خانه - خدمات إیستاسازه - ما هي دراسات التربة أو الدراسات الجيوتقنية؟ (Site Investigation)

دراسات التربة أو الدراسات الجيوتقنية هي فرع متخصص من الهندسة المدنية هادفاً إلی تحديد خصائص هندسة التربة والصخور وكيفية تفاعلها مع التنمية المدنية المستقبلية.

الغرض من هذه الدراسات ، التي تسمى دراسات موقع البناء أيضًا ، هو تحديد المتغيرات للبشر والبیئة من أجل:

1) تصمیم:

• الأساس
• البنیة التحتیة
• الهیاکل الأرضیة

2) تقدبر المخاطرات:

• الجيوتقنية
• البيئیة
• الهيدروجيولوجيا
• الجيولوجية

يمكن تحقيق أعلى مستويات السلامة وأداء الوظیفة الأمثل من خلال إجراء هذه الدراسات في مشاريع البناء.

يمكن إجراء دراسات الموقع للأغراض المختلفة بما فیها:

• تحديد مکان المشروع
• استقرار الحفرة
• تصميم الأساس
• تحسین التربة
• تأثيرات المشروع على البيئة
• معالجة شروط السلامة وتثبیت الهيكل الحالي
• تعزيز الهيكل

طریقة تنفیذ دراسات التربة (دراسات جیوتقنیة)

تتم دراسات التربة أو الدراسات الجيوتقنية في جزأين:

• الدراسات الميدانية: دراسة تفصيلية لموقع المشروع وجمع المعلومات المطلوبة ، وكذلك حفر آبار ، والاختبارات في الموقع کإختبار الاختراق القياسي(SPT) ، و إختبار الاختراق المختلطCPT) )، و اختبار ريشة القصVane، مقياس الضغط وتحميل الصفحات و اختبار القص المباشر في الموقع ، إختبار النفاذية القياسیة (لوجان ولوفران).

• الدراسات الإختباریة: إجراء الفحوصات المطلوبة بما في ذلك: الاختبارات الفيزيائية والكيميائية والميكانيكية حسب نوع التربة مثل:
•  تحليل حجم الجسيمات (Particle Size Analysis):

نظرًا لأهمية فهم نشر حبيبات التربة وحجمها ، يتم إجراء اختبار التحبيب في معظم المختبرات.

يتم التحبيب بطريقتين رئيسيتين التالیین:

• غربلة: في طريقة الغربلة ، يتم الحصول على النسب المئوية لوزن حبيبات التربة المختلفة باستخدام مجموعة من الغربال وإهتزازها. غالبًا ما يستخدم هذا الاختبار لفصل الجزيئات الأكبر من غربال رقم 200 وتحديد النسبة المئوية للرمل الموجود في التربة

• هیدرومتری و مقیاس کثافة السائل: يستخدم الاختبار الهيدرومتري أيضًا في التربة ذات الحبيبات الدقيقة لتقييم توزيع الجزيئات في التربة وتحديد النسبة المئوية للوحل والصلصال

• اختبار حدود اتربرغ (Atterberg limits test):

تتغیر حالات التربة ذات الحبيبات الدقيقة حین زيادة كمية الماء الممتصة. تؤدي زيادة المياه إلى تغطية الحبوب بطبقة من الماء السطحي. ، تضاف سماكة طبقة الماء حول الحبوب بإضافة المزيد من الماء ، ويسهل إنزلاق الحبوب بعضها فوق البعض ، فلذلك ، يعتمد تغییر التربة على كمية الماء في المجموعة.

يمكن تصنيف التربة ذات الحبيبات الدقيقة إلى حالة صلبة وشبه صلبة وحالة اللدونة والسیولة علی حسب نسبة رطوبة فیها. تظهر الإختلاف الموجودة بين هذه الحالات في الرسم البياني التالي:

حد السیولة (LL): (الحد بین حد اللدونة و السیولة):  هو نسبة الرطوبة التي تعمل فيها التربة كسائل لزج في هذه الرطوبة وما فوقها.

حد اللدونة (PL): (الحد بین حالة اللدونة و حالة شبه الصلبة):هي نسبة الرطوبة التي تعمل فيها التربة كعجينة قبل أن تصل إلى مستوي السیولة.

حد الإنکماش (SL): (الحد بین حالة الصلبة و شبه الصلبة): هي النسبة المئوية للرطوبة التي إذا كانت رطوبة التربة أقل ، فلا يوجد تغيير في حجم التربة

مؤشر اللدونة (PI): (الإختلاف بین حد السیولة و حداللدونة): نسبة الرطوبة التي يجب إضافتها إلى التربة لتغیر من حداللدونة إلى حدالسیولة.

