ژئوتکنیک

زیرساخت به مجموعه‌ای از سامانه‌ها و خدماتی اشاره دارد که بستر لازم را برای اجرای موفقیت‌آمیز فعالیت‌ها در یک کشور یا منطقه فراهم می‌کند. بیشتر زیرساخت‌ها مانند جاده‌ها، راه‌آهن، پل‌ها و تونل‌ها فیزیکی هستند که ما بارها در زندگی روزمره از آنها استفاده می‌کنیم. این زیرساخت‌ها همچنین به شبکه‌ای از تأسیسات مدفون مانند خطوط برق و مخابرات، لوله‌های آب و گاز، زهکشی و فاضلاب نیز گسترش می‌یابند. این نوع زیرساخت‌ها معمولاً کمتر به طور مستقیم استفاده می‌شوند و از دید ما پنهان هستند.

زیرساخت‌ها از یک سو، ستون فقرات اقتصادهای مدرن را تشکیل می‌دهند و از سوی دیگر، مانند یک شبکه مویرگی، ارتباط بین اجزای مختلف را تسهیل می‌کنند. سرمایه‌گذاری در زیرساخت‌ها منجر به رشد اقتصادی می‌شود و یکی از معیارهای توسعه محسوب می‌شود. بخشی از مطالعات فنی برای توسعه زیرساخت‌ها و همچنین حفاظت و نگهداری صحیح آنها، با استفاده از تجهیزات ژئوفیزیکی انجام می‌شود. تجهیزات ژئوفیزیکی همیشه به عنوان ابزاری ضروری در مطالعات سازه‌ای و نگهداری آنها در نظر گرفته می‌شوند.

تجهیزات ژئوفیزیکی مختلفی وجود دارند که می‌توانند برای مطالعات و بررسی‌های زیرساختی استفاده شوند. مطالعات ژئوفیزیکی اطلاعات سازه‌ای در مقیاس کوچک یا بزرگ را در مورد زمین و ویژگی‌های ژئوتکنیکی آن فراهم می‌کنند. یکی از مزایای اصلی مطالعات ژئوفیزیکی این است که می‌توان اطلاعات را برای حجم وسیعی از زمین و نه فقط یک نقطه به دست آورد. در مقایسه با حفاری، روش‌های ژئوفیزیکی روش‌هایی غیرمخرب هستند که می‌توانند در زمان کمتری نسبت به سایر روش‌ها اطلاعات ارزشمندی را ارائه دهند.

در میان روش‌های مختلف ژئوفیزیکی، سه روش: لرزه‌نگاری، GPR و ژئوالکتریک، بیشتر در مطالعات ژئوتکنیکی مورد استفاده قرار می‌گیرند. سایر روش‌های ژئوفیزیکی مانند مغناطیس‌سنجی، الکترومغناطیس و گرانی‌سنجی کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرند. نوع چالش و اهداف مورد مطالعه، روش و همچنین تجهیزات مورد استفاده را تعیین می‌کند. برای حل برخی چالش‌ها و دستیابی به اهداف مورد نظر، استفاده از چندین روش و یکپارچه‌سازی نتایج آنها اجتناب‌ناپذیر است. استفاده ترکیبی از چندین روش ژئوفیزیکی به طور همزمان معمولاً منجر به بهبود دقت می‌شود.

کاربرد روش لرزه‌نگاری در مطالعات ژئوتکنیک:

امروزه روش لرزه‌نگاری به یک آزمایش استاندارد برای برخی مطالعات ژئوتکنیکی تبدیل شده است و این آزمایش لزوماً باید انجام شود. به عنوان مثال، تعیین تیپ خاک با مطالعات لرزه‌نگاری بر اساس "آیین‌نامه طراحی ساختمان‌ها در برابر زلزله، استاندارد ۲۸۰۰" در بسیاری از موارد الزامی است. آزمایش لرزه‌نگاری درون‌چاهی (Downhole seismic testing) و همچنین آزمایش لرزه‌نگاری سطحی با استفاده از روش MASW (Multichannel Analysis of Surface Waves) به طور گسترده‌ای به عنوان یک روش استاندارد برای تعیین تیپ خاک استفاده می‌شوند. همچنین، از روش لرزه‌نگاری برای مطالعات شناسایی گسل، مطالعات سازه‌ای، تفکیک لایه‌های خاک، شناسایی حفره و غیره، در ترکیب با سایر روش‌های ژئوفیزیکی استفاده می‌شود. علاوه بر این، پس از ساخت یک سازه، عوامل مختلفی می‌توانند بر سلامت آن تأثیر بگذارند. یکی از عواملی که می‌تواند باعث آسیب به زیرساخت‌ها و سازه‌ها شود، ارتعاشات و نوسانات ناشی از فعالیت‌های محیط اطراف است. ارتعاشات ناشی از عبور مترو، انفجارهای کنترل‌شده و فعالیت‌های ساختمانی مانند تونل‌سازی می‌توانند بر سلامت یک سازه تأثیر بگذارند. این موضوع برای حفاظت از ساختمان‌های تاریخی اهمیت دوچندان پیدا می‌کند. تجهیزات لرزه‌نگاری به متخصصان کمک می‌کنند تا شدت امواج لرزه‌ای را در محل این سازه‌ها اندازه‌گیری کرده و تأثیر آنها را بررسی کنند.

