توونان چیست و چرا در پروژه‌های عمرانی اهمیت دارد؟

اگر در پروژه‌های راه‌سازی یا ساختمانی کار کرده باشید، حتماً با واژه «توونان» برخورد داشته‌اید. اما توونان دقیقاً چیست و چه نقشی در صنعت عمران ایفا می‌کند؟

توونان در ادبیات فنی مهندسی عمران ایران، به مجموعه‌ای از سنگ‌های آبرفتی گفته می‌شود که مستقیماً از بستر رودخانه‌ها، مسیل‌های قدیمی یا معادن قرضه آبرفتی استخراج می‌شود. ویژگی منحصربه‌فرد توونان که آن را از سایر مصالح سنگی متمایز می‌کند، استفاده از آن به‌صورت «خام» و بدون هیچ‌گونه فرآیند سرند یا دانه‌بندی است. این یعنی مخلوط طبیعی شن، ماسه و سنگریزه، پس از برداشت از معدن، مستقیماً به کارگاه حمل شده و در پروژه استفاده می‌شود.

به همین دلیل است که توونان با نام‌هایی مانند «مخلوط رودخانه‌ای» یا «مخلوط معدنی» نیز شناخته می‌شود. این ماهیت فرآوری‌نشده، هم بزرگترین مزیت اقتصادی آن را رقم زده و هم اصلی‌ترین چالش فنی آن را ایجاد کرده است. در این مقاله از مجموعه مقالات مهندسی عمران، به‌طور کامل به ابعاد مختلف این مصالح کاربردی می‌پردازیم.

منشأ زمین‌شناسی و ماهیت توونان

از دیدگاه زمین‌شناسی، توونان یک رسوب آبرفتی است که طی هزاران سال بر اثر فرسایش سنگ‌های بالادست و حمل آن‌ها توسط جریان آب رودخانه‌ها شکل گرفته است. به همین دلیل، خواص آن مانند جنس سنگدانه‌ها، شکل ذرات و درصد نرمه (ذرات ریزدانه) ارتباط مستقیمی با زمین‌شناسی حوضه آبریز و رژیم هیدرولیکی رودخانه مبدأ دارد.

اهمیت توونان در صنعت ساخت‌وساز ایران، به نقش آن به‌عنوان یک مصالح حجیم، ارزان‌قیمت و در دسترس برای لایه‌های زیرسازی برمی‌گردد. این ماده در عمل، بستر و فونداسیون بسیاری از سازه‌های حیاتی کشور از جمله راه‌ها، ساختمان‌ها، سدها و پل‌ها را تشکیل می‌دهد.

مشخصات فنی و ژئوتکنیکی توونان

ترکیب و دانه‌بندی

توونان ترکیبی ناهمگون از سنگدانه‌های با ابعاد مختلف است که شامل قلوه‌سنگ، شن، ماسه و مقادیر محدودی لای و رس می‌شود. اگرچه معمولاً بازه اندازه ذرات آن بین ۳ تا ۷۰ میلی‌متر ذکر می‌شود، اما این یک راهنمای کلی است و حداکثر اندازه سنگدانه‌ها بسته به منبع استخراج می‌تواند بسیار متغیر باشد.

یکی از ویژگی‌های مثبت مخلوط‌های رودخانه‌ای طبیعی، دانه‌بندی خوب (Well-Graded) بودن آن‌هاست. به این معنا که توزیع اندازه ذرات به‌گونه‌ای است که فضاهای خالی بین سنگدانه‌های درشت توسط سنگدانه‌های متوسط و ریز پر می‌شود. این ویژگی در صورت وجود، به دستیابی به تراکم و چگالی بالا پس از کوبش کمک شایانی می‌کند.

شاخص خمیری (Plasticity Index – PI)

مهم‌ترین پارامتر کنترل کیفیت توونان، شاخص خمیری آن است. شاخص خمیری که معرف بازه رطوبتی است که خاک در آن رفتار خمیری از خود نشان می‌دهد، به‌طور مستقیم به میزان و نوع ذرات رس موجود در مصالح بستگی دارد.

بر اساس مشخصات فنی، حداکثر شاخص خمیری مجاز برای توونان برابر با ۹ تعیین شده است (PI≤۹). این محدودیت یک ابزار مدیریت ریسک عملی و کم‌هزینه است. از آنجایی که توونان یک مصالح کنترل‌نشده و طبیعی است، خطرناک‌ترین متغیر در آن، درصد و نوع ذرات ریزدانه (رس) است. رس‌های فعال می‌توانند با جذب رطوبت دچار تورم شده یا در حالت اشباع، مقاومت برشی خود را از دست بدهند که هر دو مورد برای لایه‌های زیرسازی بسیار مضر است.

