مطالعات خاک یا مطالعات ژئوتکنیک چیست؟

مطالعات خاک یا مطالعات ژئوتکنیک شاخه ای تخصصی از مهندسی عمران می باشد که با هدف تعیین خواص مهندسی خاک و سنگ و نحوه اندرکنش آنها با توسعه عمرانی آینده بحث و گفتگو می نماید.

هدف از این مطالعات که مطالعات ساختگاه نیز نامیده می شود، تعیین متغیرهای مورد نظر به منظور:

1) طراحی :

• شالوده

• زیرساخت ها

• سازه های زیرزمینی

2) تخمین ریسک های :

• ژئوتکنیکی

• زیست محیطی

• هیدروژئولوژیکی

• ژئولوژیکی

برای انسان و محیط می باشد.

با انجام این مطالعات در پروژه های ساختمانی به ایمنی بالاتر و عملکرد بهینه می توان رسید.

با انجام این مطالعات در پروژه های ساختمانی به ایمنی بالاتر و عملکرد بهینه می توان رسید.

مطالعات ساختگاه برای مقاصد مختلفی می تواند انجام گردد:

• تعیین محل پروژه
• پایدارسازی گود
• طراحی شالوده
• بهسازی خاک
• اثرات پروژه بر روی محیط
• بررسی شرایط ایمنی و پایداری سازه موجود
• مقاوم سازی سازه

روش انجام مطالعات خاک

1. مطالعات صحرایی (میدانی): بررسی دقیق محل احداث پروژه و جمع آوری اطلاعات و داده های مورد نیاز و همچنین حفر گمانه های شناسایی، انجام آزمایش های برجا مانند آزمایش نفوذ استاندارد(SPT) ، آزمایش نفوذ مخلوط(CPT) ، آزمایش برش پره(Vane) ، پرسیومتر، بارگذاری صفحه و برش برجا، اندازه گیری نفوذپذیری (لوژان و لوفران).

2. مطالعات آزمایشگاهی: انجام آزمایش های مورد نیاز شامل: آزمایش های فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی بسته به نوع و جنس خاک، نظیر:

•  آزمایش دانه بندی (Particle Size Analysis) :

با توجه به اهمیت پی بردن به توزیع و اندازه دانه های خاک، آزمایش دانه بندی در اکثر آزمایشگاه ها انجام می شود. دانه بندی به دو روش عمده انجام می شود:

• الک: در روش دانه بندی با الک، درصد وزنی دانه های مختلف خاک را با استفاده از مجموعه ای از الک ها و لرزاندن آنها، به دست می آورند. این آزمایش غالبا برای جدا کردن ذرات بزرگتر از الک 200 استفاده می شود و درصد حضور شن و ماسه در خاک مورد نظر مشخص می شود.

تجهیزات آزمایش دانه بندی (Particle Size Analysis)

• هیدرومتری: همچنین در خاک ریز دانه برای ارزیابی توزیع ذرات در خاک و مشخص نمودن درصد لای و رس از آزمایش هیدرومتری استفاده می شود.

تجهیزات آزمایش هیدرومتری (Hydrometer Analysis)

• آزمایش حدود اتربرگ (Atterberg limits test):

خاک های ریزدانه با افزایش مقدار آب جذب شده حالات مختلفی به خود می گیرند. افزایش آب باعث پوشیده شدن دانه ها با یک لایه آب جذب شده سطحی می شود. با افزودن آب بیشتر، ضخامت لایه آب دور دانه ها اضافه شده، لغزش دانه ها روی یکدیگر راحت تر می شود. بنابراین رفتار خاک عملا به میزان آب داخل مجموعه بستگی دارد.

خاک ریزدانه بر حسب درصد رطوبتی که دارد می تواند در یکی از حالت های جامد، نیمه جامد، خمیری و مایع دسته بندی شود.

