نمونه گیری از خاک چیست؟
نمونهگیری از خاک چیست؟
هدف از مطالعات ژئوتکنیک و اکتشافات صحرایی تعیین مشخصات خاک به جهت شناسایی رفتار خاک می باشد که بر اساس نتایج حاصل از حفاریها و آزمایشهای صحرایی و آزمایشگاهی تعیین می شود. از این رو باید نمونه هایی از خاک تهیه و جهت انجام آزمایش به آزمایشگاه ارسال شود. این نکته قابل ذکر است که در نمونهگیری از خاک، نمونه مورد نظر میبایستی معرف شرایط واقعی خاک در محل باشد. از این رو مشخصات نمونهگیر، نحوه نمونهگیری، شرایط حمل و نگهداری نمونه از اهمیت بالایی برخوردار می باشد.
انواع نمونه ها
انواع نمونه ها با توجه به قابلیت انطباق با شرایط صحرایی به دو دسته زیر تقسیم می شود:
• نمونه دست خورده
• نمونه دست نخورده
• نمونه دست خورده
• نمونه دست نخورده
نمونه دست خورده
در نمونه دست خورده ساختار صحرایی خاک، درصد تخلخل و رطوبت تغییر میکند ولی اندازه ذرات تغییری نمی کنند. از جمله آزمایشاتی که بر روی نمونه دست خورده انجام می گیرد، میتوان به حدود اتربرگ، حد انقباض و دانهبندی اشاره کرد. در خاکهای دانه ای به دست آوردن نمونه دست نخورده بسیار مشکل می باشد. از این رو نمونه را به اندازه دانسیته صحرایی آن متراکم میکنند.
این نوع نمونه به نام نمونه بازسازی شده شناخته می گردد. همچنین میبایست به این نکته توجه کرد که در خاک های دانه ای سیمانته شده نمیتوان نمونه باز سازی شده ساخت، زیرا موجب از بین رفتن سیمانتاسیون آن خواهد شد. شرایط نگهداری نمونه دست خورده بسته به شرایط مورد نیاز پروژه صورت می گیرد. در صورت لزوم حفظ رطوبت نمونه، آن را در داخل فویل بسته بندی و محافظت می کنند.
این نوع نمونه به نام نمونه بازسازی شده شناخته می گردد. همچنین میبایست به این نکته توجه کرد که در خاک های دانه ای سیمانته شده نمیتوان نمونه باز سازی شده ساخت، زیرا موجب از بین رفتن سیمانتاسیون آن خواهد شد. شرایط نگهداری نمونه دست خورده بسته به شرایط مورد نیاز پروژه صورت می گیرد. در صورت لزوم حفظ رطوبت نمونه، آن را در داخل فویل بسته بندی و محافظت می کنند.
عوامل دست خوردگی
دست خوردگیهای ناشی از نوع و مشخصات نمونه گیر
به طور کلی نمونه گیر های تیوبی دارای بدنه ای به شکل لوله می باشند که با ورود به زمین نمونه خاک را به صورت یک مغزه در درون خود جای میدهند. چهار ویژگی زیر از عوامل موثر در دست خوردگی نمونه می باشد:
1. نسبت مساحت نمونه گیر
2. زاویه تیزی نوک نمونه گیر
3. صافی جدار نمونه گیر
4. نسبت طول به قطر نمونه گیر
نسبت مساحت از مهمترین شاخص های مطرح می باشد. هر چقدر که این نسبت کمتر باشد نمونه دست نخورده تر، ولی نمونه گیر، تردتر و شکنندهتر است. بعضی مراجع معیار ۱۰ درصد تا ۳۰ درصد را برای این نسبت پیشنهاد می کنند.
