پاورپوینت فصل چهارم زمین شناسی پایه یازدهم علوم تجربی زمین شناسی و سازه های مهندسی

مهم ترین سازه های ساخته شده توسط بشرکه هنوزپابرجا هستند: انسان از گذشته های دور ،بناهایی ساخته است که هنوز هم پس از گذشت هزاران سال ،باقی مانده اند .ستون های بزرگ تخت جمشید، بناهای ُچغازنبیل ،اهرام مصر ،دیوارچین و قنات های باستانی با وجود گذشت سال ها ،هنوز هم پابرجا هستند و اوج دانش مهندسی را در عهد باستان نشان می دهند. به راستی ،چه عواملی باعث شده است تا این بناها همچنان پا برجا بمانند؟ در ساخت آنها ،از چه مصالحی استفاده شده است؟ ارتباط سازه های ساخت دست بشر با زمین: جاد ه ها ،راه آهن ،پل ها ،تونل ها ،خطوط انتقال نفت ،گاز و آب، سدها ،کارخانه ها ،ساختمان های بلند ،برج های مخابراتی مانند برج میالد و بسیاری سازه های دیگر ،از موادی ساخته می شوند که از زمین به دست می آیند. پایداری زمین و ساخت سازه ها: یکی از مسائل اصلی در ساخت و نگهداری سازه ها ،پایداری زمین است .در ساخت سازه ها ،مسائل مختلف زمین شناسی مطرح می باشد که باید موردمطالعه قرار گیرد. نقش زمین شناس درکاهش خسارات مخاطرات طبیعی به سازه های ساخت دست بشر: یک ی ازوظای ف مه م زمی ن شناس ،تشخیص احتمال وقوع فرایندهای مخرب و ارائ ه روش های مقابل ه ب ا آنه ا اس ت به نحوی که ،آسیبی به تأسیسات و سازه های عمرانی و معدنی وارد نشود. تعریف سازه: قب ل از اجرای پروژ ه های عمران ی مانن د سد ،نیروگاه، بزرگراه ،پل ،مجتمع های تجاری و مسکونی ،برج ها و ...که سازه نامیده می شوند ،انجام مطالعات زمین شناسی سنگ بستر آن ها ،ضروری است. مهم ترین مطالعات زمین شناسی درمکان یابی سازه ها: ناهمواری های سطح زمین استحکام سنگ ها نفوذپذیری پایداری دامنه ها دربرابر ریزش جنس مصالح مورفولوژی یا پستی و بلندی های محل احداث سازه مورفولوژی: بررسی مورفولوژی یا پستی و بلندی منطقه درمکان یابی سازه،پایداری و طراحی سازه نقش مهمی دارد. استحکام: استحکام و مقاومت الیه های زمین دربرابر نیروهای وارد برآن از مهم ترین عوامل برانتخاب محل سازه ها است.مثال برای ساخت یک سد ،محلی انتخاب می شود که الیه های زمین آن ،درمقابل تنش های وارده برسد مقاوم باشد. زمین پی سازه ها باید دارای کدام ویژگی های مناسب باشد و چرا؟ آبرفت یا سنگ ِ های پی سد ،باید در برابر تنش های ناش ی از وزن س د ،مقاوم باشن د و دچار گسیختگی و نشست نشوند. به عنوان مثال ،در پشت یک سد ،فشار زیادی از طرف آب به الیه های زیرین ،تکیه گاه و همچنین بدنه سد، وارد م ی شود .س د نی ز وزن زیادی دارد ک ه گاه به چندین میلیون تن می رسد. تنش چیست؟ هرگاه س نگ تح ت تأثی ر نیرویی از خارج قرار گیرد ،در داخل سنگ نیز ،نیرویی بر واحد سطح وارد می شود که تنش نامیده می شود. کششی انواع تنش فشاری برشی تاثیرتنش برسنگ ها: تغییرشکل سنگ ها مقاومت سنگ چیست؟ مقاومت سنگ ،عبارت است از حداکثر تنش یا ترکیبی از تنش ها که سنگ می تواند تحمل کند ،بدون آنکه بشکند. ارتباط بین میزان مقاومت سنگ ها وخاک ها دربرابرتنش: هر چه مقاومت ،در مقابل این تنش ها ،کمتر باشد ،سنگ ناپایدارتراست وسطوح شکست بیشتری درآن ایجاد می شود. عوامل ناپایداری سنگ وخاک ها درپی سازها: درزه ها یا شکستگی ها مواد جامد بر اثر تنش ،تغییر شکل می دهند .