دانلود مقاله بتن غلطکی

مهندس روز به برتون، دانشجوی کارشناسی ارشد دانشکده عمران دانشگاه صنعتی شریف گرایش سازه های هیدرولیکی مهندس آرش مظلومی، دانشجوی کارشناسی ارشد دانشکده عمران دانشگاه صنعتی شریف گرایش سازه های هیدرولیکی چکیده: دیر زمانی از شروع ساخت سد های بتن غلتکی نمی گذرد: ولی در همین مدت کوتاه به علت سرعت بالای ساخت، هزینه های اجرایی پایین و ایمنی برابر با سدهای بتنی کلاسیک ساخت این گونه سدها مقبولیتی عام یافت.

در سال های اخیر ساخت سدهای بتن غلتکی در دستور کار متولیان صنعت آب کشور قرار گرفت که سد جگین به عنوان اولین سد بتن غلتکی در ایران مراحل پایانی ساخت خود را می گذراند بر آن شدیم تا با تهیه این مقاله به طراحی این نوع از سد را با مشخصات بتن غلتکی آشنا کنیم.

نویسندگان این مقاله مطلب خود را عاری از اشتباه ندانسته و از انتقادهای سازنده خوانندگان استقبال می کنند.

1 کلیات مشخصات بتن غلتکی سخت شده شبیه بتن های حجیم است.

تفاوت این دو نوع بتن، عمدتا به علت میزان کم آب بتن غلتکی، حجم فضاهای خالی و میزان کم سنگدانه یا سایر مشخصات مواد افزودنی است.

به دلایل ذکر شده در زیر محدوده مشخصات بتن غلتکی از بتن حجیم وسیع تر است: 1 کاربرد محدوده وسیعی از سنگدانه ها با کیفیت متفاوت در بتن غلتکی 2 وجود میزان پایین تری از مواد سیمانی در بتن غلتکی 3 مقدار قابل توجهی از مواد پر کننده معدنی (فیلر) در بتن غلتکی اگر کیفیت مصالح یا تراکم تغییر قابل توجهی داشته باشد تنوع در مشخصات بتن غلتکی از بتن حجیم بسیار بیشتر خواهد بود.

در این فصل توضیحات کاملی راجع به مشخصات بتن غلتکی سخت شده شامل: مقاومت، مشخصات الاستیک، ظرفیت کرنش کششی، خزش، تغییر حجم، مشخصات حرارتی، نفوذ پذیری، چگالی و دوام ارائه شده است.

11 آزمایش بعضی از مشخصات بتن غلتکی با استفاده از نتایج آزمایشگاهی و برخی توسط تجربه های مهندسی تعیین می شوند.

تعدادی از این مشخصات مانند مدول الاستیسیته خزش و ظرفیت کرنش کششی بدون انجام آزمایش به سختی قابل تخمین زدن هستند.

زمانی که مکان انجام آزمایش به صورت کامل نیست، بهترین شیوه استفاده از نتایج آزمایش های ساده و معتبر سایر پروژه ها می باشد.

مشخصاتی که از نتایج آزمایشگاهی به دست می آیند باید نشان دهنده مشخصات مصالح مخلوط بتنی باشند.

در صورت امکان مشخصات مصالح باید از نمونه مغزه گیری شده تعیین شود.

اختلاف در مشخصات بتن غلتکی به علت پراکندگی اطلاعات حاصل از آزمایش تفاوت رفتار واقعی مصالح و آنچه توسط مدل های عددی پیش بینی می شود و اختلاف های مورد انتظار بین مخلوط های آزمایشگاهی و واقعی در حین ساخت است و می تواند توسط مطالعات پارامتریک که از ترکیب حد بالا و پایین مشخصات تعیین کننده در طراحی استفاده می کنند محاسبه شود.

سرعت ساخت و تجربه عملی استفاده از مقاومت طراحی 1 ساله نشان می دهد که سازه های بتن غلتکی قبل از رسیدن به مقاومت طراحی بارگذاری می شوند بنابراین باید دقت بیشتری در انتخاب مصالح بتن غلتکی لحاظ شود.

21 مقاومت و مشخصات الاستیک مقاومت و مشخصات الاستیک بتن غلتکی مانند بتن حجم با توجه به نوع و مصالح و نسبت آنها در مخلوط تغییر می کند.

کیفیت مصالح سنگی و میزان مواد سیمانی فاکتورهای اصلی تاثیر گذار بر مقاومت و مشخصات الاستیک هستند.

ولی این مشخصات بیشتر بستگی به کنترل مخلوط در محل و نظارت بر عملیات بتن ریزی دارد.

مشخصات مورد نیاز برای آنالیز لرزه ای بتن غلتکی شامل مقاومت کششی، مقاومت برشی، مدول الاستیسیته، نسبت پواسن و چگالی است.

به جز چگالی، بقیه مشخصات به تغییرات کرنش وابسته هستند.

