آزمایش های صحرایی

شرکت مهندسین مشاور ژئوسازه  با توجه به سوابق اجرایی، فنی و تجهیزات صحرایی خود قادر به ارائه تمامی خدمات صحرایی ژئوتکنیک و آزمایش‌های کنترل کیفیت راهسازی می‌باشد. برخی از آزمایش‌های صحرایی متداول که توسط پرسنل مجرب این شرکت قابل انجام است به شرح زیر می باشد:

  • آزمایش نفوذ استاندارد

آزمایش ضربه و نفوذ استاندارد متداول‌ترین آزمایش صحرائی در اکتشافات ژئوتکنیکی به‌ویژه جهت اندازه‌گیری تراکم نسبی در خاک‌های دانه‌ای و ارزیابی قـوام در خاک‌های ریزدانه چسبنده بوده و درنهایت به‌عنوان نشان‌های از مقاومت خاک مورد استفاده می‌گیرد. آزمایش نفوذ استاندارد عموماً بر اساس استاندارد ASTM-D1586 انجام می‌پذیرد.

تصویری شماتیک از نحوه انجام آزمایش SPT

  • آزمایش بارگذاری صفحه

     آزمایش بارگذاری صفحه یکی از آزمایش‌های بسیار کاربردی در انجام مطالعات ژئوتکنیک می‌باشد. کاربرد نتایج این آزمایش با توجه به ماهیت آن، در طراحی فونداسیون سازه‌ها و تخمین نشست‌های پس از احداث سازه بسیار حائز اهمیت است. به‌طور ساده می‌توان گفت در این آزمایش تلاش می‌شود تا مقاومت و سختی زمین با توجه به جنس ساختگاه پروژه تعیین شود. البته ساخت پی با اندازه واقعی و بارگذاری آن، بدون شک بهترین روش در راستای تعیین مقاومت زمین است. اما به دو دلیل انجام این کار مطلوب نمی­باشد:

الف- هزینه بالای اجرای پی با اندازه واقعی و بارگذاری آن

ب- در صورت ساخت یک پی، مقاومت زمین فقط برای همان پی به دست می­آید و اگر پی­ های ساختمان، بیش از یک اندازه داشته باشند، نیاز به انجام آزمایش‌های متعدد می‌باشد.

در این شرایط، با انجام آزمایش بر روی یک صفحه کوچک و تعمیم نتایج (با رعایت تمامی جوانب فنی- اجرایی لازم)، می‌توان ویژگی­ها و نتایج مورد نظر را به دست آورد.

تفاوت در منطقه تحت تأثیر تنش صفحه آزمایش و پی سازه

  • آزمایش برش برجا

با توجه به گسترش روزافزون ساخت و ساز و انجام پروژه‌های عمرانی مختلف، شناخت ویژگی‌های ژئوتکنیکی آبرفت‌های درشت دانه در بسیاری از مناطق مثل شهر تهران لازم است. انجام برخی آزمایش‌های برجای متداول نظیر SPT و CPT در این مصالح کاربرد ندارد، همچنین وجود قطعات درشت در جداره گمانه‌های حفر شده باعث تفاوت بین رفتار واقعی توده خاک و مقادیر اندازه‌گیری شده در آزمایش‌های دقیقی مثل پرسیومتری و ایجاد پارگی پروب و آسیب به این دستگاه می‌شود. لذا انجام آزمایش‌هایی نظیر برش مستقیم برجا برای استخراج پارامترهای مهندسی خاک (چسبندگی و زاویه اصطکاک داخلی) مناسب است.

  • آزمایش پرسیومتری

آزمایش پرسیومتری یک آزمایش تنش‌–‌کرنش درجا است که درون گمانه صورت می‌گیرد و مبتنی بر اندازه‌گیری افزایش حجم و یا شعاع حفره آزمایش و ترسیم خروجی آزمایش به صورت نمودار (فشار- تغییر حجم) و یا (فشار- تغییر شعاع بالن) است. این آزمایش به دو روش کنترل تنش و کنترل تغییر شکل قابل اجرا بوده است. دستگاه آزمایش پرسیومتری دارای انواع گوناگونی است که اختلاف اساسی آنها در نحوه ایجاد و قرارگیری داخل گمانه است. انواع پرسیومترها عبارتند از :

