Transcript سدهای بتن
Earth Dam Dr Baziar
•
معرفی بتن کوبیده غلطکی:
استفاده از بتن کوبیده غلطکی یا به اختصار RCCدر سالهای
اخیر در اغلب نقاط جهان مقبولیت خاصی یافته است.
طبق تعریف کمیته فنی شماره 207انجمن بتن امریکا ACIبتن
کوبیده غلطکی RCCنوعی بتن است که اسالمپ ان معادل
صفر است وعملیات حمل و پخش و تراکم ان با استفاده از
ماشین االت خاکی صورت می پذیرد .بنابراین RCCباید بتواند
وزن ماشین االت متراکم کننده را برای ایجاد تراکم مناسب
تحمل نماید.
از نظر ظاهری در حالت متراکم نشده تفاوت فاحشی با بتن
معمولی دارد و هیچ گونه اثری از شیره بتن در مخلوط نمایان
نیست.
Earth Dam Dr Baziar
خواص بتن غلطکی یا RCCبستگی به دانه بندی ومواد سیمانی
و نحوه ساخت ودرصد تراکم وکنترل اجراء دارد.
در این سدها به منظور کاهش حرارت هیدراسیون از مواد
پوزوالنی استفاده میکنند.
سرعت در انجام کار بتن ریزی وامکان فشرده سازی ان توسط
غلطکهای ارتعاشی بعنوان بهترین امتیاز این مصالح شناخته
میشوند.
برای کوبیدن از غلطکهای 10تنی بدلیل قابلیت فشرده سازی باال
و ارتعاش کم استفاده میشود.معموال این بتن بصورت منقطع
ساخته و به محل حمل وتوسط بولدوزر پخش شده و سپس
کوبیده می شوند.
Earth Dam Dr Baziar
تاریخچه استفاده از بتن غلطکی:
سالهای زیادی بتن غلطکی RCCبعنوان زیراساس جادها وروسازی
باند فرودگاهها استفاده می شد .از اواخر دهه 1940این مصالح تحت
عنوان بتن خشک در انگلیس در زیر قشراسفالت بکار می رفت.
در سال 1970در مقاله ای بیان شد که افزودن سیمان به مصالح خاکی
درشت دانه مقاومت برشی این مصالح را به میزان قابل مالحظه ای
افزایش می دهد.این امر موجب کاهش قابل توجهی در مقطع عرضی
سد و زمان اجراء وهزینه ها میشود.
بنابراین سد بتنی غلطکی اقتصادی ترین راه حل میان سدهای خاکی با
حجم زیاد و سدهای وزنی بتنی معرفی شد.
Earth Dam Dr Baziar
در سال 1980اولین سد RCDجهان )(Shimajigawaبه پایان رسید.
ولی اولین کاربرد مهم بتن غلطکی ترمیم سد تاربال در پاکستان سال
1975بود که 350000متر مکعب بتن غلطکی بکار برده شد.
بطور کلی بتن غلطکی تحت عناوین مختلفی در کشورها مورد بررسی و
اجراقرار گرفته است :
الف .در امریکا و کانادا)(Rollcreteو).(Roller compacted concrete
ب.در ژاپن)(Roller compacted damو یا به اختصار. RCD
ج .و در انگلستان)(Dry lean concreteیا به اختصار. DLC
Earth Dam Dr Baziar
سرا نجام در سال 1980انجمن بتن امریکا بتن غلطکی رابه این
صورت تعریف کرد:
RCCنوعی مالت سیمانی با اسالمپ صفر است که با استفاده از
روشهای معمول در ساخت سدهای خاکی اجرا میگردد.
از RCCبرای ساختن سایر سازه ها هم می توان استفاده نمود :
.1ساخت پوشش روی سدهای خاکی) به منظور حفاظت
شیروانی باالدست(.
.2در قشرهای اساس وزیر اساس وحتی پوشش سطحی راهها.
.3ساخت سرریزها و فراز بند وهسته سد موقت ودیوارهای
ساحلی.
Earth Dam Dr Baziar
موارداستفاده از:RCC
در جداول بعدی لیست بعضی سدهای وسریزها وسایر
موارد استفاده ازRCCرا نشان میدهد .
از نظر اماری تا سال 1997امریکا با 25سد ژاپن با 25
سد چین با 24سد واسپانیا با 18سد در مقامهای اول تا
چهارم قراردارند .
