد نقش تعیین کننده ای دارد.
*در مناطقی که خانه های جدیدی ساخته شده اول مطمئن شوید که دیگر زمین نشست نمی کند شاید لازم باشد برای اطمینان از این امر چندین ماه منتظر بمانید.
*سنگ ریزه هایی که در شالوده به کار می رود باید طوری ریخته شود که ضخامت در همه جا یکسان باشد.
*در بخش زیرین آسفالت از گیاه کش ها استفاده کنید تا اگر احیانا آسفالت در آینده ترک برداشت در آنجا گیاه روئیده نشود و آسفالت متلاشی نگردد.
*باید آسفالت در درجه حرارت مناسب قرار گیرد. اگر حرارت داده شده بیش از حد باشد (که در این حالت دود آبی رنگی از روی آسفالت متصاعد می شود) سطح آسفالت پس از مدت کوتاهی ترک بر می دارد و آسفالت زودتر از مدت مقرر سخت و سفت می شود.( بنابر این یکی از مواردی که باید مد نظر قرار داد و نظارت صحیحی بر آن داشت کنترل درجه حرارت آسفالت میباشد)
*پیمانکار نباید در یک برجستگی بیش از 5 سانتی متر آسفالت مخلوط گرم بریزد.
*پیمانکار نباید بصورت دستی خیابان را آسفالت کند.
*استفاده از غلتک و عملیات متراکم سازی آسفالت باید از همان ابتدای کار صورت گیرد تا آسفالت در جای خود قرار گرفته و متراکم شود و تا زمانی که تمامی نقاط ناهموار پوشانده شودادامه می یابد.
مشخصات و ویژگیهای تونلها و نحوه ساخت آنها در تاثیر پذیری آنها از زلزله موثر است. در اینقسمت تعاریف مربوط به تونلها بیان شده و اثر هرکدام در تاثیر پذیری تونلها بررسی می‌شود.
1- عمق تونل :
بطور کلی تونلها در مقابل زلزله، نسبت به سایر سازه‌های سطحی بسیار پایدارترند. چرا که جابجائی زمین، دامنه حرکات، شتاب و سرعت ذره‌ای زمین عموما با زیاد شدن عمق، کاهش می‌یابد (مخصوصا اگر زمین نرم باشد)؛ بطوری که در مواردی شتاب زلزله در عمق بیش از 50 متر، حدود 40 درصد کاهش بافته است. البته ذکر این نکته نیز ضروری است که اگر چه شتاب و بعضی پارامترهای دیگر در عمق کمتر از لایه سطحی است، اما مشخصاتی مثل فرکانس زلزله به منبع تولید موج بستگی دارد و تابع عمق زمین نمیباشد. البته باید به این نکته نیز توجه داشت که میزان جابجائی ناشی از گسلش در عمق بیشتر از سطح است که این موضوع در بخش جداگانه‌ای مورد بحث قرار خواهد گرفت.
2- شکل و اندازه تونل :
همانطور که در بخش قبل اشاره شد، هر چه مقطع تونل بزرگتر باشد، حساسیت آن به زلزله بیشتر است. یکی از موارد بزرگ بودن موضعی تونلها، در تقاطعها و ایستگاههای مترو میباشد. همچنین وجود دو یا چند تونل در کنار هم معمولا باعث تمرکز تنشهای استاتیکی در محیط بین تونلها می‌گردد. همین حالت در هنگام گذر موج زلزله که نوعی تنش است، اتفاق می‌افتد.
3- وضعیت لایه بندی و جنس زمین:
امواج تولید شده در حین حرکت، تحت تاثیر خواص زمین قرار می‌گیرند. امواج فشاری و برشی در سطح برخورد با لایه‌های مختلف دچار انکسار و انعکاس می‌شوند و این باعث افزایش یا کاهش دامنه نوسانها می‌گردد. از طرف دیگر، شرایط و وضعیت خاک تحت الارضی و حتی توپوگرافی یک ناحیه ممکن است عامل افزایش اساسی در شدت جنبشهای سطح زمین گردد. تقویت شتاب در انباشته‌ای نرم بزرگتر از مقدار آن در انباشته‌های سفت میباشد.
4- نحوه ساخت تونل:
روشهای مختلفی برای ساخت تونل (کندن تونلها) وجود دارد که بستگی به شرایط ساختگاهی و زمین ساختی روش مناسب انتخاب می‌شود. روشهایی که بیشتر معمول هستند روش حفاری شده و خاکبرداری شده است. در مورد تاثیر نحوه ساخت بر رفتار تونلها جدول زیر در HAZUS99 که توسط NIBS آمریکا ارائه شده است (جدول 4-1). نحوه ساخت تاثیر بسیار زیادی بر اثر پذیری از امواج زلزله دارد، چرا که در روش حفاری، خاک اطراف کاملا دست نخورده باقی می‌ماند و از طرف دیگر این گونه تونلها معمولا در جائی ساخته می‌شوند که عمق قرار گیری تونل زیاد باشد. ولی در تونلهای سطحی مانند تونلهای مترو، اغلب از روش خاکبرداری و پوشش استفاده می‌شود.
5- پوشش داخلی تونل (Lining):
پس از حفاری تونل در صورت نیاز از پوشش داخلی برای محافظت در مقابل ریزش استفاده می‌شود. البته مواردی نیز وجود دارد که در صورت استحکام کافی سنگها، از پوشش استفاده نمیشود، ولی در غیر این صورت امکان استفاده از شاتکریت، بتن درجا، و یا اجزای پیش ساخته وجود دارد
در ایران نیز از چند هزار سال پیش، به منظور استفاده از آبهای زیر زمینی تونل هایی موسوم به قنات حفر شده است که طول بعضی از آنها به 70 کیلومتر و یا بیشتر نیز می‌رسد. تعداد قنات های ایران بالغ بر50000 رشته برآورده شده است. جالب توجه است که این قنات های متعدد، طویل و عمیق با وسایل بسیار ابتدایی حفر شده اند.رومی ها نیز در ساخت قنات‌ها و همچنین در حفاری تونل های راه پرکار بودند. آنها در ضمن اولین دوربینهای مهندسی اولیه را در جهت کنترل تراز وحفاری تونل ها به کار بردند.اهمیت احداث تونل ها دردوران های قدیم ، تا بدین جاست که کارشناسان کارهای احداث تونل درآن تمدن‌ها را نشانگر رشد فرهنگ و به ویژه رشد تکنیکی و توان اقتصادی آن جامعه دانسته‌اند. تمدنهای اولیه به سرعت ، به اهمیت تونلها ، به عنوان راههای دسترسی به کانی ها و مواد طبیعی نظیر سنگ چخماق به واسطه اهمیتش برای زندگی، پی‌بردند. همچنین کاربرد آنها دامنه گسترده‌ای از طاق زدن بر روی قبرها تا انتقال آب و یا گذرگاههایی جهت رفت و آمد را شامل می شد. کاربردهای نظامی تونلها ، به ویژه از جهت بالابردن توان گریز یا راههایی جهت یورش به قرارگاهها و قلعه های دشمن ، ازدیگر جنبه های مهم کاربرد تونلها در تمدن های اولیه بود.
تونل سازی همزمان با انقلاب صنعتی، به ویژه به منظور حمل و نقل ، تحرک قابل ملاحظه ای یافت. تونل سازی به گسترش و پیشرفت کانال سازی کمک کرد و این امر در توسعه صنعت به ویژه در قرون 18 و 19 میلادی در انگلستان سهم بسزایی داشت. کانال‌ها یکی از پایه های انقلاب صنعتی بودند وتوانستند در مقیاس بسیار بزرگ هزینه‌های حمل و نقل را کاهش دهند. تونل مال پاس با طول 157 متر برروی کانال دومیدی در جنوب فرانسه اولین تونلی بود که دردوره‌های مدرن در سال 1681 ساخته شد. همچنین اولین تونل ساخته شده با کاربرد حفاریو انفجار باروت بود. در انگلستان، قرن 18 نیز جیمز بریندلی از خانواده ای مزرعه دار با نظارت بر طراحی و ساخت بیش از 580 کیلومتر کانال و تعدادی تونل به عنوان پدر کانال و تونل های کانالی ملقب شد. وی در سال 1759 با ساخت یک کانال به طول 16 کیلومتر مجموعه معدن زغال دوک بریدجواتر را به شهر منچستر متصل نمود. اثر اقتصادی تکمیل این کانال نصف شدن قیمت زغال در شهر و ایجاد یک انحصار واقعی برای معدن مذکور بود.
