در طی حفر فضاهای زیرزمینی احتمال وجود شرایط مختلف زمین شناسی و مشکلات ناشی از شرایط سنگ ها وجود دارد. از آن جمله می توان به تورم سنگ در زمینهای رسی اشاره کرد. آماس یا تورم، افزایش حجم سنگ در اثر جذب آب است که به طور معمول ارتباط تنگاتنگی با پدیده آزاد سازی تنش (Stress relief) دارد. با توجه به اینکه در فرآیند ساخت تونل ها و حفر فضاهای زیرزمینی، شرایط اولیه محیط تغییر پیدا می کند به مقدار قابل توجهی شرایط رخداد تورم ( حضور آب و رهاسازی تنش) فراهم می شود. بنابراین بررسی تورم پذیری سنگ های مستعد تورم (مانند سنگ های رسی و انیدریت) برای پیشبرد هر چه بهتر پروژه های تونل سازی امری ضروری به نظر می رسد.
از نظر مقاومتی نیز مشاهده شده است که در اثر حضور آب و تورم، مقاومت سنگ کاهش می یابد. بنابراین تنها توجه به این موضوع که مقاومت سنگ در حالت خشک مناسب است نمی تواند پاسخ گوی نیاز مسئله در همه شرایط باشد. چرا که نادیده گرفتن مسئله تورم سنگ در اثر جذب تدریجی آب می تواند ریزش تونل و به تبع آن صدمات جبران ناپذیر جانی و مالی را در پی داشته باشد. در نتیجه آزمایش آماس سنگ یکی از آزمایش های مورد نیاز در پروژه های ژئوتکنیکی جهت کنترل افزایش حجم و تورم سنگ می باشد.
هدف از آزمایش آماس سنگ
آزمایش آماس سنگ یکی از رایج ترین آزمایش های موجود در حیطه مکانیک سنگ است. از این آزمایش به منظور تعیین فشار لازم برای ثابت نگه داشتن حجم نمونه ماده سنگ (در شرایط کاملاً سالم) استفاده می شود. لازم به ذکر است در این آزمایش، سنگ به شکل غوطه ور در آب، مورد آزمایش قرار می گیرد.
ابزار آزمایش آماس سنگ
دستگاه آزمایش آماس سنگ در حقیقت مشابه دستگاه آزمایش تحکیم خاک، یکی از آزمایش های پرکاربرد و نام آشنای مکانیک خاک می باشد و از اجزای ذیل تشکیل می شود:
- حلقه های فلزی: حلقه ای فلزی برای محدود کردن تغییر شکل جانبی نمونه در دستگاه، که برای کاهش اصطکاک جانبی آن با نمونه، صیقل داده شده و روغن کاری می شود. این حلقه دارای کم ترین عمق لازم برای جا دادن نمونه به طور کامل است.
- سنگ های متخلخل بالا و پایین نمونه: سنگ های متخلخل در دو طرف نمونه که اجازه تردد آب از بالا و پایین به نمونه را فراهم می کنند نیز از دیگر اجزای مهم هستند. قطر صفحه بالایی باید به اندازه ای باشد که به شکل آزادانه درون حلقه فلزی بلغزد. می توان بین نمونه و صفحات متخلخل کاغذهای صافی قرار داد.
** پس از هر آزمایش پیشنهاد می شود تا سنگ های متخلخل با آب شسته شوند تا گرفتگی سوراخ های موجود روند خروج آب از نمونه را با مشکل مواجه نکند.
- سلول آزمایش: محفظه اصلی آزمایش که نمونه در آن قرار می گیرد شاید مهمترین جزء دستگاه آزمایش باشد. این سلول باید ظرفیت کافی برای پر شدن از آب را تا روی صفحه متخلخل بالایی داشته باشد. مشخصات اصلی این سلول با نمونه ای که در آن قرار گرفته در شکل زیر نشان داده شده است.
- جابه جایی سنج: برای اندازه گیری جابه جایی آماسی (جابه جایی ناشی از تورم سنگ) می توان از جابه جایی سنج عقربه ای یا هر وسیله اندازه گیری دیگری با دقت 0.025 میلی متر استفاده می شود. این جابه جایی سنج باید روی محور مرکزی نمونه نصب گردد.