نرخ تغییر کرنشی که در هنگام زلزله ای بزرگ رخ می دهد هزاران بار بزرگتر از کرنشی است که در آزمایشگاه روی نمونه اعمال می شود.

2 مقاومت مقاومت فشاری کششی و برشی در این قسمت مورد بررسی قرار می گیرد.

مقاومت کششی در این قسمت مورد بررسی قرار می گیرد مقاومت کششی در ادامه به بخش های: مقاومت کششی مستقیم مقاومت کششی مستقیم درزه ها مقاومت کششی گسیختگی مقاومت خمشی مقاومت کششی دینامیکی و مقاومت برشی به دو قسمت: 1- مقاومت برشی بتن غلتکی 2- مقاومت برشی درزه ها تقسیم می شود.

تعیین مقاومت بتن غلتکی همانند بتن حجیم است و تنها تفاوت در روش های تحکیم نمونه بتن غلتکی است.

مقاومت بتن غلتکی بستگی زیادی به درجه تراکم نمونه کیفیت سنگدانه و میزان مواد سیمانی دارد.

آزمایش مقاومت بتن غلتکی بر روی نمونه های متراکم شده یا نمونه های مغزه گیری شده از سازه اصلی یا سازه آزمایشی انجام می شود.

تفاوت بتن غلتکی با بتن حجیم در سطوح افقی ضعیف بتن غلتکی است که در هنگام ساخت به وجود می آیند.

در این درزه ها مقاومت کششی و برشی عموما از بدنه اصلی کمتر می باشد.

تراکم کافی و مناسب برای تمام قسمت های بتن غلتکی لازم است.

برای یک نسبت اختلاط مشخص تراکم مناسب زمانی اتفاق می افتد که بیشتر از 5/1% هوا در فضاهای خالی وجود نداشته باشد.

5% هواس محبوس به علت تراکم ناکافی باعث کاهش 30 درصدی مقاومت و 20% هوای محبوس در فضاهای خالی باعث کاهش 80درصدی مقاومت می شود.

تراکم مخلوط بتن غلتکی مشکل بوده و در اکثر موارد تراکم ناکافی رخ میدهد که این امر باعث کم شدن مقاومت از حد مطلوب می شود.

در برخی موارد اضافه کردن آب به مخلوط بسیار خشک افزایش مقاومت را در بر دارد.

سنگدانه هایی که باعث ایجاد مقاومت بالا می شوند همیشه بهترین مواد برای بتن غلتکی با بتن حجیم نیستند.

در برخی از پروژه ها استفاده از سنگدانه هایی با مقاومت طبیعی پایین تر بتن غلتکی با میزان خزش مطلوب مدول الاستیسیته پایین و ظرفیت کرنش کششی مناسب تولید می کند.

هر چند استفاده از چنین سنگدانه هایی باعث کاهش مقاومت کششی و مشخصات برشی می شود که فاکتورهای مهمی برای سازه های واقع در مناطق لرزه خیز می باشند.

استفاده از سنگدانه های نامرغوب یا مصالح نا متعارف که حد مقاومت دراز مدت آن غیر قابل پیش بینی است یا به طور کلی استفاده از مقاومت بتن غلتکی در سنین پایین برای پیش بینی مقاومت دراز مدت آن باید با احتیاط صورت گیرد.

استفاده از پوزولان در بتن غلتکی روند کسب مقاومت را کند می کند ولی مقاومت نهایی بالاتری را نتیجه می دهد.

برخی از ترکیبات بتن غلتکی بسته به شکل دانه بندی درجه تراکم و میزان جدا شدگی ممکن است مشخصات غیر همسانگردی نسبت به بتن حجیم از خود نشان دهند.

آزمایش های انجام گرفته بر روی بتن غلتکی بیان کننده این مطلب است که معمولا نمونه های مغزه گیری شده عمودی مقاومت بیشتری نسبت به نمونه های مغزه گیری شده افقی دارند.

در موارد بسیار محدودی عکس این نتیجه مشاهده شده است.

در بتن معمولی رفتار غیر همسانگرد به جمع شدن شیره بتن زیر سنگدانه ها نسبت داده می شود در بتن غلتکی رفتار غیر همسانگرد به دلیل بخش شدن و جهت گیری سنگدانه ها در نتیجه پخش شدن و تراکم لایه های افقی می باشد.

جهت مغزه ها تقریباً تا 20% مقاومت کششی تاثیر می گذارد.

اگر مقاومت کششی از دید سازه ای حائز اهمیت باشد مغزه های افقی و عمودی هر دو باید آزمایش شوند.

مقاومت کششی و برشی در درزه های اجرایی متاثر از تراکم کیفیت سنگدانه ها میزان مواد سیمانی و همچنین آماده سازی و شرایط ایجاد درزه ها است.

شانس دست یابی به مقاومت برشی لازم برای درزه ها در بتن غلتکی خشک که به راحتی متراکم نشده و مخلوط هایی که با حجم خمیر ناکافی طراحی می شوند کم است.

