نظریه روسازی ماندگار یا روسازی های با عمر بالا موضوع جدیدی نیست. در واقع روسازی های تمام آسفالتی (full-depth ) ویا deep-strength از سال 1960میلادی ساخته شده اند. این نام روسازی ماندگار است که جدید است، نه مفهوم آن. بیش از 35 مقطع از روسازی های موجود در آمریکا از سال 2001 تا كنون از روسازی ماندگار استفاده كرده اند كه شامل جاده ها، خیابان ها، بزرگراه ها و باند فرودگاه ها می باشد كه كمترین نگهداری را بدون بازسازی كامل نیاز دارد. از ویژگی های این نوع روسازی ها، مقاومت خستگی بالای آنها است. یكی از راهكارهای افزایش مقاومت خستگی، شناخت بهتر پارامترهای تاثیر گذار بر عملكرد خستگی مخلوط های آسفالتی است.
روسازی ماندگار فواید ایمنی و هموار بودن آسفالت را با پروسه پیشرفته طراحی روسازی چند لایه ای و نگهداری روزمره تركیب می كند به طوری كه عمر مفید جاده به نیم قرن یا بیشتر برسد. روسازی طراحی شده و ساخته شده مطابق با مفهوم روسازی ماندگار برای همیشه باقی خواهد ماند.
یكی از فواید مهم این روسازی ها این است كه ضخامت كلی این روسازی كمتر از ضخامت روسازی های با اساس دانه ای است. به علاوه پتانسیل وقوع ترك خستگی (fatigue cracking) كاهش یافته و خرابی های روسازی به لایه بالایی سازه محدود می شود.
تلاشهای اخیر در انتخاب مواد، طراحی مخلوط، آزمایش های عملكردی و طراحی روسازی روشی را پیشنهاد می كند كه از سازه های روسازی آسفالتی، عملكردهایی با عمر بالا بدست می آورد ( بیشتر از 50 سال ) تا زمانی كه رویه روسازی به صورت دوره ای جایگزین شود.
2-2) اصول روسازی ماندگار
یک روسازی ماندگار یک جاده بادوام، صاف، ایمن و با عمر بالا فراهم می كند بدون خرج زیاد ، صرف زمان و منحرف كردن ترافیک برای بازسازی یا تعمیرات بزرگ . یكی از راه های افزایش عملکرد سازه روسازی ، افزایش عمر مفید سازه ای روسازی است. با بهره گرفتن از مفهوم روسازیهای ماندگار، عمر روسازی های آسفالتی بیشتر می شود وبنابراین ظرفیت سازه ای آن نیز بالا می رود. همان طوری كه در شكل2-1 نشان داده شده هر یک از لایه های رویه ، میانی و لایه اساس باید دارای خواص زیر باشند:
لایه رویه: مقاومت شیار شدگی(rut resistant)، نفوذ ناپذیری(impermeable) و مقاومت در برابر سایش (wear resistant)
لایه میانی: مقاومت شیار شدگی (rut resistant ) و دوام(durable)
لایه اساس: مقاومت خستگی (fatigue resistant) و دوام durable))
شکل2-1) مدلی از مقطع عرضی روسازی ماندگار [2]
روش طراحی روسازی های ماندگار یا با عمر بالا به استراتژی متفاوتی از كارهایی كه معمولاً در گذشته انجام می شد، نیاز دارد. طراحی مكانیستیك-تجربی باید بر روابط بین مشاهدات عملكردی روسازی ، مقیاسی از ترافیک موجود، بعضی شاخص های عمده در كیفیت مصالح مانند ضرایب سازه ای و ضخامت لایه ها تكیه كند. در یک سطح از كیفیت مصالح، ضخامت روسازی با افزایش ترافیك، افزایش می یابد. اگرچه این نكته وجود دارد كه روسازی با ضخامت بیشتر، برای بارهای سنگین مورد انتظار مناسب است و هرضخامت روسازی اضافی در مقطع عرضی روكش های معمولی، هزینه های غیر ضروری به همراه دارد. از دیدگاه اقتصادی غیر معقول است كه از منابع برگشت ناپذیر استفاده بیش از حد شود.^[2]
2-3) فواید روسازی ماندگار از زبان متخصصین و اعضای انجمنهای آسفالت در دنیا
New comb می گوید: یكی از فواید روسازی ماندگار هزینه چرخه عمر پایین تر آن است. روسازی ماندگار هزینه چرخه عمر پایین تری نسبت به روسازی های آسفالتی معمولی یا روسازی های بتنی دارد. ^[16]
Mark Buncher ، رئیس انجمن مهندسی در انستیتو آسفالت، در این زمینه می گوید: «ساخت روسازی ماندگار ممكن است مختصراً هزینه اولیه بالاتری در برابر یک روسازی انعطاف پذیر معمولی داشته باشد، اما هنوز هزینه اولیه پایین تری نسبت به ساخت روسازی بتنی (PCC) دارد. بدون بازسازی سیستم روسازی و تنها تعویض دوره ای رویه راه، یک روسازی ماندگار در مقایسه با روسازی بتنی ارزش خالص كنونی پایین تری در آنالیز چرخه عمر دارد. »^[16]
علاوه بر این، تعمیرات رویه مخلوط آسفالتی گرم سریعتر از هر گزینه ای است. طبق گزارشات Huddleston : « شما می توانید تنها در یک پروژه شبانه آسفالت را كنده و جایگزین كنید. در مقایسه، بازسازی اساس می تواند سالها طول بكشد. نظریه طراحی روسازی برای 20 سال و سپس نوسازی آن به طور كامل یک نظریه است كه از عمر مفید آن استفاده نمی کند. ما یک تكنولوژی برای انجام بهترین كار داریم. »^[16]
در انجمن روسازی آسفالتی ایلی نویز (IAPA) ، Marvin Traylor ، رئیس تحقیق و مهندسی بسیار علاقه مند به روسازی ماندگار است. وی می گوید:« فواید روسازی ماندگار این است كه می توان از بالا از آن مراقبت كرد . شما وصله های عمقی ندارید و مانعی ندارید كه برای چندین هفته ترافیک را مختل كند. شما هرگز نباید خطوط مسیر را در ساعات ازدحام قطع كنید. شما می توانید رویه را در شب خارج كنید و یک سطح جدید روی آن قرار دهید و دوباره آن مسیر را باز كنید. دیگر در مناطق شهری برای بازسازی مسیر تنگراه های ترسناك را نداریم. ترافیک را منحرف نمی كنید و هزینه های شما كاهش می یابد زیرا شما به آسانی 2 اینچ را بر می دارید و 2 اینچ رویه روی آن قرار می دهید.» ^[16]
در ایلی نویز، Traylor گزارش می دهد که: یک نیروی كار از انجمن حمل و نقل و انجمن روسازی آسفالتی ایلی نویز با یكدیگر كار می كنند تا یک پروسه طراحی روسازی آسفالتی با عمر بالا را توسعه دهند. كمیته خصوصیات و مقطع عرضی را برای روسازی آسفالتی مخلوط گرم با عمر بالا را ارائه داده و صنعتی در ایلی نویز داوطلب قرارداد شده تا تکنولوژی وتوانایی اش را برای این کار ثابت كند. ^[16]
2-4) فواید روسازی ماندگار
فواید این روسازی ها به صورت خلاصه آورده شده است. ^[1]

