تاریخچه هیدرولوژی و کلیات هیدرولوژی ایران

تاریخچه
آب ماده ای است که حیات بدون آن میسر نیست. بشر در دوره نو سنگی سعی در مهار آب داشته است و بر روی الواحی که از  4  هزار سال قبل از میلاد از سومری ها باقی مانده است سنگ نوشته هائی با این مضمون موجود است. در دین یهود اشاره شده است که حضرت موسی در  1400  سال قبل از میلاد مسیح با عصای سحرآمیز خود چشمه ای در دل کویر پدید آورد.

این موضوع بر اهمیت آب در زمانهای گذشته صحه می گذارد، به نحوی که تمدنهای بزرگ در کنار  رودهای بزرگ ظاهر شده اند.استخراج آبهای زیرزمینی سابقه ای طولانی در کشورهای مختلف چون چین (حفر چاهی تا عمق  1500  متر بوسیله دسته های نی) ، مصر (چاه یوسف با عمق تقریبی  100  متر  3000  سال قدمت دارد) و ایران باستان دارد.  منوچهر پادشاه ایرانی حدود  3400  سال پیش دستور داد تا حفر کاریز (قنات ) را به برزگران بیاموزند.  پیوند دادن لوله های چاه و انتقال ثقلی آب زیرزمینی کاری طاقت فرسا بوده که ایرانیان سرآمد آن بوده اند. کهن ترین قناتی که آثاری از آن باقی مانده است در شمال ایران پیدا شده است. این قنات همزمان با ورود آریائی ها حفر گردیده است. عمر قنات گناباد که مادرچاه آن  300  متر عمق دارد را  2500  سال برآورد کرده اند.امپراطوری ایران تا دوره طولانی از لحاظ قدرت در دنیا بیمانند بود و این  نه فقط به لحاظ نظامی بلکه فنآوری سرآمد سپاه ایران  بود.  در تاریخ آمده است که کورش بزرگ پس از گرفتن سرزمین سوریه در آسیای صغیر به بابل که همچون دژی مستحکم بود حمله کرد.  دیده بانان بابلی وقتی ایرانیان  را در حال حفر کانال دیدند به آنان ریشخند زدند تا اینکه سپاه ایران با انحراف آب رودخانه و پائین افتادن سطح آب فرات از رود گذشتند و وارد بابل شدند.  پس از کورش پسرش کمبوجیه به فکر حفر کانال سوئژ افتاد ولی به دلیل اوضاع نابسامان سیاسی در نقاط دیگر کشور مجبور به ترک مصر شد تا اینکه پادشاه دیگر ایران داریوش، کانالی حفر کرد و رود نیل را به دریای سرخ پیوند داد تا کشتی های جنگی ایران از دریای مدیترانه وارد رود نیل شوند. خشایار شاه پسر داریوش در  480  سال قبل از میلاد با سپاه بزرگی از کشتی های جنگی به یونان حمله کرد و با حفر کانال بزرگ خشایار شاه که عرضی نزدیک به  45  متر داشت لشکریان خود را به جای عبور از دریای اژه از آن عبور داد.
مک لوئی  (1984) اظهار می کند که ایرانیان نخستین مردمی بودند که با ساختن "چرخ آبی" آب رودخانه ها را به زمین های زراعی پائین تر و بالاتر منتقل کنند. اهمیت آب در ایران باستان آنچنان زیاد بود که برخی رودخانه ها با نام رودخانه های شاهنشاهی شناخته می شد و برای شروع آبگیری از آنها الزاماٌ می بایست فرستاده فرمانروا حضور داشته باشد و  مردم می بایست آب بهای استفاده از رودخانه را به خزانه واریز می کردند.در کتب و آثار به جامانده از دانشمندان قدیمی ایران بطور مفصل به بحث شناخت و اهمیت آب پرداخته شده است.  ابوبکر محمدبن الحسن الکرجی دانشمند ایرانی بود که بیش از  1000  کتابی بنام "استخراج آبهای پنهانی" نگاشت و جالب اینجاست که ایشان در آن زمان سیکل هیدرولوژیکی را تشریح می نمایند. خواجه نظام الملک در کتاب سیاست نامه خود موضوع توزیع عادلانه آب را امری حیاتی بر می شمرد و عدول از آن را باعث تباهی مملکت می داند.  ایرانیان تجارب خود در صنعت آب را به مردم دیگر منتقل می کردند، آنچنانکه نقل است سلمان فارسی با  اندیشه حفر خندق مانع از نفوذ لشکر قریش شد.

کلیات هیدرولوژی ایران

در یک ویژه نامه ترویجی آب و امنیت غذائی (وزارت جهاد کشاورزی، 1381) به نقل ازگزارش صندوق جمعیت ملل متحد آمده است که طی  70  سال گذشته جمعیت جهان  3  برابر و مصرف آب در جهان  6  برابر شده است. سالیانه به جمعیت جهان  75  میلیون نفر افزوده می شود و پیش بینی می شود که جمعیت کشورهای توسعه نیافته و کم توسعه یافته طی  50  سال آتی نیز از رشدی  300  درصدی فراتر رود. پیش بینی های خوش بینانه تا سال  2050  میلادی جمعیت جهان را7.9  میلیارد نفر برآورد نموده اند، این در حالی است که  برخی پیشگوئی ها خبر از جمعیت  10.9  میلیار نفری در جهان دارند. نظریه ای بینابین این رقم را  9.3میلیارد نفر برآوردمی کند. همان منبع اضافه می نماید که در سال  1381  جمعیت ایران نیز از مرز  70  میلیون فراتر رفت. با در نظر گرفتن اینکه متوسط بارش سالیانه در ایران چیزی حدود یک سوم میزان جهانی آن است (مهدوی  1378)؛ می توان گفت مبحث آب توجه ویژه ای را می طلبد. (قابل ذکر است که همین مقدار ناچیز بارندگی نیز از توزیع مکانی یکسانی برخوردار نمیباشد بطوریکه در  28  درصد از سطح کشور مقدار بارش متوسط سالانه کمتر از  100  میلی متر بوده واین مقدار در96  درصد از سطح کشور از  200  میلی مترنیز کمترمی باشد). اقلیم فراخشک در  15  استان کشور ، در  7  استان و در  10  استان اقلیم غالب است، بنابراین مسئله بالا بودن تبخیر و تعرق نیز محدودیتی مضاعف محسوب می شود. با آنکه کشور ایران حدود  1.1  درصد از خشکی های جهان را به خود اختصاص داده است صرفا  0.34  درصد  از آبهای جهان را در اختیار دارد. مسئله ریزشی فصلی این بارش و پارکندگی نامنظم آن هم خود مبحث جداگانه ای است. آمارمطالعات وزارت نیرو میانگین حجم بارندگی در ایران را سالانه  400  میلیارد متر مکعب برآورد نموده است که از این میزان  310  میلیارد متر مکعب درسطح  870  هزار کیلومتر مربع از حوزه های آبخیز کوهستانی و90  میلیار متر مکعب در سطح  778کیلومتر مربع مناطق دشتی می باشد. در مناطق کوهستانی در اثر تبخیر و تعرق  بطور متوسط هرساله  200  میلیارد متر مکعب ودر مناطق دشتی  84  میلیارد متر مکعب آب از دسترس خارج می شودکه جمعا  71  درصد از حجم بارش را شامل می شود. از حجم باقیمانده نیز  59  میلیارد متر مکعب مناطق کوهستانی و  2  میلیارد متر مکعب در مناطق دشتی نفوذ می نماید. حجم آب باقیمانده نیز  51  میلیارد متر مکعب در مناطق کوهستانی و  4  در مناطق دشتی به شکل رواناب ظاهر می شود.حجم آبهای زیر زمینی کشور در حدود  35  میلیار متر مکعب برآورد گردیده است که حدود  30  میلیارد مترمکعب آن مربوط به مخازن آبرفتی و حدود  5  میلیارد متر مکعب برآود شده است. با فرض قابلیت بهربرداری از  60  درصد این مخازن امکان تا حدود  80  میلیارد متر مکعب وجود خواهد داشت. بخش کشاورزی با اختصاص  88.88  درصد، آب شرب با اختصاص  6.67  درصد  و بخشصنعت با  4.45  درصد مهمترین مصارف  آب در ایران می باشند

حوزه های آب خیز کشور ایران :

حوزه آبخیز  دریای خزر

این حوزه آبخیز که مساحت آن به  173،300  کیلومتر مربع می‌رسد، دارای شیب زیاد بوده و بیشترین اختلاف ارتفاع حوزه آبخیز‌های کشور را که بالغ بر  5500  متر است، به خود اختصاص داده است. در این محدوده سیزده رودخانه با مساحت حوزه آبخیز بیش از هزار کلیومتر مربع وجود دارد که رودخانه‌های ارس، سفیدرود، هراز و اترک از نظر وسعت حوزه آبخیز و ویژگیهای اقلیمی و تداوم آبدهی متفاوت از حوزه دیگر می باشند. رودهای فوق  دارای حوزه آبخیز‌های کوهستانی وسیعی  هستند و پوشش گیاهی غالب آنها جنگلی است.

حوزه  خلیج فارس و دریای عمان

این حوزه آبخیز با مساحت  437،150  کیلومتر مربع یکی از پهناورترین حوزه آبخیز‌های ایران محسوب می‌گردد و رودخانه‌های غرب، جنوب غربی و جنوب زیرحوزه های  سرچشمه گرفته از کوههای زاگرس و بشاگرد و بلوچستان را در بر می‌گیرد.  جمعاً  29  رودخانه با مساحت  بیش از  1000  کیلومتر مربع در این زیرحوزه  وجود دارد که یا به درون کشور عراق جریان می‌یابند و پس از پیوستن به رودخانة دجله به خلیج فارس می‌ریزند و یا بطور مستقیم به خلیج مزبور و یا دریایعمان وارد می‌گردند. برخی ازبزگترین رودخانه‌های این حوزه آبخیز به ترتیب از شمال تا جنوب خاوری عبارتند از: سیروان، کرخه، کارون، جراحی، زهره، هله، موند، کل، میناب و سرباز.
در باب اهمیت این زیرحوزه فقط به این نکته بسنده می شود که رودهای دشت خوزستان به تنهائی  30  درصد منابع آب کشور را دارا می باشند.

حوزه آبخیز دریاچه ارومیه

مساحت این حوزه دریاجه ارومیه   50،850  کیلومتر مربع است در این حوزه دریاجه ارومیه  هشت رودخانه با مساحت آبریز بیش از هزار کیلومتر مربع وجود دارد و زرینه‌رود بزرگترین و مهمترین آنها بشمار می‌آید.

حوزه آبخیز دریاچه نمک قم

مساحت حوزه دریاچة نمک قم  89،650  کیلومتر مربع است و بخش بسیار ناچیز و کوچکی از آن نیز به دریاچة حوض‌سلطان و کویر میغان و دشت جنوبی قزوین وارد می‌گردد. رودخانه‌های جاجرود، کرج، شور، قره‌چای و قمرود به این حوزه زهکشی می شوند در این محدوده شش رودخانه با مساحت بیش از هزار کیلومتر مربع وجود دارد که رودخانة شور و قره‌چای و قمرود بزرگترین آنها محسوب می‌شوند.

حوزه آبخیز اصفهان و سیرجان

 این حوزه  که از زیر حوزه ‌های کوچک باتلاق گاوخونی، کویر ابرکوه، شوره‌زار مروس و کویر سیرجان تشکیل یافته است، دارای  90،700  کیلومتر مربع مساحت است و زاینده‌رود بزرگترین رودخانة آن بشمار می‌آید. انتقال آب کارون از طریق تونل کوهرنگ به زاینده رود از وقایعی است که بر بیلان هیدرولوژیک این محدوده تاثیر دارد.

- حوضة نیریز یا بختگان
این حوزه  با مساحت  31،000  کیلومتر مربع از حوز‌های فرعی دریاچة کافتر، دریاچة بختگان و دریاچة مهارلو تشکیل شده و رودخانة کر مهمترین رود این منطقه محسوب می‌شود.

- حوزه آبخیز جازموریان
حوزه  جازموریان با مساحتی برابر  69،600  کیلومتر مربع در جنوب شرقی  ایران و بین رشته‌کوههای بشاگرد (در جنوب) و جبال بارز (در شمال) جای دارد و آبهای سطحی آن کلاً به هامون جزموریان می‌ریزد. در این حوضه پنج رودخانه با مساحت آبریز بیش از هزار کیلومتر مربع وجود دارد که هلیل‌رود بزرگترین آنهاست.

- حوزه دشت کویر

این حوزه که یکی  از  کم بارش ترین حوزه های کشور محسوب می شود از حوضه‌های کوچکتری چون کویر حاج علی‌قلی، کویر نمک و دشت گناباد تشکیل می‌یابد و مساحت آن به  227،400  کیلومتر مربع بالغ می‌گردد.. از رودخانه‌های قابل توجه این حوزه به حبله‌رود ( واقع در گرمسار) و کال‌شور جاجرم که یکی از طویل‌ترین رودخانه‌های ایران است، می‌توان اشاره نمود.

حوزه آبخیز کویر لوت

مساحت این حوزه که حوضة کویر لوت از زیرحوزه ‌های کوچک‌تری چون نمکزار طبس، دغ محمد‌آباد، کویر ساغند، شوره‌زارهای شمال خاوری شهرستان بافق و کویر سرجنگل تشکیل یافتهو یکی از کم‌باران‌ترین و خشک‌ترین حوضه‌های ایران است به199،000  کیلومتر مربع بالغ می‌گردد و از مهمترین رودخانه‌های آن که اغلب سیلابی و فصلی هستند می‌توان به رودخانة تهرود واقع در استان کرمان اشاره کرد.

حوزه  اردستان و یزد و کرمان

این حوزه که با مساحت  99،800  کیلومتر مربع یکی از خشک‌ترین و بی‌آب‌ترین حوضه‌های ایران بشمار می‌آید، از زیرحوزضه‌های کوچک‌تری چون دغ‌سرخ، کویر سیاه‌کو، کویر درانجیر، دشت جنوب خاوری یزد، شنزار کشکوئیه، دشت کویرات و شنزارهای جنوب کرمان تشکیل یافته است.
- حوضه صحرای قره‌قوم  

-مساحت این حوضه  43،550  کیلومتر مربع است و یکی از حوضه‌های کم‌بارش ایران محسوب می‌گردد. به همین دلیل حوزه آبخیز آن حالت سیلخیزی و رودها حالت فصلی دارند و رودهای کشف‌رود و جام‌رود از مهمترین آنها بشمار می‌آیند.