درزه های اجرایی همانند مقاومت برشی با استفاده از ملات یا بتن بستر سازی و ریختن لایه های متوالی بتن غلتکی با سرعت بالا خواص بهتری پیدا می کنند.

مقاومت درزه های اجرایی برای مخلوط هایی با طرح اختلاط مناسب و تراکم خوب می تواند به حدود مقاومتی درزه های اجرایی در بتن حجیم معمولی نزدیک شود.

مقادیر مورد نیاز برای طراحی مقاومت درزه ها از آزمایش های انجام گرفته بر روی مغزه های سازه اصلی یا سازه آزمایش تحت شرایط پیش بینی شده به دست می آید.

استفاده از اعداد مقاومتی متفاوت که حاصل آزمایش روی مغزه های سازه آزمایشی و سازه اصلی است.

باید با دقت زیادی صورت گیرد.

تعداد نمونه ها باید به اندازه ای باشد تا نتایج آماری معنی داری به دست آید.

مغزه گیری تاثیرات منفی بر سازه دارد که باید توسط مهندسان مواد مورد بررسی قرار گیرد.

این تاثیرات هنگامی که نمونه ها از درزه های اجرایی استخراج می شوند نمود بیشتری پیدا می کند.

12 مقاومت فشاری همانند بتن حجیم معمولی مقاومت فشاری معیار طراحی بتن غلتکی و تعیین سایر مشخصات آن مثل دوام می باشد.

تعیین بارهای طراحی ارتباطی به مقاومت فشاری ندارد.

در حالی که مقاومت کششی برای طراحی از اهمیت ویژه ای برخوردار است.

مقاومت فشاری برای بتن غلتکی از نمونه های استوانه ای ساخته شده در آزمایشگاه یا مغزه گیری شده از سازه اصلی طبق استاندارد 42ASTM c دست می آید.

اندازه نمونه بستگی به قطر سنگدانه ها دارد.

مقاومت فشاری در طول ساخت نیز تعیین می گردد تا دست یابی مخلوط به معیار طراحی کنترل شود.

مقاومت فشاری تابع میزان مواد سیمانی و نوع آنها دانه بندی، کیفیت سنگدانه و میزان تراکم است.

برای مخلوط های بتن غلتکی که خوب متراکم شده اند این تاثیر ها همانند بتن حجیم می باشد.

برای مخلوط های بتن غلتکی که خوب متراکم نشده اند یا فاقد خمیر کافی جهت پر کردن فضاهای خالی هستند معمولا میزان تراکم تعیین کننده مقاومت مخلوط است.

مقاومت فشاری بتن غلتکی برای تعداد زیادی از پروژه های مختلف در استاندارد R 207.5 ACI آمده است.

اگر در بتن غلتکی از سنگدانه هایی با کیفیت بالا استفاده شود مقاومت فشاری مخلوط مشابه بتن حجیم معمولی خواهد بود.

مخلوط های متداول بتن به مقاومت فشاری در حدود MPa6/9 تا MPa 6/27 در طی 1 سال می رسند.

بیشترین پروژه های غلتکی دارای مقاومت فشاری 90 روزه تا 1 ساله بین MPA 8/13 و Mpa 20/7 هستند.

مخلوط بتن غلتکی ممکن است برای مقاومت فشاری مینیمم mpa 13/8 طراحی شود.

در مناطق لرزه خیز مقاومت فشاری بالا برای دستیابی به مقاومت کششی و برشی بالاتر لازم است.

رابطه مقاومت فشاری حاصل از مغزه های بتن غلتکی با نمونه های استوانه ای همانند بتن معمولی است ولی ممکن است تغییرات زیادی به سبب کارآیی مخلوط میزان تراکم روش آماده کردن نمونه های استوانه ای و سایر عوامل در آن مشاهده شود.

آزمایش بر روی نمونه های استوانه ای و مغزه گیری شده هم سن در برخی از پروژه های بتن غلتکی نشان می دهد که مقاومت حاصل از مغزه ها 75% مقاومت فشاری نمونه استوانه ای است.

معمولا وقتی از مخلوط هایی با کارایی پایین استفاده می شود مقاومت فشاری نمونه استوانه ای کمتر از مقاومت فشاری حاصل از مغزه گیری است که دلیل آن مشکل بودن ایجاد تراکم کافی در نمونه استوانه ای می باشد.

ضریب تغییرات مقاومت فشاری نمونه در هنگام ساخت تغییر زیادی می کند و بستگی به کارآیی بیشتر است.

ضریب تغییرات کاربرد بیشتری نسبت به انحراف معیار دارد زیرا مخلوط هایی با مقاومت پایین در سدها به کار می روند.

مانند بتن حجیم با بالا رفتن سن آزمایش ضریب تغییرات تمایل به کم شدن دارد.

میزان این ضریب برای سدهای بتن غلتکی بین 10% تا 28% گزارش شده است و کمتر از 20% معمولا نشان دهنده مخلوط هایی با کارآیی بیشتر است.