مقدار و نوع تغییر شکل ایجاد شده ،به رفتارآنها در برابر تنش بستگی دارد. سه شکل رفتارمواد درمقابل تنش وبعد ازتنش: رفتارکشس انی ا ا الستیک1- 2ش کستگی بعضی از سنگ ها بااِعمال تنش ،سنگ ها دچار تغییر شکل می شوند و با رفع تن ش ،ب ه حال ت اولی ه خود بازمی گردند. اگر تنش از حد مقاومت سنگ بیشتر شود ،سنگ دچار شکستگی می شود و درزه ها و گسل هارا به وجود می آورد. رفتارخمیرسانی ا پ الستیک3- بعضی ازسنگ ها پس از رفع تنش، تغیی ر شک ل یافت ه وب ه طور کام ل به حالت اولیه خود برنمی گردند. میزان مقاومت انواع سنگ ها دربرابرتنش سنگ های مقاوم و مناسب برای ایجاد سازه - س نگ های آذرين ،م ی توانن د تکی ه گاه مناسبی برای سازه ها باشند .مانند پی سنگ سد امیرکبیر که از جنس سنگ گابرو است. - بعضی از سنگ های دگرگونی ،مانند کوارتزیت و هورنفلس می توانند تکیه گاه مناسبی برای سازه های سنگین باشند برخ ی از س نگ های رس وبی ،مانن د ماس ه س نگ ها، استحکام الزم برای ساخت سازه را دارند. سنگ های نامقاوم و نامناسب برای ایجاد سازه - برخی دیگر از آنها مانند شیست ها ،سست و ضعیف هستند و برای پی سازه هامناسب نیستند. سنگ های تبخیری مانند سنگ گچ ،نمک و شیل ها در برابر تنش مقاوم نیستند. یکی دیگ ر ازعوام ل مؤثردرمکان یابی س ازه ها ،نفوذپذیری خاک و سنگ است. سنگ های کربناتی چیست؟ سنگ های کربناتی ،به سنگ های رسوبی گفته می شودکه بیش از ٥٠درص دآن ه ا کان ی های کربنات ی (کلس یت ودولومیت) باشد.این سنگ ها،اغلب درزه دارهستند. نحوه ایجاد غار: با گذشت زمان ودرجریان آب های نفوذی ،بخش هایی از این سنگ ها در آب ،حل و در آن حفره هایی تشکیل می دهند. پیشرفت عمل انحالل ،ممکن است منجربه تشکیل حفره های انحاللی بزرگ در این سنگ ها و ایجاد غارها شود. غار لچوگوئیا در آمریکا کدام نوع سنگ آهک ،تکیه گاه خوبی برای سازه ها می باشد؟ سنگ آهک ضخیم الیه،که فاقد حفرات انحاللی باشد،پی و تکیه گاه خوبی برای احداث سازه می باشد. کدام نوع سنگ آهک ،مشکالت جدی برای سازه ها ایجاد می کند؟ سنگ آهک دارای حفرات انحاللی مهم ترین مشکالت سنگ های آهک دارای حفره های انحاللی برای سازه ها: فرار آب یا نشست زمین انحالل پذیری درکدام نوع سنگ ها بیش تراست؟چرا؟ سنگ های تبخیری (سنگ گچ و سنگ نمک) بنابراین حفره ها و غارهای انحاللی در این سنگ ها ،سریع تر از دیگر سنگ ها ایجاد می شود. پیامدهای احداث سد برروی الیه هایی ازسنگ گچ: ممکن است پس از چند سال ،حفرات انحاللی در سنگ ایجاد وباعث فرار آب از مخزن سد و همچنین ناپایداری بدنه سد شود. سد واهمیت آن: س د ،س ازه ای اس ت ک ه ب ه منظور ذخیره آ ب ،مهار سیالب، تأمی ن آ ب شرب و کشاورزی و همچنی ن تولید نیروی الکتریسیته احداث می شود .بعضی از سدها چند منظوره اند، یعنی به طور هم زمان ،چند هدف را تأمین می کنند. انواع سدها از نظرنوع مصالح ساختمانی: خاکی بتنی مهم ترین عوامل درتعیین نوع سد ومکان یابی آن: شرایط زمین شناسی منطقه و مصالح قرضه در دسترس .