- حوزه هامون

این حوزه که در شرق کشور واقع گردیده است مساحتی برابر با  109،850  کیلومتر مربع داراست و از حوضه‌های کوچک‌تری چون نمکزار خواف، دغ‌ شکافته، دغ بالا، دغ پترگان، دغ توندی، دریاچة نمکزار، دریاچة هامون صابری، لورگ‌شتران، دریاچة هامون، هامون گودزره، دریاچة کرگی، هامون ماشکل و نمکزارکپ تشکیل یافته است. این حوزه نیز از جمله کم‌باران‌ترین و خشک‌ترین حوضه‌های ایران محسوب می‌شود و رودهای هیرمند و ماشکل مهمترین رودهای آن بشمارمی‌آیند.

تأسیسات آبرسانی و تصفیه فیزیکی آب چغازنبیل

معبد چغاز نبیل – نیایشگاهی عیلامی است که نزدیک به 3300 سال پیش از این ساخته شده است در بایگانیهای آشوری از این مکان بنام «دور اون تاشی» یا شهر اون تاش گال هم نام برده شده است. شهری پر آوازه و پر شکوه که با شوش رقابت می کرد و مرکزیت سیاسی نیز داشت. شهر «اون تاش گال» با نیایشگاهها، خیابان آجرفرش، کاخها و تاسیسات پیشرفته آبرسانی و آبیاری، گوشه هائی از تمدن و فرهنگ و هنر شکوفای عیلامی را مشخص می سازد.

چغاز نبیل گستره ای نزدیک به چهار کیلومتر مربع دارد و دارای سه باروی هم کانون و تو در توی خشتی است که زیگورات پر آوازه چغاز نبیل در مرکز آن قراردارد

آبرسانی به معابد، قصرها و شهر «دورانتاش» با همان عظمت احداث معابد و قصر مورد توجه معماران و تکنسینهای آن زمان قرار گرفته بود. انتقال آب – برای انتقال آب به حوضچه ترسیب و سپس به داخل شهر، دورانتاش گال، پادشاه عیلامی 1365-1245 دستور حفر کانالی به طول 50 کیلومتر را صادر نمود. ابتدای این کانال از کرخه شروع می شد و خود این شط در قسمت غرب شوش جریان داشت.

تاسیسات هیدرولیکی – در مقابل حضار شهر دورانتاش (DUR-UNTASH) ، آثاری از تاسیسات هیدرولیکی متشکل از یک مخزن بزرگ حفاری شده در بیرون دیوار و یک حوضچه نیز در داخل آن مشاهده می گردد که آب را از طریق یک سری کانالهای کوچک و پس از صاف و ته نشین شدن در مخزن به حوضچه کوچکی منتقل می نمود و اهالی و سکنه شهر از آن آب صاف استفاده می کردند. این مخزن به طول 10/70، عرض 25/7 و عمق 35/44 متر دارای ظرفیت حدود 350 متر مکعب بوده است. کف این مخزن بعنوان دال از آجر پخته و آهک خیلی سخت ساخته شده است. دو دیوار جانبی نیز از آجر پخته و آهک ساخته شده و بر روی کف مخزن تکیه می نمایند. کف مخزن خود از توده تشکیلات خاکی تشکیل یافته و آب کانال ورودی به آنجا می ریخت. این کانال ورودی احتمالا در تمام طول خود بصورت کانال روباز حفاری گردیده بود. بالاخره دیواره چهارم مخزن طرف شهر، از آجر کاملا پخته و آهک ساخته شده است. این دیوار در پائین ترین قسمت خود در 9 نقطه به ارتفاع 80/0 و به عرض 15/0 متر برای آبگیری سوراخ گردیده است که از همدیگر 80/0 متر فاصله دارند. هر کدام از این آبگیرها از دو لایه آجر پخته و یک لایه سنگ ساخته شده است و همه درزها نیز از کف تا لایه سنگی از نوعی ساروج (BITUM) درست شده است. زوایای مخزن بوسیله آهک بحالت گرده ماهی در آورده شده اند. هر یک از 9 لایحه آبگیر که انتقال آب به حوضچه را تامین می‏کردند و زیر حصار قدیمی شهر قرار داشتند از دو سطح مورب تشکیل شده است و یک قسمت آن بطول 60/1 متر بطور قائم برش داده شده است. اولین سطح مورب که از کف مخزن بزرگ شروع می شود، دارای 80/1 متر طول و دومی دارای 75/3 متر طول هستند. اختلاف سطح تراز بین کف مخزن و حوضچه فوقانی 02/1 متر بوده است. این حوضچه 60/7 متر طول ،‌9 متر عرض و 60/0 متر عمق داشته، بنابراین حجم آن 30/4 مترمکعب بوده است. توده تشکیلات تکیه گاه که از آجر پخته خرد شده تشکیل گردیده است، بوسیله آهک به همدیگر متصل گردیده و اطراف حوضچه کوچک را به عرض6 متر از سه طرف و به عرض 4 متر در طرف ضلع شمال شرقی و 50/1 متر در طرف ضلع جنوبی محاصره و احاطه می نماید. این دیوار به عمق 50/2 متر در داخل زمین قرار داشته و بعنوان پلات فورم یا سکو کار در اطراف حوضچه مورد استفاده قرار می گرفت. بر اساس داده های فوق نحوه کار این تاسیسات هیدرولیکی کاملا درک می شود: یعنی موقعی که مخزن تا لبه دیواره انتهائی پر از آب می شد طبق قانون ظروف مرتبطه ، آب صاف (یعنی تصفیه شده فیزیکی) و قابل شرب از طریق 9 رشته کانال حوضچه کوچک فوقانی را پر می نمود.  

پمپهای فاضلاب

دید کلی

استفاده ازپمپ (تلمبه) برای جابجا کردن فاضلاب به علت وجود مواد معلقی از قبیل شن ، ماسه ، چوب و غیره در آن به سادگی کاربرد پمپ در آبرسانی نیست. لذا باید کوشش نمود تا آنجا که ممکن است از طرح چنین تأسیساتی در شبکه جمع آوری فاضلاب شهرها خودداری نمود. تنها در حالتهایی که شیب شهر کم و امکان جریان فاضلاب در کانال با نیروی ثقل و با حداقل سرعت لازم موجود نباشد باید به طرح ایستگاههای پمپاژ مبادرت ورزید. البته لازم به یاد آوری است که استفاده از پمپ در تأسیسات تصفیه خانه فاضلاب غالبا اجتناب ناپذیر است.

ویژگیها

ویژگیهایی که پمپهای فاضلاب دارند و آنها را از پمپهای آبرسانی متمایز می‌کنند عبارتند از:

1.      کمی حساسیت آنها در برابر مواد معلق موجود در فاضلاب.

2.      کم بودن ارتفاع مانومتری (ارتفاع تلمبه زنی).

3.      کمتر بودن بازده آنها.

4.      کم بودن ارتفاع مکش در آنها که عملا صفر فرض می‌شود.

5.      مقاومت بیشتر در برابر مواد خورنده در فاضلاب.

6.      مقاومت بیشتر در برابر مالش.

با توجه به ویژگیهای نامبرده و به ترتیب تکامل پمپهای فاضلاب مهمترین انواع آنها عبارتند از پمپهای فاضلاب با هوای فشرده ، پمپهای فاپلاب با جریان هوا ، پمپهای پیچوار و بالاخره انواع پمپهای دورانی ویژه فاضلاب . 

پمپهای فاضلاب با هوای فشرده (تلمبه‌های هوائی)

پس از جمع شدن فاضلاب در منبع و پر شدن آن ، دریچه ورود فاضلاب بسته شده و با کمک کمپرور هوای فشرده به منبع وارد و فاضلاب را به پائین فشار می‌دهد تا از دریچه خروجی و با کمک لوله زیر فشار به سطح مورد نظر بالا رفته و جریان یابد. به علت تماس نداشتن فاضلاب به پره‌های پمپ این پمپها و بالابرها حساسیت زیادی در برابر مواد معلق در فاضلاب ندارند، ولی بازده آنها بسیار کم است (حدود 3- تا 40 درصد) و لذا کاربرد آنها محدود و تنها برای انتقال فاضلابهای کم و بسیار آلوده می‌تواند اقتصادی باشد.

پمپهای فاضلاب با جریان هوا (پمپهای حبابی)

در صورتی که فاضلاب دارای مواد معلق کوچک و سنگین بسیاری بوده و در عمق زیادی باشد کاربرد اینگونه پمپها مناسب است. کار این پمپها با کمک جریان هوایی که بوسیل یک کمپرسور و لوله جداگانه به پائین‌ترین نقطه لوله بالا آورنده فاضلاب دمیده می‌شود انجام می‌گیرد. کمپرسور با فشار 3 تا 5 اتمسفر هوا به دهانه لوله انتقال فاضلاب می‌دمد. هوا از لوله و آب زیر فشار از لوله وارد و با فاضلاب آمیخته شده و موجب کاهش وزن مخصوص مخلوط گردیده و سبب می‌شود که فاضلاب و مواد معلق در آن به بالا هدایت گردند.

بازده این پمپها با در نظر گرفتن کار کمپرسور در حدود 30 تا 40 درصد و قدرت آبدهی آنها 0.5 تا 75 لیتر در ثانیه می‌باشد. برای آوردن هر لیتر فاضلاب به ارتفاع 10 متر 2 تا 3 لیتر هوا و برای بالا آوردن تا ارتفاع 60 متر مقدار 5 لیتر هوا لازم است. عمق دهانه لوله فاضلاب نسبت به سطح فاضلاب در انباره یعنی He باید 0.7 تا 1.5 برابر ارتفاع مانومتری پمپ باشد. این پمپها برای بالا آوردن ماسه از کف انباره‌های فاضلاب بسیار مناسبند.

پمپهای پیچوار

بالابرهای پیچوار یا پمپهای ارشمیدسی قدیمی‌ترین نوع پمپهائی هستند که در جهان بکار رفته‌اند. تاریخ کاربرد این پمپها را برای بالا آوردن آب از رودخانه نیل به دوران فرعونهای مصر مربوط می‌دانند. به سبب مزایایی که این پمپها دارند امروزه هنوز کاربرد آنها به ویژه در تصفیه خانه‌های فاضلاب مورد توجه می‌باشد. ساختمان پمپهای پیچوار ، محور این پمپها با افق زاویه‌ای برابر 23 تا 35 درجه می‌سازد (معمولا 30 درجه)، طول محور پمپها محدود و حداکثر 6 تا 8 متر می‌باشد و لذا این پمپها می‌توانند ارتفاع تلمبه زنی برابر 3 تا 4 متر را تأمین نمایند. نیم استوانه‌ای که محور پمپ و پره‌های آنرا در بر می‌گیرند از صفحه فولادی و یا بتنی می‌سازند.

مشخصات پمپهای پیچوار ، سرعت دورانی این پمپها 20 تا 50 دور در دقیقه است. موتورهای محرک آنها معمولا 1000 تا 1400 دور در دقیقه سرعت دارند. بازده پمپها نسبتا خوب و در حدود 60 تا 70 درصد می‌باشد. در منحنی مشخصه پمپهای پیچوار برخلاف پمپهای دورانی تغییرات دبی تأثیر چندانی در ارتفاع تلمبه زنی و بازده پمپ ندارد.

معایب پمپهای پیچوار

·        جاگیری زیاد به ویژه وقتی نیاز به ارتفاع مانومتری بیش از 3 متر باشد که در این صورت باید دو تلمبه پشت سر هم و بصورت سری کار کنند.

·        گرانی ساختمان تلمبه خانه‌های این پمپها.

·        محدودیت ارتفاع تلمبه زنی.

·        ممکن نبودن کاربرد این پمپها برای فرستادن فاضلاب در لوله‌های زیر فشار.

مزایای پمپهای پیچوار

·        حساس نبودن در برابر مواد معلق در فاضلاب که در نتیجه نیازی به ساختن آشغالگیر پیش از آنها نیست.

·        روباز بودن و سادگی تعمیر و دسترسی به پره‌های پمپ.

·        هماهنگی دبی پمپ با دبی ورودی به تلمبه خانه. یعنی با بالا رفتن سطح فاضلاب در انباره مقدار دبی بالا رونده نیز افزایش می‌یابد.

پمپهای دورانی

اصول کار این پمپها بر استفاده از نیروی گریز از مرکز ناشی از دوران پره‌های متحرک پایه گذاری شده است. ذرات آب یا فاضلاب به کمک پره‌های نامبرده به سویپره‌ها و مجاریهای هدایت کننده و بوسیله آنها به سوی لوله خروجی پمپ فرستاده و فشرده می‌شوند. در شبکه جمع آوری فاضلاب امروزه بجز در موارد استثنائی در بیشتر ایستگاههای پمپاژ فاضلاب از پمپهای دورانی استفاده می‌شود. برتری این پمپها در ارزانی آنها ، کاربرد آسانتر و ایمنی بیشتر در کار می‌باشد. عیب این پمپها حساسیت آنها در برابر مواد معلق در فاضلاب است که با تغییراتی در شکل و تعداد پره‌ها می‌توان از این حساسیت کاست، ولی این کار معمولا همراه با پائین آمدن ارتفاع تلمبه زنی و بازده آنها می‌باشد.

انواع پمپهای دورانی

دسته بندی پمپهای دورانی را از دو نقطه نظر انجام می‌دهند. نخست از نقطه نظر شکل و تعداد پره‌ها دوم از نقطه نظر شکل کار گذاردن پمپ در تلمبه خانه. از نقطه نظر شکل و تعداد پره‌ها بسته به نوع فاضلاب و مقدار مواد معلق در آن پمپهای دورانی زیر بکار برده می‌شوند:

پمپهای شعاعی یک پره‌ای

در این پمپها (فاضلاب) در امتداد محور وارد پمپ شده و در امتداد شعاع بیرون می‌رود. برای کاهش حساسیت این پمپ در برابر مواد معلق و درشت فاضلاب پره‌های آنرا به یک عدد تقلیل داده اند. سرعت دورانی و دبی این پمپها کم و در حدود 15 تا 150 لیتر در ثانیه و ارتفاع مانومتری آنها نسبتا خوب و در حدود 5 تا 25 متر است. این پمپها را برای پمپاژ فاضلابهای بسیار آلوده که دارای مقدار زائد مواد معلق الیافی شکل می‌باشند (مانند فاضلاب کارخانجات نساجی) بکار می‌برند. بسته به ساختمان پمپ ، قطعات سخت و درشتی به بزرگی چندین سانتیمتر نیز می‌توانند از درون این پمپها بگذرند.

پمپهای شعاعی دو یا سه پره‌ای

افزایش تعداد پره‌ها در این پمپها سبب افزایش دبی آنها به حدود 50 تا 500 لیتر در ثانیه و افزایش حساسیت آنها در برابر مواد معلق می‌گردد. معمولا نوع دو پره‌ای این پمپها بیشتر ساخته می‌شود. ارتفاع مانومتری این پمپها در حدود 5 تا 50 متر است.