اگر چه آزمایش های بسیار کمی بر روی بتن غلتکی در مورد بارگذاری فشاری سریع انجام گرفته اما دلیلی وجود ندارد که نتایج مورد نظر ما متفاوت از نتایج بتن حجیم معمولی باشد.

آزمایش های مقاومت دینامیکی برای شبیه سازی زلزله با سرعت بارگذاری زیاد انجام می شوند.

در هنگام وقوع زلزله کرنش مربوط به پریود اساسی سازه سد به همراه تنش ماکزیمم در یک چهارم سیکل نوسان اتفاق می افتد.

برای یک سد وزنی که به عنوان مدل به کار می رود این بدان معنی است که نمونه را طوری بارگذاری کنیم تا در 75 msec دچار شکست شود که البته این مسئله به پریود سازه بستگی دارد.

نتایج آزمایش روی بتن معمولی نشان می دهد که مقاومت فشاری نمونه های مرطوب تحت شرایط بارگذاری سریع تقریبا 30% افزایش می یابد.

استفاده از نمونه های مرطوب برای نرخ بارگذاری معمولی یا آزمایش مقاومت استاتیکی تعیین کننده است.

در حالی که بهره گیری از نمونه های خشک، مقاومت فشاری استاتیکی نمونه ها را بالا می برد ولی تاثیری بر آزمایش با نرخ بارگذاری سریع نداد.

نتایج این آزمایش ها مشخص کننده آن است که افزایشی در مقاومت به لحاظ نرخ بارگذاری معمولی تا سریع وجود ندارد.

2ـ2ـ مقاومت کششی مقاومت کششی از روش های مختلفی محاسبه می شود: 1ـ روش کشش مستقیم 2ـ روش کشش گسیختگی 3ـ آزمایش خمش یا روش مدول گسیختگی تمام روش های آزمایش کششی به سن نمونه سرعت بارگذاری و میزان رطوبت حساس هستند و هر کدام نتایج متفاوتی ارائه می دهند.

مقاومت کششی بتن غلتکی بستگی به میزان مواد سیمانی، مقاومت سنگدانه مشخصات خمیر درجه تراکم مخلوط و شرایط سطح بتن ریزی دارد.

مقاومت کششی بیشتر از مقاومت فشاری به اندازه سنگدانه ها وابسته است.

بنابراین رابطه بین تنش کششی و فشاری فقط به شیوه انجام آزمایش وابسته نیست بلکه با اندازه بزرگترین دانه و نوع آن نیز تغییر می کند.

آیین نامه R207.2ACI درباره مقاومت کششی مفصل بحث کرده است.

درزه های اجرایی قائم در بتن غلتکی همانند بتن حجیم از نقاط ضعیف به شمار می روند.

راستای تنش کششی اصلی نزدیک وجه بالا دست سد تقریبا بر سطح درزه عمود است و از این رو معیاری برای طراحی در نظر گرفته می شود.

اما در وجه پایین دست راستای تنش کششی اصلی تقریبا موازی با سطح درزه بوده و در نتیجه تنش کششی بتن بدنه سد به میزان قابل توجهی بالاتر از تنش کششی در راستای عمود بر سطح درزه است.

مقاومت کششی مستقیم روش مناسبی برای بدست آوردن مقاومت کششی درزه ها است.

مقاومت کششی گسیختگی نمونه های افقی برای تعیین مقاومت درزه ها به کار می رود.

اما مشخص نمودن این مطلب که درزه ها دقیقا در وسط نمونه ها قرار می گیرند یا خیر، برای انجام صحیح آزمایش بسیار مشکل است پیش بینی مقاومت کششی بر پایه مقاومت فشاری معمولا قابل اطمینان نیست.

نسبت مقاومت کششی به مقاومت فشاری بستگی به علاقه طراح دارد؛ مخصوصا برای سازه های کوچک که ممکن است آزمایش کشش در مورد آن ها انجام نگیرد.

نسبت مقاومت کششی به مقاومت فشاری برای مخلوط های بتن غلتکی بین 5% تا 15% است که بستگی به کیفیت سنگدانه ها مقاومت سن و روش آزمایش دارد.

آقای کانن در سال 1995 و افراد دیگر نسبت به مقاومت فشاری را با هم مقایسه کردند و دریافتند که تغییرات زیادی در این نسبت وجود دارد.

اگر فقط یک روش برای انجام آزمایش به کار رود باز هم معادله واحدی برای این اطلاعات به دست نمی آید.

کانن دریافت وقتی میزان مقاومت بالا می رود نسبت مقاومت کششی به مقاومت فشاری کاهش می یابد.

وقتی آزمایش بر روی سنگدانه های مشخصی انجام می گیرد نتایج معنادار تری به دست می آید.

همانند مقاومت فشاری، مقاومت کششی مغزه ها معمولا پایین تر از مقاومت کششی نمونه استوانه ای است.

میزان تفاوت در مقاومت کششی نمونه مغزه گیری شده با نمونه استوانه ساخته شده در آزمایشگاه بسیار متغیر بوده و بستگی به روش آزمایش دارد.

