التحديات والحلول لسد الشقوق في أرصفة الأسفلت

تُظهر الأبحاث أن سد الشقوق يطيل عمر خدمة الرصيف من سنة إلى تسع سنوات.

تشقق السطح في الأسفلت:

الخرسانة هي آلية فشل رئيسية تتطور على مدى عمر خدمة الرصيف، بشكل عام تحدث التشققات السطحية بشكل أساسي بسبب تحميل حركة المرور وتغيرات درجة الحرارة، من المعروف جيدًا أن تسرب المياه من خلال الشقوق قد يسرع من تدهور الرصيف، مما يؤدي إلى مشاكل كبيرة مثل تلف الرطوبة وفشل القواعد والحفر، ومن أكثر العلاجات شيوعًا المستخدمة للتحكم في تشققات السطح هو سد الشقوق، والذي يُصنف على أنه طريقة صيانة وقائية.

ختم الشقوق هو تقنية معالجة السطح، حيث يتم تطبيق المواد ذات الأساس البيتوميني المصبوبة بالحرارة في الشقوق المستعرضة أو الطولية، حظي ختم الشقوق باهتمام كبير في الولايات المتحدة في السنوات الأخيرة، وفي ولايات عديدة مثل لويزيانا، تستخدم 70٪ من المقاطعات ختم الشقوق للحفاظ على الرصيف بمتوسط ​​إنفاق سنوي يبلغ حوالي 91000 دولار لكل منطقة كما في عام 2016، على الرغم من أن هذه نفقات كبيرة نسبيًا، إلا أن التوقيت الأمثل لتطبيق سد الشقوق لا يزال يعتمد على الخبرة الميدانية، بالإضافة إلى ذلك فإن تأثير سد الشقوق على التلف الناتج عن الرطوبة غير معروف، خاصة مع ارتفاع منسوب المياه الجوفية.

الأداء الميداني لسد الشقوق:

تم الشروع مؤخرًا في إجراء دراسات بحثية لتقييم الأداء الميداني لسد الشقوق، بناءً على نتائج هذه المشاريع أبلغت ولايات مثل ألاسكا وجورجيا عن تمديد في عمر خدمة الرصيف بين سنة وسنتين، بينما أبلغت ولايات مثل أوهايو وكانساس عن تمديد في عمر خدمة الرصيف بين ثلاث وخمس سنوات، من ناحية أخرى شهدت ولايات أخرى مثل إلينوي ومينيسوتا تمديدًا في عمر خدمة الرصيف بين 6 و8 سنوات.

تتعلق هذه الاختلافات الواسعة في فوائد سد الشقوق بالاختلافات في ممارسات البناء التالية: ظروف الرصف قبل سد الشقوق، أي ظروف رصف المعالجة المسبقة، حجم حركة المرور وظروف المناخ، وما إلى ذلك، فمن المهم أن يكون الأداء الميداني لسد الشقوق دقيقًا، تقييمها وتحديدها كمياً.

لمواجهة هذا التحدي، قام المؤلفون بتحليل العديد من أرصفة الأسفلت المحكم الإغلاق، ووجدوا أن سد الشقوق يطيل عمر خدمة الرصيف من سنة إلى تسع سنوات بمتوسط ​​5.6 سنوات اعتمادًا على مستوى حركة المرور اليومية، وظروف الرصف المعالجة المسبقة، وبشكل عام يتم قياس حالة رصف المعالجة المسبقة باستخدام مؤشر عددي يتراوح من صفر إلى 100، مع كون 100 حالة مثالية، لذلك طور المؤلفون نموذج انحدار بسيط يقدر الامتداد في عمر خدمة الرصيف بسبب سد الشقوق بناءً على متوسط ​​مستوى حركة المرور اليومية، وتصنيف ظروف الرصف قبل المعالجة، بالنسبة لمشروع مرشح محدد لسد الشقوق، ومعرفة تصنيف حالة الرصيف الحالي ومتوسط ​​مستوى حركة المرور اليومية.

التوقيت الأمثل لتطبيق علاج الشقوق:

التحدي الشائع الآخر لسد الشقوق هو التوقيت الأمثل لتطبيق هذا العلاج، تجد معظم الوكالات في الولايات المتحدة صعوبة في تحديد متى يجب تطبيق ختم الشقوق على الرصيف الحالي ليكون فعالاً من حيث التكلفة، ومن المعروف جيدًا أنه عند تطبيق مانع تسرب الشقوق على الرصيف في وقت مبكر جدًا، فإنه يضيف القليل من الفوائد؛ نظرًا لأن الأداء المتبقي تقريبًا للرصيف الأصلي لا يزال غير مستخدم.

وبالمثل، عندما يتم تطبيق مانع تسرب الشقوق في وقت متأخر جدًا بالقرب من نهاية عمر رصيف الأسفلت، فمن المتوقع أن يكون له تأثير ضئيل على تحسين أداء الرصيف؛ نظرًا لأن الرصيف في المراحل المتقدمة من التدهور، ومن ثم فإن معظم وكالات الدولة تميل إلى تطبيق مانع تسرب الشقوق بناءً على الفحص البصري والخبرة السابقة دون النظر من الناحية الكمية في تصنيف حالة الرصيف الحالي، (تصنيف حالة الرصف قبل المعالجة)، لذلك من المهم تقييم الفعالية من حيث التكلفة لسد الشقوق لتكون قادرة على تحديد توقيت التطبيق الأمثل لهذا العلاج.