حد روانی (LL): مرز بین حالت خمیری و حالت روانی خاک

حد خمیری (PL): مرز بین حالت خمیری و نیمه جامد

حد انقباض (SL): مرز بین حالت نیمه جامد و جامد

شاخص خمیری (PI): اختلاف حد روانی و خمیری خاک

شاخص روانی (LI): برابر نسبت اختلاف بین درصد رطوبت خاک در محل با حد خمیری، تقسیم بر شاخص خمیری است.

آزمایش نفوذ پذیری (Permeability Test) :

با توجه به وجود فضاهای خالی در داخل خاک امکان جریان یافتن آب از نقاط با انرژی بالا به نقاط با انرژی پایین فراهم است. بنابراین به طور کلی، خاک را می توان نفوذپذیر دانست. نفوذپذیری زیاد بیانگر این است که آب با سرعت از درون حفرات خاک جریان می یابد. ضریب نفوذپذیری در آزمایشگاه به 2 صورت انجام می گردد:

• آزمایش با بار ثابت(Constant head)

• آزمایش با بار افتان (Falling head)

• آزمایش‌های سه محوری (Triaxial Test):

نمونه خاک درون محفظه ای قرار گرفته و سپس فشار همه جانبه به آن وارد می شود. که در این حالت اگر شیرهای خروج آب باز گذاشته شود و سرعت انجام آزمایش به قدر کافی کم باشد، نمونه تحکیم می یابد و فشار منفذی به صفر می‌رسد. پس از این مرحله با اعمال تنش انحرافی نمونه گسیخته می شود در صورتی که در این مرحله شیرهای خروج آب باز نگه داشته شود و سرعت انجام آزمایش به قدر کافی کم باشد، نمونه زهکشی می شود. این آزمایش تحت فشارهای جانبی مختلف تکرار می شود سپس دوایر موهر و پوش آن‌ها رسم می گردد، شیب خط پوش گسیختگی، زاویه اصطکاک داخلی خاک و عرض از مبدأ آن چسبندگی خاک را به دست می دهد. این آزمایش به سه شکل انجام می گیرد:

1) تحکیم یافته زهکشی شده (CD) 
2) تحکیم یافته زهکشی نشده (CU)
3) تحکیم نیافته زهکشی نشده (UU)

تجهیزات آزمایش‌های سه محوری (Triaxial Test)

• آزمایش برش مسقیم (Direct Shear Test):

در این آزمایش نمونه خاک درون دستگاه که از دو قسمت جدا از هم تشکیل شده قرار می گیرد. قسمت پایین دستگاه ثابت بوده و امکان جابجایی ندارد اما قسمت بالایی دستگاه می تواند بر روی قسمت پایین جا به جا شود و میزان جا به جایی آن در طول آزمایش اندازه‌گیری می گردد. در آزمایش برش مستقیم، ابتدا بار قائم به نمونه اعمال می گردد. سپس بار برشی به نیمه بالایی دستگاه تا گسیخته شدن نمونه، اعمال می گردد. تنش برشی و قائم در لحظه گسیختگی برابر است با:

• آزمایش تحکیم (Consolidation Test):

آزمایش تحکیم یک بعدی معمولاً بر روی خاک‌های ریزدانه انجام می گردد. در این آزمایش نمونه خاک داخل یک محفظه فلزی مهار شده و بین دو سنگ متخلخل و درون یک ظرف استوانه ای پر از آب قرار می گیرد. یک صفحه بارگذاری فولادی که روی سنگ متخلخل قرار می گیرد، بار قائم وارده را به نمونه وارد می کند. این بار باعث نشست خاک می گردد. بار به صورت تدریجی افزایش داده می شود و توالی های بارگذاری و باربرداری به نمونه اعمال شده و نشست های نمونه تحت هر مرحله بارگذاری در زمان های مشخصی برداشت می گردد. در هر مرحله، بارگذاری تا زمانی ادامه می یابد که نشست نمونه قابل چشم پوشی بوده و اضافه فشار به وجود آمده تحت آن بار حذف شود.

تجهیزات آزمایش تحکیم (Consolidation Test)

•  آزمایش تک محوری (Unconfined Compression Test):

آزمایش تک محوری (مقاومت فشاری ساده یا مقاومت فشاری محدود نشده) حالت خاصی از آزمایش سه محوری تحکیم نیافته زهکشی نشده می باشد که در آن تنش همه جانبه برابر صفر می باشد. در این آزمایش، تنش انحرافی اعمالی به نمونه باعث گسیختگی آن می گردد.

• آزمایش های شیمیایی

• آزمایش باربری کالیفرنیا (California Bearing Ratio, CBR):

اين آزمايش در سال ۱۹۲۹ ميلادی و قبل از جنگ جهانی دوم، در اداره راهسازی ايالت كاليفرنيای آمريكا مورد استفاده قرار گرفت. به كمك اين آزمايش مقاومت برشی خاك در يك رطوبت و وزن مخصوص معين، مشخص مي شود.

این متغیر:

• در پي سازی برای بيان كيفيت نسبی خاك زير پی
• در راهسازی برای به دست آوردن مقاومت برشی خاك در برابر بارهای ترافيكی

 از اهميت زیادی برخوردار است.

بنا به تعريف: آزمایش CBR عبارت است از بار لازم براي نفوذ پیستون اسبتاندارد با شکل، سرعت و عمق معين در يك نمونه مورد آزمايش به نیروی لازم برای فروبردن پیستونی با همین ویژگی ها در مصالح استاندارد.

• آزمایش تراکم (Compaction Test):

در بسیاری از سازه های خاکی، مثل سدها، دیوارهای حائل، بزرگراه ها و فرودگاه ها متراکم کردن خاک امری ضروری می باشد.

تراكم به منظور افزایش مقاومت برشی و كاهش نفوذپذیری انجام می شود. عوامل مؤثر در تراكم خاك عبارتند از:

• نوع خاك
• انرژی
• رطوبت

پروكتور در سال 1933 روشی ابداع كرد که به وسیله آن حداكثر وزن مخصوص خشك خاك تعیین می گردد. این آزمایش به نام آزمایش تراكم پروكتور مشهور می باشد. آزمایش پروکتور به دو روش انجام می پذیرد:

1) روش استاندارد (تراکم دستی)

2) روش اصلاح شده (تراکم پیشرفته)

تجهیزات آزمایش تراکم (Compaction Test)

• آزمایش مقاومت فشاری بتن (Compressive strength of concrete) :

مقاومت فشاری به صورت مقاومت در برابر خرابی تحت بار فشاری تعریف می گردد. مقاومت فشاری بتن یکی از مشخصه های مهم بتن می باشد. در پروژه های مختلف از قسمت های بتنی، حداقل 3 نمونه تهیه می گردد. نمونه های بتن ساخته شده تحت نیروی فشاری برای به دست آوردن مقاومت فشاری، مورد آزمایش قرار می گیرند. مقاومت فشاری با تقسیم بار شکست به سطح مقطع نمونه، معمولاً پس از 28 روز از نگه داری و عمل آوری بتن محاسبه می شود. هر چه نسبت آب به سیمان کمتر باشد مقاومت فشاری بالاتر خواهد بود.

کاربردهای مطالعات خاک

• پروژه های نفت و گاز و ساخت سازه های تخصصی
• پروژه های مربوط به احداث خطوط انتقال نیرو
• احداث سد و نیروگاه های آبی
• مشاوره پروژه و طرح های آبرسانی و سیستم های فاضلاب صنعتی و شهری
• پروژه های ساخت و ساز شهری، مسکونی و تجاری
• اکتشاف و حفر معدن

