مطالعات ژئوتکنیک

مطالعات ژئوتکنیک، که به آن مطالعات خاک یا مهندسی خاک هم می‌گویند، علم بررسی خواص مصالح زمین و نحوه عملکرد آنها تحت بارگذاری است. این مطالعات برای اطمینان از ایمنی و کارایی سازه‌های مهندسی، از جمله ساختمان‌ها، جاده‌ها، سدها و تونل‌ها، ضروری است.

الف) مطالعات خاک (مطالعات ژئوتکنیک):

مطالعات ژئوتکنیک خاک (مطالعات خاک)، شناسائی وضعیت لایه بندی زیر سطحی و ویژگی های مهندسی خاک پیش نیاز تمامی پروژه های عمرانی است. محورهای فعالیت و ارائه خدمات شرکت عمرانی مهندسی ایستاسازه در بخش مطالعات ژئوتکنیک خاک:

• شناسایی‌‌های ژئوتکنیکی و مطالعات دفتری
• بازدید محلی: شامل جمع‌آوری اطلاعات ژئوتکنیکی موجود محلی، مطالعه نقشه‌های توپوگرافی، عکس‌های هوایی و ماهواره‌ای
• برنامه‌ریزی برای شناسایی‌های ژئوتکنیکی
• بررسی‌های زیرسطحی: شامل عملیات حفاری، گمانه‌زنی و اخذ نمونه‌‌های آزمایشگاهی، انجام آزمون‌های برجا
• انجام آزمون‌های آزمایشگاهی
• ارزیابی و تفسیر نتایج و ارائه پیشنهادات طراحی

در آزمایش خاک انجام عملیات شناسایی در حین اجرا، در صورت نیاز، شرایط پروژه، محدودیت‌ها و اهمیت هر یک از مراحل اشاره شده می تواند موجب تغییر در ترتیب متداول گردد.

برنامه‌‌ ریزی شناسایی‌ های ژئوتکنیکی

غالباً در شناسایی‌های ژئوتکنیکی به تدریج با پیشرفت عملیات شناسایی و کسب اطلاعات بیشتر از ساختگاه برنامه‌ریزی اولیه می تواند دچار تغییر شود. تبادل نظر بین مهندس طراح و مهندس مطالعات ژئوتکنیک در تدوین برنامه مطالعات الزامی بوده و تعیین ترتیب عملیات شناسایی بر عهده طراح است. ایستاسازه برنامه‌ریزی اولیه‌ مطالعات ژئوتکنیکی را با تعیین موارد زیر براساس آیین‌نامه‌ و مراجع، اطلاعات موجود ساختگاه و قضاوت مهندسی تنظیم می‌کند.

• پارامترهای مورد نیاز و میزان دقت تخمین آنها
• آرایش، فاصله و عمق گمانه‌ها و چال‌های شناسایی
• تعداد، عمق، روش و نوع نمونه‌گیری (دست‌خورده و یا دست‌نخورده)
• نوع و تعداد آزمون‌های آزمایشگاهی و صحرایی مورد نیاز
• هزینه‌های شناسایی‌های ژئوتکنیکی

معمولا شناسایی‌های مطالعات ژئوتکنیک یکافی هزینه‌هایی در حدود ۰٫۲۵ تا  یک درصد هزینه کل پروژه را شامل می‌شود. درصد هزینه معمولا با افزایش هزینه کل پروژه کاهش یافته و ممکن است به ۰٫۱ درصد نیز برسد. تحقیقات نشان داده است در بسیاری موارد انجام شناسایی‌های دقیق‌تر ژئوتکنیکی منجر به کاهش هزینه کل پروژه به میزان چندین برابر هزینه شناسایی می‌‌گردد.

خدمات و اهداف شناسایی‌ های ژئوتکنیکی

• مطالعات دفتری و مقدماتی ساختگاه پروژه‌های عمرانی بر اساس اطلاعات معتبر منتشر شده از دیگر ساختگاه‌ ها و شناسایی‌های انجام شده در گذشته، نقشه‌های توپوگرافی، عکس‌های هوایی و ماهواره‌ای و بازدید محلی
• کسب پارامترهای ژئوتکنیکی بر اساس محاسبات معکوس ساخت سازه‌های مجاور (Back Analyses)
• حفاری چال‌ها و ترانشه‌های شناسایی– اکتشافی (Test Pits) و گالری‌های افقی
• حفاری گمانه‌های شناسایی– اکتشافی و نمونه‌گیری از مصالح خاک و سنگ
• انجام آزمون‌ های صحرایی
• انجام آزمون‌ های آزمایشگاهی بر روی نمونه‌های تهیه شده در عملیات صحرایی

