اهمیت اثر نیروی جانبی با بالا رفتن ارتفاع ساختمان با سرعت زیادی افزایش می یابد. در ارتفاع معینی تغییر مکان جانبی ساختمان چنان زیاد می شود که ملاحظات سختی کنترل کننده طرح می گردند تا اینکه مقاومت مصالح سازه ای . درجه سختی اساسا بستگی به نوع سیستم سازه دارد . بعلاوه بازده هر سیستم خاصی مستقیما با مقدار مصالح مصرف شده ارتباط دارد.بنابراین از بهینه کردن سازه برای شرایط فضایی معینی باید با حداقل وزن حداکثر سختی حاصل شود . این عمل منجربه ابداع سیستم های سازه ای مناسب برای حدود ارتفاعات معین میگردد.

بعضی از عواملی که در توسعه این سیستم های تازه نقش مهمی داشته اند عبارتند از: 

·         مصالح سازه ای با مقاومت زیاد.

·         عمل مرکب بین عناصر سازه ای ساخته شده از دو یا چند نوع مصالح.

·         روش های جدید اتصال قطعات.

·         تخمین رفتار پیچیده سازه ها به وسیله ماشین های حسابگر الکترونیک(کامپیو تر).

·         استفاده از مصالح ساختمانی سبک تر.

·         روش های اجرایی جدید.

در بخش های زیر متداول ترین سیستم های سازه ای مورد بحث قرار می گیرند.در این بحث ها طرح های هندسی نمونه،رفتار سازه ها تحت بار گذاری،و بازده سیستم ها مورد تأکید می باشند.

·         سازه دیوار باربر

·         سازه هسته برشی

·         سازه تیر دیواری

سازه دیوار باربر

از لحاظ تاریخی سازه های ضخیم و سنگین ساخته شده از مصالح بنایی بوده اند.وزن زیاد و انعطاف ناپذیری آنها در طرح افقی باعث عدم استفاده مؤثر از آنها در ساختمان های بلند گردید.اما پیشرفت تکنولوژی جدید در استفاده از مصالح بنائی مهندسی ساخته شده و قطعات بتنی ساخته مفهوم دیوار باربر را برای ساختمان های با ارتفاع متوسط اقتصادی ساخته است.

این سیستم برای انواعی از ساختمان ها که در آنها تقسیمات مکرر فضا لازم است مانند آپارتمان ها و هتل ها قابل استفاده می باشد. روش دیوار باربر برای انواع طرح و شکل ساختمان ها مناسب است.نقشه های افقی این طرح ها از شکل های مستطیلی ساده تا شکل های دایره ای و مثلثی متغییر می باشند.

سازه های دیوار باربر عموماً شامل مجموعه ای از دیوارهای خطی می باشند.بر اساس نحوه قرار گرفتن این دیوارها در ساختمان آنها را می توان به سه گروه اصلی تقسیم نمود:

·         سیستم دیوار عرضی که شامل دیوار های خطی در امتداد عمود بر طول ساختمان می باشد و در نتیجه مانع نما کاری نمای اصلی نمی گردد.

·         سیستم دیوار طولی که شامل دیوارهای خطی موازی طول ساختمان می باشد این رو دیوار نمای اصلی را تشکیل می دهد.

·         سیستم دو طرفه که شامل دیوارهای موازی عرض و طول ساختمان می باشد.

همچنبن ممکن است ساختمان را بطور مشخصی به قسمت های سازه ای مختلف تقسیم کرد بطوریکه هر قسمت سیستم دیوار جداگانه ای را به کار ببرد.

ترتیب قرار گرفتن دیوارها که در اینجا بحث شد در مورد ساختمان های مستطیلی ممکن است به وضوح قابل بیان باشد،اما در مورد ساختمان های با تصاویر افقی پیچیده تر طبقه بندی کردن ممکن است تا حدودی مشکل باشد.

رفتار سازه دیوار بار بر تحت بار گذاری بستگی به مصالح مصرف شده و نحوه اثر متقابل صفحه افقی کف و صفحه قائم دیوار دارد.به عبارت دیگر این رفتار تابعی از درجه پیوستگی(اتصال) دیوارها به یکدیگر و به دال های کف می باشد.اتصال سازه کف به دیوارهای پیوسته را باید مفصلی تصور کرد.(با فرض هیچگونه سیستم اتصال خاصی بکار نرفته باشد)،در صورتی که در ساختمان های بتنی در محل ریخته شده ،دال هاو دیوارها بطور واقعی متصل و پیوسته هستند. واضح است که ساختمان بتنی در محل ریخته شده ،با توجه به رفتار سه بعدیش،خیلی سخت تر از ساختمان ساخته شده ار مصالح بنائی یا قطعات پیش ساخته مفصلی می باشد و این نکته بتن را برای ساختمان های بلندتر اقتصادی می سازد.

بارهای قائم با ایجاد خمش از سازه کف مستقیما به دیوارها انتقال می یابند.دهانه های متداول کف ها (یعنی فاصله بین دیوارها ) بسته به ظرفیت حمل بار وصلبیت جانبی سیستم کف و عوامل دیگر بین 12 تا 25 فوت متغیر می باشند.چون دیوار بارها را خیلی شبیه به یک ستون باریک و عریض مقاومت می کند پایداری آن در مقابل کمانش باید کنترل گردد.

تنش های فشاری در دیوار تابعی از دهانه کف،ارتفاع و نوع ساختمان ،و اندازه و ترتیب سوراخ های دیوار(برای در و پنجره و غیره)می باشد. سوراخ های دیوار باید روی یک محور قائم قرار داده شود تا از تمرکز و ترکیب تنش ها در اثر ترتیب متناوب پنجره ها اجتناب گردد.

کف هایی که بصورت خارج از مرکز به دیوارها متصل می باشند لنگرهای خمشی ایجاد می کنند که دیوار باید آنها را نیز مقاومت کند.

نیروهای افقی به وسیله سازه کف که مانند دیافراگمی افقی عمل می کند به دیوارهای برشی موازی امتداد نیرو توزیع می شود. ین دیوارهای برشی به دلیل صلبیت زیاد شان مانند تیرهای با عمق زیاد عمل می کنند و در مقابل برش،خمش و واژگونی مثل آن واکنش نشان می دهند.

در مقابل نیروی باد موازی با جهت کوتاه ساختمان،دیوارها در سیستم دیوار عرضی نه فقط بارهای وزن را تحمل می کنند بلکه در مقابل برش ناشی از باد نیز مقاومت می نمایند. از طرف دیگر سیستم دیوار طولی این دو وظیفه دیوارها را هم جدا می کند. دیوارهای طولی بارهای وزن را تحمل می نمایند و نیروهای باد را به صورت خمش موضعی به دیافراگم کف یا مستقیما به دیوارهای برشی واقع در وسط یا دو انتهای ساختمان منتقل می کنند.

در مورد اثر باد روی ضلع کوتاه ساختمان که اهمیت کمتری دارد، دیوارهای باربر در سیستم دیوار طولی اکنون به صورت دیوار های برشی نیز عمل می کنند. در سیستم دیوار عرضی دیوارهای برشی را ممکن است در امتداد کریدور مرکزی قرار داد. در ساختمان های بتنی در محل ریخته شده، پایداری در اثر رفتار یکپارچه سیستم کف-دیوار که مانند یک واحد صندوقی با خمش واکنش نشان می دهد تامین می گردد.