تعیین حد ۹ برای شاخص خمیری به مهندسان اجازه می‌دهد تا با یک آزمایش سریع و ارزان، مصالحی را که دارای مقادیر خطرناک رس فعال هستند شناسایی و رد کنند، بدون آنکه نیاز به آزمایش‌های پیچیده و زمان‌بر برای هر محموله باشد.

وزن مخصوص و چگالی

وزن مخصوص توونان کوبیده‌شده بسته به دانه‌بندی و میزان تراکم متغیر است. با این حال، در محاسبات قراردادی و پرداخت‌های مربوط به فهرست‌بها، یک مقدار استاندارد برای آن در نظر گرفته می‌شود: هر متر مکعب توونان کوبیده‌شده معادل ۲ تن مصالح سنگی محاسبه می‌گردد (بند ۲-۲-۶ مقدمه فصل ۲۸ فهرست‌بها). این عدد، پل ارتباطی میان مشخصات فیزیکی مصالح و محاسبات مالی پروژه است.

طبقه‌بندی مهندسی

بر اساس مشخصات عمومی، توونان در سیستم طبقه‌بندی متحد خاک (USCS) معمولاً در گروه‌های GW (شن با دانه‌بندی خوب)، GP (شن با دانه‌بندی ضعیف) یا در صورت وجود ریزدانه قابل قبول، GM (شن لای‌دار) قرار می‌گیرد.

سایر پارامترهای کنترل کیفیت

علاوه بر شاخص خمیری، پارامترهای دیگری نیز برای کنترل کیفیت توونان مورد استفاده قرار می‌گیرند:

• معادل ماسه (SE): حداقل ۳۰ برای کاربرد زیراساس (طبق مشخصات فنی عمومی راه، نشریه ۱۰۱) که نشان‌دهنده کیفیت و میزان ذرات ریزدانه مضر است.
• سایش لس‌آنجلس: حداکثر ۵۰ درصد برای زیراساس که مقاومت سنگدانه‌ها در برابر خردشدگی را می‌سنجد.

کاربردهای توونان در مهندسی عمران و راه‌سازی

کاربرد توونان تقریباً به‌طور انحصاری به لایه‌های زیرین و حجیم سازه‌ها محدود می‌شود. این محدودیت، نتیجه مستقیم ماهیت کنترل‌نشده و مشخصات فنی پایین‌تر آن نسبت به مصالح فرآوری‌شده است. توونان یک مصالح پرکننده حجیم و اقتصادی است، نه یک ماده مهندسی با عملکرد بالا.

به همین دلیل، توونان هرگز در لایه‌های اساس (Base) که مستقیماً زیر روکش آسفالت قرار می‌گیرند یا به‌عنوان سنگدانه در بتن سازه‌ای استفاده نمی‌شود، زیرا این کاربردها نیازمند کنترل دقیق بر دانه‌بندی، مقاومت، شکل و تمیزی سنگدانه‌ها هستند که توونان فاقد آن‌هاست.

زیرسازی راه‌ها

شایع‌ترین کاربرد توونان در اجرای لایه‌های زیرسازی راه‌هاست. در این بخش، توونان در قالب لایه زیراساس (Sub-base) یا به‌عنوان قشر تقویتی بستر (Subgrade Improvement Layer) به کار می‌رود. وظایف اصلی آن در این لایه‌ها عبارت است از:

• توزیع بارهای ترافیکی وارد شده از لایه‌های روسازی بر سطح وسیع‌تری از خاک بستر طبیعی (Subgrade)
• ایجاد یک سکوی پایدار، یکنواخت و مقاوم برای اجرای لایه اساس
• بهبود قابلیت زهکشی و جلوگیری از نفوذ آب‌های سطحی به لایه‌های حساس بستر

پی‌سازی و ابنیه فنی

توونان به‌طور گسترده در عملیات‌های خاکی حجیم مورد استفاده قرار می‌گیرد، از جمله:

• احداث خاکریزها: برای ساخت بدنه خاکریز جاده‌ها، خطوط راه‌آهن و رمپ‌های دسترسی
• بسترسازی (Bedding): به‌عنوان لایه‌ای برای آماده‌سازی و تراز کردن زیر فونداسیون ساختمان‌ها، خطوط لوله و کف‌سازی محوطه‌ها
• خاکریزی پشت سازه‌ها: به‌عنوان مصالح پرکننده پشت دیوارهای حائل، کوله پل‌ها و بدنه سدهای خاکی

سایر مصارف

یکی دیگر از کاربردهای مهم توونان، نقش آن به‌عنوان ماده اولیه کارخانه‌های تولید شن و ماسه است. در این حالت، توونان محصول نهایی نیست، بلکه خوراک ورودی کارخانه محسوب می‌شود که پس از ورود، شسته، خرد و سرند شده تا به مصالح سنگی با دانه‌بندی مشخص برای تولید بتن و آسفالت تبدیل شود.