البته می توانید به آدرس زیرهم مراجعه کنید http://daminfo.wrm.ir/ https://fa.wikipedia.org/wiki عوامل مورد بررسی درمطالعات زمین شناسی سد: وضعیت مخزن ،تکیه گاه ها و پی سد از نظر پایداری وفرار آب مورد بررسی قرار می گیرد. راه های جلوگیری از فرار آب درمخزن سد: باید دیواره ها و کف مخزن نفوذناپذیر باشند یا از نفوذپذیری بسیارکمی برخوردار باشند. عوامل موثر برجلوگیری از فرار آب و پایداری بدنه سد : شی ب،امتداد و جن س الی ه های س نگی و موقعی ت انتخابی برای ساخت سد مطلوب ترین حالت برای احداث سد حالت (ب)است ،زیرا هم امتداد الیه ها موازی با محورسد است و هم زاویه ای که سطح الیه ها با سطح افق می سازند(شیب الیه ها) کم می باشد. درمورد علت فرارآب از مخزن سد الراطالعات جمع آوری کنید و درکالس ارائه دهید. یکی از دالی ل خالی بودن 95درصد مخزن سد الر ،کاه ش آوردهای رودخانه ای به تبع کاهش بارش هاست .اما دلی ل اص لی چی ز دیگری اس ت .حدود 35س ال از آبگیری ای ن س د م ی گذرد و در ای ن مدت بخش ی از بدنه مخزن س د نشت ی دارد .آ ب از رودخان ه های باالدس ت جریان یافت ه و ب ه مخزن س د الر م ی ریزد ام ا مخزن ای ن س د نمی تواند بخش قابل توجهی از این آب را نگه داشته و با فرار آب از بدنه مخزن این سد ،چشمه های کوچک و بزرگ در پایین آ ن از دل خاک بیرون آمده و آب فرار کرده از این چشمه ها جاری می شود. برآورد بلند مدت ( 25ساله) نشان می دهد که حداقل فرار آب از مخزن سد الر 3مترمکعب در ثانیه و حداکثر آن حدود 13مترمکع ب در ثانی ه اس ت .متوس ط فرار آ ب 60ای ن س د در طول س ال حدود 7مترمکع ب در ثانیه برآورد می شود .از اینرو ،به طور متوسط در یک 24ساعت ،حدود 5هزار مترمکعب آب از مخزن سد الر به پایین دست نشت می کند .این رقم در طول یکسال حجم 220میلیون مترمکعب آ ب شیرین را شامل می شود که رقم بسیار بزرگی است. در طرح عالج بخشی سد الر ،مقرر شده بود تا با جمع آوری آ ب از چشمه های پایین دست و محل های فرار آب، تونلی به طول 29کیلومتر جهت انتقال فرار آب سد الر به سد لتیان احداث شود .پیش بینی ها مبنی بر این است که با احداث این تونل بخش قابل توجهی از فرار آ ب سد الر به حجم 170میلیون مترمکعب در س ال جمع آوری شده و به سد لتیان منتقل می شود. تاثیرنقش رسوبات رودخانه ای درسدها: رسوباتی که از طریق رودخانه ها به مخزن سدها حمل می شوند ،به تدریج از ظرفیت مفید مخزن م ی کاهند .بعضی از س دهای کشور بر اثر انباشته شدن از رس وبات ،بخ ش قاب ل توجه ی از کارایی خودرا از دست داده اند. انواع حفاری های زیرزمینی: برخ ی از فعالی ت های عمران ی و معدن ی در ِ زی ر زمی ن ص ورت م ی گیرد .این فعالیت ها ،نیاز به فضای زیرزمینی دارد .حفاری های زیرزمینی به صورت تونل و مغاراست. تونل ها به چه دالیلی ساخته می شوند؟ تونل ها،به منظور حمل ونقل،انتقال آب ،انتقال فاضالب یا استخراج مواد معدنی تعریف مغار واهداف ساخت مغار: مغارها ،فضاهای زیرزمینی بزرگ تری هستند که برای ایجاد تأسیسات زیرزمینی مانند نیروگاه ها،ایستگاه های مترو ،ذخیره نفت ویاموارددیگراستفاده می شوند. تونل ها و مغارها باید درچه مناطقی ساخته شوند؟ این گونه سازه ها ،باید در زمین هایی با مقاومت کافی احداث شوند .