بنابراین با فرض دیافراگم های کف بی نهایت صلب آنها مستقیماً به نسبت سختی نسبی شان بارهای باد را مقاومت می کنند.اما اگر طرح دیوارها چنان باشد که نیروی برآیند باد از مرکز جرم دیوار های مقاوم عبور نکند،پیچش ایجاد می شود که باعث افزایش برش در بعضی از دیوار ها می گردد.

رفتار دیوار برشی در مقابل بار گذاری جانبی به مقدار زیاد بستگی به شکل آن در تصویر افقی یعنی اینرسی حاصله در مقابل خمش دارد.

دیوارهای برشی به ندرت دیوارهای توپر می باشند زیرا غالبا در آنها سوراخ هایی برای پنجره و غیره تعبیه می شود که باعث ضعیف شدن آنها می گردد. تعداد، اندازه، و ترتیب قرار گرفتن این سوراخ ها ممکن است شدیداً در رفتار دیوار تأثیر داشته باشد.

اگر دیوار فقط دارای سوراخ های پنجره کوچک باشد تحت بار گذاری جانبی مثل دیوار تو پر رفتار می کند. بارهای زیاد وزن چنان فشاری در دیوار تولید می کنند که دوران(خمش) ایجاد شده در اثر باد هرگز قادر به غلبه کردن آن در طرف رو به باد نمی باشد.

با قرار دادن سوراخ های در دریک دیوار برشی داخلی به طور متناوب بطوریکه در آن دیوار به صورت واحد هایی تکرار می شود. نتیجه مشابه ای به دست می آید. اما در منتهی الیه دیگر که در آن سوراخ ها به صورت شکافی دیوار را به دو واحد جدا تقسیم می کنند هر یک از واحد ها به صورت دیوار جداگانه عمل می نمایدو نصف بار را تحمل می کند.در چنین حالتی به دلیل بارهای وزن بالنسبه کم امکان اینکه در دیوار کشش ایجاد شود کاملاً وجود دارد. همچنین برای دیوار برشی داخلی در جایی که پیوستگی در عرض کریدور فقط بوسیله دال کف تامین می شود، با اطمینان می توان فرض نمود که دو قسمت دیوار به صورت جداگانه و انفرادی عمل می کنند ولی به علت وزن مرده بیشتر ممکن است در اثر باد کشش ایجاد نشود.

تعیین رفتار سیستم دیواری که بین حالت های منتهی الیه مورد بحث در بالا قرار دارد نسبتاً مشکل است. رفتار این سیستم های دیواری بستگی به مقدار صلبیت ایجاد شده بوسیله قسمت های فوقانی و تحتانی پنجره ها (یا درها) در مقابل برش قائم دارد. دیوار را ممکن است به صورت دو قطعه جدا تصور نمود که موقع مقاومت کردن بارهای جانبی تا حدودی روی یکدیگر اثر متقابل دارند.

در این بحث فرض شده است که دیوار های بار بر،تو پر و مسطح و در صفحه های قائم باشند. اما دیوارها ممکن است از شبکه ای از عناصر مورب یا اعضاء خطی ستونی در فواصل نزدیک تشکیل شده باشند.آنها همچنین ممکن است منحنی شکل یا تاب دار و در صفحه های مایل قرار گرفته باشند.

سازه هسته برشی

سیستم دیوار خطی بار بر برای ساختمان های آپارتمانی که در آنها وظایف و نحوه استفاده ساختمان ثابت است کاملاً مناسب می باشد. اما برای ساختمان های تجارتی و اداری حداکثر انعطاف پذیری در تقسیم بندی فضا لازم می باشد، از این رو در این ساختمان ها فضاهای باز و وسیع مطلوب است که بتوان آنها را به وسیله جدا کننده های متحرک تقسیم کرد. یک راه حل متداول این است که سیستم های قائم حمل و نقل و توزیع انرژی (مانند آسانسور، پله ها، و مجراهای عبور وسایل مکانیکی) را یک جا جمع کرده تا بسته به اندازه و وظیفه ساختمان تشکیل هسته یا هسته هایی بدهند. این هسته ها به عنوان سیستم های دیوار برشی مورد استفاده قرار می گیرند و پایداری جانبی لازم را برای ساختمان تأمین می کنند. به نظر می رسد که از لحاظ شکل و محل هسته در داخل ساختمان هیچگونه محدودیتی وجود نداشته باشد. خصوصیات سیستم های هسته ی به قرار زیر می باشند:

·         شکل هسته

o        هسته باز در مقابل هسته بسته

o        هسته تنها در مقابل هسته توام با دیوارهای خطی

·         تعداد هسته ها: هسته انفرادی در مقابل چندین هسته.

·         محل هسته ها: داخلی در مقابل محیطی و در مقابل خارجی

·         ترتیب قرار گرفتن هسته ها: متقارن در مقابل نا متقارن

·         هندسه ساختمان به عنوان مولد شکل هسته: مولد مستقیم در مقابل مولد غیر مستقیم

هسته ها را می توان از فولاد ، بتن یا ترکیبی از هر دو ساخت. در هسته قابی فولادی برای رسیدن به پایداری جانبی مطلوب ممکن است از خر پای ویراندیل استفاده کرد.سیستم قاب ویراندیل نسبتا انعطاف پذیر است، از این رو فقط برای ساختمان های بالنسبه کوتاه به کار می رود. برای ساختمان های بلند تر در قاب ویراندیل از مهار بندی قطری (به صورت خر پای قائم) استفاده می شود تا سختی لازم برای هسته به دست آید. مزیت هسته های قابی فو لادی در سوار کردن نسبتا سریع قطعات پیش ساخته می باشد.

از طرف دیگر هسته بتنی علاوه بر حمل بارها فضا را نیز محصور می کندو از لحاظ حفاظت در مقابل آتش هیچ گونه ملاحظه اضافی لازم نیست. فقدان شکل پذیری و قابلیت تغییر شکل پلاستیک بتن به عنوان یک ماده ساختمانی از لحاظ بار گذاری زلزله اشکال این نوع هسته ها می باشد.

هسته های برشی را می توان به صورت تیرهای بسیاری مجسم کرد که از زمین طره شده و بارهای جانبی را مقاومت می کنند. بنابراین تنش های خمشی و برشی تولید شده در هسته،با فرض اینکه تاب رفتار یک هسته تحت بارهای جانبی بستگی به شکل، درجه همگن بودن و صلبیت آن و جهت بار دارد. در هر طبقه سوراخ هایی در هسته وجود دارد و مقدار پیوستگی ایجاد شده به وسیله قسمت های فو قانی و تحتانی این سوراخ ها روی رفتار هسته اثر تعیین کننده دارد. هسته بخصوص تحت بار گذاری نا متقارن که پیچش ایجاد می کند ممکن است مانند یک مقطع باز عمل کند و قسمت بالای آن تاب بردارد. بنابراین در قسمت فوقانی هسته تنش های برشی پیچشی اضافی و در پای آن خمش جانبی و برش اضافی در بال ها تولید می شود.