لمواجهة هذا التحدي، قام المؤلفون بتقييم فعالية التكلفة للعديد من مشاريع ختم الشقوق باستخدام تدابير اقتصادية مشتركة، وتم تحليل المقاييس الاقتصادية المحسوبة لمشاريع سد الشقوق المختلفة لتحديد التوقيت الأمثل لسد الشقوق، بناءً على هذا التحليل، حيث توصل المؤلفون إلى أنه يجب تجنب سد الشقوق تمامًا على أرصفة الأسفلت ذات تصنيف حالة الرصف أكبر من 89 (الأرصفة في حالة جيدة نسبيًا)؛ لأنه في هذه الحالة يضيف فوائد ضئيلة لرصيف الأسفلت نظرًا لأن الأداء المتبقي من الرصيف الأصلي لا يزال غير مستخدم، بالإضافة إلى ذلك، توصل المؤلفون إلى أن التوقيت الأمثل لتطبيق ختم الشقوق هو عندما ينخفض ​​تصنيف حالة الرصيف من 100 إلى أي ظروف بين (81 و85).

بالإضافة إلى التحديات السابقة، كان استخدام مانع تسرب الشقوق في لويزيانا محدودًا، حيث أظهرت الدراسات السابقة أن أداء ممارسة الصيانة هذه يمكن أن يتأثر بظروف منسوب المياه الجوفية المرتفعة، وفقًا لهذه الدراسات يمكن لسد الشقوق أن يمنع الماء من الهروب لأعلى عبر الشقوق عن طريق التبخر، حيث يعمل احتجاز الرطوبة هذا على تسريع تلف الرطوبة في أرصفة الأسفلت.

ومع ذلك، فإن استخدام أي معالجة غير منفذة بما في ذلك سدادات الرقائق أعلى الرصيف تكون ذات منسوب مياه جوفية مرتفع قد يسبب نفس المشكلة، على سبيل المثال في تكساس، أشارت المشاريع البحثية إلى أن سد الأسطح يمكن أن يمنع تبخر الماء الذي يتحرك لأعلى خلال الرصيف، وبالتالي تسريع تلف الرطوبة في أرصفة الأسفلت، وتم الإبلاغ عن نتائج مماثلة في كولورادو ونبراسكا، حيث لاحظوا تلف الرطوبة في الأرصفة الإسفلتية بسبب احتباس المياه تحت سدادات الرقائق، ولهذه الغاية، يجب تقييم العوامل التي قد تؤثر على إمكانية سد الشقوق للتسبب في تلف الرطوبة في أرصفة الأسفلت وتحديد كميتها لضمان تطبيق مانع تسرب الشقوق دون مخاوف بشأن أي تلف محتمل للرطوبة.

اكتشاف الرطوبة تحت السطحية:

اختار المؤلفون قسمًا للاختبار في لويزيانا وحللوه بمساعدة وزارة النقل والتنمية في لويزيانا (LaDOTD)، تم إجراء زيارتين للموقع إلى قسم الاختبار هذا قبل وبعد سد الشقوق، وفي كلتا الزيارتين للموقع أجرى المؤلفون مسحًا ضوئيًا لقسم الاختبار بأكمله باستخدام رادار اختراق الأرض، والذي لديه القدرة على اكتشاف الرطوبة تحت السطحية تحت الرصيف.

البيانات الأخرى التي تم جمعها أثناء زيارات الموقع تشمل ميزات الصرف في رصيف الأسفلت، شدة الشقوق، كثافة الشق، سماكة طبقة الرصف، أنواع طبقات الرصف، وباستخدام البيانات المجمعة ومن خلال الاختبارات المعملية المكثفة ونمذجة العناصر المحدودة، توصل المؤلفون إلى الاستنتاجات الرئيسية التالية:

• يمكن تطبيق مانع تسرب الشقوق تحت أي شدة للأمطار، ولأي عمق جدول للمياه الجوفية دون احتمال حدوث تلف بالرطوبة في رصيف الأسفلت بسبب انحباس الرطوبة، إذا كان الرصيف الأصلي غير منفذ نسبيًا (نفاذية الماء أقل من 2×10-6 م / ث).

• يجب تطبيق مانع التسرب المتصدع بعد فترة جفاف ممتدة لضمان أن المياه الموجودة داخل رصيف الأسفلت ضئيلة.

• من غير المتوقع أن تتعرض الشقوق غير المغلقة في المناطق ذات الرطوبة النسبية المنخفضة للهواء ومنسوب المياه الجوفية العميقة لأضرار الرطوبة (التجريد) بسبب الصرف المتسارع عن طريق التبخر.

بناءً على الاستنتاجات المذكورة أعلاه، صمم المؤلفون أداة سهلة الاستخدام في شكل جدول بيانات يمكن أن تستخدمه وكالات الدولة أثناء التخطيط لإغلاق الشقوق، تتطلب هذه الأداة من المستخدم إدخال شروط المشروع الرئيسية مثل متوسط ​​حجم حركة المرور اليومية وسمك رصيف الأسفلت الحالي وتقييم حالة الرصف وما إلى ذلك، وبالنسبة لكل إدخال يتم توفير النطاقات النموذجية والقيم الموصى بها لتوجيه المستخدم في اختيار التصميم القيم، وبناءً على قيم المدخلات المقدمة، ستحدد الأداة التوقيت الأمثل لسد الشقوق وتقييم احتمال تلف الرطوبة في رصيف الأسفلت بعد سد الشقوق.