آزمایش های مربوط به مطالعات ژئوتکنیک

مطالعات ژئوتکنیک در دو حوزه صحرایی (میدانی) و آزمایشگاهی انجام می شود. ابتدا متخصصین ما با بررسی دقیق محل احداث پروژه، اطلاعات و داده های لازم را جمع آوری می کنند و سپس در آزمایشگاه خاک تمامی آزمایش های مربوطه شامل تست های فیزیکی، شیمیایی و مکانیک خاک را انجام خواهند داد و در نهایت با گزارش مکتوب و رسمی وضعیت موجود را به کارفرما ارائه می دهند.

مطالعات ژئوتکنیک خود شاخه ها و فرآیندهای گوناگونی را شامل می شود که هرکدام نیازمند تخصص و دستگاه های مختص به خود است. در ادامه مهم ترین بخش های مربوط به مطالعات و بررسی های مطالعات ژئوتکنیکی را بیان می کنیم.

حفاری در مطالعات ژئوتکنیک

در آزمایش های ژئوتکنیک، فرآیند حفاری نقش کلیدی را به منظور استخراج داده های زیرزمینی و لاگ های مربوطه ایفا می کند. آزمایشاتی نظیر SPT ،CPT، لوفران بار افتان و بار خیزان و لوژان آزمایشاتی هستند که حین حفاری صورت می گیرند.

آزمایش برش برجا

از این روش به منظور سنجش پارامتر های مقاومتی مانند چسبندگی و زاویه اصطکاک داخلی خاک به صورت برجا در مطالعات ژئوتکنیک استفاده می شود. تعیین شرایط  گودبرداری و برآورد دقیق ضریب اطمینان و ظرفیت باربری پی های خاکی از نتایج آزمایش برش برجا می باشد.

آزمون بارگذاری صفحه

هدف از آزمون بارگذاری صفحه، تحلیل خاصیت نشست پذیری در خاك و سنگ منطقه احداث پروژه است که بر روی مصالح با بهره گیری از صفحات مربعی يا دوار به صورت بارگذاری تدريجی مرحله ای در عمق مورد نظر اجرا می گردد و در  تعیین مدول الاستیسیته و خاصیت نشست پذیری نقش کاربردی دارد.

ب) مطالعات لرزه خیزی

لرزه ‌نگاری به عنوان یکی از شاخه‌های ژئوفیزیک شناخته می‌شود و مطالعه علمی گسترش امواج الاستیک در زمین می‌باشد. جهت تعیین لرزه خیزی مناطقی که با کمبود اطلاعات و داده‌ها مواجه هستند، باید ارزیابی احتمالاتی انجام دهیم.

برای طراحی سازه‌های مقاوم در برابر زلزله، شناخت جنبش نیرومند زمین که انتظار می‌رود در طول عمر مفید سازه رخ دهد از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. بهترین راه برای شناخت ویژگی های جنبش نیرومند زمین، به دست آوردن نمودار حرکت زمین از جمله شتاب نیرومند زمین در هنگام رویداد زمین ‌لرزه‌های متوسط تا بزرگ می‌باشد و این امر بوسیله دستگاه شتابنگار موجود در محل و رخداد زمین‌لرزه در گستره نزدیک میسر می‌شود که برای نیل به این هدف مطالعات تحليل خطر و لرزه خيزی انجام می گیرد که به طور خلاصه شامل موارد ذیل می باشد:

• بررسی اجمالی زمين شناسی و لرزه شناسی عمومی منطقه طرح
• تعيين گسله های لرزه زای موجود در منطقه
• برآورد شتاب مبنای افقی و قائم بستر جهت استفاده در طراحی سازه ای
• برآورد خطرات جانبی ساختگاه مانند گسلش
• برآورد طيف پاسخ زمين
• آزمایشات لرزه نگاری درون گمانه ای

در مطالعات و آزمایشات ژئوتکنیک به منظور شناخت لایه بندی خاک و مقاومت لایه ها از این دست از تست ها استفاده می شود. در آزمایش درون گمانه ای  بر اساس سنجش سرعت انتشار امواج فشاری و برشی ، اطلاعات کاملی از زمین محل پروژه به دست می آید.

