بخشی از مقاله
چکیده:
امروزه سدهاي خاکی و سنگریزه اي با هسته هاي نفوذ ناپذیر از جمله فراگیر ترین انواع سد هـا مـی باشـد.در ایـن نـوع سدها هسته مرکزي وظیفه نگهداري از آب در پشت سد را بـر عهـده دارد. بـه علـت نفوذناپـدیزي رس و فراوانـی آن در طبیعت، در اغلب موارد هسته سد از جنس رس ساخته می شود ولی در مواردي، مشکلات احداث سـد بـا هسـته رسـی متخصصان و کارشناسان را به جایگزینی مصالح مناسـب دیگـري وا داشـته اسـت. تـامین رس در منـاطق کوهسـتانی و مناطقی که مصالح با کیفیت مناسب در دسترس نمی باشد، هزینه ساخت را بـالا مـی بـرد. در بسـیاري مـوارد ضـرورت احداث راههاي دسترسی به منابع قرضه تامین رس، حجم زیاد مصالح مورد نیاز، رطوبت، تـراکم و پدیـده قوسـی شـدن، حساسیت مصالح رسی به تغییرات آب و هوا و نیاز به کنترل کیفیت بسیار دقیق مانند کنترل هاي لازم در مورد بالا بودن احتمال ایجاد معایبی نظیر رگاب، محدودیت اختلاف تراز خاکریزي هسته با مناطق همجوار، نیاز به طرح و اجراي دقیـق فیلتر و مسائلی از این دست که موجب کندي روند اینگونه سدها می گردند، ساخت سد با هسته غیر رسی را توجیه پذیر می نماید.یکی از مصالحی که امروزه در هسته سدهاي خاکی کاربرد پیدا کرده است،بتن آسفالتی متراکم می باشد.هسته بتن آسفالتی علاوه بر پایداري، پوشش آب بند مناسبی را ایجاد می کند. مزایاي کاربرد بتن آسفالتی در سد هاي خاکی و سنگریزه اي آنرا در بسیاري موارد جایگزین مناسبی براي هسته رسی می سازد. سرعت بالاي اجرا، حجم کم مصالح مورد نیاز، انعطاف پذیري خوب، حساسیت کمتر به آب و هوا، یکنواختی بیشتر و کنترل کیفی ساده و ارزانتر و را مـی تـوان از جمله مزایاي این مزایا نام برد.((1
تاریخچه و روش هاي ساخت((1
امروزه ساخت سدهاي خاکی و سنگریزه اي با هسته بتن آسفالتی در دنیا اهمیت زیاد و گسترشی روزافزون یافته است، بطوریکه در فاصله سالهاي 1998 تا 2001 تعداد سدهاي ساخته شده با هسته آسفالتی از 60 مورد به بیش از 70 مورد رسیده است و حدود 8 سد دیگر نیز در دست ساخت می باشد.
از نظر تاریخی اولین سد با هسته آسفالتی (Vale Do Gaio) در سال 1948 در کشور پرتغال ساخته شده است. در ساخت این سد از روش BMC1 استفاده شد و روش کار به این ترتیب بود که مخلوط ماسه و قیر در بین دیواري ساخته شده از قلوه سنگ، ریخته و با اعمال ضربه متراکم می شد.
این روش ساخت ، پس از آن در جاي دیگر ساخته نشد، بلکه اجراي همزمان هسته و لایه هاي محافظ پایاب و سراب مورد توجه قرار گرفت و اولین سد با این روش به نام Henne در سال 1954 در آلمان ساخته شد. در این روش ساخت که به CMC2 معروف میباشد که پس از قالب گذاري در جدار هسته ، ابتدا قیر و مصالح
-Bituminous Mastic Core ١ -Cyclopean Mortar Core ٢
١٠٩٧
فیلتر در قالب ها ریخته شده و پس از آن قلوه سنگ هاي تمیز و خشک با مرتعش نمودن قالب ها به درون مخلوط قیري وارد می شود. پس از ریختن هر لایه ، قالب ها برداشته شده و با تراکم مناطق انتقالی، اتصال بین آنها و هسته آسفالتی ایجاد می شود.در طی سالهاي 1954 تا 1962 در آلمان و اتریش 5 سد با هسته هاي بتن آسفالتی به این روش اجرا شد که ضخامت لایه هاي خاکریزي بین 25 تا 50 سانتی متر بود.همچنین در دهه 60 میلادي ، 5 سد به این روش در کشور فرانسه و در لایه هاي 50 تا 100 سانتی متري اجرا شد.
از اوایل دهه شصت روش دیگري در زمینه اجراي همزمان هسته و مناطق انتقالی به کار گرفته شد که به روش هسته بتن آسفالتی متراکم DACC3 معروف است. در این روش لایه ها با ضخامت 20 تا 25 سانتی متر به دو گونه زیر ریخته می شود:
روش :Strabag در این روش مطابق شکل 1-1 مواد بتن آسفالتی هسته همزمان بین مصالح مناطق انتقالی درون قالب ریخته می شود که بلافاصله پس از برداشتن قالب هاي لغزنده با هم متراکم می شوند.((1
روش : Teerbeu این روش بعدها توسعه و تکامل یافت، بدین ترتیب که یک لایه بتن آسفالتی در قالب هاي لغزنده ریخته و آنقدر متراکم می شود که بعد از برداشتن قالب در جاي خود پایدار بماند.
در سال 1969 در نروژ سد Grasj به روش CBC4 ساخته شد که طی ان مصالح سنگی تمیز و خشک ابتدا داخل قالب ها ریخته شده و سپس قیر داغ به داخل آن پمپ می گردید.((1
در سال 1988 روش بتن آسفالتی خیلی روان FACC5 در ساخت سه سد در روسیه به اجرا گذاشته شد. این سه سد بر رسوبات آبرفتی عمیق و سست قرار داشتند که باعث نشست هاي نامتقارن در بدنه سد گردید.مخلوط آسفالتی با 10 تا12 درصد قیر به داخل قالب هایی به ارتفاع یک متر که بر روي لایه نفوذ ناپذیر قبلی قرار داده شده بودند، ریخته می شد و وقتی دماي آسفالت به 45 درجه می رسید، قالب ها برداشته شده و خاکریزي نواحی انتقالی و فیلترها انجام می گردید. علت استفاده از این تکنیک به جاي مخلوط آسفالتی با قیر کمتر آب و هواي سرد منطقه و نیاز به تغییر شکل پذیري زیاد هسته در اینگونه مناطق بود، در ضمن این تکنیک به وسایل ریختن و تراکم خاصی احتیاج نداشت.
ویژگی هاي بتن آسفالتی از دیدگاه سد سازي
خصوصیات و ویژگی هاي ذیل کاربرد بتن آسفالتی را بعنوان عضو آب بند در سد هاي خاکی و سنگریزه اي مورد توجه قرار داده است:
١. نفوذپذبري کم ٢. مقاومت کافی در مقابل نیروهاي وارده
٣. انعطاف پذیري کافی جهت همآهنگی با تغییرشکل خاکریز بدون ترك خوردگی ٤. مقاومت در برابر فرسایش ناشی از تراوش آب ٥. اتصال مناسب بین لایه بتن آسفالتی و مصالح خاکریز
-Dense Asphaltic Concrete Core ٣ -Cyclopean Bituminous Core ٤ -Flowable Asphaltic Concrete Core ٥
١٠٩٨
٦. حساسیت کم به تغییرات آب و هوا( ظرفیت گرمایی بالاي بتن آسفالتی امکان اجراي آنرا در شرایط بد آب و هوایی نیز فراهم می سازد و بدین ترتیب زمان بیشتري براي اجاي پروژه در دسترس خواهد بود)
٧. اجرا شدن به صورت عمودي ، مایل و حتی شکسته ٨. عدم ترك خوردگی عمیق در هنگام نشست نامتقارن ٩. عملکرد مناسب در برابر ارتعاش و زلزله .10 امکان خود ترمیمی در هنگام تراوش .11امکان آبگیري قبل از اتمام ساخت سد .12 مقاومت کشی خوب
.13 امکان ساخت هسته هاي نازك(که مصرف مصالح را کاهش می دهد واز لحاظ اقتصادي مقرون به صرفه است) .14 توانایی خود ترمیمی6 به علت خواص ویسکوالاستوپلاستیک(به طوري که ترك هاي ایجاد شده در
هسته در اثر خزش تدریجی آسفالت و انتقال مصالح ریز به داخل ترك ها ترمیم می شود. .15 حفظ مقاومت در برابر پیري7 یا حفظ مشخصات در طول زمان
کنترل هاي لازم جهت تعیین خواص آزمایشگاهی آسفالت -1انعطاف پذیري مخلوط آسفالتی
انعطاف پذیري مخلوط آسفالت به نرمی قیر وابسته است.هسته و پوشش هاي بتن آسفالتی باید طوري طرح شوند که تحت تاثیر تغییر شکل هایی که در طول عمر سد اتفاق می افتد نفوذ ناپذیري خود را حفظ کنند.در شکل نحوه آزمایش انعطاف پذیري نشان داده شده است. نمونه مطابق شکل در دستگاه قرار داده شده و فشار هیدرولیکی به تدریج از بالا اعمال می شود تا حدي که در وسط نمونه 50 میلیمتر تغییر شکل ایجاد شود.در این حالت نمونه نباید دچار ترك و یا تراوش شود.
-2آزمایش سه محوري
مهندسین در ارتباط با روسازي راه ها همواره به عملکرد آسفالت در برابر بار هاي بزرگ ، متناوب ، متمرکز و کوتاه مدت در دماهاي مختلف کاري توجه داشته اند. آزمایش سه محوري که در مکانیک خاك جهت تعیین مقاومت خاك به کار می رود از حدود 50 سال پیش یعنی از زمانی که آسفالت براي کاربرد در سازه هاي هیدرولیکی مورد توجه قرار گرفت. براي تعیین مقاومت نمونه هاي آسفالتی نیز استفاده می شود. چسبندگی، اصطکاك داخلی و رابطه زمان- دما براي تغییر شکل نمونه، خصوصیاتی از مخلوط هستند که در تعیین مقاومت برشی ان در طول عمر سازه سهم دارند.این موارد از آزمایش سه محوري بدست می ایند.آزمایش هاي مذکور براي دماهاي مختلف انجام می شود. نحوه آزمایش مطابق شکل زیر همانند آزمایش سه محوري در مکانیک خاك است.
-Self healing ٦ -Aging ٧
١٠٩٩
-3مقاومت کششی بتن آسفالتی
مقاومت کششی نمونه هاي آسفالتی با افزایش زمان بارگذاري کاهش می یابد،همچنین افزایش دما نیز مقاومت کششی نمونه ها را کاهش می دهد.این روابط در شکل زیر نشان داده شده است.
مقاومت کششی مخلوط آسفالتی در حدود %10 مقاومت فشاري ان می باشد و تقریبا به صورت نمودار شکل زیر تغییر می کند . جهت بدست آوردن مقاومت کششی نمونه ها از آزمایش قطري یا آزمایش مقاومت کششی برزیلی استفاده می شود.
١١٠٠
نمونه استوانه اي به پهلو در دستگاه مقاومت فشاري قرار داده می شود بارگذاري در راستاي طول نمونه تا زمان شکست آن ادامه می یابد. اگر بار فشاري در حین شکست P باشد ، مقاومت کششی نمونه(( T به این صورت محاسبه می شود:
T 2PDL
که در آن:
= T تنش کششی برحسب پوند بر اینچ مربع =P نیروي فشاري بر حسب پوند
=D قطر نمونه بر حسب اینچ
=L طول نمونه بر حسب اینچ
-4 آزمایش نفوذ پذیري
مشخصات آزمایش نفوذ پذیري مخلوط هاي قیري در آزمایشگاه و در محل، توسط استاندارد ASTM D3637 توضیح داده شده است. در طراحی هسته یا رویه آسفالتی مهندسین باید نسبت به مسئله نفوذ پذیري بسیار حساس باشند تا بتوانند میزان تراوش از تمامی قسمت هاي سد را محاسبه و کنترل کنند.
براي انجام آزمایش و محاسبه نفوذ پذیري مخلوط بتن آسفالتی به ترتیب زیر عمل می شود:
١- نمونه ساخته شده و متراکم شده داخل قالب گذاشته می شود. A سطح مقطع و L ارتفاع نمونه
قبلا اندازه گیري می شوند.
٢- فاصله بین نمونه و دیواره هاي قالب با قیر داغ و روان اندود می شود.
٣- در طول آزمایش حجم آبی که تحت هد H از نمونه در زمان t تراوش می کند اندازه گیري شده و
آنگاه پارامتر هاي i و Q از روابط زیر محاسبه میشوند.