1ـ 2ـ2ـ مقاومت کششی مستقیم مقاومت کششی بتن غلتکی حاصل از آزمایش کشش مستقیم همانند بتن حجیم کوچکتر از نتایج آزمایش کشش گسیختگی است و ممکن است به عنوان حد پایین مشخصه کششی بتن غلتکی معرفی شود.

انجام آزمایش کشش مستقیم برای نمونه بتن بدنه سطح 20 (قسمت بدون درزه) بسیار مشکل تر از روش کشش گسیختگی است و بیشتر از آن به خشکی و ترک های ریز موجود در مدل وابسته است و نتایج بسیار متفاوتی را نسبت به روش کششی گسیختگی به دست می دهد.

به خاطر مشکلات انجام آزمایش کشش مستقیم آزمایش کشش گسیختگی برای برآورد مقاومت کششی نمونه بتن غلتکی بدنه سطح و آزمایش کشش مستقیم برای ارزیابی مقاومت کششی درزه ها به کار می رود.

توجه به این نکته لازم است که مشخصات کششی درزه معیار مناسبی برای طراحی می باشد.

آزمایش کشش مستقیم در تعدادی از سدها برای نمونه های مغزه گیری شده و استوانه ای مقاومت کششی را بین 3% تا 9% مقاومت فشاری ارزیابی می کنند و اکثر نتایج بین 6% تا 8% قرار دارد.

نسبت با مقاومت و سن نمونه تغییر می کند.

مقاومت کششی بتن غلتکی بر اساس آزمایش کشش مستقیم یا 75% مقاومت حاصل از آزمایش کشش گسیختگی تعیین می شود.

اگر مقاومت بر پایه الک کردن مرطوب و عدم استفاده از سنگدانه های بزرگتر از 38mm تعیین شود مقاومت کششی برای مخلوط کامل 10% کم خواهد شد.

2ـ2ـ2ـ مقاومت کششی مستقیم درزه ها جدول های 1 تا 3 میانگینی را برای تعیین مقدار اولیه مقاومت کششی مستقیم درزه ها برای طراحی با توجه به آزمایش های کشش گسیختگی انجام شده بر روی نمونه بتن غلتکی سد ارائه می دهند.

برای طراحی نهایی آزمایش مقاومت کششی مستقیم درزه ها باید بر روی نمونه های آزمایشگاهی و یا مغزه های گرفته شده از سازه آزمایشی انجام شود.

مانند بتن حجیم مقاومت کششی مستقیم درزه ها عموما کمتر از بدنه اصلی سد بتن غلتکی است.

مقاومت کششی مستقیم درزه ها به ماکزیمم اندازه سنگدانه ها کارآیی مخلوط، درجه تراکم، سن و شرایط سطح درزه حساس است.

به علت متغیر بودن ماهیت مقاومت درزه ها برای انتخاب مقادیر طراحی برای مقاومت کششی مستقیم درزه بر پایه احتمال رسیدن مقاومت مورد انتظار درزه ها به مقاومت مورد انتظار در مخلوط روش ساخت و این که آیا ملات بستر در سطح درزه به کار می رود یا خیر باید مفاهیم آماری اعمال شود.

تمیز نمودن سطح بستر، جدایی، تحکیم کم و یا ضعیف مقاومت کششی درزه ها را به شدت کاهش میدهد.

سنگدانه های با کیفیت بالا کارایی خوب مخلوط و تراکم مناسب، پوشاندن سریع درزه ها با لایه بعدی و استفاده از ملات بستر برای به دست آوردن مقاومت خوب در درزه ها ضروری است.

استفاده از ملات بستر این اطمینان را می دهد که خمیر کافی در سطح درزه برای ایجاد قفل و بست مناسب و پر کردن هر فضای خالی وجود دارد.

وقتی اطلاعات آزمایشگاهی در دسترس نیست جدول های 2 و 3 محدوده قابل قبولی از مقادیر اولیه طراحی برای مخلوط های بتن غلتکی بر پایه کارایی مخلوط نوع و اندازه سنگدانه ها و نحوه آماده سازی درزه ها را ارائه می دهند.

مقادیر پایین مقاومت کششی مستقیم درزه ها به دلیل وجود سنگدانه های طبیعی سنگدانه های با مقاومت پایین و درزه های بدون ملات بستر است.

مقادیر بالای مقاومت کششی مستقیم درزه ها به دلیل وجود سنگدانه شکسته، سنگدانه هایی با مقاومت بالا و درزه هایی با ملات بستر است.

3ـ2ـ2ـ مقاومت کششی گسیختگی انجام آزمایش کشش گسیختگی ساده تر است نسبت به خشک شدگی و ترک های بسیار ریز حساسیت کمتری دارد و نتایج سازگار تری را نسبت به آزمایش کشش مستقیم ارائه می دهد.

اما آزمایش کشش گسیختگی مقدار مقاومت کششی را بالاتر از مقدار واقعی آن تخمین می زند و باید توسط ضریب کاهش 75% اصلاح شود تا با نتایج حاصل از آزمایش کشش مستقیم مطابقت داشته باشد.

محدوده تغییرات مقاومت کششی گسیختگی برای بتن حجیم در جدول 1 آمده است.

تغییرات مقاومت کششی گسیختگی بتن غلتکی در جدول های 2 و 3 نشان داده شده است.

در طراحی مقدماتی برای تخمین مقاومت کششی درزه ها می توان از نتایج آزمایش کشش گسیختگی بر روی نمونه های بدنه سد با توجه به جدول های 2 و 3 استفاده کرد.

همانند مقاومت کششی مستقیم نسبت به مقاومت کششی گسیختگی به مقاومت فشاری با نوع سنگدانه، میزان مقاومت و سن نمونه تغییر می کند.

در آزمایش کشش گسیختگی، صفحه شکست اجبارا در ناحیه باریکی در راستای محور طولی نمونه اتفاق می افتد از این رو آزمایش کشش گسیختگی مقادیر بالاتری را نسبت به آزمایش کشش مستقیم نتیجه می دهد.

4ـ2ـ2ـ مقاومت خمشی مقاومت خمشی یا مدول شکست معیاری برای تعیین مقاومت کششی است.

همچنین مقاومت خمشی می تواند به طور مستقیم در آنالیز سد به کار رود، ولی به علت مشکل بودن تهیه نمونه بتن حجیم و مخصوصا بتن غلتکی به ندرت اندازه گیری می شود.

مقاومت خمشی مقاومت کششی را (مشخصه بحرانی برای سد بتن غلتکی) در درزه ها تخمین می زند.

از این رو مقاومت خمشی معمولا در آنالیز سد بتن غلتکی به کار نمی رود.

دامنه تغییرات برای این آزمایش بیشتر از سایر آزمایش های کشش و مقاومت فشاری است.

برخی از نمونه های تیر خمشی از مقطع آزمایشی گرفته می شود.

اطلاعات موجود در مورد بتن غلتکی به کار نمی رود.

اطلاعات موجود در مورد بتن غلتکی نشان می دهد که روابط مقاومت خمشی به فشاری بتن حجیم برای بتن غلتکی نیز معتبر است.

این روابط ممکن است برای مقاصد طراحی به کار روند ولی هر جا که نیاز باشد باید توسط آزمایش برای سازه های مهم تایید شوند.

5ـ2ـ2ـ تنش کششی دینامیکی اگر چه آزمایش بتن غلتکی با سرعت بارگذاری بالا به ندرت انجام گرفته است ولی دلیلی وجود ندارد که نتایج آن تفاوت زیادی با بتن حجیم داشته باشد.

مانند مقاومت فشاری مقاومت کششی بتن به تغییرات کرنش حساس است.

اگر نرخ تغییرات کرنش بالا باشد مقاومت کششی 50% بیشتر از حالتی خواهد بود که نرخ تغییرات کرنش آهسته است.

به همین دلیل مقاومت کششی دینامیکی بتن غلتکی معادل مقاومت کششی مستقیم در نظر گرفته می شود و در ضریب 1/5 ضرب می گردد.

این ضریب تعدیل به مقاومت کششی بدنه اصلی و درزه ها اعمال می گردد خواه آزمایش کشش مستقیم کشش گسیختگی یا مدول شکست انجام شده باشد.

همانند نمونه های مقاومت فشاری استفاده از نمونه مرطوب برای سرعت بارگذاری معمولی برای آزمایش مقاومت کششی دینامیکی نیز تعیین کننده است.

3ـ2ـ مقاومت برشی تعیین مقاومت برشی برای سدهای بتن غلتکی بسیار مهم است و عموما توسط رابطه کولمب تشریح می شود.

S=c+σtanø که در آن: مقاومت برشی s(mpa or psi) چسبندگی c(mpa or psi) تنش نرمال یا محصور شده σ(mpa or psi) زاویه اصطکاک (deg) ø آزمایش مقاومت برشی محصور شده عرضی تک یا دو صفحه ای (90crd-c) می تواند برای برآورد مقاومت برشی بتن غلتکی بر روی نمونه های آزمایشگاهی یا مغزه گیری شده برای بتن بدنه و یا درزه ها و یا حداقل سه فشار محفظه ای به کار رود.

حد بالای فشار محفظه ای انتخاب شده باید حداقل معادل بیشترین ارتفاع سد باشد.

مقاومت برشی در راستای سطح درزه ها همیشه کمتر از بدنه سد است.

از این رو مانند مقاومت کششی مقاومت در سطح درزه برای طراحی به کار می رود.

مقاومت بر شی بدنه اصلی سد یا درزه های بتن غلتکی می تواند از نمونه های استوانه ای ساخته شده در آزمایشگاه قطعات بتن غلتکی گرفته شده در محل مغزه های سازه آزمایشی یا مغزه های گرفته شده از خود سازه تعیین شود.

برای طراحی اولیه مقادیر مقاومت برشی بدنه سد می تواند از نتایج آزمایش های پیشین یا جدید استخراج شود و سپس برای ارائه مقاومت برشی درزه ها به کار رود.

پارامترهای مقاومت برشی برای طراحی نهایی برای سازه های مهم مانند سدهای متوسط تا بلند یا سدهای واقع در مناطق با لرزه خیزی بالا باید از نتایج آزمایش های انجام گرفته بر روی نمونه های سازه آزمایشی استخراج شود.

استفاده از ضرایب طراحی دست بالا که برای مقاومت فشاری مورد استفاده قرار می گیرد.

باید برای محاسبه مقاومت برشی نیز اعمال شود.

1ـ3ـ2ـ مقاومت برشی بدنه سد چسبندگی با طرح اختلاط به ویژه با مقدار خمیر میزان مواد سیمانی و سن نمونه تغییر می کند زاویه اصطکاک اساسا بستگی به نوع سنگدانه و شکل آن دارد و به طور نسبی مستقل از عواملی است که بر چسبندگی تاثیر می گذارند زاویه اصطکاک به طور عمده با سن یا طرح اختلاف تغییر نمی کند.

مشخصات مقاومت برشی برای بتن غلتکی شبیه بتن حجیم است.

مقادیر چسبندگی برای بدنه سد بتن غلتکی از Mpa5/0 تا Mpa 1/4 است.

نسبت برای مخلوط های کارآ به 20% مقاومت فشاری می رسد.

برای مخلوط هایی با زمان وی بی بیشتر از 30 ثانیه مقادیر چسبندگی ممکن است 10% کمتر از مقاومت فشاری بدنه سد باشد.

زاویه اصطکاک بتن غلتکی بین 40 تا 60 متغیر است.

2ـ3ـ2ـ مقاومت برشی درزه ها حاصل از مغزه گیری معمولا مقاومت برشی درزه ها ملاک اصلی طراحی است.

مقاومت برشی درزه ها بسیار متغیر است ولی به طور کلی مقدار آن در بتن غلتکی کمتر از بتن حجیم می باشد.

چسبندگی از سطح یک درزه تا درزه دیگر دستخوش تغییرات زیادی می شود در صورتی که زاویه اصطکاک معمولا ثابت می ماند.

چسبندگی عموما بر پایه میزان خمیر مقدار مواد سیمانی و آماده سازی درزه ها تغییر می کند.

چسبندگی می تواند با اصلاح این مشکلات و به کار بردن ملات بستر بهبود یابد.

زاویه اصطکاک برشی معمولا از عوامل موثر بر چسبندگی تاثیر نمی پذیرد و بیشتر بستگی به نوع و شکل سنگدانه دارد.

استفاده از ø=45˚ برای طراحی اولیه محافظه کارانه است.

در حالی که استفاده از c=0.1f́c به علت ماهیت متغیر تمامی مشخصات مقاومتی محافظه کارانه نیست.

برای درزه های فاقد بستر سازی بین 03/0 تا 06/0 تغییر می کند.

برای درزه با ملات بستر بین 0/9 تا 0/15 تغییر می کند.

زاویه اصطکاک برای درزه بستر سازی شده یا بستر سازی نشده ضرورتاً غیر قابل تغییر باقی می ماند.

از آنجایی که بازیابی مغزه گرفته شده از درزه بستگی به حفاری و مراحل استخراج دارد برآورد مقاومت برشی از مغزه ها نیازمند احتیاط بیشتری است.

نمونه های مغزه گیری شده همیشه نمونه های بسیار خوبی هستند تا زمانی که بتن غلتکی فاقد پیوستگی یا پیوستگی ضعیف در هنگام مغزه گیری یا استخراج پیوستگی خود را کاملا از دست بدهد که در این صورت این نمونه برای آزمایش مورد استفاده قرار نمی گیرد.

از این رو درصد ترمیم درزه ها در یک برنامه مغزه گیری به هنگام بررسی نتایج آزمایش ها و مشخصات مقاومت برشی باید مورد توجه قرار گیرد.

این کار با کم کردن چسبندگی به وسیله فاکتوری مناسب که درصد درزه های به هم پیوسته را بر پایه درصد ترمیم آن درزه ها ارائه می دهد انجام می شود.

درصد ترمیم پیوستگی برای درزه های بدون ملات بستر بین 2% تا 38% و برای درزه های با ملات بستر c=0.5f́c و در صورت عدم استفاده از ملات بستر صفر فرض می شود.

برای طراحی اولیه یا برای پروژه های کوچک برای مقاومت برشی درزه و بدنه اصلی مقدار ø=45˚ فرض می شود.

مقادیر طراحی همچنین باید درصد مورد انتظار درزه های دارای پیوستگی مناسب را به حساب آورند.

در برخی پروژه های بتن غلتکی آزمایش مقاومت برشی درزه ها در فشارهای محفظه ای متفاوت بر روی یک سری از بلوک های بزرگ از کل مخلوط بتن غلتکی انجام می گیرد.

این مخلوط به وسیله غلتک های پس رونده یا غلتک های کوچک تا بزرگ متراکم می شود.

3ـ مشخصات الاستیک 1ـ3ـ مدول الاستیسیته مدول الاستیسیته به صورت نسبت تنش نرمال به کرنش متناظر زیر حد تناسب تعریف می شود.

برای مقاصد عملی فقط تغییر شکل هنگام بارگذاری در کرنشی که در محاسبه مدول الاستیسیته تحت نرخ بارگذاری نرمال به کار می رود شرکت می کند.

کرنش به دلیل بارگذاری دائمی به خزش مربوط می شود.

بتن غلتکی با طرح اختلاط مناسب و تراکم خوب باید مدول الاستیسیته مساوی یا بالاتری از بتن حجیم با مقاومت فشاری یکسان و مصالح مشابه داشته باشد.

بستگی به سن، مقاومت و نوع سنگدانه دارد و رابطه مدول الاستیسیته ـ مقاومت در بتن حجیم برای بتن غلتکی نیز کاربرد دارد.

استاندارد 469 ASTM C (19CRD-c) مدول الاستیسیته را در فشار و استاندارد (19CRD-c) این مدول را در کشش تعیین می کند.

از دو روش مدول وتری محاسبه می شود.

سه روش برای اندازه گیری مدول الاستیسیته ذکر شده است (chord, secant, tangent) و مهندس طراحی تعیین می کند که باید از کدام روش استفاده شود.

مدول الاستیسیته ممکن است به علت زبری سنگدانه ها و نحوه قرار گیری آنها رفتار غیر همسانگردی از خود بروز دهد اما تاثیر این رفتار کوچک و عموما قابل صرفنظر کردن است.

برای مدل کردن مستقل بودن مدول الاستیسیته از زمان انجام آزمایش در سن های 1 ، 3، 7، 28، 90، 180 و در صورت امکان 365 روز ضروری به نظر می رسد.

1ـ1ـ3ـ مدول الاستیسیته بتن حجیم مدول الاستیسیته بتن حجیم تقریبا در سن های 1 ، 28 و 365 روز به ترتیب 6/GPa9، 21Gpa تا 38 GPa و 30 GPA تا 47 GPa می باشد.

سنگدانه هایی با کیفیت پایین که با موفقیت در بتن غلتکی به کار رفته اند اغلب مدول الاستیسیته پایین تری در تمام سنین از خود نشان می دهند.

از این رو مقدار مدول الاستیسیته در بتن غلتکی نسبت به بتن حجیم بسیار متغیر است.

مدول الاستیسیته کم عموما در پایین آوردن کرنش و تنش ظاهری در سازه سودمند است.

مخلوط های با مقاومت کم عموما مدول الاستیسیته پایینی دارند.

2ـ1ـ3ـ مدول الاستیسیته فرض می شود مدول الاستیسیته در کشش برابر مدول الاستیسیته در فشار است.

برای سازه های مهم این فرض باید با دقت بررسی شود چون رابطه تنش ـ کرنش بعد از این که تنش در بتن تقریبا به 60% تنش ماکزیمم رسید غیر خطی می شود.

در فشار این مساله مشکلی ایجاد نمی کند چون عموما تنش فشاری بتن نسبت به تنش ماکزیمم یا ظرفیت نهایی حتی در هنگام وقوع زمین لرزه های بزرگ کوچک است.

اما در کشش چون تنش می تواند به ظرفیت نهایی برسد و حتی از آن تجاوز کند مساله قدری متفاوت است.

برای پروژه های مهم در مناطق لرزه خیز مدول استاتیک و دینامیک باید توسط آزمایش تعیین شود اگر آزمایش با نرخ سریع تغییر کرنش همراه باشد مدول الاستیسیته دینامیک باید 15% بیشتر از مدول الاستیسیته استاتیک در نظر گرفته شود.

3ـ1ـ3ـ مدول الاستیسیته دائمی مدول الاستیسیته دائمی نتیجه خزش است و مستقیما از آزمایش خزش با تقسیم بار دائمی روی نمونه بر تغییر شکل کل به دست می آید.

مدول الاستیسیته استاتیک و دائمی برای بتن حجیم در آیین نامه های R 207.1 ACI و R 207.4 ACI ارائه شده است.

با توجه به آزمایش های انجام گرفته روی نمونه های بارگذاری شده 90 روزه یا دیرتر برای دوره 1 ساله مشخص شد مدول الاستیسیته دائمی درصد کمی بیشتر از مدول الاستیسیته استاتیک است.

4ـ1ـ3ـ روابط انجمن بتن آمریکا برای مدول الاستیسیته روابط ارائه شده توسط انجمن بتن آمریکا برای محاسبه مدول الاستیسیته بتن معمولی بوده و عموما تخمین دقیقی از مدول الاستیسیته بتن حجیم ارائه نمی دهد مدول الاستیسیته استاتیکی در غیاب آزمایش و فقط برای مقاصد طراحی از رابطه محاسبه می شود که در آن: