بخشی از مقاله
چکیده
تحلیل رفتار رویهای بتن آسفالتی در سدهای خاکی یکی از عوامل مهم در تامین امنیت و پایداری این نوع سدها میباشد، از سوی دیگر پیچیدگی و رفتار غیرخطی خاک در مقابل رفتار الاستیک رویهی بتن آسفالتی و اندرکنش بین خاک و سازه از یک سو و اجرای لایه به لایه بدنه از سوی دیگر، از مهمترین عوامل در طراحی و ساخت اینگونه سدها میباشد. مخلوط مصالح سنگی و قیر که بتن آسفالتی نامیده میشود، میتواند علاوه بر داشتن مقاومت خوب، پوششی مناسب جهت جلوگیری از نفوذ رطوبت باشد. در مقاله حاضر سد موراتلی - Muratli - در ترکیه که سدی خاکی با رویهی بتن آسفالتی میباشد در نرم افزار ABAQUS به صورت سه بعدی مدل شده و عملکرد استاتیکی آن از جمله تنش برشی و فشاری، کرنش الاستیک و جابه جاییهای سد تحت نیروی فشاری هیدرواستاتیکی آب، در حالتهای مختلف مورد تحلیل قرار گرفته، همچنین اندرکنش بین پی و بدنهی سد نیز اعمال شده است. در نتایج تحلیلها مشاهده میشود که رویهی بتن آسفالتی به خوبی همانند یک دیواره ناتراوا عمل میکند. همچنین تغییر مکانهای قائم و افقی به دلیل فشار هیدرواستاتیکی وارده توزیع نامتقارنی پیدا کردهاند.
مقدمه
امروزه، سدهای خاکی یکی از معمولترین سدها هستند، زیرا مصالحی که در ساخت آنها بکار می رود از طبیعت استخراج شده و به راحتی اجرا می شوند . برای جمع آوری آب در پشت سد، لازم است تا یک عنصر نفوذ ناپذیر در بدنه سد تعبیه گردد . این عنصر نفوذناپذیر می تواند به عنوان یک پرده داخلی - هسته - یا یک پوشش خارجی تعبیه شود.هرکدام از این دو حالت، مزایا و معایب خود را دارند ولی عموما به نظر می رسد که سدهای خاکی با رویه خارجی، دارای مزایای زیادی هستند. سد خاکی با رویه ی بتن آسفالتی، یکی از انواع نسبتا جدید سدها است که استفاده از آن در دنیا و به خصوص اروپا دارای رشد روز افزونی است. یکی از مصالح ساخت دست بشر که در مهندسی راه و ساختمان کاربرد دارد، قیر است. نفوذپذیری در برابر رطوبت و آب بند بودن قیر، همواره در بسیاری از کارهای ساختمانی چاره ساز بوده است . از طرف دیگر با توسعه فن راهسازی، استفاده از مخلوط قیر و مصالح سنگی به عنوان رویه ی راه، به لحاظ مقاومت خوب، کاربرد فراوانی یافته است. مخلوط مصالح سنگی و قیر که بتن آسفالتی نامیده میشود، می تواند علاوه بر داشتن مقاومت خوب، پوششی مناسب جهت جلوگیری از نفوذ رطوبت باشد . این موضوع باعث شد تا کاربرد این ماده برای آب بندی سدهای خاکی مطرح شود. وفور مصالح مورد نیاز این نوع سد قیر و مصالح سنگدانه ای و سرعت و سهولت ساخت آن از جمله علل توجه زیاد به این نوع سد در بعضی مناطق دنیا می باشد.
سوابق و تاریخچه سدهای خاکی با رویه نفوذناپذیر
پیدایش آغازین سدهای سنگریز با غشاء نفوذناپذیر - Water Tigtness - را باید در کوههای سیرا - Sierra - کالیفرنیا در دهه 1850 جستجو کرد. عمدتا اجزای بدنه شامل انباشت مصالح خاکی-سنگی ، اجزای منطقه تبدیل - Transition - Zone یا بالشتک و اجزای پوشش نفوذناپذیر از چوب و یا مصالح دیگر آب بندی می گردید. عامل موثر در تامین پایداری سدهای خاکی با روکش بتن آسفالتی، تغییر شکل بدنه و تکیه گاه در طول ساختمان ، پس از بارگذاری و تغییر شکلهای متاثر از زمان می باشد زیرا افزایش تغییر شکل بیش از حد مجاز سبب ترک برداشتن غشاء و ایجاد خسارتهای جدی می گردد. محققان بسیاری به بررسی رفتار رویه بتن آسفالتی و اندرکنش رویه و بدنه سنگریزه ای پرداخته اند که در ادامه به برخی از آنها اشاره می شود.