بنابراین زمین شناس ،باید مطالعات خود را بر شناسایی مناطقی با کمترین خرد شدگی، هوازدگی یا نشت آب ،متمرکز کند. درشکل الف حفرتونل آسان تراست زیرا جهت محورتونل موازی با امتداد الیه هااست و اگراین الیه ها ازاستحکام خوبی برخوردار باشندودارای فشارآب زیرزمینی کم باشدحفرتونل باهزینه کمتری انجام می شود ولی درشکل ب محورتونل عمود بر الیه بندی است و درحفاری با الیه های مختلفی روبه رو می شویم که اگراین الیه ها ازاستحکام خوبی برخوردار نباشند و یا به الیه های آب های زیرزمینی برخورد شود حفرتونل بسیارسخت می شود . عوامل موثردرساخت تونل: جنس سنگ ها ،الیه بندی،سطح ایستابی،آب های زیرزمینی اطراف تونل و پایداری خاک عوامل مهم ناپایداری تونل ها و فضاهای زیرزمینی : جریان و فشار آب زیر زمینی علل اهمیت برآورد میزان کنترل جریان آب زیرزمینی درساخت تونل وترانشه ها: زیرابخ ش بزرگ ی از مشکالت و خس ارت ه ا درپروژ ه های عمرانی و معدنی ،ناشی از برخورد با آب های زیرزمینی بوده است ،در برخی موارد ،پروژه هایی به علت این مشکالت ،تکمیل نشده و متوقف شده اند. کدام تونل ها ازپایداری بیشتری برخوردارند؟ به طور کلی تونل هایی که در باالی سطح ایستابی قرار می گیرند، ازپایداری بیشتری برخوردار هستند. اگرتون ل درزیرس طح ایس تابی باش د ب ه دلی ل ورود آ ب ب ه داخل تونل مشکالت فراوانی را ایجاد می کند وموجب ریزش تونل و ورود آب به تونل می شود. اگرسنگ های داخل تونل وضعیت مطلوبی نداشته باشند چه روشی به کارگرفته می شود؟ دیواره و سقف تونل با محافظی از بتن یا سایر مصالح پوشیده می شود . زمین های نامناسب برای ساخت تونل: زمین های سست ،گسل دار،چین خورده،هوازده و آبداربرای ساخت تونل مناسب نیستند. علل اهمیت سازه های دریایی درکشور: همیشه سازه ها بر روی خشکی بنا نمی شوند .کشور ما از جنوب و شمال به دریا منتهی می شود. از سوی دیگر ،بخشی از ذخایر عظیم نفت ایران از دریا استخراج می شوند. سازه های دریایی چیست؟ به سازه هایی ماننداسکله ها ،پایانه های نفتی ،تونل های زیردریایی ،پل ها و جاده ها ،در سواحل دریا یا در دریا احداث می شوند. عوامل مهم درمکان یابی سازه های دریایی: مطالعات زمین شناسی توجه به جریان های دریایی ویژگی های فیزیکی و شیمیایی آب دریا عوامل تهدید پایداری سازه های مختلف درکشور: قرارگرفتن کشوردرکمربند زلزله خیز و وجودگسل ها و وقوع زمین لرزه های احتمالی مهم ترین موارد مطالعات مکان یابی سازه ها توسط زمین شناسان درزمینه پایداری سازه ها: شناسایی گسل ها ، پایداری محل احداث سازه در برابر حرکات دامنه ای و ریزش سنگ نحوه شناسایی گسل ها توسط زمین شناسان: ب ا اس تفاده ازعک س های هوای ی و ماهوارهای و بازدیدهای ص حرایی ،ای ن گس ل ها را شناسایی می کنند و با استفاده از داده های ثبت شده توسط دستگاه های لرزه نگاری و اطالعات تاریخی زمین لرزه ها ،احتمال فعالیت مجدد گسل ها و وقوع زمین لرزه و تأثیر آن بر سازه ها را مشخص می کنند. این اطالعات در اختیارمهندسان عمران قرار می گیرد تا طراحی سازه را بر آن اساس انجام دهند. روش های پایداری دامنه ها درنواحی کوهستانی خطرسازه ها درمناطق شیب داروکوهستانی: خطر ریزش کوه وسقوط مواد در دامنه های پرشیب ایجاد دیواره ای حائل استفاده از تورهای سیمی (گابیون ) زهکشی برای تخلیه آب اضافی ایجاد پوشش گیاهی ومیخ کوبی اثرات مثبت و منفی پوشش گیاهی ،در پایدارسازی دامنه ها چگونه است؟ اثرات مثبت پوشش گیاهی: پوشش گیاهی مانع نفوذ آب به داخل خاک کی شودریشه ها رطوبت خاک را می گیرندو مجب کاهش فشارآب های زیرزمینی می شودریشه باعث افزایش مقاومت کششی خاک می شودریشه ها ممکن است به الیه های سخت زیرین خاک برسند و باعث پایداری خاک شوندریشه ها ذرات خاک را به هم متصل می کنند و احتمال فرسایش را کم می کنندپیامدهای منفی پوشش گیاهی: وزن درخت موجب ناپایداری خاک می شودوازگو نی درختان دراثروزش بادهای شدیدتخلی ه رطوب ت خاک و خش ک کردن خاک و ایجاد شکاف درخاک و نفوذ آ ب ب ه داخ ل خاک و افزای ش فشار منفذی آ ب ها وناپیداری خاک میخ کوبی با افزایش نیروهای مقاوم سبب افزایش پایداری دامنه ها می شود.