• طول عمر بالا که به بیش از 50 سال نیز می رسد
• مقاومت بسیار بالا در برابر شیارشدگی
• کنترل ترک خستگی به علت ضخامت زیاد
• محدود کردن تغییر شکل تنها در لایه بالایی روسازی
• هزینه چرخه عمر پایین تر نسبت به سایر روسازی های موجود
• عدم نیاز به بازسازی کامل و ترمیم های با هزینه بالا به علت عملکرد خوب
• عدم وقوع خرابی در لایه های میانی و اساس آسفالتی در صورت ساخت صحیح
• نیاز به رویه مجدد در بازه های چندین ساله زمانی مثلا 20 ساله
• عدم وجود وصله های عمقی یا سایر مرمت هایی که برای چندین هفته ترافیک را مختل می کند
• نیاز به بستن مسیرها برای ترمیم نیست و می توان روکش مجدد را در شب یا در ساعات غیر اوج نیز انجام داد تا برای وسایل نقلیه عبوری مشکل ایجاد نشده و مسیرهای اطراف نیز دچار ترافیک شدید نشود.
• روشی مناسب برای روسازیهای بتنی که نیاز به بازسازی دارد.

وقتی روسازی های بتنی به پایان عمر مفیدشان می رسند، آنها باید تحت بازسازی های گران و زمانبر قرار گرفته و یا به طور كامل خارج شده و دوباره بازسازی شوند. این فرایندها منابع طبیعی گرانبها را تلف می كند و به علاوه حمل و نقل عمومی را دچار ناسازگاری می كند.
علاوه بر فواید زیست محیطی، صرفه جویی مالی نیز مهم است. پروسه Rubblization خیلی سریعتر از گزینه خارج و جایگزین كردن است. همچنین می توان ترافیک را از یک خط بدون نیاز به منحرف كردن ترافیک به یک مسیر دیگر عبور داد.

• یک سطح رانندگی ایمن و صاف فراهم می كند.

• کاهش صدا در جاده در هنگام عبور وسایل نقلیه

مطالعات نشان می دهد كه خصوصیات كاهش صدای آسفالت برای سالهای زیادی باقی می ماند . كاهش صدا از 3 تا 10 dB رایج است . كاهش صدا حدود 3dB مثل این است كه مسافت دو برابر را طی كند یا ترافیک تا حدود 50 درصد كاهش یابد.