  • پرسیومترهای پیش‌حفار (P.B.P)؛ متداول‌ترین نوع پرسیومترها هستند که به حفاری و ایجاد گمانه برای قرارگیری محفظه پرسیومتر نیاز دارند. این نوع از پرسیومترها در انواع خاک‌ها و سنگ‌های ضعیف که امکان ایجاد گمانه در آنها باشد قابل استفاده است. انواع مختلف پرسیومترهای منارد (M.P.M) از این نوع هستند.
  • پرسیومترهای خودحفار (S.B.P)؛ این نوع پرسیومترها دارای یک مکانیسم حفاری از داخل، در انتهای خود هستند. اقبال به سوی این روش برای کاهش و جلوگیری از دست‌خوردگی اجتناب‌ ناپذیر عملیات حفاری گمانه است. این سیستم در خاک‌های فاقد شن و قلوه سنگ و در سنگ‌های ضعیف قابل استفاده است. پرسیومترهای خودحفار به دو دسته‌ی کمبریج و فرانسوی تقسیم می‌شوند.
  • پرسیومترهای رانشی (P.I.P)؛ محفظه استوانه‌ای این نوع از پرسیومترها با اعمال فشار به داخل زمین رانده می‌شوند. از این نوع پرسیومترها در زمین‌های نرم وسست استفاده می‌شود.

تجهیزات و نحوه انجام آزمایش پرسیومتری

  • آزمایش برش پره

آزمایش برش پره برای ارزیابی مشخصات خاک‌های ریزدانه اشباع کاربرد دارد. برخی از خصوصیات خاک‌های ریزدانه بطور مستقیم و برخی دیگر نیز از طریق روابط همبستگی موجود بین مشخصات خاک و نتایج آزمایش برش پره به دست می‌آیند.

مشخصاتی از خاک که بطور مستقیم توسط آزمایش برش پره قابل محاسبه هستند عبارتند از :

  • مقاومت برشی زهکشی نشده خاک
  • مقاومت برشی زهکشی نشده خاک در حالت بازسازی شده
  • درجه حساسیت خاک

  • آزمایش نفوذپذیری لوفران و لوژان

یکی از پارامترهای مهم مصالح ناپیوسته، ضریب تراوایی این مصالح در حالت برجا است که در طراحی سازه‌ها به ویژه سازه‌های آبی جزء پارامترهای اصلی به حساب می‌آید و در محاسبات نشت آب از پی‌ها و دیواره‌های آب بند به کار گرفته می‌شود. برای تعیین ضریب تراوایی مصالح یاد شده، از آزمایش لوفران یا آزمایش پمپاژ داخل گمانه استفاده می‌شود. در این آزمایش میزان آبخوری لایه‌های مورد نظر تحت فشار ثابت اندازه‌گیری شده و میزان تراوایی محاسبه می‌شود و در هر شرایطی صرف‌نظر از موقعیت سطح آب زیرزمینی قابل اجرا است. این آزمایش  پا به پای حفاری در فواصل ۲ متر یکبار (تا حداکثر ۳ متر) یا هر موقع که جنس مواد از نفوذ ناپذیر به نفوذپذیر تبدیل می‌شود باید انجام گردد. آزمایش نفوذپذیری لوفران در مورد مواد مختلف غیر‌چسبنده و ساختگاه‌های هوازده و در شرایط مختلف هیدرئولوژیک مورد استفاده قرار می‌گیرد. این روش در خاک‌های چسبنده نیز بکار می‌رود ولی نتایج کمتر مورد اعتماد خواهند بود.

مرسوم‌ترین روش اندازه‌گیری نفوذپذیری توده‌های سنگی درزه دار در صحرا، روش لوژان است. در این روش ابتدا میزان آب خوری توده تحت یک فشار ثابت اندازه‌گیری می‌شود و سپس با تغییر فشار آب منحنی تغییرات خورند آب در برابر فشار آب ترسیم می‌شود. از تفسیر این نمودار عدد لوژان به دست می‌آید.

عدد لوژان در واقع نماد غیرمستقیم نفوذپذیری توده‌های سنگ است و طبق تعریف یک واحد لوژان برابر نفوذ‌پذیری توده سنگی است که از یک متر طول گمانه حفاری شده در آن، تحت فشار ۱۰ بار، یک لیتر در دقیقه آب عبور کند.

  • آزمایش باربری کالیفرنیا

از این آزمایش در طراحی ضخامت لایه‌ها در راهسازی استفاده می‌شود. و هدف از آن تعیین ظرفیت باربری مقطع می‌باشد.