مؤشر السیولة (LI): هو نسبة الاختلاف بين نسبة رطوبة التربة في الموقع حین حداللدونة مقسومًا على مؤشر اللدونة.

• إختبار نفاذیة (Permeability Test):

نظرا إلي المساحات الفارغة داخل التربة ، من الممكن أن تتدفق المياه من نقاط ذات طاقة عالية إلى نقاط ذات طاقة منخفضة. لذلك ، بشكل عام ، يمكن اعتبار التربة قابلة للاختراق. لذلك ، من الضروري تقدير كمية تسرب المياه الجوفية في ظل ظروف هيدروليكية مختلفة ، لمعالجة القضايا المرتبطة بضخ المياه في عمليات البناء تحت الأرض ، وتحليل ثبات السدود الترابية وهياكل الاحتفاظ بالتربة تحت قوى التسرب. تشير النفاذية العالية إلى أن الماء يتدفق بسرعة عبر المساحات الفارغة في التربة. يتم إجراء معامل النفاذية في المختبر بطريقتين:

• إختبار نفاذیة بطریقة الرأس الثابت (Constant head)
• إختبار هبوط نفاذیة الرأس (Falling head)

• إختبار القص ثلاثي المحاور (Triaxial Test):

توضع عينة التربة في وعاء ثم يتم الضغط عليها من جميع النواحي. في هذه الحالة ، إذا تُركت صمامات مخرج الماء مفتوحة وأدی الاختبار بطيئًا بقدر الکفایة ، فتستحکم العينة وسيصل ضغط المسام إلى الصفر. بعد هذه المرحلة ، يتمزق العينة عن طريق إجهاد الانحراف ، وفي هذه المرحلة إذا تبقي الصمامات مفتوحة ویقلل سرعة الاختبار بقدر الکفائة ، فسيتم تصریف العينة. تتكرر هذا الإختبار تحت ضغوط جانبية مختلفة ، ثم ترسم دائرة الموهر ومغلفها ، ویحاسب تماسک التربة عن طریق منحدر خط الإنفصال ، وزاوية الاحتكاك الداخلي للتربة ونقطة التقاطع مع المحور. يتم إجراء هذا الاختبار بثلاث طرق:

1) المجمعة المستنفذة (CD)

1)المرحلة الأولی: أولاً ، يتم تطبيق الضغط الشامل ، ثم يُسمح للعينة بالتنفیذ تمامًا حتى ينخفض ​​ضغط ماء المسام إلى الصفر.

2)المرحلة الثانیة: يتم تطبيق إجهاد الإانحراف ببطئ ، ثم يُسمح للعينة بالتنفیذ تمامًا حتى ينخفض ​​ضغط ماء المسام إلى الصفر. في حالة التمزق ، سیصل ضغط الماء في الحفر إلی الصفر.

فلذلک توجد المعاملات التالیة لتطبیق إختبار المجمعة المستنفذة لحظة الإنفصال:

2) المجمعة الغير مستنفذة (CU)

1)المرحلة الأولی: فی البدایة يتم تطبيق الضغط الشامل ، ثم يُسمح للعينة بالتنفیذ تمامًا حتى ينخفض ​​ضغط ماء المسام إلى الصفر.

2)المرحلة الثانیة: يتم تطبيق إجهاد الإانحراف ببطئ ، ولايُسمح تنفیذ العينة فلن یصل ​​ضغط ماء المسام إلى الصفر

فلذلک توجد المعاملات التالیة لتطبیق إختبار المجمعة الغیر المستنفذة لحظة الإنفصال:

3) الغير مجمعة الغير مستنفدة (UU)

1) المرحلة الأولی: فی البدایة يتم تطبيق الضغط الشامل ، ثم يُسمح للعينة بالتنفیذ تمامًا ولايُسمح تنفیذ العينة فلن یصل ضغط ماء المسام إلى الصفر.

2) المرحلة الثانیة: يتم تطبيق إجهاد الإانحراف ببطئ ، ولن یسمح بالتنفیذ.