سازه تیر دیواری

·         سیستم های فاصله گذاری و خر پای متناوب :

·         سیستم های مرکب از قاب و دیوار برشی:

·         سیستم های دال مسطح:

·         سیستم های مرکب از دیوار برشی و قاب توأم با خرپا های کمر بندی صلب:

·         سیستم های لوله ای در سازه برج:

سیستم های فاصله گذاری و خر پای متناوب

در این بخش اساساً تیر های به ارتفاع طبقه که دهانه ها در جهت کو تاه ساختمان می پوشانید مورد نظر ما می باشد .

این تیرها که بر ردیف هائی از ستون ها در امتداد دیوارهای خارجی متکی می باشند ممکن است خرپاهای فولادی یا بتنی ، و یا دیوارهای بتنی تو پر باشند.

متداول ترین سازه های تیر دیواری سیستم های فاصله گذاری و خرپاهای متناوب می باشند. خرپاها یک طبقه در میان به کار برده می شوند. این خرپاها دال های کف را هم در تار فوقامی و هم در تار تحتانیشان نگه می دارند. فضای آزادی که در طببقات متناوب (یک در میان) ایجاد می شود برای بعضی از انواع ساختمان ها که در طرح ریزی فضاهای آنها انعطاف پذیری لازم است سودمند می باشد. ساختمان متشکل از خرپاهای متناوب از سیستم فا صله گذاری خیلی سخت تر می باشد. در اینجا خرپاها در تمام طبقات بکار می روند ولی بصورت متناوب قرار داده می شوند. با به کار بردن تیرهای دیواری به ارتفاع طبقه بطور متناوب، دال های کف فقط نصف فاصله بین خرپاها رامی پوشانند و فضاهای باز نسبتاً بزگی ایجاد می شود. این دال های کف از یک طرف روی تار فوقانی یک خرپا قرار دارند و از طرف دیگر از تار تحتانی خرپای بعدی که در طبقه بالا قرار دارد آویزان می شوند. طرز قرار گرفتن خرپاها در ارتفاع ساختمان تا حدودی شبیه طرح آجر کاری دیوارها می باشد.

سیستم خرپاهای متناوب در موقع مقاومت بارهای افقی و قائم به نحو خیلی مؤثری عمل می کند. این روش در مورد ساختمان های بلند نسبت به قاب هایی که بطور معمولی مهار بندی شده اند در حدود 40 در صد کمتر فولاد مصرف می کند و اتصالات کمتری در محل ساختمان لازم دارد. این سیستم تاکنون برای ساختمان های تا حدود 30 طبقه به کار رفته است.

در سازه های تیر دیواری سیستم فاصله گذاری طبقاتی که دارای خرپا هستند، مانند قطعات صلب، فوق العاده سخت می باشند و به سختی تغییر شکل می دهند. .ولی طبقات باز (طبقاتی که دارای خرپا نمی باشند) فقط ازستون ها می توانند برای تحمل بار جانبی استفاده کنند.

تغییر شکل این ستون ها مشابه تغییر شکل ستون های یک قاب صلب معمولی می باشد.

در سیستم خرپای متناوب فرض می شود که دال های کف مانند دیافراگم های افقی بی نهایت سخت عمل کنند، از این رو همه نقاط واقع در روی هر یک از کف ها تغییر مکان افقی مساوی خواهند داشت. بنا براین قاب های خرپایی مجاور یکدیگر مجبورند که مشترکاً بصورت واحد عمل کنند. به عبارت دیگر از جمع تغییر شکل های جداگانه دو قاب مجاور بطور تقریبی حالت تغییر شکل یافته تمام سیستم بدست می آید. تغییر شکل ساختمان مشابه تغییر شکل یک تیر طره ای صلب می باشد.

منحنی تغییر شکل ساختمان نشان می دهد که لازم نیست ستون ها برای لنگرهای خمشی در امتداد جهت کوتاه ساختمان طرح کردند. بنابراین دال های کف که مانند دیافراگم های صلب عمل می کنند تمام برش ناشی از باد (یابه طور کلی بار های جانبی) را به خر پاها منتقل می کنند و این خرپاها به نوبه خود بارها را به صورت نیروهای محوری به ستون ها انتقال می دهند. چون خر پاها باید برش قائم را مقاومت کنند، هر گونه بازشدگی در تیر های دیواری در آنها تغییر شکل ایجاد می کند وباعث کاهش صلبیت تیرها می گردد.

ستون های خارجی را می توان چرخاند به طوری که جان آنها عمود بر خرپا قرار بگیرد تا بدین وسیله از محور های قوی آنها برای مقاومت نیرو های بار در جهت طولی استفاده شود. سختی جانبی در جهت طول ساختمان را می توان به طرق مختلف از جمله اضافه کردن قطعات سازه ای پیش ساخته در بالاو پایین پنچره ها افزایش داد.

سیستم های مرکب از قاب و دیوار برشی

·         1- سیستم های مرکب از قاب مفصلی و دیوار برشی

·         2- سیستم های مرکب از قاب مفصلی،قاب ویراندیل و دیوار برشی

·         3- سیستم های مرکب از قاب صلب و دیوار برشی

·         *تغییر شکل حالت برش قاب صلب

·         *تغییر شکل حالت خمش دیوار برشی

·         *تاثیر متقابل قاب و هسته برشی

سیستم های قالب صلب خالص برای ساختمان های مرتفع تر از 30طبقه عملی نمی باشد.در چنین مواردی یکی از انواع دیوار برشی نیز در قاب به کار برده می شود تا بارهای جانبی را مقاومت کند. دیوارهای برشی یا بتنی می باشند و یا از مهار بندی فولادی مشبک (خرپایی) تشکیل می گردند. این دیوارها ممکن است هسته های داخلی، بسته مانندهسته های دور محوطه های آسانسورها و پله ها، یا دیوارهای موازی در داخل ساختمان، و یا خرپاهای نمایی قائم باشند.

شکل های گوناگون نقشه های افقی،راه حل های مختلف ممکن را برای طرح های افقی نشان می دهند. سیستم های هسته ای در ارتباط با فرم ساختمان از نقطه نظرهای زیر طبقه بندی شوند.

·         محل و موقعیت هسته ها

o        هسته های نمایی خارجی

o        هسته های داخلی :هسته هایی نمایی،هسته ها در داخل ساختمان

o        هسته های خارجی از مرکز

·         تعداد هسته ها

o        هسته های منفرد

o        هسته های شکافته

o        هسته های چندتایی

·         شکل هسته ها.

o        شکل های بسته: مربعي ، مستطيلي، دایره ای و مثلثی.

o        شکل های باز: x شکل، I شکل و ناودانی شکل.

o        شکل هایی که از فرم ساخمان الهام می گیرند.

سیستم های مرکب از قاب و دیوار برشی بر اساس رفتارشان تحت بارگذاری جانبی دسته بندی می شوند که ممکن است یک از سه نوع زیر باشند.

1- سیستم های مرکب از قاب مفصلی و دیوار برشی:

در این سیستم چون اتصالشان تیرهای قاب به ستون ها مفصلی می باشد، قاب فقط می تواند بارهای وزن را تحمل کند. دیوار برشی تمام بارهای جانبی را مقاومت می کند.

2- سیستم های مرکب از قاب مفصلی،قاب ویراندیل و دیوار برشی:

نیروهای جانبی به وسیله دیوار برشی و قاب صلب(یعنی قاب ویراندیل) مشترکاً مقاومت می گردند.قاب های داخلی و قاب های نمایی طولی فقط بارهای وزن را تحمل می کنند.