در اوایل قرن نوزدهم به منظور عبور از قسمتهای پایین دست رودخانه تایمز هیچ سازه ای موجود نبود و 3700 عابر مجبور بودند با طی یک راه انحرافی 3 کیلو متری با قایق مسیر روترهایت بهویپنیگ را طی کنند. اقدام به ساخت یک تونل نیز به دلیل ریزشی بودن ومناسب نبودنرسوبات کف رودخانه متوقف شد. تا اینکه در حدود سال 1820 فردی بنام مارک ایرامبارد برونل از فرانسه ایده استفاده از سپر را مطرح نمود و در سال 1825 کار احداث تونل بین روترهایت و ویپنیگ را آغاز و علی رغم جاری شدن چند نوبت سیل در سال 1843 آن را باز گشایی نمود. این تونل تامس نام گرفته و اولین تونل زیر آبی بود که بدون هر گونه رودخانه انحرافی حفر شد.
در دیگر موارد تونلهای زهکشی بزرگ ، نظیر تونلی با طول 7 کیلو متر در هیل کارن انگلستان ، اهمیت زیادی در توسعه صنعت معدنکاری داشته‌اند. البته بررسی تاریخچه پیشرفت در روش ها و تکنیک ها و به عبارتی در هنر تونل سازی نشانگر این مطلب است که مانند بسیاری دیگر از علوم و فنون بیشتر رشد این هنردر قرن گذشته صورت گرفته و تا حال نیز ادامه دارد.
ویژگی های فضاهای زیرزمینی و نمونه های بارز آنهاهم اکنون در زمینه های مختلف کاربرد تونلها ، مزایای متفاوت و گوناگونی را بر می شمرند. از آن جمله ویلت، استفاده فزاینده فعلی از فضاهای زیر زمینی را به دلایل زیر رو به افزایش دانسته است.
1- تفوق محیط ساختاری به معنای وجود یک حصار وساختار طبیعی فراگیر.
2- عایق سازی با سنگهای فراگیر که دارای ویژگیهای عالی عایق‌ها می باشند.
3- محدودیت کمتر دراحداث سازه های بزرگ به دلیل نیاز کمتر به استفاده از وسایل نگهداری عمده در مقایسه با احداث همان سازه بر روی سطح زمین.
4- کمتر بودن تأثیرات منفی زیست محیطی.
از دیگر مزایای تونل ها در راههای ارتباطی می توان به :
1- کوتاهتر شدن مسیرها و افزایش راند مان ترافیکی
2- بهبود مشخصات هندسی مسیر
3- جلوگیری از خطرات ریزش کوه و بهمن
4- ایمنی بیشتر در برابر زلزله، اشاره کرد .
مثال های متعددی می توان از نقش وتأثیر عمده تونل سازی و پروژه های بزرگ این صنعت از گذشته تا حال ذکر کرد . تونل مشهور مونت بلان دو کشور فرانسه و ایتالیا را به هم متصل میسازد. عملیات ساختمانی آن در سال 1959 آغاز گردید و حفر این تونل فاصله بین میلان وپاریس را به طول 304 کیلو متر کوتاهتر نموده است. از دیگر نمونه ها کشور فنلاند است که سازه های زیر زمینی را به صورت غارهای عظیم بدون پوشش بتنی ، به منظور انبار مواد نفتی مورد استفاده قرار داده و در حال حاضر بیش از 75 انبار نفتی در سراسر کشور فنلاند با گنجا یشی بیش از 10 میلیون متر مکعب ساخته شده است.
این مقاله نگاهی اجمالی به نقش مهندسی رودخانه و اهمیت بکارگیری آن در طراحی پلها دارد. علیرغم استفاده از مصالح و تکنولوژی پیشرفته و صرف هزینه های هنگفت در طراحی و ساخت پل ها هرساله شاهد شکست و یا تخریب پلهای زیادی در دنیاو در کشورمان در اثر وقوع سیلاب هستیم. شکست و تخریب پلها علاوه بر خسارات مالی و گاهی هم جانی راه ارتباطی به نقاط سیل گیر و محتاج کمک رسانی را قطع می کند و خسارتها را دو چندان می نماید.
طبق بررسیهای انجام شده در اکثر موارد علت شکست پلها عبارتند از:
· عدم برآورد صحیح سیلاب طراحی (Flood Design) و کم بودن ظرفیت عبور سیلاب از دهانه پلها
· جانمایی (Layout ) نامناسب پلها بدون توجه به مسائل ریخت شناسی (Morphology) رودخانه
· بر آورد نادرست از عمق شالوده (براساس معیارهای سازه ای و ژئوتکنیکی) بدون توجه به مسأله فرسایش آبشستگی
· فراهم نکردن تمهیدات لازم برای عبور مناسب جریان از سازه پلها
· نقصان در حفاظت و نگهداری از پلها
بر اساس آمار و اطلاعات جمع آوری شده از خسارات سیلاب در دوره زمانی سالهای 1331 تا 1375 افزایش تخریب پلها در اثر سیلاب چشمگیر بوده است. آنچه که مسلم است یکی از عوامل اصلی این تخریبها عدم رعایت مسائل هیدرولیکی و مهندسی رودخانه در طراحی پلها در طی دهه گذشته ( که دوره توسعه سازندگی و پیشرفت بوده است) می باشد و شواهد نشان می دهد که در سالهای اخیر به این مساله توجه کافی نمی گردد. مسلماً عواقب ناشی از عدم رعایت مسائل مهندسی رودخانه در پل سازی جزصرف هزینه های زیادو بی حاصل ثمری نخواهد داشت و لازم است در برنامه های مربوط به پلسازی معیارهای هیدرولیکی در مطالعات طراحی و اجرای پلهامورد توجه قرارگیرند. تحقیقات انجام شده روی پلها نشان می دهد که علاوه بر عوامل سازه ای و ژئوتکنیکی که در محاسبه ابعاد پلها به کار می روند عوامل هیدرولیکی و اندرکنش سازه پل و رودخانه در تعیین جانمایی طول ارتفاع پایه و تکیه گاهها و حفاظت از پلها نقش اساسی دارند.
جانمایی و راستای قرارگیری پلها
عبور جاده و یا خط راه آهن از روی رودخانه ها محدود به بازه های خاصی از رودخانه هاست که توسط مسیر کلی راه مشخص می گردد علاوه بر آن مسیر کلی راه راستای قرارگیری پل روی رودخانه را نیز تعیین می نماید در حد امکان از احداث پل در بازه های ناپایدار باید اجتناب نمود بازه های ناپایدار بازه هایی از رودخانه هستند که رودخانه در آنها فرسایشی و یا رسوبگذار است.
انتخاب راستای پل عمود بر راستای جریان از وارد آمدن نیروی بیشتر و مورب به تکیه گاهها و پایه های پل جلوگیری می کند همچنین طول پل کاهش می یابد که در کاهش هزینه های کلی طرح بسیار موثر است استفاده از عکسهای هوایی و توپوگرافی بامقیاس مناسب ( 1.50000 تا 1.20000) یکی از راههای مفید برای مطالعه جانمایی و تعیین بهترین مسیر عبور پل از روی رودخانه است.