- سیستم بارگذاری: دستگاه بارگذاری (مانند جک پیچی) باید بتواند با تنظیم مداوم بار، حجم نمونه را در هنگام افزایش فشار آماسی ثابت نگه دارد. برای این که صفحه متخلخل در مدت زمان آزمایش، مسطح باقی بماند، نیرو باید به وسیله اعضای صلب بر نمونه وارد شود و یک مفصل کروی، دوران صفحه متخلخل بالایی را در هنگام بارگذاری فراهم سازد.
- سامانه اندازه گیری بار: وظیفه این وسیله اندازه گیری بار مورد نیاز برای مقابله با تورم نمونه سنگ با دقت اندازه گیری 1 درصد بار اعمالی می باشد.
آماده سازی نمونه
نمونه آزمایش باید مطابق با دستورالعمل زیر آماده شود:
- در ابتدا فردی که مسئولیت آماده سازی نمونه را بر عهده دارد باید در نظر داشته باشد که درصد رطوبت طبیعی نمونه باید حداکثر 1 درصد با درصد رطوبت نمونه در محل تفاوت داشته باشد. در مراحل آماده سازی از هر نمونه صحرایی برداشت شده از محل، دو نمونه مشابه برای آزمایش تهیه می شود، یکی از این نمونه ها برای تعیین درصد آب و نمونه دیگر برای آزمایش آماس سنگ مورد استفاده قرار می گیرد.
- برای آزمایش نمونه در شرایطی که درصد آب اولیه به طور مصنوعی کنترل می شود، می توان نمونه را در محیطی با رطوبت ثابت قرار داد، به طوری که نمونه با جذب رطوبت به درصد آب طبیعی خود در شرایط برجا برسد. از این نمونه صحرایی، دو نمونه آزمایشگاهی همانند تهیه می شود، یکی برای آزمایش تعیین درصد آب و دیگری برای آزمایش آماس سنگ.
- شکل هندسی نمونه مورد استفاده برای آزمایش، استوانه قائم است. قطر این استوانه نباید از 2.5 برابر ضخامت آن کمتر باشد. ضخامت استوانه باید از 15 میلی متر و یا از 10 برابر قطر بزرگ ترین سنگ دانه در نمونه (هرکدام که بیش تر است)، بزرگتر باشد. نمونه باید فضای داخلی حلقه را در دستگاه به خوبی پر کند.
- قبل از انجام هر گونه آزمایش، مسئول آزمایش موظف است تا زاویه لایه بندی یا تورق با راستای محور نمونه را اندازه گیری کند.
مراحل انجام آزمایش
مراحل زیر، در مورد روش انجام آزمایش آماس سنگ، اجرا می شود:
الف- پس از سر هم کردن دستگاه، یک نیروی محوری اندک (به عنوان مثال معادل فشار حدود 10 کیلوپاسکال در عقربه فشارسنج) به نمونه وارد می شود.
ب- محفظه دستگاه تا روی سنگ متخلخل بالایی از آب پر می شود تا همان طور که بیان شد آزمایش به طور کامل در شرایط غوطه ور انجام شود.
ج- نیروی وارد بر نمونه باید به گونه ای تنظیم شود که از افزایش حجم نمونه در مدت زمان آزمایش، جلوگیری کند. لازم به ذکر است که برای این کار، ضخامت نمونه باید با دقت 0.01 میلی متر ثابت نگه داشته شود.
د- نیروی آماس تا رسیدن به یک مقدار ثابت یا عبور از یک مقدار حداکثر، به صورت تابعی از زمان اندازه گیری و ثبت می شود.
محاسبات
شاخص فشار (تنش) آماسی از رابطه زیر به دست می آید:
که در آن:
F = معرف حداکثر نیروی محوری که در طول زمان آزمایش ثبت شده است. (کیلو پاسکال)
A = سطح مقطع نمونه (سانتی مترمربع)
گزارش نتایج آزمایش آماس
گزارش باید شامل نتیجه های به دست آمده از آزمایش روی حداقل سه نمونه آزمایشگاهی باشد.
