از جمله قوی ترین و پرکاربرد ترین آزمایش های صحرایی خاک در مطالعات ژئوتکنیک آزمایش پرسیومتری یا فشارسنجی است که توسط دستگاهی به نام پرسیومتر انجام میشود، به سبب روش خاص بارگذاری در آن و اطلاعات مفید فراوانی که به ما می دهد، جایگاه ویژه ای در علم مکانیک خاک پیدا کرده است.
پرسیومتری چیست؟
در سال ۱۹۵۴ آزمایش پرسیومتری (فشار سنجی) توسط محقق فرانسوی با نام لوییس منارد ابداع گردید. شیوه کلی آزمایش فشار سنجی خاک به این صورت می باشد که یک بالون لاستیکی به داخل زمین فرو برده می شود. با استفاده از منبع تولید فشار، داخل این بادکنک پر از باد می گردد. باد شدن این بالون لاستیکی سبب می شود که به خاک فشار وارد شود و مقداری جا به جایی در خاک به وجود آید.
در آزمایش فشارسنجی نیروی افقی بر خاک وارد می شود. از آنجایی که نحوه بارگذاری بر خاک در این آزمایش پرسیومتری به بارگذاری در طبیعت شبیه است، داده های حاصل از آزمایش فشار سنجی بسیار با ارزش و قابل تکیه است. این آزمایش در خاک و سنگ قابلیت اجرا دارد. اما به طور کلی هر چه خاک قوی تر باشد، اطلاعات به دست آمده از این آزمایش صحرایی دقیق تر می باشد.
انواع آزمایش پرسیومتری
آزمایش پرسیومتری (فشارسنجی) را می توان به 3 روش انجام داد:
با اینکه در آزمایش فشارسنجی خاک اصول کلی ثابت است، اما در جزئیات و نحوه اجرا دارای تفاوت های قابل ملاحظه ای می باشد.
1. آزمایش پرسیومتری دریایی (تغییر مکانی).
2. آزمایش پرسیومتری پیش حفار.
3. آزمایش پرسیومتری خود حفار.
1. پرسیومتری دریایی:
در سال ۱۹۸۲ دستگاهی اختراع شد که این امکان را فراهم می کرد تا به کمک آن انجام آزمایش پرسیومتری (فشارسنجی) در داخل دریا انجام گردد. این پرسیومتر دارای سوند تک سلولی تغییر حجمی بود که می توانست فشاری معادل ۲٫۵ مگا پاسکال را تحمل نماید. ظرفیت کرنشی این سوند در این پرسیومتر به قدری زیاد بود که می توانست تا دو برابر اندازه اولیه خود تغییر حجم دهد.
دو روش آزمایشی که در موارد بعدی گفته می شود صرفا در خشکی کاربرد دارند.
2. پرسیومتری پیش حفار:
ابتدا لازم است در این نوع از آزمایش، درون زمین گمانه حفاری گردد. بعد از آن تجهیزات انجام آزمایش، از طریق گمانه ای که قبلا حفاری شده بود به درون زمین منتقل می گردد. سپس آزمایش ها به طریقی که قبلا گفته شد صورت خواهد گرفت. این روش، برای انجام آزمایش در سنگ ها و خاک های متراکم مناسب خواهد بود. چرا که تنها در این نوع از خاک ها پایدار باقی می ماند. اگر خاک، ضعیف، سست و یا استحکام لازم را نداشته باشد، احتمال دارد که گمانه، قبل از ارسال تجهیزات به درون زمین، فرو بریزد.
ابعاد سوندی که قرار است داخل گمانه گردد باید طوری باشد که بتوان به راحتی آن را داخل گمانه منتقل نمود. پس در نتیجه برای انجام این آزمایش باید از سوند های تک سلولی و یا سه سلولی استفاده نمود. برخی محققین بر این باورند که آزمایش پرسیومتری پیش حفار به دلیل آنکه سر مته دستگاه حفاری قبلا موجب دست خوردگی خاک شده است، نتایج دقیقی ندارد. اولین پرسیومتری از این نوع بود که توسط منارد ساخته شد.
این گونه آزمایش ها به دو روش زیر صورت می پذیرد:
1. تغییر شعاعی.
2. تغییر حجمی.
3. پرسیومتری خودحفار:
دو ایراد بزرگ شامل حال آزمایش پرسیومتری پیش حفار می شود.
1. دستگاه حفاری که قبلا سوراخی را در زمین ایجاد کرده است، خاک را دست خورده کرده و نتایج آزمایش را با اشتباه روبرو می کند و سبب نادرستی نتایج بدست آمده می گردد.
