آزمایش پرسیومتری

آزمایش پرسیومتری یا تست فشار سنجی یکی از پرکاربردترین و بهترین آزمایش‌های صحرایی ژئوتکنیکی است که انجام آن اطلاعات بسیار مفید و کاربردی درباره خاک یک منطقه در اختیار محققان قرار خواهد داد.

در واقع تست پرسیومتری توانسته جایگاه مهمی در علم مکانیک خاک برای خود داشته باشد و علیرغم ابداع روش‌های جدیدتر همچنان از این تست برای بررسی رفتار خاک استفاده می‌شود. در ادامه این مقاله از آرمیکو درباره تست پرسیومتری، روش انجام و مزایای آن شرح خواهیم داد.

پرسیومتری چیست؟

آزمایش پرسیومتری را اولین بار در سال ۱۹۵۴، محقق فرانسوی، لوییس منارد ابداع کرد. نحوه انجام تست به این شکل است که بالونی لاستیکی را داخل زمین فرو برده و سپس با استفاده از منبعی با  تولید فشار، این بادکنک را پر از باد می‌کنند. بالون باد شده به خاک فشار وارد می‌کند و باعث جابجایی خاک می‌شود.

در ادامه با محاسبه فشار اعمال شده در مقابل جابجایی ایجاد شده در خاک،  محققان به پارامترهای ارزشمند زیادی درباره مکانیک خاک منطقه دست می‌یابند.

پرسیومتری تنها تستی است که به خاک نیروی افق وارد می‌کند و به دلیل اینکه شیوه اعمال فشار به خاک، در این آزمایش بسیار شبیه چیزی است که در طبیعت اتفاق می‌افتد، داده‌های منتج شده از این آزمایش فشارسنجی بسیار ارزشمند، دقیق و قابل توجه است.

آزمایش پرسیومتری قابلیت اجرا در خاک و سنگ را دارد اما هر قدر خاک قوی‌تر باشد، داده‌های ثبت شده، دقیق‌ترند و در خاک های سست، نتایج زیاد قابل اعتماد نخواهند بود.

مزایای آزمایش پرسیومتری

انجام این نوع آزمایش خاک دارای مزایای بسیاری است که در ادامه به آن‌ها اشاره می‌کنیم:

• دارای بنیان نظری محکم و قوی است و نتایج حاصله برگشت پذیری خوبی دارند.
• اطلاعات بیشتری نسبت به سایر آزمایش‌های صحرایی، ارائه می‌کند.
• خاکی که آزمایش می‌شود، با شرایط واقعی بسیار منطبق است.
• در یکبار آزمایش می‌توان حجم زیادی از خاک را تست کرد.
• در زمان انجام نوع خودحفار این تست، خاک زیاد دست‌خورده نخواهد شد.
• تست پرسیومتری در محدوده وسیعی از کرنش‌ها انجام می‌شود بنابراین میزان مدول الاستیسیته بدست آمده در پروژه‌های عملی بسیار کاربرد دارد.
• به کمک منحنی به دست آمده، می‌توان برآورد مناسبی درباره رفتار تنش-کرنش خاک انجام داد و از نمودار حاصله در بررسی نشست خاک‌ها می‌توان استفاده کرد.
• نتایج بدست آمده از این تست، در برآورد فشار افقی خاک مورد استفاده قرار می‌گیرد.
• در انواع اتوماتیک پرسیومتری، نتایج مستقل از نظرات شخصی اپراتور خواهد بود.

مطلب پیشنهادی: جهت تشخیص میزان نفوذپذیری، آزمایش تعیین نفوذ پذیری خاک انجام می شود.

انواع آزمایش پرسیومتری

آزمایش پرسیومتری به 3 روش قابل انجام است که در همه آن‌ها اصول کلی ثابت بوده اما جزئیات و نحوه اجرا متفاوت هستند.

آزمایش پرسیومتری تغییر مکانی (دریایی)

محققان در سال 1982 دستگاهی را اختراع کردند که به کمک آن بتوان تست پرسیومتری را داخل دریا انجام داد. پرسیومتر مورد نظر دارای یک سوند تک سلولی تغییر حجمی بود و قادر به تحمل فشاری معادل 2.5 مگا پاسکال بود.

در این پرسیومتر ظرفیت کرنشی سوند تا حدی زیاد بود که می‌توانست تا دو برابر اندازه ابتدایی خود تغییر حجم بدهد.

آزمایش پرسیومتری پیش حفار

اولین تست پرسیومتری از این نوع بود که توسط منارد ابداع و انجام شد. این تست صرفا در خاک قابل انجام است و در ابتدا لازم است درون زمین گمانه حفاری ایجاد شود. در ادامه تجهیزات آزمایش، از طریق گمانه ایجاد شده به داخل زمین منتقل می‌شوند و آزمایش پرسیومتری پیش حفار انجام می‌شود.

از این روش، برای آزمایش سنگ‌ها و خاک‌های متراکم استفاده می‌شود زیرا دستگاه فقط در این نوع خاک ثابت باقی می‌ماند. چنانچه خاک، سست و ضعیف باشد یا استحکام مناسبی نداشته باشد، ممکن است قبل از فرستادن تجهیزات به درون زمین، گمانه فرو ریخته و خراب شود.

