بخشی از مقاله
چکیده
امروزه پروژه های نظیر راه آهن و ترن های سریع السیر، راهسازی وفرودگاهها، سد سازی و تونل سازی به سرعت در حال افزایش است. همراه با این افزایش روز افزون برخی مشکلات نیز به میان آمده است. برای جلوگیری ازمشکلات بوجود آمده در حین اجرای پروژه ها، مصالح مورد استفاده از این پروژه ها قبل ازشروع تحت آزمایشاتی مانند اندازه افت فرسایشی لس آنجلس، مقاومت فشارشی تک محوره، مقاومت کششی غیر مستقیم، مقاومت بار نقطه ای و چکش اشمیت قرار میگیرد .
مصالح مورد نیاز برای انجام آزمایشات این تحقیق از مصالح مورد استفاده در سازه های مهندسی و بلوک های سنگی که از کوههای مختلف جمع اوری و به آزمایشگاه گروه زمین شناسی منتقل گردید. جنس سنگ ها شامل - آندزیت، بازالت، گرانیت، منزویت، دیوریت و ... - میباشد. هدف از این تحقیق بدست آوردن اندازه افت فرسایشی Los Angeles به جای استفاده از دستگاه غلتکی ضربه زن لس آنجلس میباشد که دارای آلودگی صوتی شدید بوده و به علت سرو صدای زیاد، مقدار نمونه فراوان نیز احتیاج دارد. اندازه افت فرسایشی لس آنجلس - %LAA - را بوسیله آزمایشات مقاومت فشاری تک محوره و مقدار اندازه فراکتال بدست آمده از آنالیز تصویری نمونه ها تعیین می نماییم.
-1 مقدمه
سنگ مخلوط طبیعی و سخت از کانیهاست که توسط نیروی مطمئن به هم چسبیده اند. یک سنگ بدون شکاف به توده سنگی اطلاق می شود که فاقد سطوح ضعیف و یا درز باشد. یک سنگ یکپارچه اگرچه همانند سیستمی یکپارچه به نظرمی آید ولی در واقع به واسطه ریز ساختارهای کانی هایش و بافت موجود در آن، معمولا ناهمگون و ناهمسان است. یک توده سنگ شامل تمامی بلوکهای بدون شکاف، ناپیوستگی هایی است که این بلوکها را محدود می کنند. تفاوت اساسی میان مکانیک سنگها و توده سنگها، سطوح ناپیوستگی است که آن را نا همگون، ناهمسان و ناپیوسته می سازد. به دلیل متغیر بودن خصوصیات و ویژگی ها و دخیل بودن فاکتورهای بسیار، شناسایی خصوصیات توده های سنگی و سنگها و همچنین رفتار مکانیکی و تغییر شکل آنها روندی پیجیده است. مطالعه رفتار مکانیکی این روندها شامل مطالعات مکانیک سنگها است
درمطالعات خاک شناسی - سنگ شناسی - پروژه های راه آهن، راهسازی و فرودگاهها و مقاومت مصالح به کار رفته در سازه های مهندسی مانند تونل و سدها - سنگهای طبیعی و یا شکسته - مسئله ای بسیار مهم و اساسی است. افزایش سرعت حمل و نقل در راه آهن های تجاری از 80 تا 100 کیلومتر در ساعت به 500 کیلومتر در ساعت باعث می شود که مصالح بکار رفته در زیر تراورس ها تحت فشار دینامیک شدید تری قرارگیرند. به این دلیل مقاومت مصالح به کار رفته در برابرسایش دارای اهمیت اساسی است . برای سنجش مقاومت مصا لحی که در تراکم ستون ها و بالاست ها - Balast - بکار میرود نسبت به سایش، از معادله سایش لس آنجلس - LAA - استفاده می شود
-2 هدف مطالعه
