دانلود مقاله راهسازی طرح هندسی راه

اختصاصی از یارا فایل دانلود مقاله راهسازی طرح هندسی راه دانلود با لینک مستقیم و پرسرعت .

فرمت فایل : word(قابل ویرایش)

تعداد صفحات:51

چکیده:

منحنی بروکنر

مقدمه- در بسیاری از مسیرها یکی از عوامل عمده در طراحی خط پروژه یا محور راه برقراری تعادل بین جمع کل خاکریز و خاکبرداری در محدوده کار می باشد. این اصل متکی بر یک فرضیه اقتصادی است که تمام مواد حاصله از خاکبرداری محل در خاکریز مصرف گردد، نتیجتا مقداری نیروی انسانی و اتلاف وقت جهت کندن و تهیه و حمل خاک جهت مصرف در خاکریز صرفه جوئی می گردد، در عمل فاکتورهائی وجود دارد که رسیدن به این اصل را مشکل می کند که مهمترین آنها عبارتند از انقباض و تورم مواد.

خصوصیات خاک

انقباض- این پدیده یک حقیقت واقعی است که اگر یک متر مکعب از خاک را قبل از خاکبرداری به وسیله سطح مقطعش اندازه گیری نمایند و سپس همین یک متر مکعب خاک را جابجا گرده و در یک خاکریز استفاده نمایند و آن را متراکم کنند، دارای حجم کمتری خواهد شد. این کمبود حجم به علت از دست دادن مقداری از خاک هنگام حمل و متراکم کردن آن( از بین بردن فضای خالی بین ذرات) با یک وزن مخصوص بیشتر از حالت اولیه به وسیله ماشینهای سنگین راهسازی در خاکریز می باشد. این کمبود حجم یا انقباض در مواد درشت دانه از قبیل شن و ماسه بسیار کم و در مواد ریز از قبیل خاک رس و خاک لای(سیلت) بسیار زیاد است و گاهی مواقع به 30 درصد می رسد.

انقباض خاک نه تنها با نوع خاک تولید تغییر می کند بلکه با درصد رطوبت هنگام متراکم کردن و نوع ماشین آلات نیز مرتبط است. معمولا مقدار انقباض برای خاکهای معمولی بین 10 تا 15 درصد در نظر گرفته می شود.

تورم- تورم معمولا بندرت در عمل پیش می آید مگر در مواردی که خاکبرداری در مناطق متراکم انجام گیرد، نتیجتا مواد حاصله از خاکبرداری دارای حجم بیشار از حجم اولیه که به صورت طبیعی در منطقه قرار داشته اند می گردند. این پدیده بیشتر به علت وجود هوای بین ذرات است. در بعضی مواقع جنس خاک نیز موثر است، مثلا خاک رس با جذب رطوبت متورم می شود.

نشست- این پدیده موقعی انجام می گیرد که کارهای ساختمانی خاکریز خاتمه یافته است. این نشست به علت تراکم آهسته خاکریز در زمان طولانی زیر بار وسایط نقلیه و همچنین در اثر حرکت پلاستیکی نشست خاکریز انجام می گردد. معمولا در راهسازی در محلهائی که احتمال این نشست وجود دارد، خاکریز را با یک ارتفاع زیادتر احداث می کنند و روسازی دائم آن را موقعی شروع می کنند که بیشتر نشست انجام گرفته باشد.

حمل و نقل خاک- مفهوم حمل و نقل در راهسازی عبارت است از جابجا کردن خاک به وسیله ماشین آلات راهسازی از نقطه ای به نقطه دیگر، طبیعی است که از نظر اقتصادی اگر بتوان خاکهای مورد نیاز خاکریز را از خاکبرداریها تهیه نمود مشروط بر آنکه خاک موجود در خاکبرداری از نظر گروه خاک قابل مصرف در راهسازی باشد، مقدار زیادی در هزینه حمل و نقل صرفه جویی می شود. نتیجتا اگر مقدار این خاکها بیش از میزان لازم برای احداث خاکریزها باشد مقدار اضافی را باید دپو کرد و برعکس اگر خاک های حاصل از خاکبرداریها تکافوی خاکریزها را نکند، باید متوسل به قرضه شد.

پرداخت به پیمانکار برحسب مترمکعب خاکبرداری و حمل خاک از خاکبرداری به فاصله تعیین شده در قرارداد انجام می گیرد. در صورتی که محل خاکریز در طول مسیر در این فاصله واقع باشد هزینه اضافی جهت حمل خاک به پیمانکار پرداخت نمی شود، لذا آنچه در قسمت حمل و نقل خاک مورد اهمیت است عبارت است از:

1- مقدار حجم عملیات خاکی؛

2- تعیین حداقل فاصله متوسط حمل.

نقاط تعادل- یکی از مسائل مهم در عملیات خاکی عبارت است از تعیین نقاط تعادل بین خاکبرداری و خاکریز بطوری که مقدار خاکبرداری برابر با مقدار خاکریز به اضافه انقباض باشد. اغلب اوقات به علت وجود عوامل حساب نشده امکان وجود این تعادل مقدور نمی باشد و یا در بعضی مواقع به علت نامناسب بودن خاک حاصل از خاکبرداریها برای مصرف در خاکریزیهای در طول مسیر راه مجبور به دپو کردن خاک خاکبرداریها می شویم و نتیجتا برای تهیه خاک مناسب مصرفی در خاکریزها متوسل به قرضه می گردیم.

برای پروژه های کوچک ممکن است مجموع خاکبرداری و خاکریز را به طور جداگانه تعیین نمود و نقطه تعادل در جائی واقع می شود که حاصل خاکبرداری و خاکریز مساوی است. بنابراین با توجه به شکل 4-1 اگر خط پروژه را تغییر دهیم نقاط تعادل هم تغییر خواهند کرد. لذا این خاصیتی است که در طراحی مسیر و تغییر خط پروژه از آن استفاده می شود.

شکل 4-1

اصطلاحات

فاصله حمل(d)- عبارت از فاصله ای است که یک مقدار بینهایت کوچک خاک را از خاکبرداری حمل و به خاکریز بریزند. به طور مثال دو مقطع هاشور خورده واقع بین LL' در شکل 4-1 دارای فاصله حملی برابر با ll خواهد بود که به d نمایش می دهند.

حجم خاک(V)- ارتفاع سطح مسدود به خط توزیع در منحنی بروکنر را حجم خاک گویند.

عزم حمل(S)- مقدار حجم خاک مقطع هاشور خورده ضربدر فاصله حمل(d) را عزم حمل می گویند.

d*V= عزم حمل

عزم حمل کل(ST)- مجموع عزم های جزء را به نام عزم کل می نامند.

(d*V) S= عزم حمل کل

فاصله حمل متوسط(dm)- اگر عزم حمل کل را به حجم کل تقسیم کنیم فاصله متوسط حمل به دست می آید.

دپو(D)- مقدار خاک کنده شده حاصل از خاکبرداری که مازاد مصرف خاکریز می باشد، باید در محلی از مسیر راه انبار گردد، که در اصطلاح این عمل را دپو کردن می گویند و محل انبار را به نام محل دپو می نامند. به طور مثال در شکل 4-1 اگر مقطع B را بررسی کنیم خاکبرداری بین B,A مازاد بر مصرف خاکریز است که باید آن را دپو کرد.

قرضه(B)- در بعضی مواقع خاکهای حاصل از خاکبرداری جهت مصرف در خاکریز کافی نیست، بنابراین مقدار کمبود خاک را باید از محل مناسب و نزدیک به طول پروژه جهت خاکریز تهیه کرد، که این عمل را در اصطلاح قرضه می گویند.

خاک نباتی- عبارت است از خاک پوسیده سطحی زمین که معمولا هنگام راهسازی آن را به عمق 10 تا 30 سانتیمتر باید کند و دور ریخت.

روش دیاگرام توده(منحنی بروکنر)- روش عددی که قبلا شرح داده شد یک روش سریع و ساده است ولی به طور کلی از نظر اقتصادی جوابگوی پروژه های بزرگ نیست. متداولترین روش عبارت است از روش نیمه ترسیمی که آن را دیاگرام توده و یا منحنی بروکنر می گویند. هدف اصلی ترسیم و مطالعه منحنی بروکنر عبارت است از یافتن خط پخش یا خط توزیعی که باصرفه ترین حمل خاک را ایجاب می کند. در این روش حجم عملیات خاکی به صورت مجموع جبری احجام بر روی محور مختصات ترسیم می گردد. بر روی محور xها محل قرار گرفتن نیمرخهای عرضی(معمولا نیمرخها در ایستگاه داده می شوند) با مقیاس پروفیل طولی و بر روی محور yها مجموع جبری خاکریز و خاکبرداری رسم می گردد، معمولا خاکبرداری با علامت منفی(-) و خاکریز به اضافه انقباض با علامت مثبت(+) منظور می گردد. عزم حمل خاک برحسب متر و به وسیله سطح منحنی بروکنر اندازه گیری می شود(5).

در شکل 4-2 اگر فرض شود یک متر مکعب خاک در نقطه A که بر روی پروفیل مشخص شده به اندازه x متر حمل می شود و در نقطه A' ریخته شود، عزم حمل برابر x متر خواهد شد که به صورت ترسیمی بر روی منحنی بروکنر به وسیله یک مساحت ذوزنقه نمایش داده شده و کاملا معلوم است که یک متر مکعب باید به اندازه x متر حمل گردد.

شکل 4-2 منحنی بروکنر

اگر باقیمانده خاکبرداری بین A و G حمل گردد و بین A' , G ریخته شود، مقدار عزم حمل برای هر متر مکعب به صورت مساحت ذوزنقه هائی خواهد بود که بر روی هم قرار می گیرند و نتیجتا عزم حمل بین A و A' برابر با مساحت aga' خواهد شد. (شکل 4-2)

ترسیم منحنی بروکنر- برای ترسیم منحنی بروکنر ابتدا بایست جدولی تنظیم کرد که تمام مشخصات لازم در آن ثبت گردد. این جدول دارای 8 ستون است که به صورت زیر تنظیم می گردد(جدول 4-1):

1- ستون یک شامل محل نیمرخهای عرضی که معمولا در روی ایستگاه ها و در بعضی مواقع بین ایستگاه ها هم داده می شود.

2- ستون دوم عبارت است از فاصله بین نیمرخ های عرضی مجاور برحسب متر

3- ستون سوم حجم خاکبرداری برحسب مترمکعب

4- ستون چهارم حجم خاکریز برحسب مترمکعب

5- ستون پنجم حجم خاکریز به اضافه مقدار انقباض خاک برحسب مترمکعب

6- ستون ششم ازدیاد خاکبرداری برحسب مترمکعب

7- ستون هفتم ازدیاد خاکریز بر خاکبرداری برحسب مترمکعب

8- ستون هشتم مجموع جبری خاکریز و خاکبرداری برحسب مترمکعب

شکل 4-3

طریقه رسم دیاگرام بروکنر- ابتدا دو محور عمود بر هم اختیار می کنند، بر روی محور افقی محل نیمرخهای عرضی(محل ایستگاه ها) در طول مسیر مورد مطالعه و در روی محور قائم حجم عملیات خاکی را جدا می کنند. از مبدا به سمت بالا مقدار خاکریز و مثبت(+) و از مبدا به سمت پائین مقدار خاکبرداری و منفی(-) نمایش داده می شود. اگر نقاط موجود در جدول شماره 4-1 ستون 8 را بر روی محورهای مختصات پیاده کنیم، منحنی بروکنر به دست می آید. ضمنا متذکر می شود که در بالای منحنی بروکنر باید پروفیل طولی و همچنین موقعیتش نسبت به زمین طبیعی رسم گردد. منحنی به دست آمده معمولا از تعدادی خطوط منکسر تشکیل می شود. در صورتی که مقاطع عرضی انتخاب شده تعدادشان زیاد فرض شود و به سمت بینهایت میل کند، حد منحنی بروکنر با خطوط شکسته به منحنی تبدیل خواهد شد، نقاط حداکثر و حداقل منحنی بروکنر عبارت است از محلهائی که پروفیل طولی پروژه راه خط طبیعی زمین را قطع می کند. در نتیجه انتخاب نیمرخ عرضی در این نقاط جهت تعیین حداقل و حداکثر حقیقی بر روی منحنی بروکنر ضروری به نظر می رسد با ملاحظه به منحنی بروکنر دیده می شود که شاخه های صعودی مانند AB در شکل 4-3 مربوط به خاکریز و شاخه های نزولی مانند BC در شکل 4-3 مربوط به خاکبرداری می باشند. منحنی بروکنر ممکن است به یکی از سه حالات زیر ختم شود که هر کدام نمودار وضعیت بخصوصی است.(5).