بلندترین سد RCCحدود155مترارتفاع دارد و طوالنیترین
سد 4.3کیلومترمیباشد.
Earth Dam Dr Baziar
جایگاه RCCدر سد سازی:
تا سال 1960نسبت سدهای بتنی به کل سدها 37%بودند ولی بعد از
ان به 23%رسید ) بعلت کاهش هزینه های سدهای خاکی(.
در سدهای بتنی از بلوکهای بتنی که توسط درزهای اجرائی ازهم جدا
می شوند استفاده میشودو بدلیل بکارگیری لوله های خنک کننده و
تزریق درزها هزینه ها نسبت به سدهای خاکی افزایش می یابد .
عیب دیگر سدهای بتنی محدودیت در استفاده از ماشین االت بزرگ
میباشد که در سدهای خاکی بکار می رود .از طرفی سدهای خاکی
دارای معایبی از لحاظ سازه ای نسبت به سدهای بتنی هستند که
مهمترین انها عدم مقاومت کافی مصالح بدنه سد در مقابل سرریز
کردن می باشد.
سد RCCدارای هردو مزیت اقتصادی بودن و سرعت اجرا وایمنی
سازه ای مناسب می باشد.
Earth Dam Dr Baziar
انتخاب ساختگاه:
برای اجرای یک سد بتنیRCCباید یک پی سنگی مناسب قرار داشته
باشد)همانند یک سد بتنی معمولی(.
روشهای انحراف آب هم شبیه سدهای بتنی می باشد.
از آنجائی که عبور آب از باالی سد بتنی غلطکی آسیب جدی به آن
وارد نمیکند بنابراین فرازبند ودیگر ملزومات سیستم انحراف آب
را تحت تاثیر قرارداده وبا کوتاه کردن دوره اجرا خطر سیالب
های شدید را کاهش می دهد.
توجه :از بتن غلطکی برای سازه هایی که دارای شکل سازه ای غیر
معمول هستند وقطعات مدفون زیاد می باشند ویا شدیدا مسلح شده
اند مناسب نیست .
Earth Dam Dr Baziar
توجیه پذیری اقتصادی اجرای سدهای:RCC
)الف(کوتاه کردن دوره اجرا:
حجم باالی بتن ریزی در مدت کوتاه دوره اجرا را پایین می اورد.
اجرای سریع سد بخصوص در مواقعی که اتمام بتن ریزی قبل از بارندگی
مهم می باشد دارای اهمیت است.
احتمال وقوع سیل در دوره ساخت کاهش می یابد)کاهش ابعاد سیستم
انحراف اب(.
)ب(افزایش سرعت اجرا:
اجرای سدRCCامکان استفاده از ماشین االتی از قبیل بولدوزر و غلطکهای
لرزنده را فراهم می سازد.
تعداد کارگران ماهر کاهش یافته و روش ساخت تکراری را فراهم می کند.
یک سد RCCمی تواند پیشرفت عمودی 60سانتی متردر روز داشته باشد
) سدGrindstonبا ارتفاع 42متر طی 8هفته کامل گردید(.
Earth Dam Dr Baziar
ج(صرفه جوئی در مصرف سیمان:
در سد RCCامکان استفاده از پوزوالن بجای قسمتی از سیمان وجود
دارد و کاهش سیمان باعث کاهش حرارت هیدراسیون شده و این
باعث حذف لوله های خنک کننده بتن می شود.
)د(سایر موارد:
در اجرای این سدها سطح کار افقی بوده وبه کارگران و ماشین
االت امکان میدهد بطور ایمن جابجا شوند و ارتباط و هدایت
کارگران ساده تر می شود و باعث کاهش غالب بندی و خطرات
ان می شود.
استفاده از سرریز در روی بدنه سد از مزایای این سدها
می باشد.
Earth Dam Dr Baziar
مقایسه اقتصادی بین سدهایRCCو سایر سدها:سد willow creekبا 52ارتفاع و 543طول با 330000متر
مکعب بتن ریزی در حدود 1/3زمان تخمینی وهزینه معادل نصف
دیگر سدها به اتمام رسید.
مقایسه اقتصادی سدهایRCCبا سدهای خاکی:
مقاطع یک سد ساخته شده از سدهای خاکی وسنگریزه ای وRCCجهت
مقایسه امده است.