پروفیلهای کامپوزیتی که به روش پالتروژن تهیه می‌شوند، کاربرد فراوانی در ساخت پلها دارند. پلهای کامپوزیتی حاصل، در مقایسه با پلهای مشابه از جنس بتن و فولاد، از سبکی، طول عمر و سرعت نصب بیشتری برخوردارند و هزینه نصب کمتری دارند. متن فوق که برگرفته از شماره‌های1، 3 و 4 مجله کامپوزیت است به معرفی این کاربرد کامپوزیتها می‌پردازد.
یکی از وسیع‌ترین کاربردهای محصولات پالتروژنی در ساختمان، تولید سازه‌های باربر است. ساخت پلها و زیرسازه‌ها با پروفیلهای پالتروژنی بهشدت مورد توجه مهندسین آمریکایی و اروپایی قرار گرفته است. عمر مفید بالا و کاهش هزینه‌های نگهداری پل در طول دوره کاری، دلیل استقبال از کامپوزیتها در ساخت پلها میباشد. سازه‌های بزرگی که توسط تیرهای فولادی ساخته شده‌اند در طول عمرشان چندین بار رنگ‌آمیزی می‌شوند. تعمیر و نگهداری و رنگ‌آمیزی این تیرهای فولادی بهویژه در پلهای قدیمی بلند که دسترسی به آنها مشکل است، بسیار پرهزینه میباشد.
سطوح پلهای کامپوزیتی نیز از پانلهای کامپوزیتی ساخته می‌شوند. استفاده از پانلهای کامپوزیتی روشی مناسب برای کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری این سازه‌هاست. این پانلها از روشهایی همچون لایهچینی دستی و پالتروژن ساخته می‌شوند و با طول عمر بالا و استحکام بیشتر، جایگزین ایده‌آلی برای مشابه فولادی خود هستند. سطوح پلهای کامپوزیتی بصورت طول‌های پیوسته توسط فرآیند پالتروژن طراحی و تولید می‌گردند.
این قطعات متناسب با احتیاج مصرفکننده می‌تواند در سایزهای مختلفی بریده شود تا با ابعاد پل موردنظر سازگار باشند. پلهای کامپوزیتی اکنون بهعنوان پلهای دایمی برای راههای اصلی بسیاری از کشورهای پیشرفته بکار گرفته می‌شوند. این پلها بهمیزان قابل قبولی اهداف موردنظر طراحان را برآورده ساختهاند.
نخستین نمونه این پلها در ایالات متحده آمریکا طراحی و تست شدند و اولین نمونه آن در روستایی در ویرجینیای غربی نصب شد. نصب پلها در ویرجینیای غربی ثابت کردند که کامپوزیتها بطور عملی برای ساخت پلهای هوایی بسیار مفید هستند. این یک مرحله مهم در توسعه پل‌هایی بود که با کامپوزیتها ساخته شده‌اند.
نمونه دیگری از پلهای کامپوزیتی، یک پل در دانمارک است که در آن از پروفیلهای پالتروژنی استفاده شد. این پل با 40 متر طول و 3 متر عرض جهت عبور عابرین پیاده، دوچرخه‌ها و موتور سیکلتها طراحی شده و بر روی خط راه‌آهن احداث گردیده است. پل مذکور می‌تواند بارهای معادل kg/m2_500 را تحمل کند و این استحکام بوسیله یک سطح کامپوزیتی که تنها 12 تن وزن دارد مهیا می‌شود. در حالی که سطوح پلهای بتونی و فولادی که بتوانند همین میزان استحکام را داشته باشند بهترتیب دارای وزنهای 90 و 28 تن خواهند بود. ارتفاع این پل 18.5 متر است. تیرها و پانل‌هایی که در ساخت این پل بکارگرفته شده‌اند از پروفیلهای پالتروژنی ساخته می‌شوند. برجها و بخش‌های دیگر بصورت پیش‌ساخته نهایی در محل پل نصب می‌شوند. بهدلیل سبکی وزن کامپوزیتها، نصب پل تنها 18 ساعت طول کشید و مزاحمت و آشفتگی در ترافیک ریلها به کمترین حد ممکن رسید.
در فیلادفیای آمریکا با استفاده از کامپوزیتها، نوعی پل کابلی طراحی شده است که توانایی جمع شدن دارد.
اجزای کامپوزیتی پلها نسبت به مشابه فولادی خود، علاوه بر سبک‌تر بودن، از مشخصات مکانیکی بهتری نیز برخوردار است و به آسانی و بدون نیاز به تجهیزات سنگین یا کارکنان زیاد نصب می‌شوند. این پلها در مکان‌هایی مانند پارک ملی ایسلند و یا گلدنگیت مورد استفاده قرار گرفته‌اند. اکنون ساخت پلهای عبور وسایل نقلیه بهشکل یک کار مرسوم تجاری در آمریکای شمالی و اروپا رونق گرفته است.
هم‌اکنون در ساخت بسیاری از پلها تماماً از کامپوزیتها استفاده می‌شود. یکی از موارد کاربرد کامپوزیت‌های سبک، در ساخت پلهای رودخانه‌ها و مسیرهای آبی است که در انگلستان و سایر کشورهای اروپایی مورد استقبال فراوان واقع شده است. این پلها برای عبور قایق‌ها هستند و حملونقل و نصب آنها در نقاط دورافتاده و پست، بدون نیاز به تجهیزات بالابر سنگین ممکن میباشد.
سطح کامپوزیتی، 6 تا 7 برابر سطح بتون آرمه ظرفیت تحمل بار را دارد و این در حالی است که تنها 20 درصد وزن آنرا داراست. طول عمر آنها نسبت به مشابه فولادی و بتنی چندین برابر است. کامپوزیتها در طول دوره سرما منقبض نمی‌شوند و مانند آهن در محیط مرطوب زنگ نمی‌زنند و در محیط دریا دچار خوردگی نمی‌شوند. سطوح کامپوزیتی برای جایگزین کردن با سطوح قدیمی و سنتی در پلها بسیار مورد استقبال قرار گرفته‌اند، چرا که دارای ساختار بهتر و بیعیب‌تری می‌باشند. این جایگزینی می‌تواند در زمان کوتاهی انجام شود و کمترین مزاحمت را برای ترافیک و حملونقل ایجاد نماید.
توانایی استفاده از کامپوزیتها در ساخت سازه‌های پیش‌ساخته و سبکوزن باعث می‌شود که هزینه بنای سازه بشدت کاهش یابد. سازه‌های کامپوزیتی سبکوزن می‌توانند در چند ساعت نصب شوند. در عوض روزها و هفته‌ها وقت لازم است تا پلهای متداول آهنی و بتنی به شکل سنتی مرسوم نصب گردند. وزن سبک سطوح کامپوزیتی، همچنین قابلیت تحمل بار بالاتر را برای پل فراهم می‌آورد. کامپوزیتها می‌توانند با مقاومت بالایی که در برابر خوردگی و خستگی از خود نشان می‌دهند، هزینه‌های مربوط به تعمیر و نگهداری خود را به حداقل برسانند.
چنان که در این مقاله ارائه می گردد، فاجعه فرو ریزش پل I-35W در ایالت مینسوتا در ایالات متحده امریکا محصول بی توجهی به نتایج بازرسی های فنی و گزارشات آسیب پذیری سازه ای این پل می باشد. نتایج مطالعات اخیر در خصوص نقصهای سازه ای احتمالی ناشی از ترکهای خستگی به بهسازی و مقاوم سازی پل نیانجامید. همچنین، مقاله به بیان چگونگی تسریع فرآیند بازرسی، بهسازی و مقاوم سازی پل های امریکا، انجام برآوردهای دقیق تر هزینه این پروژه ها و تحلیل سود و زیان آنها پس از فرو ریزش پل می پردازد. بر مبنای تجارب حاصله و اطلاعات گردآوری شده در ارتباط با حادثه فرو ریزش پل I-35W، آخرین آمار رسمی پل های ایران و نیز هزینه متوسط بازسازی و ساخت مجدد پل ها، ارزیابی کلی از وضیعت پل های مختلف شهری و برون شهری ایران صورت می گیرد و با بهره گیری از اطلاعات چندین پروژه مقاوم سازی پل تخمینی از هزینه مقاوم سازی پل های کشور ارائه می گردد.
