ژئوتکنیک

کاربرد علم ژئوفیزیک در مطالعات ژئوتکنیک

کاربرد تجهیزات ژئوفیزیک در مطالعات ژئوتکنیک

زیرساختها به مجموعه ای از سیستم ها و خدماتی اطلاق می‌شود که بستر لازم برای انجام موفقیت آمیز فعالیتها دریک کشور یا منطقه را فراهم می‌سازد. بیشتر زیرساخت‌هایی به مانند جاده‌ها، راه‌آهن‌، پل‌ها و تونل‌ها از نوع فیزیکی بوده که در زندگی روزمره خود بارها مورد استفاده قرار می‌دهیم. همچنین این زیرساختها به شبکه تاسیسات مدفون مانند خطوط برق و مخابرات، لوله آب و گاز، زهکشی و فاضلاب نیز گسترش پیدا می‌کند. این قبیل زیرساختها معمولا کمتر مورد استفاده مستقیم قرار گرفته و از چشم ما پنهان هستند.

زیرساختها از یک طرف ستون فقرات اقتصادهای مدرن را تشکیل می‌دهند و از طرف دیگر به مانند یک شبکه مویرگی ارتباطات بین اجزا مختلف را تسهیل می‌نمایند. سرمایه گذاری در زیرساخت ها باعث رشد اقتصادی شده و یکی از ملاکهای توسعه در نظر گرفته می‌شود. قسمتی از مطالعات فنی توسعه زیرساختها و همچنین محافظت و نگهداری صحیح از آنها به وسیله تجهیزات ژئوفیزیک انجام می‌گردد. تجهیزات ژئوفیزیک همواره ابزاری ضروری در مطالعات سازه ها و نگهداری از آنها محسوب می‌شوند.

تجهیزات ژئوفیزیکی مختلفی وجود دارد که می توانند برای مطالعات و بررسی زیرساختها مورد استفاده قرار گیرند. مطالعات ژئوفیزیکی اطلاعات ساختاری در مقیاس کوچک یا بزرگ در مورد زمین و ویژگیهای ژئوتکنیکی آن ارائه می‌دهند. یکی از مزایای اولیه مطالعات ژئوفیزیکی این است که می توان اطلاعاتی را برای حجم وسیعی از زمین و نه تنها یک نقطه کسب کرد. در مقایسه با حفاری، روش های ژئوفیزیکی روشهای غیر مخربی هستند که می‌توانند اطلاعات ارزشمندی را در زمان کمتری نسبت به سایر روشها فراهم نمایند.

از بین روشهای مختلف ژئوفیزیکی سه روش لرزه نگاری، ژئورادار و ژئوالکتریک کاربرد بیشتری در مطالعات ژتکنیکی دارند. سایر روشهای ژئوفیزیک از قبیل مگنتومتری، الکترومغناطیس و گرانی سنجی نیز به ندرت مورد استفاده قرار می‌گیرند. نوع چالش و اهداف مورد مطالعه تعیین کننده روش و همچنین ابزار مورد استفاده خواهد بود. برای حل برخی از چالشها و دسترسی به اهداف مورد نظر، استفاده از چند روش و تلفیق نتایج آنها اجتناب ناپذیر می‌باشد. استفاده ترکیبی از چند روش ژئوفیزیکی به صورت همزمان، معمولا بهبود دقت را به همراه خواهد داشت.

کاربرد روش لرزه نگاری در مطالعات ژئوتکنیک:

امروزه روش لرزه نگاری به یک آزمایش استاندارد برای برخی از مطالعات ژئوتکنیک تبدیل شده و الزاما باید این آزمایش انجام شود. به عنوان مثال تعیین تیپ خاک با مطالعات لرزه نگاری بر اساس “آیین نامه طراحی ساختمانها در برابر زلزله، استاندارد ۲۸۰۰” در بسیاری از موارد الزامی می‌باشد. آزمایش لرزه نگاری درون چاهی و همچنین آزمایش لرزه نگاری سطحی به روش MASW (Multichannel Analysis of Surface Waves) به عنوان یک روش استاندارد برای تعیین تیپ خاک به وفور مورد استفاده قرار می‌گیرند. همچنین روش لرزه نگاری برای مطالعات شناسایی گسل، مطالعات سازه ها، تفکیک لایه های خاک، شناسایی فضاهای خالی و … در ترکیب با سایر روشهای ژئوفیزیک به صورت تلفیقی مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین پس از احداث یک سازه عوامل مختلفی می‌توانند در سلامت آن تاثیر گذار باشند. یکی از مواردی که می تواند باعث آسیب به زیرساختها و سازه ها گردد، لرزش و ارتعاشات حاصل از فعالیتهای محیط پیرامون می‌باشد. لرزش حاصل از عبور مترو، انفجارهای کنترل شده و فعالیتهای ساختمانی نظر تونلکاری می‌توانند سلامت یک سازه را تحت تاثیر قرار دهند. این موضوع برای حفاظت از ابنیه تاریخی اهمیت دو چندان خواهد داشت. تجهیزات لرزه نگاری به متخصصان کمک می‌کند تا بتوانند شدت امواج لرزشی را محل این سازه ها اندازه گیری کرده و تاثیر آن را مطالعه نمایند.

