نوشته های مشابه
آزمايش پرسيومتري كه توسط برخي از پژوهشگران ايراني به فشار سنجي ترجمه شده است، در ابتدا توسط لوئيس منارد در سال ۱۹۵۴ در فرانسه ابداع شد. در اين آزمايش يك بالن استوانه اي تحت فشار سيال درون گمانه انبساط مي يابد و تغييرات حجم يا فشار به طور پيوسته اندازه گيري مي شود. سپس اين داده ها به صورت نمودار فشار اعمال شده در مقابل تغيير حجم يا فشار در مقابل تغيير شعاع بالن ترسيم مي شود. با استفاده از نتايج اين آزمايش مي توان پارامترهاي مختلفي از خاك را بدست آورد.از معمولترين ويژگي هايي كه بر اساس اين آزمايش ارزيابي مي گردد مدول تغيير شكل خاك، مقاومت زهكشي نشده خاكهاي رسي اشباع و فشار جانبي است و نيز براي تخمين ميزان تراكم نسبي و زاويه اصطكاك داخلي خاك كاربرد دارد.
مزاياي آزمايش پرسيومتري :
- آزمايش پرسيومتري نسبت به ساير آزمايش هاي برجا پارامترهاي بيشتري از خاك را بدست مي دهد.
- بنيان نظري محكم تري دارد و بر همين اساس نتايج آزمايش از تكرار پذيري مناسبي برخوردار است.
- نسبت به ساير آزمايش هاي برجا و همچنين آزمايش هاي آزمايشگاهي حجم بيشتري از خاك را تحت آزمايش قرار مي دهد و بر همين اساس به لحاظ حجم نمونه انطباق بيشتري با شرايط واقعي دارد.
- آزمايش در محدوده كرنش هاي بزرگ و نزديك به واقعي انجام مي شود و لذا مدول برشي خاك را بطور مناسبتري بدست مي دهد.
- منحني كاملي از رفتار تنش – كرنش خاك بدست مي دهد و پارامترهاي رفتاري نظير مدول شكل پذيري كه در تحليل نشست اهميت ويژه اي دارند، به طور مستقيم از آزمايش بدست مي آيند.
- دست خوردگي محيط، بويژه در پرسيومترهاي خود حفار، چندان زياد نيست.
- براي تخمين فشار افقي خاك و همچنين موارد ويژه ديگري نظير طراحي شمع هاي تحت بار جانبي از كاربردهاي منحصر به فردي برخوردار است.آزمايش پرسيومتري
معايب آزمايش پرسيومتري :
- اجراي آزمايش با توجه به تجهيزات خاص آن نيازمند افراد متخصص و با تجربه است و نتايج حاصل از اين آزمايش اگر بوسيله افراد كم تجربه انجام شده باشد ممكن است گمراه كننده باشند.
- آزمايش پرسيومتري در زمره آزمايش هاي صحرايي پر هزينه است.
- اعمال بار به محيط در آزمايش پرسيومتري به صورت افقي است، در حالي كه بار وارده به پي سازه ها غالباً در جهت قائم وارد مي شود.
- پرسيومتري تجهيزات ظريف و حساسي دارد و بايد براي جلوگيري از آسيب ديدن دستگاه، تحت حفاظت قرار گيرد.
- بايد دستگاه به طور مرتب كاليبره شود.
- در اكثر دستگاه هاي پرسيومتري انجام آزمايش همراه اخذ نمونه نيست.آزمايش پرسيومتري
تجهيزات پرسيومتر :
به طور كلي تجهيزات يك دستگاه پرسيومتري را مي توان به سه بخش تقسيم نمود. اين سه بخش به قرار زير مي باشند :
الف – سوند (پراب)
ب – واحد كنترل و اندازه گيري
ج – واحد رابط
الف – سوند :
به طور معمول سوند پرسيومتر، كه آن را كاوه يا كاوشگر نيز مي نامند، سه قسمت دارد كه توسط يك لوله مركزي به هم متصل شده اند.اين قطعات عبارتند از: بخش جاگذاري، بخش آزمايشي و بخش سوم كه شامل محفظه ابزار يا قسمت حفار و يا بدون وسيله مي باشد. سوند توسط ميله هاي حفاري و كابل هاي رابط به سطح متصل مي گردد.آزمايش پرسيومتري
بخش آزمايش تك سلولي (يا سه سلولي) بوده و مي تواند دارا يا فاقد مبدل باشد. سوندي كه منارد طراحي نمود داراي يك سلول آزمايش و دو سلول محافظ در طرفين آن كه براي كنترل انبساط استوانه اي سلول آزمايش طراحي شده اند، مي باشد. سوند انواع ديگر پرسيومترها مانند پرسيومتر شركت ايو و يا پرسيومترهاي خود حفار، داراي يك سلول مي باشند. غشاء معمولاً از جنس لاستيك، نئوپرن، اديپرن و يا فلز انعطاف پذير مي باشد.براي مكان هايي كه احتمال تغييرمكان هاي كوچك مي باشد از غشاء فلزي استفاده مي شود. براي محافظت از غشاء در حين جايگذاري و انبساط از يك غلاف استفاده مي شود. هر قدر سختي غلاف و غشاء بيشتر باشد، حساسيت سوند در برابر فشار كاهش مي يابد. چون فشار بيشتري براي انبساط غشاء لازم خواهد بود، بنابر اين در صورت استفاده از اين محافظ ها بايد تصحيحاتي اعمال گردد. نوع ديگري از پرسيومترها مانند پرسيومتر سلول بار كمبريج داراي سوندي بدون غشاء مي باشد كه در آن سوند داراي شش سلول اندازه گيري فشار خاك و فشار آب حفره اي مي باشد.
تغيير مكان غشاء را مي توان به دو صورت اندازه گيري نمود: به وسيله مقدار سيال پمپ شده داخل آن و يا به وسيله مبدل هاي تغيير مكان.در صورت استفاده از نوع اول، سوند تغيير حجمي، ودر نوع دوم سوند تغيير شعاعي شناخته مي شود. در نوع اول فرض مي گردد كه حجم غشاء حين انبساط ثابت باقي مي ماند، بنابر اين تغيير در حجم سيال وارد شده به درون سلول، برابر تغيير حجم حفره آزمايش مي باشد. بنابراين سوندهاي نوع تغيير حجم، بطور مستقيم تغيير مكان متوسط ديواره حفره آزمايش را نشان مي دهند.
در سوندهای نوع تغییر شعاعی، تغییر مکان سطح داخلی غشاء در یک یا چند نقطه توسط مبدل های تغییر مکان اندازه گیری می شود. چون ضخامت غشاء در هنگام انبساط کاهش می یابد، لازم است که در این مورد تصحیحاتی اعمال شود.
قسمت آزمایش دارای طول محدود است و فرض می شود که این قسمت در هنگام انبساط کاملاً استوانه ای باقی بماند. اما در عمل تنها یک سوم میانی بصورت استوانه ای می ماند. به همین دلیل برای سوند های از نوع تغییر حجمی، دو سلول انعطاف پذیر محافظ در بالا و پایین سلول آزمایش قرار می دهند که هم زمان با آن انبساط یافته و باعث می شود سلول میانی حالت استوانه ای خود را حفظ کند.
سوند توسط میله های حفاری و شیلنگ های هیدرولیکی با سطح زمین ارتباط می یابند. میله ها برای قرار دادن سوند درون حفره آزمایش استفاده شده و شیلنگ های هیدرولیکی برای انتقال سیال به غشاء استفاده می شوند. اگر سوند شامل مبدل هم باشد، باید یک کابل برق نیز به سوند متصل گردد که در اینصورت از درون شیلنگ عبور داده می شود.
ب – واحد کنترل و اندازه گیری :
این بخش برای کنترل و ثبت نتایج آزمایش مورد استفاده قرار می گیرد. این واحد معمولاً شامل یک تامین کننده فشار، قسمت اندازه گیری فشار و تغییر مکان و یک سیستم کنترل تغییر مکان یا فشار است. برای ثبت نتایج از یک کامپیوتر استفاده می شود.آزمايش پرسيومتري
آزمایش می تواند از نوع تنش کنترلی یا از نوع کرنش کنترلی و یا ترکیبی از این دو باشد. در آزمایش تنش کنترلی، حجم یا تغییر مکان غشاء اندازه گیری می شود و در آزمایش کرنش کنترلی، فشار اندازه گیری می گردد.
ساده ترین روش انجام آزمایش پرسیومتری روش تنش کنترل شده می باشد که در حین آن فشار ها و تغییر مکانها ثبت می گردند. فشار سیال (گاز یا روغن)، در صورت استفاده از منبع گاز با استفاده از یک تنظیم کننده دقیق و در صورت استفاده از منبع روغن با استفاده از یک پمپ دستی در گام هایی اضافه می شود و تغییرات حجم قسمت آزمایشی به وسیله واحد تغییر حجم اندازه گیری می گردد.
در بعضی از سوند ها تغییر مکان و فشار بطور اتوماتیک با کمک مبدل های بکار رفته در آن ها اندازه گیری میشود، ولی فشار باز هم بصورت دستی اعمال می گردد. این آزمایش ها هم از نوع تنش کنترلی هستند اما نیازی به اندازه گیری تغییر حجم نیست. چون تغییر مکان غشاء به طور پیوسته توسط مبدل ها اندازه گیری می شود.