1- مقدمه
زمانی که از بهسازی و مقاوم سازی پل ها و به طور کلی ابنیه فنی راه و راه آهن در برابر بلایای طبیعی و بارهای سرویس سخن به میان می آید اغلب نگاه ها متوجه مبحث بازرسی فنی و گزارشات آسیب پذیری می شود. هر چند مبحث بازرسی فنی و گردآوری اطلاعات مقدمه فرآیند مدیریت یکپارچه پل ها می باشد لیکن در حوزه های عملی و اصولاً سیستم پایه مدیریت پل این بخش تنها بخشی از سیستم محسوب می شود که اتفاقاً نسبت به راهبردهای نگهداری کاملاً حساس و تغییر پذیر است.
به عبارتی همانگونه که از دیدگاه فن مدیریت اطلاعات یکپارچگی و انسجام اطلاعات در اولویت می باشد و یا در جمع آوری و ساماندهی اطلاعات شبکه های شریان های حیاتی، عکس العمل های وابسته آنها را نیز باید مدنظر قرار داد از نگاه مدیریت پل نیز نوع و روش بازرسی متأثر از سیاست کلی معیار ایمنی است.
لزوم توجه به بهسازی و مقاوم سازی پل ها به عنوان یکی از عمده ترین سرمایه ها در شبکه های ریلی و جاده ای از دو جنبه مورد توجه است. ابتدا همین ارزش سرمایه ای ابنیه موجود و دوم عملکرد شریان های حیاتی در هنگام بروز بلایای طبیعی و شرایط جنگی است. در این خصوص جمع آوری، سازماندهی و تحلیل صحیح اطلاعات ابزار مناسب و لازم مدیران بهره بردار و بحران خواهد بود.
با توجه به اهمیت بهسازی و عدم کفایت صرف بازرسی های فنی و تحلیل داده ها ابتدا استراتژی های نگهداری در چارچوب سیستم مدیریت پل تشریح می شود و به عنوان شاهدی بر فاجعه آمیز بودن سیاست "نگهداری عکس العملی"1 پل ها فروریزش پل I-35W مورد ارزیابی قرار گرفته است. در پایان نیز از جنبه سیاستگذاری کلان اقتصادی و ایمنی آماری رسمی از پل های موجود کشور با چند پروژه بهسازی پل قیاس می شود تا تخمینی از حجم و هزینه نگهداری استاندارد آنها حاصل شود.
2- استراتژی نگهداری در سیستم مدیریت پل
استراتژی نگهداری هر چند به عنوان مرحله ای از مراحل مختلف سیستم مدیریت پل مطرح است لیکن به جهت اهمیت و اثرگذاری بقیه بخش های سیستم را تحت تأثیر قرار می دهد. در میان مراحل گردآوری مستندات، بازرسی، نگهداری، مالی، مدیریت و پایگاه پردازش داده ها بازرسی رابطه مستقیم و دو طرفه مشهودتری با راهبرد نگهــداری دارد. به عـبارتی نتایج حاصل از عملیات بازرسی به درک مناسب تر و تدوین راهبرد متناسب کمک می کند و در عین حال از حیث شیوه، دامنه بازرسی و دوره های زمانی تکرار متأثر از آن است.
در راستای حفظ معیار ایمنی بر اساس (DECD 1976) دو راهبرد کلی "نگهداری عکس العملی" و "بازرسی سیستماتیک" تعریف می شود. روش اول به عنوان راهکار مدیریت بحران بازرسی ها را به اعضای اصلی و در سحطی محدود تعریف می کند در حالی که روش دوم یک روش پیشگیرانه محسوب شده در دوره های زمانی کوتاه تر ارزیابی و بازرسی کلی سازه را مورد توجه قرار می دهد .
هر چند تفهیم منافع مالی مدیریت و نگهداری صحیح پل ناشی از کاهش هزینه های آتی، عملکرد مناسب در شرایط بحرانی (بلایای طبیعی و نظامی) و کاهش سوانح رانندگی جهت اخذ سرمایه های بیشتر از مدیران چندان آسان نیست لیکن راهبرد عکس العملی ریسک بالایی برای مردم و استفاده کنندگان پل ها در برخواهد داشت. در راستای ایجاد تعامل بیشتر و ترسیم اهمیت راهبردهای پیشگیرانه، سیستم های پیچیده تری از مدیریت پل قابل بهره برداری هستند که در آن بر اساس نگارش یک سناریوی "چه می شود- اگر"1 تبعات و خسارات خرابی پل به هنگام شرایط اضطراری بیان شده با تخمینی از زمان بازسازی، تبعات سیاسی و منابع مالی و انسانی می توان مدیران و تصمیم گیران را نسبت به پیاده سازی خروجی سیستم ترغیب نمود.
سیستم مدیریت پل زمانی مؤثر خواهد بود که تمام ارکان ها به درستی پیاده شود. کارشناسان و مدیران پل از یک سو باید در گزارشات خود، نتایج را کاملاً شفاف و جامع ارائه کنند و از سویی دیگر دست اندرکاران و بهره برداران، التزامی عملی نسبت به پیاده سازی و تخصیص منابع آن داشته باشد.
برای تأثیر گذاری سیستم مدیریت پل باید تمامی اطلاعات لازم به عنوان ورودی در اختیار آن قرار گیرد. در مقابل این ورودی با تعامل اجزای2 BMS می تـوان خروجی شفافـی شـامل یک زمـان بندی محدود ارائه نمود. این زمان بندی محدود در حقیقت همان بعد الزام آور عمل به راهکارهای نگهداری است. براساس این خروجی پل های معیوب بر اساس نیاز تعمیرات طبقه بندی و با اولویت بندی روش های نگهداری از هیچ کار تا تخریب کامل و بازسازی پل راهکار ارائه می گردد.
همانگونه که اشاره شد این راهبرد یا خروجی سیستم در ارتباطی تنگاتنگ با مرحله بازرسی پل است از جمله فرآیندهای ضروری بازرسی پل به عنوان یک فعالیت کاملاً تخصصی تهیه اطلاعاتی برای انتخاب یک راهبرد نگهداری مناسب و تعیین نقاط بالقوه معیوب است که همچنان شفافیت و وضوح اطلاعات ثبتی مورد تأکید است.
در یک سیستم موفق پل که اطلاعات پردازش شده بازرسی و روش های نگهداری و تعمیر تدوین شده آن توسط یک الگوریتم مدوم حاوی پیشنهاداتی از صرف بودجه و برنامه ریزی استراتژی بلند مدت نگهداری باشد مرحله مدیریت جایگاه اصلی سیستم است. این مهم به ویژگی های منحصر به فرد هر پل و عوامل متعدد تأثیر گذار بر آن بازمی گردد که علیرغم طراحی آن الگوریتم مدون حضور مدیر تصمیم گیر برای اولویت بندی ها و کارشناس خبره جهت قضاوت های مهندسی را کمرنگ نمی کند.
3- معرفی پل I-35W
پروژه ساخت پل I-35W بر روی رودخانه می سی سی پی در ایالت مینسوتا (Minnesota) در ایالات متحده در سال 1964 آغاز و برای احداث آن مبلغ 5269002 دلار هزینه شد. خرپای فولادی پل متشکل از سه بخش بود؛ عرشه، روسازه و زیر سازه. پل I-35W در ماه نوامبر سال 1967 با سه محور عبوری در هر جهت به بهره برداری رسید. در سال 1988 یک محور عبوری دیگر در هر جهت به پل اضافه شد تا تغییرات ترافیکی حاصل از احداث راههای مختلف در دو طرف پل کنترل گردد. بدین ترتیب عرشه پل در هر دو جهت دارای درزی طولی موازی با امتداد عبور ترافیک بود.
