استاذ حيدر السبت ديسمبر 19, 2009 4:23 amنشرة توضيحية حول الدراسات الجيوتقنية والمشاكل الفنية للتربة
1 – عـام
تهدف هذه النشرة الفنية إلى التوعية بأهم الأعمال التي تجرى عادة عند إعداد الدراسات الجيوتقنية على الموقع ، من أجل التعرف على الطريقة التي يتم بها إعداد الدراسات الجيوتقنية وإيضاح المتطلبات الرئيسية والمصطلحات الفنية ، والتي ستساعد المهندسين والمسئولين في البلديات في معرفة متطلبات الدراسة الجيوتقنية ومراجعة تقارير التربة والإشراف على هذا النوع من المشاريع .
وتشتمل هذه النشرة على أعمال استكشاف الموقع والدراسات الجيوفيزيائية وأعمال الحفر على أنواع التربة المختلفة والمعدات المستخدمة في ذلك ، والطرق الفنية لتحديد عدد وعمـق جسات التربة، وأماكن استخراج العينات وأنواعها وطريقة تعبئتها ونقلها وتخزينها ، وطريقة ردم الحفر الاختبارية ، وتحديد منسوب المياه الجوفية ، وأنواع الاختبارات الحقلية والمعملية التي تجرى عادة على أنواع التربة المختلفة ، وتصنيف أنواع التربة والصخور وفقاً لنظام تصنيف التربة الموحد ونظام آشتو ، والطرق الفنية لدك وتثبيت التربة .
كما تشتمل النشرة على أهم المشاكل الفنية للتربة الموجودة في المملكة والتعريف بها ، والخطوات التي يمكن اتباعها عند البناء على أنواع التربة التي يوجد بها مشاكل ، كما تم الإشارة إلى المخاطر الزلزالية الموضحة على خريطة تقسيم المملكة إلى مناطق حسب نشاطها الزلزالي ، وفي خاتمة النشرة تم وضع أهم النماذج والمصطلحات الفنية المستخدمة في إعداد تقارير التربة .
نأمل أن تحقق هذه النشرة الفنية الهدف المنشود منها ، والله الموفق .
2 – استكشاف الموقع
2 – 1 – الأعمال المكتبية :
يتم تجميع المعلومات المتوفرة عن الموقع من الجهات الرسمية المحلية كالخرائط الطبوغرافية والجيولوجية والصور الجوية والفضائية ، وكذلك ما يتوفر من معلومات عن استخدامات الموقع السابقة ( محاجر ، مناجم ، مقالب نفايات ، آبار ، … الخ) والأنظمة والتعليمات واشتراطات البناء في المنطقة ، وفي حالة توفر دراسات للتربة في الموقع أو المواقع المجاورة يتم الحصول عليها ، وتجمع معلومات عن وضع المباني القائمة وخصوصاً إذا كانت حالتها متدهورة بسبب التربة أو المياه الجوفية ، وأية معلومات أخرى لها علاقة بالموقع .
2 – 2 – الأعمال الميدانية :
تتم معاينة الموقع بشكل دقيق وشامل ، وتحديد جميع الظواهر الطبيعية فيه من أجل وضع برنامج عمل الاختبارات من حيث تحديد الحاجة لإجراء اختبارات مبدئية ، وطرق العمل والاختبارات التي سيتم إجراؤها ، وكيفية أخذ العينات وعمل خريطة مساحية لطبوغرافية الأرض ، ومطابقة الخرائط الجيولوجية على الطبيعة فيها ، ويتم مراعاة ما يلي :
– ملاحظة ما قد يوجد بالموقع من ظواهر مثل المستنقعات أو مساحات السبخة أو الرواسب السطحية والأودية وما شابهها حيث قد تتطلب هذه الأماكن عمل اختبارات خاصة إضافية .
– معرفة ما إذا كان قد تم إضافة ردميات على الموقع أو إزالة طبقات من التربة ، وذلك من أجل دراسة الاندماج المسبق لطبقات التربة Preconsolidation .
– المشاكل الفنية التي حدثت في الموقع أو المواقع المجاورة .
3 – الدراسات الجيوفيزيائية
Geophysical Studies
تعتبر الدراسات الجيوفيزيائية من الدراسات المهمة والضرورية والتي تساند أعمال الحفر ، وهناك طريقتان يمكن من خلالهما التعرف المبدئي على طبقات التربة المختلفة وعمق منسوب المياه الجوفية وهما :
– الطريقة السيزمية Seismic .
- طريقة المقاومة الطبيعية Resistivity .
وتتلخص الطريقتان في إرسال موجات اهتزازية في التربة واستقبالها على مسافة محددة مسبقاً بواسطة سماعات التقاط Geophones وتنتج هذه الموجات عن طريق إسقاط مطرقة على قاعدة معدنية مثبتة على سطح الأرض ، وتقاس سرعة سريان الموجات الصوتية التي تخترق الطبقات الأرضية عن طريق جهاز موصل بسماعـات الالتقاط ، ويمـكن من خلال تحليل المعلومات تحديد كثافة وسمك الطبقات الأرضية ، وتحديد المعاملات الهندسية مثل معامل المرونة Young’s Moduls,E ونسبة بواسون poisson’s Ratio,u ومعامل القص Modulus Shear وهذه الدراسات مهمة في استكشاف التكهفات داخل الصخور أو تحديد مكان وجود الصخور تحت الطبقات الترابية وعمقها .
4 – أعمال الحفر ( الجسات )
Soil Borings
الجسات هي حفر أرضية في الموقع المراد استكشافه بأعماق مختلفة يمكن من خلالها الحصول على عينات التربة للتعرف على نوعية وترتيب الطبقات التحتية ، ويمكن تنفيذ الحفر إما يدوياً أو بواسطة معدات آلية أخرى ، وتوجد عدة طرق للحفر من أهمها :
4 – 1 – حفر الاختبارات المكشوفة Test Pits and Open Cuts
يتم عمل حفر الاختبارات المكشوفة يدوياً باستخدام بعض الأدوات المستخدمة باليد كما هو موضح في الشكل رقم (1) أو آلياً بحيث تسمح هذه الحفر برؤية طبقات التربة في وضعها الطبيعي وبشكل واضح ، ويجب أن تكون هذه الحفر متسعة بشكل يمكّن من إجراء الاختبارات فيها بحيث لا يقل عرضها عن (0.75) م . وهذه الحفر تعتبر اقتصادية حتى عمق 3م وغير اقتصادية لأعماق أكبر من ذلك أو تحت منسوب المياه الجوفية ، ويمكن بواسطة هذه الحفر عمل الاختبارات الدقيقة بالاتجاه الأفقي أو الرأسي ، وتؤخذ منها عينات التربة المقلقلة أو غير المقلقلة لإجراء الاختبارات عليها ، وتستخدم أيضاً لدراسة الشقوق المكشوفة واستكشاف مناطق الصخر الضعيف ، ويلزم أخذ كافة وسائل الحيطة والسلامة لتدعيم جدران الحفر وحمايتها من العوامل الطبيعية حتى يتم الانتهاء من العمل بها وأخذ العينات المطلوبة ، ثم ردم هذه الحفر وتسويتها ودكها بالطرق الفنية المناسبة .
شكل رقم (1) الأدوات المستخدمة في الحفر باليد
4 – 2 – الحفر بالمثقاب Auger Boring
يتألف المثقاب من آلة مصنوعة من الفولاذ ولها حافة حادة قادرة على حفر التربة ، ويعمل المثقاب يدوياً وآلياً بشكل اقتصادي حتى عمق 5م في التربة اللينة القادرة على الثبات دون انهيار ، أما إذا زاد الحفر عن 5م فيتم الاستعانة بمواسير تغليف ، وتعتبر هذه الطريقة مناسبة في الحفر التمهيدي ، وكذلك في التربة التي بها نسبة كبيرة من الحصى أو الصخرية أو عند حفر عدد كبير من الجسات ، ويوضح الشكل رقم
(2) الجهاز المستخدم في طريقة الحفر بالمثقاب.
شكل رقم (2)طريقة الحفر بالمثقاب
4 – 3 – الحفر بالمثقاب وماسورة التغليف Shell and Auger Boring
تشغل أذرع المثقاب باليد أو آلياً بمساعدة برج حفر ثلاثي القوائم ورافعة كبيرة ، ويمكن كسر الأحجار الصغيرة والطبقات الصغيرة من الصخر بمساعدة لقمة إزميل Chisel bit مركبة على أذرع المثقاب ، ويتم إقحام الغلاف بالتربة بواسطة الطرق عليه بمدقة من رافعة ، ويستعمل الجهاز اليدوي في الحفر إلى أعماق تصل إلى (25م) ويصل قطره إلى (200مم) والجهاز الآلي حتى عمق (50م) وتصل عندها أقطار مواسير التغليف وأدوات الحفر من (80) إلى (300) مم وتسخدم هذه الطريقة للحفر في التربة الطينية وخصوصاً الشديدة الصلابة والقاسية منها ، وكذلك في التربة الرملية وتربة الصخور الضعيفة .
4 – 4 – الحفر بالطرق Percussion Boring
يستعمل في هذه الطريقة جهاز حفر متنقل يقوم بكسر بنية التربة عبر الطرق المتكرر على سكين أو إسفين للحفر ، ويضاف الماء أثناء العمل ، ويتم رفع ناتج الحفر إلى الخارج على دفعات ، ويمكن من خلال هذه الطريقة الحصول على عينات مقلقلة بواسطة أدوات وأجهزة استخراج العينات في التربة الصخرية .
4 – 5 – الحفر بطريقة الاجتراف Wash Boring
يتم حفر التربة بالطرق عليها بإزميل أو آلة حادة ، ويدفع الماء تحت الضغط في أنبوب داخلي قابل للدوران أو الصعود أو النـزول خلال أنبوب غلافي خارجي ، ويتم بواسطة الماء المضغوط استخراج التربة المحفورة من بين الأنبوب الداخلي والغلاف الخارجي حيث يشير ناتج الحفر الذى يخرج من الأعلى إلى نوعية التربة الجاري حفرها ، ولدى حصول تغيير في نوعية ناتج الحفر يتم إيقاف الحفر حيث يعتبر مؤشراً إلى تغيير في نوعية طبقة التربة الجاري حفرها ، ويتم وصل أنبوبة أخذ العينات بنهاية قضيب التخريم أو بالأنبوبة الداخلية عند أخذ عينة من طبقة التربة الجديدة ، ويتابع الحفر . وتستخدم هذه الطريقة في التربة الرملية والطميية والطينية ، ويوضح الشكل رقم (3) طريقة الحفر بهذه الطريقة .
4 – 6 – الحفر الدوراني Rotary Boring
يتم الحفر بواسطة لقمة دوارة تبقى في تلامس قوي مع قاع الحفر ، وتحمل هذه اللقمة بواسطة مواسير التخريم المجوفة والتي تدار برأس دوار ذو تركيبة ملائمة ، ويضخ سائل الحفر بشكل مستمر إلى الأسفل عبر مواسير التخريم المجوفة من أجل تسهيل عملية الحفر ، وليتم دفع ناتج الحفر إلى الخارج ، ويتكون السائل بشكل عام من الماء ، ويمكن استعمال طين الحفر أو الهواء بدلاً منه ، وذلك حسب نوعية الأجهزة والتربة التي يتم حفرها ، ويتم أخذ العينات بأجهزة خاصة . وهناك طريقتان للحفر الدوراني هما :
1- الحفر المكشوفة Open Holes
ويتم فيها الحفر بواسطة اللقمة الدوارة التي تحفر التربة الداخلة في مجال قطرها ، وتؤخذ العينات من فترة لأخرى ، وتستخدم هذه الطريقة لجميع أنواع التربة المختلفة بما فيها الصخر اللين .
2 – حفر العينات الصخرية Core Drilling
وهي للحفر بالصخر بحيث يمكن الحصول على العينة الصخرية المستمرة للطبقات على كامل عمق الحفر بواسطة الجهاز نفسه .
شكل رقم (3) طريقة الحفر بالاجتراف
4 – 7 – الحفر باستخدام الحفار المتصل Continuous – Flight Auger
وفي هذه الطريقة يتم إنزال الحفار واستخراج التربة على رأس الحفار بواسطة دفع أنبوبة رقيقة على أعماق طولها (1)م وهذه الطريقة تعتبر أسهل وأسرع الطرق لأخذ العينات وتستخدم في جميع أنواع التربة .
5 - ردم الحفر
عند الانتهاء من عملية الحفر وأخذ العينات يجب إعادة إغلاق الحفر بالتربة الجافة ودكهـا جيداً ، أو أن تصب فيها الخرسانة العادية أو المونة الأسمنتية ، وذلك حتى لا تتسبب هذه الحفر في إنضغاط التربة أو تكون ممراً للمياه الجوفية أو أية أخطار أخرى .
6 – عدد وعمق الجسات
6 – 1 – عدد الجسات :
يتوقف عدد وبعد الجسات وحفر الاختبارات عن بعضها على مساحة الموقع المطلوب دراسته ، وفي المواقع الكبيرة يتعلق الأمر بطبوغرافية وجيولوجية الموقع ، وكذلك المنشآت المراد إقامتها عليه حسب أهميتها واستعمالاتها علاوة على نوعية التربة نفسها حيث إن الهدف من هذه الجسات هو الحصول على خواص طبقات التربة وسماكاتها وأعماقها وميولها ، ويتوقف أيضاً على نتائج تقرير المسح الابتدائي المشار إليه في الفصل الأول ، ويمكن عمل الجسات مبدئياً على بعد (50م) في كل اتجاه طبقاً لشبكة خطوط متعامدة أو حسب ما يتفق عليه . أما في المشاريع الصغيرة التي لا تتجاوز مساحتها (5.000م2) فإنه يمكن عمل جسات في كل زاوية من زوايا الموقع إضافة إلى جسة في المنتصف ، وفي حالة وجود تكهفات في الحجر الجيري أو وجود تشققات فإنه يلزم عمل جسات متقاربة من (3) إلى (5) م أما إذا لم تحقق عدد الجسات ومواقعها الأهداف المرجوة من حيث الحصول على طبقات التربة وسماكاتها وأعماقها وميولها ، أو إذا أظهرت العينات التي تم الحصول عليها أن هناك تغيراً في خواص التربة تشير إلى أهمية زيادة أخذ العينات في سبيل الوصول إلى نتائج تتفق مع التغيير الذى تمت ملاحظته ، فإنه يجب إعادة النظر في زيادة عدد الجسات وأعماقها وطرق الاختبارات حسب احتياجات الموقع ، لتحقيق الأهداف المرجوة منها ، ويوضح الشكل رقم (4) طريقة توزيع الجسات .