پمپهای با پروانه ای مارپیچی

این پمپها را با پره‌های باز و یا با پره‌های بسته برای پمپاژ فاضلابهایی که تصفیه مقدماتی ساده‌ای شده باشند (مثلا از شبکه آشغالگیر گذشته باشند) بکار می‌برند. این پمپها محوری هستند و فاضلاب در امتداد محور پمپ وارد و با زاویه‌ای کمتر از 90 درجه نسبت به محور بیرون می‌رود. تعداد پره‌ها معمولا سه عدد و حداکثر چهار عدد پیش بینی می‌شود، ارتفاع مانومتری در این پمپها پره‌ها معمولا سه عدد و حداکثر چهار عدد پیش بینی می‌شود. ارتفاع مانومتری در این پمپها 5 تا 3-0 متر و برای دبی‌هایی در حدود 500 تا 1500 لیتر در ثانیه بکار می‌روند.

پمپهای استوانه‌ای

این پمپها دارای پروانه‌هایی هستند که فاصلاب را در امتداد محور هدایت کرده و توسط زانویی که محور از دیواره آن می‌گذرد به بیرون فرستاده می‌شود، در محل گذر محور دوران پمپ از زانویی با کمک کاسه تند ویژه‌ای آب بندی کامل انجام می‌گیرد. این پمپها بسته به ساختمان و سرعت دوران ویژه آنها ممکن است نیمه محوری یا محوری باشند. کاربرد این پمپها برای فاضلابهای ناشی از بارندگی و یا فاضلابهای خانگی بسیار رقیق شده مناسب است. این پمپها دبی‌های زیاد و در حدود 1000 تا 3500 لیتر در ثانیه و ارتفاعهای مانومتری در حدود 8 تا 25 متر را می‌توانند تامین کنند. بازده این پمپها بسیار خوب و به حدود 80 تا 90 درصد می‌رسد.

پمپهای پروانه‌ای

این پمپها از انواع پمپهای محوری می‌باشند که در آنها فاضلاب در امتداد محور وارد پمپ شده و در امتداد محور از پروانه‌ها بیرون می‌رود. زاویه پره‌های این پمپها ممکن است ثابت نبوده و با فرمانی در حین دوران تغییر نماید. پمپهای پروانه‌ای را که پره آن قابل تنظیم است بنام پمپهای کاپلان می‌نامند. کاربرد پمپهای پروانه‌ای برای فاضلابهای ناشی از بارندگی و یا فاضلابهای خانگی بسیار رقیق شده و یا نسبتا تصفیه شده مناسب است. این پمپها می‌توانند دبی‌های بسیار زیاد در حدود 500 تا 5000 لیتر در ثانیه را به ارتفاع مانومتری کم و در حدود 2 تا 8 متر بفرستند. آب با کمک پره‌های و درون استوانه‌ای ، در امتداد محور حرکت می‌کند و سپس توسط زانوی تغییر جهت می‌یابد. هر دو نوع پمپهای بند اخیر در برابر مواد معلق و به ویژه مواد معلق الیافی شکل بسیار حساسند و لذات از این گونه پمپها تنها برای پمپاژ فاضلابهای سطحی استفاده می‌شود.

انواع پمپهای گریز از مرکز

پمپهای گریز از مرکز را بر حسب نوع ساختمان آنها به انواع زیر تقسیم بندی می‌کنند:

1.      از نظر وضعیت طبقات که ممکن است یک طبقه و یا چند طبقه باشند.

2.      از نظر مقدار آبدهی و ارتفاع که ممکن است بصورت کم ، متوسط و زیاد باشند.

3.      از نظر نوع پروانه ، تعداد تیغه و وضعیت آنها.

ممکن است پمپها را بر حسب نوع استفاده آنها تقسیم بندی کنند:

1.      پمپهای سیرکولاتور برای به جریان انداختن آب گرم در سیستمهای حرارتی.

2.      پمپهای افقی یک طبقه از نوع مکش مارپیچی جهت استفاده در تأسیسات مکانیکی.

3.      پمپهای سانتریفوژ فشار قوی چند طبقه جهت استفاده در آبرسانی و غیره.

4.      پمپهای شناور جهت استفاده در چاههای عمیق و نیمه عمیق.

5.      پمپهای لجن کش جهت استفاده در سیستمهای فاضلاب.

نظر به اینکه پمپهای طبقاتی در سیستم تأسیساتی کاربرد فراوان دارند، مختصرا به ساختمان این نوع پمپها اشاره می‌گردد.

پمپهای سانتریفوژ از نظر مکش

پمپهای سانتریفوژ ممکن است با یک مکش یا با دو مکش باشند. پمپهای سانتریفوژ با دو مکش جریان سیال را از طریق دو لوله و به مقدار یکسان از دو طرف پروانه وارد پمپ می‌کنند.

عوامل موثر بر ظرفیت پمپهای سانتریفوژ

ظرفیت یک پمپ سانتریفوژ بستگی به چگونگی طراحی پمپ ، سرعت گردش پروانه پمپ ، فشار مطلق قسمت مکش پمپ ، فشار قسمت تخلیه پمپ و خواص فیزیکی سیال عبوری از پمپ دارد.

اجزای یک پمپ سانتریفوژ

1.      موتور ، که باعث حرکت دورانی محور می گردد.

2.      روتور ، (که خود شامل محور و پره‌ها است).

3.      پوسته جداره

4.      لوله مکش

5.      لوله رانش

6.      محفظه بین پوسته و پروانه

پروانه پمپ شامل پره‌هایی می‌باشد که به نحوی ساخته شده‌اند تا جریان داخل پمپ حتی المقدور یکنواخت باشد.

انواع پروانه‌های پمپهای سانتریفوژ

چند نوع از پروانه‌های پمپهای سانتریفوژ را نشان می‌دهد هر چه تعداد پره‌های پروانه بیشتر باشد کنترل در جهت حرکت سیال بیشتر بوده و تلفات ناشی از جریانهای گردشی بین پره‌ها کمتر خواهد بود.

انواع پروانه‌های معمولی

پروانه ممکن است به یک صفحه متصل باشد یا بین دو صفحه قرار گرفته باشد یا آزاد باشد. مایع در جهت محور وارد بدنه پمپ می‌شود و مایع ورودی بوسیله پره‌های پروانه گرفته شده و به داخل یک پیچک که مماس بر پمپ می‌باشد تخلیه می‌گردد. آب بندی پمپهای سانتریفوژ مسئله مهمی است که عدم رعایت آن باعث کاهش راندمان عمل پمپ می‌گردد. همانطور که از این پمپها در ک می‌شود، اساس کارشان برای حمل سیالات از نقطه‌ای به نقطه دیگر بر حرکت سیال در خلاف جهت مرکز محور پمپ بنا نهاده شده است، یعنی در واقع سیال با دور شدن از مرکز محور پمپ به داخل لوله رانش هدایت خواهد شد و یا اختلاف فشار ایجاد شده بین قسمت مکش و رانش پمپ ، سیال با سرعت به حرکت خود در سوی تخلیه ادامه می‌دهد. اصولا این پمپها متشکل از یک پروانه و یک محور که در داخل یک پوسته فلزی مستقر می‌باشند (این پوسته فلزی VOLUTE یا نوع پیچکی نامه دارد و پروانه داخل پوسته IMPELLER موسوم است.)

مواد ساختن پمپهای سانتریفوژ

پمپهای سانتریفوژ را از مواد مختلفی می‌سازند. اکثرا پروانه و بدنه از مواد مقاوم در مقابل خوردگی و سایش ساخته می‌شوند. فولاد ضد زنگ ، نیکل ، لاستیک ، پلی پروپیلن در ساختمان پمپهای سانتریفوژ بکار می‌روند. در صورتی که پمپهای سانتریفوژ برای انتقال سیالات حاوی مواد معلق جامد مورد استفاده قرار می‌گیرند، بایستی فاصله بین پره‌ها و دریچه‌ها به اندازه کافی بزرگ باشند تا از خطر مسدود شدن آنها جلوگیری شود.

مزایای پمپهای سانتریفوژ

·        پمپهای سانتریفوژ دارای ساختمان ساده‌ای بوده و از مواد گوناگون ساخته می‌شوند.

·        در استفاده از این پمپها نیازی به شیر یا سوپاپ می‌باشد.

·        چون پمپ در سرعتهای بالا عمل می‌کند لذا می‌توان آنرا مستقیما به موتور الکتریکی متصل نمود. با افزایش سرعت برای عملکرد معین ابعاد پمپ کوچکتر می‌شود.

·        دبی آن یکنواخت است.

·        هزینه تعمیرات آن از پمپهای دیگر کمتر می‌باشد.

·        درصورت قطع جریان می‌تواند مدت بدون آسیب رسیدن به پمپ به گردش ادامه دهد.

·        برای انتقال سیالات با مواد معلق بخوبی عمل می‌کنند.

·        نسبت به پمپهای دیگر با ظرفیت مشابه دارای ابعاد کوچکتری می‌باشند.

معایب پمپهای سانتریفوژ

·        پمپهای سانتریفوژ قادر به ایجاد فشارهای بالا نمی‌باشند و به این منظور برای فشارهای بالا باید از پمپهای چند مرحله‌ای استفاده نمود.

·        در شرایط معین و محدودی با راندمان بالا عمل می‌کند.

·        راه اندازی این پمپها نیاز به آماده سازی دارد.

·        در صورتی که پمپها از کار بیفتند، سیال می‌تواند به قسمت مکش از درون پمپها جاری شود. لذا بهتر است که در خروجی این پمپها از شیر یک طرفه استفاده نمود.

·        برای سیالات با ویسکوزیته (غلظت) بالا نمی‌توان از این نوع پمپ استفاده نمود.

پمپهای حلزونی (پیچکی) و افشان

لازم به یادآوری است که پمپهای پیچکی و افشان کاملا از نوع گریز از مرکز می‌باشند.


پمپ حلزونی تلمبه پیچکی: در تلمبه‌های پیچکی گریز از مرکز، پروانه در داخلی محفظه مارپیچ حلزونی که بتدریج توسعه می یابد گردش می کند و در اثر گردش محور تلمبه، که به پروانه انتقال می یابد سیال از مرکز پمپ در جهت شعاع و به سوی کناری پوسته پمپ حرکت کرده بطرف لوله رانش منحرف می شود. این پمپها یا طبقه و چند طبقه نیز ساخته می شوند. بیشترین کاربرد را در صنعت دارند.


پمپ افشان: پروانه تلمبه افشان در داخل محفظه پره داری گردش می‌کند که پره‌های آن ثابت بوده (پخش کننده‌ها) و برای عبور مایع مجراهائی واگرایی تعبیه شده‌اند که به تدریج توسعه می‌یابند. جهت جریان مایع ورود به این مجراها تغییر کرده و پیش از ورود به محفظه مارپیچی تغییرات سرعت مبدل به تغییرات فشار می‌شود. اصولا راندمان با ضریب بهره دهی پمپهای افشان بیش از پمپهای پیچکی است و همچنین پمپهای افشان را با قدرتهای بالا و ظرفیتهای آبدهی فراوان می‌سازند و چون ساختمان داخل آن پیچیده است به نسبت ، قیمت آن از قیمت پمپهای پیچکی گرانتر است. این پمپها یک طبقه و چند طبقه ساخته می‌شوند.

کاربرد پمپهای سانتریفوژ

در اکثر صنایع و رسانشهای ساختمانی ، در صنایع شیمیای و نقت پمپهای سانتریفوژ مصارف بسیاری دارند. پمپهای سانتریفوژ برای مایعات مختلفی با مواد معلق گوناگون بکار می‌روند. سرعت این پمپها زیاد می‌باشد، لذا می‌توان آنها را مستقیما به الکتروموتور وصل نمود.

پمپهای یک طبقه و چند طبقه

پمپهای یک طبقه SINGLE-STAGE PUMPS: پمپهای گریز از مرکز یک طبقه با انواع گوناگون پروانه ها ساخته می شود، یکی از ساده ترین انواع آنها دارای یک مجرای مکش و یک پروانه می باشد و به این جهت یک طبقه نامیده شده است. پره های پروانه بین دو صفحه قرار گرفته اند و مجاری مایع بین پره ها و این دو صفحه محصور گردیده اند. این نوع پروانه به تمام بسته موسوم می باشد که مورد استعمال بیشتری دارد.


پمپهای چند طبقه MULTISAGE PUMPS: پمپهای طبقه گریز از مرکز ، تا کنون برای تولید 40 اتمسفر فشار (600 پوند بر اینج مربع و یا ارتفاع 350 متر آبدهی) و با سرعت 7150 دور در دقیقه ساخته شده اند. با این حال وقتی که سرعت گردش تلمبه از 3500 دور در دقیقه تجاوز نکند، معمولا ارتفاع آبدهی آنها از 120 متر تجاوز نمی‌کند.

بنابراین در مواردی که ارتفاع آبدهی پمپهای یک طبقه کافی نباشد از پمپهای چند طبقه که دارای ارتفاع آبدهی بیشتری است استفاده می‌کنند. شاید لازم به یادآوری باشد که چون در صنایع استخراج نفت لازم است، پمپهائی بکار گرفته شود که دارای ظرفیت گذر حجمی بسیار زیاد و ارتفاع فوق العاده باند از پمپهای چند طبقه استفاده می‌شود، برای مثال پمپی ساخته شده است که دارای 317 طبقه (هر طبقه و یک محفظه می‌باشد) و به ارتفاع انرژی 2700 متر بوده است. بطور خلاصه در یک پمپ چند طبقه دور یا چند پروانه متوالی روی یک محو قرار می‌گیرند. آب در پوسته همان طبقه جمع شده ، طبقه دوم تخلیه می‌شود و از دوم به سوم و به همین ترتیب ادامه می‌یابد. پمپهای چند طبقه هم با محور افقی و هم با محور قائم کاربرد دارند.

گزارش بازدید از طرح ساختمان سد زیردان و شبکه آبیاری و زهکشی

عنوان مقاله	گزارش بازدید از طرحساختمان سد زیردان و شبکه آبیاری و زهکشی
حجم فایل	61 کیلو بایت
دریافت مقاله

کلمات کلیدی مقاله :

بازدید علمی

چکیده مقاله :

اهداف طرح : تامین آب شرب شهرهای چابهار و کنارک تامین آب کشاورزی برای آبیاری 3800 هکتار از اراضی ئشت پیرسهراب به میزان سالانه حدود 51 میلیون متر مکعب

استاندارد ASTM در آزمایش تعیین درصد رطوبت خاک

آزمایش  تعیین درصد رطوبت    (Moisture Test)
الف ـ مقدمه
آزمایش تعیین درصد رطوبت احتمالاً رایجترین و ساده‌ترین نوع آزمایش آزمایشگاهی مکانیک خاک است که می‌تواند بر روی خاکهای دست خورده یا دست نخورده انجام شود.