طول این پل چهارده دهانه 581 متر و عرض آن 34 متر بوده است. دهانه های ورودی جنوبی (دهانه های 1تا5) از شاهتیرهای فولادی و دهانه های اصلی پل (دهانه های 6 تا 8) از خرپاهای فولادی عرشه ساخته شده بودند. دهانه های ورودی شمالی نیز از شاهتیرهای فولادی (دهانه های 9 تا 11) و دال بتنی (دهانه های (12 تا 14) تشکیل یا فته بودند. عرشه پل به مساحت تقریبی 2m 19754 دارای هشت خط عبوری (4 خط رفت و 4 جهت برگشت) و ارتفاع تراز زیر پل از تراز متوسط سطح آب می سی سی پی 19.6 متر بود. براساس آمار سال 2004 اداره راه و ترابری ایالت مینسوتا به طور متوسط روزانه 141000 خودرو از پل عبور می کرده است.
بارهای ترافیکی به دو خرپای فولادی به موازات امتداد ترافیک منتقل می شدند که طول این خرپاهای متقارن در دهانه های 6 و 8 به 81 متر می رسید. از جمله موارد منحصر به فرد در مورد این سازه استفاده از قوس های فولادی 140 متری در دهانه هفتم بوده است. خرپاهای این دهانه از اعضای جوش شده ساخته شده بود که ارتفاع تقریبی آن در کنار پایه های واقع در حاشیه رودخانه به 5. 18 متر می رسید. دو خرپای موازی امتداد عبور ترافیک به وسیله تیرهای خرپایی جوش شده جانبی کف به عمق تقریبی 7. 3 متر و تراورس های فولادی جاده روی پل به طول 85 سانتیمتر به هم متصل شده بودند. این تراورس های موازی بار عرشه و بارهای ترافیکی را به تیر خرپایی کف منتقل می نمودند. سیستم سازه ای فوق به دلیل کارکرد می سی سی پی به عنوان یک شاهراه آبی ترانزیت کالا و عدم امکان احداث پایه در رودخانه مورد استفاده قرار گرفته بود.
پل I-35W در ساعت 6:05 بعد از ظهر روز اول آگوست سال جاری میلادی به طور کامل به داخل آب های می سی سی پی فرو ریخت. در هنگام ریزش عملیات ترمیم آسفالت روسازه پل در جریان و دو محور در هر جهت مسدود و مطابق برنامه ریزی های صورت گرفته جایگزینی و نوسازی پل برای سال 2025-2020 برنامه ریزی شده بود. در خلال ریزش قسمت جنوبی پل رفتار سازه ای متفاوتی از خود بروز داد. این قسمت قریب به 15 متر به طرف شرق تغییر مکان داده در حالی که بقیه قسمت های پل به صورت درجا فرو ریخته است .
4- پیشینه بازرسی های پل I-35W
در سال 2001 به دنبال ظهور آثار خستگی که عمدتاً در نتیجه اعوجاج پیش بینی نشده تیر ورق ها به وجود آمده بود، تحقیقاتی از سوی دانشگاه مینسوتا بر روی این پل انجام گرفت. نگرانی از بروز خستگی در سیستم خرپایی اصلی (سیستم خرپای کف پل) کارشناسان را مجبور به مطالعه کلیه ترک های سیستم خرپای عرشه نمود. تنش های محاسبه شده در بسیاری از جزئیات سازه ای پل از جمله سخت کننده های جوش شده طولی، سخت کننده جوش شده به صفحات داخل اعضای کششی و لقمه ها از تنش آستانه خستگی بیشتر بودند. بر مبنای این مطالعات ترک های مشاهده شده در سیستم سازه ای پل به پدیده خستگی بی ارتباط دانسته شد. افزون بر این، نتایج مدل سازی ها احتمال بروز ترک های ناشی از خستگی را در طول عمر بهره برداری پل مردود دانست. شایان ذکر است مطالعات مذکور بر پایه عبور 15000 خودرو در روز انجام گرفت.
نکته شایان تامل در مورد نتایج این تحقیقات این است که تنش های محاسبه شده برای پل در این پژوهش از تنش آستانه خستگی بار زنده آئین نامه AASHTO بیشتر بود اما با این منطق که شرایط موجود در AASHTO ممکن است در طول عمر بهره برداری دفعات اندکی اتفاق بیفتد و با توجه به کمتر بودن چشمگیر مقادیر تنش اندازه گیری شده از تنش آستانه خستگی بار زنده آئین نامه AASHTO امکان بروز پدیده خستگی در پل مزبور مردود دانسته شد. این در حالیست که ریزش پل I-35W در ساعت اوج ترافیک روی داد و در لحظه ریزش پل ترافیک بسیار سنگینی بر روی پل در جریان بود. در پایان مطالعات، پیشنهاد شد پل هر شش ماه یکبار مورد بازرسی قرار گیرد.
در سال 2006 پل به طور کامل بازدید شد. شرکت U.R.S طی قراردادی با اداره راه و ترابری مینسوتا یک تحلیل خستگی جامع برای پل انجام داد. در نتیجه این تحلیل ها پیشنهاد شد صفحات فولادی بر روی 52 قطعه از حساس ترین و بحرانی ترین اعضای خرپایی اضافه شود و جزئیات جوش این اعضا به صورت چشمی به دقت بازرسی و نواقص موجود برطرف گردد. در نتیجه این بازرسی ها ترک های خستگی زیادی در ناحیه دهانه های ورودی و خروجی و همچنین ترک ها و نواقص سازه ای متعددی در دیگر قسمت ها مشاهده گردید. از جمله ضعف های سازه ای مشاهده شده می توان به نواقص اجرای جوش قطعات سازه ای و کاهش سطح مقطع اعضای خرپایی داخلی بر اثر خوردگی اشاره نمود.
بر اساس اظهارات وزیر راه و ترابری ایالات متحده پل I-35W در سیستم بازرسی یکپارچگی سازه ای 50 امتیاز کسب نمود که حداکثر امتیاز این سیستم بازرسی 120 می باشد. امتیاز 50 مبین آن است که سازه پل فرسوده بوده و نیاز به بهسازی داشته است اما بروز حادثه ای با این ابعاد پیش بینی نمی شد. گزارش بازرسی ترک های بحرانی که توسط تیمی از بازرسان فنی اداره راه و ترابری مینسوتا ارائه شده است مشکلات خاصی را که سبب کسب امتیاز پایین پل I-35W شد، تشریح می نماید. امتیاز پایین را می توان به خوردگی اعضا در ناحیه ای که لایه رنگ پل کیفیت خود را از دست داده است، نواقص جوشکاری اعضای فولادی خرپایی و تیرهای کف، عدم حرکت تکیه گاه ها مطابق طراحی های اولیه و نیاز به ترمیم ترک های ناشی از خستگی در تیرهای خرپایی جانبی و دهانه های ورودی نسبت داد.
به دنبال این حادثه فاجعه بار مقامات قوانین مربوط به ایمنی سازه ها را مورد بررسی مجدد قرار می دهند تا در صورت نیاز قوانین سخت گیرانه تری اعمال گردد.