زریباف زاده - - 1375، در تحقیقی تحت عنوان بررسی رفتار سدهای خاکی وسنگریزه ای با هسته ی آسفالتی تحقیقاتی در زمینه ی مصالح آسفالتی، آثار سنگ دانه و درصد قیر با انجام آزمایشهای تک محوری و سه محوری، بیشتر در بررسی اثر دانه بندی و شکل سنگدانه ها، نوع قیر و درصد آن با استناد به آزمایشهای مارشال و به منزله ی تائیدی بر استفاده از منحنی فولر انجام داد که در این منحنی دانه بندی بعد بیشینه ی سنگدانه ها 19 میلی متر است. محمدزاده ولطیفی - 1387 - ، در تحقیقی تحت عنوان بررسی رفتار مکانیکی نمونه های آسفالتی جهت استفاده در هسته ی آسفالتی سدهای سنگریزه ای از روش تراکم ژیراتوری برای سا خت نمونه های آسفالتی استفاده کردند و نمونه ها تحت آزمایشات تک محوری سیکلیک با تغییرات درصد قیر، دما و فرکانس بارگذاری در حالت های مختلف قرار گرفتند و نتایج نشان داد که با افزایش فرکانس بارگذاری - در درصدهای مختلف قیر - ، تغییر شکلها و میرایی کاهش یافته و همچنین با افزایش دما، در تمام درصدهای قیر تغییر شکلها و میرایی افزایش وسختی مخلوطهای آسفالتی کاهش می یابد.
فیضی وهمکارانش - 1387 - ، تحقیقی را با عنوان بررسی رفتار مصالح بتن آسفالتی برای کاربرد در سدهای خاکی و سنگریزه ای توسط تعداد زیادی از آزمایش های مونوتونیک و دوره ای با استفاده از دستگاه دینامیکی MTS موجود در موسسه ی تحقیقاتی نروژ - - NGI انجام دادند که این آزمایش ها در درجه ی حرارت، تنش های همه جانبه، ناهمسانی و سرعت بارگذاری های مختلف صورت گرفت. نتایج آزمایش ها حاکی از رفتار مناسب مصالح بتن آسفاتی، در برابر بارهای دینامیکی است و حتی پس از هزاران دوره ی بارگذاری، کاهش قابل توجهی در مقاومت این مصالح دیده نشد که این پاسخ مناسب در نواحی سردسیر و بارانی محسوس تر است.
تدین وهمکارانش - 1388 - ، در تحقیقی تحت عنوان بررسی تکنولوژی ساخت سدهای سنگریزه ای با رویه ی بتنی استفاده از پوشش نفوذناپذیر بتن آرمه را در بالادست سدهای سنگریزه ای جهت آب بندی به دلیل نفوذپذیری بالای مصالح سنگی، مورد ارزیابی قرار دادند و نتیجه گرفتند که نکته ی کلیدی در طراحی و اجرای این گونه سدها، دال بتنی پوشش بالادست و نحوه ی اتصال آن به پلینت است که نکاتی چون ضخامت، تقویت درزهای افقی و عمودی آب بندها، زهکشی وعایق بندی را به همراه دارد و مهمترین قسمت در اجرای سدهای سنگریزه ای با پوشش بتنی است. همچنین این نوع سدها به لحاظ کاهش هزینه ها، تسریع در عملیات ساخت و اجرا گزینه ای مطلوب از جنبه های اقتصادی و توسعه ای می باشد.
برت وشاوب - 1973 - ، در تحقیقی با عنوان تنش روی هسته ی بتن آسفالتی در سدهای بلند در حال احداث هنگام زلزله مطالعاتی روی هسته ی بتن آسفالتی انجام دادند که با استفاده از روش تحلیل تیر برشی - روش مارتین وسید - ، تنش های برشی دینامیکی در مرکز هسته ی عمودی 180 متری یک سد بتن آسفالتی که در معرض مولفه ی N-S طیف EI-Centro قرار داشت، محاسبه شد. سپس با طرح دستگاهی نتایج به دست آمده از تحلیل های عددی را شبیه سازی کردند و نتیجه گرفتند که تا 200 دور تغییرات ساختاری و مقاومتی چندانی در هسته ی آسفالتی رخ نمی دهد و تغییر مکان ها به صورت خطی و متناسب با بار برشی اعمالی است و در موقع بار برداری به صفر میل می کند. مولر - - 1988، در تحقیقی تحت عنوان بازسازی و بالا بردن سطح رویه ی بتن آسفالتی سدها و مخازنشان این پوشش را برای شیب های عادی و شیبهای بلند و طولانی راهکاری مناسب می داند و معتقد است که در مدت 30 سال یا اندکی بیشترعملکرد رضایت بخشی دارد و بعد از این مدت نیازمند بازسازی آن هم فقط در مناطق و لایه هایی که نیاز به تعمیر دارند می باشد که افزایش ارتفاع، راهی آسان برای این امر تلقی می گردد. همچنین پوشش بتن آسفالتی، از نگاه مولر با طراحی ترکیبی مناسب می تواند در مقابل فشارآب 20 بار یا بیشتر از این مقدار غیر قابل نفوذ بوده و قابلیت جذب رسوبات بالای 10 درصد را نیز دارد و از همه مهم تر کوتاه بودن اجرای این پوشش می باشد.
