آزمایش خاک چیست؟
آزمایش خاک به مجموعه آزمایشهایی گفته میشود که برای بررسی دقیق ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی خاک زمین در جغرافیاهای متفاوت انجام میشود. انجام این آزمایش برای ساختن یک ساختمان مقاوم در برابر خطرات مختلف همچون زلزله، نشست و… ضروری است و از سویی قوانینی الزامآور برای انجام آن نیز وجود دارد. البته همه پروژهها نیازی به انجام این آزمایش ندارند که در قسمت بعدی به تفصیل این موضوع را بررسی خواهیم کرد.
این آزمایش که علاوه بر صنعت ساختمان در صنعت کشاورزی نیز اهمیت فوقالعادهای دارد، اطلاعاتی بسیار مهم نظیر اسیدیته، مقاومت برشی، دانهبندی، حد تحمل وزن، چگالی، میزان نفوذپذیری خاک و بسیاری عوامل دیگر را استخراج خواهد کرد. دادههای حاصل از این آزمایش میتواند مهندسان عمران را به سوی طراحی بهترین مدل برای ساخت یک ساختمان استاندارد و مقاوم در برابر زلزله راهنمایی کند.
کاربردهای آزمایش خاک
• از جمله مهمترین کاربردهای آزمایش خاک میتوان به این موارد اشاره کرد:
• تعیین کردن میزان و نوع مصالح مورد نیاز شما برای ساخت یک ساختمان مقاوم و استاندارد
• کمک به مهندسین طراح و محاسب برای تعیین دقیق مشخصات پروژه شما
• تعیین مسیر برای مقاومسازی ساختمان در برابر زلزله
• مشخص شدن عناصر سازنده خاک و تیپ خاک
و…
در مجموع میتوان گفت در پروژههای بزرگ راهی جز انجام تست خاک برای ساخت یک سازه استاندارد وجود نخواهد داشت.
• زمینهایی که از قبل آزمایش خاک در آنها و یا در همسایگی آنها انجام شده و دادههای کافی برای تحلیل شرایط خاک آن وجود داشته باشد.
• ساختمانهایی که زیربنای آنها کمتر از ۳۰۰ متر مربع باشد.
• ساختمانهای با اهمیت کم؛ نظیر سولهها، انبارها و دیگر مکانهایی که خسارت خرابی آن زیاد نیست؛ مخصوصاً از لحاظ خسارت جانی.
• ساختمانهای دارای حداکثر ۴ طبقه (با احتساب پارکینگ و انباری)
• ساختمانهایی که در مناطق اطراف خود سازههای کمی وجود داشته باشد؛ با این شرط که وضع خاک آن مساعد باشد.
• در هر صورت اگر پروژه عمرانی شما متوسط یا بزرگ است، به شما پیشنهاد میکنیم این آزمایش را انجام دهید؛ چراکه در استفاده شما از مناسبترین نوع مصالح و به بهترین میزان، تأثیر بسیار زیادی خواهد داشت.
در چه صورت به انجام آزمایش خاک نیاز است؟
همانطور که گفتیم همه پروژههای ساخت و ساز نیاز به انجام تست خاک ندارند. در صورتی که پروژه شما مشمول موارد زیر است، نیازی به انجام این تست نخواهید داشت:
• زمینهایی که از قبل آزمایش خاک در آنها و یا در همسایگی آنها انجام شده و دادههای کافی برای تحلیل شرایط خاک آن وجود داشته باشد.
• ساختمانهایی که زیربنای آنها کمتر از ۳۰۰ متر مربع باشد.
• ساختمانهای با اهمیت کم؛ نظیر سولهها، انبارها و دیگر مکانهایی که خسارت خرابی آن زیاد نیست؛ مخصوصاً از لحاظ خسارت جانی.
• ساختمانهای دارای حداکثر ۴ طبقه (با احتساب پارکینگ و انباری)
• ساختمانهایی که در مناطق اطراف خود سازههای کمی وجود داشته باشد؛ با این شرط که وضع خاک آن مساعد باشد.
• در هر صورت اگر پروژه عمرانی شما متوسط یا بزرگ است، به شما پیشنهاد میکنیم این آزمایش را انجام دهید؛ چراکه در استفاده شما از مناسبترین نوع مصالح و به بهترین میزان، تأثیر بسیار زیادی خواهد داشت.
مراحل اداری انجام آزمایش خاک
بسیاری از افراد برای گذراندن مرحله انجام آزمایش خاک و دریافت مجوزهای مربوطه دچار اتلاف وقت بسیار زیادی میشوند و دلیل آن نیز به ناآگاهی آنها از فرآیند انجام این کار مرتبط است. در ادامه یک شمای کلی از مراحل انجام آزمایش خاک و دریافت مجوزهای مربوطه به شما ارائه خواهیم داد که دانستن آن برای جلوگیری از اتلاف وقت و هزینه ضروری خواهد بود:
۱. بازدید از محل
پس از صدور عوارض شهرداری شما میتوانید به انجام آزمایش خاک بپردازید. ابتدا با یک شرکت معتبر در زمینه آزمایش خاک مذاکره میکنید و پس از توافقهای اولیه، کارشناسان شرکت از زمین شما بازدید خواهند کرد. در این مرحله مواردی همچون شمالی یا جنوبی بودن جهت ساختمان، موقعیت و وضعیت ساختمانهای همسایه، و موقعیت کلی زمین بررسی میشود تا بهترین روش برای حفاری و برداشت خاک مشخص شود.
۲. توافق قیمت با آزمایشگر و عقد قرارداد
پس از بازدید اولیه نوبت به نهایی کردن قیمت و عقد قرارداد نهایی با شرکت آزمایشگر میرسد. عوامل تعیینکننده قیمت آزمایش در قسمت پایانی این مقاله آمده است؛ شما میتوانید برای انجام بهتر مذاکرات آن قسمت را مطالعه کنید. پس از عقد قرارداد، شرکت یک برگه سبز ژئوتکنیک به سازنده تحویل میدهد. سازنده لازم است برای دریافت تأییدیه نهایی، برگه سبز را به دفتر خدمات الکترونیک ببرد و فرآیند تأیید مدارک را انجام دهد.
۳. انجام حفاری و برداشت خاک
پس از تأیید برگه سبز، نوبت به انجام حفاری میرسد. اگر با یک شرکت حرفهای توافق کرده باشید، فرآیند حفاری تنها چند روز زمان میبرد. اما اگر شرکت از نیروهای غیر متخصص و ارزان استفاده کند، ممکن است هفتهها این فرآیند زمان ببرد.
۴. مستقر شدن کارشناس ژئوتکنیک
شرکت آزمایشگر لازم است یک کارشناس ژئوتکنیک برای مستندسازی فرآیند حفاری به محل اعزام کند. یکی از عوامل بسیار مهم در دریافت تأییدیه نهایی از سوی سازمان نظام مهندسی، به کارشناس ناظر ژئوتکنیک بستگی دارد؛ چراکه استانداردهای این سازمان در این زمینه سختگیرانه است. در صورتی که تیم حفاری حرفهای باشند و مهندس ناظر نیز به درستی فرآیند گزارشگیری و مستندسازی را انجام دهد، مشکلی در دریافت تأییدیه نظام مهندسی نخواهید داشت.
۵. انجام فرآیندهای آزمایشگاهی
پس از عملیات حفاری، نوبت به گذراندن فرآیند آزمایشگاهی میرسد. در این قسمت آزمایشهایی تخصصی بر روی خاک انجام میشود؛ در قسمت بعدی به تفصیل این آزمایشها را بررسی خواهیم کرد. در این قسمت نیز اهمیت عقد قرارداد با یک شرکت حرفهای خود را نشان میدهد؛ چراکه در صورت عدم بهرهگیری از نیروهای متخصص، ممکن است خروجی آزمایشها از نظر نظام مهندسی غیرقابلقبول باشد. از این گذشته، سلامت و دوام سازه شما کاملاً وابسته به نتایج این آزمایش است و از همین رو نباید با بهرهگیری از نیروهای غیر متخصص، ریسکی در این زمینه انجام داد.
۶. صدور دفترچه نتایج آزمایش خاک
در نهایت نوبت به دریافت دفترچه مکانیک خاک میرسد. این دفترچه که معمولا در حدود ۷۰ صفحه دارد، گزارشی دقیق از نتایج آزمایشهای متنوع خاک ارائه داده است. به احتمال زیاد شما این گزارش را به صورت دیویدی دریافت خواهید کرد. باید توجه داشته باشید که تمامی نتایج این دفترچه، در انجام مراحل بعدی ساختوساز شما و مخصوصاً در مراحل زیرسازی و طراحی ساختمان موثر خواهد بود. در این مرحله کار شما با شرکت آزمایشگر به اتمام میرسد.
۷. ارسال مدارک به نظام مهندسی
در این مرحله شرکت یا افراد سازنده ساختمان، دفترچه مکانیک خاک را در قالب دیویدی به سازمان نظام مهندسی ارسال میکنند و منتظر دریافت جوابیه سازمان میمانند. سازمان نظام مهندسی با بررسی دقیق تمامی خروجیها، در خصوص صدور مجوز تصمیمگیری خواهد کرد. توجه داشته باشید که اگر با یک شرکت حرفهای آزمایشگر کار کرده باشید، این فرآیند به سرعت و بدون هیچ مشکلی انجام خواهد شد.
۸. دریافت پاسخ از نظام مهندسی
پس از صدور تأییدیه نظام مهندسی و دریافت مجوزهای مربوطه، این سازمان یک گزارش تکمیلی موسوم به دفترچه مکانیک خاک به شما ارائه خواهد داد. در این دفترچه دستورالعملهایی وجود دارد که مهندسین پروژه شما به آن نیاز خواهند داشت.
انواع آزمایش خاک
همانطور که در مقدمه مقاله توضیح دادیم، آزمایش خاک شامل صرفاً یک آزمایش نیست و در حقیقت چندین آزمایش متنوع در ذیل آن قرار میگیرند. در ادامه لیستی از این آزمایشها را برای شما ذکر کردهایم. باید دانست در همه اوقات نیازی به انجام همه آنها نیست و در بسیاری مواقع، تنها ۵ عدد یا بیشتر این آزمایشها برای دریافت تأییدیه کفایت خواهد کرد. در ادامه لیست تستهای خاک را بررسی میکنیم و تستهای ضروری را نیز مشخص خواهیم کرد.
آزمایش SPT یا آزمایش نفوذ استاندارد
این آزمایش که پایه ثابت همه آزمایشهای خاک است و انجام آن ضروری است، برای تعیین تیپ خاک ضرورت دارد. نتیجه این آزمایش به عوامل مختلفی نظیر نوع خاک، دانسیته نسبی، تاریخچه تنش و… بستگی دارد و هر چه عدد آن بزرگتر باشد، سختی و تراکم خاک نیز بیشتر خواهد بود. از دیگر عواملی که انجام این آزمایش را ضروری میکند، اثرگذاری نتیجه آن در تخمین زدن نتایج سایر آزمایشها نظیر تراکم، چسبندگی، نسبت بیشتحکیمی، زاویه اصطکاک داخلی، مدول الاستیسیته و… خواهد بود.
به دلیل شکل ساده انجام این آزمایش هزینه آن بسیار پایین است. روش انجام آن به این صورت است که یک وزنه با جرم ۶۳.۵ کیلوگرم را از فاصله ۷۶ سانتیمتری سطح خاک رها میکنند. در ادامه تعداد ضرباتی که منجر به نفوذ وزنه در عمقی مشخص از خاک میشود را شمارش میکنند و بدین ترتیب میتوان نرخ نفوذپذیری خاک را مشخص کرد. همچنین خروجی این آزمایش اثر زیادی در تعیین تیپ خاک خواهد داشت. در ادامه مقاله با معنای تیپ خاک و انواع آن آشنا خواهید شد.
از آنجایی که در بیشتر اوقات، آزمایش SPT یا آزمایش نفوذ استاندارد در محفظههای حفاریشدهای انجام میشود که برای مقاصد دیگر به وجود آمدهاند، این آزمایش در رده ارزانترین آزمایشها قرار میگیرد.
آزمایش همارز ماسهای (SE)
این آزمایش از جمله آزمایشهایی است که شما را در استفاده از مصالح مناسب راهنمایی خواهد کرد. این تست در اصل برای سنجش کیفیت ماسه موجود در خاک انجام میشود؛ از سویی این آزمایش معین میکند که چند درصد از خاک یک منطقه را ماسه تشکیل میدهد و همچنین میزان جذب آب توسط ریزدانهها و میزان تورم آنها در اثر جذب آب را تعیین خواهد کرد. این آزمایش به شما اجازه خواهد داد میزان دقیق ماسه مورد نیاز برای استفاده در بتن را سنجش کنید. استفاده از میزان کم یا زیاد ماسه به نسبت میزان ماسه موجود در خاک، میتواند تبعاتی جدی برای ساختمان شما به همراه داشته باشد؛ چراکه این موضوع تأثیر مستقیمی بر تراکم بتن، مقاومت آن در برابر هوازدگی و همچنین نفوذپذیری بتن خواهد داشت.
آزمایش هیدرومتری و دانهبندی
این آزمایش نیز در زمره آزمایشهای ضروری قرار دارد و برای تعیین یکی از مهمترین عوامل خاک، یعنی دانهبندی آن به کار میرود. این تست خاک بر اساس اندازه ذرات سازنده خاک و همچنین عناصر سازنده آن، به سه روش مختلف انجام میشود:
ا دسته اول: برای خاکهایی که بیش از ۹۰ درصد ذرات سازنده آن بزرگتر از الک ۲۰۰ باشد
این دسته از خاکها را به دو شیوه آزمایش میکنند: خشک و تر. در شیوه خشک چندین الک بر روی هم قرار میگیرد، سپس خاک به بالاترین الک اضافه میشود و دستگاه لرزاننده همه الکها را به حرکت در میآورد. این کار تا الک کامل خاک ادامه خواهد داشت. سپس با کمک ترازوهای بسیار دقیق، باقیمانده در هر یک از الکها اندازهگیری خواهند شد. در شیوه تر اما همین فرآیند با کمک فشار آب انجام میشود. آب با فشار زیادی از بالاترین الک به سمت پایین وارد میشود و تا زمانی که آب خروجی از آخرین الک کاملاً شفاف شود ادامه دارد. پس از اتمام کار، ذرات هریک از الکها وزن میشوند.
● دسته دوم: برای برای خاکهایی که بیش از ۹۰ درصد ذرات سازنده آن کوچکتر از الک ۲۰۰ باشد
اصطلاح هیدرومتری در حقیقت برای این روش آزمایش خاک به کار میرود. در این روش از دستگاه آزمایشگر هیدرومتر که بر پایه قانون استوکس کار میکند برای دانهبندی خاک استفاده میشود.
● دسته سوم: برای خاکهای مخلوط
اگر خاک یک منطقه در هیچ یک از دو دسته بالا نباشند، به این شیوه دانهبندی میشوند: ذرات ریز و درشت از یکدیگر جدا میشوند؛ بخش ذرات ریز با کمک دستگاه هیدرومتری و بخش ذرات درشت با شیوه الک (خشک یا تر) دانهبندی خواهند شد.
آزمایش حد روانی
این آزمایش برای سنجش میزان رطوبتی به کار میرود که میتواند خاک را به حالت خمیری یا به حالت روانی دربیاورد.
آزمایش برش مستقیم
این آزمایش نیز در رده آزمایشهای مهم قرار میگیرد؛ چراکه در محاسبات مسائل ژئوتکنیکی بسیار موثر است. از جمله این مسائل میتوان به محاسبه فشار جانبی خاک، پایداری شیبها، میزان تحمل بار پیها و… اشاره کرد. این آزمایش بسیار کمهزینه است و در محل پروژه (و نه در آزمایشگاه) انجام میشود. در این آزمایش بررسی میشود که خاک تا چه اندازه در برابر تنشهای عمودی وارده مقاومت دارد و حد گسیختگی آن کجاست.
آزمایش سه محوری
این آزمایش مکمل آزمایش بالا بوده و در آزمایشگاه انجام میشود. برای انجام آن، خاک را میان دو صفحه دستگاه آزمایشگر قرار میدهند و دستگاه نیز با وارد کردن نیرو به خاک از جهات مختلف، میزان مقاومت آن را سنجش میکند.
آزمایش ضریب نفوذپذیری از طریق آزمایش بار آبی افتان یا ثابت
این دو آزمایش برای تعیین دقیق ضریب نفوذپذیری خاک به کار میرود. البته هیچیک از آنها در لیست آزمایشهای ضروری قرار نمیگیرند.
آزمایش تحکیم
هدف این آزمایش بررسی محدوده فشاری است که خاک قادر به تحمل آن بدون تغییر شکل و نشست کردن است. این آزمایش مهم و ضروری ضریبی دقیق از حد نشست خاک به مهندسان ارائه میکند و به آنها اجازه میدهد بیآنکه وارد محدوده نشست و تغییرشکل خاک شوند، ساختمان را طراحی و بنا کنند.
آزمایش تراکم
این آزمایش نیز که از اهمیت بالایی برخوردار است، برای بررسی واکنش خاک در مقابل نیروهای تراکمی و اندازهگیری دقیق چگالی خاک انجام میشود. این آزمایش به مهندسان کمک خواهد کرد تا مقدار رطوبت بهینه خاک را پیدا کنند.
تیپ خاک چیست؟
تیپ خاک برای دستهبندی انواع خاکها بر اساس مقاومتشان در برابر زلزله به کار میرود. در تعیین تیپ نهایی یک خاک، نتایج آزمایشهایی نظیر برش مستقیم و برش سهمحوری اهمیت بسیار زیادی دارد. خاکها به چهار تیپ مختلف تقسیمبندی میشوند؛ تیپ یک مقاومترین تیپ خاک در برابر زلزله است و تیپ چهار، آسیبپذیرترین آنها.
تیپبندی خاک یکی از مهمترین کارکردهای تست خاک است؛ چراکه نتیجه آن به طور مستقیم به میزان مصالح مورد نیاز برای مقاومسازی یک بنا در مقابل زلزله وابسته است. برای مثال ممکن است هزینه مقاومسازی یک آپارتمان که بر خاک تیپ سه ساخته شده است، تا چند برابر بیشتر از آپارتمان مشابهی باشد که بر خاک تیپ دو بنا میشود. از همین رو شما میتوانید این موضوع را به عنوان یک مقوله موثر در خرید زمین نیز در نظر بگیرید.
قیمت آزمایش خاک به چه عواملی بستگی دارد؟
هماکنون میتوانیم عوامل موثر بر قیمت آزمایش خاک را بررسی کنیم. به طور کلی میتوان گفت هزینه تست خاک به نوع روش حفاری، تعداد و عمق گمانهها و همچنین موقعیت مکانی حفاری ربط دارد که هریک از آنها را در ادامه بررسی میکنیم:
روش حفاری (دستی یا ماشینی)
این مورد را میتوان «میزان زمانبری و سختی حفاری» نیز نامگذاری کرد. برای مثال حفاری خاکهای متراکم بسیار سخت و زمانبرتر از خاکهای کمتر متراکم است و همین موضوع را میتوان به تیپ خاک، سطح آبهای زیرزمینی، میزان دسترسیپذیری محلی برای جابهجایی وسایل حفاری و مواردی دیگر تعمیم داد. هریک از اینها در هزینه نهایی آزمایش خاک اثرگذار خواهند بود.
تعداد گمانهها
گمانه به سوراخی با قطر ۵ تا ۲۵ سانتیمتر میگویند که در زمین ایجاد میشود و تا عمق چند متری پایین میرود تا بتوان نمونه خاک مناسبی از آن برداشت کرد. هرچه تعداد گمانهها بیشتر باشد هزینه شما نیز بالاتر میرود؛ اما در هزینه ایجاد هر یک گمانه در پروژههای بزرگ به نسبت پروژههای کوچک کمتر خواهد بود. هرچه زمین شما بزرگتر باشد، به گمانههای بیشتری نیاز خواهید داشت.
عمق حفاری
سازمان نظام مهندسی از شما انتظار خواهد داشت که نمونه خاک خود را از عمقی بین ۲۰ تا ۳۰ متر برداشت کنید. هرچه عمق گمانهها بیشتر شود، هزینه حفاری و بنابراین هزینه کلی تست خاک شما افزایش خواهد یافت.