ب ـ مراحل آزمایش

<!--[if !supportLists]-->1-     به کمک یک ترازو، جرم یک ظرف خشک و تمیز (MC)را اندازه بگیرید.  ظرف محتوی نمونه، غالباً فلزی است.  شماره ظرف و جرم آن باید روی فرم اطلاعات ثبت شوند. <!--[endif]-->

<!--[if !supportLists]-->2-     خاک مرطوب را داخل ظرف قرار دهید.  جدول 1 حداقل وزن لازم جهت انجام آزمایش تعیین درصد رطوبت را برحسب بعد بزرگترین دانه تشریح می‌نماید. <!--[endif]-->

بعد بزرگترین دانه (mm)	شماره الک مربوطه	حداقل جرم نمونه خاک مرطوب (gr) برای دقتمحاسباتی
1/0 درصد	1 درصد
2£ 1/4 5/9 19	10 4 اینچ اینچ	20 100 500 2500

جدول 1: حداقل جرم لازم نمونه خاک برای آزمایش تعیین درصد رطوبت.

<!--[if !supportLists]-->3-      به کمک یک ترازو، جرم ظرف و خاک مرطوب (Mwc) را اندازه گیری نمایید.  سپس ظرف و خاک مرطوب را به مدت 12 تا 16 ساعت در آون ‌قرار دهید و با درجه حرارت 5±110 درجه سانتیگراد آنرا خشک کنید.  درجه حرارت 110 درجه سانتیگراد از آنجایی انتخاب شده است که کمی از نقطه جوش آب بالاتر است.  <!--[endif]-->

<!--[if !supportLists]-->4-      ظرف و خاک را از آون خارج کنید و توسط یک ترازو، جرم ظرف و خاک خشک (Mdc) را اندازه بگیرید.  اکثر ترازوهای جدید نسبت به تغییرات حرارتی غیر حساس هستند، لذا ظرف و خاک خشک را می‌توان مستقیماً روی ترازو قرار داد.  چنانچه ترازوی مورد استفاده، به درجه حرارتحساس باشد قبل از قراردادن نمونه خاک در ترازو میتوان از یک دسیکاتور جهت رساندندمای خاک خشک به دمای اتاق استفاده نمود. <!--[endif]-->

ج ـ محاسبات

درصد رطوبت (w ) خاک به عنوان جرم آب موجود در خاک (Mw) تقسیم بر جرم خشک (Ms) تعریفشده و بر حسب "درصد" بیان می‌شود:

که در آن

Mw= جرم آب موجود در خاک                      Ms= جرم خاک خشک

Mc= جرم ظرف خالی                               Mwc= جرم ظرف بعلاوه خاک مرطوب

Mdc= جرم ظرف بعلاوه خاک خشک

مقدار درصد رطوبت خاک غالباً‌ بر حسب نزدیکترین 1/0 یا 1 درصد بیان می‏شود.  درصد رطوبت خاک می‌تواند بین 0 تا 1200 درصد متغیر باشد.  درصد رطوبت صفر بیانگر یک خاک خشک است.  نمونه‌ای از یک خاک خشک، شن یا ماسه تمیز در شرایط آب و هوایی بسیار گرم است.  خاکهای آلی بیشترین درصد رطوبت را دارند.

د ـ اشتباهات معمول

بر اساس Rollings and Rollings (1996) اشتباهات معمول آزمایشگاهی در مورد آزمایش درصد رطوبت بشرح زیر است:

<!--[if !supportLists]-->1-     استفاده از ترازوی کالیبره نشده یا بد کالیبره شده. <!--[endif]-->

<!--[if !supportLists]-->2-     از دست رفتن خاک بین توزین اولیه و ثانویه. <!--[endif]-->

<!--[if !supportLists]-->3-     از دست رفتن رطوبت نمونه قبل از توزین اولیه. <!--[endif]-->

<!--[if !supportLists]-->4-     اضافه شدن رطوبت به نمونه پس از خشک کردن و قبل از توزین ثانویه. <!--[endif]-->

<!--[if !supportLists]-->5-     دمای نامناسب آون، نمونه خیلی کوچک یا وزن غلط ظرف. <!--[endif]-->

<!--[if !supportLists]-->6-     خارج نمودن نمونه از آون قبل از دستیابی به وزن خشک ثابت. <!--[endif]-->

<!--[if !supportLists]-->7-     توزین نمونه هنگامیکه هنوز داغ است (برای ترازوهای حساس به دما). <!--[endif]-->

اشتباه معمول دیگر لبریز کردن آون با نمونه‌های خاک است.  در چنین شرایطی جریان هوا محدود شده و احتمال اینکه نمونه‌ها بطور کامل خشک نشوند وجود دارد.

ه ـ جامدات محلول

بسیاری از خاکها حاوی جامدات محلول می‌باشند.  برای مثال در مورد خاکهای واقع در کف اقیانوس، آب بین ذرات جامد خاک احتمالاً‌ دارای همان غلظت نمک آب دریا خواهد بود.  مثال دیگر وجود کاتیونهای متمایل به سطوح ذرات رسی می‌باشد.  بهنگام خشک کردن خاک، این کانیها و یونهای محلول، جزیی از جرم جامدات (MS) می‌شوند.  درمورد اغلب خاکها این اثر، حداقل تغییرات را در درصد رطوبت ایجاد می‏کند.

و ـ اثرات دما

چنانکه قبلاً ذکرگردید، دمای استاندارد جهت خشک نمودن خاک 110 درجه سانتیگراد می‌باشد.  شکل شماره 1، درصد رطوبت خاکها را در دماهای مختلف نشان می‌دهد.  داده‌های آزمایش حاصل از پنج آزمایش مختلف در شکل 3-3 نمایش داده شده و ذیلاً هر یک بطور جداگانه مورد بررسی قرار می‌گیرند.

<!--[if !supportLists]-->1-     ماسه اوتاوا : درصد رطوبت این خاک حدوداً 24 درصد است. <!--[endif]-->

<!--[if !supportLists]-->2-     رس آبی بوستون : درصد رطوبت این خاک حدوداً 33 درصد است.  <!--[endif]-->

<!--[if !supportLists]-->3-     رس لدا : درصد رطوبت این خاک بهنگام خشک نمودن در درجه حرارت درجه 110 سانتیگراد، 45 درصد می‌باشد و تحت حرارت 200 درجه سانتیگراد تا 46 درصد افزایش می‌یابد.  حساسیت این خاک تحت دمای آزمایش متجاوز از110 درجه سانتیگراد، به مقدار اندکی افزایش می‌یابد. <!--[endif]-->

<!--[if !supportLists]-->4-     رس مکزیکوسیتی : درصد رطوبت این خاک به دمای آزمایش خیلی حساس می‌باشد.  برای مثال، در دمای110 درجه سانتیگراد، درصد رطوبت 345 درصد می‌باشد.  در حالیکه تحت دمای190 درجه سانتیگراد، درصد رطوبت 380 درصد می‌باشد.  (1944) Rutledge خاطر نشان می‌سازد که رس مکزیکوسیتی دارای ساختار متخلخلی از کانیهای رسی، میکروفسیل‌ها و دیاتوم‌ها می‌باشد.  دیاتومها اساساً پوسته‌های توخالی سیلیسی هستند که حاوی آب می‌باشند.  بنابراین در دماهای بالاتر آب بیشتری از درون دیاتوم‌ها و میکروفسیل‌ها خارج می‌شود که منجر به درصد رطوبت بالاتری می‌شود.   <!--[endif]-->

خاک دیاتومه‌ای: درصد رطوبت این خاک نسبت به دمای آزمایش بسیار حساس می‌باشد.  برای مثال، تحت دمای110 درجه سانتیگراد، درصد رطوبت 620 درصد است درحالیکه در دمای 200 درجه سانتیگراد، درصد رطوبت 800 درصد می‌باشد.  خاکهای دیاتومه‌ای معمولاً‌ از پودر سیلیسی ریز و سفید که عمدتاً از دیاتوم‌ها و بقایای آنها بوجود آمده تشکیل گردیده‌اند.  چنانکه قبلاً ذکر گردید در دماهای بالاتر، آب بیشتری از درون دیاتوم‌ها خارج می‌شود که منجر به درصد رطوبت بالاتر می‌شود.  

پدیده روانگرایی خاک

روانگرایی خاک (Liquefaction) پدیده ای است که بدلیل کاهش سختی و مقاومت خاک در اثر وارد آمدن نیروی زلزله یا یک بارگذاری سریع صورت می گیرد.  روانگرایی خاک و پدیده های مرتبط با آن در زلزله های سالیان گذشته صدمات زیادی را در سراسر جهان وارد کرده اند.  روانگرایی فقط در خاکهای اشباع صورت می گیرد.

  آب موجود بین ذرات خاک فشاری را به ذرات خاک وارد می کند که این فشار سبب می شود ذرات خاک بطور محکم بهم فشرده شوند.  پیش از زلزله فشار آب نسبتآ کم است اما با وقوع لرزش زلزله فشار آب افزایش یافته بطوریکه ذرات خاک به سرعت در کنار هم شروع به حرکت می کنند.  هرچند اغلب لرزش زمین سبب افزایش فشار آب منفذی می گردد اما فعالیت های مرتبط ساختمانی همانند انفجار یا آبگیری مخازن و بطور کلی تغییر در تنش ارتجاعی زمین از طریق بارگذاری و باربرداری نیز می تواند سبب روانگرایی در خاک گردد.  با وقوع روانگرایی مقاومت خاک کاهش یافته و توانایی خاک زیر پی برای حفظ پایداری ساختمانها و پلها از بین می رود.  

همچنین خاک روان شده پشت دیوارهای حایل می تواند سبب نشست و تخریب دیوار حایل گردد.  چنانچه افزایش فشار آب منفذی در پشت سدها نیز میتواند سبب زمین لغزه و شکستن سدها گردد.  روانگرایی خاک در بسیاری از زلزله های سالیان گذشته مشاهده شده است.  به عنوان نمونه می توان به زلزله های آلاسکا (Alaska,USA,1964)، نیگاتا (Niigata,Japan,1964)، لوماپرییتا (Loma Prieta,USA,1989)  و کوبه (Kobe,Japan,1995) اشاره کرد.

بدلیل اینکه روانگرایی فقط در خاکهای اشباع صورت می گیرد این پدیده معمولاً در مناطق نزدیک آب همانند رودخانه ها،دریاچه ها،خلیج ها و اقیانوسها اثرات تخریبی بیشتری دارد.   اثرات این پدیده عمده این در مناطق نزدیک آب شامل لغزش عمده خاک به سمت ساحل و فرونشست آن همانند دریاچه مرسید(Lake Merced)  در ۱۹۵۷ و یا حرکت زمین و ایجاد ترک در ساحل دریا در اثر تنش اضافی همانند رودخانه موتاگوا (Motagua River) در زلزله ۱۹۷۶ گواتمالا می شود.  صدمه به دیوارهای نگهدارنده بنادر و باراندازها با ایجاد فشار به خاک پشت آنها و هل دادن آن به سمت آب از دیگر صدماتی است که روانگرای در مناطق نزدیک سواحل ایجاد می کند بطوریکه در زلزله ۱۹۹۵ کوبه ژاپن روانگرایی خاک صدمه اصلی را به امکانات و تجهیزات بندر کوبه وارد کرد.

شرح کامل روش اجرای آزمایش نفوذ استاندارد

روش استاندارد آزمایش برای آزمایش نفوذ  (Standard Penetration Test)و نمونه گیری ازخاک ها با لوله شکافدار (نمونه گیر دو کفه ای) این روش آزمایش طرز پیشروی نمونه گیر لوله ای دو کفه ای، برای بدست آوردن نمونه خاک معرف و اندازه گیری مقاومت خاک در مقابل نفوذ نمونه گیر، را شرح می دهد و بطور کلی بعنوان آزمایش نفوذ استاندارد (SPT) شناخته شده است.

این استاندارد تمام موارد ایمنی مربوط به کاربرد آنرا بیان نمی کند، در مسیولیت استفاده کننده از این استاندارد است تا دستور العمل های تندرستی و ایمنی مناسب را تهیه نماید و قبل از استفاده قابلیت اجرایی محدودیت های تعدیلی را مشخص نماید.  

مقادیر بیان شده برحسب واحدهای اینچ – پوند بعنوان استاندارد در نظر گرفته می شود.

توصیف اصطلاحات ویژه در این استاندارد:

 SPT اختصار برای آزمایش نفوذ استاندارد، اصطلاحی که با آن معمولاً مهندسین به این روش مراجعه می نمایند.

سندان – آن قسمت از مجموعه وزنه کوب که با چکش برخورد می نماید و بوسیله آن انرژی چکش به میله های حفاری انتقال می یابد.

لنگرگیر (قرقره) – چرخ استوانه گردان ؛ در سیستم بالابری، قرقره – طناب که متصدی دور تادور آنرا طنابی می پیچد تا با سفت و شل کردن طناب اطراف استوانه، چکش را بالا برده و پایین اندازد.

میله های حفاری- میله ها در هنگام حفاری گمانه جهت انتقال نیرو و پیچش به مته حفاری، استفاده می شوند.

مجموعه وزنه کوب – وسیله ای شامل چکش، میله هدایت چکش، سندان و هرنوع سیستم سقوط چکش.

چکش – آن قسمت از مجموعه وزنه کوب که شامل وزنه ضربه زن 2+140 پوند (1+5/63 کیلوگرم) می باشد که پی در پی بالا برده و پایین انداخته می شود تا انرژی انجام نمونه گیری ونفوذ را فراهم آورد.

سیستم سقوط چکش – آن قسمت از مجموعه وزن کوب که متصدی بوسیله آن بالا رفتن و پایین افتادن چکش را انجام می دهد تا ضربه ایجاد شود.

میله هدایت سقوط چکش – آن قسمت از مجموعه وزنه کوب که در هدایت سقوط چکش مورد استفاده قرار می گیرد.

مقدار N- شمارش ضرب، معرف مقاومت خاک در مقابل نفوذ – مقدار N برحسب  ضربه ها در فوتگزارش می شود و برابر با مجموع تعداد ضربه های مورد نیاز می باشد تا نمونه گیر را درعمق مربوطه در فاصله 6 تا 18 اینچ (150 تا 450 میلیمتر) فرو برد.

N- تعداد ضربه های بدشت آمده در فواصل هر 6 اینچ (150میلیمتر) نفوذ نمونه گیر می باشد.

تعداد دوره های طناب – زاویه  تماس کل بین طناب و قرقره در شروع کم شدن طناب متصدی تا سقوط چکش تقسیم بر 360 (شکل 1 رانگاه کنید)

میله های نمونه گیری – میله هاییکه مجموعه وزنه کوب را به نمونه گیر وصل می کنند.  میله های حفاری اغلب برای این منظور مورد استفاده قرار می گیرند.

