آزمایش تعیین نفوذ پذیری خاک

شاید تا به حال عبارت نفوذ پذیری خاک را شنیده باشید. به طور کلی نفوذ پذيري خاک حاکی از این است که آن خاک چقدر می­‌تواند جریان آب یا گاز را از خود عبور دهد. تعیین نفوذ پذیری خاک برای انجام پروژه‌­های مهندسی و عمرانی، کشاورزی، باغبانی و… اهمیت بسیاری دارد. هنگامی که نفوذ پذیری خاک بالاست، به این معناست که آب با سرعت زیاد از درون حفره‌­های خاک جريان پیدا می­‌کند.

این که هر خاک چقدر نفوذ پذیر است با آزمایش تعیین نفوذ پذیری خاک مشخص می­‌شود. با این آزمایش می‌­توان ضريب نفوذ پديري يا ضريب هدايت هيدروليكي خاک را محاسبه کرد. چنان­چه شما نیز تمایل دارید با نحوه انجام انواع آزمایش‌­های تعیین نفوذپذیری خاک آشنا شوید؛ تا انتهای این مقاله از آرمیکو با ما همراه باشید.

نفوذ پذیری خاک چیست؟

به طور کلی به میزان توانایی خاک برای انتقال دادن مایعات و گازها از درون خود، نفوذ پذیری خاک یا Permeability گفته می­‌شود. مجموعه‌ای از ذرات جامد خاک هنگامی که کنار هم قرار می‌­گیرند توده خاک را تشکیل می­‌دهند. در توده خاک، کمی فضای خالی در بین ذرات باقی می‌ماند. به این فضاهای خالی میان ذرات خاک، تخلخل گفته می­‌شود.

تخلخل یا تمامی حفره‌های درون خاک، یک شبکه به ­هم ‌پیوسته‌‌‌ را به وجود می­آورند که شبیه به یک سیستم لوله‌کشی منظم و جالب عمل می‌کند. با توجه به اینکه شرایط محیط آن منطقه چه باشد، این حفره‌های به ­‌هم پیوسته با آب و گاز پر می‌شوند. چنان­چه درون خاک اختلاف پتانسیل وجود داشته باشد، آب درون حفره‌ها جریان پیدا می‌­کند. آب از آن نقطه که پتانسیل بالاتری دارد به سمت نقطه ای که پتانسیل پایینی دارد، جریان پیدا می­‌کند. اصطکاکی که میان سطح ذرات خاک و آب وجود دارد، موجب مقاومت در برابر جریان می‌شود.

هرچه میزان تخلخل خاک بیشتر و فاصله میان ذرات کمتر باشد، مقاومت شکل گرفته مقابل جریان بیشتر است. به عبارت دیگر، هرچه خاک حفره­‌های بزرگتری داشته باشد، آب آسان­تر جریان پیدا می­‌کند. بنابراین، میزان سرعت و سهولت جریان آب در خاک‌های گوناگون، با یکدیگر متفاوت است. در بعضی خاک‌­ها، آب و هوا به آسانی درون خاک جریان پیدا می‌کند. اما برخی خاک­‌های دیگر در برابر جریان آب و هوا مقاومت بیشتری دارند. جهت تشخیص وضعیت مقاومت خاک، می‌توان از آزمایش نفوذ استاندارد کمک گرفت.

در واقع نفوذ پذیری نشان دهنده میزان راحتی یا سختی عبور سیالاتی مانند آب و هوا از درون محیط‌های خاکی می‌­باشد. با انجام آزمایش تعیین نفوذ پذیری خاک، می‌توان میزان نفوذ پذیری را مشخص کرد.