• به علت تكنیكهای بازیافتی سازگار با محیط است.
• تكنولوژی و دانش ساخت آن اثبات شده است.
• همواری و حفظ منابع طبیعی وسوخت

مطالعات در یک آزمایش روسازی در Nevada نشان می دهد كه رانندگی در سطوح صافتر می تواند مصرف سوخت را حدود 5/4 تا 5 درصد كاهش دهد. همچنین به دلیل عدم نیاز به ساخت دوباره در استفاده از مصالح نیز صرفه جویی می شود.
وقتی كامیونها روی سطوح ناهموار رانندگی می كنند، پرش چرخها و سنگینی وارده تاثیرات بدی بر روسازی دارد. بعضی متخصصین تخمین می زنند كه 25 درصد افزایش در همواری راه،   9 تا 10 درصد افزایش عمر روسازی را نتیجه می دهد.
 
2-5)روش مكانیستیك- تجربی
اکثر پروسه های طراحی روسازی، هر لایه روسازی را برای توصیف خصوصیات مربوط به خستگی، شیارشدگی و ترك های حرارتی آن لایه در نظر نمی گیرند. از آنجایی كه هر لایه نقش مربوط به خود را درعملكرد روسازی بازی می كند، روشی جدید برای طراحی سازه ای نیاز است كه هر لایه روسازی را برای انواع خرابی های ذکر شده آنالیزكند، كه روش مكانیستیك-تجربی این كار را انجام می دهد. این روش برای روسازی آسفالتی از سال 1960 آغاز شد و در سال های 1980تا1990به پیشرفت های وسیعتری رسید.
طراحی مكانیستیک برای روسازی همانند سایر طراحی های مهندسی است كه برای پل ها، سدها و ساختمان ها استفاده می شود. اصول فیزیكی برای تعیین عكس العمل روسازی بر اثر بارگذاری استفاده می شود و با دانستن نقاط بحرانی در سازه روسازی، می توان سازه ای مقاوم را در برابر انواع مشخص گسیختگی یا خرابی با انتخاب صحیح مصالح وضخامت مناسب لایه ها، طراحی نمود . ^[16]
روش مکانیستیک – تجربی بر اساس دو پارامتر اندازه گیری می شود:
1 – کرنش فشاری قائم
2 – کرنش کششی افقی
روش مکانیستیک – تجربی روش کاملی است و دو خرابی عمده و مهم را در نظر می گیرد.
1 – ترک های خستگی در لایه آسفالتی
2 –شیار شدگی ( Rutting )
شکل 2-2) علت وقوع ترک خستگی و شیارشدگی [16]
روش بهتر برای طراحی روسازی ماندگار، روش مكانیستیک تجربی است. این روش از آنالیز های مهندسی منطقی عكس العمل های روسازی مانند تنش ها و تغییر مكان ها در زمینه عمر مورد انتظار روسازی استفاده می كند.
در شكل زیر یک فلوچارت طراحی با بهره گرفتن از روش مكانیستیک – تجربی نشان داده شده است. این یک روش تكرار پذیر است كه از پاسخ های روسازی، تنشها، كرنشها و خیز ها استفاده می شود تا تعداد تكرار مجاز بارها تا گسیختگی سازه (Nf) تخمین زده شود و موقعیت بارگذاری و خصوصیات مصالح بدست آید. ^[25]
شکل 2-3) فلوچارت طراحی با بهره گرفتن از روش مكانستیک تجربی [25]
تعداد واقعی بارهای ترافیكی مورد انتظار (n) بر Nf تقسیم شده و درجة خرابی (D) تعریف می شود. نقطه ای كه درجة خرابی به یک برسد گسیختگی رخ می دهد. این روش توسط Miner(1959) برای توصیف گسیختگی فلزات تعریف شده بود. در بسیاری موارد، مهندسین گسیختگی روسازی را زمانی در نظر می گیرند كه مسیر عبور چرخها تا 20 درصد دچار ترك خستگی شده باشد یا 5/0 اینچ شیارشدگی داشته باشد. (Von Quintus, 2001).
با وجود روش های طراحی روسازی M-E، راهنمای طراحی روسازی M-E جدید (MEPDG) كاملتر بوده، توجه بیشتر به مصالح مناسب و خصوصیات پاسخ مصالح نشان می دهد (Timmand priest,2006). در طراحی روسازی ماندگار، محدودیت های كرنشی وجود دارد كه در كمتر از آن مقدار خرابی اتفاق نمی افتد ، این مفهوم در شكل زیر نشان داده شده است.
شکل 2-4) فلوچارت طراحی جدید در روش مكانستیک تجربی [25]
بیشتر مهندسین روسازی در آمریكا، روسازی های ماندگار با عمر طراحی سازه ای 50 سال را در نظر می گیرند. زمانی كه یكپارچگی سازه ای روسازی در طول عمر روسازی حفظ شود، روكش های دوره ای معمولاً هر 20 سال نیاز است اجرا شود تا اصطكاك را افزایش داده، صدای جاده را كاهش دهد و تركهای سطحی را از بین ببرد .(Newcomb et al. 2001)
زمانی كه اهمیت طراحی صحیح برای روسازی با عمر بالا تشخیص داده شود، می توان دریافت که عمر طراحی تابع نیازهای طراحی، خصوصیات مصالح، تجهیزات ساخت، ضخامت لایه ها، فعالیت های نگهداری مسیر و معیارهای خرابی است. Ferne (2006)، به تفصیل می گوید “روسازی با عمر بالای طراحی، روسازی با طراحی و ساخت بسیار خوب می باشد كه می تواند تا بی نهایت بدون خرابی سازه ای عمل کند و بنابراین از المانهایی كه می تواند آن را فراهم كند نمی توان چشم پوشی كرد و نگهداری های مناسب باید انجام شود” عملكرد روسازی تابع طراحی آن است. ترافیك، آب و هوا، سابگرید و پارامترهای روسازی، مصالح روسازی، ساخت و سطوح نگهداری، همه تعیین می كنند كه روسازی چگونه در طول عمرش عمل خواهد كرد.
روسازی های ماندگار شامل، فراهم كردن سختی كافی در لایه های روسازی بالاتر برای محدود كردن شیارشدگی وضخامت كل روسازی مناسب و انعطاف پذیری در لایه های پایین تر برای مواجهه با ترك خستگی در سازه روسازی می باشد.
تحقیقات نشان می دهد كه مكانیسم روسازی را می توان با تشخیص تنش ها، كرنش ها و تغییر مكان ها در نقطه ای از روسازی بطوریکه از شروع شیارشدگی و خستگی در سازه روسازی جلوگیری كند، تشخیص داد. این آستانه ها، محدود كننده پاسخ های روسازی هستند.