روش اجرای توونان در کارگاه: از معدن تا تراکم

ارزش مهندسی توونان، بیش از آنکه در ذات خود ماده نهفته باشد، در فرآیند اجرای صحیح آن در محل پروژه ایجاد می‌شود. یک مخلوط رودخانه‌ای در حالت سست و انباشته، ظرفیت باربری ناچیزی دارد. این فرآیند دقیق اجرا و تراکم است که آن را به یک لایه سازه‌ای کارآمد تبدیل می‌کند.

تأمین و کنترل کیفیت منبع

اولین گام، انتخاب یک منبع یا معدن قرضه مناسب است. کیفیت توونان می‌تواند از یک رودخانه به رودخانه دیگر به شدت متفاوت باشد؛ به عنوان مثال، مخلوط رودخانه‌ای کرج به کیفیت بالا معروف است. تأیید منبع توسط دستگاه نظارت پروژه، یک مرحله حیاتی و الزامی است.

عامل تعیین‌کننده در قیمت تمام‌شده توونان، هزینه حمل (کرایه) است که اغلب بخش عمده‌ای از هزینه نهایی را تشکیل می‌دهد. به همین دلیل، توجیه‌پذیری اقتصادی استفاده از توونان به شدت به فاصله منبع تا محل پروژه وابسته است.

مراحل گام‌به‌گام پخش و تراکم

مراحل استاندارد اجرای یک لایه توونان در محل پروژه به شرح زیر است:

۱. پخش (Spreading): مصالح توسط کامیون در محل تخلیه شده و سپس با استفاده از ماشین‌آلاتی مانند بلدوزر و گریدر در لایه‌هایی با ضخامت یکنواخت (معمولاً ۱۵ تا ۲۰ سانتی‌متر پس از کوبش) پخش می‌شود.

۲. آب‌پاشی (Watering): این مرحله بسیار حیاتی است. با استفاده از تانکرهای آب‌پاش، به مقدار لازم به مصالح آب اضافه می‌شود تا رطوبت آن به رطوبت بهینه (Optimal Moisture Content – OMC) برسد. این رطوبت که از طریق آزمایش تراکم پروکتور اصلاح‌شده در آزمایشگاه تعیین می‌شود، شرایط را برای دستیابی به حداکثر تراکم ممکن فراهم می‌کند.

۳. تسطیح و رگلاژ (Leveling): گریدر سطح لایه را مطابق با رقوم‌ها و شیب‌های عرضی و طولی نقشه، تسطیح و پروفیله می‌کند.

۴. کوبیدن (Compaction): با استفاده از غلتک‌های راه‌سازی (معمولاً غلتک‌های ویبره فلزی سنگین)، عملیات تراکم تا رسیدن به چگالی مورد نیاز انجام می‌شود. این چگالی معمولاً ۹۵ درصد حداکثر چگالی خشک به دست آمده از آزمایش پروکتور اصلاح‌شده (Modified Proctor) است.

۵. کنترل کیفیت: پس از اتمام تراکم، آزمایش‌های کنترل چگالی در محل (مانند آزمایش مخروط ماسه) برای تأیید دستیابی به درصد تراکم مشخص‌شده، به صورت برداشت‌های تصادفی انجام می‌شود. این مرحله، تضمین‌کننده کیفیت نهایی لایه است.