شكل رقم (4)طريقة توزيع الجسات
6 – 2 – عمق الجسات :
يتوقف عمق الجسات على نوع المنشآت وحجمها وارتفاعها وشكلها وأوزانها علاوة على نوع التربة وخواصها الميكانيكية ، ويجب أن يشمل العمق على طبقات التربة المساعدة على مقاومة أحمال المنشأة بدون حدوث انضغاط شديد لهذه الطبقات ، أو حصول انهيار فيها ناتج عن القص ، وفي الحالات الاعتيادية لا يقل عمق الجسة عن عشرة أمتار أو ثلاثة أضعاف عرض أكبر قاعدة أيهما أكبر ، ولا بد أن تخترق الجسات جميع الطبقات غير المناسبة كالردميات وطبقات التربة الضعيفة والعضوية إلى الطبقات المتحجرة والسميكة ، وعند وجود طبقة صلبة أو كثيفة سطحية فإنه يلزم امتداد الجسة إلى عمق أكبر للتأكد من عدم وجود طبقات تحتية تتأثر بالاجهادات ، وعند الوصول إلى الطبقات الصخرية فإنه يجب اختراقها بمسافة (1.5) إلى (3) م أو سمك طبقة الصخر أيهما أكبر في حالة الصخر المتماسك و(6)م أو سمك طبقة الصخر أيهما أكبر في حالة الصخر اللين ، ويوضح الشكل رقم (5) أهمية أن يكون عمق الجسات مخترقاً لطبقات التربة المختلفة .
شكل رقم (5)طريقة تحديد عمق الجسات
7 – عينات التربة
7 – 1 – أماكن استخراج العينات :
تستخرج العينة الأولى من سطح الأرض مباشرة ، وتستخرج العينات التالية بمعدل عينة كل متر على الأقل ، وكذلك عند تغير الطبقات ، ويجب أخذ الحيطة والحذر حتى لا يحصل إغفال اكتشاف طبقات من التربة ذات سماكات صغيرة ، كما يجب أن تكون كمية العينات كافية لإجراء الاختبارات المطلوبة .
7 – 2 – أخذ العينات :
يعتبر أخذ العينات من أهم مراحل الأعمال الجيوتقنية ، ولا تقل أهميته عن الاختبارات التي ستجري عليها ، لذا فإنه من الضروري تحري الدقة والحيطة عند أخذ العينات وطريقة تعبئتها لتكون عينات ممثلة لطبيعة التربة الأصلية ، ويتم أخذ عينات في التربة المفككة والمتماسكة إما المقلقلة أو غير المقلقلة ومن أماكن تخزين التربة Stockpiles على النحو التالي :-
1 – عينات التربة المفككة Cohesionless Soil Sampling :
من الصعب الحصول على عينات غير مقلقلة في التربة المفككة كالتربة الرملية أو التربة التي بها نسبة كبيرة من الركام ، وتؤخذ عينات بحد أدنى من القلقلة بواسطة أنابيب أخذ العينات الرقيقة الحواف ، وفي بعض الأحيان يتم أخذ العينات عن طريق تجميد المنطقة المحيطة بالعينة ، ولصعوبة الحصول على عينات جيدة فإنه يجري عادة عمل بعض الاختبارات الحقلية في الموقع ، ويتم أخذ العينات المقلقلة إما يدوياً باستخدام أدوات الحفر اليدوية مثل الكريك والبريمة Auger أو آلياً باستخدام معدات الحفر الآلية بالأعماق التي يحددها المهندس المشرف ، وذلك لعمل اختبارات الوحدة الوزنية والوزن النوعي للتربة وتصنيف التربة والتحليل الميكانيكي وتحديد نسبة تحمل كاليفورنيا والاختبارات الكيميائية وغيرها في المعمل .
2 – العينات المقلقلة Disturbed Sampling :
وهي العينات التي يكون فيها بنية التربة متفككة وخواصها الميكانيكية قد تغيرت أثناء أخذ العينة ، ويمكن أخذها بالطريقة اليدوية . أما في التربة المتماسكة فيمكن أخذها أثناء الحفر بالمثقاب أو بالمثقاب وماسورة التغليف . أما في الصخر فإنه يمكن أخذ العينات أثناء الحفر بطريقة الاجتراف أو الطرق أو الحفر الدوراني .
3 – العينات الغير مقلقلة Undisturbed Sampling :
وتكون عينات التربة هذه محتفظة ببنيتها وخواصها الأصلية ، ويمكن الحصول عليها من التربة المتماسكة بطريقة القطع باليد للحصول عليها كتلة واحدة عن طريق أنبوب استخراج العينات ذو الحافة القاطعة . أما في التربة الصخرية فيتم الحصول عليها بطريقة الحفر الدوراني حيث يتم الحصول على عينة مستمرة على عمق الحفر بواسطة الجهاز نفسه .
4 – عينات التربة من الأكوام وأماكن التخزين Stockpiles Sampling :
في حالة وجود التربة على شكل أكوام في أماكن التخزين أو حول أماكن الحفر يجب تحري الدقة والحذر في أن تكون العينات ممثلة حيث إن طريقـة وضعها على شكل أكوام يساعد على تفرقة حبيبات التربة وتدحرج المواد الخشنة Coarse Aggregates إلى أسفل الكوم ، لذلك لابد من أخذ العينات من عدة أماكن متفرقة في الكوم مع ضرورة إزالة الطبقة العلوية من الكوم والتي تعرضت للعوامل الجوية وتفرقة في الجزيئات ، أما في حالة أخذ العينات من الحفر والخنادق Trenches فيتم أخذ العينات من جانبي الحفرة ومن أسفلها من أماكن متفرقة . وعند ملاحظة وجود طبقات مختلفة للتربة فإنه يلزم أخذ عينات ممثلة لكل طبقة على حدة بنفس الطريقة السابقة مع أهمية تسجيل البيانات أولاً بأول .
5 – عينات الصخور Rock Sampling :
عند استخراج عينات الصخور يتم استخدام الأجهزة الخاصة باستخراج عينات التربة بعد استبدال أجهزة الحفر بالصخور ، ويستحسن استشارة من له خبرة ومعرفة في جيولوجيا المنطقة وأنواع الصخور الموجودة لتحديد مدى قوة وتحمل الصخر ومدى الحاجة لأخذ عينات منه . وفي الصخور المتماسكة يتم أخذ عينات اسطوانية لإجراء تجارب الضغط عليها ، أما في حالة الصخر اللين والهش فيمكن استخراج العينات بعد حقنها بالأسمنت لربط أجزاء الصخر مع بعضها ، ويمكن من خلال وضع الأسمنت في الحفر المتجاورة معرفة اتجاه وترتيب التشققات في الطبقات الصخرية .
7 – 3 – تعبئة العينات :
يتم تعبئة العينات فور الحصول عليها بأوعية يحكم إغلاقها مثل الأوعية البلاستيكية أو في أكياس من البلاستيك ، ومن ثم توضع داخل أكياس من النسيج مع أخذ الحيطة والحذر بعدم دكها عند إدخالها بالكيس ، ويجب أن تملأ العينة الوعاء ما أمكن ، وفي حالة كون العينة من العينات المستمرة كعينات الصخور فيتم حفظها في علب ذات تقسيمات بأقطار مناسبة بحيث تمسك بالعينات دون ضغطها ، أما في حالة استخراج العينات الغير مقلقلة فيجب حماية هذه العينات بطرق مناسبة من الجفاف أو من تغير حجمها أو إنزلاقها في الوعاء ، وبالنسبة للعينات المأخوذة من التربة المتماسكة والمقطوعة على هيئة مكعبات فإنه يمكن أن تغطى العينات جيداً بطبقة أو أكثر من الشمع ، وتوضع كل عينة على حدة في غلاف خارجي له نفس أبعادها من الخشب أو ما شابهه لحمايتها أثناء النقل .
7 – 4 – نقل وتخزين العينات :
في جميع الأحوال يجب تسجيل البيانات التالية عند أخذ العينات :
– الموقع العام مع إيضاحه على رسم كروكي .
– المعلومات العامة عن المشروع .
– رقم الحفرة وأبعادها .
– عدد العينات وأماكن استخراجها .
– تاريخ أخذ العينة وحالة الطقس .
– طريقة أخذ العينات .
– المساحة أو الكمية التقريبية .
– منسوب المياه الجوفية في حالة اكتشافه .
– وصف عام للتربة .
- أية معلومات أو ملاحظات أخرى يراها من يقوم على أخذ العينات .
وتوضع الأنابيب في أرفف خشبية مخصصة لهذا الغرض ، وذلك للتأكد من وضعها في موضع رأسي وعدم تحركها أثناء النقل ، وتبقى على هذا الوضع حتى يتم استلامها من قبل فنيي المعمل ، ويجب أيضاً حماية العينات من أشعة الشمس والحرارة العالية ، وكذلك من التجمد وحمايتها أثناء النقل من الاهتزازات ومن تحطم حاويات العينات ، ويفضل إرسال العينات الغير مقلقلة إلى المعمل فور استخراجها وتخزينها في أماكن معتدلة الحرارة .
وتؤثر طريقة أخذ العينات ونقلها أو طريقة تجهيزها للاختبارت المعملية وخصوصاً العينات الغير مقلقلة منها على نتائج اختبارات القص ، وذلك بزيادة في ضغط الماء الزائد Excess Pore Water Pressure أو انخفاض في قيمة الضغط الفعلية Effective Stresses ولحماية العينات من هذه القلقلة لابد من اتباع مايلي :
– استخدام أنابيب أخذ العينات ذات الحافة الرقيقة والتي تكون نسبة المساحة للقطر الخارجي والداخلي لحافة الأنبوبة فيها من 10 – 15? .
– أن تكون نسبة طول العينة إلى قطرها أقل من 4 .
– التقليل من كمية الاحتكاك داخل أنبوبة أخذ العينات .
– المحافظة على العينات عند نقلها من الحركة والاهتزازات .
– المحافظة على العينات عند قصها وتجهيزها للاختبار في المعمل والحرص على عدم دكها .
– المحافظة على نسبة الرطوبة الطبيعية لعينات التربة .
– استخدام أنبوب أخذ العينات من نوع المكبس Piston-Sampler كلما أمكن ذلك .
– استخدام سائل كثيف أو وحل عند أخذ عينات الطين الناعمة .
8 – تحديد منسوب المياه الجوفية
Ground Water Table Location
يعتبر تحديد منسوب المياه الجوفية من الأعمال المهمة للدراسات الجيوتقنية وخصوصاً إذا ما كان منسوب المياه في نطاق تنفيذ الأساسات حيث إن معظم المشاكل الفنية التي لها علاقة بالتربة تكون بسبب المياه الجوفية ، ويتم قياس منسوب المياه فور اكتشافها ، ثم تقاس يومياً عند بداية ونهاية يوم العمل ، وكذلك في فترة انقطاع طويلة (إذا حدث ذلك) ثم تقاس قبل ردم مكان الجسة ويتم تسجيل النتائج ، وإذا تبين وجود تذبذب في منسوب المياه فإنه يجب معرفة متى وعلى أي عمق يحصل هذا التذبذب وما هي مناسيب الماء في بدايته ونهايته ، ويحدد منسوب المياه الجوفية بالمنسوب الذى يثبت سطح المياه الحر عنده ، ويترك فترة زمنية مناسبة للسماح للمياه بالارتفاع داخـل ماسورة الجسة إلى المنسوب الأصلي للمياه الجوفية ، وتكون هذه الفترة عادة (24) ساعة للتربة متوسطة النفاذية ، أما التربة الضعيفة النفاذية كالتربة الطينية فتمتد هذه الفترة إلى عدة أيام أو أسابيع ، ويمكن أيضاً تثبيت أنبوبة "بيزوميترية" في ثقب الجسة وملاحظة منسوب المياه الجوفية على فترات زمنية وتسجيل أية تغيرات والتأكد من المنسوب النهائي ، و إذا حصل أثناء الحفر أن ثقبت طبقة تربة حاجزة للمياه وكان أسفلها مخزون ماء طبيعي فلا بد من إعادة وضع هذه الطبقة إلى الوضع الأصلي بعد الانتهاء من عمل الجسات وأخذ العينات ، وتؤخذ عينات من المياه الجوفية من أعماق مختلفة لإجراء التحاليل الكيميائية عليها ، ويفضل إرسال العينات إلى المعمل فور الحصول عليها ، ولايلتفت للعينات التي تم استخراجها منذ مدة أطول من أسبوع ، ويتم حمايتها من الحرارة والبرودة وأشعة الشمس أثناء النقل والتخزين ، وفي حالة وجود منسوب المياه الجوفية مرتفعاً ويغطي مستوى الأساسات فلا بد من أن يحتوي تقرير الدراسة على التوصيات اللازمة للطرق الفنية لنـزح المياه الجوفية أثناء عملية الحفر للأساسات والبناء وطريقة عزلها عن المياه .
9 – الاختبارات الحقلية
Field Testings
يتطلب الأمر إجراء بعض الاختبارات الحلقية الضرورية على التربة في الموقع حسب الحاجة والتي منها :
9 – 1 – اختبار الاختراق القياسي Standard Penetration test ,SPT :
يعد هذا الاختبار من الاختبارات المهمة لتحديد مقاومة التربة الرملية أثناء تنفيذ الجسة وهو من أسهل الطرق وأفضلها لمعرفة قيمة زاوية الاحتكاك الداخلي وكثافة التربة الرملية . ويتلخص عمل هذا الاختبار في إسقاط مطرقة خاصة وزنها 63.5كجم من ارتفاع 760مم على أنبوبة الجهاز لتدخل مسافة 460مم في التربة ومن ثم حساب عدد الدقات (N)لاختراق آخر 305مم ويتم ايقاف الاختبار في حالة الحصول على 100دقة أو 10 دقات متتالية بدون اختراق ، وفي بعض الأحيان يتم تسجيل عدد الدقات التي يتم الحصول عليها منسوبة إلى 100 بمعنى أنها عدد الدقات التي اخترقت 100مم . وبالرغم من أن هذا الاختبار قد وضع أساساً للتربة المفككة لصعوبة الحصول على عينات غير مقلقلة للرمل إلا أن هذا الاختبار قد ينفذ في التربة المتماسكة ، ويجب الحذر عند استخدام نتائجه في هذه الحالة وذلك لعدم دقة النتائج لاحتواء التربة المتماسكة على الماء .
