ایستاسازه
En Ar

خانه - خدمات ایستاسازه - آزمایش لوفران جهت تعیین نفوذپذیری خاک (Lefranc Permeability Test Method)

آزمایش لوفران یک آزمون درون چاهی می باشد که برای اندازه گیری و تعیین نفوذپذیری توده های خاکی نظیر آبرفت های رودخانه ای، تراس های آبرفتی قدیمی، واریزه ها و خاک های بر جا به کار گرفته می شود.آزمایش لوفران به عنوان اصلی ترین روش تعیین ضریب نفوذپذیری توده خاک در خاک های درشت دانه که عمدتاً تهیه نمونه دست نخورده برای آزمون های آزمایشگاهی آن مقدور نیست کارآیی بسیاری دارد و همچنین در سنگ های شدیدا درزه دار امکان آب بندی مطمئن قطعه به روش های مختلفی برای انجام آزمایش لوفران موجود است.

روش انجام آزمایش لوفران به دو دسته زیر تقسیم بندی می شوند:

 1. نقطه ای

2. قطعه ای یا همان تراوش افقی و تراوش قائم

روش های انجام آزمایش لوفران جهت تعیین نفوذپذیری خاک - شرکت ایستا سازه
روش های انجام آزمایش لوفران جهت تعیین نفوذپذیری خاک

دسته اول:

قطعه ای از گمانه، ابتدا آب بندی می شود و سپس تحت فشار آب قرار خواهد گرفت. در این حالت آب به صورت افقی وارد لایه های زیر زمینی می شود و لذا ضریب نفوذپذیری افقی توده خاک تعیین خواهد شد.

دسته دوم:

در آزمایش لوفران، ضریب نفوذپذیری قائم توده تعیین خواهد شد زیرا که آب، صرفاً از انتهای گمانه (کف گمانه) و به صورت قائم وارد محیط می گردد. در روش اخیر برای آنکه آب صرفاً از انتهای گمانه وارد زمین گردد، لوله جدار (کیسینگ) را تا انتهای گمانه در زمین فرو می بریم و لذا عمداً تنها راه خروج آب نقطه انتهای گمانه خواهد بود.

در مواردی که جدار گمانه به علت دانه ای بودن خاک و یا سایر موارد ریزش داشته باشد، معمولاً اندازه گیری نفوذ پذیری افقی امکان پذیر نخواهد بود و لذا لوله جدار به انتهای گمانه رانده می شود و آزمایش صرفاً برای تعیین نفوذپذیری قائم انجام می گیرد.

از سوی دیگر، به خاطر اینکه سطح آب داخل گمانه ثابت بماند و دبی ورودی به زمین اندازه گیری گردد و یا اینکه دبی ثابت بماند و تغییرات سطح آب اندازه گیری گردد، سه روش زیر را برای آزمایش لوفران شاهد خواهیم بود:

1. بار آبی ثابت

2. بار آبی افتان

3. بار آبی خیزان

روش های انجام آزمایش لوفران جهت تعیین نفوذپذیری خاک
روش های انجام آزمایش لوفران

بنابراین با وجود 2 دسته آزمایش که هر یک به 3 روش انجام خواهند شد، عملاً آزمایش لوفران به ۶ روش زیر امکان پذیر می باشد:

1. آزمون بار آبی ثابت، به روش نقطه ای

2. آزمون بار آبی ثابت، به روش قطعه ای

3. آزمون بار آبی افتان، به روش نقطه ای

4. آزمون بار آبی افتان، به روش قطعه ای

5. آزمون بار آبی خیزان، به روش نقطه ای

6. آزمون بار آبی خیزان، به روش قطعه ای

آزمایش لوفران - ایستاسازه
روش های انجام آزمایش لوفران – ایستاسازه

به طور کلی روش های بار آبی افتان و خیزان صرفاً در خاک های با نفوذپذیری پایین کاربرد خواهند داشت. در خاک های درشت دانه و به طور کلی خاک هایی که نفوذپذیری آنها بالا است، تغییرات تراز سطح آب به قدری سریع خواهد بود که نمی شود آن را با دقت اندازه گیری کرد و از سوی دیگر در خاک های نفوذ پذیر معمولاً از آزمون بار آبی ثابت استفاده می گردد. قابل ذکر است که در آزمایش بار آبی افتان جهت جریان آب از گمانه به سوی زمین و در آزمایش بار آبی خیزان از سوی زمین به درون گمانه می باشد. بنابراین در آزمایش افتان خطر مسدود شدن خلل و فرج خاک در اثر ته نشینی رسوبات موجود آب در جدار گمانه وجود خواهد داشت، در آزمایش خیزان در صورتی که گرادیان جریان زیاد باشد، امکان شسته شدن خاک جدار گمانه و فوران خاک از گمانه وجود خواهد داشت.

در هر صورت برای انجام آزمایش باید از آب زلال و بدون آلودگی استفاده گردد تا از تشکیل گل بر روی دیوارهای گمانه و مسدود شدن خلل و فرج خاک جلوگیری به عمل آید. بنابراین گرادیان آزمایش و سرعت بالا آمدن آب باید متناسب با شرایط محیط و کنترل شده باشد.

اساس و روش انجام آزمایش لوفران

اساس کار انجام آزمایش لوفران مشابه آزمایش لوژان خواهد بود. در این آزمایش آب با فشار وارد زمین خواهد شد و یا از آن خارج می شود و میزان تغییرات دبی و ارتفاع آب اندازه گیری می گردد. با این حال یکی از تفاوت های اصلی آزمایش لوفران با آزمایش لوژان را می توان این گونه بیان کرد که که در آزمایش لوفران سطح آب آزاد و در واقع قطعه مورد آزمایش نظیر آزمایش لوژان تحت فشار پمپ قرار نمی گیرد و جریان آب صرفاً در اثر اختلاف تراز بین سطح آب گمانه و سطح آب محیط شکل خواهد گرفت. بر همین اساس معمولاً از پمپ آب به عنوان یکی از وسایل مورد نیاز برای انجام آزمایش لوفران یاد نخواهد شد.

تجهیزات اختصاصی که برای آزمایش لوفران مورد نیاز است به شرح زیر می باشد:

1. منبع آب که آب مورد نیاز برای آزمایش را تأمین می سازد و بهتر است که حداقل چند مترمکعب حجم داشته باشد.

۲. کنتور آب که برای اندازه گیری دبی مورد استفاده قرار می گیرد و بهتر است که دقت آن در حد صدم لیتر باشد.

3. ظرف مدرج آب که برای اضافه کردن آب به گمانه در جایی که نفوذپذیری خیلی کم باشد کاربرد خواهد داشت و بهتر است که دقت آن در حد هزارم لیتر باشد.

4. وسیله دیگر کرنومتر است که برای اندازه گیری زمان به کار می رود و بهتر است دقت آن در حد دهم ثانیه باشد.

5. سوند الکتریکی که برای اندازه گیری عمق آب گمانه به کار می رود و بهتر است دقت آن در حد میلی متر باشد.

پس از آنکه حفاری گمانه توسط ادوات حفاری انجام شد و عمق گمانه به تراز مورد نظر رسید، آزمایش لوفران در آن انجام می گیرد. بدین منظور ابتدا باید گمانه شستشو داده شود و برای شروع آزمایش آماده گردد.

گمانه باید به نحوی شستشو گردد که یک سطح پاکیزه و بدون گل و لای در قطعه مورد آزمایش و یا در ته گمانه به وجود بیاید.

در واقع برای این منظور جریان آب به درون گمانه برقرار می شود و این کار به قدری ادامه پیدا خواهد کرد که آب برگشتی از گمانه کاملاً زلال باشد. بنابراین در آزمایش لوفران برای آب بند شدن قطعه مورد آزمایش معمولاً از گلوله های رسی استفاده می گردد.

وقتی عملیات حفاری به بالای قطعه مورد نظر برسد گلوله های رسی یا بنتونیتی به انتهای گمانه فرستاده خواهد شد و سپس ادامه حفاری تا انتهای قطعه مورد نظر انجام می گردد و پس از آن شستشو انجام خواهد شد. معمولاً تأکید می شود که گمانه ای که آزمایش لوفران در آن انجام خواهد شد، جز در طول قطعه مورد آزمایش، باید به طور کامل لوله گذاری (کیسینگ گذاری) گردد. این کار به منظور اطمینان از فرار نکردن آب و جلوگیری از ریزش جدار گمانه انجام می گیرد. از سوی دیگر نباید از گل حفاری برای پایداری جدار گمانه استفاده گردد. گل حفاری باعث بسته شدن منافذ خاک گردیده و در نتیجه محاسبه ضریب نفوذپذیری را با خطا مواجه خواهد کرد. در نهایت غالباً پژوهشگران اینگونه مطلب را بیان می کنند که روابط و نتایج آزمایش لوفران با فرض عدم وقوع تورم و تحکیم برای خاک در جریان آزمایش ارائه داده شده است. در نتیجه بر همین اساس در برخی از خاک ها، به دلیل جذب آب بالا، نتایج آزمایش لوفران ممکن است بالاتر از حد واقعی گزارش گردد.

در هر صورت توجه داشتن به رفتار خاک در حین آزمایش و بررسی پدیده های تحکیم و تورم در آن و همچنین به هم ریختن جدار در اثر گرادیان بالای جریان به درون گمانه و یا بسته شدن منافذ خاک به دلیل تشکیل گل و لای در جدار گمانه باید با توجه و دقت بالا صورت پذیرد.

روش بار آبی ثابت

این روش همانند آزمایش ایستایی ثابت در آزمایشگاه، سطح آب در داخل گمانه با ریختن آب به داخل آن به صورت ثابت می ماند.

در واقع ریختن آب به داخل گمانه به شکلی صورت می گیرد که با رسیدن به یک دبی معین برای آب، سطح گمانه در نقطه ای بالاتر از سطح آب زیرزمینی و همچنین بالاتر از قطعه مورد آزمایش ثابت خواهد ماند. هنگامی که سطح آب در گمانه ثابت بماند، دبی آب ورودی به آن (Q) و همچنین ارتفاع ستون آب روی قطعه (H) اندازه گیری گردیده و ثبت خواهد شد.

در کاربردهای عملی معمولاً پس از ثابت ماندن سطح آب در داخل گمانه، میزان دبی ورودی در زمان های ۱، ۲، ۳، ۴، ۵ و ۱۰ دقیقه ثبت می شود.

در صورتی که اختلاف بین دو قرائت متوالی ده دقیقه ای کمتر از ۱۰ درصد باشد، آزمایش خاتمه پیدا خواهد کرد و از روابط زیر که توسط نشریه شماره ۱۸۸ سازمان مدیریت و برنامه ارائه شده مقادیر نفوذ پذیری قائم یا افقی محاسبه می گردد.

الف) درصورتی که آزمایش به روش قطعه ای صورت پذیرفته است: (مشروط بر آنکه L ≥10R  باشد)

 فرمول آزمایش لوفران

ب) در صورتی که آزمایش به روش نقطه ای انجام گرفته است:

فرمول‌لوفران

ضرایب نفوذپذیری در روابط بالا بر حسب سانتی متر بر ثانیه، L و r طول و شعاع قطعه مورد آزمایش از گمانه بر حسب سانتی متر، Q دبی آب ورودی بر حسب سانتی متر مکعب بر ثانیه و H ارتفاع آب روی قطعه بر حسب سانتی متر خواهد بود.

در محاسبه H باید دقت داشت که این پارامتر کمترین مقدار دو عدد فاصله سطح آب گمانه از سطح آب زیرزمینی و همچنین فاصله سطح آب گمانه از وسط قطعه مورد آزمایش خواهد بود.

از طرف دیگر در صورتی که آزمایش تحت فشار صورت پذیرد، لازم است فشار روی قطعه با توجه به اضافه فشار مذکور محاسبه شود. شکل زیر روش انجام آزمایش و نحوه استخراج پارامترهای مربوطه در روش بار ثابت را نشان می دهد.

آزمایش لوفران از طریق بار آبی ثابت در حالت های نقطه ای (چپ و وسط) و قطعه ای (راست) می باشد.
آزمایش لوفران به روش بار آبی ثابت در حالت های نقطه ای (چپ و وسط) و قطعه ای (راست) می باشد.

روش بار آبی افتان

آزمون بار آبی افتان معمولاً پس از آزمایش بار آبی ثابت و در همان قطعه مورد مطالعه و بررسی قرار می گیرد.

بلافاصله بعد از آزمایش بار آبی ثابت، جریان دبی ورودی به گمانه قطع و به آن اجازه داده خواهد شد که سطح آب داخل گمانه افت پیدا کند.

در همین حال تغییرات سطح آب گمانه در فاصله های زمانی مختلف اندازه گیری و یادداشت می شود.

معمولاً اندازه گیری سطح آب تا جایی ادامه پیدا خواهد کرد که سطح آب داخل گمانه به نزدیکی سطح آب زیر زمینی و یا بالای قطعه مورد آزمایش برسد.

پس از انجام آزمایش، بسته به اینکه آزمایش به صورت قطعه ای یا نقطه ای صورت می پذیرد یا نه، بر مبنای روابط ارائه شده توسط نشریه ۱۸۸ سازمان مدیریت و برنامه ریزی، یکی از ضرائب نفوذپذیری افقی و قائم از روابط زیر قابل محاسبه می باشد.

الف) ضریب نفوذپذیری افقی: (بر حسب سانتی متر بر ثانیه) است.

فرمول آزمایش لوفران جهت تعیین نفوذپذیری خاک

ب) ضریب نفوذپذیری قائم: (بر حسب سانتی متر بر ثانیه ) است.

فرمول آزمایش لوفران جهت تعیین نفوذپذیری خاک

در روابط بالا C یک ضریب ثابت می باشد که برای هر گمانه با توجه به طول و شعاع قطعه مورد آزمایش (r،L)، مقداری ثابت بوده و از رابطه ارائه شده محاسبه می گردد.

Δt بر حسب ثانیه محاسبه می گردد و مدت زمانی می باشد که سطح آب از حالت ثابت (سطح ۱) به سطح پایانی آزمایش (سطح ۲) برسد.

H فاصله وسط قطعه یا سطح آب زیر زمینی (هر کدام کمتر باشد) تا سطح آب ثابت شده در شروع آزمایش خواهد بود.

h فاصله وسط قطعه یا سطح آب زیرزمینی (هر کدام کمتر باشند) تا سطح آب باقیمانده در گمانه پس از گذشت زمان Δt است.

به عبارت دیگر می توان گفت که H ارتفاع آب روی قطعه در شروع آزمایش افتان و h ارتفاع آب روی قطعه در پایان آزمایش افتان و یا پس از گذشت زمان Δt از شروع آزمایش می باشد.

قاعدتاً برای هر دو لحظه از آزمایش هم می توان با جاگذاری ارتفاع آب و اختلاف زمانی لحظات مذکور در روابط فوق مقدار ضریب نفوذپذیری خاک را محاسبه کرد. در برخی موارد مقدار ضریب مذکور برای تمام لحظات یکسان به دست خواهد آمد. با این حال در برخی دیگر از موارد، مقدار ضریب نفوذپذیری لحظات مختلف با همدیگر تفاوت خواهند داشت. اختلاف مذکور ممکن است ناشی از غیر خطی بودن رابطه نفوذپذیری و فشار آب و یا تغییرات احتمالی در محیط خاکی باشد. نحوه محاسبه پارامترهای مذکور در شکل زیر نیز نمایش داده می شود. باید این نکته را بیان کرد که مشخصه های r و L،h،H بر حسب سانتی متر در روابط مذکور قرار داده خواهند شد.

آزمایش افتان در حالت های قطعه ای (چپ و وسط) و نقطه ای (راست)
آزمایش افتان در حالت های قطعه ای (چپ و وسط) و نقطه ای (راست)

آزمایش بار آبی خیزان

برای گمانه هایی که سطح آب زیر زمینی در آنها تقریباً در حوالی سطح زمین می باشد، آزمایش های افتان و بار آبی ثابت نمی تواند ارتفاع آبی مناسبی روی قطعه مورد نظر ایجاد کند.

بر همین اساس در این گمانه ها معمولاً ضریب نفوذپذیری از آزمایش بار آبی خیزان یا پمپاژ حاصل می گردد.

در این روش آب زیر زمینی داخل گمانه، توسط پمپ از گمانه خارج می گردد و بدین طریق سطح آب درون گمانه به اندازه کافی به سمت پایین فرستاده می شود. پس از آن، با قطع پمپاژ این امکان داده می شود که سطح آب درون گمانه به سمت بالا بیایید و تغییرات سطح آب در فواصل زمانی مختلف اندازه گیری و با استفاده از روابط ارائه شده برای آزمایش افتان در روابط ۳ و ۴ ضریب نفوذ پذیری افقی و قائم محاسبه می شود.

مجدداً یادآوری می گردد که این آزمایش برای تعیین نفوذپذیری خاک در محیط های اشباع کاربرد داشته و همواره قطعه مورد آزمایش در زیر سطح آب زیرزمینی واقع می باشد.

بر همین اساس در روابط ۳ و ۴ مشخصه H بیانگر فاصله سطح آب زیرزمینی تا سطح آب ثابت شده در شروع آزمایش و مشخصه h بیانگر فاصله سطح آب زیرزمینی تا سطح آب باقی مانده پس از گذشت زمان Δt می باشد. شکل زیر روش انجام آزمایش و همچنین مقادیر پارامترهای مربوطه را برای آزمایش بار آبی خیزان نشان می دهد. در این حالت مدت زمان Δt درست پس از قطع پمپاژ شروع می گردد و تا پایان آزمایش ادامه خوهد داشت.

همچنین H فاصله سطح آب زیرزمینی تا سطح آب گمانه در لحظه قطع پمپاژ و یا به عبارت دیگر شروع زمان Δt می باشد و h فاصله سطح آب زیرزمینی تا سطح گمانه در پایان زمان Δt خواهد بود و قرائت سطح آب گمانه باید تا جایی ادامه یابد که افزایش سطح آب قابل صرف نظر باشد.

فاصله زمانی قرائت ها تابع نفوذپذیری خاک می باشند و قرائت ها باید به اندازه ای که بتوان منحنی تغییرات لگاریتم ارتفاع آب را بر حسب زمان با دقت مناسبی ترسیم نمود باشد. در هر صورت توصیه شده است که زمان قرائت ها در هیچ شرایطی از ۵ دقیقه کمتر نباشد.

آزمایش لوفران به‌روش بار آبی خیزان در دو حالت نقطه ای و قطعه ای
آزمایش لوفران به روش بار آبی خیزان در دو حالت نقطه ای و قطعه ای

زمینه مطالعات ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید :

در زمینه پایدارسازی گود بیشتر مطالعه کنید : 

در زمینه طراحی و مشاوره ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید : 

در زمینه بهسازی خاک بیشتر مطالعه کنید : 

در زمینه تخریب و خاکبرداری بیشتر مطالعه کنید : 

در زمینه ابنیه و ساختمان بیشتر مطالعه کنید : 

مطالب مرتبط :

سایر مقاله ها

انتقال حرارت در خاک های غیر اشباع (Heat Transfer in Unsaturated Soil)

انتقال و جریان حرارت در خاک ها با سه ساز و [...]


بیشتر بخوانید

پی های حلقه ای، صندوقه ای و پوسته ای (ring, shell & caisson foundation)

با توجه به اهمیت زیاد شالوده در پایداری سازه ها، [...]


بیشتر بخوانید

آزمایش سه محوری سیکلی (Cyclic triaxial test)

آزمایش سه محوری سیکلی از جمله آزمایش های متداول و [...]


بیشتر بخوانید

خاک های واگرا و آزمایش های واگرایی خاک (Dispersive Soil)

به خاک هایی که در معرض آب های کم نمک، [...]


بیشتر بخوانید