محتوای آموزشی
فصل ششم: زمینشناسی و سازههای مهندسی
این فصل نشان میدهد چگونه جنس و ساختار سنگ، آب زیرزمینی، گسل، شیب دامنه، شکل زمین و نوع مصالح میتوانند ایمنی سد، تونل، جاده، راهآهن و سازههای دریایی را تعیین کنند. تعریفها، روابط علتومعلولی، نکات شکلها و الگوهای پرتکرار امتحانی حفظ شدهاند.
ورود به زمینشناسی مهندسی
چرا سازههای انسانی به شناخت زمین وابستهاند؟
سازه مهندسی، سازهای است که انسان میسازد؛ مانند سد، تونل، آسمانخراش، پل و موجشکن. این سازهها چه روی زمین و چه درون آن، دائماً از زمین و محیط اطراف اثر میپذیرند.
اصل فصل
ایمنی سازه فقط به طراحی آن وابسته نیست؛ شناخت زمینشناسی محل ساخت نیز ضروری است.
شاهد تاریخی
پایداری بناهایی مانند تختجمشید، چغازنبیل، اهرام مصر و دیوار چین نشان میدهد انتخاب مناسب محل ساخت از گذشته اهمیت داشته است.
مکانیابی سازهها و خطر زمین نامناسب
از نشست نامتقارن تا ریزش و تخریب
با بزرگتر و عمیقتر شدن سازهها، بررسی پایداری زمین مهمتر شده است. ساخت روی زمین نامناسب میتواند به نشست، ریزش و تخریب سازه منجر شود.
زمینهای پرخطر
زمین هوازده، باتلاقی، سست، اشباع و کارستی.
پیامدها
نشست نامتقارن پی، ترک و کجشدن، ریزش و در نهایت تخریب.
وظیفه زمینشناس
شناسایی زمین و سنگبستر، یافتن فرایندهای مخرب و پیشنهاد راه کاهش خطر.
روشهای بررسی محل پروژه
مطالعات سطحی، مستقیم و ژئوفیزیکی
| نوع مطالعه | روش | خروجی |
|---|---|---|
| سطحی | بازدید صحرایی و مشاهده رخنمونها | جمعآوری اطلاعات و ترسیم نقشه زمینشناسی |
| زیرسطحی مستقیم | گمانه عمیق و باریک، چاهک کمعمق، مغزهگیری و نمونهبرداری | دیدن مستقیم لایهها و آزمایش مقاومت خاک و سنگ |
| زیرسطحی غیرمستقیم | ابزارهای ژئوفیزیکی بدون برداشت نمونه | شناخت تفاوتهای زیرزمین از پاسخهای فیزیکی |
عوامل مؤثر و مقاومت سنگبستر
چرا همه سنگها تکیهگاه مناسبی نیستند؟
پیش از اجرای پروژه باید ناهمواری زمین، مقاومت سنگ، گسل، انحلالپذیری، نفوذپذیری، پایداری دامنه و مصالح در دسترس بررسی شوند.
آذرین سالم
بازالت و گرانیت هوازدهنشده مقاومت بسیار زیاد دارند. پی سد امیرکبیر از گابرو است.
شیل
به علت تورق و سستبودن، مقاومت مناسبی برای پی سازه ندارد.
گِلسنگ و مارن
در مجاورت آب افزایش حجم و تورم دارند؛ پایداری کاهش مییابد.
گچ و نمک
به علت انحلالپذیری بالا، برای تکیهگاه سازه نامناسباند.
| سنگ | ویژگی مؤثر | ارزیابی برای پی |
|---|---|---|
| گرانیت، بازالت، گابرو سالم | مقاومت فشاری بالا | مناسب |
| شیل | تورق و سستی | نامناسب |
| مارن و گِلسنگ | تورم با آب | نامناسب |
| گچ و نمک | انحلال سریع | نامناسب |
نفوذپذیری، کارست و سنگهای تبخیری
فرار آب، نشست و هجوم آب به تونل
سنگهای دگرگونی
غیرمتورقها مقاومت زیاد دارند؛ ولی شیست به علت تورق سست است و برای پی مناسب نیست.
کنترل نفوذپذیری
در سنگ: درزه، شکستگی و حفره. در آبرفت: هرچه دانه درشتتر، نفوذپذیری بیشتر.
سنگ کربناتی بیش از ۵۰٪ کانی کربناتی مانند کلسیت و دولومیت دارد. آب نفوذی در امتداد درزهها سنگ را حل میکند و حفرات کارستی میسازد.
حرکات دامنهای و تهدید سازهها
ریزش و لغزش در دامنههای کوهستانی
حرکت دامنهای نتیجه اثر گرانش بر مواد هوازده موجود روی سطح شیبدار است و در مناطق کوهستانی میتواند سازهها و مخزن سد را تهدید کند.
ریزش
سقوط آزاد یا جهشی ذرات سنگ و خاک از سراشیبی تند.
لغزش
حرکت یک توده سنگ یا خاک در امتداد سطح لغزش.
پایدارسازی دامنهها
کاهش آب، مهار توده و تقویت سطح شیبدار
مهار سازهای
دیوار حائل و دیوار گابیونی یا تورسنگی، حرکت مواد را محدود میکنند.
تقویت دامنه
میخکوبی، توده سنگ یا خاک را به بخش پایدارتر متصل میکند.
کنترل آب و سطح
زهکشی آب اضافی و ایجاد پوشش گیاهی از روشهای پایدارسازیاند.
گسل، توپوگرافی و فرسایش
سه عامل تعیینکننده در ایمنی و عمر سازه
گسل
با عکس هوایی، تصویر ماهوارهای و بازدید صحرایی شناسایی میشود؛ داده لرزهنگاری و تاریخ زلزله برای برآورد فعالیت دوباره به کار میرود.
توپوگرافی
منحنیهای نزدیک = شیب بیشتر؛ منحنیهای دور = سطح ملایمتر.
فرسایش
رسوب وارد مخزن میشود، ظرفیت و عمر مفید سد را کم میکند و لایروبی پرهزینه لازم میشود.
مکان مناسب برای ساخت سد
بخشهای سد و جهت مناسب امتداد لایهها
سد برای ذخیره آب، مهار سیلاب، تولید برق و تأمین آب شرب و کشاورزی ساخته میشود؛ بعضی سدها چندمنظورهاند.
شیب لایهها در سد و فضاهای زیرزمینی
بالادست بهتر؛ تونل و مغار چه تفاوتی دارند؟
| فضا | ویژگی | کاربرد |
|---|---|---|
| تونل | فضای زیرزمینی کشیده | حملونقل، انتقال آب و فاضلاب، استخراج معدن |
| مُغار | فضای زیرزمینی بزرگتر | نیروگاه، ایستگاه مترو، ذخیره نفت و تأسیسات زیرزمینی |
آب زیرزمینی و جهت محور تونل
چرا بالای سطح ایستابی پایدارتر است؟
جریان و فشار آب زیرزمینی از عوامل مهم ناپایداری تونل، ترانشه و سایر فضاهای زیرزمینی است. کنترل مقدار آب پیش از ساخت و بهرهبرداری ضروری است.
مکانیابی سازههای دریایی
مطالعات زمینشناسی بهعلاوه ویژگیهای دریا
سازههای دریایی ممکن است در ساحل یا دور از ساحل ساخته شوند؛ مانند اسکله، پایانه نفتی، تونل زیردریایی، پل، جاده، سکوی نفتی و موجشکن.
بستر و زیرزمین
مطالعات زمینشناسی و ژئوفیزیکی برای شناخت رسوبات، سنگبستر و خطرها.
حرکت آب
جهت و شدت جریانهای دریایی و اثر آنها بر فرسایش یا رسوبگذاری.
ویژگی آب
ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی آب دریا، از جمله اثر خوردگی و شرایط محیطی.
شاخصهای مهندسی و مصالح سد
اندازه دانه، خمیریشدن و نقش هسته رسی
| گروه خاک | اندازه ذره | مثال |
|---|---|---|
| درشتدانه | بزرگتر از ۴٫۷۵ میلیمتر | شن |
| متوسطدانه | بین ۰٫۰۷۵ تا ۴٫۷۵ میلیمتر | ماسه |
| ریزدانه | کوچکتر از ۰٫۰۷۵ میلیمتر | سیلت و رس |
سد بتنی
سیمان، ماسه، شن و میلگرد.
سد خاکی
رس، ماسه، شن و قلوهسنگ.