3- سیستم های مرکب از قاب صلب و دیوار برشی:

به کار بردن فقط دیوارهای برشی به منظور جذب بارهای جانبی برای ارتفاعات بیش از 500 فوت غیر عملی می باشد.برای اینکه هسته ها به اندازه کافی قوی باشند باید ابعاد آنها خیلی بزرگ انتخاب شود که در این صورت دیگر برای دستگاه های حمل و نقل قائم و توزیع انرژی مناسب نخواهند بود.

به علاوه تغییر شکل آنها ممکن است چنان زیاد باشد که در دیوارهای جدا کننده و پنجره ها ترک ایجاد کند و یا حتی در ساکنین ساختمان واکنش های روانی ناگوار به وجود آورد.با به کار بردن قاب صلب که برای مقاومت نیروهای جانبی با دیوار برشی سهیم می شود بر صلبیت جانبی ساختمان به مقدار زیادی افزوده می گردد.تغییر شکل کل سیستم های متشکل از دیوار برشی و قاب صلب که روی یکدیگر اثر متقابل دارند با جمع کردن حالت های تغییر شکل جداگانه دیوار و قاب بدست می آید.

*تغییر شکل حالت برش قاب صلب:

توجه کنید که شیب منحنی تغییر شکل در پای ساختمان در جایی که بیشترین برش اثر می کند حداکثر می باشد.

*تغییر شکل حالت خمش دیوار برشی:

دیوار برشی ممکن است یک دیوار بتنی توپر یا یک خر پای فولادی قائم باشد.این دیوار برشی ممکن است یک هسته داخلی،دیوار های داخلی،دیوار های داخلی موازی و یا یک دیوار نمایی باشد. دیوار برشی مانند یک تیر طره ای قائم عمل می کند و مانند آن خم می شود. توجه کنید که شیب منحنی تغییر شکل در بالای ساختمان حداکثر می باشد و این دلالت بر این قسمت ساختمان دیوار برشی در ایجاد سختی کمترین سهم را دارد.

*تاثیر متقابل قاب و هسته برشی:

برای یافتن اثر متقابل قاب و دیوار برشی تغییر شکل های دو حالت فوق را با هم جمع می کنیم که یک منحنی s کشیده حاصل می شود. به علت خصوصیات تغییر شکلی مختلف دیوار برشی و قاب، دیواربرشی به وسیله قاب در قسمت بالای ساختمان به عقب کشیده می شود و در قسمت پایین ساختمان به جلو رانده می شود. از این رو برش ناشی از باد (یا زلزله) در قسمت بالای ساختمان اساساً به وسیله قاب و در قسمت پایین ساختمان اساسا به وسیله دیوار برشی گرفته می شود.

سیستم های دال مسطح

سیستم های دال مسطح شامل دال های بتنی کاملاً توپر و یا حجره ای (با حفره هائی در زیر آنها) می باشند که مستقیماً روی ستون ها تکیه دارند و از این رو در این سیستم احتیاج به قاب بندی کف نیست. این سیستم منجر به کمترین ارتفاع برای کف های ساختمان می گردد که یک برتری اقتصادی آشکار می باشد. در این سیستم ها به دلیل تمرکز زیاد برش در حوالی ستون ها غالبا یا از سر ستون ها استفاده می شود و یا بر ضخامت دال ها در نزدیکی ستون ها اضافه می گردد. دال هایی که ضخامت آنها در تمام طول دهانه ثابت است به نام صفحه های مسطح خوانده می شوند.سیستم های دال مسطح برای ساختمان های با نقشه افقی نا منظم قابل وفق و مناسب می باشند.

بعضی از اشکالات سیستم های دال مسطح از قرار زیر می باشند:

·         بار مرده زیاد در هنگام مواجهه با شرایط نا مساعد فونداسیون نا مطلوب است.

·         وقتی که نسبت عمق به دهانه دال ها کوچک باشد تغییر شکل آنها بیش از اندازه بنظر می رسد.

·         دهانه های نسبتاً کوچک این سیستم ها (بین 15 تا 25 فوت و اگر پس کشیده شود تا 35 فوت)کار برد آنها را برای انواعی از ساختمان ها با طرح جدا کننده های مکرر،مانند ساختمان های آپارتمانی ،محدود می کند.

سازه های دال مسطح بسته به نسبت ارتفاع به عرض ساختمان ممکن است به عنوان عناصر باربر فقط ستون داشته باشند، یا ممکن است علاوه بر ستون از دیوارهای برشی نیز برای ازدیاد سختی جانبی در آنها استفاده هد.فرض اینکه بارهای جانبی تماماً به وسیله هسته یا دیوار برشی با صلبیت بیشتر مقاومت شوند و اینکه دال ها و ستون ها در مقاومت جانبی سازها هیچ سهمی ندارند واقع بینانه نیست. شود.

خصوصیت یکپارچگی سازه بتنی باعث می شود که تمام ساختمان در مقابل بارهای جانبی به صورت واحد واکنش نشان دهد.

دال مسطح خودش با وجود اینکه نسبتاً انعطاف پذیری می باشد به دلیل پیوستگیش با دیوار های برشی و ستون ها بر مقاومت سیستم می افزاید. می توان چنین تصور نمود که قسمتی از دال به صورت تیر کم عمقی پیوسته به ستون ها عمل کند و در نتیجه سازه مانند یک قاب صلب رفتار نماید.

بنابراین رفتار سیستم سازه کلی مشابه رفتار سیستم مرکب از هسته و قاب می باشد . نیروهای جانبی در قسمت بالای سازه اساساً به وسیله عمل قاب و در قسمت پایین آن اساساً به وسیله سیستم دیوار برشی یا هسته مقاومت می شوند.

درجه حرارت پخش آسفالت
حداقل درجه حرارت پخش مخلوط آسفالتی بر حسب نوع قیر مصرفی، دانه‌بندی مصالح سنگی، ضخامت لایه، فصل اجرای كار، حرارت محیط و سطح راه، سرعت باد، نوع و تعداد غلتكها توسط دستگاه نظارت معین می‌گردد.

. ولی به هر حال این درجه حرارت باید به حدی باشد كه تراكم لازم را تأمین نماید. جدول 20-14 حداقل درجه حرارت مخلوطهای آسفالتی با دانه‌بندی پیوسته را به هنگام پخش با توجه به ضخامت آنها و درجه حرارت سطحی كه مخلوط آسفالتی بر روی آن پخش می‌شود نشان می‌دهد. در این جدول زمان تقریبی لازم برای حصول تراكم نیز تعیین گردیده است.

به هرحال رقم دقیق درجه حرارت پخش با 10± درجه سانتیگراد رواداری باید توسط دستگاه نظارت تعیین گردد.

جدول حداقل درجه حرارت مخلوط آسفالتی هنگام پخش

باید توجه داشت كه هر قدر ضخامت لایه آسفالتی زیادتر باشد، به علت آنكه حرارت را مدت زمان بیشتری در خود نگه می‌دارد، زمان لازم برای تكمیل تراكم قشر و در نتیجه حصول تراكم نسبی مشخصه زیادتر است و به عبارت دیگر فرصت بیشتری برای كوبیدن بی آنكه حرارت مخلوط آسفالتی بیش از اندازه كاهش پیدا كند، وجود دارد.