تجهیزات لرزه نگاری مختلفی وجود دارند که می‌توانند برای اهداف عملیات لرزه نگاری درون چاهی و سطحی به کار گرفته شوند. این تجهیزات دارای پارامترهای متفاوتی می‌باشند که بر اساس اهداف مطالعات می‌توانند انتخاب و استفاده شوند.

کاربرد روش ژئوالکتریک در مطالعات ژئوتکنیک:

روش ژئوالکتریک بر مبنای اندازه گیری مقاومت الکتریکی خاک بنا نهاده شده است. ویژگی هایی که باعث تغییر در مقاومت الکتریکی خاک می‌گردند، می‌توانند توسط این روش مطالعه و شناسایی شوند. اطمینان از عدم وجود پدیده­‌های مخرب و نامطلوب به مانند فضاهای خالی و گسل، همچنین شناسایی لایه های اشباع از آب یا لایه های سست از جمله موضوعاتی هستند که قبل از احداث سازه ها باید مورد مطالعه قرار گیرند. عدم بررسی صحیح می تواند اثرات زیانبار و خسارات زیادی را در آینده به همراه داشته باشد. تشخیص گسل یا فضاهای خالی در مسیر تونلهای یا زیر سازه ها باید مورد مطالعه قرار گرفته تا صورت وجود تمهیدات لازم در این راستا اتخاذ گردد. همچنین اطلاع از وجود لایه های اشباع از آب یا لایه های سست قبل از احداث بنا اجتناب ناپذیر می‌باشد. روش ژئوالکتریک ابزاری کارآمد در مطالعه و شناسایی پدیده های فوق می‌باشد. با استفاده از این روش اطلاعات ارزشمندی در مورد فضاهای خالی، گسلها، سطح آب زیرزمینی، لایه های سست و همچنین عمق سنگ کف حاصل نمود. دستگاههای ژئوالکتریک مختلفی جهت انجام مطالعات ژئوالکتریک ساخته شده و کارشناسان می‌توانند برای پیاده سازی مطالعات آنهارا مورد استفاده قرار دهند. این روش جهت تعیین نرخ خوردندگی خاک و تعیین بهترین محل برای چاه ارت نیز کاربرد دارد. تعیین نرخ خورندگی خاک از آزمایشات الزامی در محل دفن لوله های انتقال اب، نفت و گاز می‌باشد.

کاربرد روش ژئورادار در مطالعات ژئوتکنیک:

علاوه بر مطالعاتی که قبل از احداث بنا صورت می‌پذیرد، پس از احداث نیز همواره مراقبت و ترمیم آن از فعالیتهای است که باید انجام پذیرد. رفتار سنجی و مطالعات جهت اطمینان از سلامت سازه و اجرای صحیح اناز آزمایشاتی است که پس از احداث بنا مورد توجه کارشناسان بوده و به صورت متناوب انجام می‌گردد. روش ژئورادار که بر مبنای ارسال و دریافت امواج الکترومغناطیسی بنا نهاده شده است، به عنوان یک روش غیر مخرب ژئوفیزیکی به وفور در مطالعات ژئوتکنیک چه قبل و چه بعد از احداث سازه مورد استفاده قرار می‌گیرد. این روش جهت شناسایی حفرات و کانالهای مدفون در ترکیب با روش ژئوالکتریک و لرزه نگاری مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین در سازه های احداث شده که امکان پیاده سازی روش ژئوالکتریک و لرزه نگاری به دلیل محدودیت فضای محیط وجود ندارد، این روش قابل اجرا بوده و همچنان کارایی خواهد داشت.

روش ژئورادار نسبت به سایر روشها از محدودیتهایی اجرایی کمتر و سرعت انجام بالاتری برخوردار می‌باشد و به این دلیل کاربرد آن روز به روز در حال گسترش می‌باشد. از مهمترین کاربردهای این روش می توان به اسکن جاده، اسکن باند فرودگاه، اسکن راه آهن، مطالعه بتن، مطالعات تونل و بدنه سازه ها اشاره کرد. تجهیزات ژئورادار متنوعی با ویژگیهای متفاوتی برای کاربردهای ژئوتکنیک طراحی و ساخته شده اند.

برخی از پروژه های انجام شده