1. نسبت مساحت نمونه گیر
2. زاویه تیزی نوک نمونه گیر
3. صافی جدار نمونه گیر
4. نسبت طول به قطر نمونه گیر
نسبت مساحت از مهمترین شاخص های مطرح می باشد. هر چقدر که این نسبت کمتر باشد نمونه دست نخورده تر، ولی نمونه گیر، تردتر و شکنندهتر است. بعضی مراجع معیار ۱۰ درصد تا ۳۰ درصد را برای این نسبت پیشنهاد می کنند.
نمونه دست نخورده
در نمونه دست نخورده پارامتر های خاک جهت انجام کلیه آزمایشها دقیقا مشابه خاک در محل می باشد. از جمله نمونه گیرهایی که نمونه دست نخورده به دست می آورد، نمونه گیر جدار نازک و یا شلبی می باشد که نسبت قطر بیرونی به قطر درونی آن کم است و توسط فشار به داخل خاک هدایت می گردد.
انواع نمونه گیر خاک
1.نمونه گیر قاشقی
دو نیمه رایج وسیله نمونه گیری از خاک می باشد. نمونه گیری قاشقی دو تکه یک نمونه گیر جدار ضخیم می باشد که نمونه های دست خورده به ما می دهد. نمونه گیر قاشقی از یک کفشک غلاف دو تکه، یک غلاف صلب رزوه دار تشکیل شده است. کلاهک نمونه گیر به این صورت است که هنگامی که کفشک فولادی نوک تیز و غلاف فولادی صلب باز میشوند، دو نیمه نمونه گیر قاشقی را میتوان از همدیگر جدا کرد و نمونه را به راحتی بیرون آورد.
2.نمونه گیر جدار نازک شلبی
معمولاً برای به دست آوردن نمونه های با کیفیت یا نسبتاً دست نخورده استفاده میگردند. گرچه بدون توجه به روش نمونه گیری مورد استفاده، مقداری دست خوردگی در نمونه اجتناب ناپذیر است و بنابراین واژه دست نخورده تنها یک اصطلاح نسبی می باشد. لوله های جدار نازک شلبی در قطرهای ۲ تا ۳ اینچ و طول معمول آن۳۰ اینچ موجود بوده و از فولاد گالوانیزه فولادی ضد زنگ یا فولاد با پوشش اپوکسی ساخته می گردند.
برای نمونه گیری لوله شلبی به انتهای میله حفاری متصل شده و به داخل گمانه فرستاده میشود. نمونه گیر پس از قرار گرفتن در کف گمانه با فشار به اندازه ۵ اینچ کمتر از طول لوله شلبی به داخل خاک فرستاده می شود. برای به حداقل رساندن دست خوردگی نمونه، نمونه گیر با یک سرعت ثابت بالا به داخل خاک فشار داده میشود. برای این عمل نباید از چکس استفاده کنیم زیرا که چکش باعث افزایش دست خوردگی نمونه میشود. پس از اینکه نمونه گیر به داخل خاک نفوذ کرد با چرخش میله های حفار انتهای نمونه برش داده می شود و نمونه گیر بیرون آورده میشود. خاک اضافی در انتهای لوله نمونه به دقت تمیز شده و دیسک های فلزی جهت محافظت از رویه نمونه خاک بر روی آنها قرار می گیرند.
برای نمونه گیری لوله شلبی به انتهای میله حفاری متصل شده و به داخل گمانه فرستاده میشود. نمونه گیر پس از قرار گرفتن در کف گمانه با فشار به اندازه ۵ اینچ کمتر از طول لوله شلبی به داخل خاک فرستاده می شود. برای به حداقل رساندن دست خوردگی نمونه، نمونه گیر با یک سرعت ثابت بالا به داخل خاک فشار داده میشود. برای این عمل نباید از چکس استفاده کنیم زیرا که چکش باعث افزایش دست خوردگی نمونه میشود. پس از اینکه نمونه گیر به داخل خاک نفوذ کرد با چرخش میله های حفار انتهای نمونه برش داده می شود و نمونه گیر بیرون آورده میشود. خاک اضافی در انتهای لوله نمونه به دقت تمیز شده و دیسک های فلزی جهت محافظت از رویه نمونه خاک بر روی آنها قرار می گیرند.
