راهنمای تعیین مشخصات محل برای اهداف طراحی مهندسی و ساخت

D4971 روش آزمایش برای تعیین مدول تغییرشکل برجا سنگ با استفاده از جک گمانه ای قطری بارگذاری شده 76 میلیمتری

D5079 مساله حفظ و انتقال نمونه های مغزه سنگ

D5088 مساله ضدعفونی کردن تجهیزات محلی استفاده شده در محل های زباله های غیررادیواکتیوی

D5092 مساله طراحی و ایجاد چاه مشاهده ای آب زیرزمینی در آبخوان

D5093 روش آزمایش برای اندازه گیری میدانی نرخ نفوذپذیری با استفاده از نفوذسنج دو حلقه ای با حلقه پوشیده داخلی

D5126 راهنمای مقایسه روش های میدانی برای تعیین هدایت هیدرولیکی در ناحیه بالای سفره آب زیرزمینی

D5195 روش آزمایش برای تراکم خاک و سنگ در محل و عمق های زیر سطح توسط روش های هسته ای

E177 مساله استفاده از عبارات دقیق در ازمایش های ASTM

E380 مساله استفاده از سیستم بین المللی واحدها (SI) (سیستم متریک مدرنیزه)

G51 روش آزمایش PH خاک برای استفاده در آزمایش خورندگی

G57 روش اندازه گیری محلی مقاومت خاک با استفاده از روش چهار الکترود ونر

3. اهمیت و کاربرد

3.1 بررسی کافی خاک، سنگ و آب زیرزمینی اطلاعات مناسب برای تصمیم گیری در مورد یک یا چند مورد زیر به دست می دهد:

3.1.1 موقعیت بهینه سازه، از نظر عمودی و افقی، در ناحیه ارائه شده ساخت و ساز

3.1.2 موقعیت و ارزیابی اولیه منبع قرضه مناسب و دیگر منابع دانه بندی ساخت و ساز

3.1.3 نیاز به گودبرداری خاص و تکنیک های زهکشی متناسب با نیاز به اطلاعات، حتی اگر تقریبی باشد، در توزیع درصد رطوبت خاک یا فشار آب حفره ای یا هردو و بر ارتفاع پیزومتریک و نفوذپذیری آشکار (هدایت هیدرولیکی) لایه های مختلف خاک زیرسطحی.

3.1.4 بررسی پایداری شیروانی در شیب های طبیعی، ترانشه ها و خاکریزها

3.1.5 انتخاب مفهومی نوع خاکریز و الزاامات سد هیدرولیکی

6 انتخاب مفهومی نوع فونداسیون جایگزین و ارتفاع لایه های باربر مربوطه

3.1.7 ایجاد بررسی های زیرسطحی اضافی برای تاسیسات یا سازه های خاص

3.2 بررسی ممکن است مستلزم مجموعه بزرگی از خاک و نمونه های سنگ برای ازمایش برای تعیین طبقه بندی خاک و سنگ یا نوع معدنی آنها یا هر دو باشد و مشخصات مربوطه مهندسی برای طراحی مورد نیاز باشد.

3.3 این راهنما تشریح غیرقابل انعطاف الزامات بررسی نیست؛ روش های گفته شده توسط دیگر استانداردهای ASTM و غیرASTM ممکن است در برخی شرایط مناسب تر باشند. هدف تامین چک لیستی برای کمک در طراحی نقشه بررسی است.

4. شناسایی محل پروژه

4.1 داده های تکنیکی دردسترس از متن یا از ارتباطات شخصی باید قبل از هر نوع شروع برنامه مرور شوند. این شامل، اما نه محدود به، نقشه های توپوگرافی، عکس های هوایی، عکس های ماهواره ای، نقشه های زمین شناسی، نقشه برداری خاک شهرستان یا گسترده و نقشه برداری منابع معدنی و نقشه های مهندسی خاک که پوشش دهنده منطقه پروژه باشند. گزارشات اکتشافات زیرسطحی اطراف یا پروژه های مجاور باید مطالعه شوند.

تذکر1- در حالیکه محتویات نقشه ها و گزارشات قدیمی در سایه دانش کنونی منسوخ و کم اعتبار هستند، اما مقایسه قدیم با جدید اطلاعات ارزشمندی را نمایان می کند.