اهداف انجام مطالعات خاک

• شناسایی کامل لایه های زیرزمینی
• تعیین مشخصات فیزیکی و مکانیکی لایه ها
• مشخص نمودن نوع پی ساختمان و نحوه استقرار آن
• عمق مناسب برای پی
• برآورد ظرفیت باربری شالوده و تعیین ضریب مربوطه
• وزن مخصوص خاک
• زاویه اصطکاک داخلی موثر
• ضریب چسبندگی
• مدول الاستیسیته
• دسته بندی نوع زمین براساس آیین نامه 2800
• مناسب ترین نوع سیمان
• بررسی آب های زیرزمینی منطقه
• مشخص شدن وضعیت لرزه خیزی منطقه
• استخراج اطلاعات دقیق از سنگ بستر
• مطالعات زمین شناسی و لرزه خیزی
• موقعیت مکانی لرزه های پیشین احتمالی
• تعیین فاصله گسل های نزدیک به پروژه
• هیدرومتری
• آزمایش دانه بندی خاک
• حدود اتربرگ
• تعیین دانسیته
• رطوبت خاک
• تعیین جنس و نوع خاک منطقه
• مشاوره در زمینه انتخاب و طراحی بهترین نوع پی
• آزمایشات میزان پایداری خاک در برابر حوادث طبیعی مثل زلزله
• برآورد صحیح ظرفیت باربری پی سازه
• محاسبه تنش و فشار جانبی خاک
• مشاوره در زمینه گودبرداری
• ارائه راهکار بهینه سازی شالوده سازه
• تعیین نتایج مربوط به تست های مکانیک خاک و سنگ
• آزمایش های کنترل کیفی خاک و بتن
• مطالعات و اجرای عملیات مقاوم سازی
• کنترل جوش

درباره شرکت ایستا سازه

با استفاده از تجهیزات نرم افزاری، سخت افزاری و ماشین آلات تخصصی مربوطه فعالیت خود را در زمینه خاص ژئوتکنیکی شامل مشاوره های تخصصی، ارائه راهکار مناسب جهت اصلاح مشکلات ژئوتکنیکی در پروژه های عمرانی، طراحی و اجرای سیستم های خاص پایدارسازی دیواره های خاکی و روشهای نوین بهسازی خاکی به انجام می رساند .

این فعالیتها شامل کلیه خدمات مطالعات و شناسایی های ژئوتکنیکی، نظارت تخصصی، ابزار دقیق و رفتار سنجی پروژه های ژئوتکنیکی، بهسازی لرزه ای ژئوتکنیکی سازه های موجود، طراحی و اجرای سیستم های پایدارسازی ترانشه ها و گودها: به روش های نیلینگ،انکراژ،ساخت از بالا به پایین یا تاپ دان ، دیوار برلنی،استرات وسازه نگهبان، اجرای میکروپایل، روشهای نوین حفاری و تزریق، دیوارهای خاک مسلح و ژئوسینتتیک ها، کنترل تراوش آب و زهکشی می باشد.

شرکت ایستا سازه   با تکیه بر دانش فنی و سوابق مدیران خود در مهندسی و ساخت پروژه های عمرانی و با هدف توسعه و گسترش فناوری نوین و تکنیکهای روز دنیا در زمینه مدیریت، طراحی، ساخت و اجرای پروژه های عمرانی شکل گرفته است.

این شرکت با برخورداری از نیروهای جوان ، مجرب، خلاق و نوآور، با تکیه بر تخصص و صداقت در کار و بهره گیری از آخرین دستاوردهای علمی و تکنولوژیکی درصدد ارائه خدمات مهندسی در گستره وسیعی از زمینه های مهندسی عمران می باشد.

دانش علمی و فنی در کنار تجربه ی اجرایی، مدیریتی و قراردادی، تیم فنی مهندسی “ایستاسازه” را به گروهی قابل اعتماد، جهت واگذاری کلیه مراحل برنامه ریزی، طراحی، اجرا و نیز مدیریت و نظارت راهبردی پروژه های عمرانی – ژئوتکنیکی تبدیل و انجام موفقیت‌آمیز بسیاری از پروژه‌های متنوع طرح و اجرای پایدارسازی و بهسازی خاک را تضمین نموده است.

• آدرس: میرداماد ، نبش آزیتا،پلاک ١ ، واحد ١
• ٠٢١٢٢٩٠٩۶۵۵
• ٠٩١٢١٣٠۴٣٢
• ایمیل: info@istasazeh-co.com

پایان مطلب