 غلطک های آسفالتی

۱- غلتكهای فولادی

الف:  غلتكهای استاتیك

هریك از غلتكهای سه‌چرخ و یا ردیف دوچرخ و سه‌چرخ باید هنگام كار باری معادل 45 الی 65 كیلوگرم بر سانتیمتر در عرض چرخ عقب غلتك اعمال نموده و وزنشان كمتر از 8 تن نباشد. روی چرخهای غلتكهای فلزی باید گلگیر و لوله آبپاش نصب شده باشد تا چرخها را همواره تمیز و مرطوب نگه داشته و از چسبیدن مخلوط آسفالتی به آنها جلوگیری نماید. مصرف روغن سوخته و یا گازوییل جهت تمیز كردن چرخ غلتكها به هیچ وجه مجاز نیست. سطح پیرامون كلیه چرخها باید كاملاً صاف و هموار و فاقد فرورفتگیهای كوچك و بزرگ باشد. برای افزایش وزن آنها باید فضای كافی در این نوع غلتكها تعبیه شود. سرعت غلتكهای فولادی استاتیك هنگام كار باید حتی‌المقدور كم و یكنواخت بوده و جز در شرایط خاص از حدود 5 كیلومتر در ساعت تجاوز ننماید.

ب:   غلتكهای لرزشی

غلتكهای لرزشی مورد استفاده در عملیات آسفالتی باید خودرو بوده و نوع كششی آنها مجاز نیست. این غلتكها معمولاً از نوع ردیف دوچرخ می‌باشند كه سیستم ارتعاش در یك یا هر دو چرخ آنها تعبیه شده است. وزن آنها نباید كمتر از 7 تن بوده و بار خطی استاتیك آنها بین 25 تا 35 كیلوگرم باشد. تناوب و میدان نوسان غلتكهای لرزشی با توجه به شرایط كار باید توسط دستگاه نظارت تنظیم شده و یا از كاتالوگ كارخانه سازنده استخراج شود ولی در هر حال تناوب غلتك نباید خارج از 3000 - 2000 ارتعاش در دقیقه، و میدان نوسان آن 8/0 - 4/0 میلیمتر باشد. سرعت غلتكهای لرزشی حداكثر پنج كیلومتر در ساعت می‌باشد. سایر خصوصیات مربوط به گلگیرها، آبپاش، عدم مصرف گازوییل و روغن سوخته روی چرخها، و بالاخره صاف و هموار بودن سطح پیرامون چرخها به شرح بند الف فوق می‌باشد كه باید كاملاً رعایت شود.

۲-غلتكهای لاستیكی

غلتكهای لاستیكی باید خودرو بوده، وزن آنها با توجه به شرایط كار بین 15 الی 30 تن باشد. وزن دقیق غلتك توسط دستگاه نظارت تعیین می‌شود. در غلتك باید فضای كافی جهت افزایش وزن آن در صورت لزوم تعبیه گردد. فشار باد چرخهای غلتك لاستیكی باید بین 5 تا 5/8 كیلوگرم بر سانتیمتر مربع بوده و تغییرات فشار نیز نسبت به رقم حداقل و حداكثر تعیین شده از 3/0 كیلوگرم بر سانتیمتر مربع تجاوز ننماید. چرخهای غلتك لاستیكی باید طوری قرار گرفته باشند كه در هر گذر تمام عرض غلتك توسط چرخها كوبیده شده و امتداد اثر چرخها در عرض كافی یكدیگر را در حین حركت بپوشانند. برای اینكه آسفالت به چرخها نچسبد، باید حتی‌المقدور سعی نمود كه چرخها در تمام مدت كار گرم بماند و در غیر این صورت باید از لوله آبپاش و گلگیرهای پارچه‌ای ضخیم جهت تمیز نگهداشتن چرخها استفاده نمود. مصرف مواد روغنی و گازوییل برای این منظور مجاز نخواهد بود. لاستیكها باید سالم و صاف بوده و نخ‌زدگی نداشته باشند زیرا اثر نخ‌زدگی لاستیكها در روی سطح آسفالت با غلتك زدنهای بعدی نیز از بین نخواهد رفت. سرعت غلتك لاستیكی نباید از 8 كیلومتر در ساعت تجاوز نماید.

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.

روسازی مرکب (Composite Pavement) به روسازی‌ای اطلاق می‌شود که شامل دو نوع روسازی، یعنی روسازی آسفالتی (Asphalt Concrete Pavement) به عنوان لایه انعطاف‌پذیر و روسازی بتنی (Portland Cement Concrete Pavement) به عنوان لایه صلب باشد.

در برخی موارد از یک لایه میانی جدا کننده بین لایه‌های آسفالتی و بتنی استفاده می‌گردد. استفاده از مصالح بتنی به عنوان لایه زیرین و در نقش لایه اساس، و مصالح آسفالتی به عنوان لایه رویه، ترکیب متداولی است که ویژگی‌هایی همچون مقاومت و سطح هموار را ارائه کرده و بهره‌برداری از یک روسازی ایده‌آل را ممکن می‌سازد. استفاده از مصالح بتنی در نقش لایه رویه و مصالح آسفالتی در نقش لایه اساس گزینه‌ای است که در صورت خرابی کامل لایه آسفالتی مقرون به صرفه خواهد بود. با توجه به هزینه اولیه بالای اجرای این نوع از روسازی‌ها، ساخت آنها به طور محدود صورت گرفته و بیشتر برای رفع معایب روسازی‌های بتنی موجود و به منظور ارتقای کیفیت سطح راه و تأمین سرویس، به صورت روکش آسفالتی بر روی روسازی‌های بتنی موجود به کار می‌روند. روسازی‌های مرکب (لایه انعطاف پذیر بر روی لایه صلب) معمولاً در روسازی‌های قدیمی دیده می‌شود. در این موارد باید روکشی مانند آسفالت گرم، روکش با دانه‌بندی باز، یا آسفالت پلیمری بر روی روسازی‌های بتنی درزدار (Jointed Plane Concrete Pavement- JPCP) یا روسازی‌های بتنی مسلح پیوسته (Continuously Reinforced Concrete Pavement- CRCP) اجرا شود.

 دلایل اجرای روسازی مرکب

از آنجا که تاریخچه روسازی‌های مرکب به سال‌‌های اخیر باز می‌گردد، فقط برخی کشورها مزایای چنین طرحی را تجربه کرده‌اند. در حال حاضر، استفاده از روسازی‌های مرکب به جاده‌های با ترافیک سنگین مانند بزرگراه‌ها و شریان‌های اصلی متمرکز شده است. عموماً انتخاب روسازی مرکب تحت تأثیر یکی از عوامل زیر می‌باشد:

1- به علت ترکیب یک لایه بتنی با یک لایه آسفالتی، ظرفیت باربری زیاد و مقاومت در برابر تغییر شکل در اثر عبور زیاد وسایل نقلیه را در کنار بهبود مشخصات سطح و آسان شدن تعمیر و نگهداری روسازی خواهیم داشت؛

2- کم شدن صدای چرخ وسیله نقلیه در حرکت روی جاده با بهره‌گیری از ویژگی‌های آسفالت متخلخل،

3- اجتناب از تعمیر و نگهداری درز آب‌بند در روسازی‌های بتنی یا به حداقل رساندن آن،

4- کاهش نفوذ آب و در نتیجه بهتر شدن رفتار بلند مدت سازه روسازی،

5- تعمیر یا ارتقای کیفیت سطح رو به زوال روسازی بتنی،

6- کاهش هزینه‌های اضافی در طول طرح برای مسئولان نگهداری راه و استفاده‌کنندگان.