فلذلک توجد المعاملات التالیة لتطبیق إختبار الغیر مجمعة الغیر المستنفذة لحظة الإنفصال:

اختبار القص المباشر (Direct Shear Test):

في هذه التجربة ، توضع عينة من التربة داخل الجهاز الذي یتكون من جزأين منفصلين. الجزء السفلي من الجهاز ثابت ولا يمكن تحريكه ، ولكن يمكن تحريك الجزء العلوي من الجهاز على الجزء السفلي ويتم قياس إزاحته أثناء الاختبار. في اختبار القص المباشر ، يتم أولاً تطبيق الحمل الرأسي على العينة. ثم يتم تطبيق حمل القص على النصف العلوي من الماكينة حتى تنكسر العينة. القص والضغط العمودي في لحظة التمزق يساوي:

وفیه حرف A هو المقطع العرضي للإنفصال. یکرر عدد من الإختبارات مع ضغوط رأسية مختلفة. ستكون زاوية الاحتكاك الداخلي لعينة الاختبار مساوية لإنحدار الخط الحاصل:

• الإختبار الإندماجیة (Consolidation Test):

عادة ما يتم الإختبار الإندماجیة ذات بعد واحد علی التربة ذات الحبيبات الدقیقة. في هذه التجربة، يرد عينة التربة في وعاء فولاذي وضعت بين اثنين من صخور مسامية في وعاء أسطواني مملوء بالماء. صفيحة الصلب تحميل الموجودة على الصخور المسامية یضع حمولة الرأسي علی العينة. هذه الحمولة يتسبب نزول التربة. یزداد الحمل تدريجياً ويتم ینتقل التسلسلات التي تم تحميلها التحميل ویستنتج نزول العينة فی خطوات التحميل في أوقات محددة. في كل مرحلة، يستمر التحميل حتى یمکن التسامح علی نزول العینة وإلغاء الضغط الزائد تحت هذا الحمل.

•  إختبار الضغط غیر محصور (Unconfined Compression Test):

إختبار الضغط غیر محصور (قوة الضغط البسيطة أو قوة الضغط غير المقيدة) هو وضع خاص للاختبار ثلاثي المحاور الغير مجمعة الغير مستنفدة  حيث يكون الضغط الكلي صفراً. في هذه الإختبار ، يؤدي إجهاد الانحراف المطبق على العينة إلى إنفصالها.

• الإختبارات الکیمیاویة
• إختبار نسبة تحمیل کالیفورنیا (California Bearing Ratio, CBR):

تم استخدام هذا الإختبار سنة 1929 ، قبل الحرب العالمية الثانية ، من قبل إدارة الطرق في كاليفورنيا. تحدد مقاومة القص للتربة عند رطوبة معينة وجاذبية معينة. بمساعدة هذا الاختبار.

هذا المتغير مهمة جداً في:

• بناء الأساس للتعبير عن النوعية النسبية للتربة تحته

• بناء الطرق للحصول على مقاومة قص التربة ضد أحمال المرور

نظراً لما یذکر: إنّ اختبار CBR هو الحمل المطلوب لاختراق مكبس القياسي بشكل وسرعة وعمق معينين في العينة المطلوبة إلی القوة الضروریة لغمر المكبس بنفس الخصائص في المواد القياسية.

كلما زادت مقاومة سطح التربة ، زاد معدل CBR. المادة القياسية لهذا الإختبار هي الحجر الجيري المطحون في كاليفورنيا مع نسبة 100 لـ CBR ، هذا الأمر یشیر إلی أن مشاهدة المقادیر المزیدة من 100 في التربة المضغوطة ليست غير متوقعة. توضح المعادلة التالية طريقة الحصول على هذه القيمة بحيث أن p یعتبر الضغط المقاس في الموقع و ps یعتبر الضغط المطلوب لتحقيق اختراق متوازن في التربة القياسية.

• إخنبار بروکتور (Compaction Test):

في العديد من الهياكل الترابية ، مثل السدود والجدران الاستنادية والطرق السريعة والمطارات ، يعد ضغط التربة أمرًا ضروريًا

تکثیف التربة هو تقليل حجم التربة عن طريق خروج الهواء باستخدام القوة. في هذه الحالة ، يزداد الاحتكاك بين الجزيئات ويزداد وزن الوحدة. هذا الوزن هو مقياس کثافة التربة.

يتم عمل الضغط لزيادة مقاومة القص وتقليل نفاذية التربة و تشمل العوامل التي تؤثر علیه ما يلي:

• جنس التربة
• الطاقة
• الرطوبة

اخترع بروكتور طريقة لتحديد أقصى ثقل خاص للتربة الجافة سنة 1933 ، فلذلک يُعرف هذا الاختبار باختبار البروكتور.

يتم إجراء اختبار بروكتور بطريقتين:

1) الطريقة القياسية (الضغط اليدوي): تستخدم هذه الطريقة مطرقة بوزن 5.5 بوند وارتفاع سقوط 13 بوصة (قدم واحدة) و 56 ضربة في ثلاث مستویات من الضغط وقطر 6 بوصات.

