اثر دوره های انجماد- ذوب بر مقاومت خستگی سنگ تراورتن

پدیده خستگی یکی از عوامل مهم شکست در مواد است که طی آن، یک جسم در اثر تجمع تدریجی آسیب‌ها و گسترش ترک‌های ریز ناشی از بارگذاری‌های مکرر، در تنشی کمتر از مقاومت استاتیکی خود دچار شکست ناگهانی و ترد می‌شود. این مسئله در سازه‌های سنگی از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است، به‌ویژه زمانی که عوامل محیطی همچون نوسان‌های دمایی و چرخه‌های یخبندان-ذوب نیز بر شدت آسیب‌دیدگی تاثیرگذار باشند. ترکیب بارهای دینامیکی و شرایط محیطی متغیر می‌تواند روند تخریب را تسریع کرده و عمر مفید سازه‌های مهندسی را کاهش دهد. سازه‌های معدنی و عمرانی نظیر مخازن ذخیره‌سازی سوخت، تکیه‌گاه سدها، پل‌ها و سایر سازه‌های سنگی، در طول عمر خود تحت تاثیر نیروهای متناوب و نوسان های شدید دمایی قرار دارند. در این تحقیق، به‌منظور شبیه‌سازی اثر دوره‌های یخبندان، 30دوره انجماد-ذوب در دماهای 40+ و 20- درجه سانتی‌گراد بر روی نمونه های سنگی صورت گرفت و سپس توسط دستگاه توسعه‌یافته با مکانیزم جدید، پارامتر های خستگی تحت بارگذاری کاملاً معکوس شونده، بررسی شد که نتایج آن به روش تنش- عمر ارائه و مقایسه شده است. نتایج نشان داد که سنگ تراورتن دارای حد دوام برابر با 0.49 مقاومت کششی نهایی خود است. همچنین در محدوده تنش‌های اعمالی بالا، نمودار تنش-عمر کاهشی معادل 36.67 درصد را نشان داد، درحالی‌که این مقدار برای حد دوام برابر 34.32 درصد به‌دست آمد. علاوه بر این، به‌منظور بررسی اثرات ذاتی سنگ، پارامترهای فیزیکی همچون تخلخل و سرعت موج طولی مورد مطالعه قرار گرفتند. نتایج نشان داد که تخلخل سنگ پس از دوره‌های انجماد-ذوب 66 درصد افزایش یافته، درحالی‌که سرعت موج طولی در نمونه‌ها با کاهشی معادل 14 درصد همراه بوده است. این تغییرات نشان‌دهنده تاثیر قابل‌توجه دوره‌های انجماد-ذوب بر ساختار درونی و خواص مکانیکی سنگ تراورتن است.

the effect of freeze-thaw cycles on the fatigue strength of travertine

fatigue failure in materials occurs due to the gradual accumulation of microstructural damage and the propagation of cracks under cyclic loading conditions. this process results in sudden and brittle failure at stress levels significantly lower than the material's static tensile strength. in rock-based infrastructures such as dams, bridges, underground reservoirs, and tunnel walls, fatigue is a crucial factor influencing long-term stability, especially when exposed to environmental stressors like freeze-thaw cycles, seismic activity, and dynamic loads from mining and traffic. in this study, the fatigue behavior of travertine rock was examined under completely reversible cyclic loading to simulate environmental stress conditions. travertine, a widely used sedimentary rock, has an average compressive strength of 31.4 mpa and is susceptible to environmental degradation. to investigate its fatigue performance, 30 freeze-thaw cycles were applied, alternating between -20°c and +40°c. the process involved saturating the rock samples in water, freezing them, and then allowing them to thaw, completing a full 24-hour cycle. this approach aimed to replicate natural weathering conditions and assess their impact on mechanical properties. a specialized fatigue testing device, inspired by the r.r. moore system for metal fatigue tests, was used to apply fully reversed sinusoidal loading. this device enables precise control over load amplitude, frequency (variable or constant), and loading rate, making it ideal for evaluating the fatigue performance of rock materials. the stress-life (s-n) curves generated from the experiments revealed a clear inverse relationship between the applied stress and fatigue life.