گاهی اوقات نیز برای مطابقت دادن لایه موجود با لایه جدید مثلاً هنگام تعریض، افزایش تعداد خطوط در مجاورت یک روسازی انعطاف پذیر، یا اجرای یک لایه روکش انعطاف پذیر بر روی لایه صلبی که هنوز از نظر سازه‌ای سالم است، می‌توان از روسازی مرکب استفاده کرد.

 مقاطع روسازی

در صورت استفاده از روکش آسفالتی بر روی روسازی بتنی موجود، بخش عمده باربری از طریق لایه بتنی انجام می‌شود. از این رو می‌توان برای طراحی لایه بتنی از تئوری صفحات استفاده کرد. اگر بتوان فرض نمود که چسبندگی لایه آسفالتی به لایه بتنی به طور کامل صورت گرفته است، می‌توان با در نظر گرفتن مقطع معادل از تئوری صفحات به منظور تعیین تنش خمشی دال بتنی بهره جست. در صورتی که محل بار چرخ در نزدیکی لبه یا درز (Joint) لایه بتنی در نظر گرفته شود، روش تئوری صفحات به تنهایی جوابگو است و اگر بار چرخ در وسط و به دور از لبه‌ها یا درزها وارد شود، می توان از تئوری لایه‌ها و یا صفحات برای استفاده نمود. روسازی بتنی می‌تواند به صورت بتن غیر مسلح درزدار، بتن مسلح درزدار و یا بتن مسلح پیوسته باشد.

علاوه بر انواع فوق، روسازی‌های مرکب می‌توانند شامل روسازی‌های آسفالتی با اساس تثبیت شده یا تثبیت نشده نیز باشند. برای روسازی‌های آسفالتی با اساس تثبیت نشده، تنش و کرنش بحرانی به صورت کششی است و در زیر لایه آسفالتی قرار دارد؛ در حالی که در روسازی‌های آسفالتی با اساس تثبیت شده موقعیت تنش بحرانی در زیر لایه اساس در نظر گرفته می‌شود.

نحوه طراحی روسازی مرکب با توجه به ترکیب لایه‌ها و نوع مقطع متفاوت خواهد بود. معمولاً لایه آسفالتی مستقیماً بر روی اساس بتنی اجرا نمی‌شود. یکی از معایب اجرای روکش به این روش، انتشار ترک‌های انعکاسی در لایه آسفالتی است که علت آن وجود درز و ترک در اساس بتنی است. شکل (1) دو مقطع متفاوت که در بیشتر کشورها به عنوان مقطع متداول اجرا می‌گردد را نشان می‌دهد. در صورتی که مانند مقطع (الف) از یک لایه آسفالتی با دانه‌بندی باز مابین لایه آسفالتی و بتنی استفاده گردد، می‌توان ترک‌های انعکاسی را کاهش داد. مقطع (ب) روش متداول دیگری را نشان می‌دهد که در آن برای جلوگیری از انعکاس ترک‌ها از یک لایه ضخیم مصالح دانه‌بندی شده میان دو لایه آسفالتی و بتنی استفاده شده است. در صورت اجرای این روش می‌توان لایه رویه را در دو بخش آسفالت سطحی به ضخامت 40 میلی‌متر و لایه بیندر به ضخامت 50 میلی‌متر اجرا نمود.

وظیفه رویه انعطاف پذیر، عمل کردن به عنوان روکش حرارتی و رطوبتی برای کاهش گرادیان حرارتی و رطوبتی در لایه صلب است تا از این طریق تغییر شکل‌های دال بتنی (curling and warping) کاهش یابد. به علاوه لایه انعطاف پذیر از ساییده شدن لایه صلب در اثر تماس با چرخ خودروها جلوگیری می‌کند.

 روسازی صلب بر روی لایه انعطاف پذیر

از آنجا که حداقل ضخامت مورد نیاز برای لایه صلب 7/0 فوت است، تمامی روسازی‌های دارای سطح صلب بر اساس ضوابط و روش‌های مربوط به روسازی‌های صلب طراحی می‌شوند. 

 معایب روسازی‌های مرکب

دلیل اینکه از روسازی‌های مرکب کمتر استفاده می‌شود این است که این روسازی‌ها، ترکیبی از معایب روسازی‌های صلب (هزینه اولیه بالاتر) و روسازی‌های انعطاف پذیر (نیاز به نگهداری بیشتر) را دارا هستند.

گاهی از لایه‌های انعطاف پذیر نازک (روکش‌ها) برای بهبود اصطکاک و کیفیت تردد لایه صلب استفاده می‌شود. از آنجا که اصطکاک و کیفیت تردد با خراشاندن سطح لایه صلب موجود نیز امکان پذیر است، باید مطالعات اقتصادی انجام گیرد تا مشخص شود که کدام روش کم هزینه‌تر است.

 خواص روسازی‌های مرکب

خواص روسازی‌های صلب و انعطاف پذیر باید برای روسازی‌های مرکب نیز در نظر گرفته شود. در انتخاب مصالح برای لایه انعطاف پذیر باید دقت شود تا از انتشار ترک‌های انعکاسی لایه صلب جلوگیری کرده، همچنین اجرای لایه انعطاف پذیر که معمولاً نازک می‌باشد نیز تسهیل شود.

فاکتورهای عملکردی

لایه‌های انعطاف پذیری که بر روی لایه‌های صلب اجرا می‌شوند باید به نحوی طراحی و از مصالحی ساخته شوند که الزامات زیر را برآورده کنند:

1- ترک‌های انعکاسی: درزها و ترک‌های لایه صلب زیرین نباید در طی زمان بهره‌برداری بر روی لایه انعطاف پذیر اثر بگذارند.

2- همواری: لایه انعطاف پذیر باید طوری طراحی شود که دارای IRI اولیه برابر 63 اینچ در مایل بوده ودر طول زمان بهره‌برداری تا حداکثر IRI برابر با 170 اینچ در مایل نگه‌داشته شود.

3- چسبندگی: اصلی‌ترین عامل در عملکرد و طول عمر لایه انعطاف پذیر، وضعیت چسبندگی بین لایه انعطاف پذیر و لایه صلب است. در حالت چسبندگی خوب بین لایه انعطاف پذیر و لایه صلب، ضخامت لایه انعطاف پذیر نقش مهمی در طول عمر آن ایفا نمی‌کند. از این رو، در کارهای عملی اگر از نظر سازه‌ای به لایه انعطاف پذیر نیاز نباشد، حداقل ضخامت مورد نیاز برای لایه انعطاف پذیر بر اساس مشخصات مصالح از قبیل ساختمان و دانه‌بندی سنگدانه‌ها، نوع بیندر و ... تعیین خواهد شد.

مكانیزم عمل به این ترتیب است كه آب بین لایه نازك قیر و سطح مصالح سنگی دست می‌یابد و از آنجایی كه سطح مصالح سنگی جاذبه بیشتری نسبت به آب دارند تا به قیر، پیوند چسبندگی شكسته می‌شود.

اتصال قیر و سنگدانه‌ها با نیروی جاذبه بین مولكولهای غیرمشابه كه آنها را محكم به هم می‌چسباند حاصل می‌شود. چسبیدن یك ماده به ماده دیگر پدیده‌ای سطحی است. چسبندگی به تماس نزدیك دو ماده و جاذبه دو طرفه سطوح آن بستگی دارد.

چندین تئوری چسبندگی برای تشریح پیوند یا عدم پیوند قیر به كانیهای مصالح سنگی پیشنهاد شده است. براساس عمومی‌ترین تئوری پذیرفته شده، چسبندگی انرژی آزاد روی سطح سنگ كه انرژی آزاد روی سطح مایع (قیر یا آب) را جذب می‌كند، به وجود می‌آید. این انرژی آزاد همچنین كشش سطحی نامیده می‌شود. برای امكان نزدیكترین تماس بین قیر و سطح مصالح سنگی، قیر باید توسط گرم شدن، امولسیون نمودن یا مخلوط شدن با حلالهای نفتی به صورت مایع درآید. توانایی قیر مایع شده به ایجاد تماس نزدیك با سطوح مصالح سنگی، قدرت پوشش مصالح نامیده می‌شود. قدرت پوشش قیر به مقدار زیادی با ویسكوزیته آن كنترل می‌شود. اگر همه شرایط یكسان باشد، ویسكوزیته كمتر، قدرت پوشش بالاتر را به همراه دارد. توانایی مصالح سنگی برای تماس كامل با یك مایع، توانایی پوشش شدن نامیده می‌شود.

قیر عملاً جاذبه‌ای برای آب ندارد، از طرف دیگر، بیشتر مصالح جاذبه هم به قیر و هم به آب را دارند. بنابراین اگر یك لایه نازك آب روی سطح مصالح باشد، قیر ممكن است به راحتی ذرات مصالح را بپوشاند، اما به سطح آن نخواهد چسبید، مگر اینكه قیر جانشین لایه نازك آب شود.

قیر همچنین ممكن است ذرات سنگ پوشیده با غبار را بدون چسبیدن به آنها بپوشاند. لایه غبار از تماس قیر با سطح سنگ جلوگیری می‌كند. حتی اگر مصالح سنگی خشك باشند، ذرات غبار ممكن است حفره‌های ریزی در لایه نازك قیر ایجاد نمایند كه اجازه می‌دهد آب از آنها بگذرد.

در مورد قیرهای امولسیونی باید اذعان داشت كه هر دو نوع قیرهای امولسیونی آنیونیك و كاتیونیك می‌توانند خصوصیات چسبدگی و عمل آوری داشته باشند (با توجه به نوع مصالح). تجربه نشان داده است كه امولسیونهای آنیونیك (با بار منفی روی ذرات قیر) بیشتر مناسب استفاده با مصالح سنگی كه بارهای سطحی مثبت دارند می‌باشند. بالعكس امولسیونهای كاتیونیك (با بار مثبت روی ذرات قیر) بیشتر مناسب مصالح سنگی كه دارای بارهای سطحی منفی هستند می‌باشد. در كاربرد قیرها امولسیونی آنیونیك یا كاتیونیك، ته نشست اولیه ذرات قیر یك واكنش الكتروشیمیایی است، اما پیوند اصلی مقاومت بین لایه نازك قیر و مصالح سنگی بعد از، تبخیر آب امولسیون و آبی كه ممكن است روی سطح مصالح سنگی باشد، ایجاد می‌گردد. همچنین بافت سطحی مصالح، پوكی و خصوصیات جذب آنها روی چسبندگی قیر به مصالح سنگی اثر می‌گذارند. مصالح سنگی با سطح صاف به خوبی مصالح سنگی با سطح خشن، لایه نازك قیر را نگه نخواهند داشت. ذرات متخلخل كه قیر را جذب می‌كنند بهتر از مصالح سنگی با سطح صاف لایه نازك قیر را نگه خواهند داشت. مصالح سنگی متخلخل قیر بیشتری نسبت به مصالح غیرمتخلخل نیاز دارند.

انواع عریان شدن

عریان شدن زمانی كه پیوند بین قیر و مصالح سنگی با آب شكسته شود، اتفاق می‌افتد. به علت كامل خشك نشدن، آب ممكن است روی سطح مصالح یا داخل خلل و فرج سنگدانه‌ها باشد یا ممكن است از منابع دیگری بعد از اجرا آب نفوذ كرده باشد. حداقل به 6 روش به شرح زیر ممكن است پیوند بین قیر و مصالح سنگی شكسته شود:

1- به شكل ذرات ریز و پایدار در آمدن

علت عریان شدن تحت عنوان خود به خود خرد شدن و به شكل ذرات ریز و پایدار درآمدن.

2- تفكیك

جدا شدن قیر از سطح مصالح سنگی توسط لایه نازك آب بدون شكست واضح و قابل دید در لایه نازك قیر است كه نهایتاً لایه نازك قیر می‌تواند كاملاً از مصالح سنگی جدا شود.

3- جابجایی

این امر هنگامی است كه چسبندگی قیر به سطح مصالح سنگی توسط آب ضعیف شود. در این نوع عریان شدن، آب آزاد از طریق نفوذ در پوشش قیری به سطح سنگدانه‌ها راه می‌یابد. شكست ممكن است از پوشش ناكافی سنگدانه‌ها هنگام مخلوط كردن آسفالت در كارخانه آسفالت یا گسیختگی لایه نازك قیر باشد.

4- گیسختگی لایه نازك

این پدیده نیز یك روش عریان شدن است كه در واقع می‌توان آنرا اولین گام در عریان شدن نامید. گسیختگی لایه نازك قیر روی ذرات مصالح سنگی عموماً بعلت اعمال تنشهای ناشی از ترافیكایجاد خرابی در لبه‌ها و گوشه‌های تیز كه پوشش قیر در آنها بسیار نازكتر است، اتفاق می‌افتد.

5- فشار آب حفره‌ای

این فشار عاملی برای تشدید عریان شدگی می‌باشد. در مخلوطهای آسفالتی با فضای خالی زائد، آب ممكن است آزادانه از میان فضاهای خالی مرتبط داخلی عبور كند. ترافیك ممكن است درصد فضای خالی روسازی را كاهش داده، مسیرهای عبور بین فضاهای خالی را ببندد و آب را محبوس نماید. به علت جریان ترافیك و عبور مكرر آب، فشار آب حفره‌ای به حدی می‌رسد كه عریان شدن قیر از سطح مصالح سنگی را ایجاد می‌نماید.

6- جریان آب هیدرولیكی

این جریان بیشتر از لایه‌های سطحی روسازی‌های آسفالتی و در قسمت زیرین لایه اعمال می‌شود. وقتی كه روسازی اشباع باشد، چرخهای وسیله نقلیه آب را به درون روسازی از جلو تایرها فشار می‌دهند و آن را از پشت تایرها به بیرون می‌مكند. این حركت آب به عریان شدن مصالح سنگی كمك می‌كند. همچنین غبار و ماسه و سنگدانه‌های رها شده در جاده نیز ممكن است با آب باران مخلوط شده و خراشیدگی لایه نازك قیر را تسریع بخشند.