گزارش برای هریک از نمونه های مورد آزمایش باید شامل اطلاعات زیر باشد:
- تشریح مشخصات ظاهری سنگ و مشخصات سنگ در محدوده محل نمونه برداری
- شاخص فشار آماسی
- درصد رطوبت اولیه نمونه
** بیان این که آیا درصد رطوبت نمونه با درصد رطوبت طبیعی نمونه در محل یکسان است یا خیر نیز باید در گزارش ذکر شود.
** در صورت اختلاف مقدار درصد رطوبت، میزان اختلاف و روش نگه داری نمونه با جزئیات باید بیان شود.
- قطر و ارتفاع نمونه همراه با زاویه بین لایه بندی یا تورق نمونه با راستای محور آن نیز می تواند در تصمیم گیری های پس از آزمایش تاثیر گذار باشد. بنابراین باید در گزارش نهایی آزمونگر، به شکل واضح بیان شود.
منابع:
1) نشریه شماره 737 سازمان برنامه و بودجه کشور “دستورالعمل انجام آزمون های آزمایشگاهی و صحرایی مکانیک سنگ”
در زمینه مطالعات ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید :
- مطالعات خاک یا مطالعات ژئوتکنیک چیست؟ (Site Investigation)
- مطالعات لرزه خیزی چیست؟ (Seismicity studies)
- ژئوفیزیک (Geophysics)
- زمین شناسی (Geology)
- آزمایش سه محوری خاک (Triaxial Compression Test)
- انواع آزمایش های المانی بررسی رفتار روانگرایی خاک ها Different Types of Element Test for Soil) Liquefaction Assessment)
- روانگرایی خاک (Soil Liquefaction)
- روش های مقابله با روانگرایی خاک (Soil Liquefaction Mitigation)
- تحقیقات محلی در پروژه های ژئوتکنیک دریایی (Offshore geotechnical Site Investigation)
- آزمایش برش مستقیم (Direct Shear Test)
- آزمايش بارگذاری صفحه ای (Plate Loading Test or Plate Bearing Test)
- آزمایش برش مستقیم برجا In Situ Direct Shear) Test)
- معایب و خطاهای آزمایش برش مستقیم Disadvantages of) Direct Shear Test)
- پدیده فروچاله چیست؟ (?What is The Phenomenon of Sinkhole)
- نشست غیر یکنواخت (Differential Settlement)
- خاک های رمبنده (Collapsible Soil)
- آزمایش تحلیل چند کاناله امواج سطحی یا MASW چیست؟ (Multichannel Analysis of Surface Waves)
- آزمایش دیلاتومتری (DMT: Dilatometer Test)
- مدل سازی فیزیکی در مهندسی ژئوتکنیک (Physical Modeling in Geotechnical Engineering)
- آزمایش های تعیین درصد رطوبت و شاخص دوام وارفتگی در سنگ ها (Water content of rock)
- آزمایش تعیین تخلخل و چگالی خشک سنگ (Experiment to determine the porosity and dry density of rock)
- دستورالعمل آزمایش تعیین مقاومت فشاری تک محوری (نامحصور) ماده سنگ (Unconfined Compression Test)
- دستورالعمل تعیین مقاومت کششی سنگ به روش غیر مستقیم (آزمایش برزیلی) (Tensile strength of stone)
- دستورالعمل آزمایش مقاومت فشاری سه محوری سنگ (Triaxial compressive strength test of stone)
- دستورالعمل آزمایش تعیین میزان سایش سنگ دانه ها با استفاده از ماشین لس آنجلس (Los Angeles Abrasion Test)
- دستورالعمل اندازه گیری بر جای تغییر شکل سنگ با آزمایش بارگذاری صفحه ای ((PLT) Plate Load Test)
- دستورالعمل تعیین تنش برجا و ضریب تغییر شکل پذیری با استفاده از روش جک تخت (Flat Jack Method)
- دستورالعمل آزمایش تعیین شاخص بار نقطه ای (Point load test)