آنالیز هزینه تمام‌شده توونان

هزینه نهایی هر متر مکعب توونان اجرا شده در پروژه از سه جزء اصلی تشکیل می‌شود:

• هزینه تهیه مصالح: قیمت خرید هر تن یا متر مکعب توونان در محل معدن
• هزینه حمل: بزرگترین و متغیرترین بخش هزینه که به فاصله حمل، نوع راه و قیمت سوخت بستگی دارد
• هزینه اجرا: شامل هزینه ماشین‌آلات (گریدر، غلتک، تانکر آب) و نیروی انسانی برای عملیات پخش، آب‌پاشی و تراکم

نحوه پرداخت توونان در فهرست‌بهای ابنیه و راه

یکی از پیچیده‌ترین و مهم‌ترین نکات قراردادی در مورد توونان، تفاوت در نحوه پرداخت هزینه‌های آن بر اساس فهرست‌بهای حاکم بر پروژه است. عدم توجه به این تفاوت می‌تواند منجر به اشتباهات مالی بزرگ برای پیمانکاران شود.

فهرست‌بهای رشته ابنیه

• تهیه مصالح: ردیف مربوط به تهیه توونان در فصل ۲۶ (زیراساس و اساس) قرار دارد
• حمل مصالح: هزینه حمل به صورت جداگانه و از ردیف‌های فصل ۲۸ (حمل و نقل) پرداخت می‌شود. در این فصل، با توونان مانند سایر مصالح سنگی (شن، ماسه، قلوه سنگ) برخورد شده و هزینه حمل بر اساس وزن (تن) و بازه‌های مسافتی محاسبه می‌گردد

فهرست‌بهای رشته راه، راه‌آهن و باند فرودگاه

• تهیه مصالح: ردیف مربوط به تهیه توونان در فصل ۱۴ قرار دارد
• حمل مصالح: برخلاف فهرست‌بهای ابنیه، هزینه حمل از ردیف‌های اختصاصی که در همان فصل ۱۴ (مانند ردیف‌های ۱۴۱۹۰۱ تا ۱۴۱۹۰۳) پیش‌بینی شده، پرداخت می‌شود. در این حالت، حمل توونان باید به صورت مجزا از سایر مصالح سنگی صورت‌جلسه و مطالبه گردد

دلیل این تفاوت چیست؟

این تفاوت در ساختار پرداخت، یک دلیل منطقی دارد. پروژه‌های راه‌سازی معمولاً خطی هستند و نیازمند حجم بسیار عظیمی از مصالح از یک یا چند منبع مشخص و اغلب دوردست می‌باشند. در چنین پروژه‌هایی، حمل‌ونقل یک عملیات اصلی، پیوسته و قابل توجه است و منطقی است که ردیف‌های پرداخت مختص به خود را در همان فصل عملیات خاکی داشته باشد.

در مقابل، پروژه‌های ساختمانی ماهیت متمرکز و محلی دارند و حجم توونان مورد نیاز آن‌ها کمتر است. لجستیک تأمین آن نیز مشابه سایر مصالح مانند شن و ماسه برای بتن است. بنابراین، فهرست‌بهای ابنیه با تجمیع هزینه حمل تمام مصالح سنگی در یک فصل عمومی (فصل ۲۸)، محاسبات را ساده‌تر می‌کند.

جمع‌بندی تفاوت‌های قراردادی

• فصل ردیف تهیه در ابنیه: فصل ۲۶ (زیراساس و اساس)
• فصل ردیف تهیه در راه: فصل ۱۴ (اساس و زیراساس)
• فصل ردیف حمل در ابنیه: فصل ۲۸ (حمل و نقل)
• فصل ردیف حمل در راه: فصل ۱۴ (ردیف‌های اختصاصی حمل توونان)
• مبنای پرداخت حمل در ابنیه: تن-کیلومتر (مشابه سایر مصالح سنگی)
• مبنای پرداخت حمل در راه: بر اساس ردیف‌های اختصاصی مربوطه
• نحوه صورت‌جلسه در ابنیه: تجمیع با سایر مصالح سنگی
• نحوه صورت‌جلسه در راه: باید به صورت مجزا صورت‌جلسه شود

مزایا و معایب استفاده از توونان

مزایا

• صرفه‌اقتصادی: مزیت اصلی توونان، قیمت پایین آن به دلیل عدم نیاز به فرآوری است. این مزیت به ویژه در صورت وجود منابع محلی و کاهش هزینه‌های حمل، چشمگیرتر می‌شود
• دسترسی آسان: به عنوان یک رسوب طبیعی، در بسیاری از مناطق کشور به وفور یافت می‌شود و تهیه آن را تسهیل می‌کند
• عملکرد مناسب در صورت اجرای صحیح: در صورتی که به درستی متراکم شود، ظرفیت باربری و پایداری کافی برای لایه‌های زیرسازی را فراهم کرده و در صورت پایین بودن درصد ریزدانه، زهکشی خوبی نیز خواهد داشت