9 – 2 – اختبار الاختراق الاستاتيكي Cone Penetration test ,CPT :
يستخدم هذا الاختبار في جميع أنواع التربة ماعدا التربة الطينية القاسية والركامية ، ويجرى الاختبار بدفع مخروط الجهاز إلى التربة بسرعة 10 إلى 20 مم /دقيقة وقياس مقاومة رأس المخروط ومقاومة احتكاك جوانب ماسورة مثبتة أعلى المخروط ، وتستخدم نتائج هذا الاختبار في تقدير حمل خوازيق الارتكاز والاحتكاك المستخدم في الأساسات العميقة ، ويمكن أيضاً تقدير تحمل التربة وتقدير الهبوط للأساسات ، ويأتي الجهاز في عدة أنواع منها المخروط السيزمي والذي يمكن من خلاله قياس معامل القص الديناميكي .
9 – 3 – اختبار مقياس الضغط Pressuremeter :
يتكون جهاز مقياس الضغط من جزئين رئيسيين هما : المجس Probe وجهاز قياس الضغط الحجمي Pressure – Volumeter موصلين بأنبوبة بلاستيكية يمر من خلالها الماء أو الغاز ، ويعمل الجهاز عن طريق تسجيل التغير الحاصل في الضغط والحجم ورسمها في منحنى والتي يمكن من خلالها تحديد الثوابت المرنة للتربة Elastic Constants ومعامل القص للتربة Shear Strength ويستخدم هذا الاختبار في التربة الناعمة .
9 – 4 – اختبار القص الدوراني Vane Shear :
يستخدم هذا الاختبار لتحديد معامل القص للتربة ضعيفة التباين والحساسة والضعيفة والمغمورة بالمياه التي لا يمكن أخذ عينات منها لإجراء الاختبارات المعملية ، ويعمل الجهاز عن طريق قياس عزم اللي Torque اللازم عند إدخال الريش الموجودة في مؤخرة الجهاز Vanes في التربة حتى الامتناع وتحليل المعلومات المسجلة لتحديد مقاومة التربة للقص .
9 – 5 – اختبار مقاومة التربة القص Borehole Shear Device :
يستخدم الاختبار لجميع أنواع التربة ذات الحبيبات الدقيقة بحفر حفرة قطرها 76مم رأسية أو أفقية أو مائلة لعمق أكبر من المكان المراد قياس مقاومة التربة فيه ، وبعد ذلك يتم إدخال رأس الجهاز بعناية في الحفرة إلى النقطة المراد قياس مقاومة التربة فيها ، ثم يفتح قسما الجهاز الموجودة في اسطوانة ، ويتم الضغط على السطح عن طريق الأنابيب ، ثم تسحب الإسطوانة ويسجل مقدار السحب والمسافة والضغط والتي منها يتم تقدير مقاومة التربة للقص ، ويوضح الشكل رقم (6) جهاز اختبار مقاومة التربة في الحقل .
شكل رقم (6)جهاز اختبار مقاومة التربة للقص في الحقل
9 – 6 – اختبار مقياس التمدد الحراري Dilatometer :
يتكون جهاز الاختبار من مجس وغشاء مطاطي قابل للتمدد ، وتستخدم فيه أجهزة الاختراق القياسي أو الاستاتيكي لدفع الجهاز في الجسة للأعماق المطلوبة ، ويعمل جهاز الاختبار عن طريق إدخال المجس إلى العمق المطلوب إجراء الاختبار عليه ، ومن ثم زيادة الضغط تدريجياً حتى يمتد الغشاء المطاطي بمقدار 1.1مم إلى التربة المجاورة ، ثم إنقاص الضغط بمثل ضغط الماء الزائد في التربة Excess Pore Water Pressure ثم تكرر العملية على عمق يزيد عن العمق الأول بـ 150 إلى 200مم وتسجل المعلومات ، وهكذا حتى يتم الوصول إلى الأعماق المطلوبة . ويعتبر هذا الاختبار سريعاً حيث يمكن الوصول إلى عمق 10م في خلال نصف ساعة من بداية الاختبار ، ويستخدم هذا الاختبار للحصول على جميع معاملات التربة الضرورية .
9 – 7 – اختبار تحديد نفاذية التربة Field Permeability :
يستخدم في هذا الجهاز مقياس الضغط Piezometer لقياس نفاذية التربة عن طريق أنابيب المياه القائمة برفع وخفض الماء من موقع التوازن وأخذ قراءات في فترات متقطعة لمستوى الماء مع الوقت اللازم للوصول إليه حتى يعود منسوب الماء إلى موقع التوازن الأصلي ، وتحليل هذه المعلومات لاستنتاج معامل النفاذية K .
9 – 8 – اختبار الوحدة الوزنية الجافة للتربة Dry Unit Weight , gd :
تعتبر الوحدة الوزنية الجافة من أهم معاملات التربة التي تستخدم في الحسابات الهندسية للتربة وفي عمليات الدك والجودة الفنية لها ، وهناك عدة طرق لتحديد قيمة الوحدة الوزنية الجافة في الحقل منها طريقة الرمل والقمع Sand – Cone والطريقة النووية Nuclear باستخدام الجهاز النووي وغيرها ، وتساوي الوحدة الوزنية الرطبة للتربة وزن التربة على حجمها ، وعند معرفة نسبة الرطوبة للتربة يتم حساب الوحدة الوزنية الجافة باستخدام المعادلة التالية :
الوحدة الوزنية الجافة للتربة g d = الوحدة الوزنية الرطبة للتربة wet g ÷ ( 1 + نسبة الرطوبة ) .
9 – 9 – اختبار القرص المحمل Plate Bearing Test :
يستخدم هذا الجهاز لقياس قدرة تحمل التربة لمواد الرصف والأحمال المارة عليها ، ويستخدم في الاختبار أقراص معدنية مستديرة أقطارها 300، 450، 600، 750 مم ويتم تحميل هذه الأقراص بواسطة رافعة ميكانيكية أو هيدروليكية ، ويقاس مقدار هبوط الأقراص بمؤشرات من ثلاثة إلى أربعة ، والذي منه يستنتج مقدار الجهد الواقع على التربة أسفل القرص .
9 –10- اختبار تحديد دليل قوة تماسك الصخر Rock Quality Designation(RQD) :
في هذا الاختبار يمكن معرفة قوة تماسك الصخر ووصف كمية التكسر في الموقع ، وتتلخص الطريقة في حساب أطوال قطع الصخر المستخرجة من الحفر الاختبارية داخل أنبوبة العينة والتي يزيد أطوالها عن 4 بوصة (101.6مم ) وقسمته على طول العينة ، وهذه النسبة تمثل المردود مـن الصخر ، ويمكن وصف قـوة الصخور بناء على هذه النسبة كما هو موضح بالجدول رقم (1) .
جدول رقم (1)
وصف قوة الصخور
نسبة المردود من الصخر
قوة تماسك الصخر
0 – 25
ضعيف جداً
25 – 50
ضعيف
50 –75
مقبول
75 – 90
جيد
90 -100
ممتاز
10 – الاختبارات المعملية
10 – 1– تجهيز العينات :
يتم تجهيز العينات في الاختبارات المعملية على العينات المقلقلة بالطريقة التالية :
– أخذ عينات لتحديد المحتوى المائي للعينات فور وصولها للمعمل .
– يتم تجفيف عينات التربة الواردة من الحقل بإحدى الطريقتين التاليتين :
أ - فردها في الخارج وتعريضها لأشعة الشمس والهواء حتى تجف .
ب – تجفيفها في فرن لا تزيد درجة حرارته عن 60ْ درجة مئوية .
– يتم تفتيت وتجزئة التربة المتحجرة باليد أو بأجهزة خفيفة مخصصة لذلك مع أخذ الحيطة والحذر بعدم الإضرار بالحجم الأصلي ثم تمزج التربة جيداً .
– يتم تجهيز التربة الممثلة للاختبار وفقاً لطريقة تجهيز العينات الموضحة أدناه .
– تنخل التربة الممثلة بالمناخل المطلوبة حسب نوع الاختبار .
10 – 2 – طريقة التجهيز :
يتم تجهيز التربة لعمل الاختبارات المعملية حسب طريقة أخذ العينات إما مقلقلة أو غير مقلقلة وفقاً لما يلي .
– العينات المقلقلة والمفككة :
يتم تجهيز كمية التربة اللازمة حسب الطريقتين التاليتين :
أ - استخدام صندوق التقسيم Riffle Box
وهو عبارة عن جهاز يحتوي على عدد من القنوات المائلة وهي متساوية العروض ولا يقل عددها عن 8 قنوات عند استخدام التربة الخشنة أو 12قناة عند استخدام التربة الناعمة لتقسيم التربة إلى قسمين متكافئين ، ومزود بإنائين لتجميع التربة المقسومة وإناء قمعي لتمرير التربة لقنوات التقسيم ، ويوضح الشكل رقم ( 7 ) صندوق التقسيم وتتمثل طريقة التجهيز بتمرير التربة من خلال الإناء المخروطي بعد فردها بشكل منتظم وببطء شديد (حتى لا تتطاير حبيبات التربة الناعمة ) للحصول على قسمين متكافئين . وتكرر العملية لأي قسم لحين الوصول إلى الكمية المطلوبة .
شكل رقم (7)
صندوق التقسيم
ب – طريقة التربيع Quartering
وهي طريقة سهلة وتتمثل في فرد التربة على سطح نظيف ومستوى ، ثم تمزج التربة جيداً وتشكل على شكل كوم مخروطي باستخدام الأدوات اليدوية وتساوى التربة بسماكة منتظمة ، وتقسم إلى أربعة أقسام متساوية تقريباً ، ويستبعد منها القطرين المتقابلين ثم تمزج التربة المتبقية ، وتكرر العملية للحصول على الكمية المطلوبة ، ويوضح الشكل رقم (
طريقة التربيع .
– العينات الغير مقلقلة :
أما في العينات الغير مقلقلة فيتم تجهيز العينات لإجراء الاختبارات المعملية عليها حسب نوع الاختبارات والمواصفة القياسية المتبعة في ذلك .
شكل رقم (
طريقة التربيع
10 – 3 – كمية العينات :
تعتمد كمية العينات على أنواع الاختبارات وعددها ، ويستحسن أخذ عينات كافية حسب ماتتطلبه المواصفات القياسية لكل اختبار ، وذلك لإجراء بعض الاختبارات المعملية الضرورية على التربة حسب الحاجة .
10 - 4 – الاختبارات :
1 – تحديد نسبة الرطوبة Water Content,wc :
يتم تحديد نسبة الرطوبة في التربة اللزجة Cohesive Soils للعينات المستخرجة من الحفر الاختبارية من أجل معرفة كمية الماء التي تحتويها التربة الطبيعية ، ولعمل الاختبارات لتحديد حد السيولة (Liquid Limit , LL) وحد اللدونة (Plastic Limit ,PL) المستخدمة لتصنيف التربة ، وتستخدم أيضاً في تحسين خواص التربة . ويعتبر تحديد نسبة الرطوبة من المتطلبات الأساسية لتقارير التربة ، وتصل نسبة الرطوبة الطبيعية في التربة الرملية أو الـركامية من 15إلى 20٪ بينما قد تصل النسبة في التـربة الطينية والطميية مـن80 إلى 100 ٪ وفي التربة العضوية قد تصل هذه النسبة إلى 500 ٪ .
2 - حدود أتربرج Atterberg Limits :
قام العالم السويدي " أتربرج" بتحديد أربعة من حدود التماسك للتربة اللزجة وهي السيولة واللزوجة والشبه صلبة والصلبة ، واعتبر أن الحد الفاصل بين السيولة واللدونة هو حد السيولة Liquid Limit,LL والحـد الفاصل بين اللدونة وشبه الصلبة هو حد اللدونة Plastic Limit,PL والحد الفاصـل بين شبـه الصلبـة والصلبـة هـو حـد الانكمـاش Shrinkage Limit ,SL حسب الشكل الموضح أدناه .
وبعد استخراج هذه الحدود بالاختبارات الروتينية باستخدام الأجهزة المخصصة لذلك يتم ايجاد معامل ( دليل) اللدونة (Plasticity Index,PI = LL- PL) والذي يستخدم في معرفة تصرف التربة Soil Behavior وكذلك في معادلات الربط لقوة تحمل التربة ومعرفة ما إذا كانت التربة انتفاخية أو انهيارية .
ويتم أيضاً تحديد دليل السيولة (LL-PL) / (wc-PL) = Liquidity Index,LI والذي من خلاله يمكن الحكم على ظاهرة تميع التربة Liquefaction of Soil عندما يكون دليل السيولة لها أكبر من (1) (1 < LL ) .
3 – التدرج الحبيبي للتربة Grain Size Distribution ( Sieve Analysis ) :
يستخدم اختبار التدرج الحبيبـي ( الميكانيكي ) في تصنيف التربة عن طريق التحليل المنخلي لها Sieve Analysis باستخدام المناخل التي تتراوح فتحاتها من 100 مم (4ً) إلى 0.075مم منخل رقم ( 200) حسب المواصفات الأمريكية كما هو موضح في الجدول رقم (2) ومقياس الثقل النوعي Hydrometer للتربة التي تمر خلال منخل رقم (200) ورسم منحنى التدرج ، ومنه تحديد نسب المواد المكونة للتربة والتي من أهمها نسبة المواد الطينية .
جدول رقم (2)
المناخل المستخدمة في التدرج الحبيبـي
مقياس الفتحات (مم)
رقم المنخل
100
4"
75
3"
50
2"
37.5
1.5"
25
1"
19
0.75"
12.5
0.50"
9.5
0.375"
4.75
4
2
10
0.850
20
0.425
40
0.180
80
0.075
200
4 – الوحدة الوزنية للتربة Unit Weight,g :
يتم إيجاد الوحدة الوزنية للتربة اللزجة في المعمل بطريقة الإزاحة ، وذلك بقطع كتلة من التربة لمقياس معين ووزنها ثم وضعها في إناء لتحديد الحجم ومعرفة كمية الماء المطلوبة لملء الإناء حسب المعادلة التالية :
الوحدة الوزنية للتربة = وزن عينة التربة / (حجم الإناء – حجم الماء المتبقي في الإناء) .
وتستخدم الوحدة الوزنية في حساب ضغط حمل التربة Overburden Pressure المستخدم في حساب مقدار انضغاط التربة وتحديد الضغط الجانبي للحوائط الاستنادية ومعامل الاحتكاك للخوازيق .
5 – الكثافة النسبية Relative Index,Dr :
وتسمى أيضاً بدليل الكثافة Relative Index,Dr وتستخدم الكثافـة النسبية عـادة للتربـة المفككة عن طريق تحديد نسبة الفراغات الطبيعية والصغرى والكبرى Void Ratios,e للتربة ولصعوبة تحديد نسبة الفراغات في التربة فإنه يتم حساب الكثافة النسبية كما يلي :
الكثافة النسبية Dr =
الكثافة القصوى ( كثافة التربة في الحقل – الكثافة الصغرى ) ÷
كثافة التربة في المعمل ( الكثافة القصوى – الكثافة الصغرى)
Dr = gd max (gd – gdmin) / gd (gd max – gd min)
حيث إن
Dr : الكثافة النسبية للتربة .
gd max : الكثافة القصوى .
gd : كثافة التربة في الحقل
gd min : الكثافة الصغرى .
وتستخدم الكثافة النسبية في حساب نسبة الدك ولتقدير قوة تحمل التربة ، كما تستخدم في حساب قوة تميع التربة تحت أحمال الزلازل ، ويبين الجدول رقم (3) بعض القيم للكثافة النسبية :
جدول رقم (3)
الكثافة النسبية للتربة
الكثافة النسبية
التربة
0 – 0.20
مخلخلة جداً Very Loose
0.20 – 0.40
مخلخلة Loose
0.40 – 0.70
متوسطة الدك Medium Compact
0.70 – 0.90
مدكوكة Compact
0.90 – 1
مدكوكة جداً Very Compact
6 – الوزن النوعي Specific Gravity , SG :
يستخدم الوزن النوعي في حساب نسبة الفراغات في التربة عند معرفة نسبة الرطوبة ووحدة الوزن ، وهذا الاختبار من الاختبارات الصعبة والتي يمكن الاستعاضة عنه باستخدام القيم الموضحة في الجدول رقم (4) نظراً لتقاربها :
جدول رقم (4)
الوزن النوعي لأنواع التربة
الوزن النوعي
نوع التربة
2.65 – 2.68
ركامية
2.65 – 2.68
رملية
2.62 – 2.68
طميية
2.58 – 2.65
طينية عضوية
2.68 – 2.75
طينية غير عضوية
أقل من 2
التربة العضوية
وفي العادة تكون قيمة الوزن النوعي 2.67 للتربة المفككة و 2.70 للتربة الطينية الغير عضوية.
7 – اختبار الدك Compaction ( Proctor) Test :
يتم في اختبار الدك تحديد العلاقة بين الوحدة الوزنية الجافة للتربة gd ونسبة الرطوبة wc ومن ثم تحديد الوحدة الوزنية الجافة العظمى Maximum Dry Unit Weight , gd Max ونسبة الرطوبة القصوى Optimum Moisture Content,OMC للتربة باستخدام طريقتين حسب اختبار "بروكتر" وذلك من أجل تحديد الطاقة التي تتعرض لها التربة في الدك في المعمل لتمثيلها على الطبيعة باستخدام أدوات ومعدات الدك المختلفـة ، والطريقتين المستخدمتين للدك هما :
1 – اختبار بروكتر القياسي Standard Proctor Test
2 – اختبار بروكتر المعدل Modified Proctor Test
ويمثل الجدول رقم (5) الفرق بين الأجهزة المستخدمة في الطريقتين :
المعدل Modified
القياسي Standard
القالب Mould
قالب 6 "
قالب 4 "
قالب 6 "
قالب 4 "
152.4
101.60
152.4
101.60
القطر ( مم )
116.43
116.43
116.43
116.43
الطول ( مم )
2124
944
2124
944
الحجم ( سم3)
44.5
24.5
44.5
24.5
وزن المطرقة ( نيوتن)
56
25
56
25
عدد الضربات
5
5
3
3
عدد الطبقات
457
457
305
305
ارتفاع المطرقة ( مم )
ويتم حساب الطاقة المبذولة في عملية الدك كما يلي :
الطاقة المبذولة في الدك ( كيلوجول / م3 ) =
( عدد الطبقات × عدد الضربات × الارتفاع × وزن المطرقة ) ÷ حجم القالب
فمثلاً الطاقة المبذولة في الطريقة القياسية باستخدام قالب قطره 101.60مم = 593.7كيلوجول/م3 ، وعند تمثيل الطريقتين على رسم بياني نجد أن في الطريقة المعدلة تكون الوحدة الوزنية الجافة العظمى أكبر ونسبة الرطوبة القصوى أقل .
ويمثل المستقيم الأيمن لمنحنيات الدك مستقيم نسبة الرطوبة العظمى عندما تكون التربة خالية من الهواء Zero Air Voids عندها تكون التربة مشبعة تماماً بالماء ، ويتم رسم هذا المستقيم من المعادلة التالية :
الوحدة الوزنية gZAV =
( الوحدة الوزنية للماء) × ( الوزن النوعي) ÷ 1 + ( نسبة الرطوبة × الوزن النوعي )
الوحدة الوزنية للماء g water = 9.807 كيلونيوتن / م3 .
8 – تحديد نسبة تحميل كاليفورنيا California Bearing Ratio, CBR :
وهو قياس الحمل اللازم لغرز إبرة ذات قطر معين وبسرعة في عينة التربة بمعرفة المحتوى المائي والكثافة ، ويعطي الاختبار معلومات عن مدى انتفاخ التربة ومقدار القوة المفقودة للتربة عندما تكون التربة مشبعة بالماء كما تعطي نسبة التحمل لكاليفورنيا تصوراً عن تصرف التربة تحت الأسفلت ( مواد الأساس ) ويمكن عمل الاختبار في الحقل أو في المعمل ، ويوضح الجدول رقم (6) بعض القيم لنسبة التحمل :
جدول رقم (6)
قيم نسبة تحمل كاليفورنيا
نظام آشتو
AASHTO
النظام الموحد
USC
مجال الاستخدام
تصنيف المواد
نسبة التحمل
CBR
A5,A6,A7
OH,CH,MH,OL
الطبقة الأرضية
ضعيفة جداً
0 – 3
A4,A5,A6,A7
OH,CH,MH,OL
الطبقة الأرضية
ضعيفة
3 – 7
A2,A4,A6,A7
OH,CH,MH,OL
تحت الأساس
مقبولة
7 –20
Alb,A5 –2,A3,A6-2
GM,GC,SW,SM,SP,GP
أساس وتحت الأساس
جيدة
20 – 50
Ala,A4-2,A3
GW,GM
أساس
ممتازة
أكبر من 50
ويتم استخدام القيم القياسية الموضحة في الجدول رقم (7) لتحديد مقدار الاختراق القياسي.
جدول رقم (7)
مقدار الاختراق ( مم )
وحدة الوزن القياسية ( ميجا بسكال )
2.5
6.9
5.0
10.3
7.5
13.0
10.0
16.0
12.7
18.0
9 – اختبار قوة قص التربة Soil Shear Strength Tests :
أ - اختبار قوة القص المباشر Direct Shear
يستخدم هذا الاختبار غالباً للتربة الرملية ، ويحتوي الجهاز على صندوق القص المقسوم إلى قسمين علوي وسفلي لوضع عينة التربة فيه وأداة قياس الأحمال الأفقية وأداة أخرى لقياس مقدار الإزاحة ، ويوضح الشكل رقم (9) الجهاز المستخدم في ذلك ، ويتم الاختبار بزيادة الأحمال وتسجيل مقدار الإزاحة . ومن خلال هذه المعلومات يتم حساب مقدار قوة القص Shear Strength (t) وزاوية الاحتكاك Angle of Internal Friction(ئ) والتماسك Cohesion C ويوضح الشكل رقم (10) طريقة حساب زاوية الاحتكاك ومقدار التماسك المستخرجة من نتائج الاختبار.
شكل رقم (9)
جهاز اختبار قوة القص المباشر
شكل رقم (10)
رسم يوضح طريقة حساب زاوية الاحتكاك ومقدار التماسك
ب – اختبار الضغط غيرالمقيد Unconfined Compression
يعتبر هذا الاختبار من أسهل وأرخص الاختبارات لتحديد قوة قص التربة ، ويتم وضع عينة التربة الاسطوانية بطول يعادل (2.5) من قطر العينة بجهاز الضغط ، ثم يتم تحميلها بقوة ضغط رأسية لتعطي إجهاداً من 0.5 إلى 2 ٪ في الدقيقة ، ويتم تسجيل الضغط والإجهاد حتى الضغط الذي تنكسر فيه العينة وهو قوة ضغط التربة (q) ومنه يتم تحديد مقدار التماسك (C=q/2) ويستخدم هذا الاختبار للتربة المتماسكة ويوضح الشكل رقم (11) جهاز الاختبار .
شكل رقم (11)
جهاز اختبار الضغط غير المقيد
ج – اختبار الضغط ثلاثي المحاور Triaxial Compression
يتم عمل هذا الاختبار بطريقة مشابهة لاختبار الضغط غير المقيد ماعدا أن الضغط مقيد عن طريق إدخال العينة في خلية مغلقة ، وإدخال الهواء أو الماء المضغوط للعينة المحاطة بغشاء مطاطي ، ثم يتم تحميل العينة رأسياً حتى تنكسر ، ويسجل مقدار الضغط الرأسي والضغط الجانبي الثابت ، ويوضح الشكل رقم (12) الجهاز المستخدم في ذلك ، ويتم تكرار الاختبار بوضع عينة أخـرى وزيادة الضغط الجانبي. ومن نتائج الاختبار يتم رسم دائرة " مور" ومنها يتم تحديد زاوية الاحتكاك ومقدار تماسك التربة ، وهناك ثلاثة أنواع لهذا الاختبار هي :
– مدمج ومسموح بتصريف المياه CD test .
- مدمج وغير مسموح بتصريف المياه CU test .
– غير مدمج وغير مسموح بتصريف المياه UU test .
شكل رقم (12)
جهاز اختبار الضغط ثلاثي المحاور
10 - اختبار الاندماج Consolidation :
يتم في اختبار الاندماج تحديد مقدار الهبوط والوقت الذي يستغرقه لذلك بوضع عينة التربة في حلقة معدنية ووضع اسطوانة مسامية على أعلى وأسفل الحلقة لتسمح بمرور الماء من خلالها ، ثم توضع في جهاز الاختبار الموضح بالشكل رقم (13) ، ويتم تحميل العينة وتسجيل مقـدار الضغط والوقت حتى توقف الهبوط ، وعادة يتم ذلك في خلال (24) ساعة من بداية الاختبار ، ويتم رسم ذلك بيانياً ، وتكرر العملية بمضاعفة الضغط وهكذا حتى يصل الضغط إلى ضغط أعلى من الضغط الذي سينتج عن تحميل التربة من المباني ، ومن الرسم البياني يتم تحديد معامل الاندماج Coefficient of Consolidation الذي يستخدم في تحديد مقدار الهبوط والوقت اللازم للحصول عليه باستخدام معادلات تحديد الهبوط .
شكل رقم (13)
جهاز اختبار الاندماج
11- تحديد معامل نفاذية التربة Permeability :
ويستخدم في ذلك جهاز النفاذية Permeability عن طريق اختبارين هما :
– اختبار المستوى الثابت ، شكل رقم (14 أ ) Constant –Head Test.
– اختبار المستوى المتغير ، شكل رقم (14ب ) Falling –Head Test.
ومن هذين الاختبارين يتم تحديد معامل النفاذية k ، ويمكن استخدام جهاز الاندماج أو جهاز الضغط ثلاثي المحاور لتحديد هذا المعامل أيضاً ، ولابد من توخي الحرص الشديد عند إجراء هذا الاختبار حيث إن هناك عوامل كثيرة تؤثر على تحديد قيمة المعامل من بينها تقلب درجة الحرارة ودرجة تشبع التربة بالماء والتي ينبغي أن تكون 100 ٪ ، ويمكن التأكد من صحة معاملات النفاذية المستخرجة بمقارنتها بالقيم المتعارف عليها لأنواع التربة المختلفة .
شكل رقم (14أ)
جهاز إختبار النفاذية ـ المستوى الثابت
شكل رقم (14ب )
جهاز إختبار النفاذية – المستوي المتغير
12- اختبار انهيارية أو انتفاخية التربة Swelling & Collapse Test :
أ - التربة الانتفاخية :
من الاختبارات السهلة التي يمكن من خلالها تحديد الانتفاخ الحر Free-Swell Test للتربة عن طريق وضع (10)سم3 من التربة الجافة المارة من خلال منخـل رقـم (40) ببطء شديد إلى إناء مدرج لـ (100)سم3 وملئه بالماء وملاحظة حجم التربة حتى يثبت ، ويتم تحديد مقدار الانتفاخ بالمعادلة التالية :
الانتفاخ الحر ( ٪ ) = ( الحجم المتغير – الحجم الأصلي ) ÷ الحجم الأصلي
وتعتبر التربة التي قيمة الانتفاخ الحر لها (100٪ أو أكثر ) من التربة الانتفاخية التي قد تحدث أضراراً للمباني ، وهناك عدة اختبارات معملية يستخدم فيها جهاز الأوديوميتر لمعرفة مقدار ضغط الانتفاخSwelling Pressure و تجري على عينات غيرمقلقلة من التربـة ، وهذه الاختبارات مشابهة لاختبارات الاندماج ، وتتمثل في وضع عينات من التربة يبلغ ارتفاعها من (20) إلى (25) مم وقطرها من (50) إلى (100) مم في الأوديوميتر ، ويتم تحميل العينة وغمرها بالماء وملاحظة نسبة الانتفاخ . وفي بعض الاختبارات يتم التحكم في حجم العينة بحيث يكون ثابتاً ويحدد الضغط الرأسي ( ضغط الانتفاخ ) الذى عنده يكون التغير في الحجم مساوياً لصفر .كما يقاس حجم الانتفاخ عن طريق اختبار تحديد نسبة كاليفورنيا.
