تشخیص نفوذپذیری خاک با آزمایش لوفران

آزمایش لوفران جهت تشخیص نفوذپذیری خاک یکی دیگر از آزمون‌های مکانیکی خاک است که پارامترهای مهمی را از رفتار خاک در شرایط مختلف در اختیار ما قرار می‌دهد. آزمایش لوفران جهت تشخیص نفوذپذیری خاک در واقع نوعی تست درون چاهی برای تعیین میزان نفوذپذیری و تراوایی توده‌های خاک است. این آزمایش میزان نفوذپذیری آبرفت‌های رودخانه‌ای، تراس‌های آبرفتی قدیمی، واریزه‌ها و خاک‌های برجا را برای مهندسان مشخص می‌کند. برای آشنایی بیشتر با آزمایش لوفران جهت تشخیص نفوذپذیری خاک با ما همراه باشید.

بیشتر بخوانید: آزمایش بررسی خاک

اساس آزمایش لوفران

آزمایش لوفران بر اساس اندازه‌گیری نفوذپذیری افقی یا عمودی، به دو روش نقطه‌ای و قطعه‌ای (تراوش افقی و تراوش قائم) قابل انجام است. در روش نقطه‌ای، خاک آب‌بندی‌شده و در آب تحت فشار قرار می‌گیرد. آب به‌صورت افقی وارد لایه‌های خاک شده و ضریب نفوذپذیری افقی خاک به دست می‌‌آید. در روش قطعه‌ای، ضریب نفوذپذیری عمودی یا قائم خاک مورد ارزیابی قرار می‌گیرد.

در برخی موارد، مانند دانه‌ایبودن خاک که منجر به ریزش می‌شود، اندازه‌گیری ضریب نفوذپذیری افقی غیرممکن می‌شود. بنابراین لوله جدار به انتهای گمانه هدایت می‌شود و هدف از انجام آزمایش لوفران، محدود به محاسبه ضریب نفوذپذیری خواهد شد.

همچنین آزمایش لوفران بر اساس ثابت و متغیر بودن دبی آب ورودی به زمین و اندازه‌گیری سطح آب یا تغییرات دبی، به سه روش مختلف تقسیم می‌شود:

• روش بار آبی ثابت
• روش بار آبی افتان
• روش بار آبی خیزان

هرکدام از این سه روش گفته‌شده را می‌توان به‌صورت نقطه‌ای یا قطعه‌ای انجام داد. بنابراین، ما در آزمایش لوفران، با ۶ روش مختلف برای اندازه‌گیری نفوذپذیری خاک روبرو خواهیم بود. بسته به شرایط آزمایش، یکی از ۶ روش یادشده پیاده‌سازی خواهد شد.

بیشتر بخوانید: میکروپایل چیست؟

روش انجام آزمایش لوفران

کاربرد ۲ روش بار آبی افتان و خیزان تنها به خاک‌هایی با نفوذپذیری پایین خلاصه می‌شود. جهت جریان آب در این دو روش برخلاف همدیگر است. جهت جریان آب در روش بار آبی افتان از گمانه به سمت زمین و در روش خیزان، از زمین به سمت گمانه است. اساس نام‌گذاری این دو روش نیز همین جهت افتان یا خیزان جریان آب است.

خاک‌هایی که دانه‌های درشت‌تری دارند، نفوذپذیری بالایی خواهند داشت. بنابراین، تغییرات سطح آب با سرعت بالا اتفاق می‌افتند و قابل اندازه‌گیری دقیق نیستند. آزمایش بار آبی ثابت مختص چنین خاک‌هایی طراحی شده است. برای انجام آزمایش به آب زلالی نیاز است که سرعت آن بر اساس شرایط آزمایش، تحت کنترل باشد.

در آزمایش لوفران، آب با فشار بالا وارد زمین شده یا از آن خارج می‌شود.در این بین میزان تغییرات دبی و ارتفاع آب اندازه‌گیری و یادداشت می‌شود.

برای آشنایی با انواع روش‌های پایدارسازی گود کلیک کنید.

تجهیزات و ابزار موردنیاز باری انجام آزمایش لوفران جهت تشخیص نفوذپذیری خاک

تجهیزات و ابزار موردنیاز باری انجام آزمایش لوفران به شرح زیر است:

• منبع آبی که حداقل چند مترمکعب گنجایش دارد
• کنتور آبی که برای اندازه‌گیری دبی آب ورودی یا خروجی، از دقت بسیار بالایی (در حد صدم لیتر) برخوردار است
• ظرف مدرج آبی که دقت آن در حد هزارم لیتر است
• کرنومتر با دقت بالای دهم ثانیه برای اندازه‌گیری زمان
• سوند الکتریکی با دقت میلی‌لیتری برای اندازه‌گیری عمق آب گمانه

برای آغاز آزمایش، ابتدا باید حفاری گمانه را تا جایی که عمق آن به تراز مدنظر برسد، ادامه دهیم. سپس گمانه را شستشو داده و از هرگونه گل و لایی تمیز می‌کنیم. جهت آب‌بندی قطعه مورد آزمایش نیز می‌توان از گلوله‌های رسی استفاده کرد. بنابراین، گمانه برای اطمینان از فرار نکردن آب و جلوگیری از ریزش، باید به‌طور کامل لوله‌گذاری (کیسینگ گذاری) شود. وجود گل حفاری در آزمایش، نتایج نهایی و ضریب نفوذپذیری خاک را تحت تأثیر قرار می‌دهد.