4.1.1 نقشه برداری زمین شناسی ایالات متحده و نقشه برداری های ایالات متعدد منابع اصلی نقشه های زمین شناسی و گزارش منابع معدنی و آب زیرزمینی است.

4.1.2 نقشه برداری خاک وزارت حفظ خاک کشاورزی ایالات متحده، در جایی که مناسب و داده به روز باشد، باید بررسی کننده را قادر سازد تا دامنه مشخصات پروفیل خاک را تا عمق 5 یا 6 فوت (1.5 تا 2 متر) برا هر خاک بررسی کند.

تذکر2- هر نوع خاک پروفیل خاکی جداگانه به علت سن، مصالح موجود، ترمیم، شرایط آب و هوایی و فعالیت بیولوزیکی دارد. درنظرگیری این عوامل در مشخص کردن انواع متعدد خاک که هر کدام نیازمند ملاحظات خاص مهندسی است کمک می کند. مشخصات مشابه مهندسی خاک در جایی که مشخصات پروفیل های موجود باشد اغلب وجود دارد. تغییر در مشخصات خاک در نواحی مجاور الب نشان دهنده تغییر در مصالح اصلی یا ترمیم است.

4.2 در نواحی که داده های توصیفی به علت کمبود نقشه های زمین شناسی یا خاک محدود باشد، خاک یا سنگ موجود در ترانشه های باز طراف پروژه باید بررسی شوند و پروفیل های متعدد خاک و سنگ یادداشت شوند. یادداشت های صحرایی چنین مطالعاتی باید حاوی اطلاعات گفت شده در بخش 10.6 باشد.

4.3 در جایی که نقشه اولیه پوشش دهنده منطقه پروژه مورد نیاز باشد، می توان بر روی نقش های گردآوری شده از عکس های هوایی که شرایط زمین را نشان می دهند تهیه کرد. توزیع خاک غالب و رسوبات سنگ که احتمالا در طول بررسی با آن مواجه خواهیم شد را می توان با استفاده از داده های به دست امده از نقشه های زمین شناسی، آنالیز نوع زمین و بازدیدهای محدود زمینی به دست آورد. مفسران باتجربه عکس می توانند نتیجه بیشتری از داده های زیرسطحی از مطالعه تصاویر اینفراد، رنگی و سیاه و سفید به دست آورند چون شرایط مشابه خاک یا سنگ یا هردو معمولا الگوی مشابه ظاهری در نواحی با شرایط آب و هوایی یکسان دارند.

تذکر3- نقشه اولیه ممکن است به وسیله موقعیت یابی گمانه ها، حفره ها و نواحی نمونه گیری و بازنگری در مرزها مطابق با جزئیات نقشه برداری به نقشه باجزئیات مهندسی تعمیم یابد.

4.4 در نواحی که اطلاعات مستند ناکافی است، برخی آگاهی ها از شرایط زیرسطحی می تواند از مالکان زمین، مقنی های محلی و نمایندگان صنعت ساخت محلی به دست آید.

5. نقشه شناسایی

5.1 طراحی مناسب پروژه و الزامات عملکرد باید قبل از ایجاد نقشه شناسایی نهایی مرور شوند. شناسایی مقدماتی باید برای نشان دادن نواحی که نیاز به بررسی های بیشتر دارند طرح ریزی شوند. یک شناسایی کامل خاک، سنگ و آب زیرزمینی باید موارد زیر را دربر بگیرد:

5.1.1 مرور اطلاعات کافی، هم منطقه ای و هم محلی، تاریخچه زمین شناسی شرایط خاک و سنگ و آب زیرزمینی در موقعیت موردنظر و در مجاورت آن محل.

5.1.2 تفسیر عکس هوایی و دیگر داده های سنجش از دور

5.1.3 شناسایی محل برای مشخص سازی شرایط سطحی زمین شناسی، نقشه برداری چینه شناسی های آشکار و رخ نمون ها ، و آزمایش عملکرد سازه های موجود.

5.1.4 بررسی های محلی مصالح سطحی و زیرسطحی توسط نقشه برداری ژئوفیزیکی، گمانه ها یا گودال های ازمایش.