ب - التربة الانهيارية :
هناك نوعان من الاختبارات المعملية التي يمكن من خلال نتائجهما التعرف على ما إذا كانت التربة انهيارية أم لا وهما :
– اختبار الانهيار أحادي الأوديوميتر Single – Oedometer Collopse Test :
ويتمثل الاختبار في وضع عينة مقلقلة من التربة في الأوديوميتر ووضع أوزان مساوية لضغط حمل التربة إضافة إلى الضغط الحاصل من المباني المقامة على التربة، ثم تترك مدة من الزمن إلى مرحلة الاتزان ، ثم بعد ذلك تغمر العينة بالماء وتترك إلى أن يكون مقدار هبوط العينة ث
1 – عـام
تهدف هذه النشرة الفنية إلى التوعية بأهم الأعمال التي تجرى عادة عند إعداد الدراسات الجيوتقنية على الموقع ، من أجل التعرف على الطريقة التي يتم بها إعداد الدراسات الجيوتقنية وإيضاح المتطلبات الرئيسية والمصطلحات الفنية ، والتي ستساعد المهندسين والمسئولين في البلديات في معرفة متطلبات الدراسة الجيوتقنية ومراجعة تقارير التربة والإشراف على هذا النوع من المشاريع .
وتشتمل هذه النشرة على أعمال استكشاف الموقع والدراسات الجيوفيزيائية وأعمال الحفر على أنواع التربة المختلفة والمعدات المستخدمة في ذلك ، والطرق الفنية لتحديد عدد وعمـق جسات التربة، وأماكن استخراج العينات وأنواعها وطريقة تعبئتها ونقلها وتخزينها ، وطريقة ردم الحفر الاختبارية ، وتحديد منسوب المياه الجوفية ، وأنواع الاختبارات الحقلية والمعملية التي تجرى عادة على أنواع التربة المختلفة ، وتصنيف أنواع التربة والصخور وفقاً لنظام تصنيف التربة الموحد ونظام آشتو ، والطرق الفنية لدك وتثبيت التربة .
كما تشتمل النشرة على أهم المشاكل الفنية للتربة الموجودة في المملكة والتعريف بها ، والخطوات التي يمكن اتباعها عند البناء على أنواع التربة التي يوجد بها مشاكل ، كما تم الإشارة إلى المخاطر الزلزالية الموضحة على خريطة تقسيم المملكة إلى مناطق حسب نشاطها الزلزالي ، وفي خاتمة النشرة تم وضع أهم النماذج والمصطلحات الفنية المستخدمة في إعداد تقارير التربة .
نأمل أن تحقق هذه النشرة الفنية الهدف المنشود منها ، والله الموفق .
2 – استكشاف الموقع
2 – 1 – الأعمال المكتبية :
يتم تجميع المعلومات المتوفرة عن الموقع من الجهات الرسمية المحلية كالخرائط الطبوغرافية والجيولوجية والصور الجوية والفضائية ، وكذلك ما يتوفر من معلومات عن استخدامات الموقع السابقة ( محاجر ، مناجم ، مقالب نفايات ، آبار ، … الخ) والأنظمة والتعليمات واشتراطات البناء في المنطقة ، وفي حالة توفر دراسات للتربة في الموقع أو المواقع المجاورة يتم الحصول عليها ، وتجمع معلومات عن وضع المباني القائمة وخصوصاً إذا كانت حالتها متدهورة بسبب التربة أو المياه الجوفية ، وأية معلومات أخرى لها علاقة بالموقع .
2 – 2 – الأعمال الميدانية :
تتم معاينة الموقع بشكل دقيق وشامل ، وتحديد جميع الظواهر الطبيعية فيه من أجل وضع برنامج عمل الاختبارات من حيث تحديد الحاجة لإجراء اختبارات مبدئية ، وطرق العمل والاختبارات التي سيتم إجراؤها ، وكيفية أخذ العينات وعمل خريطة مساحية لطبوغرافية الأرض ، ومطابقة الخرائط الجيولوجية على الطبيعة فيها ، ويتم مراعاة ما يلي :
– ملاحظة ما قد يوجد بالموقع من ظواهر مثل المستنقعات أو مساحات السبخة أو الرواسب السطحية والأودية وما شابهها حيث قد تتطلب هذه الأماكن عمل اختبارات خاصة إضافية .
– معرفة ما إذا كان قد تم إضافة ردميات على الموقع أو إزالة طبقات من التربة ، وذلك من أجل دراسة الاندماج المسبق لطبقات التربة Preconsolidation .
– المشاكل الفنية التي حدثت في الموقع أو المواقع المجاورة .
3 – الدراسات الجيوفيزيائية
Geophysical Studies
تعتبر الدراسات الجيوفيزيائية من الدراسات المهمة والضرورية والتي تساند أعمال الحفر ، وهناك طريقتان يمكن من خلالهما التعرف المبدئي على طبقات التربة المختلفة وعمق منسوب المياه الجوفية وهما :
– الطريقة السيزمية Seismic .
- طريقة المقاومة الطبيعية Resistivity .
وتتلخص الطريقتان في إرسال موجات اهتزازية في التربة واستقبالها على مسافة محددة مسبقاً بواسطة سماعات التقاط Geophones وتنتج هذه الموجات عن طريق إسقاط مطرقة على قاعدة معدنية مثبتة على سطح الأرض ، وتقاس سرعة سريان الموجات الصوتية التي تخترق الطبقات الأرضية عن طريق جهاز موصل بسماعـات الالتقاط ، ويمـكن من خلال تحليل المعلومات تحديد كثافة وسمك الطبقات الأرضية ، وتحديد المعاملات الهندسية مثل معامل المرونة Young’s Moduls,E ونسبة بواسون poisson’s Ratio,u ومعامل القص Modulus Shear وهذه الدراسات مهمة في استكشاف التكهفات داخل الصخور أو تحديد مكان وجود الصخور تحت الطبقات الترابية وعمقها .
4 – أعمال الحفر ( الجسات )
Soil Borings
الجسات هي حفر أرضية في الموقع المراد استكشافه بأعماق مختلفة يمكن من خلالها الحصول على عينات التربة للتعرف على نوعية وترتيب الطبقات التحتية ، ويمكن تنفيذ الحفر إما يدوياً أو بواسطة معدات آلية أخرى ، وتوجد عدة طرق للحفر من أهمها :
4 – 1 – حفر الاختبارات المكشوفة Test Pits and Open Cuts
يتم عمل حفر الاختبارات المكشوفة يدوياً باستخدام بعض الأدوات المستخدمة باليد كما هو موضح في الشكل رقم (1) أو آلياً بحيث تسمح هذه الحفر برؤية طبقات التربة في وضعها الطبيعي وبشكل واضح ، ويجب أن تكون هذه الحفر متسعة بشكل يمكّن من إجراء الاختبارات فيها بحيث لا يقل عرضها عن (0.75) م . وهذه الحفر تعتبر اقتصادية حتى عمق 3م وغير اقتصادية لأعماق أكبر من ذلك أو تحت منسوب المياه الجوفية ، ويمكن بواسطة هذه الحفر عمل الاختبارات الدقيقة بالاتجاه الأفقي أو الرأسي ، وتؤخذ منها عينات التربة المقلقلة أو غير المقلقلة لإجراء الاختبارات عليها ، وتستخدم أيضاً لدراسة الشقوق المكشوفة واستكشاف مناطق الصخر الضعيف ، ويلزم أخذ كافة وسائل الحيطة والسلامة لتدعيم جدران الحفر وحمايتها من العوامل الطبيعية حتى يتم الانتهاء من العمل بها وأخذ العينات المطلوبة ، ثم ردم هذه الحفر وتسويتها ودكها بالطرق الفنية المناسبة .
شكل رقم (1) الأدوات المستخدمة في الحفر باليد
4 – 2 – الحفر بالمثقاب Auger Boring
يتألف المثقاب من آلة مصنوعة من الفولاذ ولها حافة حادة قادرة على حفر التربة ، ويعمل المثقاب يدوياً وآلياً بشكل اقتصادي حتى عمق 5م في التربة اللينة القادرة على الثبات دون انهيار ، أما إذا زاد الحفر عن 5م فيتم الاستعانة بمواسير تغليف ، وتعتبر هذه الطريقة مناسبة في الحفر التمهيدي ، وكذلك في التربة التي بها نسبة كبيرة من الحصى أو الصخرية أو عند حفر عدد كبير من الجسات ، ويوضح الشكل رقم
(2) الجهاز المستخدم في طريقة الحفر بالمثقاب.
شكل رقم (2)طريقة الحفر بالمثقاب
4 – 3 – الحفر بالمثقاب وماسورة التغليف Shell and Auger Boring
تشغل أذرع المثقاب باليد أو آلياً بمساعدة برج حفر ثلاثي القوائم ورافعة كبيرة ، ويمكن كسر الأحجار الصغيرة والطبقات الصغيرة من الصخر بمساعدة لقمة إزميل Chisel bit مركبة على أذرع المثقاب ، ويتم إقحام الغلاف بالتربة بواسطة الطرق عليه بمدقة من رافعة ، ويستعمل الجهاز اليدوي في الحفر إلى أعماق تصل إلى (25م) ويصل قطره إلى (200مم) والجهاز الآلي حتى عمق (50م) وتصل عندها أقطار مواسير التغليف وأدوات الحفر من (80) إلى (300) مم وتسخدم هذه الطريقة للحفر في التربة الطينية وخصوصاً الشديدة الصلابة والقاسية منها ، وكذلك في التربة الرملية وتربة الصخور الضعيفة .
4 – 4 – الحفر بالطرق Percussion Boring
يستعمل في هذه الطريقة جهاز حفر متنقل يقوم بكسر بنية التربة عبر الطرق المتكرر على سكين أو إسفين للحفر ، ويضاف الماء أثناء العمل ، ويتم رفع ناتج الحفر إلى الخارج على دفعات ، ويمكن من خلال هذه الطريقة الحصول على عينات مقلقلة بواسطة أدوات وأجهزة استخراج العينات في التربة الصخرية .
4 – 5 – الحفر بطريقة الاجتراف Wash Boring
يتم حفر التربة بالطرق عليها بإزميل أو آلة حادة ، ويدفع الماء تحت الضغط في أنبوب داخلي قابل للدوران أو الصعود أو النـزول خلال أنبوب غلافي خارجي ، ويتم بواسطة الماء المضغوط استخراج التربة المحفورة من بين الأنبوب الداخلي والغلاف الخارجي حيث يشير ناتج الحفر الذى يخرج من الأعلى إلى نوعية التربة الجاري حفرها ، ولدى حصول تغيير في نوعية ناتج الحفر يتم إيقاف الحفر حيث يعتبر مؤشراً إلى تغيير في نوعية طبقة التربة الجاري حفرها ، ويتم وصل أنبوبة أخذ العينات بنهاية قضيب التخريم أو بالأنبوبة الداخلية عند أخذ عينة من طبقة التربة الجديدة ، ويتابع الحفر . وتستخدم هذه الطريقة في التربة الرملية والطميية والطينية ، ويوضح الشكل رقم (3) طريقة الحفر بهذه الطريقة .
4 – 6 – الحفر الدوراني Rotary Boring
يتم الحفر بواسطة لقمة دوارة تبقى في تلامس قوي مع قاع الحفر ، وتحمل هذه اللقمة بواسطة مواسير التخريم المجوفة والتي تدار برأس دوار ذو تركيبة ملائمة ، ويضخ سائل الحفر بشكل مستمر إلى الأسفل عبر مواسير التخريم المجوفة من أجل تسهيل عملية الحفر ، وليتم دفع ناتج الحفر إلى الخارج ، ويتكون السائل بشكل عام من الماء ، ويمكن استعمال طين الحفر أو الهواء بدلاً منه ، وذلك حسب نوعية الأجهزة والتربة التي يتم حفرها ، ويتم أخذ العينات بأجهزة خاصة . وهناك طريقتان للحفر الدوراني هما :
1- الحفر المكشوفة Open Holes
ويتم فيها الحفر بواسطة اللقمة الدوارة التي تحفر التربة الداخلة في مجال قطرها ، وتؤخذ العينات من فترة لأخرى ، وتستخدم هذه الطريقة لجميع أنواع التربة المختلفة بما فيها الصخر اللين .
2 – حفر العينات الصخرية Core Drilling
وهي للحفر بالصخر بحيث يمكن الحصول على العينة الصخرية المستمرة للطبقات على كامل عمق الحفر بواسطة الجهاز نفسه .
شكل رقم (3) طريقة الحفر بالاجتراف
4 – 7 – الحفر باستخدام الحفار المتصل Continuous – Flight Auger
وفي هذه الطريقة يتم إنزال الحفار واستخراج التربة على رأس الحفار بواسطة دفع أنبوبة رقيقة على أعماق طولها (1)م وهذه الطريقة تعتبر أسهل وأسرع الطرق لأخذ العينات وتستخدم في جميع أنواع التربة .
5 - ردم الحفر
عند الانتهاء من عملية الحفر وأخذ العينات يجب إعادة إغلاق الحفر بالتربة الجافة ودكهـا جيداً ، أو أن تصب فيها الخرسانة العادية أو المونة الأسمنتية ، وذلك حتى لا تتسبب هذه الحفر في إنضغاط التربة أو تكون ممراً للمياه الجوفية أو أية أخطار أخرى .
6 – عدد وعمق الجسات
6 – 1 – عدد الجسات :
يتوقف عدد وبعد الجسات وحفر الاختبارات عن بعضها على مساحة الموقع المطلوب دراسته ، وفي المواقع الكبيرة يتعلق الأمر بطبوغرافية وجيولوجية الموقع ، وكذلك المنشآت المراد إقامتها عليه حسب أهميتها واستعمالاتها علاوة على نوعية التربة نفسها حيث إن الهدف من هذه الجسات هو الحصول على خواص طبقات التربة وسماكاتها وأعماقها وميولها ، ويتوقف أيضاً على نتائج تقرير المسح الابتدائي المشار إليه في الفصل الأول ، ويمكن عمل الجسات مبدئياً على بعد (50م) في كل اتجاه طبقاً لشبكة خطوط متعامدة أو حسب ما يتفق عليه . أما في المشاريع الصغيرة التي لا تتجاوز مساحتها (5.000م2) فإنه يمكن عمل جسات في كل زاوية من زوايا الموقع إضافة إلى جسة في المنتصف ، وفي حالة وجود تكهفات في الحجر الجيري أو وجود تشققات فإنه يلزم عمل جسات متقاربة من (3) إلى (5) م أما إذا لم تحقق عدد الجسات ومواقعها الأهداف المرجوة من حيث الحصول على طبقات التربة وسماكاتها وأعماقها وميولها ، أو إذا أظهرت العينات التي تم الحصول عليها أن هناك تغيراً في خواص التربة تشير إلى أهمية زيادة أخذ العينات في سبيل الوصول إلى نتائج تتفق مع التغيير الذى تمت ملاحظته ، فإنه يجب إعادة النظر في زيادة عدد الجسات وأعماقها وطرق الاختبارات حسب احتياجات الموقع ، لتحقيق الأهداف المرجوة منها ، ويوضح الشكل رقم (4) طريقة توزيع الجسات .