اهمیت و کاربرد :

این روش آزمایش نمونه ای را، بمنظور شناسایی وآزمایشهای ازمایشگاهی مناسب مربوط به خاک فراهم نموده و نمونه ای مناسب را که ممکن است در اثر نمونه گیری تغییر شکل برشی زیاد دستخوردگی در آن موجب گردد، را فراهم می آورد. این روش آزمایش بطور گسترده ای در پروژه های اکتشافی ژیوتکنیکی مورد استفاده قرار می گیرد.  رابطه های محلی زیادی و رابطه های انتشار یافته وسیعی، که شمارش  ضربه SPT یا مقدار N ورفتار مهندسی کارهای خاکی و پی ها را مرتبط می سازد، موجود می باشد.

دستگاهها

تجهیزات حفاری – هرنوع وسیله حفاری، که درزمان نمونه گیری حفره غیر ریزشی تمیز مناسبی را قبل از جای گیری نمونه گیر فراهم آورد وانجام آزمایش نفوذ را روی خاک دست نخورده تضمین نماید قابل قبول می باشد.  قطعات تجهیزات بشرح زیر، برای حفاری گمانه در بعضی از شرایط زیر سطح مناسب می باشند.

مته های لاروب، خرد کننده و چرخنده  – با قطر کمتر از 6/5 اینچ (162 میلی متر) و بیشتر از 2/2 اینچ (56 میلیمتر) در ارتباط با روش های حفاری دورانی حفره غیر ریزشی یا حفاری با لوله پیش رو می تواند مورد استفاده قرار گیرد.  به منظور پرهیزاز دستخوردگی خاک زیرین، مته های با تخلیه پایینی مجاز نیست، فقط مته های تخلیه کناری مجاز می باشد.

مته های مخروط – غلطک – با قطر کمتر از 5/6 اینچ (162 میلی متر) و بیشتر از 2/2 اینچ (56 میلی متر) در ارتباط با روش های حفاری دورانی حفره غیر ریزشی یا حفاری با لوله پیش رو هرگاه تخلیه مایع حفاری مایل باشد، می تواند مورد استفاده قرار گیرد.

مته های پرده دار ممتد تنه توخالی – با مجموعه یا بدون مجموعه تیغه مرکزی ممکن است در حفاری گمانه مورد استفاده قرار گیرد.  قطر داخلی مته های تنه توخالی باید کمتر از 5/6 اینچ (162 میلی متر) و بزرگتر از 2/2 اینچ (56 میلی متر) باشد.

مته های دستی وسطلی، پرده دار ممتد، یک پارچه- با قطر کمتر از5/6اینچ (162میلی متر) وبزرکتر از 2/2 اینچ (56 میلی متر)، اگر در اثنای نمونه گیری خاک در اطراف گمانه روی نمونه گیر یا میله های نمونه گیری فرو نریزد، می تواند مورد استفاده قرار گیرد.

5-2-  میله های نمونه گیری – میله های حفاری فولادی با درز جت آب باید مورد استفاده قرار گیرد تا نمونه گیر دو کفه ای به مجموعه وزنه کوب وصل نماید.  میله نمونه گیری باید سختی (ممان اینرسی)مساوی یا  بیشتر از میله دیوار موازی «A» باشد (میله ای فولادی که قطر خارجی   اینچ (2/41 میلی متر) و قطر داخلی  (5/28میلی متر) دارد.

توجه 1- پژوهش اخیر وآزمایش مقایسه ای نشان می دهد که میله نمونه مورد استفاده با سختی حــدود تغییرات از میله اندازه «A» با میله اندازه «N» تا اعماق حداقل 100 فوت (30 متر) معمولاً اثر جزیی بر مقادیر N دارد.

نمونه گیر دو کفه ای– نمونه گیر باید با ابعاد نشان داده شده در شکل 2 ساخته شود.  پاشنه پیشرو (7) باید از فولاد سخت باشد وهنگامیکه داندانه دار یا از شکل طبیعی خارج می شود باید تعمیر یا جایگزین شود.  استفاده از مهره ها د ایجاد قطر داخلی ثابت  اینچ (35 میلی متر) مجاز می باشد اما اگر مورد استفاده قرار گیرد.  باید در گزارش نفوذ ذکر شود.  استفاده از سبد نگهداری نمونه مجاز است اما اگر مورد استفاده قرار گیرد باید در گزارش نفوذ ذکر شود.

توجه 2- وقتیکه مهره ها مورد استفاده قرار می گیرد هم تیوری وهم اطلاعات آزمایش نشان می دهد که مقدار N ممکن است بین 10 تا 30 درصد افزایش یابد.

مجموعه وزنه کوب :

چکش و سندان – چکش باید دارای 1402پوند (1 5/63 کیلوگرم) وزن و توده فلزی صلب توپر باشد.  چکش باید به سندان برخورد نماید و هنگامی که رها می شود فولاد با فولاد تماس حاصل نماید.  یک میله هدایت سقوط چکش برای مسیر ساختن سقوط آزاد باید مورد استفاده قرار گیرد.  چکش های مورد استفاده با روش قرقره و طناب باید حداقل 4 اینچ (100 میلی متر) ظرفیت فوق بالابری بدون مانعی دارا باشد.  به دلایل ایمنی، استفاده از یک مجموعه چکش با یک سندان درونی تشویق می شود.

توجه 3- پیشنهاد می شود که میله هدایت سقوط چکش علامت گذاری دایمی شود تا متصدی یا بازرس را قادر به قضاوت ارتفاع سقوط چکش بنماید.

سیستم سقوط چکش – سیستم های سقوط چکش اتوماتیک و نیمه اتوماتیک، لغزشی، قرقره طنابی می تواند مورد استفاده قرار گیرد مشروط بر اینکه دستگاه بالا بر هنگام دوباره بکار انداختن و بلند کردن چکش باعث نفوذ نمونه گیر نگردد.

تجهیزات فرعی – لوازمی مانند برچسب ها، ظروف نمونه، ورقه های اطلاعات و وسایل اندازه گیری سطح آب زیر زمینی مطابق با مقررات پروژه و سایر استانداردهای ASTM باید تهیه شود.   

روش حفــاری

گمانه زنی باید طوری پیش رود تا نمونه گیری متناوب یا ممتد را ممکن سازد.  نقاط و فواصل آزمایش معمولاً توسط مهندسین پروژه یا زمین شناس قید گردد.  بطور نمونه، فواصل انتخاب شده در لایه های همگن جهت آزمایش 5 فوت (5/1متر) یا کمتر  و مکان های نمونه گیری در هر تغییر لایه می باشد.

هر روش حفاری که حفره پایدار و تمیز مناسبی را قبل از دخول نمونه گیر فراهم آورد و مطمین سازد که آزمایش نفوذ واقعاً روی خاک دست نخورده انجام می شود قابل قبول می باشد.  ثابت شده است هریک از روش های زیر برای بعضی از شرایط زیر سطح قابل قبول می باشد.  هنگام انتخاب روش مورد استفاده حفاری شرایط پیش بینی شده زیر سطح باید مورد توجه قرار گیرد.

<!--[if !supportLists]-->1-     روش حفاری دورانی حفره غیرریزشی<!--[endif]-->

<!--[if !supportLists]-->2-     روش اگر تنه توخالی پرده دار ممتد<!--[endif]-->

<!--[if !supportLists]-->3-     روش گمانه زنی شستشویی<!--[endif]-->

<!--[if !supportLists]-->4-     روش مته توپر پرده دار ممتد<!--[endif]-->

بعضی از روش های حفاری، گمانه های غیر قابل قبولی را موجب می گردند.  روند بیرون ریختن با فشار از وسط نمونه گیر لوله ای باز وسپس نمونه گرفتن هنگامیکه به عمق مورد نظر رسیده شود مجاز نمی باشد.  روش اگر توپر بره ای ممتد، برای گمانه زنی زیر سطح آب یا زیر بستر محدود کننده فوقانی در لایه غیر چسبنده محدود شده ای که تحت فشار آرتزین می باشد، نباید مورد استفاده قرارگیرد.  قبل از نمونه گیری لوله نمی تواندزیر سطح نمونه گیری پیش برده گمانه زنی با مته های تخلیه پایینی مجاز نمی باشد.  برای  پیشروی گمانه جهت فقط نمونه گیری با الحاق نمونه گیر قبلی یا نمونه گیر SPT، مجاز نمی باشد. در تمام مدت حفاری، برداشت  میله های حفاری ونمونه گیری، سطح مایع حفاری داخل گمانه یا اگرهای تنه توخالی باید نزدیک یا بالای سطح آب زیر زمینی در محل نگه داشته شود.

نمونه گیری و روش آزمایش

بعد از اینکه گمانه زنی به سطح نمونه گیری مورد نظر رسید و تراشه های اضافی برداشته شد، با ترتیب عملیات زیر برای آزمایش آماده نمایید :

<!--[if !supportLists]-->1-     نمونه گیر دو کفه ای را به میله های نمونه گیری وصل نمایید و بداخل گمانه پایین ببرید.  نگذارید نمونه گیر روی خاک مورد نمونه گیری بیفتد. <!--[endif]-->

<!--[if !supportLists]-->2-     چکش را در بالا قرار دهید وسندان را به سر میله های نمونه گیری وصل نمایید این عمل میتواند، قبل از اینکه میله های نمونه گیری و نمونه گیر بداخل گمانه پایین روند، انجام شود. <!--[endif]-->

<!--[if !supportLists]-->3-     وزن مرده نمونه گیر، میله ها، سندان و وزنه کوب را روی ته گمانه قراردهید و ضربه ای نشاننده اعمال نمایید. اگر تراشه های اضافی در ته گمانه موجود است، نمونه گیر ولوله های نمونه گیری را از گمانه بیرون آورید و تراشه ها را بیرون بیاورید. <!--[endif]-->

<!--[if !supportLists]-->4-     میله های حفاری را در سه افزایش متوالی 6 اینچی (15/0 متر) افزایش علامت گذاری نمایید.  بطوریکه جلو رفتن نمونه گیر در اثر ضربه چکش برای هر 6 اینچ (15/0 متر) افزایش به آسانی قابل مشاهده باشد. <!--[endif]-->

نمونه گیر را با ضربه های چکش 140 پوندی 05/63 کیلوگرم) بکوبید و تعداد ضربه های اعمال شده در هر افزایش 6 اینچ (15/0 متر) را شمارش نمایید تا اینکه یکی از موارد زیر اتفاق بیفتد:

<!--[if !supportLists]-->1-     جمعاً 50 ضربه در طول هریک از سه افزایش 6 اینچ (15/0 متر) اعمال شده باشد. <!--[endif]-->

<!--[if !supportLists]-->2-     جمعاً 100 ضربه اعمال شده باشد. <!--[endif]-->

<!--[if !supportLists]-->3-     در اثنای اعمال 10 ضربه متوالی چکش هیچ پیش روی قابل رویت نباشد. <!--[endif]-->

<!--[if !supportLists]-->4-     نمونه گیر 18 اینچ (45/0 متر) کامل پیش برده می شود بدون محدود کردن رویداد شماره ضربات شرح داده شده است. <!--[endif]-->

تعداد ضربات مورد نیاز در انجام نفوذ 6 اینچ (15/0متر) یا کسری از آن را یادداشت نمایید.  کوبیدن 6 اینچ نخستین بعنوان نشاننده پیشرو محسوب می گردد.  مجموع تعداد ضربات مورد نیاز برای دومین و سومین 6 اینچ نفوذ، مقاومت نفوذ استاندارد یا مقدار N نامیده می شود.  اگر نمونه گیر مجاز گردیده است، کمتر از 18 اینچ (45/0 متر) نفوذ کند، تعداد ضربات در هر افزایش 6 اینچ کامل و در هر افزایش جزیی باید در گزارش گمانه یادداشت شود.  اگر نمونه گیر در اثر وزن استاتیک میله های حفاری یا وزن میله های حفاری بعلاوه وزن استاتیک چکش به زیر ته گمانه فرو رود.  ایناطلاعات باید در گزارش گمانه یادداشت شود.

بالا بردن و انداختن چکش 140 پوندی (5/63 کیلوگرم) باید با استفاده یکی از دو روش زیر انجام شود. 1- با استفاده از سیستم سقوط چکش لغزنده اتوماتیک یا نیمه اتوماتیک که چکش 140پوندی (5/63 کیلوگرم) را بلند کنید و بگذارید تا 130 اینچ (میلی متر 25 76/0 متر) بدون مانع سقوط کند.

2- کشیدن طنابی متصل به چکش با استفاده از قرقره وقتی که روش طناب و قرقره مورداستفاده قرار می گیرد، سیستم و عملیات باید مطابق زیر انجام شود:

»  قرقره باید اساساً عاری از زنگ زدگی، روغن و گریس باشد و دارای قطری در حدود 6 تا 10 اینچ (150تا 250) میلی متر) باشد.

توجه 4- متصدی معمولاً باید یا یا دور طناب مورد استفاده قرار دهد و بستگی به پایان یافتن یا نیافتن طناب بالا (دور) یا پایین ( دور) قرقره دارد.  بطورکلی دانسیته و مورد قبول واقع شده که دور یا بیشتر بطور قابل ملاحظه ای از سقوط جلوگیری می کند و نباید در انجام آزمایش مورد استفاده قرار گیرد.  طناب قرقره باید در وضعیت نسبتاً خشک، تمیز و بدون ساییدگی نگهداری شود.

» برای هر ضربه چکش باید 30 اینچ (76/0 متر) بالا بردن و پایین انداختی توسط متصدی اعمال گردد.  عملیات کشیدن وانداختن طناب باید بطور موزون بدون در دست داشتن طناب در موقع اوج ضربت، اجرا شود.

نمونه گیر را به سطح آورده و باز کنید.  درصد بازیافت نمونه را یادداشت نمایید نمونه های خاک بازیافته را از نظر ترکیب، رنگ، چینه بندی، و وضعیت تشریح کنید.  سپس یک یا بیشتر بخش های معرف نمونه را بدون کوبیدن یا از شکل طبیعی انداختن هر چینه بندی ظاهری، داخل ظرف های (شیشه های دهان گشاد) رطوبت ناپذیر قابل درزگیری قراردهید. هر ظرف را درز بندی نمایید تا از تبخیر رطوبت خاک جلوگیری شود.  برچسب های دربردارنده عنوان کار، شماره گمانه، عمق نمونه وتعداد ضربه در هر افزایش 6 اینچ (15/0 متر) به ظروف پیوست نمایید.  نمونه ها را در مقابل تغییرات خیلی زیاد دما محافظت نمایید اگر تغییراتی در خاک داخل نمونه گیر وجود دارد، برای هر لایه ظرفی فراهم آورید و محل آنرا در لوله نمونه گیر یادداشت نمایید.

گزارش

اطلاعات حفاری باید در محل یادداشت  شود و باید شامل موارد زیر باشد :

<!--[if !supportLists]-->1-     نام ومحل کار،<!--[endif]-->

<!--[if !supportLists]-->2-     اسامی کارکنان،<!--[endif]-->

<!--[if !supportLists]-->3-     نوع وساخت ماشین حفاری،<!--[endif]-->

<!--[if !supportLists]-->4-     شرایط آب وهوایی،<!--[endif]-->

<!--[if !supportLists]-->5-     تاریخ و زمان شروع و پایان حفاری،<!--[endif]-->

<!--[if !supportLists]-->6-     شماره گمانه و محل (جا و مختصات، اگر موج ودو قابل اجراء باشد)<!--[endif]-->

<!--[if !supportLists]-->7-     ارتفاع سطح، در صورت موجود بودن،<!--[endif]-->

<!--[if !supportLists]-->8-     روش پیشروی و تمیز کردن گمانه،<!--[endif]-->

<!--[if !supportLists]-->9-     روش نگهداری گمانه غیر ریزشی،<!--[endif]-->

<!--[if !supportLists]-->10-  عمق سطح آب وعمق حفاری در زمان کاهش قابل توجهی در مایع حفاری، وزمان و تاریخ وقتیکه قرائت انجام می شود،<!--[endif]-->

<!--[if !supportLists]-->11-  محل تغییرات لایه های،<!--[endif]-->

<!--[if !supportLists]-->12-  اندازه لوله، عمق بخش لوله گذاری شده گمانه،<!--[endif]-->

<!--[if !supportLists]-->13- تجهیزات و روش پیشروی نمونه گیر،<!--[endif]-->

<!--[if !supportLists]-->14- نوع نمونه گیر و طول و قطر داخلی لوله (استفاده از مهره ها را یادداشت نمایید)<!--[endif]-->

<!--[if !supportLists]-->15- اندازه و طول بخش میله های نمونه گیری،<!--[endif]-->

<!--[if !supportLists]-->16- ملاحظات<!--[endif]-->

اطلاعات بدست آمده برای هر نمونه در محل باید یادداشت شود وباید شامل موارد زیر باشد.

<!--[if !supportLists]-->1-     عمق نمونه و اگر مورد استفاده قرار گرفته، شماره نمونه،<!--[endif]-->

<!--[if !supportLists]-->2-     تشریح خاک،<!--[endif]-->

<!--[if !supportLists]-->3-     تغییرات لایه ها در داخل نمونه،<!--[endif]-->

<!--[if !supportLists]-->4-     نفوذ نمونه گیر و طول های بازیافت،<!--[endif]-->

<!--[if !supportLists]-->5-     تعداد ضربات در هر افزایش 6 اینچ (15/0 متر) یا جزیی از 6 اینچ<!--[endif]-->

دقت وانحراف

<!--[if !supportLists]-->1-     دقت-تخمین معتبری از دقت آزمایش تعین نشده است زیرا ترتیب دادن آزمایشهای داخل آزمایشگاهی (محلی) خیلی گران است.  کمیتـه فرعی02-18D  از پیشنهادات مربوط به تعمیم دقت معتبر استقبال میکند. <!--[endif]-->

<!--[if !supportLists]-->2-     انحراف- نظر به اینکه مصالح معرف برای این روش آزمایش وجود ندارد،نمی تواند هیچ اظهارانحرافی صورت پذیرد. <!--[endif]-->

<!--[if !supportLists]-->3-     هنگام استفاده از دستگاه آزمایش نفوذ و مته های متفاوت برای گمانه های مجاور در همان تشکیلات خاک اختلافات100% یا بیشتر درمقادیرN مشاهده شده است. نظریه حاضر بر پایه تجربه محلی نشان می دهد که هنگام استفاده از همان دستگاه و مته در همان خاک مقادیرN  ممکن است با ضریب تغییراتی در حدود 10% تجدید شود. <!--[endif]-->

<!--[if !supportLists]-->4-     استفاده از ابزار معیوب، مانند سندان آسیب دیده یا بسیار سنگین، قرقره زنگ زده، قرقره با سرعت کم، طناب روغنی، کهنه، یا بافه های روغنکاری شده بطور ناقص یا فشرده می تواند نسبت به اختلافات در مقادیرN بدست آمده بین سیستم های دستگاه حفاری عمل کنندهسهیم باشد. <!--[endif]-->

<!--[if !supportLists]-->5-     اختلاف بوجود آمده در مقادیر N با دستگاههای حفاری و متصدی های مختلف، با اندازه گرفتن آن قسمت از انرژی چکش انتقال یافته به میله های حفاری از نمونه گیر و تطبیق کردن N بر پایه مقایسه انرژی ها، می تواند کاهش یابد.  روشی برای اندازه گیری انرژی و تطبیق مقدار N  درروش آزمایش D4633 ارایه شده است. <!--[endif]-->

محافظت از پی، منشاء، پیشرفت و توسعه آن

در سال های اخیر، محافظت از پی به شکل فزاینده ای، تبدیل به یک تکنیک طراحی کاربردی در سازه ساختمان ها و پل ها در مناطقی که در معرض زلزله قرار دارند، گشته است.  انواع گوناگونی از سازه ها با استفاده از این شیوه ساخته شده اند و بسیاری دیگر نیز در فاز طراحی قرار داشته و یا در حال ساخت هستند.  اغلب ساختمان های تکمیل شده و آنهایی که در حال ساخت هستند، به شکلی از اسباب حفاظتی لاستیکی در سیستم های خود بهره می برند.

تفکر نهفته در پی مفهوم محافظت از پی، بسیار ساده است.  دو دسته سیستم حفاظتی وجود دارند.  سیستمی که در سال های اخیر به شکل گسترده ای مورد استفاده قرار گرفته است دارای این مشخصه است که در آن از اسباب الاستومری استفاده شده است، الاستومری که از لاستیک طبیعی و یا نیوپرن ساخته شده است.  در این شیوه، ساختمان و یا سازه از مولفه های افقی زمین لرزه با استفاده از یک لایه واسط، که دارای سختی افقی پایینی است و در بین سازه و پی قرار دارد، جدا می گردد. این لایه برای سازه یک بسامد بنیادی ایجاد می کند که از بسامد پی پایین تر است و همچنین به مراتب از بسامد حاکم بر حرکت زمین نیز کمتر است.  نخستین لرزه های ایستای اعمال شده به سازه جداسازی شده، تنها باعث دگردیسی سیستم جداسازی می گردند و سازه ای که بر روی پی بنا گردیده است، از هر حیث محکم و استوار خواهد ماند. لرزه های دارای قدرت بیشتر که باعث دگردیسی سازه می گردند، بر زاویه های موجود در وضعیت قبل و در نتیجه بر حرکت زمین، عمود هستند. این لرزه های قوی تر بر حرکت کلی ساختمان تأثیر گذار نیستند، چرا که اگر انرژی بالایی در این بسامد های بالا در حرکت زمین وجود دارد، این انرژی به سازه منتقل نمی گردد. سیستم محافظت از پی، انرژی موجود در زمین لرزه را جذب نمی کند ؛ بلکه آن را با استفاده از مکانیک حرکتی سیستم، منحرف می نماید. این نوع محافظت از پی، تنها زمانی که سیستم خطی است موثر واقع می گردد ؛ با این وجود، کاهش میزان لرزه به کاهش تشدیدهای احتمالی بوجود آمده در بسامد حفاظتی کمک خواهد کرد.

شکل دوم سیستم های حفاظتی، دارای این مشخصه هستند که در آن از سیستم لغزش بهره برده شده است.  این امر با استفاده از محدود کردن انتقال لرزه هایی که در امتداد سیستم حفاظتی قرار دارند، محقق می گردد.  تعداد بسیاری سیستم لغزشی تاکنون پیشنهاد گردیده اند و برخی از آنها نیز مورد استفاده قرار گرفته اند. در چین، حداقل سه بنا وجود دارند که در آنها از سیستم لغزشی ای استفاده می گردد که در آن، از یک شن ویژه در داخل سیستم استفاده می گردد.  یک سیستم حفاظتی که مبتنی بر یک صفحه از جنس سرب-برنز است که بر روی فولاد ضد زنگ در مجاورت یک لایه الاستومتریک می لغزد، برای ساخت یک نیروگاه هسته ای در آفریقای جنوبی مورد استفاده قرار گرفته است.  سیستم آونگ اصطکاک، یک سیستم لغزشی است که در آن از مواد واسط ویژه ای استفاده گشته است که بر روی فولاد ضد زنگ می لغزند و برای ساخت پروژه های متعددی در آمریکا، هم پروژه های جدید و هم پروژه های بازسازی، مورد استفاده قرار گرفته اند.

تحقیقات در EERC

تحقیقات بر روی توسعه اسباب مبتنی بر لاستیک طبیعی برای سیستم های حفاظتی مورد استفاده در ساختمان ها برای مقابله با زمین لرزه، در سال 1976 در مرکز تحقیقات مهندسی زلزله ( EERC )، که اکنون به PEER  یعنی مرکز تحقیقات مهندسی پاسیفیک مشهور است، در دانشگاه کالیفورنیا در برکلی آغاز گردید. برنامه تحقیقاتی اولیه، ثمره تلاش مشترکی از EERC  و اتحادیه تحقیقاتی تولید کنندگان لاستیک مالزی ( MRPRA  ) بود.  این برنامه توسط MRPRA  و از طریق اعطا تعدادی کمک هزینه در خلال چندین سال تحقیق، پشتیبانی مالی گردید که بعدها توسط بنیاد ملی علوم و موسسه تحقیقات برق قدرت نیز، حمایت مالی شد.  استاد James M.  Kelly  این تحقیقات را که با کمک های عملی و نظری فراوان دانشجویان کارشناسی ارشد و دکترا همراه بود، در EERC  رهبری نمود.

اگر چه این ایده در دوران خودش ایده کاملا بدیعی نبود – چرا که پیش از آن، شیوه های مبتنی بر نورد و یا لغزنده ها پیشنهاد شده بودند – و لیکن مفهوم محافظت از پی، توسط بسیاری از صاحبنظران مهندسی سازه، غیر عملی ارزیابی شده بود.  این پروژه تحقیقاتی، با استفاده از مقداری اسباب آلات دست ساز از جنس لاستیک که در یک مدل 20 تنی، تک منظوره و سه طبقه مورد استفاده قرار گرفته بود، آغاز گردید.  آزمایش های لرزه نگاری حاکی از آن بودند که اسباب آلات حفاظتی، در مقایسه با طراحی های مرسوم، با ضریبی در حدود ده برابر منجر به کاهش لرزه می گشتند و همانگونه که انتظار می رفت، مدل دارای ثبات بالایی بود و تمام دگردیسی صورت پذیرفته در مدل، در سیستم حفاظتی آن متمرکز می گشت.  آشکار بود که سیستم تا حدودی، نیاز به کاهش میزان لرزه داشت و مقیاس مدل هم برای این که امکان استفاده عملی از ترکیبات لاستیک فراهم شود، بسیار کوچک می نمود.

در سال 1978، نمود متقاعد کننده ای از مفهوم حفاظت با استفاده از یک مدل واقع گرایانه چند منظوره و پنج طبقه که دارای وزنی بالغ بر 40 تن بود و با استفاده از اسباب کاهنده ای که بر اساس تکنیک های تجاری ساخته شده بود، ارایه گردید.  توجه اصلی در خلال این تحقیقات که در EERC  انجام پذیرفت، بر روی تأثیر این تکنیک بر روی واکنش تجهیزات و سازه بود که اغلب زمانی که از شیوه های مرسوم در طراحی های مقاوم در برابر زمین لرزه استفاده می شود، متحمل بیشترین میزان تخریب می گردند و در اکثر غریب به اتفاق ساختمان ها، دارای ارزش بیشتری حتی در مقایسه با خود سازه هم هستند. یک سری آزمایش های جامع بر روی اسکلت 5  طبقه، نشانگر این بود که حفاظت با استفاده از اسباب لاستیکی می تواند منجر به کاهش قابل توجه لرزه هایی گردد که بر روی تجهیزات داخلی تأثیر گذار است و میزان این کاهش حاصله، از کاهشی که سازه موجب آن می گردد نیز، بیشتر است. با این وجود، همین آزمایش ها حاکی از این بودند که زمانی که عوامل اضافی ( از قبیل ابزار جاذب انرژی از جنس فولاد، سیستم های اصطکاکی و یا اتصالات سربی ) به منظور کاهش میزان لرزه به سیستم حفاظتی اضافه گردیدند، کاهشی در لرزه منتقل شده به تجهیزات مشاهده نگردید؛ چراکه عوامل اضافه شده در لرزه های شدید، واکنشی را به سازه القاء می کردند که بر روی تجهیزات تأثیرگذار بود. آشکار گردید که شیوه بهینه کاهش لرزه این است که تغییرات لازم، در ترکیب لاستیک ایجاد گردد. این شیوه، بعدها به ترکیبی که توسط MRPRA  تولید گشت، اعمال گردید و پس از آن از این ترکیب در نخستین ساختمانی در آمریکا که در آن از سیستم محافظت از پی استفاده شده بود و در زیر بدان اشاره شده است، مورد استفاده واقع گشت.

تولید اسباب لاستیکی نسبتا آسان است ؛ این اسباب آلات قسمت های متحرک ندارند، گذر زمان بر روی آنها تأثیر گذار نیست و نسبت به تغییرات محیطی بسیار مقاومند.

آزمایش های صورت گرفته بر روی اسباب آلات مورد استفاده در ساختمان نمایشگاه مالزی.

این اسباب با استفاده از جوش برقی صفحات لاستیک به صفحات تقویت کننده نازکی از جنس فولاد، ایجاد می گردند.  از آنجا که این اسباب در جهت عمودی دارای پایداری و استحکام بالا و در جهت افقی دارای انعطاف پذیری بالا هستند، در شرایط زمین لرزه این لایه ساختمان را از مولفه های افقی حرکت زمین جدا می سازد، در حالی که مولفه های عمودی تقریبا به شکل دست نخورده ای به سازه منتقل می شوند. اگرچه حرکات عمودی بر اغلب ساختمان ها تأثیری نمی گذارند، این اسباب حتی مانع از وارد شدن لرزه های عمودی ناخواسته ناشی از فرکانس های بالا، که توسط مترو و رفت و آمد خودروها ایجاد می گردد، به ساختمان می شود. این اسباب لاستیکی برای ساختمان های مستحکمی که دارای هفت طبقه و یا کمتر هستند، مناسب است. برای این نوع از ساختمان ها، جابجا شدن این اسباب لاستیکی رخ نخواهد داد و وزش باد نیز بی اثر خواهد بود.