Earth Dam Dr Baziar
ارتباط حجم مصالح مصرفی با ارتفاع سد برای مقاطع عرضی در
نمودار زیر نشان داده شده است .همانطور که مشاهده می شود با
افزایش ارتفاع سد حجم مصالح مصرفی در سد خاکی در مقایسه با
سد RCCبصورت نمایی افزایش می یابد.
Earth Dam Dr Baziar
مقایسه اقتصادی سدهای RCCبا سدهای وزنی بتن معمولی:در سدهای RCCقیمت واحد مقادیر بتن به میزان چشمگیری پایین امده
است.
باتوجه به شکل برای بتن ریزی تقریبا یک میلیون متر مکعب بتن
کوبیده یا کمتر حداقل 50%صرفه جوئی اقتصادی در مقایسه با
سدهای وزنی بتن معمولی ایجاد خواهد شد.
Earth Dam Dr Baziar
محدودیت سدهای :RCC
در کنار مزایا ی زیادی که برای سدهای RCCگفته شد چند اشکال
نیز بر این گونه سدها وارد است:
در سدهای اولیه RCCمقادیر قابل توجهی تراوش در انها دیده شد .به همین جهت باید پایداری سد و میزان کاهش اب وکنترل ان بدقت
مورد بررسی قرار بگیرد.
بدلیل کمبود تجربه در این سدها کوشش زیادی باید یرای پیدا کردنبهترین ترکیب بتن با مصالح موجود در محل بکار رود.
بعلت سرعت باالی عملیات اجرایی امکانات پیمانکار ودستگاه کنترلکار قابل توجه و کافی باشد.
Earth Dam Dr Baziar
دسته بندی سدهای بتن غلطکی:
)الف(سدهای RCCبا سیمان کم که مبنای طراحی انها
نگرش به RCCبه عنوان یک خاک اصالح شده می
باشد.
)ب(سدهای RCCبا سیمان زیاد که مبنای طراحی انها
نگرش به RCCبه عنوان یک نوع بتن می باشد.
)ج(سدهای RCDژاپنی ها.
Earth Dam Dr Baziar
حال به توضیح درباره هریک می پردازیم:
)الف(سدهای RCCبا سیمان کم:
این سدها دارای یک مخلوط فوق العاده کم عیاروبدون اسالمپ می
باشد که می توان انرا یک خاکریز شنی با سیمان قلمداد کرد.
طراحی براساس رسیدن به حداکثر وزن مخصوص خشک با
ازمایش تراکم خاک ) پروکتور (می باشد.
در این روش مقدار مواد سیمانی به اندازه ای است که برای چسباندن
مصالح ورسیدن به مقاومت فشاری مورد نظر کافی باشد ولی بعد
از تراکم تمام خلل بتن به خوبی پر نمی شود.
Earth Dam Dr Baziar
مقدار سیمانی در حدود 45الی 100کیلو گرم در متر مکعب بتن می
باشد.
بزرگترین اندازه دانه های مصالح سنگی در حدود 7سانتیمتر است .
مزایای این روش عبارتند از:
حرارت هیدراسیون پایین بوده و نیازی به تاسیسات خاص نمی باشد.بدلیل کوچک بودن ضریب االستیسیته قابلیت ترک خوردن انها کماست.
توجه :بعلت نفوذپذیری زیاد وکمی مقاومت برشی درزه ها
وکم بودن وزن مخصوص این سدها حجم انها نسبت به
سایر سدها باال می رود.
Earth Dam Dr Baziar
)ب(سدهای RCCبا سیمان زیاد:
مخلوط در این حالت نیز اسالمپ صفر دارد.
میزان سیمان در این روش بیشتر بوده پس مقاومت افزایش می یابد.
طراحی در این روش بگونه ای است که مخلوط بیشترین وزن
مخصوص وکمترین نفوذ پذیری را داشته باشد.
میزان سیمان بیش از 120کیلو گرم بر متر مکعب است ومیتوان
50%مواد سیمانی را با پوزوالن جایگزین کرد .
معایب:
بدلیل باال بودن ضریب االستیسیته احتمال ترک خوردن بیشتری
دارد .و با توجه به انالیز حرارتی بدنه سد از درزهای حرارتی
استفاده می شود.
Earth Dam Dr Baziar
)ج(سدهای RCDژاپنی ها:
• این سدها باتوجه به زلزله خیزی و زمین شناسی و هیدرولوژی ژاپن
گسترش یافته است.
در این سدها ضخامت الیه های بتن ریزی 0.5تا 1.0متر می باشد.
• برای کنترل حرارت حاصل از هیدراسیون ضمن پیش سرد کردن
مصالح سرعت بتن ریزی را کاهش داده و از هر الیه به مدت چهار
روز محافظت می کنند.
میزان سیمان 125کیلو گرم در متر مکعب می باشد.
در این سدها مخلوط داخلی از همه طرف با پوسته بتنی احاطه شده است.
از لحاظ سازه ای رفتار RCDهمانند سدهای بتنی معمولی است.
معایب:
شیوه طرح محافظه کارانه و پر زحمت تر و پر هزینه تر می باشد.
Earth Dam Dr Baziar
خصوصیات بتن :RCC
•
ویژگیهای بتن RCCعبارتند از:
مقاومت و مدول االستیسیته و ضریب پواسن و ضریب نفوذ پذیری
و خزش و دوام و تغییرات حجمی ودانسیته.
بطور کلی RCCدر مقایسه با بتن معمولی دارای سیمان کمترو
شیره کمتر و اب کمتر می باشد.
Earth Dam Dr Baziar
• مقاومت فشاری:
بتن غلطکی با سیمان زیاد از نظر مقاومت فشاری شباهت
زیادی با بتن معمولی دارد ولی بتن غلطکی با سیمان کم دارای
مقاومت کمتری است .
مقاومت فشاری RCCبستگی به نسبت اب به سیمان دارد.
•
مقاومت کششی:
معموال بین 7تا 10درصد مقاومت فشاری بیان می شود.
•
مقاومت برشی:
بستگی به مقاومت چسبندگی و ضریب اصطکاک بتن و نیروی
عمودی متوسط دارد.
مقاومت برشی RCCبین 20تا 40درصد مقاومت فشاری بیان
میشود.
Earth Dam Dr Baziar
•
مدول االستیسیته:
مهمترین عوامل موثر عمر بتن و مواد سیمانی می باشد.
در بتن ریزیهای حجیم به ضریب االستیسیته کمتری برای
عملکرد بهتر سد در مقابل ترک خوردگی الزم است.
هرچه سیمان کمتر ضریب االستیسیته کمتر است.
•
ضریب پواسن:
در بتن RCCاین ضریب را 0.2در نظر می گیرند.
•
تغییر حجم:
ناشی از جمع شدگی در اثر خشک شدن و خزش می شود.
Earth Dam Dr Baziar
•
خزش:
هرچه ضریب االستیسیته کمتر باشد خزش بیشتر است.
• تغییرات حرارتی:
بتن حین سخت شدن حرارت زیادی تولید کرده و تنشهای حرارتی
در سد ایجاد می شود.
راههای به حداقل رساندن تنش های حرارتی:
جایگزینی پوزوالن بجای بخشی از سیمان
کنترل زمان بندی بتن ریزی
افزایش سطح مقطع سد
مدلهای دو بعدی برای بررسی توزیع دما وتنش در سد موجود است.
Earth Dam Dr Baziar
•
کارایی :RCC
غلطکهای لرزنده نمی توانند بر روی بتن با روانی باال عمل کنند
و از طرف دیگر کوبیدن بتن خیلی خشک دشوار می باشد.
•
دوام:
بتن RCCاز دوام و مقاومت سایشی خوبی برخوردار است.
•
دانسیته:
وزن واحد RCCعموما بیشتر از بتن معمولی است و وزن
مخصوص حدود 2300کیلو گرم در متر مکعب مقداری متداول
است .
Earth Dam Dr Baziar
• نفوذ پذیری وتراوش در سدهای:RCC
تراوش یکی از عمده ترین مسائل پیرامون سدهای RCCمی باشد.
تراوش عالوه بر ضررهای اقتصادی در ایمنی کلی سد نیز موثر است.
بطور کلی تراوش در سدهای RCCبه طرق زیرصورت می گیرد:
تراوش از پی سد
تراوش از بین الیه ها
تراوش در توده بتن )نفوذ پذیری RCCبین 10^-5تا (10^-13
تراوش ازمیان ترکهای حرارتی
Earth Dam Dr Baziar
•
مسائل تراوش در سدهای RCCبه دو صورت بررسی می شود:
-الف(جمع اوری و کنترل تراوش:
شکل
Earth Dam Dr Baziar
ب( روشهای جلوگیری و کاهش تراوش در سدهای : RCCطرح مخلوط با نفوذ پذیری مطلوبمالت الیه بندی )در نزدیکی باال دست و در درزها بکار میرود(پانل های پیش ساخته )در وجه باال دست(پوشش بتن معمولی )جلوگیری از نشت و تضمین دوام(سطح تماس پوشش خارجی بتن معمولی و RCCباید بدقت متراکم گردد.
شکل
Earth Dam Dr Baziar
•مصالح تشکیل دهنده و نسبتهای اختالط بتن :RCC
• مصالح تشکیل دهنده بتن غلطکی عبارتند از :
سیمان:
سیمان با حرارت زائی پایین مانند سیمان نوع دو وسیمان سرباره ای.
پوزوالن:
برای کاهش حرارت زائی سیمان و کاهش هزینه ها.
یک ماده سیلیسی که بخودی خود ارزش چسبندگی ندارد اما
بصورت پودر ودر حضور رطوبت ودر دمای معمولی با
هیدروکسید کلسیم واکنش داده و سیلیکات کلسیم چسبنده تولید می
کند.
آب:
Earth Dam Dr Baziar
آب باید عاری از مقادیر بیش از حد مواد قلیائی واسیدها باشد.
مواد مضاف:
مهمترین مواد افزودنی مواد هوازا هستند که تولید حبابهای
هوا)2تا (6می کنند.
مواد مضافی که می تواند زمان گرفتن بتن در دمای زیاد محیط را به
تاخیر بیاندازد.
سنگدانه ها:
اندازه سنگدانه ها در قابلیت تراکم و جدائی دانه ها موثر می باشد.
معموال اندازه سنگدانه ها به لحاظ ضخامت الیه و کوبیدن مشکلی ندارد.
حداکثر اندازه سنگدانه ها در بتن RCCمعموال 80mmمی باشد.
ماسه
20تا 45درصد کل مصالح
ریز دانه )(0.075mm
3در صد کل مصالح
Earth Dam Dr Baziar
•روشهای طرح اختالط:
)الف (طرح با توجه به مفاهیم ژئوتکنیکی:
طبق این فلسفه بتن : RCCخاک تقویت شده با سیمان بوده ومبتنی
برروابط رطوبت و دانسیته و اصول تراکم می باشد.
هدف:برای یک دانه بندی ودرصد سیمان مشخص بدست اوردن
یک درصد رطوبت بهینه با انرژی تراکم آزمایشگاهی متناظر
با انرژی تراکم غلطکهای کارگاه که حداکثر دانسیته را می دهد.
در این روش دانسیته خشک به عنوان
یک شاخص طراحی شناخته می شود.
Earth Dam Dr Baziar
مقاومت فشاری بتنRCC
با وزن مخصوص خشک
مرتبط است.
)ب (طرح با توجه به مفاهیم تهیه بتن:
طبق این فلسفه بتن: RCCیک بتن حقیقی در نظر گرفته شده که
مقاومت ودیگر خواص آن از روابط آب به سیمان تبعیت می کنند.
دارای شیره کافی برای پر کردن منافذ ولی دارای اسالمپ صفراست.
عوامل
بتن RCCژئوتکنیکی
بتن RCCبراساس بتن
طرح اختالط
رطوبت بهینه وحداکثردانسیته
کمترین تراکم و w/c
منافذ خالی
همه منافذ پر نمی شود
منافذ با شیره پر می شود
میزان سیمان
کمتر از 120 kg/m^3
بیشتر از120 kg/m^3
کنترل تراوش
پوشش باال دست
کل سد وزنی
وسیله تراکم
غلطک ارتعاشی یا الستیکی
غلطک ارتعاشی
ضخامت الیه
0.3 m
0.3mتا 0.75m
Earth Dam Dr Baziar
Earth Dam Dr Baziar
در روشهای اجرائی RCDوRCCبتن در الیه های وسیع
ریخته شده و با غلطکهای ویبره یا غیر ویبره کوبیده
میشود در حالی که در سدهای بتنی بصورت بلوکهای
یکپارچه ریخته شده و توسط ویبراتورهای فرو رونده
متراکم می شود.
توجه:در این سدها باید تنشهای حرارتی بدقت کنترل گردد.
سدهای بتن غلطکی باید همانند سدهای بتنی معمولی دارای
ایمنی سازه ای) از قبیل مقاومت و عدم نفوذ اب ودوام
وپیوستگی اجرا( باشد و این خصوصیات نباید بخاطر
صرفه جوئی در هزینه ها کم اهمیت شمرده شوند.
Earth Dam Dr Baziar