5- بازرسی عمومی پل ها در ایالات متحده
در ایالات متحده مجموعاٌ تعداد000 600 پل ثبت شده وجود دارد. براساس استاندارد ملی بازدید پل ها در امریکا (NBIS)، که در اوایل دهه 70 به اجرا گذارده شده است، پل هایی با طول بیش از 6 متر که در جاده های عمومی کشور قرار دارند باید هر دو سال یکبار مورد بازدید قرار گیرند. ایمنی سازه ها با انجام بازرسی ها و رتبه بندی اعضایی همچون عرشه، رو سازه و زیر سازه تأمین می گردد. این در حالیست که اگر پل در شرایط بسیار خوبی باشد، بازرسی ها هر 4 سال یکبار انجام می پذیرد. تقریباً 83% از پلهای امریکا هر دو سال یکبار، 12% یکبار در سال و 5% هر 4 سال یکبار بازرسی می گردند. پس از فروریزش پل I-35W از آنجا که علت حادثه به طور قطع مشخص نمی باشد، ادارات راه و ترابری کلیه ایالت های امریکا موظف به بازدید فوری پل هایی با سیستم سازه ای مشابه پل I-35W شدند.
پس از انجام بازدیدهای فنی کارایی سازه ای و یا نواقص سازه ای پل ها مشخص می گردد. وجود ناکارایی سازه ای بدین معناست که برخی از المانهای پل نیاز به کنترل منظم و یا تعمیر دارند. ناکارایی سازه ای به معنی ناایمن بودن و یا احتمال ریزش کلی پل نمی باشد بلکه لزوم پایش سازه پل، انجام بازدیدهای منظم و بهسازی پل را بیان می نماید . اکثر پل های دارای نواقص سازه ای در جریان بهسازی و اجرای تعمیرات باز می مانند و ترافیک بر روی آنها در جریان است. در صورتی که بازرسان شرایط سازه ای پل را ناایمن تشخیص دهند ساعات عبور خودروها از روی پل را محدود می کنند و یا پل را به کل می بندند.
بر اساس آخرین گزارش اداره را ه و ترابری ایالت Minnesota طی سالهای 2004-2006 بطور متوسط سالانه 2300000 دلار صرف بازرسی پلهای این ایالت شده است. این در حالیست که با شرایط امروز احداث تنها یک پل با ابعاد پل I-35W بطور تقریبی 20000000 میلیون دلار هزینه در بر خواهد داشت. به دنبال بروز این حادثه نگرانی ها در مورد ایمنی سازه پل ها افزایش یافته است. آمارهای منتشره از سوی انجمن مهندسان عمران امریکا حاکی از آن است که تعمیر تمامی پل هایی که دارای نقص سازه ای هستند بیش از 188 میلیارد دلار هزینه خواهد داشت (4/9 میلیارد دلار در سال به مدت 20 سال). حدود 3/8 میلیارد دلار از این مبلغ جهت رفع نواقص سازه ای ناش از خوردگی اجزای بتنی و فولادی صرف می شود. این ارقام بیانگر این واقعیت است که با تخصیص منابع مالی مناسب که در مقایسه با هزینه احداث پلها ناجیز می نماید می توان در ارتباط با وضعیت سازه ای و ایمنی پلها اطلاعات ارزشمندی حاصل و با اولویت بندی پروژه ها تدابیر لازم را جهت ترمیم، بهسازی و مقاوم سازی آنها اتخاذ کرد .
6- درسهایی برای بهسـازی و مقـاوم سـازی پلهـای ایـران
بر اساس تجربیات موجود در پل I-35W به عنوان شاخصی از پل های بزرگراهی آمریکا که افزون بر 80% آنها هر دو سال حداقل 1 بار مورد بازرسی قرار می گیرند باید به نحوی جدی نسبت به رخداد حوادث مشابه در پل های کشور حساس بود. برابر آخرین آمار منتشر شده وزارت راه و ترابری ایران تعداد پل های سراسر کشور بالغ بر 300 هزار دهانه به طول هزار و پانصد کیلومتر است. شواهد موجود به خوبی بیانگر این ادعاست که بازرسی های منظم پل های شهری، بزرگراهی، راه آهن و راه های اصلی به جز در موارد خاصی که شواهد بارزی از خوردگی یا علایم تخریب دیگر مشاهده شده است، انجام نمی پذیرد. با این وجود حتی نشریه 367 (شناسنامه فنی پل ها) در سال 1386 به صورت رسمی از طرف معاونت برنامه ریزی و نظارت راهبردی ریاست جمهوری منتشر شده است نیز تا زمان نگارش این مقاله در میان دستگاه های بهره بردار و کارفرمایی تنها توسط معاونت فنی و عمران شهرداری تهران لازم الاجرا شده است. این در حالیست که اطلاعات فنی هر پل مطابق این نشریه در مرحله طراحی تنها در حد شناسایی پل می باشد و در صورت تکمیل دفترچه در سنوات بعدی به عنوان بازرسی فنی سازه و اجزای غیر سازه ای، همچنان بند های الزام آوری جهت زمان بندی برای بازدیدهای دوره ای و استراتژی مشهود سیستم مدیریت پل وجود ندارد.
در تصویر شماره 2 تقسیم بندی استان های کشور براساس تعداد پل های استاندارد مشاهده می شود که نتیجه آمار معاونت آموزش، تحقیقات و فن آوری وزارت راه می باشد. در این بین با انتخاب 3 پل کلاک، آلی در و ریچکان از دو استان تهران و سیستان و بلوچستان با حداکثر و حداقل تراکم پل های استاندارد شاخص های بازرسی و تعمیر پل های ایران بررسی می گردد.
پل کلاک با سطح زیر بنای بالغ بر 7200 مترمربع و طول کلی 697 متر یکی از مهم ترین تقاطع های غیر همسطح بزرگراهی کشور بر روی شاهراه تهران- کرج می باشد. بزرگ ترین عامل تخریب این پل خوردگی بتن و فولاد توسط یون کلراید تحت اثر سیستم ضعیف جمع آوری و انتقال آب های سطحی بوده است.
پل های ریچکان و آلی در بر روی محور خاش- ایرانشهر نیز به ترتیب دارای طول70 متر و 150 متر می باشند. این پل ها در سالهای 1353 تا 1355 ساخته شده اند و ضعف اجرایی و آبشستگی پایه ها مهم ترین دلایل خرابی این پل ها بوده اند.
2- تقسیم بندی استان های کشور بر اساس تعداد پل های استاندارد شده
در جدول شماره 1 برخی شاخصه های خرابی و هزینه تعمیر پل ها به صورت کلی و برحسب متر طول ارائه شده است. در حقیقت هر یک از این پل ها در صورتی که طی دوره ها منظمی بازدید و به صورت متوالی مورد بازسازی های جزئی قرار می گرفتند این حجم از هزینه ها را برای نگهداری و تعمیر در بر نمی داشتند.
نکته قابل تامل در مورد این پل ها این است که در هر سه پل، کارفرما خواستار بازسازی پل تا حد پیش از بهره برداری(مطابق مشخصات زمان تحویل پل) بوده است و عملاً هیچ یک از این پل ها جهت زمین لرزه محتمل مقاوم سازی نشده اند. انتخاب این هدف بهسازی به منظور عدم بکارگیری روش محاسبه حق الزحمه مطالعات مقاوم سازی لرزه ای پل های موجود کاملاً موثر بوده است.
این جدول همچنین حاوی هزینه تقریبی ساخت مجدد این پل ها با سیستم و مشخصات مشابه است که نشان می دهد هزینه تعمیر چنین پل هایی که مسئولین را نسبت به ادامه بهره برداری نگران ساخته است بالغ بر 12 تا 19 درصد از هزینه ساخت پل های جدید است و به عبارتی آستانه تحریک بهره برداران پل های شهری و برون شهری نسبت به خرابی پل ها را بیان می کند.