3.نمونه گیر پیستونی
هنگامی که خاک درجا با فشار وارد لوله نمونه گیر میشود باعث می شود که مقداری دست خوردگی ایجاد شود. هنگامی که نمونه گیر خالی به سمت پایین حرکت مینماید، چسبندگی و اصطکاک در بیرون لوله ممکن است باعث شود که خاک داخل لوله سریعتر از سرعت نزولی لوله در داخل آن بالا بیاید. از طرفی پس از اینکه لوله به صورت جزیی پر شده باشد چسبندگی و اصطکاک بین لوله و نمونه با حرکت رو به بالای نمونه مخالفت مینماید.
در شرایط اضطراری بخش ابتدایی نمونه ممکن است به صورت یک درپوش عمل کرده و با جابجایی درزها یا لایههای رسی نرم از ورود آنها با داخل نمونه گیر جلوگیری کند. این شرایط را میتوان به میزان زیادی با استفاده از یک پیستون با بستن انتهای تحتانی لوله تا زمانی که نمونه گیر به طور محکم در روی خاک دست نخورده در کف گمانه قرار گرفته بهبود بخشید. سپس در حالی که لوله حول پیستون به داخل خاک نفوذ می کند، پیستون در این تراز در تماس با خاک نگه داشته میشود.
در شرایط اضطراری بخش ابتدایی نمونه ممکن است به صورت یک درپوش عمل کرده و با جابجایی درزها یا لایههای رسی نرم از ورود آنها با داخل نمونه گیر جلوگیری کند. این شرایط را میتوان به میزان زیادی با استفاده از یک پیستون با بستن انتهای تحتانی لوله تا زمانی که نمونه گیر به طور محکم در روی خاک دست نخورده در کف گمانه قرار گرفته بهبود بخشید. سپس در حالی که لوله حول پیستون به داخل خاک نفوذ می کند، پیستون در این تراز در تماس با خاک نگه داشته میشود.
4.نمونه گیر پیچر
به طور کلی نمی توان از لوله های جدار نازک در خاک های بسیار سفت یا متراکم بدون آسیب وارد شدن به لبه لوله یا کمانش آن استفاده کرد. حتی اگر لوله قادر به نفوذ در چنین خاکهایی باشد، میزان دست خوردگی بیش از حد می شود. تحت این شرایط استفاده از نمونه گیر پیچر که در آن از تکنیک های مغزه گیر سنگها جهت نمونه گیری لولهای استفاده شده می توانیم نمونه های بهتری به دست آوریم.
در حالی که نمونه گیری پیچر به داخل گمانه فرستاده میشود، لوله جدار نازک از محفظه برنده معلق شده و سیال حفاری از داخل لوله به سمت پایین حرکت کرده و قطعات خرد شده از کف گمانه را با خود حمل می کند. هنگامی که لوله به کف گمانه میرسد به سمت بالا و به داخل محفظه برنده رانده میشود در حالی که سیال حفاری به سمت خارج لوله به فضای حلقوی بین لوله و محفظه برنده دوار منحرف می گردد.
در حالی که نمونه گیری پیچر به داخل گمانه فرستاده میشود، لوله جدار نازک از محفظه برنده معلق شده و سیال حفاری از داخل لوله به سمت پایین حرکت کرده و قطعات خرد شده از کف گمانه را با خود حمل می کند. هنگامی که لوله به کف گمانه میرسد به سمت بالا و به داخل محفظه برنده رانده میشود در حالی که سیال حفاری به سمت خارج لوله به فضای حلقوی بین لوله و محفظه برنده دوار منحرف می گردد.
تاریخ انتشار: ۱۳۹۹/۰۱/۰۲