شناسایی های تحت الارضی

1. شناسایی های تحت الارضی

2. مقدمه برای طراحی شالوده ای که بار مشخصی از سازه را حمل می کند مهندس طراح باید از طبیعت و رفتارخاک زیرشالوده مطلع باشد. فرآیند شناسایی لایه های تحت الارضی و تعیین مشخصات فیزیکی آن شناسایی تحت الارضی نامیده می شود.

3. هدف از یک برنامه شناسایی تحت الارضی، تعیین اطلاعاتی می باشد که مهندس ژئوتکنیک را در موارد زیریاری دهد: 1- انتخاب نوع و عمق شالوده ای که برای سازه مناسب است. 2 - تخمین ظرفیت باربری پی 3 - تخمین نشست احتمالی سازه 4 - تعیین پتانسیل های مسئله سازخاک مثل قابلیت تورم،رمبندگی (colapsible) و غیره 5 - تعیین سطح آب زیر زمینی 6- تعیین فشار جانبی خاک بر روی سازه هایی نظیر دیوار های حائل،سپر و سازه نگهبان در ترانشه مهار شده 7 - تعیین روش های اجرایی باری تغییر شرایط تحت الارضی

4. مطالعات تحت الارضی از گام های اساسی زیر تشکیل می شود: گام اول: جمع آوری اطلاعات اولیه این گام مشتمل است بر کسب اطلاعاتی درباره سازه مورد ساخت و استفاده عمومی از آن و شناسایی کلی خاک منطقه که از نقشه های زمین شناسی و گزارشات ژئوتکنیکی به دست می آید.

5. گام دوم : بازدید محلی مهندس پی باید همیشه بازدیدی از منطقه بمنظور بازرسی چشمی داشته باشد. هدف از این بازدید کسب اطلاعاتی در مورد بررسی توپوگرافی،لایه بندی،روییدنی های سطحی،حداکثر تراز آب در منطقه،استفاده از داغی آب،تراز آب چاه ها و بررسی پی ساختمان های مجاور و احداث چند چاهک شناسایی می باشد.

6. عملیات شناسایی عملیات شناسایی شامل طرح ریزی عملیات گمانه زنی، اخذ نمونه ها در اعماق مختلف برای شناسایی و انجام آزمایشهای آزمایشگاهی می باشد.

7. حداقل عمق گمانه ها بر اساس روشی که توسط مهندسان عمران امریکایی ارائه شده است در جدول زیر ارائه شده است:

8. برای ساختمان های عمومی نظیر ساختمانهای اداری و بیمارستان هاو موارد مشابه،ساور و ساور(1970) قوانین زیر را برای تعیین عمق گمانه ها ارائه کرده اند:

9. وقتی که حفر ترانشه ها و خاکبرداری های عمیق مورد نظر باشد،عمق گمانه حداقل باید 1.5 برابر عمق خاکبرداری باشد. جدول زیر توصیه هایی برای تعیین فواصل گمانه ها ارائه شده است:

10. روش های گمانه زنی

11. 1- گمانه زنی با استفاده از مته های مارپیچ(َAuger Boring) گمانه زنی با استفاده از مته های مارپیچ ساده ترین روش گمانه زنی است.در شکل زیر دو نوع مته دستی نشان داده شده است.مته های دستی در دو نوع قاشقی( شکل الف) و مارپیچ ( شکل ب) موجود هستند و حداکثر عمق پیشروی آنها 3 تا 5 متر است.کاربرد آنها در گمانه زنی برای راهها و ساختمانهای سبک می باشد. در صورتیکه احتیاج به گمانه با عمق بزرگ باشد از مته های مارپیچ که نیروی محرکه دورانی آنها توسط یک موتور دیزل سوار بر پشت کامیون تامین می گردد استفاده می شود.با استفاده از این مته ها می توان گمانه هایی به عمق 60 تا 70 متر حفاری کرد.

12. نمایی ازمته دستی

14. 2 - گمانه زنی تزریقی (Wash Boring) در این روش یک غلاف فولادی بطول 2 تا 3 متر داخل خاک کوبیده می شود.خاک داخل غلاف بوسیله یک سرمته ضربه ای (Chopping Bit) که به میله حفاری متصل است،کنده می شود.از طریق میله حفاری نیزآب تحت فشار به سر مته فرستاده می شود که این آب در برگشت محصولات حفاری را با خود به بالا می آورد.

17. 3 – گمانه زنی دورانی(Rotary Drilling) گمانه زنی دورانی تکنیکی است که در آن سرمته هایی که به سر میله حفاری نصب شده اند،باسرعت زیادی دوران کرده و خاک و سنگ موجود در نوک سرمته را بریده،آسیاب کرده و به عمق نفوذ می کنند.از حفاری دورانی می توان در ماسه،رس و سنگ ( به استثنای سنگ های خیلی درزدار)استفاده کرد.

21. 4 - گمانه زنی پرکاشن (Percussion Drilling) دراین روش با بلند و رها کردن یک سر مته سنگین، ته گمانه خرد شده و محصولات حفاری با تزریق آب به سطح زمین آورده می شوند.

23. روش های نمونه گیری در حین شناسایی های تحت الارضی، دو نوع نمونه خاک ممکن است اخذ شود: 1 – نمونه های دست خورده ((Disturbed 2 – نمونه های دست نخورده ( Undisturbed)

24. از نمونه های دست خورده می توان برای انجام آزمایشهای آزمایشگاهی زیر استفاده کرد: 1 – آزمایش دانه بندی 2 – تعیین حدودمایع و خمیری 3 – چگالی دانه ها 4 – تعیین میزان مواد آلی 5 – طبقه بندی خاک باید توجه داشت که از نمونه های دست خورده نمی توان برای انجام آزمایشهای تحکیم یا مقاومت برشی استفاده کرد.برای چنین آزمایشاتی باید نمونه های دست نخورده اخذ گردد.