برای سنجش مقاومت مصالح بکار رفته در سازه های مهندسی - سنگهای شکسته و یا طبیعی - از آزمایشات فراوانی مانند تست سایش لس آنجلس، فشار تک محوری، مقاومت کششی غیر مستقیم، مقاومت بار نکته ای و چکش اشمیت استفاده می شود. هدف این مطالعه این است که به جای استفاده از دستگاه تست لس آنجلس که دارای معایبی مثل ایجاد آلودگی صوتی زیاد در حین آزمایش، احتیاج به مقادیر زیاد نمونه برای آ زمایش و دادن افت سایشی لس آنجلس است. استفاده از داده های اندازه فراکتال بدست آمده از آنالیز تصویری دانه ها و مقاومت تک بعدی فشارشی همراه با ارتباط تجربی برای بدست آوردن مقدار افت فرسایش لس آنجلس است. بدین گونه با رسیدن به راه حلی برای حل مشکلات مقدار نمونه زیاد برای تست لس آنجلس و سرو صدای فراوان آن ، افت فرسایشی لس آنجلس را می توان محاسبه کرد. صداهای که دستگاه فرسایشی لس آنجلس ایجاد میکند ، ماکسیمم آن صداها dB 99,6 و مینیمم dB 89,5 و میانگین dB 86,9 میباشد
-3 نمونه برداری
در این آزمایش نمونه سنگ های که از ناحیه های مختلف جمع آوری شده و به آزمایشگاه زمین شناسی منتقل گردیده است. در این تحقیق روی 34 نوع سنگ از جنس های مختلف آزمایش صورت گرفته است. برای مقاومت تک محوری از هرنمونه سنگ 3 تا کاروت گرفته شده و برای آزمایش لس آنجلس نمونه ها بر اساس استانداردهای ASTM C131 آماده شده است و برای اینها از دستگاه سنگ شکن، چکش ، ترازو - با دقت 0,5 گرم - ، گلوله های فولادی به قطر حدود 7/8 اینچ 46,8 میلی متر و وزن 390 الی 445 گرم، دستگاه خشک کن و ست الک استفاده شده است. سایز نمونه الک ها شامل 1 1/2 - اینچ، 1 اینچ ،3/4 اینچ ،1/2 اینچ و 3/8 اینچ - که کلا بنج تا ست الک استفاده شده است.
شکل : - 1 - تصویر ترازو، خشک کن، الک و سنگدانه های آماده شده برای آزمایش
-1-3 آنالیز اندازه فراکتال
اصطلاح اندازه فراکتال اولین بار توسط - 1967 - Mandelbrot برای شناسایی هندسه اشکال بی شکل موجود در طبیعت - سطوح فلزی،مرز کشورها - استفاده گردید. این کلمه که توسط Mandelbrot از کلمه لاتین Fractus استنتاج شده است، در اصل به معنی شکستن وخرد کردن است. اندازه فراکتال اولین بار برای اندازه گیری خطوط ساحلی استفاده گردید و خط ساحلی با استفاده از خط کش محاسبه گردید.این تحقیق برای اندازه گیری از دو نوع خط کش کوتاه و بلند استفاده کرده که به عقیده او برای بدست آوردن نتیجه درست تر و بهتر استفاده از خط کش کوتاه مناسبتر است.
با رعایت فاصله تقسیمی ثابت - y - در طول ساحل اندازه گیری - N - انجام داد و در ازای خط ساحلی - L - را بدست آورد . برای نشان دادن ارتباط میان این متغیرها فرمول زیر را پیشنهاد شده است . - L=Ny - اندازه ابعاد فراکتال سنگ دانه ها در برنامه Imag-pro plus محاسبه گردیده است. در ابتدای سنگ دانه ها را متناسب با استانداردهای لس آنجلس آماده کرده و عکس نمونه ها رو با دوربین دیجیتال در یک ارتفاع ثابت می گیریم. در این تصویر برداری از 4 نوع سایز مختلف استفاده کرده که جمعا از هر نوع سنگ بین 50 تا 100 عدد نمونه سنگدانه برای هر اندازه جداگانه عکسبرداری و تصاویر را وارد کامپیوتر میکنیم. تصاویر تهیه شده از سنگ دانه ها را به برنامه کامپیوتر منتقل می کنیم. نمونه ها را ابتدا درجه بندی، سپس رسم اتوماتیک و یا رسم دستی اطراف نمونه را رسم می کنیم.
شکل : - 2 - نمونه تصاویر گرفته شده و محاسبه اندازه فراکتال - راست - و تصاویرسنگدانه ها بعد ازرسم در برنامه درچهار سایز مختلف - چپ -