بتن و لایههای راه
از سنگدانه تا زیرسازی و روسازی جاده
بتن از سیمان، آب و سنگدانههای شن و ماسه ساخته میشود. سنگدانهها حدود ۷۵٪ حجم بتن را تشکیل میدهند و در دوام آن بسیار مهماند.
منشأ طبیعی
بستر رودخانهها.
معدن
استخراج شن و ماسه یا سنگ مناسب.
سنگشکن
خردکردن مصالح کوهستانی.
وظیفه لایههای راه، بالاست و تعریف رشته
زهکشی، توزیع بار و انتخاب محل سازه
| بخش | جنس | وظیفه |
|---|---|---|
| اساس و زیراساس | مخلوط شن، ماسه و سنگ شکسته | زهکشی و خروج آب سطحی و نفوذی |
| اساس نسبت به زیراساس | ذرات کمی درشتتر | نفوذپذیری بیشتر |
| آستر و رویه | آسفالت؛ شن و ماسه و قیر | مقاومت در برابر نیروهای ترافیکی |
| بالاست راهآهن | خردهسنگ مقاوم | نگهداری ریل، توزیع بار چرخ و زهکشی |
تصویر ماهوارهای ایران و گذار فصل
پایان فصل ششم و ورود به زمینشناسی ایران
این صفحه تصویر ماهوارهای ایران را نمایش میدهد و مقدمه بصری فصل هفتم است. برای فصل ششم، تعریف یا رابطه امتحانی تازهای ندارد.
نقشه اولویت امتحانی فصل ششم
اولویت خیلی زیاد
- سنگهای مناسب و نامناسب برای پی سازه
- کارست، گچ و نمک و پیامدهای آنها
- جهت امتداد و شیب لایهها در سد
- محور تونل و اثر آب زیرزمینی
- اندازه دانه و شاخص خمیری
- لایههای راه و وظایف بالاست
اولویت متوسط
- مطالعات سطحی، مستقیم و غیرمستقیم
- حرکات دامنهای و روشهای پایدارسازی
- گسل و منحنی توپوگرافی
- مصالح سد خاکی و بتنی
مرور سریع
- نمونه بناهای تاریخی
- نام ابزارهای حفاری
- مثالهای متعدد سازه دریایی
- سازمانهای محل اشتغال
- صفحه تصویری ۱۰۸
تطبیق سریع سازه، مصالح و وظیفه
برای هر مورد پاسخ مناسب را انتخاب کنید.
پاسخهای کوتاه آماده امتحان
چرا ساخت سازه روی آهک کارستی مشکلساز است؟
چرا امتداد لایهها موازی محور سد مطلوبتر است؟
چرا شیب لایهها به پاییندست سد نامناسب است؟
چرا تونل بالای سطح ایستابی پایدارتر است؟
شاخص خمیری چیست؟
دو وظیفه بالاست را بنویسید.
آزمون خودسنجی فصل ششم
هر سؤال یک امتیاز دارد.
1) کدام زمین برای ساخت سازه پرخطرتر است؟
2) در کدام روش بدون نمونهگیری از داخل زمین مطالعه انجام میشود؟
3) کدام سنگ در صورت هوازدهنبودن مقاومت زیادی دارد؟
4) علت نامناسببودن شیست برای پی چیست؟
5) کدام پیامد مستقیماً با آهک کارستی مرتبط است؟
6) حرکت توده روی سطح مشخص چه نام دارد؟
7) هدف اصلی زهکشی دامنه چیست؟
8) در نقشه توپوگرافی، نزدیکبودن منحنیها نشاندهنده چیست؟
9) کدام حالت امتداد لایهها برای سد مطلوبتر است؟
10) کدام جهت شیب لایهها برای سد نامناسبتر است؟
11) کدام فضا برای ایستگاه مترو و نیروگاه زیرزمینی مناسب است؟
12) تونل در کدام حالت معمولاً پایدارتر است؟
13) دو عامل ویژه در مکانیابی سازه دریایی کداماند؟
14) اندازه ذرات رس و سیلت در کدام بازه است؟
15) هسته رسی در سد خاکی چه وظیفهای دارد؟
16) کدام دو لایه بخش زیرسازی جاده را تشکیل میدهند؟
17) کدام مورد از وظایف بالاست نیست؟
18) شاخص خمیری بیشتر مربوط به کدام مصالح است؟
فلشکارت مرور پنجدقیقهای
روی کارت بزنید تا پاسخ نمایش داده شود.