2) الطريقة المعدلة (الكثافة المتقدمة): تستخدم هذه الطريقة مطرقة بوزن 10 بوند وارتفاع سقوط 18 بوصة (قدم ونصف) و 25 ضربة في خمس مستویات من الكثافة وقطر 4 بوصات.

• إختبار مقاومة الخرسانة للضغط (Compressive strength of concrete) :

قوة الضغط تظهر کمقاومة ضد الخسارة المنتجة من أحمال الضغط. تعتبر مقاومة الخرسانة للضغط من أهم خصائص الخرسانة. في مشاريع مختلفة للأجزاء الخرسانية ، يتم تحضير 3 عينات على الأقل. يتم اختبار عينات الخرسانة المصنوعة تحت قوة الضغط للحصول علی مقاومة الضغط. تحتسب مقاومة الضغط عن طريق قسمة حمل الكسر على المقطع العرضي للعينة ، عادةً بعد 28 يومًا من تخزين الخرسانة ومعالجتها. كلما انخفضت نسبة الماء من الأسمنت ، زادت قوة الضغط.

فی النهایة بعد تجمیع نتائج من التجارب الميدانية والمخبرية ، خلال مراجعة النتائج المذكورة آنفاً وإزالة النتائج غير الصحيحة ، تفسر الشروط القائمة وتقدم بشكل تقرير الدراسات الجيوتقنية والتوصيات الفنية والتنفيذية المرتبطة بالمشروع بناءً على المعايير الداخلية والأجنبية الموثقة التي ستوافق عليها منظمة الهندسية لمحافظة طهران إذا لزم الأمر.

مواضع إستعمال دراسات التربة (الدراسات الجيوتقنية)

الإضافة إلى أهمية دراسات التربة أو الدراسات الجيوتقنية في الإنشاءات الحضرية والسكنية والتجارية ، يمكننا الإشارة إلی مواضع الإستعمال التالية:

• مشاريع النفط والغاز وإنشاء الهياكل المتخصصة
• المشاريع المرتبطة بإنشاء خطوط نقل الطاقات
• بناء السدود ومحطات الطاقة الكهرومائية
• تقدیم الإستشارة لمشاريع توصیل المياه وأنظمة الصرف الصحي البلدية والصناعية
• مشاريع البناء السكني والتجاري
• کشف المناجم وحفرها

أهداف دراسات التربة (دراسات جیوتقنیة)

أهم الأهداف والنتائج التي يمكن الحصول عليها من دراسات التربة (دراسات جیوتقنیة) هي:

• التعرف الکامل علی مستویات الإرض
• تحديد الخواص الفيزيائية والميكانيكية للمستویات
• تحديد نوع الأساس للمبنى وكيفية تركيبه
• عمق الأساس المناسب
• محاسبة قدرة الأساس وتحديد معامله
• ثقل التربة المختص بها
• الزاویة المؤثرة للإحتکاک الداخلیة
• معامل التصاق
•  معامل المرونة
• تصنيف جنس الأرض وفقًا للائحة 2800 لإیران (النوع 1 أو 2 أو 3 أو 4)
• أفضل الإسمنت
• اختبار الخرسانة
• معالجة المياه الجوفية في المنطقة
• معالجة حالة الأرض لحدوث الزلزة في المنطقة
• إستخراج المعلومات الدقیقة عن حجر الأساس
• الدراسات الجيولوجية والزلزالية
• معالجة موقع الزلازل السابقة المحتملة
• العنایة بمسافة الفوالق القريبة من المشروع
• قياس کثافة السوائل (هیدرومتری)
• إختبار غربلة التربة
• معالجة حد إتربرغ
• معالجة حد الكثافة
• رطوبة التربة
• معالجة نوع التربة في المنطقة
• الإستشارة في مجال إختيار أفضل الأساس وتصميمه
• إختبارات عن نسبة تثبیت التربة ضد الكوارث الطبيعية مثل الزلازل
• المحاسبة الصحیحة عن قدرة الأساس
• حساب إجهاد التربة والضغط الجانبي
• الإستشارة في محجال الحفر
• تقديم حللول لتحسين أساس الهيكل
• تحديد نتائج إختبارات المرتبطة بميكانيكا التربة والصخور
• إختبارات مراقبة جودة التربة والخرسانة
• دراسات وتنفيذ عمليات لتعزیز البناء
• المراقبة عن اللحام

المنشورات ذات الصلة :

•  FHWA
• RSA-Geotechnics
• Southern Testing
• Sub Surface
• Ecologia-Environmental