شناخت ژئوتکنیکی زمین چیست؟
در حالت ساده می‌توانیم شناخت ژئوتکنیکی زمین را شناخت رفتار زمین ( رفتار شناسی) زمین بنامیم. در حوزه‌ی ساخت و ساز این موضوع باید برای به دست آوردن اطلاعات و گردآوری آن‌ها برای بررسی مواردی از قبیل لایه‌بندی خاک، تراکم و نوع دانه‌بندی خاک، شرایط آب‌های زیر زمین و همچنین تراز‌سنگ بستر به مهندسی کمک کند. بررسی‌های لازم ژئوتکنیکی، اطلاعات کافی را برای برنامه‌ریزی و طراحی بنا، نوع پی و همچنین پیش بینی مشکلات احتمالی که امکان بروز در مراحل اجرا و یا حتی پس از اتمام پروژه خواهد داشت را، باید در اختیار مهندسین قرار دهد. برای بدست آوردن این اطلاعات مهم از روش گمانه زنی به روش‌های مختلف استفاده می‌کنند.
بررسی‌های ژئوتکنیکی شامل سه مرحله زیر است.
- بررسی مقدماتی
- بررسی طراحی
- بررسی کنترلی
برای انجام بررسی‌های لازم و کسب اطلاعات باید توپوگرافی منطقه، وجود مناطق ناپایدار، عکس‌های هوایی موجود، سطح آب‌های زیرزمین، موقعیت ساختان‌های مجاور و غیره را لازم داریم. برای این کار نیاز به آزمایش خاک خواهیم داشت تا اطلاعات لازم را در این زمینه بدست بیاوریم.
۴ هدف اصلی از آزمایش خاک
۱- شناخت جنس و نوع خاک
برای بارگذاری بر روی خاک نیاز به اطلاعات دقیقی در مورد ظرفیت باربری خاک سطح زیرین سایت پروژه داریم. با انجام آزمایشات و تشخیص نوع خاک مهندس می‌تواند نسبت به انتخاب مناسب، برای اقدامات لازم برای بهسازی و استحکام لازم برای خاک با روش‌های متفاوت اقدام کند. به عنوان مثال خاک رس قابلیت بارگذاری ندارد و مستعد نشست حتی در کوتاه مدت است، ولی در مقابل خاک‌های شنی نفوذپذیری بالاتر و ظرفیت باربری بیشتری را دارند. شناخت درست نوع خاک استحکام پروژه را در مراحل بعدی تضمین می‌کند و همچنین تعیین مقاومت خاک برای طراحی پی ضروری خواهد بود.
۲- رطوبت موجو در خاک
رطوبت موجود در خاک از عوامل مهم تاثیرگذار است، زیرا همانطور که می‌دانیم آب بزرگترین دشمن مهندس در ساختمان است. آب به دلیل قدرت زیادی که در تخریب دارد و کنترل سخت آن در برابر نفوذ در بستر ساختمان، تعیین سطح آب‌های زیر زمینی و همچنین میزان رطوبت موجود در خاک از مهم‌ترین عوامل است. میزان رطوبت بر پایدار سازی سازه و ظرفیت تحمل خاک نیز تاثیر می‌گذارد. رطوبت خیلی ک منجر به ترک خوردگی و انقباض خاک خواهد شد، در مقابل رطوبت زیاد می‌تواند منجر به تخریب سازه بشود. به همین دلیل اطلاع از سطح آب‌های زیرزمین برای ما امری ضروری است، در صورت وجود آب مهندسین با روش‌هایی مثل زهکشی آب را منحرف می‌کنند تا رطوبت به داخل ساختمان و فونداسیون نفوذ نکند.
۳- روانگرایی خاک
روانگرایی فرآیندی است که طی آن خاک در هنگام زلزله استحکام و مقاومت خود را از دست می‌دهد و برعکس ماهیت جامد بودنی که دارد، رفتاری شبیه به مایعات از خود نشان می‌دهد. زلزله‌هایی مانند زلزله آلاسکای آمریکا و نیگاتای ژاپن که باعث تخریب‌های زیاد و همچنین روانگرایی خاک شدند. این زلزله‌های بزرگ باعث شد پژوهشگران در مورد رفتار خاک مطالعه بسیاری کنند. براساس اطلاعات به دست آمده، روانگرایی از تنش موثر ایجاد شده در خاک بر اثر زلزله ایجاد می‌شود. در آزمایش خاک برای تعیین حساسیت خاک به روانگرایی که می‌تواند آسیب جدی به سازه بزند و موجب خرابی شود نیز باید در نظر گرفته شود.
