ایستاسازه
En Ar

خانه - مطالب آموزشی - آزمایش آماس سنگ (Swelling testing of rock)

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.
سلول و نمونه آماده شده در آزمایش آماس سنگ
سلول و نمونه آماده شده برای انجام آزمایش تعیین فشار آماسی در شرایط بدون تغییر حجم

  • 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.

تصویر شماتیک دستگاه آزمایش
تصویر شماتیک دستگاه آزمایش

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:


شاخص فشار (تنش) آماسی

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 :

در زمینه بهسازی خاک بیشتر مطالعه کنید :

در زمینه طراحی و مشاوره ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید : 

در زمینه تخریب و خاکبرداری بیشتر مطالعه کنید : 

در زمینه ابنیه و ساختمان بیشتر مطالعه کنید : 

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

سایر مقاله ها

خطا ها و محدودیت ها و مزایای مدل سازی فیزیکی با استفاده از دستگاه سانتریفیوژ ژئوتکنیکی

نیروهای حجمی ناشی از گرانش نقش بسیار مهمی در مسائل [...]


بیشتر بخوانید

تئوری، ساز و کار و فرضیات مدل سازی فیزیکی با استفاده از دستگاه سانتریفیوژ ژئوتکنیکی

یکی از بهترین روش های بررسی یک پدیده در مهندسی، [...]


بیشتر بخوانید

قوانین مقیاس و کاربرد‌های مدل سازی فیزیکی با استفاده از دستگاه سانتریفیوژ ژئوتکنیکی

یکی از بهترین روش های بررسی یک پدیده در مهندسی، [...]


بیشتر بخوانید

آزمایش آماس سنگ (Swelling testing of rock)

در طی حفر فضاهای زیرزمینی احتمال وجود شرایط مختلف زمین [...]


بیشتر بخوانید