جدول1- مقایسه هزینه تعمیر و نوسازی پل های کلاک، آلی در و ریچکان
نام پل | طول کلی (m) | سیستم سازه ای | خرابی های عمده | هزینه کلی بهسازی (میلیون ریال) | هزینه بهسازی به ازای مترطول (میلیون ریال) | هزینه ساخت پل برابر فهرست بهاء 1386 | درصد هزینه تعمیر به هزینه نوسازی |
کلاک آزاد راه تهران-کرج | 697 | مرکب تیر پیش ساخته بتنی و شاهتیر فولادی | خوردگی در تیرهای فولادی و خوردگی شدید در تیرهای بتنی و سرستون ها | 11877 | 17 | 72000 | 5/16% |
ریچکان مسیر اصلی خاش- ایرانشهر | 70 | خرپای فولادی و دال بتنی | آبشستگی پایه ها و خوردگی شاهتیرها ضعف سرستون | 1890 | 0/27 | 10080 | 8/18% |
آلی در مسیر اصلی خاش- ایرانشهر | 150 | خرپای فولادی و دال بتنی | ناپایداری کوله ها، خوردگی و اعوجاج شاهتیرها و ضعف سرستون | 2592 | 3/17 | 21600 | 12% |
7- نتیجه گیری:
· بر اساس رخداد فروریزش پل I-35W در سال 2007 که چندین مرحله مورد بازرسی های فنی کلی قرار گرفته بود لزوم بکارگیری سیستم جامع مدیریت پل به اثبات می رسد که شامل راهبرد الزام آور نگهداری نیز باشد.
· انتخاب راهبرد های پیگیرانه نگهداری و بهسازی پل ها با توجه به اهمیت شریان حیاتی مربوط به پل نسبت به هر روش مقابله با بحران ارجحیت دارد و در این زمینه بکارگیری سناریو های what-if توصیه می شود.
· با توجه به انتشار نشریه 367(شناسنامه فنی پل ها) انتشار بخشنامه مکملی که شامل راهبرد های جامع نگهداری و سیستم مدیریت پل باشد الزامی بنظر می رسد.
· درک لزوم بهسازی لرزه ای پل ها همزمان با ترمیم دیگر خرابی های موجود پل در میان کارفرمایان و بهره برداران از اهمیت ویژه ای برخوردار است چرا که بنابر رویکرد موجود به جهت کاهش هزینه های مطالعاتی
· بنابر مطالعات و پروژه های اجرایی شاهد در این مقاله، به ازایی بازرسی، نگهداری و ترمیم 300هزار دهانه پل موجود در کشور به طول 1500 کیلومتر که از زمان ساخت بیش از 50 درصد آن ها افزون بر 25 سال می گذرد به منابع مالی برابر هیجده هزار میلیارد ریال ظرف مدت 25 سال نیاز خواهیم داشت و به عبارتی بنابر این تخمین مقدماتی دستگاه های بهره بردار باید سالانه 720 میلیارد ریال صرف بازرسی و انجام راهبردهای پیشگیرانه نگهداری پل نمایند.
علیرغم استفاده از مصالح و تکنولوژی پیشرفته و صرف هزینه های هنگفت در طراحی و ساخت پل ها هرساله شاهد شکست و یا تخریب پلهای زیادی در دنیاو در کشورمان در اثر وقوع سیلاب هستیم. شکست و تخریب پلها علاوه بر خسارات مالی و گاهی هم جانی راه ارتباطی به نقاط سیل گیر و محتاج کمک رسانی را قطع می کند و خسارتها را دو چندان می نماید.
طبق بررسیهای انجام شده در اکثر موارد علت شکست پلها عبارتند از:
این موضوع در مراحل اول و دوم مطالعات طراحی به خوبی رخنمون داشته اما در اجرا متاسفانه فاصله قابل توجهی میان دانش نیروهای بخش طراحی با دانش نیروهای فنی دستگاه های نظارتی و پیمانکاران به وجود آمده که خود عامل مهمی در برآورده نشدن کیفیت مناسب در هنگام اجرای سازه‌ها شده است. البته این نکته نیز دور از ذهن نماند که گاهی اوقات نیز فاصله مذکور به طور معکوس و به دلیل عدم آگاهی بخش طراحی از روش‌ها و ظرفیت‌های موجود در صنعت ساخت و ساز به طرح‌هایی با قابلیت های اجرایی پایین ختم گردیده است. مقاله حاضر به چند نکته از هر دو حیطه مورد اشاره در ارتباط با طراحی و اجرای پلهای بتن مسلح می پردازد.
قطع پیوستگی آرماتور دورپیچ در ناحیه تشکیل مفصل خمیری در پای ستون‌های پل
برای استهلاک انرژی زلزله آیین نامه ها اجازه می دهند نواحی از پیش تعیین شده‌ای در سازه‌ها دچار تغییر شکل‌های خمیری با حفظ سختی، مقاومت و شکل‌پذیری در چرخه های رفت و برگشتی امواج زلزله گردند. در پلها این نواحی بطور معمول در زیر سازه (پایه ها) انتخاب می گردند. بطور خاص در ستون‌های بتنی پایه‌ها این تغییر شکل‌ها در پای ستون‌ها و در طول ناحیه تشکیل مفصل خمیری اتفاق می افتند. به منظور تامین شکل پذیری لازم در مناطق با خطر لرزه‌ای زیاد، آیین نامه‌ها همپوشانیoverlap آرماتورهای دور پیچ در ناحیه تشکیل مفصل خمیری در پای ستون را ممنوع کرده‌اند. اما در شکل ذیل مشاهده می گردد که جدا از مساله همپوشانی ، پیمانکار برای سهولت اجرا و به دلیل عدم آگاهی از این نکته اصولی، حتی آرماتورهای دورپیچ را هنگام اجرای فونداسیون درست در پای ستون قطع نموده است. انقطاع ایجاد شده باعث کاهش تنشهای محصور کننده در پای ستون شده و عامل بسیار مهمی در کاهش قابل توجه شکل پذیری و ناپایداری پایه پل در هنگام زلزله خواهد بود.
وصله آرماتور طولی در ناحیه تشکیل مفصل خمیری در پای ستون‌های پل
بر اساس فلسفه مورد اشاره در قسمت قبل و مطابق مقررات آیین نامه ها وصله آرماتور طولی ستون فقط در ناحیه نیمه میانی ارتفاع ستون مجاز می باشد. لازم به توضیح است که حداقل طول وصله 60 برابر قطر آرماتور طولی بوده و باید ضوابط دورپیچی ویژه برای آن اعمال گردد. متاسفانه در شکل زیر مشاهده می گردد که وصله آرماتور دقیقاً در ناحیه غیر مجاز ستون قرار گرفته و آرماتورهای دورپیچ نیز در فونداسیون قطع شده‌اند. موضوع اخیر از مهمترین عوامل خرابی‌های مشاهده شده در زلزله ها در اکثر نقاط دنیا می باشد.
عدم تامین طول لازم برای نشیمن تیرهای بتن مسلح پیش ساخته عرشه پل
در پلهای متشکل از عرشه با تیرهای بتن مسلح پیش ساخته در کشورمان استفاده از تکیه گاه نئوپرن الاستومری برای نشیمن تیرها در محل کوله‌ها و پایه ها بسیار رایج می باشد. انتظار می رود در هنگام زلزله، تغییر مکان طولی پل به دلیل عدم وجود میرایی در این نوع نشیمنگاه‌ها قابل توجه باشد. لذا آیین نامه‌ها مقرر می‌دارند که طول نشیمن عرشه بر روی کوله و پایه پل از حداقل میزانی برخوردار باشد. این مهم به دلیل جلوگیری از سقوط عرشه از روی کوله و پایه به داخل دهانه میباشد. متاسفانه در شکل زیر مشاهده می‌گردد که طول مذکور رعایت نشده است. درحالی‌که این موضوع در هنگام تهیه نقشه های اجرایی و زمان اجرای کوله به راحتی و با تامین براکت در دیواره کوله امکان پذیر بوده است.