بعلاوه ابعاد سوندی که باید به داخل گمانه برود باید در حدی باشد که به راحتی داخل گمانه قرار گرفته و فرو رود. بنابراین باید از سوندهای تک سلولی یا سه سلولی برای انجام این نوع تست استفاده کرد. برخی از محققان معتقدند که آزمایش پرسیومتری پیش حفار نتایج دقیقی ندارد زیرا خاک قبل از تست توسط سر مته دستگاه حفاری دست خورده شده است. این آزمایش به دو روش تغییر شعاعی و تغییر حجمی انجام می‌گیرد.

آزمایش پرسیومتری خود حفار

ذکر کردیم که تست پرسیومتری پیش حفار دارای ایراداتی بود یکی اینکه دستگاه حفاری قبل از انجام تست، سوراخی را در زمین ایجاد می‌کند و بنابراین ساختار خاک را بهم می‌ریزد و نتایج را دچار خطا می‌کند. دیگر اینکه تست پیش حفار در خاک‌های نرم و ضعیف قابل اجرا نیست زیرا گمانه در آن‌ها پایدار نمی‌ماند.

لذا برای اصلاح ایرادات ذکر شده، آزمایش پرسیومتری خود حفار ابداع شد که در دستگاه آزمایش، ساز و کاری تعبیه شد تا بتواند به طور مستقل زمین را حفاری کند، بنابراین میزان دست خوردگی خاک کاهش می‌یابد. همچنین امکان انجام آزمایش در خاک‌های نرم و سست هم وجود خواهد داشت زیرا میله متصل به پرسیومتر داخل گمانه است و در حین حفاری باعث ریزش آن نمی‌شود.

این روش به دو شیوه انگلیسی و فرانسوی قابل انجام است که نوع انگلیسی آن بیشتر برای انجام تست در خاک رسی پیش تحکیم یافته، استفاده می‌شود.

مراحل انجام تست پرسیومتری

آزمایش پرسیومتری با توجه به استاندارد ASTM-D4719 و به دو روش کنترل تنش و کنترل کرنش انجام می‌گیرد. در هر دو ابتدا گمانه حفر می‌شود که در مدل پیش حفار توسط دستگاه حفاری و در مدل خودحفار توسط دستگاه پرسیومتر حفاری انجام می‌شود.

محققان دقت می‌کنند تا حین حفاری کمترین دست خوردگی در خاک ایجاد شود تا نتایج بهتر و دقیق‌تری کسب شود. به طور کلی مراحل انجام تست پرسیومتری به شکل زیر است:

• ابتدا تجهیزات مختلف دستگاه پرسیومتر کالیبره می‌شوند.
• سپس حفاری زمین و ایجاد گمانه انجام می‌شود.
• در مرحله بعد سوند داخل خاک فرو برده می‌شود.
• در ادامه با اعمال فشار به سوند، کرنش خاک محاسبه می‌شود.
• سپس با تحلیل داده‌ها، نمودار فشار-کرنش ترسیم خواهد شد.
• در نهایت پارامترهای مهندسی لازم از نتایج بدست آمده، استخراج خواهند شد.

کاربردهای آزمایش پرسیومتری

مهمترین خروجی تست پرسیومتری محاسبه سختی خاک حین بارگذاری شعاعی است. سایر کاربردهای این آزمایش صحرایی شامل موارد زیر است:

• برآورد مدول الاستیسیته در انواع خاک
• محاسبه ظرفیت حمل بار انواع پی‌ها مخصوصا در پی‌های عمیق
• محاسبه مقاومت زهکشی نشده در خاک رسی اشباع شده
• ضریب تحکیم افقی خاک
• محاسبه زاویه انبساط در خاک ماسه‌ای
• محاسبه پارامترهای مقاومت برشی در خاک ماسه و رس
• برآورد فشار جانبی موجود در خاک

مطلب پیشنهادی: آزمایش نفوذ مخروط

اجزای پرسیومتر

دستگاه آزمایش پرسیومتری از سه بخش تشکیل شده که عبارتند از:

• سوند (پراب)

سوند یا پراب که متصل به سر دستگاه پرسیومتر است و با انبساط خود به خاک فشار می‌آورد. در برخی از مدل‌های پرسیومتر، وسیله‌ای برای حفاری زمین روی سوند تعبیه شده است.

• واحد کنترل

این بخش از دستگاه که روی زمین قرار دارد، فشار و کنترل فشار درون بالون و نیز ثبت و نگهداری اطلاعات را بر عهده دارد.

• بخش رابط

وظیفه این قسمت برقراری ارتباط بین دو بخش قبلی (بخش زیر خاک و بخش روی خاک) است و شامل لوله‌های انتقال فشار و کابل‌های برق است.

جمع بندی و سوالات متداول آزمایش پرسیومتری

آزمایش پرسیومتری نوعی تست مکانیک خاک است که برای تخمین میزن تحمل فشار اعمال شده بر خاک انجام می‌شود. نتایجی که از این آزمایش بدست می‌آید در ساختمان سازی کاربرد بسیاری دارد و قبل از اجرای فنداسیون ساختمان باید این تست را روی خاک مورد نظر انجام داد.

همانطور که اشاره شد این آزمایش به سه روش که یکی قابل اجرا در آب و دوتای دیگر قابل اجرا در خشکی هستند، انجام می‌شود. امیدواریم با مطالعه مقاله فوق اطلاعات مفیدی را راجع به آزمایش پرسیومتری کسب کرده باشید.