مطالعات ژئوتکنیک چیست و چرا باید آن را انجام دهیم؟

مطالعات ژئوتکنیک چیست و چرا باید آن را انجام دهیم؟

 

ساختمان‌هایی که روی سطح زمین هستند، دارای بخش مهمی به نام فونداسیون در قسمت زیرین خاک هستند. همچنین، برای ساختِ سازه‌های زیرزمینی مانند مترو و تجهیزات ارتباطی، عبور از سطح زمین و نفوذ به داخل خاک اجتناب‌ناپذیر است.

 

انجام صحیح فعالیت‌های مرتبط با پوسته زمین، همگی نیاز به‌بینشی عمیق درباره زمین و مواد معدنی آن دارد؛ کاری که مهندسان ژئوتکنیک در مطالعات ژئوتکنیک (Geotechnical Investigations) آن را به‌عهده می‌گیرد.

 

ابتدایی ترین اقدام پیش از اجرای گودبرداری و ساخت هر سازه‌ای انجام مطالعات ژئوتکنیک و شناسایی‌های مربوطه است.

 

شرکت ابرند به عنوان متخصص و ارائه دهنده کلیه خدمات، آمادگی دارد تا در قالب مشاور و مجری پروژه های ژئوتکنیکی از مرحله مطالعات خاک تا بهسازی و یا گودبرداری، به کارفرمایان عزیز خدمت رسانی کند.

 

مطالعات ژئوتکنیک

 

 

مطالعات ژئوتکنیک و شناسایی‌های مربوط به آن شامل عملیات گمانه زنی، اخذ نمونه از لایه‌های مختلف خاک در عمق و انجام آزمون‌های شناسایی به روی این نمونه‌ها می‌باشد.

 

این عملیات به منظور شناسایی وضعیت و جنس لایه‌های زیر سطحی، تعیین سطح آب زیرزمینی و برآورد مشخصات مهندسی خاک در محل انجام می‌شود. آزمون‌های شناسایی شامل آزمون‌های آزمایشگاهی و آزمون‌های برجا می‌باشد.

 

بر اســاس نتایج بدست آمده از آزمون‌های شناسایی می‌توان ظرفیت باربری، میزان نشست، خصوصیات شیمیایی و فیزیکی خاک و سایر پارامترهای مورد نیاز برای مطالعات ژئوتکنیک و تحلیل و طراحی‌های مرتبط با آن را بدست آورد.

 

مهندس زئوتکنیک چه وظایفی دارد؟

مطالعات ژئوتکنیک شامل مطالعاتی در رشته عمران است که به رفتار مواد خاکی و کاربرد مکانیک خاک و سنگ می‌پردازد. مهندسان ژئوتکنیک، مهندسان عمرانی هستند که به شکل اختصاصی در زمینه مطالعات ژئوتکنیک فعالیت دارند.

 

آنها خواص فیزیکی، مکانیکی و شیمیایی خاک و سنگ را برای طراحی پی، سازه‌های نگهدارنده و کارهای خاکی تعیین می‌کنند.

 

وظایف مهندس مطالعات ژئوتکنیک به شرح زیر است؛

 

• ارزیابی سایت، طراحی و بررسی آن،

• ارزیابی مشخصات زمین شناسی و هیدرو زمین شناسی،

• حفاری، خاکبرداری و مهندسی شیب،

• اصلاح زمین و تثبیت خاک،

• تثبیت حفره و معدن طبیعی و مصنوعی،

• طراحی تشک شمع و سیستم‌های پشتیبانی گود،

• مهندسی پی، زیرزمین و دیوار حائل،

• آزمایش زیرسازی برای جاده‌ها و روسازی‌ جاده،

• مطالعات امکان سنجی حفاری جهت‌دار،

• مهندسی فرونشست و مشاوره زیربنایی،

• ارزیابی و پایش ریسک.

 

جایگاه آزمایش‌های برجا در مطالعات ژئوتکنیک و انواع آزمایش‌های برجا

 

 

آزمایش‌های برجا یا In-situ Direct Shear test for soil، اصطلاحی است که برای تمام روش‌ها و تکنیک‌های «در محل» استفاده می‌شود که به‌طور کیفی و کمی خواص فیزیکی، استحکام، تغییر شکل ‌پذیری و هیدرومکانیکی ژئومواد را در مطالعات ژئوتکنیکی تعیین می‌کنند.

 

ژئومواد شامل سنگ‌ها (آذرین، دگرگونی و رسوبی)، خاک‌ها و توده‌های پیچیده، ناهمگن و ناهمسانگرد آن‌ها است که از اجزای مختلف و در مقیاس‌های مختلف تشکیل شده‌اند.

 

به‌عبارت دیگر، آزمایش برجا به روش‌های آزمایشی اشاره دارد که مستقیماً روی زمین، سنگ یا خاک در یک مکان خاص انجام می‌شود. این آزمایش‌ها برای جمع‌آوری اطلاعات در مورد ویژگی‌های ژئوتکنیکی سایت، مانند ویژگی‌های مقاومت، سختی، نفوذپذیری و تغییر شکل انجام می‌شوند.

 

در مطالعات ژئوتکنیک برخی از خاک‌ها، مانند خاک‌های رس خاص، ممکن است به راحتی نمونه‌برداری شوند و برای آزمایش کیفیت در شرایط کنترل‌شده به آزمایشگاه منتقل گردند؛

 

اما خاک‌های دیگر مانند خاک‌های بسیار نرم یا حساس، خاک‌های سنگی، ماسه‌ها و سنگ‌ریزه‌ها و سنگ‌های ضعیف، به‌راحتی و بدون تغییر نمونه‌برداری نمی‌شوند و بنابراین، برای به‌دست‌آوردن نتایج صحیح نیاز به آزمایش برجا است.

 

انواع آزمایشات برجا شامل موارد زیر هستند؛

 

• تست نفوذ استاندارد (SPT)،

• تست نفوذ مخروط (CPT)،

• دیلاتومتر صفحه تخت (DMT)،

• تست پره میدانی (FVT)،

• تست فشارسنج (PMT).

 

آزمایش نفوذ استاندارد یا SPT و مزایای آن در مطالعات ژئوتکنیک

 

 

تست نفوذ استاندارد (SPT) یک آزمایش ساده و کم هزینه است که به‌طور گسترده در مطالعات ژئوتکنیک برای تعیین چگالی نسبی و زاویه مقاومت برشی خاک‌های بدون چسبندگی و همچنین، مقاومت خاک‌های چسبنده سخت استفاده می‌شود.

 

آزمایش در یک سوراخ و با استفاده از یک نمونه‌بردار استاندارد اسپلیت قاشقی انجام می‌شود. پس از انجام حفاری به‌عمق مورد‌نظر، ابزار حفاری برداشته می‌شود و نمونه‌گیر در داخل سوراخ قرار می‌گیرد.

 

با استفاده از چکش 63.5 کیلوگرمی که در ارتفاع 750 میلی‌متری با سرعت 30 ضربه در دقیقه سقوط می‌کند، نمونه‌بردار به داخل خاک رانده می‌شود.

 

تعداد ضربات چکش مورد نیاز برای راندن نمونه‌گیر به عمق 150 میلی‌متری شمارش می‌شود. در ادامه نمونه‌گیر 150 میلی‌متر دیگر به‌داخل رانده می‌شود و ضربات مورد نیاز شمرده می‌شود و دوباره همین فرآیند یک بار دیگر تکرار می‌شود.

 

تعداد ضربات ثبت‌شده برای 150 میلی‌متر اول در نظر گرفته نمی‌شود. تعداد ضربات ثبت‌شده برای دو بازه 150 میلی‌متری آخر برای به‌دست‌آوردن عدد نفوذ استاندارد (N) به‌کارگرفته می‌شود.

 

مزایای آزمایش نفوذ استاندارد (SPT) به شرح زیر هستند؛

• قیمت ارزان،

• سرعت بالای آزمایش،

• روش نسبتاً ساده،

• از نمونه‌های خاک جمع‌آوری‌شده می‌توان برای شناسایی نوع خاک استفاده کرد،

• تراکم پذیری و شاخص مقاومت نسبی خاک را می‌توان از داده‌های SPT تعیین کرد،

• امکان انجام در لایه‌های متراکم، شن و شیب،

• با به‌دست‌آوردن عدد نفوذ استاندارد (N) می‌توان رفتار واقعی خاک را در طول زلزله متوجه شد.

 

استفاده از آزمایشات مختلف برجا و مطالعات ژئوتکنیک، می‌تواند مشخص کند که در هر زمینی از چه سازه‌های پشتیبان و روش‌های معماری باید استفاده گردد.

 

اما با توجه تنوع خاک‌ها، انتخاب گزینه‌های ساخت‌وساز که در شرایط مختلف کاربرد دارند، می‌تواند بسیار راه‌گشا باشد.

 

یکی از این گزینه‌ها میکروپایل‌ها یا ریز شمع‌ها هستند که می‌توان آنها را در هر نوع زمینی، فارغ از نوع خاک و بسیاری از ویژگی‌های ژئوتکنیکی نصب کرد.

 

هدف انجام آزمون‌های آزمایشگاهی خاک و انواع آن

 

 

اهداف اصلی انجام آزمون‌های آزمایشگاهی خاک نیز شناسایی و طبقه‌بندی انواع خاک به گروه‌هایی از موادی است که رفتار مهندسی تقریباً مشابهی از خود نشان می‌دهند و تعیین پارامترهایی که برای محاسبات طراحی مهندسی مورد نیاز هستند.

 

نتایج به‌دست‌آمده از آزمایش‌های برجا برای ارزیابی ویژگی‌های ژئوتکنیکی خاک و سنگ استفاده می‌شود که به نوبه خود برای طراحی و ساخت پروژه‌های مختلف مهندسی عمران مانند ساختمان‌ها، جاده‌ها، پل‌ها، سدها و تونل‌ها استفاده می‌گردد.

 

آزمایش در محل، همچنین، می‌تواند اطلاعاتی در مورد وجود خطرات طبیعی مانند زمین لرزه، روانگرایی و فرونشست ارائه دهد.

 

با درک ویژگی‌های ژئوتکنیکی سایت، مهندسان می‌توانند فونداسیون‌ها، سازه‌های خاکی و سایر سازه‌های ژئوتکنیکی مناسب را طراحی کنند و خطر شکست پروژه را به‌حداقل برسانند.

 

همچنین، آزمون‌های آزمایشگاهی خاک، مهندسان را از ایمنی و پایداری سازه‌ها در مدت زمان معین مطمئن می‌کند.

 

در کنار اهداف کلی از آزمون‌های آزمایشگاهی خاک، هدف از انجام هرکدام از این آزمایش‌ها به تفکیک به‌شرح زیر است:

 

• هدف از تست نفوذ استاندارد (SPT): تعیین چگالی نسبی و زاویه مقاومت برشی خاک‌های بدون چسبندگی و همچنین، مقاومت خاک‌های چسبنده و سفت.

• اهداف تست نفوذ مخروط (CPT : (CPT برای تعیین چینه‌شناسی زیرسطحی و امکان تفسیر موادی است که مهدنسان در گودبرداری با آنها مواجه می‌شوند،

• هدف از دیلاتومتر صفحه تخت (DMT): تعیین ویژگی‌های مقاومت و تغییر شکل خاک‌های ریزدانه،

• اهداف تست پره میدانی (FVT): یافتن مقاومت برشی یک نمونه خاک مشخص،

• هدف از تست فشارسنج (PMT): تعیین پاسخ تنش-کرنش خاک آزمایش شده.

 

بارگذاری میکروپایل و مزایای استفاده از آن در مطالعات ژئوتکنیک

 

 

میکروپایل‌ها یا ریز‌شمع‌ها یک جایگزین کارآمد و مقرون‌به‌صرفه برای پایه‌های شمع معمولی هستند. آنها توانایی تحمل بارهای سنگین را دارند و می‌توان این قطعات را با ماشین‌آلات خاص و با استفاده از فناوری پیشرفته نصب کرد.

 

مزیت اصلی بارگذاری میکروپایل یا ریزشمع امکان نصب آن در مناطق بسیار پرتراکم، ارتفاع کم و بر روی هر سطح خاک، صرف نظر از نوع آن است. ریزشمع‌ها برای شمع‌بندی، مقاوم‌سازی و زیرسازی، حفاظت از شیب، تثبیت خاک و… مناسب‌ هستند.

 

یکی دیگر از ویژگی‌های مهم میکروپایل، امکان نصب آنها با حداقل مزاحمت برای سازه‌های موجود و افراد اطراف منطقه است. شمع‌های میکرو یک جایگزین بسیار قابل‌اعتماد و مقرون‌به‌صرفه هستند که در‌حال تبدیل‌شدن به‌بخشی اجتناب‌ناپذیر از شهرنشینی می‌باشند.

 

مزایای میکروپایل‌ها به‌شرح زیر است؛

 

• کوچک و نسبتاً سبک وزن،

• قیمت مناسب،

• حفاری و دوغاب‌دهی همزمان که اجازه سربار کم را می‌دهد،

• افزایش اصطکاک در پوسته،

• لرزش و نویز محدود،

• قابل نفوذ در هر سطح.

 

به طور کلی انجام صحیح فعالیت‌های عمرانی، همگی نیاز به بینشی عمیق درباره زمین و مواد معدنی آن دارد؛ کاری که با انجام مطالعات ژئوتکنیک (Geotechnical Investigations) توسط مهندسان عمران شرکت ابرند با بروزترین تکنیک و دقیق‌ترین ابزارها انجام می‌شود.