شكل رقم (4)طريقة توزيع الجسات
6 – 2 – عمق الجسات :
يتوقف عمق الجسات على نوع المنشآت وحجمها وارتفاعها وشكلها وأوزانها علاوة على نوع التربة وخواصها الميكانيكية ، ويجب أن يشمل العمق على طبقات التربة المساعدة على مقاومة أحمال المنشأة بدون حدوث انضغاط شديد لهذه الطبقات ، أو حصول انهيار فيها ناتج عن القص ، وفي الحالات الاعتيادية لا يقل عمق الجسة عن عشرة أمتار أو ثلاثة أضعاف عرض أكبر قاعدة أيهما أكبر ، ولا بد أن تخترق الجسات جميع الطبقات غير المناسبة كالردميات وطبقات التربة الضعيفة والعضوية إلى الطبقات المتحجرة والسميكة ، وعند وجود طبقة صلبة أو كثيفة سطحية فإنه يلزم امتداد الجسة إلى عمق أكبر للتأكد من عدم وجود طبقات تحتية تتأثر بالاجهادات ، وعند الوصول إلى الطبقات الصخرية فإنه يجب اختراقها بمسافة (1.5) إلى (3) م أو سمك طبقة الصخر أيهما أكبر في حالة الصخر المتماسك و(6)م أو سمك طبقة الصخر أيهما أكبر في حالة الصخر اللين ، ويوضح الشكل رقم (5) أهمية أن يكون عمق الجسات مخترقاً لطبقات التربة المختلفة .
شكل رقم (5)طريقة تحديد عمق الجسات
7 – عينات التربة
7 – 1 – أماكن استخراج العينات :
تستخرج العينة الأولى من سطح الأرض مباشرة ، وتستخرج العينات التالية بمعدل عينة كل متر على الأقل ، وكذلك عند تغير الطبقات ، ويجب أخذ الحيطة والحذر حتى لا يحصل إغفال اكتشاف طبقات من التربة ذات سماكات صغيرة ، كما يجب أن تكون كمية العينات كافية لإجراء الاختبارات المطلوبة .
7 – 2 – أخذ العينات :
يعتبر أخذ العينات من أهم مراحل الأعمال الجيوتقنية ، ولا تقل أهميته عن الاختبارات التي ستجري عليها ، لذا فإنه من الضروري تحري الدقة والحيطة عند أخذ العينات وطريقة تعبئتها لتكون عينات ممثلة لطبيعة التربة الأصلية ، ويتم أخذ عينات في التربة المفككة والمتماسكة إما المقلقلة أو غير المقلقلة ومن أماكن تخزين التربة Stockpiles على النحو التالي :-
1 – عينات التربة المفككة Cohesionless Soil Sampling :
من الصعب الحصول على عينات غير مقلقلة في التربة المفككة كالتربة الرملية أو التربة التي بها نسبة كبيرة من الركام ، وتؤخذ عينات بحد أدنى من القلقلة بواسطة أنابيب أخذ العينات الرقيقة الحواف ، وفي بعض الأحيان يتم أخذ العينات عن طريق تجميد المنطقة المحيطة بالعينة ، ولصعوبة الحصول على عينات جيدة فإنه يجري عادة عمل بعض الاختبارات الحقلية في الموقع ، ويتم أخذ العينات المقلقلة إما يدوياً باستخدام أدوات الحفر اليدوية مثل الكريك والبريمة Auger أو آلياً باستخدام معدات الحفر الآلية بالأعماق التي يحددها المهندس المشرف ، وذلك لعمل اختبارات الوحدة الوزنية والوزن النوعي للتربة وتصنيف التربة والتحليل الميكانيكي وتحديد نسبة تحمل كاليفورنيا والاختبارات الكيميائية وغيرها في المعمل .
2 – العينات المقلقلة Disturbed Sampling :
وهي العينات التي يكون فيها بنية التربة متفككة وخواصها الميكانيكية قد تغيرت أثناء أخذ العينة ، ويمكن أخذها بالطريقة اليدوية . أما في التربة المتماسكة فيمكن أخذها أثناء الحفر بالمثقاب أو بالمثقاب وماسورة التغليف . أما في الصخر فإنه يمكن أخذ العينات أثناء الحفر بطريقة الاجتراف أو الطرق أو الحفر الدوراني .
3 – العينات الغير مقلقلة Undisturbed Sampling :
وتكون عينات التربة هذه محتفظة ببنيتها وخواصها الأصلية ، ويمكن الحصول عليها من التربة المتماسكة بطريقة القطع باليد للحصول عليها كتلة واحدة عن طريق أنبوب استخراج العينات ذو الحافة القاطعة . أما في التربة الصخرية فيتم الحصول عليها بطريقة الحفر الدوراني حيث يتم الحصول على عينة مستمرة على عمق الحفر بواسطة الجهاز نفسه .
4 – عينات التربة من الأكوام وأماكن التخزين Stockpiles Sampling :
في حالة وجود التربة على شكل أكوام في أماكن التخزين أو حول أماكن الحفر يجب تحري الدقة والحذر في أن تكون العينات ممثلة حيث إن طريقـة وضعها على شكل أكوام يساعد على تفرقة حبيبات التربة وتدحرج المواد الخشنة Coarse Aggregates إلى أسفل الكوم ، لذلك لابد من أخذ العينات من عدة أماكن متفرقة في الكوم مع ضرورة إزالة الطبقة العلوية من الكوم والتي تعرضت للعوامل الجوية وتفرقة في الجزيئات ، أما في حالة أخذ العينات من الحفر والخنادق Trenches فيتم أخذ العينات من جانبي الحفرة ومن أسفلها من أماكن متفرقة . وعند ملاحظة وجود طبقات مختلفة للتربة فإنه يلزم أخذ عينات ممثلة لكل طبقة على حدة بنفس الطريقة السابقة مع أهمية تسجيل البيانات أولاً بأول .
5 – عينات الصخور Rock Sampling :
عند استخراج عينات الصخور يتم استخدام الأجهزة الخاصة باستخراج عينات التربة بعد استبدال أجهزة الحفر بالصخور ، ويستحسن استشارة من له خبرة ومعرفة في جيولوجيا المنطقة وأنواع الصخور الموجودة لتحديد مدى قوة وتحمل الصخر ومدى الحاجة لأخذ عينات منه . وفي الصخور المتماسكة يتم أخذ عينات اسطوانية لإجراء تجارب الضغط عليها ، أما في حالة الصخر اللين والهش فيمكن استخراج العينات بعد حقنها بالأسمنت لربط أجزاء الصخر مع بعضها ، ويمكن من خلال وضع الأسمنت في الحفر المتجاورة معرفة اتجاه وترتيب التشققات في الطبقات الصخرية .
7 – 3 – تعبئة العينات :
يتم تعبئة العينات فور الحصول عليها بأوعية يحكم إغلاقها مثل الأوعية البلاستيكية أو في أكياس من البلاستيك ، ومن ثم توضع داخل أكياس من النسيج مع أخذ الحيطة والحذر بعدم دكها عند إدخالها بالكيس ، ويجب أن تملأ العينة الوعاء ما أمكن ، وفي حالة كون العينة من العينات المستمرة كعينات الصخور فيتم حفظها في علب ذات تقسيمات بأقطار مناسبة بحيث تمسك بالعينات دون ضغطها ، أما في حالة استخراج العينات الغير مقلقلة فيجب حماية هذه العينات بطرق مناسبة من الجفاف أو من تغير حجمها أو إنزلاقها في الوعاء ، وبالنسبة للعينات المأخوذة من التربة المتماسكة والمقطوعة على هيئة مكعبات فإنه يمكن أن تغطى العينات جيداً بطبقة أو أكثر من الشمع ، وتوضع كل عينة على حدة في غلاف خارجي له نفس أبعادها من الخشب أو ما شابهه لحمايتها أثناء النقل .
7 – 4 – نقل وتخزين العينات :
في جميع الأحوال يجب تسجيل البيانات التالية عند أخذ العينات :
– الموقع العام مع إيضاحه على رسم كروكي .
– المعلومات العامة عن المشروع .
– رقم الحفرة وأبعادها .
– عدد العينات وأماكن استخراجها .
– تاريخ أخذ العينة وحالة الطقس .
– طريقة أخذ العينات .
– المساحة أو الكمية التقريبية .
– منسوب المياه الجوفية في حالة اكتشافه .
– وصف عام للتربة .
- أية معلومات أو ملاحظات أخرى يراها من يقوم على أخذ العينات .
وتوضع الأنابيب في أرفف خشبية مخصصة لهذا الغرض ، وذلك للتأكد من وضعها في موضع رأسي وعدم تحركها أثناء النقل ، وتبقى على هذا الوضع حتى يتم استلامها من قبل فنيي المعمل ، ويجب أيضاً حماية العينات من أشعة الشمس والحرارة العالية ، وكذلك من التجمد وحمايتها أثناء النقل من الاهتزازات ومن تحطم حاويات العينات ، ويفضل إرسال العينات الغير مقلقلة إلى المعمل فور استخراجها وتخزينها في أماكن معتدلة الحرارة .
وتؤثر طريقة أخذ العينات ونقلها أو طريقة تجهيزها للاختبارت المعملية وخصوصاً العينات الغير مقلقلة منها على نتائج اختبارات القص ، وذلك بزيادة في ضغط الماء الزائد Excess Pore Water Pressure أو انخفاض في قيمة الضغط الفعلية Effective Stresses ولحماية العينات من هذه القلقلة لابد من اتباع مايلي :
– استخدام أنابيب أخذ العينات ذات الحافة الرقيقة والتي تكون نسبة المساحة للقطر الخارجي والداخلي لحافة الأنبوبة فيها من 10 – 15? .
– أن تكون نسبة طول العينة إلى قطرها أقل من 4 .
– التقليل من كمية الاحتكاك داخل أنبوبة أخذ العينات .
– المحافظة على العينات عند نقلها من الحركة والاهتزازات .
– المحافظة على العينات عند قصها وتجهيزها للاختبار في المعمل والحرص على عدم دكها .
– المحافظة على نسبة الرطوبة الطبيعية لعينات التربة .
– استخدام أنبوب أخذ العينات من نوع المكبس Piston-Sampler كلما أمكن ذلك .
– استخدام سائل كثيف أو وحل عند أخذ عينات الطين الناعمة .
8 – تحديد منسوب المياه الجوفية
Ground Water Table Location
يعتبر تحديد منسوب المياه الجوفية من الأعمال المهمة للدراسات الجيوتقنية وخصوصاً إذا ما كان منسوب المياه في نطاق تنفيذ الأساسات حيث إن معظم المشاكل الفنية التي لها علاقة بالتربة تكون بسبب المياه الجوفية ، ويتم قياس منسوب المياه فور اكتشافها ، ثم تقاس يومياً عند بداية ونهاية يوم العمل ، وكذلك في فترة انقطاع طويلة (إذا حدث ذلك) ثم تقاس قبل ردم مكان الجسة ويتم تسجيل النتائج ، وإذا تبين وجود تذبذب في منسوب المياه فإنه يجب معرفة متى وعلى أي عمق يحصل هذا التذبذب وما هي مناسيب الماء في بدايته ونهايته ، ويحدد منسوب المياه الجوفية بالمنسوب الذى يثبت سطح المياه الحر عنده ، ويترك فترة زمنية مناسبة للسماح للمياه بالارتفاع داخـل ماسورة الجسة إلى المنسوب الأصلي للمياه الجوفية ، وتكون هذه الفترة عادة (24) ساعة للتربة متوسطة النفاذية ، أما التربة الضعيفة النفاذية كالتربة الطينية فتمتد هذه الفترة إلى عدة أيام أو أسابيع ، ويمكن أيضاً تثبيت أنبوبة "بيزوميترية" في ثقب الجسة وملاحظة منسوب المياه الجوفية على فترات زمنية وتسجيل أية تغيرات والتأكد من المنسوب النهائي ، و إذا حصل أثناء الحفر أن ثقبت طبقة تربة حاجزة للمياه وكان أسفلها مخزون ماء طبيعي فلا بد من إعادة وضع هذه الطبقة إلى الوضع الأصلي بعد الانتهاء من عمل الجسات وأخذ العينات ، وتؤخذ عينات من المياه الجوفية من أعماق مختلفة لإجراء التحاليل الكيميائية عليها ، ويفضل إرسال العينات إلى المعمل فور الحصول عليها ، ولايلتفت للعينات التي تم استخراجها منذ مدة أطول من أسبوع ، ويتم حمايتها من الحرارة والبرودة وأشعة الشمس أثناء النقل والتخزين ، وفي حالة وجود منسوب المياه الجوفية مرتفعاً ويغطي مستوى الأساسات فلا بد من أن يحتوي تقرير الدراسة على التوصيات اللازمة للطرق الفنية لنـزح المياه الجوفية أثناء عملية الحفر للأساسات والبناء وطريقة عزلها عن المياه .
9 – الاختبارات الحقلية
Field Testings
يتطلب الأمر إجراء بعض الاختبارات الحلقية الضرورية على التربة في الموقع حسب الحاجة والتي منها :
9 – 1 – اختبار الاختراق القياسي Standard Penetration test ,SPT :
يعد هذا الاختبار من الاختبارات المهمة لتحديد مقاومة التربة الرملية أثناء تنفيذ الجسة وهو من أسهل الطرق وأفضلها لمعرفة قيمة زاوية الاحتكاك الداخلي وكثافة التربة الرملية . ويتلخص عمل هذا الاختبار في إسقاط مطرقة خاصة وزنها 63.5كجم من ارتفاع 760مم على أنبوبة الجهاز لتدخل مسافة 460مم في التربة ومن ثم حساب عدد الدقات (N)لاختراق آخر 305مم ويتم ايقاف الاختبار في حالة الحصول على 100دقة أو 10 دقات متتالية بدون اختراق ، وفي بعض الأحيان يتم تسجيل عدد الدقات التي يتم الحصول عليها منسوبة إلى 100 بمعنى أنها عدد الدقات التي اخترقت 100مم . وبالرغم من أن هذا الاختبار قد وضع أساساً للتربة المفككة لصعوبة الحصول على عينات غير مقلقلة للرمل إلا أن هذا الاختبار قد ينفذ في التربة المتماسكة ، ويجب الحذر عند استخدام نتائجه في هذه الحالة وذلك لعدم دقة النتائج لاحتواء التربة المتماسكة على الماء .