تکنیک‌های پیش‌گویی انفجار اغلب به روش‌های تعیین بار انفجاری و تعیین پاسخ تقسیم می‌شوند. هر کدام از این دسته بندی‌ها به خودی خود می‌توانند به دو گروه اصلی و تجربی تقسیم شوند. گروه اصلی به کمک قوانین فیزیک شروع به پیشگویی انفجار می‌کنند، این در حال است که گروه تجربی به کمک آزمایشات این هدف را دنبال می‌کنند.
برای انتشار امواج انفجار به صورت واقعی لازم است شرایط اتمسفری، اثرات مرزی، مواد منفجره و پارامترهای زیاد دیگری را در نظر گرفت که این کار دشواری است. همچنین تغییرات فشار انفجار به دلیل تغییر شکل‌های بزرگ سازه و آسیب‌های موضعی، باید در محاسبات لحاظ شود. به دلیل رفتار غیرخطی سازه تحت بار انفجار باید نتایج تحلیل‌های عددی توسط نتایج آزمایشگاهی تایید شوند. بنابراین تحقیقات صورت گرفته در این زمینه به دو دسته تحلیل عددی و کارهای آزمایشگاهی تقسیم می‌شوند. در این فصل ابتدا به پدیده انفجار به همراه روابط ارائه شده برای محاسبه بار انفجاری معرفی می‌شود و پس از آن به رفتار مصالح در نرخ کرنش بار انفجاری اشاره‌ای می‌شود. در انتهای فصل نیز پیشینه تحقیقات عددی و آزمایشگاهی صورت گرفته، ارائه می‌شود.
 

2-2-معرفی انفجار

انفجار، آزاد شدن بسیار سریع انرژی به صورت نور، گرما، صدا و موج ضربه‌ای می‌باشد. موج ضربه ای شامل هوای بسیار متراکمی‌می‌باشد که به صورت شعاعی (کروی) از منبع انفجار به سمت خارج با سرعت مافوق صوت در حرکت است. با گسترش موج ضربه‌ای، مقدار فشار به سرعت کاهش می‌یابد (متناسب با توان سوم فاصله) پس از برخورد به یک سطح، منعکس شده و مقدار آن ممکن است تا سیزده برابر افزایش یابد[5]. مقدار ضریب انعکاس تابع نزدیکی ماده منفجره و زاویه موج برخوردی می‌باشد فشار همچنین با گذشت زمان به سرعت کاسته می‌شود (به صورت نمایی) در بارگذاری انفجاری زمان اعمال بار، بسیار کوتاه می‌باشد و معمولاً بر حسب هزارم ثانیه میلی ثانیه بیان می‌شود. در آخر پدیده انفجار، موج ضربه ای منفی ایجاد می‌شود که مکش ایجاد می‌کند و درجایی که خلأ ایجاد شده باشد، یک باد قوی یا نیروی کششی بر سطوح ساختمان وارد می‌شود. این باد، آثار مخروبه به جا مانده از انفجار را بر می‌چیند و سبب جابجایی آن‌ ها می‌شود. فاز منفی کوچک و تدریجی بوده، به طوری که در طراحی سازه های مقاوم در برابر انفجار در اکثر مواقع از آن صرف نظر می‌گردد. سه اثر اصلی که در آنالیز سازه تحت اثر بار انفجار خیلی مهم هستند، عبارت‌اند است از :

1. کل ضربه
2. فشار حداکثر موج انفجار
3. پرتاب اجسام (سرعت، جرم، توزیع)

 
دو مورد اول با علم به نوع مواد منفجره و وزن و شکل مواد منفجره و در نهایت فاصله انفجار تا هدف قابل محاسبه‌اند، اما پرتاب اجسام و آوار قابل بدست آوردن نیست و کاملاً طبیعی اتفاق می‌افتد. مورد آخر از آن جهت اهمیت دارد که موجب برخورد با انسان شده و آسیب می‌زند. در ادامه از بررسی گزینه سوم صرف نظر می‌کنیم[6].
 

