معرفی آزمایش پرسیومتری خاک و مزایا و معایب آن

در این پست ابتدا به معرفی و بررسی نحوه انجام آزمایش پرسیومتری می پردازیم سپس در ادامه انواع پرسیومترها و مزایا و معایب آنها را مورد بررسی قرار می دهیم.

مقدمه

آزمایش پرسیومتری (Pressuremeter Test) که توسط برخی از پژوهشگران ایرانی به فشارسنجی ترجمه شده است، در ابتدا توسط لوئیس منارد در سال 1954 در فرانسه ابداع شد.

پرسیومتری یکی آزمایش های صحرایی در حوزه ژئوتکنیک است که برای شناسایی و ارزیابی خواص فیزیکی و مکانیکی خاک کاربرد دارد.

از معمول ترین ویژگی هایی که بر اساس این آزمایش ارزیابی می گردد مدول تغییر شکل خاک، مقاومت زهکشی نشده خاک های رسی اشباع و فشار جانبی است.

این آزمایش همچنین برای تخمین میزان تراکم نسبی و زاویه اصطکاک داخلی خاک کاربرد دارد.

روش انجام آزمایش پرسیومتری

در این آزمایش یک بالون استوانه ای تحت فشار سیال درون گمانه انبساط می یابد و تغییرات حجم و فشار به طور پیوسته اندازه گیری می شود.

سپس این داده ها به صورت نمودار فشار اعمال شده در مقابل تغییر حجم یا فشار در مقابل تغییر شعاع بالن ترسیم می شود.

انواع پرسیومتر و تجهیزات وابسته

پرسیومترها انواع گوناگونی دارند که بنا به نوع کاربرد و نیاز از آنها استفاده می شود.

به طور کلی پرسیومترها را می توان به شرح زیر تقسیم نمود :

• پرسیومتر پیش حفار
• پرسیومترهای خود حفار
• پرسیومترهای تغییر مکانی

پرسیومترهای پیش حفار (Pre-Bored Pressuremeter)

پرسیومتر پیش حفار به پرسیومتری گفته می شود که درون گمانه ای که از قبل اماده شده، قرار می گیرد و ازمایش انجام گرفته می شود.

اولین پرسیومتری که ساخته شده است، از اینگونه است.

امروزه مدل های مختلفی از این نوع ساخته شده است و بیشترین استفاده را در بین گونه های دیگر پرسیومتر دارد.

این نوع پرسیومترها در کلیه خاک ها و سنگ های ضعیف که امکان ایجاد گمانه در انها باشد قابل استفاده می باشند.

دو نوع پرسیومتر پیش حفار به شرح زیر وجود دارد :

• پرسیومتر پیش حفار تغییر حجمی
• پرسیومتر پیش حفار تغییر شعاعی

شکل 1 : پرسیومتر پیش حفار

پرسیوترهای خود حفار ( Self Boring Pressuremeter )

از پرسیومترهای خود حفار می توان به پرسیومتر خود حفار کمبریج اشاره کرد.

این نوع پرسیومتر در سال 1971 در دانشگاه کمبریج انگلستان ساخته شد و در سال 1975 تکمیل گردید.

دو نوع مختلف از پرسیومتر خود حفار کمبریج به شرح زیر وجود دارد :

• پرسیومتر انبساطی
• پرسیومتر سلول بار

پرسیومتر انبساطی وسیله ای است که موجب انبساط حفره اطراف دستگاه شده و فشار مورد نیاز برای تغییر شعاع را اندازه گیری می کند.

پرسیومتر سلول بار دستگاهی است که اگر در موقعیت مناسب قرار گیرد، فشارهای وارد بر بیرون دستگاه را احساس می کند، بنابراین تنش کل و فشار آب حفره ای برجا را به طور پیوسته، نامحدود و در هر مسیر افقی اندازه گیری می کند.

این وسیله بارگذاری یا انبساط ندارد.

شکل 2 : پرسیومتر خود حفار و تجهیزات وابسته

شکل 3 : تجهیزات پرسیومتر خود حفار انبساطی کمبریج

شکل 4 : پرسیومتر سلول بار کمبریج

پرسیومترهای تغییر مکانی ( Displacement Pressuremeter )

برای پرسیومترهای تغییر مکانی دو نوع زیر را می توان نام برد :

• پرسیومتر رانشی PIP
• پرسیومتر مخروطی

پرسیومتر رانشی توسط هندرسون در سال 1979 در مرکز تحقیقات مسکن انگلستان طراحی و ساخته شده است.

این نوع پرسیومتر در ابتدا برای تحقیقات و کاوش های برجا در سواحل به کار رفت.

مزایا و معایب آزمایش پرسیومتری

آزمایش پرسیومتری نیز مانند آزمایش های برجای دیگر دارای مزایا و معایبی است که در ادامه به برخی از آنها اشاره می گردد :

مزایا آزمایش پرسیومتری

• آزمایش پرسیومتری نسبت به سایر آزمایش های برجا پارامترهای بیشتری از خاک را به دست می آورد.
• بنیان نظری محکم تری دارد و بر همین اساس نتایج آزمایش از تکرار پذیری مناسبی برخوردار است.
• نسبت به سایر آزمایش های برجا و همچنین آزمایش های آزمایشگاهی حجم بیشتری از خاک را تحت آزمایش قرار می دهد و بر همین اساس به لحاظ حجم نمونه انطباق بیشتری با شرایط واقعی دارد.
• آزمایش در محدوده کرنش های بزرگ و نزدیک به واقعی انجام می شود و لذا مدول برشی خاک را به طور مناسب تری به دست می دهد.
• منحنی کامل از رفتار تنش – کرنش خاک به دست می دهد و پارامترهای رفتاری نظیر مدول شکل پذیری که در تحلیل نشست اهمیت ویژه ای دارند، به طور مستقیم از آزمایش به دست می آیند.
• دست خوردگی محیط، به ویژه در پرسیومترهای خود حفار، چندان زیاد نیست.
• برای تخمین فشار افقی خاک و همچنین موارد ویژه دیگری نظیر طراحی شمع های تحت بار جانبی از کاربردهای منحصر به فردی برخوردار است.
• در پرسیومترهایی که دارای سیستم کنترل اتوماتیک هستند و به ویژه در پرسیومترهای خود حفار، نتایج تا حد زیادی تحت تاثیر اپراتور نمی باشند.

معایب آزمایش پرسیومتری

• اجرای آزمایش با توجه به تجهیزات خاص آن نیازمند افراد متخصص و با تجربه است و نتایج حاصل از این آزمایش اگر به وسیله افراد کم تجربه انجام شده باشد ممکن است گمراه کننده باشد.
• آزمایش پرسیومتری در زمره آزمایش های صحرایی پرهزینه است.
• اعمال بار به محیط در آزمایش پرسیومتری به صورت افقی است، در حالی که بار وارده به پی سازه های غالبا در جهت قائم وارد می شود.
• این ازمایش تجهیزات ظریف و حساسی دارد و باید برای جلوگیری از آسیب دیدن دستگاه تحت حفاظت قرار گیرد.
• دستگاه باید به طور مرتب کالیبره شود.
• در اکثر دستگاه های پرسیومتری انجام آزمایش همراه با اخذ نمونه نیست.