۴- حفاظت از محیط زیست
در آزمایش خاک برای تعیین وجود آلاینده‌هایی مانند جیوه، سرب و مواد خطرناک که احتمال وجود در خاک داشته باشند نیز مورد بررسی قرار می‌گیرند. این مواد آلی هم برای انسان و هم برای محیط زیست به شدت مضرر هستند.
گمانه چیست؟
تعیین رفتار خاک به صورت حفاری را گمانه زنی می‌نامیم. به منظور ارزیابی مقاومت برشی خاک و تغییر شکل پذیری در شرایطی که تحت بار استاتیکی و لرزه‌ای قرا می‌گیرد نیاز به آزمایش از طریق گمانه است. برای طبقه بندی خاک و انجام آزمایشات لازم برای طراحی واجرای ساختمان به نسبت خاک و بستر موجود در سایت، باید خاک سطح زیزین را تحت آزمایشات لازم قرار دهیم. به این منظور از حفاری گمانه یا چاهک برای انجام آزمایشات لازم و دسترسی به خاک سطح زیرین استفاده می‌کنیم. گمانه زنی با حفر سوراخ یا چاه در عمق مورد نظر با استفاده از ابزار و ماشین‌آلات انجام می‌گیرد. گمانه‌ها با توجه به دلایل مختلف و ضوابط مبحث ۷ مقررات ملی ساختمان در هر پروژه با تعداد متفاوت و همچنین فواصل خاصی انجام می‌شود. عمق گمانه‌زنی نیز به نسبت خاک بستر متفاوت است. یکی از دلایل اصلی گمانه‌زنی را می‌توانیم به بررسی ضرورت شبکه زهکشی و شمع ریزی پیو نام ببریم.
روش‌های حفاری گمانه برای نمونه برداری خاک
حفاری گمانه به دو روش دستی و همچنین ماشینی با انواع متفاوت ماشین‌آلات صورت می‌گیرد. انتخاب نوع حفاری برای گمانه زنی به عوامل متعددی مانند جنس مصالح زمین، هدف از حفاری، موقعیت جغرافیایی، دسترس بودن دستگاه‌ها، قطر و عمق مورد نیاز برای گمانه از عواملی هستند که باید مورد توجه قرار گیرند.
در تمام خاک‌ها و زیرآب- گمانه‌زنی به روش دورانی
برای گمانه زنی در انواع خاک و حتی در زیر آب این روش جواب‌گو است. برای دست‌یابی به خاک دست نخوره مخصوصا در خاک‌های چسبنده باید سرعت دوران و فشار مته محدود و کم باشد.
خاک چسبنده و نرم- گمانه زنی به روش اوگر(میله توپر)
در سایت پروژه که دارای خاک نرم باشد و این خاک چسبندگی زیادی دارد و هدف از حفاری گمانه زنی در این خاک عمق کم است، از میله اوگر توپر استفاده می‌شود. این دستگاه نمونه‌های دست نخورده را با چرخاندن میله به صورت مارپیچی در دسترس قرار می‌دهد. در این روش پس از خروج کامل میله توپ اوگر دیواره ریزش می‌کند، به همین دلیل عمق حفاری در این نوع همیشه کم خواهد بود. حفاری با میله اوگر تو خالی نیز در بالای سطح آب کاربرد دارد.
در انواع خاک و سنگ- گمانه زنی به روش دورانی با مغزه‌گیری پیوسته
در این روش یک لوله استوانه‌ای به صورت تو خالی به داخل دل خاک به کمک فشار و دوارن با کمک سیستم هیدرولیکی نفوذ می‌کند. نمونه‌های خاک اخذ شده از داخل مغزه موجود در این روش را نمی‌توانیم به عنوان خاک دست نخورده در نظر بگیریم. در این روش عموما نمونه با کیفییت نیستند.
حفاری به صورت دستی
در صورت که خاک مورد نظر دارای مقدار زیادی قلوه سنگ باشد حفاری با دستگاه‌ها به منظور گمانه زنی فراهم نیست، در این صورت گمانه‌ها به صورت چاه دستی حفر می‌شوند. در تمامی پروژه‌ها حفر حداقل یک چاه دستی برای مشاهده بافت خاک موجود الزامی است، حفر این چاه دستی را حداکثر تا سطح آب‌های زیر زمینی ادامه می‌دهند. چاه دستی به تعداد حداقل گمانه‌ها که در جدول بالا کر شده اضافه نمی‌شود.