انواع روش نفوذ پذیری خاک

آزمایش بار ثابت

این آزمایش را می‌­توان در آزمایشگاه بر روی نمونه ای از خاک دست نخورده یا بازسازی شده که شامل خاک درشت دانه می‌­شود، انجام داد. روش انجام کار به این شکل است که نمونه خاک مورد نظر در میان دو مخزن آب قرار داده می­‌شود و  اختلاف تراز سطح آب میان این دو مخزن را، به طور ثابت نگه می­‌دارند. در این آزمایش، آب با جریان آهسته و با بار ثابت حرکت خواهد کرد.

به طور کلی مراحل این نوع آزمایش خاک عبارت از موارد زیر است:

1. ابتدا باید نمونه را در پوشش نفوذ ناپذیر قرار دهید.
2. جریان ورودی به محفظه را باز کنید.
3. سپس جریان خروجی بعد از اشباع شدن نمونه خاک را باز کنید.
4. در مرحله بعد باید دبی جریان ورودی را برای اینکه ارتفاع آب ثابت نگه داشته شود، تنظیم کنید.
5. میزان جریان خروجی را در بازه‌های زمانی مشخص اندازه­‌گیری کنید.
6. اختلاف هد آب بین فشارسنج‌ها را اندازه بگیرید.
7. پس از انجام آزمایش باید دو آزمایش دیگر هم با شرایط مشابه در بازه‌های زمانی یکسان انجام دهید.
8. پس از آن می‌­توانید ضریب نفوذپذیری و شیب هیدرولیکی را محاسبه کنید.
9. طی این آزمایش عددی که برای ضریب نفوذپذیری خاک به دست می­‌آورید، به واقعیت شباهت بسیاری دارد.

برای اینکه اثرات تحکیم محدود شود، باید نمونه خاکی را مورد استفاده قرار داد که بعد از عبور دادن آن از الک 200، کمتر از 10 درصد از خاک رد شود.

آزمایش پمپاژ صحرایی

آزمایش­های پمپاژ صحرایی، جزو انواع روش‌­های آزمایش تعیین نفوذپذیری خاک است. این آزمایش طبق مراحل زیر انجام می­‌شود:

• در قدم اول باید نوعی چاه مرکزی به نام چاه پمپاژ حفر ­کنید. عمق این چاه باید تا پایین‌­تر از سطح آب زیرزمینی باشد.
• سپس باید دور این چاه در فاصله­‌های متفاوت، دو چاه دیگر با قطر کم حفر کنید. اسم این نوع چاه‌­ها، چاه­‌های مشاهده‌­ای می‌باشد.
• پس از آن با پمپ آب چاه مرکزی را پمپاژ کرده و عمق آن کم می­‌شود.
• از آنجایی که بین چاه­‌های اطراف و چاه مرکزی اختلاف پتانسیل وجود دارد؛ آب از چاه‌­های مجاور به چاه مرکزی می­‌ریزد.
• هرچه نفوذپذیری بالاتر باشد سرعت سرازیر شدن آب بیشتر خواهد بود.
• این پمپاژ آب تا جایی ادامه خواهد داشت که جریان آب از چاه‌­های مجاور به چاه مرکزی ثابت شود.
• سپس باید دبی جریان اب از چاه­‌های مجاور به چاه مرکزی را قرائت کرده و آن را با Q نشان دهید.
• پس از آن ضریب نفوذپذیری خاک با رابطه زیر محاسبه خواهد شد.

آزمایش بار افتان

اصول آزمایش بار افتان به این صورت است که نمونه خاک را درون محفظه ای قرار می‌­دهیم. در بالای این محفظه یک لوله نازک و در قسمت پایین آن یک مخزن آب به کار رفته است. بعد از آغاز آزمایش و به جریان درآمدن آب درون خاک، کم کم سطح آب داخل لوله بالایی، کاهش پیدا می­‌کند. دلیل استفاده از این روش برای آزمایش تعیین نفوذپذیری خاک ، این است که نفوذپذیری خاک­‌های رسی بسیار کم است.