مبدل ها نیاز به یک واحد الکترونیکی شامل یک قسمت تولید کننده انرژی و یک قسمت تقویت کننده سیگنال و تبدیل آنها به دیجیتال برای وارد کردن به کامپیوتر دارند. این واحد می تواند در سطح یا درون سند قرار گیرد.آزمايش پرسيومتري
ج – واحد رابط :
بطور کلی واحد رابط برای ارتباط درون گمانه و قسمت های واقع در سطح می باشد. این قسمت شامل لوله های رابط انتقال فشار گاز یا مایع، برای اعمال فشار به سلول (سلول های) سوند، از سطح به درون گمانه و سوند، کابل های تامین انرژی الکتریکی درون گمانه (شامل موتور الکتریکی مربوط به مته های حفاری در سیستم های خود حفار، مبدل های فشار و تغییر مکان در سیستم هایی که داای این تجهیزات هستند و سایر وسایل درون گمانه ای که نیاز به انرژی الکتریکی دارند) و کابل های خروجی از سوند که اندازه گیری های انجام شده درون گمانه را به سیستم کنترل و اندازه گیری واقع در سطح انتقال می دهند، می باشد.
انواع پرسیومتر و تجهیزات وابسته :
پرسیومتر ها انواع گوناگونی دارند که بنا به نوع کاربرد و نیاز از آن ها استفاده می شود. ولی بطور کلی پرسیومتر ها را می توان به شرح زیر تقسیم نمود :
الف – پرسیومتر های پیش حفار
ب – پرسیومتر های خود حفار
ج – پرسیومتر های تغییر مکانی
الف – پرسیومتر های پیش حفار :
پرسیومتر های پیش حفار به پرسیومتری گفته می شود که درون گمانه ای که از قبل آماده شده قرار گرفته و آزمایش انجام می گیرد. اولین پرسیومتری که توسط منارد ساخته شد، از این گونه می باشد. امروزه مدلهای مختلفی از این نوع ساخته شده است و بیشترین استفاده را در بین گونه های دیگر پرسیومتر دارد.
این نوع پرسیومتر ها در کلیه خاک ها و سنگ های ضعیف که امکان ایجاد گمانه در آنها باشد قابل استفاده می باشد. سوند این پرسیومترها سه سلولی یا تک سلولی است. ابعاد این نوع پرسیومترها باید به نحوی باشد که به راحتی درون حفره آزمایش آماده شده توسط حفار استاندارد قرار گیرد.
دو نوع پرسیومتر حفار وجود دارد :نوع تغییر حجمی و نوع تغییر شعاعی.
ب – پرسیومتر های خود حفار :
منارد برای تعیین پارامترهای زمین از آزمایش PBP، از تئوری انبساط حفره استفاده نمود. او متوجه شد که نحوه جایگذاری سوند در درون گمانه روی پاسخ زمین تاثیر می گذارد، بنابر این با استفاده از آزمایش PBP نمی توان یک پاسخ صحیح تنش – کرنش زمین بدست آورد.
سختی زمین را می توان با کمک یک سیکل باربرداری – بارگذاری مجدد، از هر نوع آزمایش پرسیومتری بدست آورد، مشروط بر اینکه انبساط حفره به قسمت های بهم نخورده زمین رسیده باشد. بنابر این آزمایش های PBP بطور گسترده ای در تعیین سختی سنگ های نرم و یا خاک های سخت مورد توجه قرار می گیرد.آزمايش پرسيومتري
ج – پرسیومتر های تغییر مکانی :
جزکوئل و همکاران (Jezequel et al.,1982) پرسیومتری ساختند که برای استفاده های دریایی کاربرد داشت.
برای پرسیومترهای تغییر مکانی دو نوع زیر را می توان نام برد :
الف – پرسیومتر رانشی
ب – پرسیومتر مخروطی
مراحل انجام آزمایش :
بطور کلی انجام آزمایش پرسیومتری شامل مراحل زیر می باشد :
الف – کالیبراسیون تجهیزات
ب – حفاری (برای پرسیومترهای پیش حفار)
ج – جایگذاری سوند درون زمین
د – اعمال فشار و تشکیل حلقه های باربرداری – بارگذاری مجدد و ثبت همزمان داده ها
ه – اصلاح داده های خام
و – تجزیه و تحلیل داده ها و استخراج پارامترهای مهندسی
الف- کالیبراسیون :
به منظور دستیابی به پاسخ صحیح خاک یا سنگ، قبل از انجام هر آزمایش پرسیومتری، دستگاه را باید کالیبره نمود. کالیبراسیون را می توان به سه بخش تقسیم کرد :
- کالیبراسیون سیستم های اندازه گیری فشار و تغییر مکان
- کالیبراسیون نرمی سوند (شامل سختی، نازک شدگی و تراکم غشاء)
- کالیبراسیون نرمی سیستم (تغییرات حجم)آزمايش پرسيومتري
ب – حفاری :
در آزمایش با پرسیومترهای پیش حفار مانند پرسیومتر منارد، سوند درون گمانه ای که از قبل حفر شده است قرار می گیرد. بنابراین حفاری نیز جزئی از آزمایش بوده و نحوه انجام آن قطعاً در نتایج موثر خواهد بود.
برای حفاری صحیح دو شرط باید مد نظر باشد: اول حفره دارای رواداری مشخص باشد و دوم اینکه استقرار دستگاه و روش حفاری کمترین دست خوردگی را در گمانه ایجاد کند. آماده سازی گمانه مناسب، مهمترین اقدام برای بدست آوردن یک نتیجه خوب است. شناخت عوامل موثر در بروز دست خوردگی کمک شایانی به کاستن این اثر خواهد نمود. این اثرات به صورت های: ریزش، فرسایش و نرم شدگی دیواره گمانه نمایان می شوند.
ج – جایگذاری و نصب پرسیومتر :
یکی دیگر از بخش های با اهمیت آزمایش پرسیومتری قرار دادن سوند پرسیومتر درون زمین برای شروع آزمایش می باشد. جایگذاری پرسیومتر باید با نهایت دقت صورت گیرد تا از بهم خوردگی بیش از حد خاک جلوگیری به عمل آمده و نتایج قابل قبولی بدست آید. روش های قرارگیری انواع پرسیومترها در ادامه شرح داده می شود.
نصب پرسیومترهای پیش حفار :
در آزمایش با پرسیومترهای پیش حفار همانطور که قبلا هم توضیح داده شد، ابتدا توسط روش های مناسب حفاری یک گمانه تقریبا هم قطر پرسیومتر حفر می شود و سپس پرسیومتر درون گمانه قرار می گیرد. معمولا باید بلافاصله بعد از حفر گمانه پرسیومتر درون آن قرار گیرد تا ترخیص تنش ایجاد شده و ریزش احتمالی دیواره گمانه کمترین اثر را بر آزمایش داشته باشند. در خاک های ریزشی از گل حفاری نیز می توان استفاده نمود.
نصب پرسیومترهای خود حفار :
در هنگام حفاری پنج مشخصه قابل تغییر وجود دارد. برای جلوگیری از حرکت خاک و انسداد سوند، این مشخصه ها باید در تعادل باشند. این مشخصه ها عبارتند از: سرعت نفوذ سوند در خاک، بار محوری روی سوند، سرعت دستگاه برش، فشار و سرعت جریان گل حفاری.
نصب پرسیومترهای رانشی :
معمولا این آزمایش در همان خاک هایی که آزمایش نفوذ مخروط (CPT) را می توان به کار برد، قابل انجام می باشد. پرسیومترهای مخروطی را با استفاده از یک کامیون مخصوص آزمون CPT در خاک می کوبند و به طور معمول از همان تجهیزات CPT استفاده می شود.
انجام آزمایش :
پس از قرارگیری سوند در محل مورد نظر می توان آزمایش را شروع نمود.آزماش ها معمولا به دو دسته تنش کنترل شده و کرنش کنترل شده تقسیم می شوند. انتخاب هر یک از این دو به نوع سوند و سیستم کنترل بستگی دارد.
در آزمایش های تنش کنترلی، مفدار بار (فشار) در گام هایی اضافه شده و تغییرات حجم ثبت می شود. در پایان هر افزایش می توان یک سیکل باربرداری – بارگذاری با انقباض و انبساط غشاء طبق همان روند قبلی انجام داد. غشاء هنگامی که دستگاه به ظرفیت فشار یا حجم برسد، باربرداری می شود. منحنی تنش کرنش و تغییرات نرخ تنش و کرنش به شکل S کشیده می باشد. در آزمایش های تنش کنترل شده، نرخ کرنش در خلال آزمایش متغیر است.
در آزمایش های کرنش کنترل شده، غشاء با یک نرخ ثابت تغییر مکان، منبسط می گردد. این روش برای سیستم هایی که با مایعات کار می کنند نسبتا ساده تر می باشد. مقدار مشخصی آب یا روغن به داخل غشاء پمپ شده و فشار بوجود آمده را ثبت می کنند. این روش را می توان با هر نوع سوند با سیستم مایع و در هر نوع شرایط زمین به کار برد.آزمايش پرسيومتري