گمانه‌ها نیز بنا به تشخیص مهندس ژيوتکنیک ممکن است به صورت کاملا عمودی و یا شیب دار انجام گیرند. همچنین عمق، فاصله و تعداد گمانه‌ها در انجام این روش در سایت هر پروژه متفاوت خواهد بود که تشخیص آن توسط مهندس ژئوتکنیک انجام می‌پذیرد.
فاصله و تعداد گمانه‌ها برا تشخیص خاک بستر
فاصله گمانه‌ها به شرایط مختلفی بستگی دارد. در صورت منفرد بودن ساختمان و چه در صورت ساختمان سازی به صورت انبوه و گسترده فاصله گمانه‌ها تغییر می‌یابد. پیچیدگی لایه‌های زمین و لایه بندی آن و همچنین قرارگیری در مجاورت گسل‌ها ، نزدیک کوه‌ها، زمین‌های ناهموار، دره‌ها و چین خوردگی‌‌ها باعث اضافه شدن به تعداد و فاصه گمانه‌ها خواهد شد. اهمیت ساختمان‌ها بر اساس استاندار ۲۸۰۰ نیز تعیین کننده فاصله و تعداد گمانه‌ها است. در مبحث ۷ مقررات ملی ساختمان جدول را در این خصوص قرار گرفته شده است. ( اعداد جدول به صورت حداقل مقادیر لازم هست.)
در تعداد گمانه‌ها در یک سایت سطح اشتغال مورد نظر به نسبت اهمیت ساختمان و همچنین لایه‌بندی خاک تعداد گمانه‌ها را مشخص می‌کند. در صورتی که گمانه‌زنی برای شناخت یک ساختمان انبوه و به صورت گسترده باشد حضور متخصص ژئوتکنیک در محل ضروری و الزامی است. گودبرداری جزء عواملی است که بر روی تعداد گمانه‌ها اثر‌گذار است به این صورت که اگر ساختمانی در تراز صفر و روی زمین اجرا شود با ساختمانی که در تراز منفی قرار دارد و داری چند طبقه زیرزمین است، دارای تعدادگمانه بیشتری خواهد بود.
گمانه‌های گودبرداری نیز به تعداد کلی گمانه‌ها محاسبه شده همیشه اضافه می‌شود.
در جدول زیر فاصله گمانه‌ها براساس نوع منفرد و یا گسترده تقسیم بندی شده است.
عمق گمانه مناسب چند متر است؟
عمق گمانه‌ها براساس مبحث ۷ مقررات ملی ساختمان باید براساس موارد زیر طراحی شوند.
افزایش تنش ناشی از بار ساختمان را باید در اندازه‌گیری عمق گمانه در نظر بگیریم. برای این منظور دو ملاک زیر مد نظر است و بیشترین مقدار آن به عنوان عمق گمانه باید در نظر گرفته شود:
- عمقی که تنش وارده از پی به زمین از ۱۰ درصد تنش موثر موجود ناشی از وزن زمین در ان عمق کمتر شود.
- عمقی که تنش وارده از پی به زمین از ۱۰ درصد مقدار تنش موثر خالص ساختمان در تراز پی خود کاهش یابد.
- در هر صورت عمق گمانه نباید از عرض ساختمان کمتر باشد.
در ساختمان منفرد اگر فاصله لب به لب دو پی مجاور بیشتر از عرض پی باشد، عرض یک پی ملاک تعیین ما برای عمق گمانه است در غیر این صورت کل عرض موجود شاخص تعیین عمق گمانه‌ها است. در حساب کردن عمق گمانه‌ها باید به گودبرداری هم توجه شود ، زیرا عمق گود به عمق گمانه اضافه می‌شود و همچنین اگر هنگام حفاری گمانه به بستر سنگی برخورد کنیم عمق گمانه کمتر خواهد شد.
یک گمانه برای حصول اطمینان از بستر سنگی باید تا عمق ۳ متری ادامه داشته باشد. تمامی این مقادیر چه تعداد و فاصله و چه عمق گمانه ها در اجرا باید طبق مبحث ۷ مقررات ملی ساختمان (ژئوتکنیک و مهندسی پی) صورت گیرد و اعداد به صورت حداقلی هستند، یعنی کمتر از این مقادیر به هیچ وجه مجاز نیست.