- در زمینه پایدارسازی گود بیشتر مطالعه کنید :
- ساخت از بالا به پایین یا تاپ دان چیست؟ (Top-Down Construction)
- نیلینگ یا میخ کوبی دیواره چیست؟ (Soil Nailing)
- انکراژ یا مهارگذاری خاک چیست؟ (Soil Anchorage)
- مهارمتقابل یا استرات چیست؟ (Braced Excavations – Struts)
- سازه نگهبان خرپایی چیست؟ (Truss Retaining Structure)
- خاک مسلح یا ژئوسنتتیک چیست؟ (Geosynthetict)
- سپرکوبی چیست؟ (Sheet Pile)
- دیوار دیافراگمی یا دیوار دوغابی چیست؟ (Diaphragm walls – Slurry walls)
- دیوار برلنی یا دیوار سولجر پایل چیست؟ (Berlin wall – Soldier Pile and Lagging System)
- زهکشی و آب بندی در گودبرداری چیست؟ (Drainage- Dewatering & Waterproofing )
- نقشه برداری یا مهندسی نقشه برداری چیست؟ (Surveying)
- پایش گود یا مانیتورینگ چیست؟ (Monitoring)
- دستورالعمل بهداشت، ایمنی و محیط زیست چیست؟ (HSE)
در زمینه بهسازی خاک بیشتر مطالعه کنید :
- تزریق پر فشار یا جت گروتینگ چیست؟ (Jet Grouting)
- ریزشمع یا میکروپایل چیست؟ (Micropile & Underpinning)
- پیش بارگذاری چیست؟ (fill surcharge preloading method)
- مطالعات خاک یا مطالعات ژئوتکنیک چیست؟ (Site Investigation)
- اختلاط عمیق خاک یا DSM چیست؟ (Deep Soil Mixing)
- تراکم دینامیکی یا DC چیست؟ (Dynamic Compaction)
- ستون شنی ارتعاشی یا تراکم ارتعاشی چیست؟ (Vibro Stone Column)
- شمع ساختمان ، طراحی و اجرای شمع بتنی و شمع فلزی (Concrete Pile , Steel Pile)
- مدل سازی عددی تراکم دینامیکی (Numerical Modeling of Dynamic Compaction)
- بررسی دو روش تراکم دینامیکی و اختلاط عمیق در بهسازی بستر سواحل (DSM & DC)
- مقایسه دو روش تزریق با فشار بالا و اختلاط عمیق در بهسازی خاک (Jet Grouting & DSM)
در زمینه طراحی و مشاوره ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید :
- معرفی نرم افزار Plaxis
- معرفی نرم افزار GEOSLOPE
- معرفی نرم افزار AutoCAD
- معرفی نرم افزار ETABS
- معرفی نرم افزار SAP2000
- معرفی نرم افزار SAFE
- معرفی نرم افزار ABAQUS
- معرفی نرم افزار FLAC
- معرفی نرم افزار MIDAS
در زمینه تخریب و خاکبرداری بیشتر مطالعه کنید :
- مهندسی تخریب ساختمان (Destruction Engineering)
- خاکبرداری چیست؟ (Excavation)
- رمپ و جمع آوری رمپ در گودبرداری (Ramp removal excavation)
- گودبرداری و خاکبرداری دو عملیات متمایز از یکدیگر
در زمینه ابنیه و ساختمان بیشتر مطالعه کنید :
- ساخت و ساز ابنیه و ساختمان (Building & Structure)
- قرارداد مشارکت در ساخت (Construction participation contract)
- نظارت بر اجرای پروژه های عمرانی (Construction Supervision)
- مشاوره ساختمانی (Construction consulting)
- مدیریت پیمان (Management Contracting)
- مدیریت طرح (Construction Management)
- انواع سیستم های سازه ای (Structural System)
- مدیریت پروژه های عمرانی (Project Management)
- آیین نامه ی ۲۸۰۰ ، طراحی ساختمان ها در برابر زلزله
- مطالب مرتبط :
- sciencedirect , Swelling rock in tunnels
- hindawi , Swelling Test for Swelling Rocks
- geotechnicaldesign , Swelling testing of rock material