وانگ - 2004 - ، در تحقیقی تحت عنوان آزمایش های دوره ای روی پوشش بتن آسفالتی با استفاده ازآزمایش های دوره ای، که بر روی نمونه های 4 سد با هسته ی آسفالتی انجام داد به این نتیجه رسید که کرنش های دینامیکی محوری در محدوده ی کشسانی باقی ماندند و هیچ نشانی از ترک در نمونه های ساخته شده دیده نشد که حاکی از رفتار مطلوب ا ین نوع مصالح می باشد. در اکثر تحقیقات نوع بارگذاری دوره ای و به صورت یک طرفه بوده، که نمی توانست بارگذاری زلزله را به درستی شبیه سازی کند. الچیبلک و جمیلی - 2011 - ، در تحقیقی با عنوان پوسته ی بتن آسفالتی برای سدهای سنگریزه ای در مناطق خشک æ نیمه خشک - مطالعه ی موردی سد السورانی در سوریه - لازمه ی استفاده ی موفقیت آمیز از پوشش بتن آسفالتی جهت آب بندی را اول دقت در انتخاب وآزمایش مناسب مواد سازنده ی آن سپس جزئیات ترکیب مخلوطی برای پوشش لایه ها می دانند و معتقدند که خصوصیات اصلی یک پوسته ی آسفالتی نفوذناپذیری نسبت به آب بوده و در ضمن می تواند نیروهای فشاری را به خوبی نیروهای خمشی و برشی جذب نموده و تا حدودی بالا ببرد، که بستگی به تحکیم رسوبات دارد. همچنین کنترل مداوم مواد سازنده و نوع مخلوط و لایه های جایگزین شده امری واجب می باشد.
ضیائی و همکارانش - 2011 - ، در تحقیقی تحت عنوان تحلیل استاتیکی تنش- کرنش سدهای خاکریزی با هسته ی Â سفالتی سد گابریک که سدی همگن می باشد را مورد تحلیل قرار دادند. با توجه به اینکه هسته ی آسفالتی روی دیوار آب بند - cut-off - قرار گرفته و پوسته روی پی آبرفتی واقع می باشد انتظار می رود رسوبات نامتقارن در حین ساخت روی رفتار هسته ی آسفالتی اثر بگذارد که جهت درک روشنی از این رفتار تحلیل با استفاده از روش المان محدود دو بعدی انجام گرفت و نتایج نشان داد که مقادیر تنش های قائم در دو زمان به فشار لایه ی سربار می رسد که نشان دهنده ی انتقال بارهای قابل توجه به هسته ی آسفالتی است و بیشترین جابجایی قائم هسته ی آسفالتی در انتهای ساخت 0,22 متر بوده که به جابجایی افقی هسته نزدیک می باشد.
فانگ و لیو - 2011 - ، در تحقیقی تحت عنوان تحلیل تنش- کرنش سد آیکو با هسته ی بتن آسفالتی مدل دانکن - Duncan - را برای محاسبه ی تنش و کرنش سد سنگریزه ای و هسته ی بتن آسفالتی پس از دوغاب ریزی و عملیات های دیگر اتخاذ کردند و نتایج نشان داد که تنش و تغییر شکل بدنه ی سد و هسته در محدوده ی قابل قبولی قرار دارد æ همچنین پس ازعملیات پی سازی جابجایی پی سد کاهش یافت و هیچ گونه آسیب برشی در بدنه یا هسته تحت بارهای متغیر وارده مشاهده نشد. در این تحقیق با توجه به اهمیت عملکرد سدهای سنگریزه ای با رویه بتن آسفالتی به بررسی رفتار سد سنگریزه ای موراتلی - Muratli - در ترکیه پرداخته شد. برای مدل سازی این سد نرم افزار ABAQUS به کار رفته است و سد به صورت سه بعدی مدل شد .سپس با هدف تعیین تغییر شکل ها و تنش ها ایجاد شده در سد و رویه آسفالتی تحلیل های استاتیکی بر روی سد انجام شد.
معرفی سد موراتلی ترکیه
سد سنگریزه ای موراتلی که سدی با رویه ی بتن آسفالتی می باشد با ارتفاع 44 متر بر روی رودخانه ی کوروه - Coruh - در روستای موراتلی واقع در 12 کیلومتری شمال شرقی شهر آرتوین - Artvin - ترکیه می باشد. این سد که