علت عریان شدن

به طور كلی فقط یك علت برای عریان شدن وجود دارد: آب بین لایه نازك قیر و سطح مصالح سنگی راه یابد و جانشین قیر به عنوان پوشش مصالح سنگی شود. آب به چند طریق ممكن است به سازه روسازی برسد. از میان آنها می‌توان به آب درون یا روی مصالح سنگی كه كاملاً خشك نشده‌اند، زه آب باران از میان شانه‌ها، تركها یا روسازی متخلخل، آب زیر سطحی (كه از نقاط بالاتر فشار هیدرواستاتیكی تولید می‌نماید)، آب موئینه از بستر راه و تبخیر آب از لایه‌های زیرین اشاره نمود. به هر صورت آب به روشهای مختلفی ممكن است به مصالح سنگی برسد.

كاهش عریان شدن یا جلوگیری كردن از آن

برای ساخت روسازی جدید، یا روكش یا بازیافت یك روسازی قدیمی راهنمایی‌های زیر باید برای كاهش احتمال عریان شدن مورد توجه قرار گیرد:

1- برای روسازی‌های جدید تمام آسفالتی از دانه‌بندی پیوسته، خوب متراكم شده، مستقیماً بر روی بستر كاملاً آماده شده استفاده شود. تحقیقات نشان می‌دهد، اگر این روسازی‌ها به طور مناسب و خوب ساخته شوند حتی در بخش ترانشه هیچ آبی زیر این روسازی‌ها جمع نمی‌شود. بنابراین این روسازی‌ها به طور مؤثری در مقابل عریان شدن مقاومت می‌نمایند.

2- ایجاد زهكشی اصولی برای ساختمان روسازی ـ اگر آب آزاد سریعاً دفع شود یا از مخلوط مصالح سنگی و قیر دور نگه داشته شود، عریان شدن ناشی از تشكیل امولسیون، جابجایی، گسیختگی لایه نازك یا جریان آب هیدرولیكی توسعه نمی‌یابد. آب جدا از مخلوط نگه داشته می‌شود كه باعث مقاومت عریان شدن بیشتر مصالح سنگی شود.

3- در اكثر حالات از مخلوطهای سنگدانه و قیر با دانه بندی متراكم به جای دانه‌بندی باز برای لایه‌های میانی و اساس استفاده نمائید استفاده از مخلوطهای با دانه‌بندی پیوسته و خوب متراكم شده از ورود آب به لایه‌های روسازی جلوگیری می‌كند. وقتی مخلوطهای اساس با دانه‌بندی باز در تعمیر تركها استفاده می‌شود تعبیه سیستم مناسب زهكشی جهت جلوگیری از ایجاد فشار آب حفره‌ای و احمال عریان شدن ضروری می‌باشد.

4- اطمینان نمایید كه همه لایه‌های روسازی كاملاً متراكم شده‌اند و در لایه‌های با دانه‌بندی پیوسته فضاهای خالی مرتبط برای عبور آب از میان آنها وجود نداشته باشد. روش آزمایش تجربی، «ASTM:D3637 نفوذپذیری مخلوطهای آسفالتی» روشی را برای كنترل نفوذ پذیری روسازیهای متراكم شده در صحرا را در برمی‌گیرد.

5- از مصالح سنگی تازه شكسته شده با مقاومت عریان شدن ضعیف استفاده نكنید. قیر از مصالح سنگی كه برای یك هفته یا بیشتر انبار شده‌اند كمتر لخت می‌شود تا نسبت به همان مصالح سنگی كه بتازگی شكسته شده‌اند.

6- از مصالح سنگی گرم و خشك استفاده كنید ـ اگر مصالح سنگی دارای سطح خشك باشند به طوری كه هیچ رطوبتی بین مصالح سنگی و لایه نازك قیر موجود نباشد، عریان شدن كمتر اتفاق می‌افتد.

7- از مصالح سنگی تمیز استفاده كنید ـ از مصالح سنگی درشت با ذرات رس نظیر غبار كه به طور محكم به سطح آنها چسبیده است نباید استفاده شود. حتی اگر قیر به طور كامل سنگدانه را بپوشاند، غبار از چسبیدن قیر به سطح سنگدانه جلوگیری خواهد نمود.

8- از مصالح سنگی با جاذب رطوبتی بالا در صورت در دسترس بودن انتخابهای دیگر استفاده نكنید لازم است مصالح سنگی كه بیشترین مقاومت را نسبت به عریان شدن دارا می‌باشند، استفاده گردد. با انجام آزمایش حساسیت آبی مصالح و قیر برگزیده برای پروژه، تعیین نمایید كدام مصالح سنگی برای پروژه بهترین می‌باشد.

9- هنگامی كه استفاده از مصالح سنگی جاذب آب اجتناب ناپذیر است، یك ماده ضد عریان شدن را به مقدار مناسب تعیین شده توسط آزمایشهای حساسیت آبی و طرح مخلوط آزمایشگاهی اضافه نمایید آهك هیدراته ومواد مایع ضد عریان شدن پایدار در مقابل حرارت عملكرد صحرایی قابل قبولی با مصالح سنگی منتخب فراهم نموده‌اند. اگر آهك هیدراته و مواد مایع ضد عریان شدن پایدار در مقابل حرارت عملكرد صحرایی قابل قبولی با مصالح سنگی منتخب فراهم نموده‌اند. چنانچه آهك هیدراته انتخاب شود، بهترین نتایج وقتی حاصل می‌گردد كه مصالح سنگی با ماده آبكی آهك هیدراته تثبیت شود. بهترین نتیجه بعدی، وقتی است كه آهك هیدراته به مخلوط آسفالتی در ضمن تهیه آن اضافه می‌شود. با بعضی مخلوطها، مواد مایع ضد عریان شدن پایدار در مقابل حرارت مؤثر بوده‌اند. فرآورده‌ای را انتخاب نمایید كه با مواد خاص در مخلوط مؤثر باشد. انتخاب را فقط بعد از تكمیل بررسیهای آزمایشگاهی انجام دهید.

10- اگر از یك ماده مایع ضد عریان شدن استفاده می‌شود، مطمئن شوید كه ماده به مقدار مناسب پیشنهاد شده توسط آزمایشگاه اضافه شده است ـ بیش از اندازه افزودنی می‌تواند در حضور آب در ماده ضد عریان شدن بچرخد. در هر حالتی، هیچ ماده ضد عریان شدن به عنوان ساخت دستورالعمل خوب نباید توصیه شود.

11- قیری را انتخاب نمایید كه وقتی مایع می‌شود، مصالح سنگی را پوشش نماید اما در سرویس‌دهی، ویسكوزیته بالایی به قدر كافی داشته باشد كه در مقابل عریان شدن مقاومت كند. ضمن آنكه دیگر اهداف طرح را برآورده نماید ـ لایه‌های نازك یا ضخیم قیر دسترسی آب به سطح مصالح سنگی را مشكل می‌سازد.

12- مطمئن شوید كه ذرات مصالح سنگی به طور كامل و یكنواخت با لایه نازك قیر ضخامتی كه مخلوط شروط مقاومت را برآورده نماید، پوشش شود ـ لایه‌های نازك یا ضخیم قیر دسترسی آب به سطح مصالح سنگی را مشكل می‌سازد.

13- در تمام مدت ساخت روسازی كنترل كیفی خوبی انجام دهید.