2-3- بارگذاری انفجاری

اضافه فشار، فشاریست که به علت انفجار به فشار محیط اضافه می‌شود. هنگامی‌که اضافه فشار ناشی از انفجار در حال کاهش به سمت صفر است درست در لحظه‌ای که وارد فاز منفی می‌شود فشار به یکباره کمی‌افزایش می‌یابد، این به دلیل است که موج قوی از سمت انفجار می‌رسد که فشار را افزایش می‌دهد. با برگشت موج ضعیف شده به سمت انفجار از فشار کاسته شده و دوباره به سمت صفر پیش می‌رود، دوباره با رسیدن موج از سمت انفجار به طور ناگهانی فشار کمی‌افزایش می‌یابد ولی این بار کمتر از مرحله قبل. به نمودار تغییرات فشار در این پروسه که ذکر شد نمودار فشار دینامیکی گویند .فشار دینامیکی همواره مثبت باقی می‌ماند، زیرا ماهیت انرژی جنبشی دارد و از توان دوم سرعت باد بدست می‌آید.
شکل 2-1 تغییرات اضافه فشار و فشار دینامیکی در زمان را نشان می‌دهد. نمودار تاریخچه زمانی فشار رسم شده در زیر برای نقاطی که به محل انفجار نزدیک نیستند صادق است. مقادیر نمودار تاریخچه زمانی فشار به اندازه مواد منفجره و موقعیت آن بستگی دارد. برای مثال حداکثر فشار با افزایش فاصله کاهش می‌یابد و زمان فاز مثبت با افزایش فاصله از محل انفجار افزایش می‌یابد. اما ضربه هر دو این موارد برابر است. از همین نتیجه استفاده می‌شود تا قانون مقیاس که توسط هاپکینگسون[8]مطرح شد به وجود آید. این قانون بیان می‌کند که مواد منفجره با وزن‌های متفاوت و فواصل مختلف می‌توانند اثر یکسانی داشته باشند به شرطی که فاصله مقیاس آن‌ ها برابر باشد.
 
(2-1)
در رابطه (2-1) Z فاصله مقیاس و R فاصله از محل انفجار به متر است. W وزن معادل ماده منفجره به TNT به کیلوگرم می‌باشد. چندین روش برای بیان وزن TNT معادل وجود دارد، ولی ساده‌ترین آن‌ ها به صورت نسبت انرژی ویژه جرمی‌مواد منفجره واقعی به انرژی ویژه جرمی‌TNT می‌باشد. انرژی ویژه جرمی TNT برابر ۶۷۰۰ کیلوژول بر کیلوگرم می‌باشد[7].
شکل 2-1: منحنی اضافه فشار و فشار دینامیکی[8]
جبهه موج در مسیر خود ممکن است به سطحی برخورد کند و موج انفجار بازتاب شود، موج بازتاب شده با سرعت بیشتری نسبت به موج اولیه (موج برخوردی) حرکت

 می‌کند، این بدان علت است که موج برخوردی پس از اصابت به سطح فشرده تر شده و داغ‌تر می‌شود در نتیجه می‌توان گفت انرژی‌اش بیشتر شده و این انرژی به صورت انرژی جنبشی به محیط باز می‌گردد، در نتیجه موج بازتاب شده سرعت بیشتری نسبت به موج برخوردی داشته باشد[5]. موج بازتاب شده پتانسیل آن را دارد که با موج برخوردی یکی شود و موجی به نام موج ماخ را بسازند. این موج جدید فشار حداکثر بیشتری نسبت به دو موج برخوردی و موج بازتاب شده دارد.شکل 2-2 این فرایند را نشان می‌دهد.

 
شکل 2-2: انفجار در هوای غیر محصور و نحوی تشکیل موج ماخ [9]
 
فشار حداکثر، تابع میزان مواد منفجره و توان سوم فاصله است برای یک خطر انفجاری که بر حسب وزن ماده منفجره و فاصله بیان می‌شود، فشار حداکثر برخوردی و انعکاس یافته موج ضربه‌ای و سایر پارامترها مثل مقدار ضربه برخوردی و انعکاس یافته، سرعت ضربه و زمان رسیدن موج را می‌توان از چارت‌هایی که توسط ارتش آمریکا تهیه شده است استخراج کرد (این نمودارها به نمودار اسپاگتی نیز مرسوم‌اند). شکل 2-3 یک نمونه از این نمودارها را برای انفجار در فضای باز نشان می‌دهد.
 
 
شکل 2-3: پارامترهای انفجار در هوای آزاد در سطح دریا[10]
 
حرکت موج انفجار در محیط سیال یک پروسه غیرخطی است و اندرکنش موج با سازه یک مسئله پیچیده می‌باشد. پس از اصابت موج انفجار به سازه فشار و ضربه وارده تشدید می‌گردد. مقدار تشدید رخ داده وابستگی زیادی به حداکثر اضافه فشار موج انفجار برخوردی و جهت‌گیری سازه در مقابل موج انفجار دارد. Error! Reference source not found. بازتاب موج انفجار برخورد کرده به سازه را نشان می‌دهد. همچنین اثر تسطیح[9] باعث کاهش فشار بازتابی در نواحی گوشه سازه می‌شود. هنگامی که این اثر رخ می‌دهد، فشار بازتابی به دنبال افت و تسکین به سمت گوشه‌ها پیش می‌رود. همان طور که از شکل پیداست فشار در نقطه B به دلیل نزدیک بودن به لبه‌ها سریع‌تر از نقطه A پراکنده می‌شود. زمان لازم برای نقطه مورد نظر تا تحت اثر تسطیح در لبه‌ها پراکنده شود طبق رابطه (2-2) محاسبه می‌گردد[9].
 
(2-2)
 
که در آن t_c ‌زمان بر حسب ثانیه، S_x فاصله از نزدیک‌ترین لبه بر حسب متر وU_s ‌ سرعت موج انفجار بر حسب متر بر ثانیه است.
 
شکل 2-4: بازتاب موج انفجار وارد شده به سازه
 
پارامترهای جبهه موج انفجار از اهمیت ویژه‌ای برخورداراند. رانکین[10]حل تحلیلی این پارامترها‌ را برای توصیف شوک‌ انفجار ابتدا برای گاز ایده‌آل بیان‌کردند. این معادلات برای سرعت جبهه موج انفجار U_s و ماکزیمم فشار دینامیکی q_S به صورت زیر بیان می‌شود[11].
 
[1] -Oklahoma
[2] -Tanzania
[3] -Nairobi
[4] -Fujikura
[5] – Mineta
[6] – Weber fall I-40
[7] – Minnesota
[8] -Hopkingson
[9] -Clearing
[10] -Rankin

خرابی پیشرونده را به صورت گسترش خرابی موضعی اولیه از عضوی به عضو دیگر كه سرانجام به گسیختگی تمام سازه یا قسمت بزرگی از آن می انجامد تعریف می كنند. خطرات احتمالی و بارهای غیرعادی كه می تواند موجب خرابی پیشرونده شود، شامل این موارد می باشند: خطای طراحی یا ساخت، آتش سوزی، انفجار گازها، اضافه بار تصادفی، تصادف وسایل نقلیه، انفجار بمب ها و غیره. چون احتمال وقوع این خطرات كم است، در طراحی سازه ای آنها را در نظر نمی گیرند یا با اندازه گیری های غیر مستقیم به آنها می‌پردازند. اكثر آنها ویژگی كنش طی مدت زمان نسبتاً كوتاه را دارند و به پاسخ های دینامیكی می‌انجامند.خرابی پیشرونده در ابتدا توجه محققین را در دهه 70 میلادی، پس از گسیختگی جزئی برجی در رونان پوینت^[6] انگلستان به خود جلب كرد. پس از حملات تروریستی مركز تجارت جهانی در 11 سپتامبر 2001، علاقه مجدد به بررسی گسیختگی پیشرونده ایجاد گردید.
در آیین نامه های موجود ساختمانی، طراحی سازه ها برای بارهای قابل قبولیست كه ممكن است در طول عمر سازه بر آن وارد شود. سازه ها را معمولاً برای حوادث غیر طبیعی كه می توانند موجب خرابی های فراگیر شوند طراحی نمی كنند. اكثر آیین نامه های رایج فقط دارای توصیه های كلی برای تعدیل تأثیرگسیختگی پیشرونده در سازه هایی هستند كه فراتر از بارهای طراحی شان بارگذاری می شوند.
در این فصل، به مقایسه جامعی از مقررات مربوط به خرابی پیشرونده در آئین نامه های معتبر بین المللی ساختمانی پرداخته شده و ملاحظات مربوط به بهسازی ساختمان ها در برابر خرابی پیشرونده ارائه میشود برای ادامه دادن به این بخش چندین تعریف برای واژه خرابی پیشرونده/نامتجانس^[7] مرور شده است که با برخی مثالها همراه است سپس انواع خرابی پیشرونده و نگاهی کوتاه بر آیین نامه های معتبر به همراه مروری بر ادبیات فنی و طبقه بندی روش های کاهش خرابی پیشرونده بیان شده است [4].
 
 
 
2-2- مثال­هایی از خرابی پیشرونده
نمونه هایی از سازه هایی که بصورت کلی یا جزئی دچار خرابی پیشرونده شده اند در واقع خیلی کم و دارای فاصله زمانی هستند. خرابی پیشرونده پدیده ایست که تدریجا در استانداردهای طراحی در نظر گرفته می شود و تمایل به سمت آن بعد از حادثه انهدام ساختمانهای تجارت جهانی در 11 سپتامبر 2001 افزایش شدیدی یافت. در اینجا مختصرا به چند نمونه از خرابی پیشرونده اشاره شده است که در صفحه­های بعد ملاحظه می­ شود [1].
2-2-1- ساختمان فدرال آلفرد مورا^[8]
این ساختمان بین سال های 1970 تا 1976 در شهر اوکلاهاما طراحی و ساخته شد، که یک ساختمان اداری دولتی ایالات متحده بود. در 19 آوریل 1995 هدف حمله یک کامیون با مواد منفجره در ضلع شمالی قرار گرفت.سیستم سازه ای شامل قاب بتن آرمه در نه طبقه بود. ویژگی خاص آن وجود شاهتیر انتقالی^[9] در طبقه سوم در سمت شمالی بود طوریکه فاصله بین ستونهای طبقه همکف دو برابر دیگر طبقات بالاتر از خود بود.
شکل 2-1 خرابی پیشرونده در ساختمان آلفرد مورا
2-2-2- ساختمانی آپارتمانی رونان پوینت^[10]
رونان پوینت ساختمانی آپارتمانی بود که بین سال های 1966 تا 1968 ساخته شد. در 16 می سال 1968، انفجار گاز زیر پانل دیوار خارجی در طبقه هجدهم، که در گوشه ساختمان 22 طبقه بود اتفاق افتاد، سیستم سازه ای دیوار و سقف پیش ساخته بتن آرمه بود که دیوارها و سقف ها به هم پیچ می شدند و اتصالات با ملات پر می شدند. این بدان معنی است که اگر دیوار نگهدارنده پایینی حذف گردد، سقف ها پتانسیل زیادی برای ایستادگی در برابر خمش نخواهند داشت. بنابراین زمانی که پانل دیوار در طبقه هجدهم بوسیله انفجار به بیرون رانده شد، طبقات بالاتر منهدم شدند و سقوط نخاله های ریخته شده شروع به خرابی طبقات پایین تر تا طبقه همکف نمودند. همانطور که در شکل 2-2 دیده می شود انهدام این ساختمان بدلیل بی بهره بودن ساختمان از نامعینی لازم و ایستادگی اتصال سقف در برابر خمش ناشی از باز توزیع بصورت پیشرونده صورت گرفت. این یک نمونه از خرابی پیشرونده است كه از دست دادن عضو باربر منجر به خرابی كلی سازه گردید [3].
شکل 2- 2 خرابی پیشرونده در ساختمان رونان پوینت
2-2-3- برج الکوبار^[11]
کوبار تاورز یکی از چندین ساختمان آپارتمانی در الکوبار نزدیک دهران عربستان سعودی بود. در 25 ژوئن سال 1996 یکی از ساختمان های آپارتمانی به شدت خسارت دید، زمانی که یک بمب سنگین در خیابان روبروی ساختمان منفجر شد. ساختمان، هشت طبقه و پلانی تی شکل داشت. این ساختمان با سیستم دیوارها و سقف پیش ساخته بتن آرمه، ساخته شد. کلیه بارهای قائم و جانبی بوسیله سیستم دیوار پیش ساخته تحمل می شد. انهدام محدود به سمت روبرو و دهانه بیرونی ساختمان شد. اگر چه دیوارهای برشی بوسیله انفجار از بین رفتند ولی انهدام جز در محدوده خسارت اولیه پیشرفت نکرد. بررسی ها نشان داد که سیستم بتن آرمه پیش ساخته شکل پذیری کافی برای مقابله با اتفاقات فوق العاده را داشته است. اتصالات داخل هم سقف و دیوار نیز در اکثر قسمت ها سالم ماندند و دربرابر انهدام مقابله کردند [2].

شکل2-3 برج الکوبار
2-2-4- ساختمان بانکرز تراست^[12]
این ساختمان مثالی از یک سازه است که از خرابی پیشرونده سالم ماند. این سازه 40 طبقه اوائل سال 1970 در نیویورک ساخته شد درست جایی که برج تجارت جهانی جنوبی ایستاده بود. سیستم سازه ای شامل قاب فولادی معمولی بود با تیرهایی که در دو جهت با اتصال خمشی به ستون ها متصل بودند. این سازه ضربات نخاله های برج منهدم شده تجارت جهانی جنوبی را تحمل کرد. بخشی از دیوار های خارجی برج جنوبی در طبقه 23 به این ساختمان برخورد کرد که خسارت شامل خراب شدن سیستم های سقف، تیر های محیطی، بین طبقات 9 تا 23 و خراب شدن ستون های خارجی بین طبقات 9 تا 18 بود. که در شکل 2-4 دیده می شود.
علیرغم از بین رفتن عضو باربر قائم، خرابی بیشتری جزآنچه مستقیما بدلیل نخاله های برج منهدم شده تجارت جهانی جنوبی بوجود آورد ایجاد نشد. بطور واضح قابهای خمشی نامعینی و شکل پذیری کافی برای مقابله با تنش های باز توزیع شده بعد از حذف ستون دارند و انرژی جنبشی ناشی از حذف ناگهانی ستون و افتادن نخاله ها را جذب می کنند [1].
 
 
 
 
 
 
 
شکل 2-4 ساختمان بانکرز تراست
2-2-5- ساختمان تجاری اسکای لاین پلازا^[13]
سال 1973، که به هنگام بتن ریزی در طبقه 24، یک خرابی پیشرونده در کل ارتفاع برج رخ می دهد و هم چنین در اثرضربه های مخروبه ها، خرابی پیشرونده افقی در کل گاراژ پارکینگ کنار برج اتفاق می‌افتد[3].
شکل 2-5 ساختمان تجاری اسکای لاین پلازا
 
2-2-6- برج های دو قلوی تجارت جهانی آمریکا
برج های دو قلوی تجاری آمریکا ، 11 سپتامبر2001، برخورد دو هواپیما به این برج ها باعث خرابی آنهاو هم چنین خرابی کلی و جزئی 10 ساختمان مجاور آنها شد که ضعف این سازه ها را در هنگام رویارویی با بارگذاری غیر عادی و پیش بینی نشده نشان می دهد [4] .

• General Service Administration
• Robustness

3- Ronan Point
10– General Service Administration
11– Robustness
[6] -Ronan point
[7]– Progressive /Disproportionate Collapse
[8] – Alfred Murrah
[9] – Transfer girder
[10] – Ronan Point
7- Kobar Towers
[12] – Bunkers Trust
[13] – Sky line plaza

ایران نیز به دلیل قرارگیری بر روی کمربند زلزله آلپ-­هیمالیا جزء کشورهای لرزه­خیز محسوب می­ شود که هر چند سال یکبار زلزله­ای ویرانگر در نقاط مختلف کشور رخ می­دهد. در بین سال­های 1900 تا 2010 میلادی 13655 زلزله با بزرگای بیش از 4 ریشتر در ایران رخ داده که از این تعداد 117 زلزله با بزرگای بیشتر از 6 ریشتر بوده است. ممکن است گاهی این تصور پیش آید که زلزله قاتل جان انسان­هاست. اما واقعیت چیز دیگری است: این زلزله نیست که جان انسان­ها را می­گیرد، بلکه سازه­های ضعیف مسبب آن هستند. بنابراین باید رفتار سازه­ها را در زلزله بیشتر شناخت و آیین­نامه­ ها و روش­های اجرایی را بهبود بخشید.
در اثر زلزله، انرژی زیادی از درون زمین آزاد شده که این انرژی باعث تکان خوردن صفحات پوسته می­گردد. لرزش و تکان زمین باعث به وجود آمدن پارامترهای زمین (جابجایی، سرعت و شتاب) می­ شود. در مورد زلزله آنچه که باعث حرکت سازه می­ شود تکان­های زمین بوده و هیچ نیروی خارجی به سازه وارد نمی­ شود. پس از تکان زمین، ابتدا پی و سپس ستون­ها و در نهایت سقف­ها تکان می­خورند بنابراین انرژی زلزله به صورت جابجایی به پی سازه وارد می­ شود و چون سازه­ دارای جرم قابل ملاحظه­ای می­باشد، این جرم سازه است که منجر به ایجاد شتاب، حرکت سازه و نیروی اینرسی در سازه می­گردد. با تکان پی، جابجایی به اندازه Δ در سازه ایجاد می­ شود که ابتدا ستون­ها و سپس سقف­ها دچار این جابجایی می­شوند.
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
شکل 1-1: نحوه انتقال انرژی زلزله به سازه [22]
 
حال با توجه به این که زلزله­ها همواره در هنگام وقوع، به دنبال نقاط ضعف ساختمان هستند و اثر آنها بر روی این قسمت ­ها می ­تواند مشکل ساز شود، باید این نقاط ضعیف که معمولاً در اثر تغییرات سریع در سختی، مقاومت و یا شکل­پذیری به وجود می­آیند به طور کامل شناسایی شوند. آنچه که در این پایان نامه به بررسی اثر آن پرداخته شده است تغییرات سریع در سختی یک طبقه است. مطابق تعریف ویرایش چهارم آیین­نامه 2800 منظور از سختی طبقه جمع سختی جانبی اعضای قائم باربر جانبی است. برای محاسبه این سختی­ها می­توان تغییر مکان جانبی واحدی را در سقف طبقه مورد نظر وارد کرد در حالتی که کلیه طبقات زیرین بدون حرکت باقی بمانند. اگر پس از جابجایی پی به اندازه Δ درستون­های یک طبقه، سختی طبقات دیگر آن قدر زیاد باشد که ستون­ها نتوانند سقف­های بالا و پایین را با خود همراه سازند، آنگاه در ابتدا و انتهای محل اتصال ستون­ها به طبقه یا طبقه ­های سخت در اثر جابجایی­های رفت و برگشتی ناشی از زلزله، مفصل پلاستیک ایجاد شده و به علت ایجاد لنگرهای خمشی بزرگ در این مفاصل، طبقه یا دچار تغییر شکل ماندگار و یا دچار ریزش می­ شود که در بعضی مواقع ریزش طبقه منجر به پیچش سازه و ریزش کامل سازه نیز می­ شود.
 
شکل 1-2: ایجاد تغییر مکان جانبی ماندگار 6 درجه­ای در اثر پدیده نرم.[6]
شکل 1-3: نمونه ­ای از خرابی ناشی از پدیده طبقه نرم در ژاپن. [4]
 
شناخت و درك رفتار سازه­های مختلف تحت اثر بارگذاری­های