9 – 2 – اختبار الاختراق الاستاتيكي Cone Penetration test ,CPT :
يستخدم هذا الاختبار في جميع أنواع التربة ماعدا التربة الطينية القاسية والركامية ، ويجرى الاختبار بدفع مخروط الجهاز إلى التربة بسرعة 10 إلى 20 مم /دقيقة وقياس مقاومة رأس المخروط ومقاومة احتكاك جوانب ماسورة مثبتة أعلى المخروط ، وتستخدم نتائج هذا الاختبار في تقدير حمل خوازيق الارتكاز والاحتكاك المستخدم في الأساسات العميقة ، ويمكن أيضاً تقدير تحمل التربة وتقدير الهبوط للأساسات ، ويأتي الجهاز في عدة أنواع منها المخروط السيزمي والذي يمكن من خلاله قياس معامل القص الديناميكي .
9 – 3 – اختبار مقياس الضغط Pressuremeter :
يتكون جهاز مقياس الضغط من جزئين رئيسيين هما : المجس Probe وجهاز قياس الضغط الحجمي Pressure – Volumeter موصلين بأنبوبة بلاستيكية يمر من خلالها الماء أو الغاز ، ويعمل الجهاز عن طريق تسجيل التغير الحاصل في الضغط والحجم ورسمها في منحنى والتي يمكن من خلالها تحديد الثوابت المرنة للتربة Elastic Constants ومعامل القص للتربة Shear Strength ويستخدم هذا الاختبار في التربة الناعمة .
9 – 4 – اختبار القص الدوراني Vane Shear :
يستخدم هذا الاختبار لتحديد معامل القص للتربة ضعيفة التباين والحساسة والضعيفة والمغمورة بالمياه التي لا يمكن أخذ عينات منها لإجراء الاختبارات المعملية ، ويعمل الجهاز عن طريق قياس عزم اللي Torque اللازم عند إدخال الريش الموجودة في مؤخرة الجهاز Vanes في التربة حتى الامتناع وتحليل المعلومات المسجلة لتحديد مقاومة التربة للقص .
9 – 5 – اختبار مقاومة التربة القص Borehole Shear Device :
يستخدم الاختبار لجميع أنواع التربة ذات الحبيبات الدقيقة بحفر حفرة قطرها 76مم رأسية أو أفقية أو مائلة لعمق أكبر من المكان المراد قياس مقاومة التربة فيه ، وبعد ذلك يتم إدخال رأس الجهاز بعناية في الحفرة إلى النقطة المراد قياس مقاومة التربة فيها ، ثم يفتح قسما الجهاز الموجودة في اسطوانة ، ويتم الضغط على السطح عن طريق الأنابيب ، ثم تسحب الإسطوانة ويسجل مقدار السحب والمسافة والضغط والتي منها يتم تقدير مقاومة التربة للقص ، ويوضح الشكل رقم (6) جهاز اختبار مقاومة التربة في الحقل .
شكل رقم (6)جهاز اختبار مقاومة التربة للقص في الحقل
9 – 6 – اختبار مقياس التمدد الحراري Dilatometer :
يتكون جهاز الاختبار من مجس وغشاء مطاطي قابل للتمدد ، وتستخدم فيه أجهزة الاختراق القياسي أو الاستاتيكي لدفع الجهاز في الجسة للأعماق المطلوبة ، ويعمل جهاز الاختبار عن طريق إدخال المجس إلى العمق المطلوب إجراء الاختبار عليه ، ومن ثم زيادة الضغط تدريجياً حتى يمتد الغشاء المطاطي بمقدار 1.1مم إلى التربة المجاورة ، ثم إنقاص الضغط بمثل ضغط الماء الزائد في التربة Excess Pore Water Pressure ثم تكرر العملية على عمق يزيد عن العمق الأول بـ 150 إلى 200مم وتسجل المعلومات ، وهكذا حتى يتم الوصول إلى الأعماق المطلوبة . ويعتبر هذا الاختبار سريعاً حيث يمكن الوصول إلى عمق 10م في خلال نصف ساعة من بداية الاختبار ، ويستخدم هذا الاختبار للحصول على جميع معاملات التربة الضرورية .
9 – 7 – اختبار تحديد نفاذية التربة Field Permeability :
يستخدم في هذا الجهاز مقياس الضغط Piezometer لقياس نفاذية التربة عن طريق أنابيب المياه القائمة برفع وخفض الماء من موقع التوازن وأخذ قراءات في فترات متقطعة لمستوى الماء مع الوقت اللازم للوصول إليه حتى يعود منسوب الماء إلى موقع التوازن الأصلي ، وتحليل هذه المعلومات لاستنتاج معامل النفاذية K .
9 – 8 – اختبار الوحدة الوزنية الجافة للتربة Dry Unit Weight , gd :
تعتبر الوحدة الوزنية الجافة من أهم معاملات التربة التي تستخدم في الحسابات الهندسية للتربة وفي عمليات الدك والجودة الفنية لها ، وهناك عدة طرق لتحديد قيمة الوحدة الوزنية الجافة في الحقل منها طريقة الرمل والقمع Sand – Cone والطريقة النووية Nuclear باستخدام الجهاز النووي وغيرها ، وتساوي الوحدة الوزنية الرطبة للتربة وزن التربة على حجمها ، وعند معرفة نسبة الرطوبة للتربة يتم حساب الوحدة الوزنية الجافة باستخدام المعادلة التالية :
الوحدة الوزنية الجافة للتربة g d = الوحدة الوزنية الرطبة للتربة wet g ÷ ( 1 + نسبة الرطوبة ) .
9 – 9 – اختبار القرص المحمل Plate Bearing Test :
يستخدم هذا الجهاز لقياس قدرة تحمل التربة لمواد الرصف والأحمال المارة عليها ، ويستخدم في الاختبار أقراص معدنية مستديرة أقطارها 300، 450، 600، 750 مم ويتم تحميل هذه الأقراص بواسطة رافعة ميكانيكية أو هيدروليكية ، ويقاس مقدار هبوط الأقراص بمؤشرات من ثلاثة إلى أربعة ، والذي منه يستنتج مقدار الجهد الواقع على التربة أسفل القرص .
9 –10- اختبار تحديد دليل قوة تماسك الصخر Rock Quality Designation(RQD) :
في هذا الاختبار يمكن معرفة قوة تماسك الصخر ووصف كمية التكسر في الموقع ، وتتلخص الطريقة في حساب أطوال قطع الصخر المستخرجة من الحفر الاختبارية داخل أنبوبة العينة والتي يزيد أطوالها عن 4 بوصة (101.6مم ) وقسمته على طول العينة ، وهذه النسبة تمثل المردود مـن الصخر ، ويمكن وصف قـوة الصخور بناء على هذه النسبة كما هو موضح بالجدول رقم (1) .
جدول رقم (1)
وصف قوة الصخور
نسبة المردود من الصخر
قوة تماسك الصخر
0 – 25
ضعيف جداً
25 – 50
ضعيف
50 –75
مقبول
75 – 90
جيد
90 -100
ممتاز
10 – الاختبارات المعملية
10 – 1– تجهيز العينات :
يتم تجهيز العينات في الاختبارات المعملية على العينات المقلقلة بالطريقة التالية :
– أخذ عينات لتحديد المحتوى المائي للعينات فور وصولها للمعمل .
– يتم تجفيف عينات التربة الواردة من الحقل بإحدى الطريقتين التاليتين :
أ - فردها في الخارج وتعريضها لأشعة الشمس والهواء حتى تجف .
ب – تجفيفها في فرن لا تزيد درجة حرارته عن 60ْ درجة مئوية .
– يتم تفتيت وتجزئة التربة المتحجرة باليد أو بأجهزة خفيفة مخصصة لذلك مع أخذ الحيطة والحذر بعدم الإضرار بالحجم الأصلي ثم تمزج التربة جيداً .
– يتم تجهيز التربة الممثلة للاختبار وفقاً لطريقة تجهيز العينات الموضحة أدناه .
– تنخل التربة الممثلة بالمناخل المطلوبة حسب نوع الاختبار .
10 – 2 – طريقة التجهيز :
يتم تجهيز التربة لعمل الاختبارات المعملية حسب طريقة أخذ العينات إما مقلقلة أو غير مقلقلة وفقاً لما يلي .
– العينات المقلقلة والمفككة :
يتم تجهيز كمية التربة اللازمة حسب الطريقتين التاليتين :
أ - استخدام صندوق التقسيم Riffle Box
وهو عبارة عن جهاز يحتوي على عدد من القنوات المائلة وهي متساوية العروض ولا يقل عددها عن 8 قنوات عند استخدام التربة الخشنة أو 12قناة عند استخدام التربة الناعمة لتقسيم التربة إلى قسمين متكافئين ، ومزود بإنائين لتجميع التربة المقسومة وإناء قمعي لتمرير التربة لقنوات التقسيم ، ويوضح الشكل رقم ( 7 ) صندوق التقسيم وتتمثل طريقة التجهيز بتمرير التربة من خلال الإناء المخروطي بعد فردها بشكل منتظم وببطء شديد (حتى لا تتطاير حبيبات التربة الناعمة ) للحصول على قسمين متكافئين . وتكرر العملية لأي قسم لحين الوصول إلى الكمية المطلوبة .
شكل رقم (7)
صندوق التقسيم
ب – طريقة التربيع Quartering
وهي طريقة سهلة وتتمثل في فرد التربة على سطح نظيف ومستوى ، ثم تمزج التربة جيداً وتشكل على شكل كوم مخروطي باستخدام الأدوات اليدوية وتساوى التربة بسماكة منتظمة ، وتقسم إلى أربعة أقسام متساوية تقريباً ، ويستبعد منها القطرين المتقابلين ثم تمزج التربة المتبقية ، وتكرر العملية للحصول على الكمية المطلوبة ، ويوضح الشكل رقم (
طريقة التربيع .– العينات الغير مقلقلة :
أما في العينات الغير مقلقلة فيتم تجهيز العينات لإجراء الاختبارات المعملية عليها حسب نوع الاختبارات والمواصفة القياسية المتبعة في ذلك .
شكل رقم (
طريقة التربيع
10 – 3 – كمية العينات :
تعتمد كمية العينات على أنواع الاختبارات وعددها ، ويستحسن أخذ عينات كافية حسب ماتتطلبه المواصفات القياسية لكل اختبار ، وذلك لإجراء بعض الاختبارات المعملية الضرورية على التربة حسب الحاجة .
10 - 4 – الاختبارات :
1 – تحديد نسبة الرطوبة Water Content,wc :
يتم تحديد نسبة الرطوبة في التربة اللزجة Cohesive Soils للعينات المستخرجة من الحفر الاختبارية من أجل معرفة كمية الماء التي تحتويها التربة الطبيعية ، ولعمل الاختبارات لتحديد حد السيولة (Liquid Limit , LL) وحد اللدونة (Plastic Limit ,PL) المستخدمة لتصنيف التربة ، وتستخدم أيضاً في تحسين خواص التربة . ويعتبر تحديد نسبة الرطوبة من المتطلبات الأساسية لتقارير التربة ، وتصل نسبة الرطوبة الطبيعية في التربة الرملية أو الـركامية من 15إلى 20٪ بينما قد تصل النسبة في التـربة الطينية والطميية مـن80 إلى 100 ٪ وفي التربة العضوية قد تصل هذه النسبة إلى 500 ٪ .
2 - حدود أتربرج Atterberg Limits :
قام العالم السويدي " أتربرج" بتحديد أربعة من حدود التماسك للتربة اللزجة وهي السيولة واللزوجة والشبه صلبة والصلبة ، واعتبر أن الحد الفاصل بين السيولة واللدونة هو حد السيولة Liquid Limit,LL والحـد الفاصل بين اللدونة وشبه الصلبة هو حد اللدونة Plastic Limit,PL والحد الفاصـل بين شبـه الصلبـة والصلبـة هـو حـد الانكمـاش Shrinkage Limit ,SL حسب الشكل الموضح أدناه .
وبعد استخراج هذه الحدود بالاختبارات الروتينية باستخدام الأجهزة المخصصة لذلك يتم ايجاد معامل ( دليل) اللدونة (Plasticity Index,PI = LL- PL) والذي يستخدم في معرفة تصرف التربة Soil Behavior وكذلك في معادلات الربط لقوة تحمل التربة ومعرفة ما إذا كانت التربة انتفاخية أو انهيارية .
ويتم أيضاً تحديد دليل السيولة (LL-PL) / (wc-PL) = Liquidity Index,LI والذي من خلاله يمكن الحكم على ظاهرة تميع التربة Liquefaction of Soil عندما يكون دليل السيولة لها أكبر من (1) (1 < LL ) .
3 – التدرج الحبيبي للتربة Grain Size Distribution ( Sieve Analysis ) :
يستخدم اختبار التدرج الحبيبـي ( الميكانيكي ) في تصنيف التربة عن طريق التحليل المنخلي لها Sieve Analysis باستخدام المناخل التي تتراوح فتحاتها من 100 مم (4ً) إلى 0.075مم منخل رقم ( 200) حسب المواصفات الأمريكية كما هو موضح في الجدول رقم (2) ومقياس الثقل النوعي Hydrometer للتربة التي تمر خلال منخل رقم (200) ورسم منحنى التدرج ، ومنه تحديد نسب المواد المكونة للتربة والتي من أهمها نسبة المواد الطينية .
جدول رقم (2)
المناخل المستخدمة في التدرج الحبيبـي
مقياس الفتحات (مم)
رقم المنخل
100
4"
75
3"
50
2"
37.5
1.5"
25
1"
19
0.75"
12.5
0.50"
9.5
0.375"
4.75
4
2
10
0.850
20
0.425
40
0.180
80
0.075
200
4 – الوحدة الوزنية للتربة Unit Weight,g :
يتم إيجاد الوحدة الوزنية للتربة اللزجة في المعمل بطريقة الإزاحة ، وذلك بقطع كتلة من التربة لمقياس معين ووزنها ثم وضعها في إناء لتحديد الحجم ومعرفة كمية الماء المطلوبة لملء الإناء حسب المعادلة التالية :
الوحدة الوزنية للتربة = وزن عينة التربة / (حجم الإناء – حجم الماء المتبقي في الإناء) .
وتستخدم الوحدة الوزنية في حساب ضغط حمل التربة Overburden Pressure المستخدم في حساب مقدار انضغاط التربة وتحديد الضغط الجانبي للحوائط الاستنادية ومعامل الاحتكاك للخوازيق .