جانمایی نادرست نئوپرن در زیر تیرهای پیش ساخته عرشه پل
مطابق ضوابط آیین نامه ها، محور نئوپرن‌های چهارضلعی به دلیل جلوگیری از اعمال فشار غیر یکنواخت خارج از محور باید بر محور تیر منطبق بوده و اضلاع آن به موازات اضلاع تیر باشند. متاسفانه در شکل زیر مشاهده می گردد که هر دو مورد فوق در هنگام جانمایی نشیمن‌ها رعایت نشده و نئوپرن‌ها با خروج از مرکزیت قابل توجه نصب شده‌اند. این موضوع منجر به کاهش عمر مفید بهره‌برداری از نئوپرن و ایجاد تنشهای قابل توجه در انتهای تیر می گردد.
عمل آوری نامناسب بتن عرشه و ایجاد ترکهای انقباضی
در برخی موارد مشاهده می گردد که پیمانکاران برای عمل آوردن بتن دال عرشه از پهن نمودن گونی و مرطوب کردن آن استفاده می نمایند. در صورت وزش باد و با توجه به وجود منافذ باز در سطح گونی، در عمل رطوبت آب به سرعت تبخیر شده و در نتیجه ترک های سطحی فراوانی در سطح دال ایجاد می گردند. شکل زیر به وضوح این مساله را نشان می دهد. ترکهای مذکور باعث نفوذ مواد خورنده به سطح آرماتورهای دال با پوشش کم شده که به دنبال آن خوردگی آرماتور، پکیدن بتن اطراف آن و کاهش عمر مفید بهره‌برداری از پل به وقوع می پیوندد. به عنوان یک راه حل پیمانکاران می توانند بجای گونی یا همراه آن از نایلون های پلاستیکی استفاده نمایند به طوری که بخار آب در زیر پلاستیک محبوس شده و باعث عمل‌آوری بتن دال عرشه گردد. به علاوهعملیات بتن‌ریزی زمانی انجام شود که سرعت باد کم بوده و تابش شدید خورشید وجودندارد.
اجرای نامناسب درزهای انبساط
یکی از مساله سازترین قسمتهای پلها در زمان بهره‌برداری، درزهای انبساط پل می باشد. هر یک از ما روزانه چندین بار ضربه وارد بر اتومبیل خود را در هنگام عبور از همین درزها تجربه می نماییم . در شکل زیر یک نمونه درز انبساط در حال اجرا نشان داده شده است. زمان اجرای درزهای انبساط بطور معمول همزمان با بتن ریزی دال می باشد، در این هنگام با توجه به دقت کم لحاظ شده در اجرای درز انبساط و همچنین عدم وجود آسفالت پوششی، رویه درز و بتن اطراف آن دارای پستی بلندی هایی خواهد شد که در هنگام اجرای آسفالت امکان اصلاح آنها وجود نخواهد داشت. لذا توصیه می گردد محدوده درز انبساط تا زمان اجرای آسفالت پل، بتن ریزی نشده و در هنگام اجرای آسفالت با تنظیم مناسب درز و آنگاه ریختن بتن مرحله دوم از هم تراز بودن سطح درز و آسفالت اطمینان حاصل گردد. به علاوه از اجرای درزهای فولادی با پروفیل و ورق پوششی به دلیل شکست جوش‌های اتصالی و ایجاد مشکلات فراوان احتراز شده و به جای آنها از درزهای لاستیکی مسلح استفاده شود.
اجرای نامناسب نرده های پل
نرده های پل ها به طور معمول دارای پایه های فولادی جعبه ای شکل در فواصل معین می باشند که توسط صفحه ستون به بتن پیاده رو اتصال می یابند. در شکل زیر مشاهده می گردد که به دلیل عدم پیش بینی فاصله مناسب بین سطح بتن نهایی و صفحه ستون به منظور گروت‌ریزی و تنظیم آن، نصب پایه دچار مشکل شده و پیمانکار مجبور شده است از صفحات پوششی پرکننده برای تامین فاصله استفاده نماید. این موضوع باعث کاهش مقاومت پایه فولادی در هنگام ضربه وسایل نقلیه می گردد.
پل هاى دهانه طویل مستحکم شده با کابل
در آغاز هزاره سوم میلادى 17 پل در جهان وجود داشته است که دهانه آنها بیش از هزار متر مىشود. این پل ها یا در حال بهره بردارى هستند و یا ساختمان آنها به ما پایان نرسیده است .این پلها همه از نوع پل های معلق هستند و تعداد آنها در کشورهای مختلف به ترتیب زیر است.
در آمریکا و ژاپن چهار پل ، در انگلستان ، ترکیه و چین هر یک دو پل و در پرتغال , دانمارک و سوثد هر یک ، یک پل وجود دارد.
از بین پلهاى معلق , پل هاى زیر حائز اهمیت هستند :
اول , پل عظیم آکاشى -کاى کیو در ژاپن که دهانه اصلى آن 1991 متر است و در ماه آوریل ساله 1996 آماده بهره بردارى شده است . این پل در نزدیکى کوبه در راه کوبه - ناروتو بین جزایر هونشو و شىکوکو قرار دارد.
دوم , پل بزرگ کمرى شرقى در دانمارک که دهانه اصلی آن 1624 متر و در ماه ژوثن 1998 اماده استفاده شده است .
در بین پل هاى معلقى که در مسیر شاهراه ها و راه اهن قرار دارند ، پل هاى زیر حایز اهمیت هستند :
اول ، پل تسینک ما در هنگ کنگ که دهانه اصلی آن 1377 متر و در سال 1997 بهره بردارى از آن آغاز شده است .
دوم ، پل مینامى - بیزان ستو در ژاپن که در راه کوجى ما – ساکاید ، بین جزایر هونشو و شی کوکو قرار دارد . . این پل در حدود صد کیلومترى غرب کوبه واقع شده است و دهانه اصلى آن 1100 متر است و در سال 1998 بهره برداری از آن شروع شده است .
پل هاى کابلى
دهانه پلهای کابلى امرزه به هزار متر هم رسیده است . در حال حاضر در جهان 13 پل کابلی وجود دارد که ساختمان آنها به پایان رسیده و یا در شرف اتمام است .
دهانه این پلها بین 1000-500 متر است .
در بین پل هاى کابلی ، پل هاى زیر حایز اهمیت است :
اول تاتارا که دهانه اصلى آن 890 متر است و در سال 1999 مورد بهره بردارى قرار گرفت . این پل در ژاپن و در 200 کیلومیرى غرب کوبه در راه انوموچی-ایمابارى بین جزایر هونشو و شی کوکو قرار دارد .
دوم , پل پونت د.نرماندى در فرانسه با دهانه اصلى 856 متر قرار دارد و در سال 1995 ساختمان آن به پایان رسیده است .
پل سنگ تراش ها
پل سنگ تراش ها در هنگ کنگ به احتمال قوى یک پل کابلی است که طول دهانه آن بیش از هزار متر مىشود .
در بین پلهاى کابلى که در مسیر شاهراه ها و یا راه آهن قرار دارد , پلهاى زیر حایز اهمیت است :
اول پل ارسوند بین دانمارک و سوئد واقع است و دهانه آن 430 متر مىشود که در سال 2000 آماده بهره بدارى شده است .
دوم , پل کاپ شوى مون در هنگ کنگ واقع است که دهانه آن 430 متر مىشود و در سال 1997 بهراه برداری از آن آغز شد است . این پل در نزدیکى پل سینگ ما قرار دارد .
در بین پل هاى کابلى یک ستونى ، مقام اول به پل سوگورت در روسیه تعلق میگیردکه دهانه آن 408 متر است و بهره بردارى از آن سال 2000 آغاز شده است . مقام دوم را نیز پل کارنالى در نپال با دهانه اى به طول 325 متر به خود اختصاص مىدهدکه از سال 1992 مورد استفاده قرار گرفته است .
پروژه پل اولیاناوسک که قرار بود یک ستونى و با دهانه اى به طول 407 متر ساخته شود با پل شاه تیری با چهار دهانه هر کدام به طول 203.5 متر تعویض شود .