دراین روش ب ا قرار دادن میلگردهای فوالدی (می خ) وپرکردن س وراخ ه ا ب ا استفاده از دوغاب سیمان،سبب استحکام دامنه ها و ترانشه ها می شوند. مهم ترین مصالح مورد نیاز برای احداث سازه ها: در احداث سازه ها ،از مواد سازنده زمین ،مانند خاک و سنگ استفاده می شود. مواد موردنیاز برای هر سازه ،باید دارای مقاومت ،نفوذپذیری و اندازه دانه های مشخصی باشد که توسط آزمایش های الزم در آزمایشگاه های مکانیک خاک و سنگ مشخص می شوند. مقایسه مصالح به کاررفته درسدهای بتنی وسدهای خاکی: مص الح ب ه کاررفت ه در س ازه های مختل ف ،متفاوت اس ت؛ به عنوان مثال در سدهای بتنی از سیمان ،ماسه ،شن ،میل گرد و در س دهای خاک ی از خاک رس ،ماس ه ،ش ن و قلوه سنگ استفاده می شود. سدهای خاکی با هسته رسی می باشند .آب در حین عبور از هسته سد به دلیل نفوذ پذیری بسیار کم ،مقدار زیادی از انرژی پتانسیل خود را بدلیل اصطکاک از دست می دهد و در نتیجه مقدار نشت نیز به تناسب کاهش می یابد. مبنای طبقه بندی خاک ها: طبقه بندی مهندسی خاک ها ،بر مبنای دانه بندی ،درجه خمیری بودن و مقدار مواد آلی آن هاانجام می شود. دسته بندی خاک برمبنای دانه بندی: خاک ها به دو دسته ریزدانه و درشت دانه تقسیم می شوند .در خاک های ریزدانه، مانند رس و الی ،اندازه ذرات ،کوچک تر از ٠/٠7٥میلیمتر و در خاک های درش ت دان ه ،مانن د ماس ه و ش ن ،اندازه ذرات ،بزرگتر از ٠/٠7٥میلیمتر است. ارتباط بین پایداری خاک های ریزدانه با میزان رطوبت: پایداری خاک های ریزدان ه ،ب ه میزان رطوب ت آنه ا بس تگی دارد .ه ر چقدر رطوبت خاک های ریز دانه بیشتر باشد ،پایداری آنها کمتر می شود. نتیجه افزایش رطوبت درخاک های ریزدانه وعلت لغزش خاک ها درماه های مرطوب: اگر رطوبت در این خاک ها از حدی بیشترشود ،خاک به حالت خمیری در می آید و تحت تأثیر وزن خود روان می شود. لغزش خاک هادر دامنه ها و ترانشه ها ،به ویژه در ماه های مرطوب سال ،ناشی از این پدیده است. زمین لغزش اهمیت خاک های دانه ریز و دانه درشت: از خاک های دانه ریز و دانه درشت ،در بسیاری از سازه ها مانند بدنه سدهای خاکی ،زیر سازی جاده ها و باند فرودگاه ها استفاده می شود. علل استفاده ازخاک دربخش زیرسازی و روسازی احداث جاده ها: زیراسطح طبیعی زمین ،برای رفت و آمد وسایل نقلیه مناسب نیس ت ودر مقاب ل عوام ل جوی مانن د بارش ،تغییرات دما و نیروهای وارده از چرخ خودروها مقاومت کافی ندارد. دوبخش اصلی مصالح خاک دراحداث جاده ها زیر اساس به عنوان الیه زهکش عمل می کند ،از مخلوط شن و ماسه یا سنگ شکسته استفاده می شود زیرسازی اساس روسازی الیه های آستر و رویه که بایستی مقاوم باشند ،از جنس آسفالت می باشند که مخلوطی از شن ،ماسه و قیر است. آستر رویه تعریف باالست وهمیت آن: یکی از کاربردهای مصالح خرده سنگی ،در زیرسازی و تکیه گاه ریل های راه آهن است .این قطعات سنگی یا باالست ،عالوه بر نگهداری ریل ها و توزیع بار چرخ ها ،عمل زهکشی را نیز به عهده دارند. تامین باالست خطوط راه آهن کشور: