محاسبه تعداد گمانه های لازم آزمایش خاک و حداقل عمق گمانه

محاسبه تعداد گمانه های لازم آزمایش خاک و حداقل عمق گمانه از اولین گام های لازم برای انجام آزمایش خاک و تست خاک می باشد. تعداد گمانه های لازم آزمایش خاک به عواملی همچون مساحت سطح اشغال ساختمان، اهمیت ساختمان و شرایط زیرسطحی (نوع لایه بندی و زمین) وابسته است. با افزایش درجه اهمیت ساختمان و همین طور افزایش سطح اشغال، تعداد گمانه های لازم آزمایش خاک نیز افزایش می یابد. در صورتی که برای احداث ساختمان نیاز به گودبرداری باشد، عمق گود نیز تعیین کننده حداقل تعداد گمانه های لازم آزمایش خاک می باشد. به طوری که با افزایش عمق، تعداد گمانه های مورد نیاز نیز بیشتر خواهد شد.

حداقل عمق گمانه نیز وابسته به عواملی همچون نشست، ظرفیت باربری زمین، گسیختگی برشی خاک، شرایط احداث ساختمان (با یا بدون گودبرداری)، جنس زمین و ... می باشد. به طور کلی حداقل عمق گمانه باید به اندازه ای باشد که تا زیر نهشته های نامناسب برای پی، ادامه یابد.

هزینه آزمایش خاک برای احداث ساختمان به نوع آزمایش، جنس خاک، تعداد آزمایش، متراژ و نوع حفاری و ... وابسته است. هزینه آزمایش خاک ساختمان که توسط آزمایشگاه ژئوتکنیک انجام می شود، در مناطق مختلف متفاوت می باشد.

علاوه بر آزمایش خاک، آزمایش بتن و تست بتن هم از اهمیت زیادی برخوردار است. آزمایش بتن ساختمان موجب انطباق مصالح مصرفی با استاندارد های مربوطه، می گردد. به طوری که در آزمایشگاه بتن جهت سنجش مصالح مورد استفاده در ساخت بتن، خدمات مختلفی در نظر گرفته می شود. لیست آزمایشگاه های بتن مورد تایید نظام مهندسی تهران در سایت عمران مدرن آورده شده است.

گمانه برای چیست؟

به منظور شناسایی زمین، داده های ژئوتکنیکی باید گردآوری و تفسیر شود. این داده ها افزون بر اطلاعات ژئوتکنیکی شامل داده های زمین شناسی عمومی، زمین شناسی مهندسی، زمین ریخت شناسی، لرزه خیزی، هیدروژئولوژی و تاریخچه ساختگاه می باشند. این شناسایی ها شامل بررسی لایه بندی خاک و خصوصیات مهندسی آن، شرایط آب زیرزمینی، تراز سنگ بستر و سایر مشخصات ساختگاه پروژه است. کسب اطلاعات فوق پیچیده و تابع عوامل زیر می باشد:

الف) نوع پروژه

ب) شرایط زمین

پ) بودجه و فناوری در اختیار برای عملیات شناسایی

انجام شناسایی ژئوتکنیکی زمین باید چنان برنامه ریزی شود که نیازمندی های طراحی، ساخت و تامین عملکرد سازه پیشنهادی را فراهم نماید. باید توجه داشت در صورت مواجه شدن با شرایط متفاوت و جدید در خلال اجرای کار، خصوصیات ژئوتکنیکی لایه های خاک میتواند مورد تجدید نظر قرار گیرد.

ضمناً چنانچه طراحی های سازه ای دستخوش تغییرات گردند (به عنوان مثال جابجایی محل سازه های مهم، تغییر تعداد طبقات سازه ها و غیره) متناسب با این تغییرات، شناسایی های ژئوتکنیکی نیز لازم است تغییر یابند. بررسی های مورد نیاز طراحی های ژئوتکنیکی باید با هدف های ذیل صورت گیرد:

الف) گردآوری اطلاعات لازم ساختگاه از جمله تعیین جنس و لایه بندی زیرین زمین، به منظور طراحی ایمن و بدون تغییر در کارایی ساختمان و ضمن صرفه اقتصادی در طرح آن.

ب) گردآوری اطلاعات لازم برای برنامه ریزی موقت و دائمی ساخت و ساز بنا در مراحلی که به شرایط زمین ساختگاه مرتبط می شوند شامل وضعیت هندسی و مکانیکی لایه های زیرسطحی، شرایط آب زیرزمینی، وجود مصالح و شرایط نامناسب برای پایداری ساختمان و غیره.

پ) پیش بینی و شناسایی مشکلات احتمالی که ممکن است در خلال اجرای ساختمان و پس از آن از ناحیه زمین بروز نماید.

حداقل عمق گمانه حفاری

اگر نشست در طراحی پی بر روی زمین مورد نظر تعیین کننده باشد، آنگاه لازم است که عمق حداقل یک گمانه بیش از عمقی باشد که افزایش تنش ناشی از بار ساختمان در آن عمق به کمتر از هر یک از دو معیار زیر می رسد، هر عمقی بیشتر شد ملاک می باشد:

· ۱۰ درصد تنش موثر زمین در آن عمق

· ۱۰ درصد تنش ناشی از ساختمان بر کف پی (که با توجه به منحنی های حباب تنش، عمق برای پی مربعی بین B۲ تا B۵/۲ و برای پی نواری بین B۳ تا B۴ باید باشد)

اگر ظرفیت باربری زمین و گسیختگی برشی خاک زیر پی تعیین کننده باشد، عمق گمانه با توجه به نظریه های ظرفیت باربری باید بین B تا B۵/۱ باشد. در دو بند بالا B عرض ساختمان یا پی می باشد که باید به صورت ذیل به دست آید:

1. ساختمان با پی های منفرد: اگر فاصله لب به لب دو پی مجاور بیشتر از مجموع عرض آن دو پی باشد، B را عرض یک پی در نظرگرفته و در غیر این صورت عرض کل ساختمان به عنوان B تعیین می شود.

2. ساختمان با پی های نواری: اگر فاصله لب به لب دو پی مجاور بیشتر از ۵/۱ برابر مجموع عرض آن ها باشد، B را عرض یک پی در نظر گرفته و در غیر این صورت عرض کل ساختمان به عنوان B تعیین می شود.

3. ساختمان با پی گسترده: عرض کل پی گسترده به عنوان B تعیین می شود.

نکاتی که باید در تعیین عمق گمانه رعایت شود:

اگر عمق مورد نیاز برای شناسایی زمین خیلی کم باشد، می توان از روش های شناسایی دستی مانند آزمایش های برجای نفوذ مخروط و کاوشگر دینامیکی به جای گمانه زنی استفاده کرد. حفر حداقل یک چاهک جهت مشاهده بافت خاک در هر پروژه ضروری است. اگر عمق چاهک کافی باشد می تواند جایگزین حفر یک گمانه شود. در صورتی که قبل از رسیدن به عمق نهایی گمانه به یک بستر سنگی یا لایه خیلی متراکم با ضخامت قابل توجه برخورد شود می تواند عمق گمانه کمتر شود. گمانه مورد نظر باید حداقل تا به زیر نهشته هایی که برای پی مناسب نیستند (مانند خاک دستی) ادامه یابد. در هر حالت عمق یک گمانه نباید کمتر از ۶ متر زیر پی باشد، مگر در مواردی که گمانه قبل از ۶ متر به لایه سخت رسیده باشد.

در حفر گمانه اگر به لایه سنگ برخورد شود باید حداقل یکی از گمانه ها تا ۳ متر در لایه سنگ نفوذ کند تا وجود بستر سنگی اثبات شود. در مواردی که از شمع های متکی بر نوک در لایه سخت، متراکم یا سنگ استفاده می شود، باید عمق گمانه به حدی باشد که از وجود آن لایه تا عمق کافی زیر نوک شمع اطمینان حاصل شود. به عبارت دیگر، تعداد و عمق گمانه ها باید به نحوی انتخاب شود که احتمال وجود یک لایه ضعیف در زیر یک لایه سخت، متراکم یا سنگ با ضخامت کمتر از 3 متر از بین برود. همچنین در مواردی که بخشی از سنگ هوازده می باشد، عمق گمانه باید تا حدی باشد که به زیر بخش لایه هوازده سنگ برسد.

لازم به ذکر است که به طور کلی برای تعیین عمق گمانه غالبا از رابطه 2B+D استفاده می شود. در این رابطه B برابر با عرض پی و D برابر با عمق گودبرداری می باشد.

نمونه ای از محاسبه تعداد و عمق لازم گمانه

زمینی به ابعاد ۱۵×۱۰ متر را در نظر بگیرید که قرار است در آن یک ساختمان مسکونی ۷ طبقه با ۲ زیرزمین احداث گردد. لایه بندی خاک نیز از نوع ساده است. با در نظر گرفتن سطح اشغال ۶۰٪ تعداد و عمق گمانه به شرح زیر خواهد بود

از آنجایی که سطح اشغال کمتر از ۳۰۰ مترمربع بوده و اهمیت ساختمان های مسکونی نیز متوسط می باشد، تعداد ۱ گمانه مورد نیاز است. همچنین برای احداث این ساختمان نیاز به ۲ زیرزمین و ۶ متر گودبرداری می باشد که با توجه به جدول ۲، باید ۱ گمانه اضافه نیز حفر گردد. بنابراین در کل برای احداث این ساختمان تعداد ۲ گمانه باید حفر شود.

برای تعیین عمق گمانه نیز از رابطه زیر استفاده می شود که در آن D عمق گودبرداری و B عرض پی می باشد:

بنابراین عمق لازم گمانه برابر ۲۶ متر خواهد بود. به طور کلی تعداد دو گمانه با عمق ۲۶ متر برای احداث این ساختمان مورد نیاز است.

تعداد گمانه آزمایش خاک

تعداد گمانه لازم برای آزمایش خاک با توجه به موارد زیر تعیین می گردد:

برای سطح اشغال بیش از ۱۰۰۰ متر مربع، یک گمانه به ازای هر ۱۰۰۰ متر مربع به مقادیر تعداد گمانه اضافه می شود. در استفاده از جدول بالا باید نکات ذیل مد نظر قرار گیرد:

· شرایط زیر سطحی اولیه در جدول بر اساس اطلاعات سایت های مجاور، شرایط ژئوتکنیکی سازندهای زمین شناسی مشابه و بازدیدهای محلی انتخاب می شود. لذا لازم است با بررسی نتایج حفر اولین گمانه، تعداد گمانه های مورد نیاز در عمل متناسب با شرایط جدید به دست آمده در صورت نیاز افزایش یابد.

· برای مجتمع های ساختمانی که از تعداد زیادی ساختمان منفرد و نزدیک به یکدیگر تشکیل شده اند (بیش از ۱۰ ساختمان)، برای هر ساختمان حداقل یک گمانه با رعایت حداکثر فاصله های ذکر شده در قسمت حداقل فاصله بین گمانه ها، کافی است. اگر فاصله ساختمان ها بیشتر از مقادیر مندرج در قسمت قبل باشد باید آن ها را به صورت منفرد در نظر گرفت.

· در صورتی که ساختمان مورد نظر پس از ایجاد گودبرداری عمیق احداث شود، تعدادی گمانه برای گودبرداری نیز باید به تعداد گمانه های بالا اضافه شود.

· چنانچه بین فاصله گمانه ها و جدول ۱ تناقضی پیش آمد اعداد جدول حاکم می باشد.

برای گودبرداری ها باید لایه های زمین در دیواره هر ضلع گود و در راستای عمود بر دیواره هر ضلع گود مشخص باشد. برای انجام تحلیل های پایداری و تغییر شکل در هر ضلع گود لازم است نیمرخ ژئوتکنیکی در دیواره هر ضلع گود و امتداد عمود بر آن تعیین گردد. هر چه گود عمیق تر باشد، وسعت منطقه ای که باید شناسایی شود (پلان) بیشتر از سطح اشغال ساختمان شود.

الف) در گودهای عمیق و شیروانی های بزرگ برای تعیین مقطع ژئوتکنیکی عمود بر هر ضلع، حفر حداقل ۳ گمانه (بالادست، پایین دست و روی شیب در صورت وجود) برای هر ضلع لازم است. گمانه هایی که در محل سطح اشغال ساختمان حفر می شود، می توانند مشخص کننده مشخصات خاک محل شیب و پایین دست آن باشد. شرایط خاک بالا دست در محل سطح اشغال ساختمان همسایه می تواند متفاوت باشد و باید اطلاعات آن کسب شود.

ب) حداقل تعداد گمانه ها به شرح جدول ۱ برای شرایطی است که ساختمان بدون گودبرداری احداث می شود. در صورت نیاز به گودبرداری باید تعداد گمانه ها به شرح جدول زیر اضافه شود.