2. آزمایش فشار سنجی پیش حفار در خاک های نرم و سنگ های ضعیف قابل انجام نیست زیرا که در آن گمانه ها پایدار نخواهند ماند.
در جهت جلوگیری از مشکلات پیش آمده در دو روش بالا محققین دستگاه خود حفار را ابداع کرده اند. در این نوع دستگاه ها، ساز و کاری تعبیه شده که می توانند به طور مستقل زمین را حفاری کنند. این شرایط سبب می شود تا میزان دست خوردگی خیلی کاهش پیدا کند و این روش این امکان را به ما می دهد که انجام آزمایش بر روی خاک های سست و نرم هم وجود داشته باشد زیرا که میله متصل به پرسیومتر داخل گمانه بوده و در حین حفاری گمانه باعث ایجاد ریزش نمی گردد. این روش به دو روش انگلیسی و فرانسوی انجام می پذیرد. نوع انگلیسی آن عمدتا برای انجام آزمایش در خاک های رسی پیش تحکیم یافته مورد استفاده قرار می گیرد.
اجزای دستگاه آزمایش پرسیومتری
به طور کلی هر دستگاه پرسیومتر از سه قسمت تشکیل می شود:
1. سوند یا پراب.
2. واحد کنترل.
3. بخش رابط.
در قسمت زیر به بررسی هر یک از اجزای آزمایش پرسیومتری می پردازیم:
1. سوند یا پراب:
به قسمت سر دستگاه پرسیومتری سوند یا پراب می گویند. این قسمت وظیفه فشار آوردن به خاک و انبساط را دارد. در بعضی از انواع پرسیومترها، در قسمت سوند دستگاه وسیله ای جهت حفاری زمین تعبیه گردیده است.
2. واحد کنترل:
این بخش از دستگاه روی زمین قرار گرفته است. وظیفه این قسمت تامین فشار و کنترل فشار درون بالون و همچنین ثبت و نگهداری اطلاعات است.
3. بخش رابط:
وظیفه این بخش ایجاد ارتباط بین دو بخش قبلی می باشد. در این بخش ما شاهد وجود لوله های انتقال فشار و کابل های برق خواهیم بود.
مراحل انجام آزمون پرسیومتری
ابتدا با توجه به استاندارد ASTM-D4719 آزمایش پرسیومتری (فشار سنجی) انجام می گیرد. سپس به کمک دو روش کنترل تنش و کنترل کرنش این آزمایش قابل انجام می باشد.
شیوه کلی آزمایش پرسیومتری (فشارسنجی) بدین شکل انجام می گیرد:
در ابتدای کار گمانه ای حفر می گردد، حال این گمانه توانایی این را دارد که توسط پرسیومتر خود حفار و یا توسط دستگاه حفاری ماشینی تولید گردد. باید به این نکته توجه داشت که در هنگام حفاری دستخوردگی در خاک به حداقل ممکن برسد، چرا که دست خوردگی در خاک تاثیر زیادی در نتایج دارد.
به طور کلی مراحل انجام آزمایش پرسیومتری (فشارسنجی) در موارد زیر خلاصه می شود:
1. ابتدا باید تجهیزات مختلف دستگاه پرسیومتر کالیبره گردد.
2. در روش پیش حفار، حفاری زمین در شرایط مناسب پرسیومتری صورت می گیرد.
3. در داخل خاک سوند را فرو می کنند.
4. محاسبه کرنش خاک و فشار به سوند.
5. تحلیل داده ها و ترسیم نمودار فشار-کرنش.
6. استخراج و به دست آوردن پارامترهای مهندسی.
کاربرد های آزمایش فشارسنجی
به دست آوردن سختی خاک در حین بارگذاری شعاعی یکی از مهمترین خروجی های آزمایش پرسیومتری می باشد. اما از این آزمایش صحرایی برای تخمین پارامترهای دیگری همچون موارد زیر نیز استفاده می گردد:
1. در انواع خاک ها برای محاسبه مدول الاستیسیته
2. برای محاسبه ظرفیت باربری انواع پی ها به خصوص پی های عمیق
3. در خاک های رسی اشباع برای محاسبه مقاومت زهکشی نشده
4. برای ضریب تحکیم افقی در خاک ها
5. برای زاویه انبساط در خاک های ماسه ای
6. در ماسه و رس برای محاسبه پارامترهای مقاومت برشی
7. در خاک مورد آزمایش برای محاسبه فشار جانبی موجود
مزایای آزمایش پرسیومتر
1. از آن جایی که بنیان نظری آزمایش فشارسنجی محکم و قوی بوده است لذا تمامی نتایج این آزمایش، برگشت پذیری خوبی را دارا می باشد.