مطالعات لرزه نگاری در ژئوتکنیک

یکی از شاخه های مهم ژئوفیزیک، لرزه نگاری می باشد که در جهت بررسی و مطالعات مربوط به امواج الاستیک در زمین بحث می نماید. لرزه ­نگاری جهت مطالعه تخصصی علت وقوع زلزله و امواج ناشی از آن است که در مطالعات ژئوتکنیک نقش اساسی دارد:

ج) مطالعات ژئوفیزیک

انجام آزمون‌ های ژئوفیزیک

• مطالعه و تعیین وضعیت سطوح آب زیرزمینی ساختگاه
• تعیین ضخامت و جنس لایه‌های خاک و عمق سنگ بستر
• ارائه مبانی، معیارها و پارامترهای مورد نیاز برای طراحی و مشاوره سازه‌های ژئوتکنیکی با توجه به سطح اهمیت و حساسیت پروژه
• گردآوری پارامترهای مورد نیاز برای طراحی و پیشنهاد روش ترمیم سازه‌های در معرض گسیختگی
• مطالعه تاثیر اجرای پروژه مورد نظر بر محیط و سازه‌های مجاور
• کنترل ایمنی فرضیات طراحی و روش ساخت پروژه‌های ژئوتکنیکی، همزمان با مرحله ساخت
• مطالعه ساختگاه در صورت مواجهه با شرایط ژئوتکنیکی پیش بینی نشده

آزمایشات ژئوفیزیکی در مطالعات ژئوتکنیک

در آزمایشات ژئوتکنیک می توان باتوجه به سرعت و سهولت روش‌ های ژئوفیزیکی نسبت به روش های حفاری و هزینه به صرفه تر این روش ها، از این نوع آزمایش ها در ترسیم پروفیل خاک و تفسیر نتایج حاصله استفاده نمود.

آزمایش GPR

یکی از روش های ژئوفیزیکی، رادار نفوذی زمین یا GPR است که جهت به دست آوردن اطلاعات تصویری از سطوح زیر زمینی از سیگنال های الکترومغناطیسی بهره می برد. از نتایج این روش می توان به تعیین موقعیت تاسیسات زیرزمینی، تعیین ضخامت بتن و وضعیت شکستگی های آن، سنجش تراکم و بسیاری از موارد دیگر اشاره کرد.

آزمایش ژئوالکتریک

در این فرآیند با انتقال جریان الکتریکی به زمین، اطلاعات دقیقی از وضعیت خاک و سنگ احداث و ساخت پروژه به دست می آید. مشاورین ما با بهره گیری از جدیدترین دستگاه های تست و بررسی آماده ارائه دقیق ترین تحلیل ها به شما هستند.

د) زمین شناسی مهندسی و زیست محیطی

مطالعات زمین شناسی مهندسی پروژه های عمرانی، تهیه نقشه های زمین شناسی مهندسی و زیست محیطی و نقشه های آلودگی خاک، مطالعات کمی و کیفی منابع آب سطحی و زیر زمینی، مسیریابی خطوط انتقال نیرو، مطالعات مکان یابی، مطالعات زمین شناسی مهندسی شهری، اکتشاف حفرات زیرزمینی و کانال های مدفون، مطالعات زیست محیطی، مطالعات ریز پهنه بندی لرزه ای، برآورد خطر زمین لرزه، مطالعات اثرات ساختگاهی و برآورد طیف ساختگاه، و ارزیابی مخاطرات زمین شناسی (خطر گسلش، روانگرایی خاک ، لغزش، خاک های مشکل آفرین و غیره) از جمله فعالیتهای این بخش می باشد. رئوس این موارد به شرح زیر است:

• مطالعات زمین شناسی مهندسی كلیه پروژه های عمرانی
• تهیه نقشه های زمین شناسی مهندسی و زیست محیطی
• مطالعات منابع آب سطحی و زیر زمینی
• مسیریابی خطوط انتقال نیرو
• تهیه نقشه های آلودگی خاک
• مطالعات زمین شناسی شهری
• اکتشاف حفرات زیرزمینی و کانالهای مدفون
• مطالعات آلودگی منابع آب و خاك
• مطالعات زیست محیطی معادن و پروژه های مهندسی
• مطالعات مکان یابی مراکز دفن پسماندهای ویژه و خطرناک