5 – الكثافة النسبية Relative Index,Dr :
وتسمى أيضاً بدليل الكثافة Relative Index,Dr وتستخدم الكثافـة النسبية عـادة للتربـة المفككة عن طريق تحديد نسبة الفراغات الطبيعية والصغرى والكبرى Void Ratios,e للتربة ولصعوبة تحديد نسبة الفراغات في التربة فإنه يتم حساب الكثافة النسبية كما يلي :
الكثافة النسبية Dr =
الكثافة القصوى ( كثافة التربة في الحقل – الكثافة الصغرى ) ÷
كثافة التربة في المعمل ( الكثافة القصوى – الكثافة الصغرى)
Dr = gd max (gd – gdmin) / gd (gd max – gd min)
حيث إن
Dr : الكثافة النسبية للتربة .
gd max : الكثافة القصوى .
gd : كثافة التربة في الحقل
gd min : الكثافة الصغرى .
وتستخدم الكثافة النسبية في حساب نسبة الدك ولتقدير قوة تحمل التربة ، كما تستخدم في حساب قوة تميع التربة تحت أحمال الزلازل ، ويبين الجدول رقم (3) بعض القيم للكثافة النسبية :
جدول رقم (3)
الكثافة النسبية للتربة
الكثافة النسبية
التربة
0 – 0.20
مخلخلة جداً Very Loose
0.20 – 0.40
مخلخلة Loose
0.40 – 0.70
متوسطة الدك Medium Compact
0.70 – 0.90
مدكوكة Compact
0.90 – 1
مدكوكة جداً Very Compact
6 – الوزن النوعي Specific Gravity , SG :
يستخدم الوزن النوعي في حساب نسبة الفراغات في التربة عند معرفة نسبة الرطوبة ووحدة الوزن ، وهذا الاختبار من الاختبارات الصعبة والتي يمكن الاستعاضة عنه باستخدام القيم الموضحة في الجدول رقم (4) نظراً لتقاربها :
جدول رقم (4)
الوزن النوعي لأنواع التربة
الوزن النوعي
نوع التربة
2.65 – 2.68
ركامية
2.65 – 2.68
رملية
2.62 – 2.68
طميية
2.58 – 2.65
طينية عضوية
2.68 – 2.75
طينية غير عضوية
أقل من 2
التربة العضوية
وفي العادة تكون قيمة الوزن النوعي 2.67 للتربة المفككة و 2.70 للتربة الطينية الغير عضوية.
7 – اختبار الدك Compaction ( Proctor) Test :
يتم في اختبار الدك تحديد العلاقة بين الوحدة الوزنية الجافة للتربة gd ونسبة الرطوبة wc ومن ثم تحديد الوحدة الوزنية الجافة العظمى Maximum Dry Unit Weight , gd Max ونسبة الرطوبة القصوى Optimum Moisture Content,OMC للتربة باستخدام طريقتين حسب اختبار "بروكتر" وذلك من أجل تحديد الطاقة التي تتعرض لها التربة في الدك في المعمل لتمثيلها على الطبيعة باستخدام أدوات ومعدات الدك المختلفـة ، والطريقتين المستخدمتين للدك هما :
1 – اختبار بروكتر القياسي Standard Proctor Test
2 – اختبار بروكتر المعدل Modified Proctor Test
ويمثل الجدول رقم (5) الفرق بين الأجهزة المستخدمة في الطريقتين :
المعدل Modified
القياسي Standard
القالب Mould
قالب 6 "
قالب 4 "
قالب 6 "
قالب 4 "
152.4
101.60
152.4
101.60
القطر ( مم )
116.43
116.43
116.43
116.43
الطول ( مم )
2124
944
2124
944
الحجم ( سم3)
44.5
24.5
44.5
24.5
وزن المطرقة ( نيوتن)
56
25
56
25
عدد الضربات
5
5
3
3
عدد الطبقات
457
457
305
305
ارتفاع المطرقة ( مم )
ويتم حساب الطاقة المبذولة في عملية الدك كما يلي :
الطاقة المبذولة في الدك ( كيلوجول / م3 ) =
( عدد الطبقات × عدد الضربات × الارتفاع × وزن المطرقة ) ÷ حجم القالب
فمثلاً الطاقة المبذولة في الطريقة القياسية باستخدام قالب قطره 101.60مم = 593.7كيلوجول/م3 ، وعند تمثيل الطريقتين على رسم بياني نجد أن في الطريقة المعدلة تكون الوحدة الوزنية الجافة العظمى أكبر ونسبة الرطوبة القصوى أقل .
ويمثل المستقيم الأيمن لمنحنيات الدك مستقيم نسبة الرطوبة العظمى عندما تكون التربة خالية من الهواء Zero Air Voids عندها تكون التربة مشبعة تماماً بالماء ، ويتم رسم هذا المستقيم من المعادلة التالية :
الوحدة الوزنية gZAV =
( الوحدة الوزنية للماء) × ( الوزن النوعي) ÷ 1 + ( نسبة الرطوبة × الوزن النوعي )
الوحدة الوزنية للماء g water = 9.807 كيلونيوتن / م3 .
8 – تحديد نسبة تحميل كاليفورنيا California Bearing Ratio, CBR :
وهو قياس الحمل اللازم لغرز إبرة ذات قطر معين وبسرعة في عينة التربة بمعرفة المحتوى المائي والكثافة ، ويعطي الاختبار معلومات عن مدى انتفاخ التربة ومقدار القوة المفقودة للتربة عندما تكون التربة مشبعة بالماء كما تعطي نسبة التحمل لكاليفورنيا تصوراً عن تصرف التربة تحت الأسفلت ( مواد الأساس ) ويمكن عمل الاختبار في الحقل أو في المعمل ، ويوضح الجدول رقم (6) بعض القيم لنسبة التحمل :
جدول رقم (6)
قيم نسبة تحمل كاليفورنيا
نظام آشتو
AASHTO
النظام الموحد
USC
مجال الاستخدام
تصنيف المواد
نسبة التحمل
CBR
A5,A6,A7
OH,CH,MH,OL
الطبقة الأرضية
ضعيفة جداً
0 – 3
A4,A5,A6,A7
OH,CH,MH,OL
الطبقة الأرضية
ضعيفة
3 – 7
A2,A4,A6,A7
OH,CH,MH,OL
تحت الأساس
مقبولة
7 –20
Alb,A5 –2,A3,A6-2
GM,GC,SW,SM,SP,GP
أساس وتحت الأساس
جيدة
20 – 50
Ala,A4-2,A3
GW,GM
أساس
ممتازة
أكبر من 50
ويتم استخدام القيم القياسية الموضحة في الجدول رقم (7) لتحديد مقدار الاختراق القياسي.
جدول رقم (7)
مقدار الاختراق ( مم )
وحدة الوزن القياسية ( ميجا بسكال )
2.5
6.9
5.0
10.3
7.5
13.0
10.0
16.0
12.7
18.0
9 – اختبار قوة قص التربة Soil Shear Strength Tests :
أ - اختبار قوة القص المباشر Direct Shear
يستخدم هذا الاختبار غالباً للتربة الرملية ، ويحتوي الجهاز على صندوق القص المقسوم إلى قسمين علوي وسفلي لوضع عينة التربة فيه وأداة قياس الأحمال الأفقية وأداة أخرى لقياس مقدار الإزاحة ، ويوضح الشكل رقم (9) الجهاز المستخدم في ذلك ، ويتم الاختبار بزيادة الأحمال وتسجيل مقدار الإزاحة . ومن خلال هذه المعلومات يتم حساب مقدار قوة القص Shear Strength (t) وزاوية الاحتكاك Angle of Internal Friction(ئ) والتماسك Cohesion C ويوضح الشكل رقم (10) طريقة حساب زاوية الاحتكاك ومقدار التماسك المستخرجة من نتائج الاختبار.
شكل رقم (9)
جهاز اختبار قوة القص المباشر
شكل رقم (10)
رسم يوضح طريقة حساب زاوية الاحتكاك ومقدار التماسك
ب – اختبار الضغط غيرالمقيد Unconfined Compression
يعتبر هذا الاختبار من أسهل وأرخص الاختبارات لتحديد قوة قص التربة ، ويتم وضع عينة التربة الاسطوانية بطول يعادل (2.5) من قطر العينة بجهاز الضغط ، ثم يتم تحميلها بقوة ضغط رأسية لتعطي إجهاداً من 0.5 إلى 2 ٪ في الدقيقة ، ويتم تسجيل الضغط والإجهاد حتى الضغط الذي تنكسر فيه العينة وهو قوة ضغط التربة (q) ومنه يتم تحديد مقدار التماسك (C=q/2) ويستخدم هذا الاختبار للتربة المتماسكة ويوضح الشكل رقم (11) جهاز الاختبار .
شكل رقم (11)
جهاز اختبار الضغط غير المقيد
ج – اختبار الضغط ثلاثي المحاور Triaxial Compression
يتم عمل هذا الاختبار بطريقة مشابهة لاختبار الضغط غير المقيد ماعدا أن الضغط مقيد عن طريق إدخال العينة في خلية مغلقة ، وإدخال الهواء أو الماء المضغوط للعينة المحاطة بغشاء مطاطي ، ثم يتم تحميل العينة رأسياً حتى تنكسر ، ويسجل مقدار الضغط الرأسي والضغط الجانبي الثابت ، ويوضح الشكل رقم (12) الجهاز المستخدم في ذلك ، ويتم تكرار الاختبار بوضع عينة أخـرى وزيادة الضغط الجانبي. ومن نتائج الاختبار يتم رسم دائرة " مور" ومنها يتم تحديد زاوية الاحتكاك ومقدار تماسك التربة ، وهناك ثلاثة أنواع لهذا الاختبار هي :
– مدمج ومسموح بتصريف المياه CD test .
- مدمج وغير مسموح بتصريف المياه CU test .
– غير مدمج وغير مسموح بتصريف المياه UU test .
شكل رقم (12)
جهاز اختبار الضغط ثلاثي المحاور
10 - اختبار الاندماج Consolidation :
يتم في اختبار الاندماج تحديد مقدار الهبوط والوقت الذي يستغرقه لذلك بوضع عينة التربة في حلقة معدنية ووضع اسطوانة مسامية على أعلى وأسفل الحلقة لتسمح بمرور الماء من خلالها ، ثم توضع في جهاز الاختبار الموضح بالشكل رقم (13) ، ويتم تحميل العينة وتسجيل مقـدار الضغط والوقت حتى توقف الهبوط ، وعادة يتم ذلك في خلال (24) ساعة من بداية الاختبار ، ويتم رسم ذلك بيانياً ، وتكرر العملية بمضاعفة الضغط وهكذا حتى يصل الضغط إلى ضغط أعلى من الضغط الذي سينتج عن تحميل التربة من المباني ، ومن الرسم البياني يتم تحديد معامل الاندماج Coefficient of Consolidation الذي يستخدم في تحديد مقدار الهبوط والوقت اللازم للحصول عليه باستخدام معادلات تحديد الهبوط .
شكل رقم (13)
جهاز اختبار الاندماج
11- تحديد معامل نفاذية التربة Permeability :
ويستخدم في ذلك جهاز النفاذية Permeability عن طريق اختبارين هما :
– اختبار المستوى الثابت ، شكل رقم (14 أ ) Constant –Head Test.
– اختبار المستوى المتغير ، شكل رقم (14ب ) Falling –Head Test.
ومن هذين الاختبارين يتم تحديد معامل النفاذية k ، ويمكن استخدام جهاز الاندماج أو جهاز الضغط ثلاثي المحاور لتحديد هذا المعامل أيضاً ، ولابد من توخي الحرص الشديد عند إجراء هذا الاختبار حيث إن هناك عوامل كثيرة تؤثر على تحديد قيمة المعامل من بينها تقلب درجة الحرارة ودرجة تشبع التربة بالماء والتي ينبغي أن تكون 100 ٪ ، ويمكن التأكد من صحة معاملات النفاذية المستخرجة بمقارنتها بالقيم المتعارف عليها لأنواع التربة المختلفة .
شكل رقم (14أ)
جهاز إختبار النفاذية ـ المستوى الثابت
شكل رقم (14ب )
جهاز إختبار النفاذية – المستوي المتغير
12- اختبار انهيارية أو انتفاخية التربة Swelling & Collapse Test :
أ - التربة الانتفاخية :
من الاختبارات السهلة التي يمكن من خلالها تحديد الانتفاخ الحر Free-Swell Test للتربة عن طريق وضع (10)سم3 من التربة الجافة المارة من خلال منخـل رقـم (40) ببطء شديد إلى إناء مدرج لـ (100)سم3 وملئه بالماء وملاحظة حجم التربة حتى يثبت ، ويتم تحديد مقدار الانتفاخ بالمعادلة التالية :
الانتفاخ الحر ( ٪ ) = ( الحجم المتغير – الحجم الأصلي ) ÷ الحجم الأصلي
وتعتبر التربة التي قيمة الانتفاخ الحر لها (100٪ أو أكثر ) من التربة الانتفاخية التي قد تحدث أضراراً للمباني ، وهناك عدة اختبارات معملية يستخدم فيها جهاز الأوديوميتر لمعرفة مقدار ضغط الانتفاخSwelling Pressure و تجري على عينات غيرمقلقلة من التربـة ، وهذه الاختبارات مشابهة لاختبارات الاندماج ، وتتمثل في وضع عينات من التربة يبلغ ارتفاعها من (20) إلى (25) مم وقطرها من (50) إلى (100) مم في الأوديوميتر ، ويتم تحميل العينة وغمرها بالماء وملاحظة نسبة الانتفاخ . وفي بعض الاختبارات يتم التحكم في حجم العينة بحيث يكون ثابتاً ويحدد الضغط الرأسي ( ضغط الانتفاخ ) الذى عنده يكون التغير في الحجم مساوياً لصفر .كما يقاس حجم الانتفاخ عن طريق اختبار تحديد نسبة كاليفورنيا.
ب - التربة الانهيارية :
هناك نوعان من الاختبارات المعملية التي يمكن من خلال نتائجهما التعرف على ما إذا كانت التربة انهيارية أم لا وهما :
– اختبار الانهيار أحادي الأوديوميتر Single – Oedometer Collopse Test :
ويتمثل الاختبار في وضع عينة مقلقلة من التربة في الأوديوميتر ووضع أوزان مساوية لضغط حمل التربة إضافة إلى الضغط الحاصل من المباني المقامة على التربة، ثم تترك مدة من الزمن إلى مرحلة الاتزان ، ثم بعد ذلك تغمر العينة بالماء وتترك إلى أن يكون مقدار هبوط العينة ث