5.1.5 بازیابی نمونه های دست خورده برای تست های طبقه بندی آزمایشگاهی خاک، سنگ و مصالح ساخت محلی. اینها باید با نمونه های دست نخورده مناسب برای تعیین مشخصات مهندسی مربوط به شناسایی انجام گیرد.

5.1.6 مشخص کردن موقعیت سطح سفره آب زیرزمینی یا سفره های آب، اگر سطح آب زیرزمینی آزاد وجود داشته باشد، یا در صورت وجود آب زیرزمینی ارتزین تعیین سطوح پیزومتری. تغییر این موقعیت ها در کوتاه و بلند مدت باید درنظر گرفته شود. لکه هی رنگی لایه های خاک ممکن است نشاندهنده سطح آب زیرزمینی بالای فصلی باشد.

5.1.7 مشخص کردن و ارزیابی موقعیت مصالح مناسب فونداسیون، حتی سنگ بستر یا خاک مناسب باربر.

5.1.8 شناسایی محلی رسوبات خاک و سنگ با رجوع مشخص به نوع و درجه تجزیه آنها (برای مثال، ساپرولیت، کارست، تجزیه شده یا شیل فرونشسته)، عمق آنها و نوع موقعیت ناپیوستگی ساختاری آنها.

5.1.9 ارزیابی عملکرد سازه های موجود، نسبت به مصالح فونداسیون آنها و محیط مجاور محل موردنظر

6. تجهیزات و روندها برای استفاده در شناسایی

6.1 استانداردهای ASTM مربوطه- مساله های D1452,D2113,D4544,D5088,D5092؛ روش D1586 و روش آزمایش D4622,D4633,D4750.

6.2 نوع تجهیزات موردنیاز برای بررسی های زیرسطحی وابسته به عوامل متعددی شامل نوع مصالح زیرسطحی، عمق بررسی، طبیعت منطقه و استفاده از داده های موردنظر است.

6.2.1 اوگر دستی، حفاران چاله، کج بیل ، و لوله ران برای بررسی خاک سطحی تا عمق 1 تا 5 متر مناسب است.

6.2.2 تجهیزات گودبرداری خاکی مانند بیل بکهو ها، دراگ لاین، و اوگرهای حفاری (مارپیچی و پاکتی) امکان آزمایش درجا خاک و نمونه گیری از مصالح حاوی دانه های درشت را می دهد. بررسی کننده باید از امکان خرابی لایه باربر احتمالی به علت فشار آب حفره ای نامتوازن در گودبرداری های آزمایشی آگاه باشد.

6.2.3 دستگاه های گمانه زن خاک و سنگ و حفاری و تجهیزات مربوطه ممکن است تا عمق 200 تا300 فوتی در خاک یا حتی بیشتر در سنگ استفاده شوند.

1.2.4 تجهیزات حفاری چاه ممکن است برای بررسی های عمیق زمین شناسی مناسب باشند. معمولا نمونه ها به شکل برش های ماسه ای به دست آمده از جریان بازگشتی هستند اما تجهیزات مغزه گیری مناسب هستند.

7. شناسای های ژئوفیزیکی

7.1 استانداردهای مربوطه ASTM- روش های آزمایش D4428 و روش G57.

7.2 تکنیک های سنجش از دور می تواند در نقشه برداری ساختارهای زمین شناسی و ارزیابی تنوع در مشخصات خاک و سنگ کمک کننده باشند. ابزارهای نقشه برداری هوایی و ماهواره ای مانند LANDSAT می تواند برای یافتن و نقشه برداری مصالح زیرسطحی و ساختار زمین شناسی استفاده شوند. تفسیر تصاویر هوایی و ماهواره ای می تواند جوانب مهم زمین شناختی که ممکن است نشانگر گسل ها و شکست ها باشد را مشخص کرده و موقعیت یابی کند. برخی کنترل های زمینی برای تایید اطلاعات به دست آمده از داده های سنجش از دور مورد نیاز است.

7.3 روش نقشه برداری ژئوفیزیکی ممکن است برای تکمیل گمانه ها و داده های رخ نمون و تعبیه بین حفره ها استفاده شود. روش های لرزه ای، رادار نفوذکننده در زمین و مقاومت الکتریکی هنگام اختلافات زیاد در مشخصات مصالح پیوسته زمین به کار گرفته شوند.