پ) برای گود با عمق بیش از ۲۰ متر، به ازای هر ۱۰ متر عمق اضافی گود، یک گمانه به تعداد گمانه جدول ۲ اضافه می گردد تا به ۳ گمانه به ازای هر ضلع طبق بند الف برسد.

ت) گمانه های اضافی مربوط به گودبرداری برای شناخت زمین بالادست گود، در صورت کسب مجوز در زمین همسایه حفر شوند.

لزوم گمانه زنی خاک

در صورتی که تمام شرایط زیر برقرار باشد نیاز به انجام عملیات گمانه زنی نمی باشد و جمع آوری اطلاعات و بازدید محلی کفایت می نماید.

· داده های کافی از محدوده محل مورد نظر و زمین های با سازند زمین شناسی مشابه در دسترس باشند.

· ساختمان مورد نظر با اهمیت کم یا با اهمیت متوسط و با حداکثر ۴ طبقه باشد.

· ساختمان مورد نظر با مساحت اشغال کمتر از ۳۰۰ متر مربع باشد.

· در طراحی و اجرای ساختمان نیاز به گودبرداری به میزان کمتر از ۲ متر باشد.

· تعداد ساختمان ها زیاد (بیش از ۳ ساختمان مشابه و نزدیک به یکدیگر مانند شهرک ها، پروژه های انبوه سازی و غیره) نباشد.

· نوع زمین طبق مبحث ششم مقررات ملّی ساختمان (استاندارد ۲۸۰۰ ) ، از نوع ۱ و ۲ نباشد.

· هیچکدام از شرایط ذیل نیز وجود نداشته باشد:

1. احتمال موجه شدن با خاک دستی در محل ساخت

2. احتمال مواجه شدن با خاک های مسئله دار (مانند خاک های متورم شونده، خاک های با پتانسیل روانگرایی و خاک های رمبنده)

3. سازه ای در مجاور محل مورد نظر که احتمال خسارت به آن وجود دارد.

4. محل مورد نظر در منطقه خرد شده گسل اصلی واقع شده باشد.

5. مناطقی با سطح آب زیر زمینی بالا (بر اساس بررسی های محلی)

حتی اگر تنها یکی از شرایط گفته شده برقرار نباشد، آن گاه لازم است شناسایی های ژئوتکنیکی در محل مورد نظر طبق قسمت بعد صورت بگیرد.

موارد ضروری در گمانه ژئوتکنیک

به منظور انجام شناسایی ژئوتکنیکی زمین مورد نظر، لازم است موارد ذیل رعایت گردند:
طبقه بندی نوع خاک، بر مبنای مشاهدات، و آزمایش های مورد نیاز و متناسب با مصالح به دست آمده از حفاری گمانه یا چاهک یا هر شناسایی اکتشافی زیرسطحی در نقاط مناسب انجام شود.

آزمایشات لازم به منظور ارزیابی مقاومت برشی خاک، میزان باربری خاک، اثر تغییر رطوبت بر باربری خاک، تراکم پذیری و تورم زایی خاک، روانگرایی و سایر موارد متناسب با نوع و مکان پروژه باید انجام شود.

وسعت شناسایی زمین از قبیل تعداد و نوع حفاری، تجهیزات مورد استفاده برای حفاری و نمونه برداری، تجهیزات تحقیقات محلی و برنامه آزمایش های آزمایشگاهی باید توسط طراح صاحب صلاحیت تعیین شود.

لاگ گمانه چیست؟

لاگ گمانه عبارت است از تعیین دانه بندی خاک در عمق های مختلف گمانه حفاری شده، که به صورت چشمی و یا آزمایشگاهی قابل انجام است. به عبارت دیگر توصیف دانه بندی خاک در عمق گمانه را لاگ گویند. در لاگ نویسی گمانه ، مشخصاتی همچون نوع خاک و مشخصات ژئوتکنیکی آن و تغییر لایه ها شرح داده می شوند. علاوه بر این در لاگ نویسی گمانه سطح آب زیرزمینی نیز گزارش داده می شود. رسم لاگ گمانه و لاگ نویسی گمانه در نرم افزارهایی همچون اکسل، جینت و یا نرم افزارهای گرافیکی قابل انجام است.