25. نمونه گیری با استفاده از نمونه گیر قاشقی ازنمونه گیر قاشقی برای اخذ نمونه های دست خورده استفاده می شود.درشکل زیر مقطعی از نمونه گیر قاشقی استاندارد نشان داده شده است.

27. عدد نفوذ استاندارد( Standard Penetration Number) با توجه به نفوذ نمونه گیر درداخل خاک و مشخص نمودن میزان کیفیت خاک،شاخصی جهت مشخص نمودن میزان قابلیت نفوذ نمونه گیر الزامی است.بدین منظور ثبت تعداد ضربات لازم جهت نفوذ دو مرحله 15 سانتی متری انتهایی به داخل خاک بعنوان عدد نفوذ استاندارد (N) کیفیت خاک مشخص می شود. تعیین عدد نفوذ استاندارد و نمونه گیری توسط نمونه گیر قاشقی،معمولاً در فواصل 1.5 متری انجام می شود.

28. درجه دست خوردگی نمونه خاک طبق رابطه زیر تعریف می شود: وقتی که نسبت سطح مساوی و یا کمتر از% 10 باشد نمونه دست نخورده تلقی می شود.

29. برای نمونه گیر استاندارد قاشقی داریم:

30. علاوه بر اخذ نمونه،آزمایش نفوذ استاندارد معیار خوبی برای تخمین خواص مقاومتی خاکها می باشد.برای مثال سفتی خاکهای رسی را می توان به عدد نفوذ استاندارد ربط داد.این ارتباط در جدول زیر نشان داده شده است.

31. در خاکهای دانه ای مقدار N تابعی از فشار موثر سربار می باشد. بنابراین عدد نفوذ استاندارد از رابطه زیر قابل محاسبه است:

32. ساده ترین روابط تجربی برای ضریب اصلاح که توسط لیائو و ویتمن (1986)پیشنهاد شده است بصورت زیر قابل بیان است:

34. در جدول زیر یک ارتباط تقریبی بین عدد نفوذ استاندارد و تراکم نسبی ماسه ارائه شده است.

35. نمونه گیر پیچشی( Scraper Bucket) وقتی که نهشته خاک،ماسه همراه با سنگریزه باشد،امکان اخذ نمونه توسط نمونه گیر قاشقی همراه با فنر مغزه گیری نیست،چون سنگریزه ها ممکن است جلوی بسته شدن فنر ها را بگیرند.در چنین حالتی برای اخذ نمونه های دست خورده می توان از نمونه گیر پیچشی استفاده کرد.

37. نمونه گیر جدار نازک نمونه گیر جدار نازک که اغلب نمونه گیر شلبی خوانده می شود از فولاد بدون درز ساخته شده است و از آن برای اخذ نمونه های رسی دست نخورده استفاده می شود.از نمونه های اخذ شده در این روش می توان برای انجام آزمایشهای تحکیم یا برش استفاده کرد.

39. نمونه گیر جدار نازک به قطر خارجی 50.8 میلیمتر دارای قطر داخلی 47.63 میلیمتر می باشد.

40. نمونه گیر پیستونی وقتی قطر نمونه های دست نخورده بیشتر از 76.2 میلیمتر (3 اینچ) شود،نمونه ها در هنگام بالا کشیدن نمونه از ته گمانه،ممکن است از داخل نمونه گیر بیرون بیفتند.در چنین مواردی نمونه گیر های پیستونی بسیار مفید می باشند. نمونه گیرهای پیستونی در انواع مختلف یافت می شوند، لیکن نمونه گیر پیشنهاد شده توسط استربرگ(1952) مفیدترین و متداولترین می باشد.

42. مشاهده سطح آب زیر زمینی حضور سفره آب زیرزمینی در نزدیکی شالوده، تاثیر عمده ای در روی ظرفیت باربری و نشست شالوده دارد. برای تعیین دقیق سطح آب زیرزمینی می توان از پیزومتر استفاده کرد.شکل زیر یک پیزومتر نصب شده در داخل گمانه را نشان می دهد.

44. آزمایش برش پره با استفاده از آزمایش برش پره می توان در حین حفاری گمانه مقاومت برشی زهکشی نشده خاکهای رسی،بخصوص رسهای نرم را تعیین کرد. وسیله آزمایش برش متشکل از چهار تیغه فولادی می باشد که به انتهای میله جوش شده اند.به بالای میله لنگر پیچشی اعمال می شود و با افزایش لنگر پیچشی،پره ها در خاک یک سطح گسیختگی استوانه ای ایجاد می نمایند.

46. حداکثر لنگر پیچشی اعمال شده میله را می توان به مقاومت زهکشی نشده خاک رس طبق روابط زیر ربط داد:

47. یو اس بی آر برای H*D از ابعاد 4*2 و 6*3 و 8*4 اینچ استفاده می کند. آشتو نیز ابعاد زیر را پیشنهاد می کند:

48. اس و همکاران (1986) تغییرات ضریب اصلاح را بر حسب نسبت بدست آمده در صحرا به فشار مؤثر سربار موجود مطابق شکل زیر ارائه می کند:

49. ماین و مایکل (1988) رابطه زیر را برای تعیین ضریب اضافه تحکیم OCR (نسبت فشار پیش تحکیمی به فشار سربار موثر موجود) از روی مقاومت برشی آزمایش برش پره در صحرا پیشنهاد می کنند:

50. مثال