7.4 تکنیکهای بازتاب/شکست امواج کوتاه و رادار نفوذ کننده در زمین برای نقشه برداری افق خاک و عمق پروفیل ها، سفره های آب و عمق تا سنگ بستر در بسیاری از حالت ها می توانند استفاده شوند اما عمق نفوذ و کیفیت با شرایط محلی متغیر است. تکنیک های القا الکترومغناطیسی، مقاومت الکتریکی و القا دوقطبی(یا مقاومت ترکیبی) برای نقشه برداری تنوع در درصد رطوبت، افق های رسی، لایه بندی و عمق تا سنگ بستر/آبحوان می توانند استفاده شوند. دیگر روش های ژئوفیزیکی مانند جاذبه، مغناطیس و دمای عمق کم زمین می تواند برای شرایط خاص مفید باشند. روش های عمیق الکتریکی و لرزشی برای نقشه برداری لایه بندی و ساختار سنگ به طور متناوب استفاده می شوند. اندازه گیری های سرعت موج برشی چاله می تواند پارامترهای خاک و سنگ را برای آنالیز دینامیکی فراهم کند.

7.4.1 روش شکست لرزشی می تواند برای تعیین عمق تا سنگ در موقعیت هایی که لایه های متراکم وجود دارند استفاده شود.

7.4.2 روش بازتاب لرزشی در تعیین واحدهای زمین شناسی در عمق زیر 3 متر می تواند مفید باشد. این روش در حضور لایه های با سرعت موج پایین محدود نمی شود و خصوصا در لایه های با تغییر سریع چینه شناسی کاربرد دارد.

7.4.3 روش مقاومت الکتریکی، روش G57، ممکن است مشابها در تعیین عمق تا سنگ و ناهنجاری ها در پروفیل چینه شناسی، در ارزیابی ساختارهای لایه بندی جایی که لایه متراکم بالای لایه نامتراکم است و در موقعیت مصالح قرضه شن و ماسه یا دیگر منابع مفید باشد. پارامترهای مقاومتی همچنین برای طراحی سیستم های زمینی و محافظت کاتدی برای سازه های مدفون مورد نیاز است.

7.4.4 روش رادار نفوذکننده در زمین می تواند برای تعریف لایه های خاک و سنگ و سازه های دست ساز انسان در عمق 3/1 تا 10 متر مناسب باشد.

تذکر4- بررسی های سطحی ژئوفیزیکی می تواند راهنمای مناسبی برای تعیین موقعیت گمانه باشد. اگر نهایتا ممکن باشد، تفسیر مطالعات ژئوفیزیکی باید توسط آزمایش گمانه ها صحت سنجی شود.

REFERENCES

(1) Engineering Geology Field Manual, U.S. Bureau of Reclamation, 1989.

(2) Dietrich, R. V., Dutro, J. V., Jr., and Foose, R. M., (Compilers), “AGI Data Sheets for Geology in Field, Laboratory, and Office,” Second Edition, American Geological Institute, 1982.

(3) Pelsner, A. (Ed.), “Manual on Subsurface Investigations,” American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington, DC.

(4) Shuter, E. and Teasdale, W. E., “Applications of Drilling, Coring and Sampling Techniques to Test Holes and Wells,” Techniques of WaterResources Investigation, Book 2, U.S. Geological Survey, Washington, DC, 1989.

(5) Keys, W. S., “Borehole Geophysics Applied to Ground Water Investigations,” U.S Geological Survey Open-File Report R87-539, Denver, CO, 1988.

(6) Dowding, C. H. (Ed.), “Site Characterization Exploration,” American Society of Civil Engineers, Proceedings of Specialty Workshop, New York, NY, 1978.

(7) “Earth Manual,” U.S. Bureau of Reclamation, Denver, CO.

(8) “Engineering and Design—Geotechnical Investigation Engineer Manual,” EM 1110-1-1804, Headquarters, Department of the Army, Washington, DC, 1984.

(9) “Agricultural Handbook, No. 436, Soil Taxonomy,” Soil Conservation Service, U.S. Dept. of Agriculture, U.S. Printing Office, Washington, DC, December, 1975.