مطالعات مهندسی ژئوتکنیک
مطالعات مهندسی ژئوتکنیک از شاخه های تخصصی مهندسی عمران بوده که با هدف تعیین خواص مهندسی سنگ، خاک و نوع و نحوه اندرکنش آن ها مورد بحث و گفتگو قرار می گیرد.
مطالعات مهندسی ژئوتکنیک و زمین شناسی در اصل پیش از هر اقدامی جهت طراحی، ساخت و ... در سازه های عمرانی و صنعتی انجام می پذیرد. که طی آن با کسب اطلاعاتی درباره ویژگی های مهندسی و فیزیکی خاک منطقه، می توان اطلاعات اولیه کافی برای برآوردهای اقتصادی ارائه طرح های پیشنهادی در پروژه ها را سنجید. این مطالعات حتما" باید توسط افراد متخصص همراه با مهندسین ژئوتکنیک و زمین شناسان گردآوری گردد.
می توان اهداف انجام مطالعات ژئوتکنیک یا همان مطالعات ساختگاه را تعیین متغیرهای مورد نظر به منظور موارد ذیل برای انسان و محیط دانست:
1-طراحی:
2- تخمین ریسک های:
با انجام اینگونه مطالعات در پروژه های ساختمانی می توان به ایمنی بالاتر و عملکرد بهینه دست یافت.
ژئوتکنیک چیست؟
دانشی است که به مهندسین اطلاعاتی درباره محیط مکانیکی زمین شناسى و عملکرد آن می دهد. در واقع این دانش به اطلاعات تکنیکی ای که مربوط به زمین می شود می پردازد.
اطلاعات تولید شده حاصل از این علم در مواردی چون برنامه ریزی، اکتشاف، طراحی و ساخت و بهره برداری از سازه های مهندسی و اجرای پروژه های عمرانی و معدنی به کار رفته و ایمنی و کارایی آن ها را تضمین کرده و افزایش می دهد.
این اطلاعات شامل دامنه گسترده ای از داده ها در زمینه های زیر می شود:
تفاوت دانش ژئوتکنیک با ژئومکانیک
در علم ژئوتکنیک رفتار مهندسى سنگ ها و خاک ها در محل اجراى طرح مورد بررسی قرار و پس از آن راه حل مناسب جهت بهسازی شرایط زمین در محل اجرا ارائه داده می شود، اما در علم ژئومکانیک این رفتار خاک و سنگ در آزمایشگاه مورد مطالعه و بررسی قرار می گیرد.
داده های ژئوتکنیکی ممکن است به صورت خام باشد و یا داده هایى باشند که تعبیر و تفسیر شوند.
هدف های انجام مطالعات ژئوتکنیک و آزمایشات ناشی از آن
تمام این مراحل و آزمایش ها باید پیش از آغاز انجام یک پروژه در زمین انجام شود.
مراحل مطالعات مهندسی ژئوتکنیک ساختمان مسکونی
در ادامه مواردی که طی یک گزارش مطالعات ژئوتکنیک و مکانیک خاک در یک پروژه مسکونی، صورت می گیرد را به ترتیب اعلام می داریم:
- جمع آوری اطلاعاتی در مورد سنگ بستر منطقه، سازند های موجود
- جمع آوری اطلاعاتی درباره زمین لرزه های تاریخی و تعیین موقعیت مکانی و زمانی آن ها
- مطالعه زمین لرزه های دستگاهی منطقه مورد نظر
- استفاده از ساز و کار کانونی زمین لرزه ها
- تعیین زمین ساختگاه از لحاظ نوع خاک و سنگ
- تعیین مشخصات و فواصل گسل های موجود در نزدیکی پروژه
- انجام طبقه بندی نوع زمین
- انجام مطالعات صحرایی و انجام آزمایش هایی همچون نفوذ استاندارد، آزمایش دانسیته درجا، آزمایش بارگذاری صفحه ای و نیز آزمایش برش مستقیم درجا
- لحاظ کردن ساختمان ها و تاسیسات موجود در اطراف پروژه
- تعیین عمق مناسب گمانه ها
- طبقه بندی خاک های زیر سطحی و مشخص کردن خصوصیات مکانیکی، فیزیکی و شیمیایی خاک
- در آزمایشگاه آزمایش های مربوطه بر روی نمونه خاک پروژه انجام می پذیرد.
- بررسی مطالعات و آزمایشات صورت گرفته و تعیین مشخصات ژئوتکنیک خاک برای محاسبه ظرفیت باربری خاک
- بررسی پتانسیل وجود خاک های مسئله دار در محدوده مورد مطالعه
هزینه انجام مطالعات مهندسی ژئوتکنیک
هزینه لازم برای این انجام این مطالعات تنها بخش جزئی از کل پروژه را شامل می شود و اما حذف این مطالعات باعث به وجود آمدن هزینه هایی به مراتب بیشتری می شود. چراکه در زمان طراحی و ساخت اگر با موارد پیش بینی نشده روبرو شوید نیاز است در طراحی های انجام شده بازنگری شده و مجدداً طرح های جدیدی جایگزین شوند. که این خود هزینه ای مضاعف است. همچنین در موارد بسیاری توجه نکردن به مطالعات ژئوتکنیک و زمین شناسی منجر به ریزش در زمان گودبرداری ها یا زمان اجرای سازه ها می شده که خسارات مالی و حتی جانی جبران ناپذیری را به همراه خواهد داشت.
به همین دلیل انجام مطالعات ژئوتکنیک قبل از هرگونه اقدام برای اجرای پروژه ها، بسیار ضرروری است.
و اما قیمت در مباحث مهندسی پی و خاک، مطالعات ژئوتکنیک بسته به نوع پروژه حدود 1 تا 0.5 درصد از هزینه کل پروژه را در بر می گیرد.
روش های انجام مطالعات ژئوتکنیک
عملیات شناسایی خاک شامل روش های مستقیم و غیر مسقیم است.
در روش های مستقیم از روش های ذیل استفاده می شود:
ودر روش غیر مستقیم از موارد ی که در ادامه به آن اشاره می کنیم برای شناخت منطقه استفاده می شود.
آزمایشگاه ژئوتکنیک و مقاومت مصالح برای مطالعات مهندسی ژئوتکنیک
همانطور که پیش تر اشاره شد، تحلیل رفتار های خاک و آگاهی از پارامترهای خاک محل پروژه پیش از هر اقدام اجرایی برای پروژه، امری مهم حیاتی به حساب می آید. جهت تعیین و بدست آوردن این پارامترها نیاز به مطالعات ژئوتکنیک و آزمایشات مکانیک خاک است.
مطالعات ژئوتکنیک و آزمایشات مکانیک خاک اطلاعات مفيدي را در زمينه های ذیل فراهم مي آورند.
آزمایشگاه ژئوتکنیک و مکانیک خاک مکانی است که در آن با بهره گیری از امکانات آزمایشگاهی مناسب توانایی انجام مطالعات ژئوتکنیک پروژه های مختلف عمرانی نظیر انواع ساختمانهای تجاری و مسکونی و همچنین نظارت و کنترل کیفی بتن ریزی پروژه های مختلف را دارا می باشد.
در آزمایشگاه ژئوتکنیک برای افزایش قابلیت اطمینان در طراحی انواع سازه ها آزمایشاتی انجام می شود که در نهایت از مقاومت مورد انتظار مصالح در پروژه اطمینان حاصل شود. این آزمایشات عبارتند از:
آزمایش های بارگذاری درجا در مطالعات مهندسی ژئوتکنیک (In-situ Loading Test)
غیر از آزمایشاتی که در زمان اجرا و کنترل های کیفی صورت می گیرد، آزمایشات بزرگ مقیاسی هم به جهت ارزیابی بهسازی ژئوتکنیکی خاک، به تعداد محدودی انجام می شوند. بعضی از این آزمایش ها که در حیطه علم ژئوتکنیک قرار می گیرد عبارتند از:
آزمایش های ژیوفیزیک مربوط به مطالعات مهندسی ژئوتکنیک
در آزمایش های ژئوتکنیک می توان باتوجه به سرعت و سهولت روش های ژئوفیزیکی نسبت به روش های حفاری و هزینه به صرفه تر این روش ها، از آزمایش هایی در ترسیم پروفیل خاک و تفسیر نتایج حاصله استفاده نمود. این آزمایشات عبارتند از:
مطالعات ژئوفیزیک
از دیگر مطالعات مهم دیگر پیش از هر گونه عملیات طراحی و ساخت در پروژه ها انجام می گیرد مطالعات ژئوفیزیک بوده که از شاخه های اصلی علوم زمین به شمار می رود.
علم ژئوفیزیک به دو شاخه زیر تقسیم می شود:
- ژئوفیزیک محض (شامل گرایش زلزله‌شناسی)
- ژئوفیزیک کاربردی ( با استفاده از روش‌های لرزه‌ای، مغناطیسی، گرانی‌سنجی و الکتریکی به مطالعه کیمّی خواص فیزیکی زمین پرداخته می‌شود)
هرچند امروزه علم ژئوفیزیک شامل فیزیکِ اوزون (اوزونوگرافی) و فیزیکِ اتمسفر (مترولوژی) هم می‌شود.
ژئوفیزیک کاربردی نیز به دو شاخه ذیل تقسیم می‌شود.
در یعضی پروژه ها علاوه بر مطالعات ژئوتکنیک، مطالعات ژئوفیزیک نیز انجام می گردد. عموما" روش های ژئوفیزیک در عملیات عمرانی گزینه مناسبی برای عملیات های عمرانی صحرایی است.
شاخه ها و گرایش های ژئوفیزیک
- زلزله‌شناسی
- لرزه‌شناسی یا لرزه‌نگاری
- ژئوفیزیک باستان‌شناسی
- مغناطیس سنجی
- گرانی سنجی
- الکترومغناطیس
اهداف انجام مطالعات ژئوفیزیک
علاوه بر مطالعات مهندسی ژئوتکنیک که برای عملیات عمرانی بسیار مفید و الزامی است مطالعات ژئوفیزیک نیز با اهداف مهمی انجام می گیرد که در ادامه به شرح و معرفی آن ها می پردازیم.
مطالعات زمین شناسی و زلزله خیزی و مطالعات ژئوتکنیک لرزه ای
از دیگر مطالعاتی که پیش از اجرای هر پروژه عمرانی باید به آن توجه نمود مطالعات زمین شناسی و زلزله خیزی (لرزه نگاری) است. در واقع لرزه نگاری نوعی از علم زمین شناسی بوده که طی آن در مورد گسترش امواج الاستیک در زمین مطالعه می شود. این علم به عنوان یکی از شاخه‌های ژئوفیزیک شناخته می‌شود.
با استفاده از اطلاعات به دست آمده از امواج الاستیک، می توان بازسازی لایه های درون زمین را انجام داد.
امواج لرزه ای همان امواج صوتی با طیف فرکانس گسترده تر بوده و به دو نوع کلی ذبل طبقه بندی می‌شوند.
1- امواج حجمی (Body waves)
2- امواج سطحی (Surface waves)
انواع آزمایش های لرزه نگاری در مطالعات مهندسی ژئوتکنیک لرزه ای
علم لرزه نگاری خود به دو گروه اصلی ذیل تقسیم می‌گردد:
امواج زلزله که از نوع امواج صوتی است، که در علم زلزله مورد مطالعه قرار می گیرند. این امواج شامل اطلاعات زیادی از لایه های گوناگون کره زمین هستند که در طی ثبت و رکورد این گونه امواج بدست می آیند.
در شاخه نفت اطلاعات لرزه ای با ایجاد امواج لرزه ای مصنوعی در سطح زمین و دریافت بازتاب این امواج مصنوعی از درون لایه های زیر سطحی به دست می آید.
تحلیل خطر لرزه خیزی در مطالعات مهندسی ژئوتکنیک
دلایل ذیل موجب شده است تا در پروژه های عمرانی و بهسازی لرزه ای، تحلیل خطر لرزه ای ساختگاه، مهم و اجتناب ناپذیر شود.
با توجه به افزایش تعداد رو به رشد پروژه های بهسازی لرزه ای ساختمان ها و شریان های حیاتی کشور نیاز روز افزونی به تحلیل خطر لرزه ای ویژه برای ساختگاه پروژه ها است.
در تحلیل خطر لرزه خیزی با کمک رویکرد احتمالاتی اقدام به بررسی خطر احتمالی زمین لرزه می‌گردد.