تجهیزات لرزه‌نگاری مختلفی وجود دارند که می‌توانند برای اهداف عملیات لرزه‌نگاری درون‌چاهی و سطحی استفاده شوند. این تجهیزات دارای پارامترهای مختلفی هستند که می‌توانند بر اساس اهداف مطالعه انتخاب و استفاده شوند.

کاربرد روش ژئوالکتریک در مطالعات ژئوتکنیک:

روش ژئوالکتریک مبتنی بر اندازه‌گیری مقاومت الکتریکی خاک است. ویژگی‌هایی که باعث تغییر در مقاومت الکتریکی خاک می‌شوند، می‌توانند با این روش مورد مطالعه و شناسایی قرار گیرند. اطمینان از عدم وجود پدیده‌های مخرب و نامطلوب مانند حفره‌ها و گسل‌ها، و همچنین شناسایی لایه‌های اشباع از آب یا سست، از جمله مسائلی هستند که باید قبل از ساخت سازه‌ها مورد مطالعه قرار گیرند. بررسی نامناسب می‌تواند در آینده منجر به اثرات مضر و خسارات قابل توجهی شود. تشخیص گسل‌ها یا حفره‌ها در مسیر تونل‌ها یا زیر سازه‌ها باید مورد مطالعه قرار گیرد تا در صورت وجود آنها اقدامات لازم انجام شود. همچنین، آگاهی از وجود لایه‌های اشباع از آب یا سست قبل از ساخت و ساز ضروری است. روش ژئوالکتریک ابزاری کارآمد در مطالعه و شناسایی پدیده‌های فوق است. با استفاده از این روش، اطلاعات ارزشمندی در مورد حفره‌ها، گسل‌ها، سطح آب‌های زیرزمینی، لایه‌های سست و عمق سنگ بستر به دست می‌آید. دستگاه‌های ژئوالکتریک مختلفی برای انجام مطالعات ژئوالکتریک ساخته شده‌اند و متخصصان می‌توانند از آنها برای اجرای مطالعات استفاده کنند. این روش همچنین برای تعیین نرخ خوردگی خاک و تعیین بهترین مکان برای چاه‌های ارت استفاده می‌شود. تعیین نرخ خوردگی خاک یکی از آزمایش‌های اجباری در محل دفن خطوط لوله انتقال آب، نفت و گاز است.

کاربرد روش GPR در مطالعات ژئوتکنیک:

علاوه بر مطالعاتی که قبل از ساخت و ساز انجام می‌شود، پس از ساخت نیز نگهداری و تعمیر آن همواره فعالیت‌هایی هستند که باید انجام شوند. ارزیابی عملکرد و مطالعات برای اطمینان از سلامت سازه و اجرای صحیح آن، آزمایش‌هایی هستند که پس از ساخت مورد توجه متخصصان قرار می‌گیرند و به صورت دوره‌ای انجام می‌شوند. روش GPR، مبتنی بر ارسال و دریافت امواج الکترومغناطیسی، به طور گسترده‌ای به عنوان یک روش ژئوفیزیکی غیرمخرب در مطالعات ژئوتکنیکی هم قبل و هم بعد از ساخت یک سازه استفاده می‌شود. این روش برای شناسایی حفره‌ها و کانال‌های مدفون در ترکیب با روش‌های ژئوالکتریک و لرزه‌نگاری استفاده می‌شود. همچنین، در سازه‌های ساخته شده که به دلیل محدودیت فضای محیطی امکان اجرای روش‌های ژئوالکتریک و لرزه‌نگاری وجود ندارد، این روش قابل اجرا بوده و همچنان مؤثر خواهد بود.

روش GPR در مقایسه با سایر روش‌ها، محدودیت‌های عملیاتی کمتر و سرعت اجرای بالاتری دارد و به همین دلیل، کاربرد آن روز به روز در حال گسترش است. مهم‌ترین کاربردهای این روش شامل اسکن جاده، اسکن باند فرودگاه، اسکن راه‌آهن، مطالعات بتن، مطالعات تونل و مطالعات بدنه سازه است. تجهیزات GPR مختلفی با ویژگی‌های متفاوت برای کاربردهای ژئوتکنیکی طراحی و ساخته شده‌اند.