حفاری گمانه به چه روشی صورت میگیرد؟

روش های حفاری گمانه: حفاری گمانه به صورت دستی یا ماشینی و با توجه به بندهای ذیل قابل قبول است.

· حفاری ضربه ای سبک در لای، ماسه و سنگ ضعیف قابل قبول است. به شرط حفاری خشک می توان از این روش در خاک چسبنده یا غیر چسبنده حاوی شن استفاده کرد. وقتی که حفاری به منظور تهیه نمونه دست نخورده در خاک چسبنده انجام می شود، نباید از ضربات سنگین استفاده شود.

· حفاری شستشویی در ماسه و لای و رس و همچنین مخلوط شن و ماسه بدون قلوه سنگ قابل قبول است. تغییر رطوبت خاک زیر گمانه باید در نمونه گیری و آزمون های برجا مورد توجه باشد.

· حفاری با اوگر با میله توپر فقط در خاک چسبنده که دیواره گمانه پایدار است قابل قبول می باشد. حفاری با اوگر با میله توخالی در بالای سطح آب قابل قبول است. اخذ نمونه دست نخورده در این روش در زیر سطح آب قابل قبول نیست.

· حفاری دورانی در تمام خاک ها حتی در زیر سطح آب قابل قبول است، ولی برای اخذ نمونه دست نخورده در خاک چسبنده باید سرعت دوران و فشار مته محدود شود.

· حفاری دورانی با مغزه گیری پیوسته در خاک و سنگ برای توصیف لایه ها قابل قبول است، ولی نمونه خاک اخذ شده از داخل مغزه در این روش نمی تواند به عنوان نمونه دست نخورده قابل قبول باشد.

· روش های نمونه گیری، جابجایی و انبار کردن نمونه ها باید گزارش شود تا اثر به کارگیری این روش ها به هنگام تفسیر نتایج آزمایش ها مد نظر طراح قرار گیرد.

حداقل فاصله بین گمانه ها

اقدامات زیر برای تعیین فاصله گمانه ها یا چاهک های شناسایی بکار می رود.

چنانچه گمانه زنی به منظور شناخت یک زمین جدید و بسیار بزرگ برای ساختمان سازی گسترده انجام شود (مثل شهرهای جدید) :

الف) اگر لایه بندی زمین به صورت نسبی یکنواخت باشد، فاصله ۵۰ تا ۲۰۰ متر بین گمانه ها قابل قبول می باشد. انتخاب دقیق با توجه به اهمیت ساختمان و شرایط ژئوتکنیکی تعیین شود.

ب) اگر لایه بندی پیچیده باشد (مثل مجاور گسل ها، نزدیک رودخانه ها و کوه ها، زمین های بسیار ناهموار و دره ها)، فاصله حداکثر ۳۰ متر بین گمانه ها قابل قبول می باشد.

پ) اگر اطلاعات ژئوتکنیکی از ساختگاه های مجاور یا سازندهای زمین شناسی مشابه با زمین مورد نظر

وجود دارد.

ت) اگر ساختمان با شرایط متفاوت سازه ای و یا با اهمیت بیشتر از دیگر ساختمان ها در مجموعه مورد نظر باشد، باید شناسایی خاص آن ساختمان انجام شود.

شرکت گمانه زنی

فرآیند حفاری و نمونه برداری و دستگاه های انتخابی باید مطابق استانداردهای ملّی یا بین المللی معتبر مصوب باشد.

باید ناظر واجد صلاحیت در طول زمان حفاری گمانه و نمونه گیری در محل پروژه حاضر و بر عملیات نظارت داشته باشد.

باید صلاحیت مجموعه هایی که عملیات حفاری گمانه و نمونه برداری و سایر عملیات اجرایی را انجام می دهند، به تایید مراجع ذی ربط رسیده باشد.

قطر گمانه

قطر گمانه به نوع حفاری وابسته است. حفاری گمانه به دو صورت دستی و ماشینی انجام می شود که بر این اساس قطر گمانه نیز متفاوت خواهد بود. در حفاری ماشینی قطر گمانه عمدتا بین ۵ تا ۲۵ سانتی متر می باشد. اما در حفاری دستی، قطر گمانه باید به اندازه ای باشد که حفار به راحتی از آن رد شود. همچنین نوع خاک محل حفاری نیز می تواند تعیین کننده قطر گمانه باشد.