روش بار آبی ثابت

در این روش، سطح آب داخل گمانه به کمک اضافه کردن آب به داخل آن، در سطح ثابت حفظ می‌شود. با ثابت نگه‌داشتن سطح آب، دبی آب ورودی (Q) و ارتفاع آب روی قطعه (H) یادداشت می‌شود. بر اساس روال رایج در پروژه‌های عملی، دبی ورودی در زمان‌های ۱، ۲، ۳، ۴، ۵ و ۱۰ دقیقه ثبت می‌شود. اگر مقدار اختلاف دو عدد متوالی ۱۰ دقیقه‌ای کمتر از ۱۰ درصد باشد، آزمایش تمام‌شده و از روابط زیر برای تعیین نفوذپذیری قائم یا افقی خاک استفاده می‌شود:

اگر آزمایش به روش قطعه‌ای انجام‌شده و L ≥10R است:

متن جایگزین: ضریب نفوذپذیری افقی آزمایش لوفران

اگر آزمایش به روش نقطه‌ای انجام شده است:

متن جایگزین: روش نقطه‌ای آزمایش لوفران

• Lو r: طول و شعاع قطعه مورد آزمایش از گمانه (برحسب سانتی‌متر)
• Q: دبی آب ورودی (برحسب سانتی‌متر مکعب بر ثانیه)
• H: ارتفاع آب روی قطعه (برحسب سانتی‌متر)

بیشتر بخوانید: میخکوبی یا نیلینگ چیست؟

روش بار آبی افتان

آزمون بار آبی افتان پس از آزمایش بار آبی ثابت و در همان قطعه انجام می‌شود. در روش بار آبی افتان، جهت آب از سمت گمانه به سمت زمین است. بنابراین پس از اتمام آزمایش بار آبی ثابت، دیگر آبی به داخل گمانه اضافه نمی‌شود (جریان آب ورودی قطع می‌شود) تا ارتفاع آن کم‌کم رو به پایین تغییر کند.

در همین حال که سطح آب داخل گمانه در حال افت است، در بازه‌های زمانی مختلف و مشخص، تغییرات سطح آب نسبت به سطح اولیه ارزیابی و یادداشت می‌شود. اندازه‌گیری سطح آب تا زمانی که سطح آب داخل گمانه به نزدیکی سطح آب زیرزمینی یا بالای قطعه آزمایش برسد، ادامه پیدا می‌کند.

پس از اتمام آزمایش و رسیدن سطح آب به ح ذکرشده، ضریب نفوذپذیری افقی و قائم خاک از روابط زیر به دست می‌آید:

ضریب نفوذپذیری افقی:

ضریب نفوذپذیری قائم:

• C: یک ضریب ثابت وابسته به طول و شعاع قطعه مورد آزمایش (r،L)
• Δt: مدت زمانی که طول می‌کشد تا سطح آب از حالت ثابت اولیه به سطح پایانی آزمایش برسد
• H: فاصله وسط قطعه یا سطح آب زیرزمینی تا سطح آب ثابت و اولیه در شروع آزمایش
• H: فاصله وسط قطعه یا سطح آب زیرزمینی تا سطح آب باقیمانده در گمانه پس از گذشت زمان Δt

بیشتر بخوانید: انواع روش های بهسازی خاک

آزمایش بار آبی خیزان

این روش برای مواقعی که سطح آب زیرزمینی در نزدیکی سطح زمین باشد، مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این روش، از یک پمپ برای پمپاژ آب استفاده می‌شود. آب زیرزمینی توسط این پمپ از گمانه خارج‌شده و با قطع کردن پمپاژ، سطح آب درون گمانه بالا می‌آید. تغییرات سطح آب در فواصل زمانی مختلف (زمان قرائت‌ها در هیچ شرایطی کمتر از ۵ دقیقه نباشد.) یادداشت شده و ضریب نفوذپذیری خاک، با استفاده از روابط روش بار آبی افتان به دست می‌آید.

سخن پایانی

در این مقاله اطلاعات کامل و به‌روزی در مورد آزمایش لوفران جهت تشخیص نفوذپذیری خاک به دست آوردیم. متوجه شدیم که به‌دست آوردن ضریب نفوذپذیری و تراوایی توده‌ها و لایه‌های خاک، در پروژه‌های عمرانی مانند آبرفت‌های رودخانه‌ای، تراس‌های آبرفتی قدیمی، واریزه‌ها و خاک‌های برجا بسیار مهم و ضروری است.