2. اطلاعات بیشتری را نسبت به آزمایش های صحرایی دیگر، ارائه می دهد.
3. خاک مورد آزمایش، انطباق بیشتری با شرایط واقعی خواهد داشت.
4. حجم زیادی از خاک مورد آزمایش، در طول یک آزمایش واحد قرار می گیرد.
5. در حین آزمایش پرسیومتری خود حفار دست خوردگی به خاک زیاد نخواهد بود.
6. آزمایش مورد نظر در محدوده کرنش های بزرگ، انجام می گردد لذا در پروژه های عملی مقدار مدول الاستیسیته به دست آمده کاربرد زیادی خواهد داشت.
7. تخمین خوبی از رفتار تنش-کرنش خاک با استفاده از منحنی به دست می آید.
8. در بررسی نشست خاک ها از این نمودار می توان استفاده نمود.
9. نتایج آن را می توان در تخمین فشار افقی خاک و همچنین طراحی شمع های تحت فشار جانبی استفاده کرد.
10. در پرسیومترهای اتوماتیک، نتایج حاصله، مستقل از نظرات شخصی متصدی دستگاه (اپراتور) خواهد بود.
معایب آزمایش پرسیومتری
1. برای انجام آزمایش پرسیومتری (فشارسنجی) نیاز به افراد متخصص و زبده است.
2. روش انجام آزمایش پرسیومتری بسیار پر هزینه و گران قیمت می باشد.
3. بار اعمالی به خاک به صورت افقی اعمال می گردد.
4. برای محافظت از تجهیزات انجام آزمایش پرسیومتری باید اقدامات ویژه ای انجام داد زیرا که تجهیزات انجام آزمایش پرسیومتری بسیار ظریف و حساس می باشد.
آزمایش پرسیومتری مطابق استاندارد ASTM D4719 شامل محفظه (سوند) استوانه ای شکل و دارای غشای انعطاف پذیر و منبسط شونده می باشد که برای اعمال فشار یکنواخت به دیواره گمانه طراحی گردیده است و اساس کار پرسیومتر بر انبساط یک استوانه بلند غشایی استوار می باشد. که داخل گمانه قرار گرفته و با اعمال فشار به دیواره آن تغییر حجم (شعاع) غشا در حین پیشرفت آزمایش قابل اندازه گیری خواهد بود.
از مهمترین مواردی که بر نتایج آزمایش پرسیومتری تاثیر خواهد داشت روش حفر گمانه، دستخوردگی دیواره گمانه و نحوه قرار دادن محفظه اندازه گیر در آنها است. پیش از به کارگیری دستگاه پرسیومتر برای آزمایش برجا، به منظور حذف برخی از خطاهای دستگاهی دو آزمایش هم سنجی در حجم ثابت و فضای آزاد انجام می گیرد.
مراحل آزمایش پرسیومتری (فشار سنجی) در یک نگاه کلی به سه بخش تقسیم می شود:
- در مرحله اول آن غشا محفظه به دیواره گمانه چسبیده و مقدار فشار به حالت قبل از حفاری در زمین طبیعی خواهد رسید.
- در مرحله دوم خاک دارای رفتار الاستیک خطی بوده و فشار در انتهای این بخش به حد پلاستیک نزدیک می شود. در این مرحله مدول الاستیسیته منارد تعریف می شود.
- مرحله سوم رفتار خمیری آغاز شده و تغییر شکل ها افزایش یافته و به مقدار قابل توجهی خواهد رسید. مقدار فشار در این مرحله فشار حدی نام گذاری می شود که حد مجانب نمودار در نقطه ای معادل دو برابر حجم گمانه است.
از این آزمایش پارامترهای مدول الاستیسیته منارد Em و فشارحدی PL به طور مستقیم با استفاده از روابط موجود محاسبه می گردد.
در زمینه مطالعات ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید :
- مطالعات خاک یا مطالعات ژئوتکنیک چیست؟ (Site Investigation)
- مطالعات لرزه خیزی چیست؟ (Seismicity studies)
- ژئوفیزیک (Geophysics)
- زمین شناسی (Geology)
- آزمایش سه محوری خاک (Triaxial Compression Test)
- انواع آزمایش های المانی بررسی رفتار روانگرایی خاک ها Different Types of Element Test for Soil) Liquefaction Assessment)
- روانگرایی خاک (Soil Liquefaction)
- روش های مقابله با روانگرایی خاک (Soil Liquefaction Mitigation)
- تحقیقات محلی در پروژه های ژئوتکنیک دریایی (Offshore geotechnical Site Investigation)
- آزمایش برش مستقیم (Direct Shear Test)
- آزمايش بارگذاری صفحه ای (Plate Loading Test or Plate Bearing Test)
- آزمایش برش مستقیم برجا In Situ Direct Shear) Test)
- معایب و خطاهای آزمایش برش مستقیم Disadvantages of) Direct Shear Test)
- آزمایش دانه بندی و هیدرومتری مکانیک خاک (Hydrometer Analysis of Soil)
- آزمایش نفوذ استاندارد Standard Penetration Test) SPT)
- آزمایش لوژان (Lugeon Permeability Test Method)
- آزمایش نفوذ مخروط CPT و پیزوکون (Cone Penetration Test & Piezocone)
- آزمایش پرسیومتری یا فشار سنجی خاک چیست؟ (Pressuremeter Test on Soil)
در زمینه پایدارسازی گود بیشتر مطالعه کنید :
- ساخت از بالا به پایین یا تاپ دان چیست؟ (Top-Down Construction)
- نیلینگ یا میخ کوبی دیواره چیست؟ (Soil Nailing)
- انکراژ یا مهارگذاری خاک چیست؟ (Soil Anchorage)
- مهارمتقابل یا استرات چیست؟ (Braced Excavations – Struts)
- سازه نگهبان خرپایی چیست؟ (Truss Retaining Structure)
- خاک مسلح یا ژئوسنتتیک چیست؟ (Geosynthetict)
- سپرکوبی چیست؟ (Sheet Pile)
- دیوار دیافراگمی یا دیوار دوغابی چیست؟ (Diaphragm walls – Slurry walls)
- دیوار برلنی یا دیوار سولجر پایل چیست؟ (Berlin wall – Soldier Pile and Lagging System)
- زهکشی و آب بندی در گودبرداری چیست؟ (Drainage- Dewatering & Waterproofing )
- نقشه برداری یا مهندسی نقشه برداری چیست؟ (Surveying)
- پایش گود یا مانیتورینگ چیست؟ (Monitoring)
- دستورالعمل بهداشت، ایمنی و محیط زیست چیست؟ (HSE)
- آموزش گام به گام نقشه خوانی انواع روش های پایدارسازی و گودبرداری
در زمینه طراحی و مشاوره ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید :
- معرفی نرم افزار Plaxis
- معرفی نرم افزار GEOSLOPE
- معرفی نرم افزار AutoCAD
- معرفی نرم افزار ETABS
- معرفی نرم افزار SAP2000
- معرفی نرم افزار SAFE
- معرفی نرم افزار ABAQUS
- معرفی نرم افزار FLAC
- معرفی نرم افزار MIDAS
در زمینه بهسازی خاک بیشتر مطالعه کنید :
- تزریق پر فشار یا جت گروتینگ چیست؟ (Jet Grouting)
- ریزشمع یا میکروپایل چیست؟ (Micropile & Underpinning)
- پیش بارگذاری چیست؟ (fill surcharge preloading method)
- مطالعات خاک یا مطالعات ژئوتکنیک چیست؟ (Site Investigation)
- اختلاط عمیق خاک یا DSM چیست؟ (Deep Soil Mixing)
- تراکم دینامیکی یا DC چیست؟ (Dynamic Compaction)
- ستون شنی ارتعاشی یا تراکم ارتعاشی چیست؟ (Vibro Stone Column)
- شمع ساختمان ، طراحی و اجرای شمع بتنی و شمع فلزی (Concrete Pile , Steel Pile)
در زمینه تخریب و خاکبرداری بیشتر مطالعه کنید :
- مهندسی تخریب ساختمان (Destruction Engineering)
- خاکبرداری چیست؟ (Excavation)
- رمپ و جمع آوری رمپ در گودبرداری (Ramp removal excavation)
- گودبرداری و خاکبرداری دو عملیات متمایز از یکدیگر
- گودبرداری غیر اصولی (Unprincipled Building Excavation)
- گودبرداری چیست؟ و اصول اجرای گودبرداری های ساختمانی (Excavation)
در زمینه ابنیه و ساختمان بیشتر مطالعه کنید :
- ساخت و ساز ابنیه و ساختمان (Building & Structure)
- قرارداد مشارکت در ساخت (Construction participation contract)
- نظارت بر اجرای پروژه های عمرانی (Construction Supervision)
- مشاوره ساختمانی (Construction consulting)
- مدیریت پیمان (Management Contracting)
- مدیریت طرح (Construction Management)
- انواع سیستم های سازه ای (Structural System)
- مدیریت پروژه های عمرانی (Project Management)
- آیین نامه ی ۲۸۰۰ ، طراحی ساختمان ها در برابر زلزله
مطالب مرتبط :