به همین دلیل اگر از آزمایش بار ثابت در مورد خاک­‌های ریز دانه استفاده کنیم، زمان بسیار طولانی می­‌برد و حتی ممکن است در طول آزمایش کمی آب تبخیر شود. پس نتیجه می­‌گیریم که آزمایش بار ثابت مناسب خاک‌­های ریز دانه نبوده و به جای آن از آزمایش بار افتان استفاده می­‌کنیم.

آزمایش لوژان

آزمایش لوژان معمولا برای تعیین میزان نفوذپذیری سنگ‌­ها مورد استفاده قرار می­‌گیرد. برای انجام این آزمایش پس از حفاری، لوله­‌ای که انتهای آن در حدود یک متر سوراخ است را درون ان قرار می­‌دهند. دور این لوله توسط پکر محافظت می‌شود. روش آزمایش به این شکل است که آبق از درون لوله با فشار یک مگا پاسکال به داخل سنگ تزریق می­‌شود. در تعریف مقدار یک لوژان می‌توان گفت این میزان تزریق پذیری یک لیتر در ثانیه با فشار یک مگا پاسکال در یک متر طول است.

آزمایش لوفران

آزمایش لوفران یکی از انواع آزمایش تعیین نفوذپذیری خاک است. با این آزمایش می­‌توان نفوذپذیری آبرفت‌های رودخانه‌ای، تراس‌های قدیمی آبرف، واریزه‌ها و خاک‌های برجا را به طور دقیق برای برنامه­‌های عمران اندازه گیری کرد. روش انجام این آزمایش به این شکل‌ است که پس از حفاری گمانه در محل مورد نظر، اگر خاک ریزشی باشد، داخل گمانه را کیسینگ گذاری می­‌کنند. پس از آن باید داخل حفره را از آب پر کرد.

این آزماش از طریق دو روش شامل بار آبی ثابت و بار آب افتان انجام می­‌گیرد. برای تعیین نفوذپذیری خاک در هر کدام از روش­‌های ذکر شده، فرمول­‌هایی وجود دارد که بر اساس آن­ها می­‌توان ضریب نفوذپذیری را اندازه گرفت.

عوامل موثر در نفوذ پذیری خاک

از جمله عواملی که می­‌توانند بر روی نفوذپذیری خاک تاثیرگذار باشند، می­‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• ویژگی­‌های بافت خاک
• کیفیت آب برای آبیاری خاک
• میزان مواد آلی موجود در خاک
• پوشش گیاهی
• شیب زمین
• میزان فشردگی خاک که به طور معمول در اثر استفاده بیش از اندازه از تراکتور و سایر ماشین آلات و تجهیزات ایجاد می­‌شود.
• کودهای شیمیایی به کار رفته در آن خاک

جمع بندی و سوالات متداول در مورد آزمایش تعیین نفوذ پذیری خاک

تعیین اندازه نفوذپذیری انواع خاک از طریق این آزمایش انجام می­شود. از آنجایی که این آزمایش را می­توان به روش­‌های مختلف انجام داد، در این مقاله به انواع این روش‌­ها و آزمایش‌­هایی که برای این کار وجود دارد، پرداختیم و اطلاعاتی به روز و جامع را در مورد آزمایش­‌های لوفران، لوژان، پمپاژ صحرایی، بار افتات و بار ثابت به شما ارائه دادیم.

اهمیت تعیین میزان نفوذ پذیری خاک در حدی است که در انجام پروژه‌های مختلف نظیر آبرفت‌های رودخانه‌ای، واریزه‌ها، تراس‌های آبرفتی قدیمی و خاک‌های برجا باید ابتدا ضریب نفوذ پذیری خاک را به دست آورده و تراوایی توده‌ها و لایه‌های خاک را با دقت محاسبه نمود. دقت داشته باشید که تعیین میزان صحیح و دقیق نفوذپذیری خاک کاری حساس است و باید از کارشناسان این حوزه بخواهید که این کار را به درستی برای شما انجام دهند.