معایب و محدودیت‌ها

• عدم یکنواختی: بزرگترین نقطه ضعف توونان، تغییرپذیری ذاتی در دانه‌بندی، شکل ذرات و درصد ریزدانه است. این امر نیازمند کنترل کیفیت مستمر در محل پروژه است
• وابستگی به منبع: کیفیت مصالح کاملاً به مشخصات زمین‌شناسی منبع استخراج وابسته است. یک منبع نامرغوب می‌تواند مصالحی با شاخص خمیری بالا یا سنگدانه‌های ضعیف و ناپایدار تولید کند
• محدودیت کاربرد: به دلیل خواص کنترل‌نشده، برای لایه‌های با مشخصات فنی بالاتر مانند اساس (Base) یا به عنوان سنگدانه بتن و آسفالت مناسب نیست

مقایسه توونان با سایر مصالح

توونان در مقابل زیراساس دانه‌بندی شده

اگرچه توونان اغلب به‌عنوان زیراساس استفاده می‌شود، اما یک «زیراساس» مهندسی (Sub-base) محصولی فرآوری‌شده با منحنی دانه‌بندی مشخص و الزامات کیفی سخت‌گیرانه‌تر است که عملکردی قابل اطمینان‌تر ارائه می‌دهد. توونان جایگزین ارزان‌تر و با مشخصات فنی پایین‌تر برای آن محسوب می‌شود.

توونان در مقابل اساس (Base)

لایه اساس (Base) الزامات بسیار سخت‌گیرانه‌تری از نظر مقاومت سنگدانه‌ها (مقاومت در برابر سایش)، شکل (نیاز به وجوه شکسته و تیزگوشه برای قفل‌شدگی مکانیکی) و تمیزی (درصد ریزدانه بسیار کم) دارد. توونان به هیچ وجه برای این لایه مناسب نیست.

توونان در مقابل ماکادم (Macadam)

ماکادم نوعی لایه اساس با عملکرد بسیار بالاست که از سنگ‌های شکسته تیزگوشه با ابعاد تقریباً یکسان ساخته می‌شود. این لایه پایداری و ظرفیت باربری بسیار بالایی دارد و گزینه‌ای به مراتب گران‌تر و با کیفیت‌تر است.

جمع‌بندی: نکات کلیدی برای مهندسان، مترورها و پیمانکاران

توونان یا مخلوط رودخانه‌ای، یک مصالح ساختمانی همه‌کاره، اقتصادی و غیرقابل جایگزین در شالوده پروژه‌های زیربنایی ایران است. این ماده به دلیل هزینه پایین و دسترسی گسترده، نقشی کلیدی در امکان‌پذیر ساختن پروژه‌های عمرانی بزرگ ایفا می‌کند.

با این حال، عملکرد این مصالح با مشخصات فنی پایین‌تر، به شدت به کنترل فرآیندی با دقت بالا وابسته است. صرفه‌جویی اقتصادی حاصل از به کارگیری توونان تنها زمانی محقق می‌شود که با کنترل کیفیت دقیق در مبدأ (معدن) و نظارت موشکافانه بر مراحل پخش، آب‌پاشی و تراکم در مقصد (پروژه) همراه باشد.

نکات کلیدی که باید به خاطر داشته باشید:

• شاخص خمیری (PI) توونان نباید از ۹ بیشتر باشد
• وزن مخصوص قراردادی توونان کوبیده‌شده، ۲ تن بر متر مکعب است
• توونان فقط در لایه‌های زیراساس و خاکریزی کاربرد دارد، نه در لایه اساس یا بتن
• هزینه حمل، بزرگترین بخش هزینه تمام‌شده توونان را تشکیل می‌دهد
• نحوه پرداخت هزینه حمل در فهرست‌بهای ابنیه با فهرست‌بهای راه کاملاً متفاوت است
• در پروژه‌های راه، حمل توونان باید به صورت مجزا صورت‌جلسه شود

در نهایت، به مهندسان، مترورها و مدیران پروژه اکیداً توصیه می‌شود که توجه ویژه‌ای به الزامات قراردادی مندرج در فهرست‌بهای حاکم بر پروژه (اعم از ابنیه یا راه) داشته باشند. درک صحیح تفاوت‌های ظریف اما حیاتی در نحوه پرداخت هزینه حمل‌ونقل، می‌تواند از بروز اشتباهات مالی قابل توجه جلوگیری کرده و همزمان، یکپارچگی فنی پروژه و سودآوری آن را تضمین نماید.