حالت اول- در صورتی که انتهای منحنی بر روی محور xها خاتمه پیدا کند در این صورت یک تعادل کامل بین حجم خاکبرداری و حجم خاکریز موجود است و بهترین وضعیت می باشد.( شکل 4-4)

شکل 4-4

حالت دوم- چنانچه انتهاب منحنی بروکنر بالای محور xها باشد، در این حالت حجم مقدار خاکریز زیادتر از حجم مقدار خاکبرداری است، نتیجتا باید متوسل به قرضه شد.(شکل 4-5)

شکل 4-5

حالت سوم- چنانچه انتهای منحنی توده زیر محور x ها قطع شود، در این حالت خاکبرداری از خاکریز فزونی یافته و باید خاکهای اضافی در محوطه ای دپو گردد.(شکل 4-6)

شکل 4-6

خصوصیات منحنی بروکنر

a) شکل 4-3 نمودار این حقیقت است که منحنی بروکنر دارای قسمتهای صعودی مانند AB و DE و EP و همچنین قسمتهائی نزولی مانند BC و CD و Pq می باشد. قسمتهای نزولی نمودار خاکبرداری و قسمتهای صعودی نمودار خاکریز می باشد. منحنی دارای تعدادی حداکثرو حداقل است، با توجه به پروفیل راه، ملاحظه خواهد شد که نقاط حداکثر منحنی نقطه تغییر خاکریز به خاکبرداری و نقاط حداقل تغییر خاکبرداری به خاکریز است یا به عبارت دیگر حداکثر و حداقل بر روی منحنی بروکنر عبارت از تقاطع پروفیل پروژه با پروفیل طولی زمین طبیعی می باشد.

b) هر خط افقی مانند hh' که منحنی بروکنر را در دو نقطه قطع کند به نام خط تعادل موسوم است. در این وضعیت حجم خاکبرداری و خاکریزی بین دو نیمرخ عرضی H و H' با هم مساوی هستند. بنابراین هر خط افقی که سرتاسر منحنی بروکنر رسم شود، چندین سطح تحتانی و فوقانی را مسدود می کند که در هر یک از آنها حجم خاکبرداری با خاکریز مساوی است(شکل 4-3).

c) از خاصیت فوق استفاده کرده و آن را در مورد محور xها (خط اساس) عمومیت می دهیم، هر قسمت از منحنی بالا یا پائین محور xها که به محور xها محدود شده باشد، حجم خاکبرداری و خاکریزی بین دو نقطه تقاطع منحنی و محور xها با هم برابرند، مثلا منحنی ABC محدود به محور xها حجم خاکبرداری و خاکریز و خاکریز بین نقطه A و C با هم برابرند(شکل 4-3).

d) منحنی بروکنر در یکی از سطوح محدود به خط اساس ox ممکن است دارای چندین نقطع حداکثر و حداقل باشد، مانند سطح CDEFG در شکل 4-7 که دارای یک حداکثر E و دو حداقل F و D و به وسیله خط اساس ox محدود گشته است.

اگر از نقطع حداکثر E خط IJ را موازی خط اساس ox رسم کنیم، دو سطح منحنی IDE و EFJ محدود به این خط به دست می آید. در هر کدام از این سطوح حجم خاکبرداری و خاکریز با هم مساوی هستند.

e) طول بین دو خط aa' و ll' یعنی lk در شکل 4-8 عبارت است از مقدار حجم عملیات خاکی بین دو نیمرخ عرضی A' و L'. به عبار دیگر قطعه خط lk معرف مقدار حجم خاکبرداری منحنی al است و باید به مصرف خاکریز l'a' که دارای حجمی برابر با l'k' است برسد و نتیجتا مقدار خاک باید به فاصله متوسطی برابر با d حمل گردد که مقدارش از روی ذوزنقه ll'aa' به دست می آید.

از آنچه در بالا گفته شد نتیجه گرفته می شود که سطح ذوزنقه ll'aa' برابر با عزم حمل می باشد، زیرا طبق تعریف عزم حمل برابر است با حجم خاک ضربدر فاصله حمل آن.

سطح ذوزنقهیd=ll'aa'*V= فاصله حمل* حجم = عزم حمل

بنابراین سطح منحنی bgb' شکل 4-8 که از بینهایت ذوزنقه های کوچک تشکیل شده است؛ که دارای همین خاصیت بوده، نتیجتا سطح bgb' عبارت از عزم خاکبرداری bg به خاکریز b'g می باشد- این خاصیت در مورد تمام سطوحی که در بالا و یا پائین خط اساس ox قرار گرفته اند صادق است- و سطوح مسدود به ox را به نام لنگر یا عزم حمل خاکبرداری یا خاکریز می گویند مانند حمل های A3,A2,A1 در شکل 4-9.