برای هر مقدار از نفوذ سنبه به داخل خاک، نسبت مقدار بار به بار استاندارد برای همان مقدار نفوذ سنبه در نمونه استاندارد شده به‌ نام نسبت باربری کالیفرنیا یا عدد CBR نامیده می‌شود.

معمولا مقدار بار برای نفوذ ۲٫۵ میلیمتر قرائت می‌شود تا به عنوان معیار سنجش قرار گیرد ولی چنانچه در فاصله نفوذ ۲٫۵ میلیمتر تا ۵ میلیمتر مقادیر بزرگتری از آنچه که برای نفوذ ۲٫۵ میلیمتر بدست آمد نتیجه شود، بزرگترین مقدار بدست آمده به عنوان عدد CBR در نظر گرفته می‌شود. تراکم نمونه در ۵ لایه و با چکش ۴٫۵ کیلوگرم و با ۵۶ ضربه انجام می‌شود.

  • تعیین دانسیته در محل

با استفاده از این آزمایش می‌توان وزن مخصوص خاک را در محل تعیین نمود. این آزمایش برای خاک‌هایی استفاده می‌شود که درصد قابل‌توجهی سنگ و مصالح درشت‌دانه بزرگ‌تر از ۳۸ میلی‌متر نداشته باشند. همچنین خاک باید به‌اندازه کافی چسبندگی یا در هم قفل‌شدگی داشته باشد تا در حفر یک گودال کوچک دیواره‌های گودال پایدار بماند.

این آزمایش عموماً برای کنترل وزن مخصوص خاکریزهای کوبیده شده در سدهای خاکی، راه‌سازی و … استفاده می‌گردد. این آزمایش به همراه آزمایش تراکم به‌عنوان مبنای پذیرش کفایت عملیات تراکم مورداستفاده قرار می‌گیرد. کاربرد این آزمایش در خاک‌های اشباع محدود بوده و همچنین در خاک‌های نرم و شدیداً شکننده توصیه نمی‌شود. هدف از این آزمایش به‌دست آوردن وزن مرطوب نمونه‌ای از خاک حفاری‌شده از یک گودال با شکل هندسی نامنظم است که اگر حجم آن گودال مشخص باشد دانسیته ظاهری یا مرطوب خاک به‌سادگی محاسبه می‌شود.

انجام آزمایش دانسیته صحرایی

  • آزمایش نفوذ مخروط

آزمایش نفوذ مخروط (CPT) بر اساس نفوذ پیوسته (با سرعت ثابت) ابزار استوانه‌ای با نوک مخروطی شکل ( نوع متداول آن به قطر ۷/۳۵ میلیمترو زاویه نوک ۶۰ درجه) به داخل زمین و ثبت پیوسته‌ی مقاومت خاک در برابر نفوذ نوک مخروط(qc) و جدار استوانه (qs) عمل می‌کند. تفسیر و استفاده از نتایج آزمایش CPT برای تخمین پارامترها و خصوصیات خاک محل ساختگاه به صورت تجربی و بر اساس روابط تجربی صورت می‌گیرد.

اولین نمونه از دستگاه CPT در کشور هلند ساخته شد که ساختاری کاملا مکانیکی داشت. به همین دلیل به دستگاه CPT از نوع مکانیکی “Dutch cone” نیز گفته می‌شود. کلیات این آزمایش شامل نفوذ عضو مخروطی شکل مجهز به حسگرهایی درون خاک است. آزمایش CPT به دلیل عدم ایجاد دستخوردگی شدید در خاک و ارائه نتایج پیوسته از اهمیت بالایی برای مطالعه پارامترهای خاک‌های رسی نرم و ماسه‌ای ریز در مناطق ساحلی و سیلابی برخوردار است. انواع دستگاه‌های CPT با توجه به قابلیت‌ها و نحوه اعمال بار عبارتند از :

  • CPT مکانیکی(Dutch Cone – Mechanical CPT) ، ثبت اطلاعات به صورت ناپیوسته در فواصل معین
  • CPT الکتریکی، ثبت qs و qc به صورت پیوسته
  • CPTU، ثبت qs ، qc و فشارآب حفره‌ای به صورت پیوسته
  • SCPTU، علاوه بر قابلیت‌های CPTU قابلیت ارسال و آنالیز موج برشی به داخل زمین را دارد.