کاربرد های این شیوه در ایالات متحده            

نخستین ساختمانی در ایالات متحده که در آن از این شیوه استفاده گردید، مرکز حقوقی و قضایی انجمن های فوتهیل است که مرکزی است که در بخش سن برناردینو و در شهر رانچو کوکامونگا واقع شده است و یک مرکز ارائه خدمات حقوقی است که دارای ارزشی بالغ بر 30  میلیون دلار است و در 97 کیلومتری ( 60 مایلی ) شرق مرکز لس آنجلس قرار دارد. این ساختمان که در سال 1985 کامل گشت، دارای چهار طبقه، یک زیرزمین سراسری و یک شبه-زیرزمین برای سیستم حفاظتی است که مشتمل بر 98 جداساز چندین لایه از جنس لاستیک طبیعی است که با صفحات فولادی تقویت شده اند.  ابر-سازه این ساختمان، دارای اسکلتی فولادی است که در آن، اغلب اتصالات با بست تحکیم شده اند.

مرکز حقوقی و قضایی انجمن های فوتهیل

این ساختمان در 20 کیلومتری ( 12 مایلی ) گسل سن آندریاس واقع گردیده است.  بخش سن برناردینو، که نخستین بخشی از ایالات متحده است که دارای یک برنامه جامع آمادگی در برابر زمین لرزه است، تقاضا نموده است که این ساختمان طوری طراحی گردد که توانایی تحمل 3.  8  ریشتر زلزله را داشته باشد، که این میزان بیشترین میزان لرزه محتمل برای آن منطقه است. طرح برگزیده برای سیستم حفاظتی، که در آن بیشترین میزان پیچش نیز لحاظ شده بود، بیشترین تغییر مکان افقی را برای جداساز های نصب شده در چهار گوشه ساختمان 380  میلی متر ( 15 اینچ ) در نظر گرفته بود. آزمایش انجام گرفته بر روی ابزارآلات نمونه که دارای مقیاس های واقعی بودند موید این ظرفیت بودند.

لاستیک های طبیعی فشرده که از آنها در ساخت جداساز ها استفاده شده است و در برنامه تحقیقاتی EERC  بر روی آنها بررسی های جامعی صورت گرفته است، دارای خصوصیات مکانیکی هستند که آنها را برای سیستم محافظت از پی، ایده آل ساخته است.  بیشترین میزان سختی این لاستیک تحت فشار های پایین، بالا است ولی این متغیر با افزایش میزان فشار، با ضریبی در حدود چهار و یا پنج برابر کاهش می یابد تا در نهایت در فشاری در حدود 50 درصد، به حداقل مقدار می رسد. تحت فشارهای بیشتر از 100 درصد، میزان سختی مجددا رو به کاهش می گذارد تا در نهایت تحت فشار بسیار بالا، از لحاظ کارکرد با شکست مواجه می گردد.  میزان کاهش لرزه نیز از همین الگو پیروی می کند؛ ولی میزان کاهش کارآیی آن دارای روند بطیع تری است، یعنی در ابتدا از مقدار اولیه 20 درصد شروع شده و روندی نزولی را طی می نماید تا به کمترین مقدار خود یعنی 10 درصد می رسد و پس از آن رو به افزایش می گذارد.  در طراحی این سیستم چنین فرض می شود که کمینه مقداری برای سختی و کاهش لرزه وجود دارند و فرایند واکنش سیستم دارای رفتاری خطی است.  بیشینه میزان اولیه سختی، تنها برای طراحی ای که در آن فشار باد در نظر گرفته شده است و واکنش بیشینه فشار، تنها برای زمانی که که کارکرد با شکست مواجه شده است لحاظ می شوند.

سیستم لاستیکی کاهنده لرزه، همچنین در ساختمان کنترل و فرماندهی اداره آتش نشانی بخش لس آنجلس که در سال 1990 تکمیل گردید، مورد استفاده قرار گرفته است.  (شکل یکسانی از اسباب لاستیکی کاهش دهنده لرزه برای شرکت تلفن ایتالیا، S. I. P در آنکونا در کشور ایتالیا مورد استفاده قرار گرفته است، که نخستین بنایی در اروپا است که در آن از سیستم محافظت از پی استفاده شده است. ) ساختمان FCCF جایگاه سیستم های رایانه ای است که برای خدمات اضطراری بخش بکار می روند و از این رو، باید حتی پس از یک رخداد غیرمنتظره نیز قادر به برآورده کردن توقعاتی که از آنها می رود، باشند.

ساختمان کنترل و فرماندهی اداره آتش نشانی

تصمیم به استفاده از سیستم محافظت از پی از آنجا آغاز گردید که، مقایسه ای مابین طرح های مرسوم برای حفاظت از ساختمان و سیستم محافظت از پی انجام گرفت.  در برخی پروژه ها، طرح سیستم های حفاظتی پنج درصد هزینه برتر بود.  نه تنها در این مورد طرح محافظت از پی شش درصد ارزان تر تخمین زده شد، بلکه برای تمام بناهای دیگری که نیازمند همین مقدار حفاظت در برابر لرزه هستند نیز، هزینه ها پایین تر هستند.  علاوه بر این؛ این هزینه ها، هزینه های اولیه هستند.  هزینه های نگهداری این سیستم، آنرا مطلوب تر نیز می نمایند.  شایان توجه است که،  طراحی های مرسوم تنها دربرگیرنده کمینه میزان حفاظت هستند، یعنی تا آن میزان که سازه ویران نگردد؛ در حالی که طرح سیستم محافظت از پی میزان حفاظت بیشتری را برای سازه در نظر می گیرد.

بیمارستان آموزشی دانشگاه کالیفورنیای جنوبی در شرق لس آنجلس، دارای یک اسکلت فولادی هشت طبقه است که با بست نیز تقویت شده و توسط 68  جداساز لاستیک-سرب و 81  جداساز الاستومری تحکیم گشته است.  این بنا به محض تکمیل شدن در سال 1991، توسط برنامه ابزار دقیق کالیفرنیا برای بررسی حرکات شدید، مورد کنکاش قرار گرفت.  سیستم پی، متشکل از پایه های گسترده و تیرهایی است که در عمق سنگ ها جای گرفته اند.  برای برآورده کردن انتظارات کارکردی، ارزیابی های بعمل آمده از بنا مقید به روال خاصی نبود و طرح ساختمان نیز، در ارتفاع دارای قدری عقب نشینی بود.  دو جناح واقع در دو سمت بنا، با چیزی که از آن به گردن بنا تعبیر می شود، به یکدیگر متصل می گردند و در طراحی اولیه ساختمان که در آن از سیستم حفاظتی استفاده نشده بود، پیکره بندی نامنظم بنا منجر به بهم پیوستن لرزه های جانبی و پیچشی می گشت و نیروی بسیار شدیدی به ناحیه ظریف مابین این دو جناح وارد می شد. ( حتی در سیستم محافظت از پی، نیاز به چوب بست های فولادی داریم تا متحمل فشار وارده به منطقه گردن بنا باشند.  ). مسایل مطروحه، دلایل عمده ای بودند که منتهی به انتخاب سیستم محافظت از پی برای مقاوم سازی بنا در برابر لرزه، برای این سازه گردیدند.

بیمارستان آموزشی دانشگاه کالیفورنیای جنوبی

بیمارستان آموزشی دانشگاه کالیفورنیای جنوبی ( USC) در 36  کیلومتری ( 23 مایلی ) مرکز زمین لرزه نرث ریج که در تاریخ  6 / 8 / 1994  به وقوع پیوست، قرار دارد.  بیشترین میزان لرزه در خارج بنا 49.  0 g  بود و این میزان در داخل بنا در حدود 10.  0 الی 13.  0 g  بود. در این زمین لرزه، این سازه به شکل موثری از حرکات زمین که دارای قدرت کافی برای تخریب شدید سایر ساختمان ها در این مرکز پزشکی بود، در امان بود.  مدارک بدست آمده از بیمارستان USC  از آنرو که بیانگر نتایج شدیدترین آزمایشی هستند که تا به امروز بر روی بناهای دارای سیستم محافظت از پی انجام گرفته اند، بسیار امیدوار کننده هستند.

کاربردهای هسته ای

در سیستم حفاظتی مرسوم بکار رفته در نیروگاه های هسته ای، با مسایل طراحی های زمانبر و پرهزینه، ارزیابی تجهیزات و لوله کشی ها و تمهیدات در برگیرنده میزان لرزه ای که بنا با آن روبروست، برخورد ساده انگارانه ای می گردد.  علاوه بر این، زمانی که برای مثال بعلت کشف یک گسل، حساسیت ها بر روی شاخص های دربرگیرنده تحمل بنا در برابر لرزه افزایش می یابند، نیازی به طراحی مجدد بنا وجود ندارد؛ بهبود بخشیدن سیستم حفاظتی کفایت خواهد کرد.   

در برنامه تجربی صورت پذیرفته در EERC، اسباب بکار رفته در سیستم حفاظتی دو نوع از رآکتورهای فلز مایع طراحی، تولید و آزمایش شدند.  در نخستین رآکتور که به PRISM  مشهور است، از ابزارآلات حفاظتی دارای اشکال خاص استفاده می گردد که تنها برای ایجاد استحکام در راستای افقی، کاربرد دارند.  در رآکتور دیگر که به SAFR  معروف است، رآکتور با ابزارآلاتی حفاظت می گردد که در هر دو راستای افقی و عمودی، استحکام بنا را افزایش می دهند.  نتایج این مجموعه از آزمایش ها، باعث توسعه محدوده انواع جداساز ها گردید و درک بهتری از خصوصیات آنها را نیز فراهم آورد.  

سیستم محفاظت از پی در ژاپن 

پس از یک آغاز آهسته، تحقیق و توسعه صورت گرفته در ژاپن بر روی این مساله، روند فزاینده ای داشت.  نخستین بنایی که در آن از این سیستم استفاده شده بود، در سال 1986  تکمیل گردید.  با وجود اینکه بنا به قانون مصوب 30 ژوین 1998، ساخت چنین بناهایی در ژاپن نیاز به مجوز از سوی وزارت ساخت دارد، تا کنون 550 ساختمان این مجوز را دریافت نموده اند.

این سیستم در ژاپن به دلایل متعددی رشد فزاینده ای داشته است.  هزینه تحقیق و توسعه در بخش مهندسی بسیار بالا است و حجم زیادی از این هزینه ها به حفاظت پی اختصاص می یابد ؛ شرکت های ساختمانی بزرگ به شکل جدی این فناوری را مورد بررسی قرار داده اند و بازاریابی این سیستم را نیز انجام داده اند؛ فرایند دریافت مجوز برای ساخت یک بنای مبتنی بر این سیستم، یک فرایند استاندارد و سرراست است؛ طبیعت لرزه خیز این کشور، ژاپنی ها را بر آن داشته است که در تصمیم گیری های خود برای طراحی سیستم های حفاظتی در برابر لرزه، منافع بلندمدت طرح ها را در نظر بگیرند و در این راستا به امنیت بلندمدت این سیستم و هزینه های پایین نگهداری آن، توجه خاصی معطوف نمایند.

سیستمی که در گذشته از آن استفاده فراوانی می شد، شامل اسبابی از جنس لاستیک طبیعی بود که دارای کاهش دهنده های مکانیکی و یا ابزاری از جنس لاستیک-سرب بود.  اخیراً، از جداساز هایی استفاده می گردد که از جنس لاستیک طبیعی هستند و قابلیت کاهش بالای لرزه را دارند.  ساختمان های بسیار دیگری وجود دارند که در آنها از این اسباب کاهش دهنده لرزه استفاده شده است: یک نمونه برجسته، مرکز رایانه شرکت برق قدرت توهوکو است که در شهر سندای از استان میاکو واقع گردیده است.

شرکت برق قدرت توهوکو، ژاپن

بزرگترین ساختمانی در جهان که در آن از این سیستم استفاده شده است، مرکز رایانه اداره پست غرب ژاپن است که در شهر ساندا و در بخش کوبه پریفکچر واقع گشته است.  این سازه شش طبقه، که دارای 47000 متر مربع ( 500000  فوت مربع ) است، با استفاده از 120 جداساز الاستومتری و تعدادی کاهنده اضافی از جنس سرب و فولاد، مستحکم سازی شده است.  این بنا، که دارای نرخ حفاظتی 9.  3 ثانیه است، حدوداً در فاصله 30 کیلومتری ( 19 مایلی ) مرکز زمین لرزه به تاریخ  1995 در هیوگوکن نانبو ( کوبه ) قرار دارد و لرزه های بسیار شدیدی را شاهد بوده است.  بیشینه میزان لرزه در زیر جداساز ها 400  cm / sec   square ( 0. 41 g )  بود ؛ ولی سیستم حفاظتی این میزان را به 127  cm / sec   square  در طبقه ششم، کاهش داد.  تخمین بعمل آمده در مورد جابجایی جداساز ها در حدود 12  سانتی متر ( 8.  4 اینچ ) بوده است.  ساختمان مجاور همین بنا که در آن از این سیستم استفاده نشده بود، دچار تخریب گردید؛ ولی این ساختمان از گزند هرگونه تخریبی در امان ماند.

استفاده از این سیستم در ژاپن، خصوصاً پس از زمین لرزه کوبه، روند رو به افزایشی دارد.  در پس کارآیی فوق العاده مرکز رایانه اداره پست غرب ژاپن، شمار مجوزهای صادره برای ساختمان هایی که در آنها از این سیستم استفاده می گردد، برای نمونه آپارتمان ها و مجتمع های مسکونی، افزایش چشمگیری داشته است.

خلاصه      

آزمایش های مداوم، کارآیی جداساز ها را در کاهش مشکلات پایداری بنا، تخریب، خرابی جداساز ها و یا واکنش های غیر منتظره بنا در برابر لرزه و انحراف کاهنده های مکانیکی، بهبود بخشیده است.  علاوه بر این، مشکلات موجود در برابر تولید جداساز های بزرگ نیز، مرتفع گشته است.  امروزه این امکان وجود دارد که ابزاری با قطری به بزرگی 60 اینچ ( 5.  1  متر )، ساخته شود. 70  عدد از ابزارآلات تولید شده از جنس لاستیک طبیعی که برای مرکز آسیب شناسی M. L.  King / C. R.   در ویلوبروک از بخش های کالیفرنیا ساخته شدند، در زمان تولیدشان بزرگترین ابزارآلات حفاظتی ای بودند که در ایالات متحده ساخته شدند.  این جداسازها دارای قطری برابر 0.  1 متر ( 40 اینچ ) هستند.  ترکیب اندازه بزرگ این ابزار با خواص لاستیک، منتهی به ساخت سیستم های حفاظتی بسیار قابل اطمینانی می گردد.

سیستم های حفاظتی در برابر زمین لرزه، دارای کاربردهای داخلی متعددی هستند.  شهرداری اکلند در پی زمین لرزه لوما پریتا در سال 1989 در کالیفورنیا، با 110 جداساز بزرگ بازسازی گردید.  یک پناهگاه عمومی در برکلی در حال ساخت است و در آن از این جداساز ها استفاده خواهد گردید.  ساختمان مرکز اجتماعی مارتین لوتر کینگ در برکلی، مانند بنای یادبود هرست در دانشگاه کالیفورنیا در برکلی، با استفاده از این سیستم حفاظتی بازسازی خواهد گردید.  معماری و اسباب داخلی بنای Classic Beaux Arts  در فرایند بازسازی  بدون تغییر باقی خواهند ماند؛ در حالی که میزان مقاومت این بنا در برابر زمین لرزه به شکل قابل توجهی بهبود می یابد.

تا امروز، 45 بنا در ایالات متحده، برای ساخت و یا بازسازی، بر اساس این سیستم حفاظتی طراحی شده اند، در حال ساخت هستند و یا ساخت آنها پایان یافته است.  استفاده از این سیستم در ایالات متحده، در حال حاظر در سازه هایی است که دربرگیرنده محتویات پرارزش و یا گران قیمتی هستند؛ ولیکن تمایل شدیدی به استفاده از این فناوری در ساخت و سازهای مسکونی، مدارس و بیمارستان ها، خصوصاً در کشور های در حال توسعه که در معرض تخریب های فراوانی بر اثر زمین لرزه قرار دارند و این تخریب ها می توانند دارای خساراتی در حدود کسری از تولید ناخالص ملی باشند، وجود دارد.  تشریک مساعی صورت پذیرفته مابین EERC  و MRPRA  منتهی به تلاش مشترکی گردید که از طرف سازمان توسعه صنعتی سازمان ملل متحد ( UNIDO) پشتیبانی می شد و باعث ایجاد سیستم های حفاظتی ارزان قیمتی گردید. در این راستا، پروژه های متعددی در اندونزی، جمهوری خلق چین و ارمنستان در حال انجام هستند.  برنامه تحقیقاتی EERC، که در بدو امر توسط MRPRA  حمایت می گردید، وسیله ای گردید تا شیوه حفاظت پی در طراحی های مقاوم در برابر زمین لرزه، به واقعیت تبدیل شود.

مقاله کامل در مورد پی سازی

کلیات
 قبل از اقدام به پی سازی ساختمان باید اطمینان حاصل گردد که در طرح و محاسبات نکات زیر رعایت شده باشد :
 الف – نشست زمین بر اثر تغییر سطح ایستایی
 ب – نشست زمین ناشی از حرکت ولغزش کلی در زمینهای ناپایدار

 پ – نشست ناشی از ناپایداری زمین بر اثر گود برداری خاکهای مجاور و حفر چاه.  

 ت – نشست ناشی از ارتعاشات احتمالی که از تاسیسات خود ساختمان با ابنیه مجاور آن ممکن است ایجاد شود.  

 تعیین تاب فشاری زمین :

 برای روشن کردن  وضع زمین در عمق، باید چاه های آزمایشی ایجاد گردد این چاهها باید به عمق لازم و به تعداد کافی احداث گردد و تغییرات نوع خاک طبقات مختلف زمین بلافاصله مورد مطالعه قرار گیرد و نمونه های کافی جهت بررسی دقیق به آزمایشگاه فرستاده شود.  برای بررسی و تعیین تاب فشاری زمین در مورد خاکهای چسبنده نمونه های دست نخورده جهت آزمایشگاه لازم تهیه می گردد و برای خاکهای غیر چسبنده آزمایشهای تعیین دانه بندی و تعیین وزن مخصوص خاک و آزمایش بوسیله دستگاه ضربه دار در مح لانجام می گیرد در حین گمانه زنی باید تعیین کرد که آیا زمین محل ساختمان خاک دستی است یا طبیعی و تشخیص این امر حین عملیات خاکبرداری با مشاهده مواد متشکله جدا محل خاکبرداری و وجود سوراخها ومواد خارجی ( نظیر آجر، چوب، زباله و غیره ) مشخص می شود.   به منظور تعیین تاب مجاز زمین می توان از تجربیات محلی مشروط بر آن که کافی بوده باشد استفاده کرد.  ابعاد پی ساختمانهای ساخته شده قرینه ای برای تعیین تاب مجاز زمین خواهد بود.   هنگامی که نتایج  تجربی در دسترس نباشد و از طرف تعیین تاب مجاز زمین با توجه به اهمیت ساختمان مورد نیاز نباشد، می توان تاب مجاز را با تعیین نوع خاک توسط متخصص با استفاده از جدول شماره 2-19 ایران تعیین نمود.   قراردادن پی ساختمان روی خاکریزهایی که دارای  مقدار قابل توجهی مواد رسی بوده ویا به خوبی متراکم نشده باشد صحیح نبوده و باید از آن خود داری کرد در صورتی که پی سازی در این نوع زمین به عللی اجباری باشد، باید نوع و جنس زمین مورد مطالعه و آزمایش قرار گرفته و سپس نسبت به پی سازی متناسب با این نوع زمین اقدام گردد.  

 لغزش زمین :

از  احداث ساختمان روی شیبهای ناپایدار و همچنین زمینهای که دارای لغزش کلی می باشند باید خود داری نمود، زیرا جلوگیری از لغزش این نوع زمینها تقریبا غیر ممکن است و این گونه زمینها غالبا با مطالعات زمین شناسی قابل تشخیص می باشند.  

 چنانچه احداث ساختمان در اینگونه زمینه ضرورت داشته باشد باید تدابیری لازم پیش بینی شود تا حرکات لفزشی زمین موجب بروز خرابی در ساختمان نگردد.  

بتن و بتن آرمه

مصالح

 سیمان

 سیمان پرتلند مورد مصرف در بتن باید مطابق ویژگیهای استانداردهای زیر باشد :

 الف – سیمان پرتلند، قسمت دوم تعیین و یژگیها، شماره 389 ایران.  

  ب – سیمان پرتلند، قسمت دوم تعیین نرمی، شماره 390 ایران.  

پ – سیمان پرتلند قسمت سوم تعیین انبساط، شماره 391 ایران.  

ت – سیمان پرتلند، قسمت چهارم تعیین زمان گیرش، شماره 392 ایران.  

 ث – سیمان پرتلند، قسمت پنجم تعیین تاب فشاری و تاب خمشی شماره 393 ایران.  

ج سیمان پرتلند،قسمت سوم تعیین ییدارتاسیون، شماره 394 ایران

سیمان مصرفی باید فاسد نبوده ودرکیسه های سالم  و یا  قمرنهای مخصوص سیمان تحویل و در سیلو  و یا محلی محفوظ از بارندگی و رطوبت نگهداری شود.  سیمانی که بواسطه عدم دقت در نگهداری و یا هر علت دیگر فاسد شده باشد باید فورا از محوطه کارگاه خارج شود.   مدت سفت شدن سیمان پرتلند خالص در شرایط متعارف جوی باید از 45 دقیقه زودتر و سفت شدن نهایی آن از 12 ساعت دیرتر نباشد  در انبار کردن کیسه های سیمان  باید مراقبت شود که کیسه های سیمان طبقات  تحتانی تحت فشار زیاد کیسه هایی که روی آن قرار گرفته است واقع نشود در نقاط خشک قرار دادن کیسه ها روی یک دیگر نباید از رده ردیف و در نقاط مرطوب حداکثر از 4 ردیف بیشتر باشد.  محل نگهداری سیمان باید کاملاً خشک باشد تا رطوبت به آن نفوذ ننماید.  

شن و ماسه

شن و ماسه  باید از سنگهای سخت مانند گرانیت، سیلیس و غیره، باشد.  بکار بردن ماسه های شیستی یا آهکی سست ممنوع است.  ویژگیهای شن و ماسه مصرفی باید مطابق با استاندارد های زیر باشد :

 الف – استاندارد شن برای بتن وبتن مسلح شماره 302 ایران.  

ب – استاندارد مصالح سنگی ریز دانه برای بتن و بتن مسلح شماره 300 ایران.  

 مصالح سنگی بتن را می توان از شن وماسه طبیعی و رود خانه ای تهیه نمود.  به جز موارد زیر که در آن صورت باید مصالح شکسته مصرف گردد :

در مواردی که بکار بردن مصالح شکسته طبق نقشه و مشخصات و یا دستور دستگاه نظارت خواسته شده باشد.  

 هر گاه مصالح طبیعی و یا رودخانه ای طبق مشخصات نبود ه و یا مقاومت مورد نیاز را دارد.  

 در صورتی که بتن از نوع مارک 350 و یا بالاتر باشد.  

چنانچه مخلوط دانه بندی شده با ویژگیهای استاندارد مطابقت نکند ولی بتن ساخته شده با آن دارای مشخصات مورد لزوم از قبیل تاب، وزن مخصوص و غیره باشد، دستگاه نظارت می تواند با مصرف بتن مزبور موافقت نماید.  

 شن و ماسه  باید تمیز بوده ودانه های آن پهن و نازک و یا دراز نباشد.  مقامت سنگهایی که باری تهیه شن وماسه شکسته  مورد استفاده قرار می گیرند نباید دارای مقاومت فشار کمتر از 300  کیلوگرم بر سانیتمتر مربع باشد.  

 دانه بندی ماسه باید طبق اصول فنی باشد. ماسه ای که برای کارهای بتن مسلح بکار می روند نود وپنج درصد آن باید از الک 76/4 میلیمتر عبور کند و تمام دانه های ماسه باید از سرندی که قطر سوراخهای آن 5/9 میلیمتر است عبور نماید.  دانه بندی ماسه برای بتن و بتن مسلح باید طبق جدول (4 -1-2  الف ) باشد.  

جدول شماره ( 4-1-2 – الف )

اندازه الکهای استاندارد	درصد رد شده از الکهای استاندارد
9500 میگرن 4760 میگرن 2380 میگرن 1190 میگرن 595 میگرن 297 میگرن 149 میگرن	100 95 تا 100 80 تا 100 50 تا 85  25 تا 60 10 تا 30 2تا 10

 باقیمانده مصالح بین هر دو الک متوالی  جدول فوق نباید بیش از 45 درصد وزن کل نمونه باشد.  

حداکثر لای و ذرات ریز در ماسه نباید از مقادیر زیر تجاوز نماید :

 الف – در ماسه طبیعی و یا ماسه بدست آمده از شن طبیعی                    3% حجم

ب – در ماسه تهیه شده از سنگ شکسته                                  10% حجم

برای کنترل ارقام فوق باید آزمایش زیر در محل انجام گیرد :

 در یک استوانه شیشه ای مدرج به گنجایش 200 سانتیمتر مکعب مقدار 100 سانتیمتر مکعب ماسه ریخته و سپس آب تمیز به آن اضافه کنید تا مجموع حجم 150 سانتیمتر مکعب برسد، بعد آنرا بشدت تکان داده و برای سه ساعت  به حال خود باقی گذارید.  پس از سه ساعت ارتفاع ذرات ریز که بر روی ماسه ته نشین شده و بخوبی از آن  متمایز است از روی درجات خوانده می شود و برحسب درصد ارتفاع ماسه در استوانه محاسبه می گردد درصد رس و لای ذرات ریز که بدین ترتیب بدست می آید نباید از مقادیر مشخص شده در بالا تجاوز نماید.  

 مصرف شن و ماسه ای که از خرد کردن سنگهای مرغوب و سخت در کارخانه بدست می آید  مشروط بر آنکه ابعاد دانه های  آنها در جدول دانه بندی فوق قرار گرفته باشند، نسبت به شن و ماسه طبیعی ارجحیت دارد.  

 شن وماسه بصورت حجمی و یا وزنی با پیمانه ها ویا ترازوهایی که بدین منظور تهیه شده اند اندازه گیری می شوند.  مقدار شن و ماسه مصرفی در بتن جدولی که بعدا خواهد آمد مشخص شده است.  

 ابعاد شن مصرفی برای بتن باید طوری باشد که 90 درصد دانه های آن بر روی الک 76/4 میلیمتری باقی بماند.  دانه بندی شن نباید از حدود مشخص شده در جدول شماره ( 4-1-2- ب ) تجاوز نماید.  اندازه الک طبق استاندارد شماره 295 ایران خواهد بود.   انبار کردن شن و ماسه باید به نحوی باشد که موارد خارجی  و زیان آور به آنها نفوذ نکنند.  مصالح سنگی باید بر حسب اندازه دانه ها تهیه و در محلهای مختلف انباشته شوند. مصالح درشت دانه ( شن ) باید حداقل در دو اندازه جداگانه تهیه و انباشته گردد.  مصالحی که دانه بندی آنها حدودا  بین 76-4 تا 1/38 میلی متر است باید از مرز دانه های 05/19 میلیمتری و مصالحی که دانه بندی آنها بین 76/4 تا 8/50 یا 5/64 میلیمتر است باید از مرز دانه های 4/25 میلیمتری به دو گروه تقسیم گردند.  

 آب

 آب مصرفی بتن باید تمیز و عاری از روغن و اسید و قلیایی ها واملاح و مواد قندی و آلی و یا مواد دیگر یکه برای بتن و فولاد زیانبخش است، باشد.  منبع تأمین آب باید به تایید دستگاه نظارت برسد.  آب مورد مصرف باید در مخازنی نگهداری شوند که از آلودگی با مواد مضر محافظت گردد :

 حداکثر مقدار مواد خارجی موجود در آب بشرح زیر است :

 الف – حداکثر مواد اسیدی موجود در آب باید به اندازه ای باشد که 10 میلیمتر مکعب سود سوز آور سی نرمال بتواند یک سانتیمتر مکعب آب را خنثی کند.  

 ب -   حداکثر مواد قلیایی موجود در آبباید به اندازه ای باشد که 50 میلیمتر مکعب اسدی کلریدریک دسی نرمال  بتواند یک سانتیمتر مکعب آب را خنثی کند.  

 پ – درصد مواد موجود در آب نباید از مقادیر زیر تجاوز کند :

 مواد آلی – دو دهم در هزار

 مواد معدنی – سه در هزار

 مواد قلیایی – یک درهزار

 سولفاتها – نیم در هزا ر

در حالتی که کیفیت آب مصرفی مورد تردید باشد در صورتی  می توان از آن استفاده نمود که تاب فشاری بتن نمونه ساخته شده با این آب حداقل 90 درصد تاب فشاری بتن نمونه ساخته شده با آب مقطر باشد.  بطور کلی مصرف آبهای آشامیدنی تصفیه شده برای ساختن بتن بلامانع است.