قبل از شروع به کار پروژه‌های ساخت و ساز در هر مقیاس و در هر منطقه‌ای هم که قرار داده باشد باید یک مجموعه آزمایش را به منظور مطمئن شدن از مناسب بودن شرایط صورت داد. آزمایش خاک که توسط افراد متخصص صورت می‌گیرد نمونه‌ای از این آزمایش‌ها است. این آزمایش یکی از آزمون‌های لازم و ضروری پیش از احداث ساختمان است که برای سازه‌های بلند و با متراژ زیربنای زیاد اجباری است. در ادامه به بررسی این آزمایش، چگونگی انجام آن و هزینه انجام آن می‌پردازیم و سعی خواهیم کرد که به سؤالات متداول در زمینه آزمایش خاک ساختمان پاسخ دهیم.
آزمایش خاک چیست؟
آزمایش خاک ساختمان عبارت از آزمایشی است که در آن به بررسی ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی خاک می‌پردازند. بدین منظور افرادی متخصص با استفاده از تجهیزات مخصوص اقدام به گرفتن نمونه‌هایی مشخص از محل مورد نظر می‌کنند و سپس با انتقال نمونه ها به اجرای آزمایش خاک مشغول می‌شوند. این ویژگی‌ها عبارت از مقاومت برشی، میزان تحمل بار، اسیدیته، میزان نفوذ، دانه‌بندی خاک، حدودی خمیری، گرانروی ویژه و دانسیته خاک هستند. در نهایت پس از انجام این آزمایش‌ها، گزارشی تهیه می‌شود که ویژگی‌های خاک مورد نظر در آن ذکر می‌شود و تیپ خاک هم تعیین می‌شود.
مراحل انجام آزمایش خاک کدام است؟
برای انجام این آزمایش، ابتدا نمونه‌برداری از محل احداث ساختمان صورت می‌گیرد. نمونه‌برداری به دو صورت دستی و ماشینی انجام می‌شود. نمونه‌برداری دستی دیگر مورد تائید سازمان نظام مهندسی نیست و همه نمونه‌برداری‌ها باید به صورت ماشینی انجام شود. پس از نمونه‌برداری، نمونه‌ها به آزمایشگاه برده می‌شوند و مورد آزمایش قرار می‌گیرند سپس نتیجه به صورت گزارشی ارائه می‌شود. لازم به ذکر است که سازمان نظام مهندسی به طور مستقیم بر این فرآیند نظارت دارد.
انواع آزمایش خاک
به طور کلی اصلی‌ترین و مهم‌ترین آزمایش‌های خاک صورت گرفته در پروژه‌های ساختمان‌سازی را می‌توان در موارد زیر خلاصه کرد:
- آزمایش اس پی یا آزمایش نفوذ استاندارد، یکی از مهم‌ترین آزمایش‌هایی است که در محل احداث سازه انجام می‌گیرد. نحوه اجرای این آزمایش این گونه است که یک وزنه 5/63 کیلوگرمی از فاصله 76 سانتیمتر سقوط می‌کند و میزان نفوذ آن در داخل خاک محاسبه می‌شود و در نهایت با استفاده از مقدار نفوذ وزنه در خاک که به دست آمده است تیپ خاک مشخص می‌شود.
- آزمایش هم ارز (معادل) ماسه، در جهت به دست آوردن نسبت ماسه به خاک
- آزمایش هیدرومتری، دانه‌بندی خاک‌های رد شده از الک شماره 200 و کامل کردن منحنی‌های دانه‌بندی
- آزمایش حد روانی، در جهت به دست آوردن درصد رطوبتی در آن از حالت خمیری خارج می‌شود و به صورت روان در می‌آید.
- آزمایش دانه‌بندی به روش سرند کردن، دسته‌بندی ذرات تشکیل دهنده از نظر اندازه و مقایسه آن‌ها با استانداردهای موجود
- آزمایش برش مستقیم، در جهت به دست آوردن پارامترهای مقاومت برشی خاک
- آزمایش سه محوری، به دست آوردن مقاومت برشی خاک در خاک‌های چسبنده، غیر چسبنده و دانه‌ای
- آزمایش ضریب نفوذپذیری از طریق آزمایش بار آبی افتان، در جهت مشخص کردن ضریب نفوذپذیری
- تعیین ضریب نفوذپذیری از طریق آزمایش بار آبی ثابت، به منظور محاسبه ضریب نفوذپذیری خاک
- آزمایش تک محوری خاک چسبنده، به دست آوردن پارامترهای مقاومت برشی در خاک‌های چسبنده
- آزمایش تحکیم، بررسی واکنش خاک در برابر بارهای فشارشی
- آزمایش تراکم، بررسی واکنش خاک در برابر نیروهای تراکمی
تیپ خاک چیست و کدام تیپ خاک بهتر است؟
در آزمایشی در آزمایشگاه، خاک نمونه‌برداری از زمین را تحت استرس برشی قرار می‌دهند تا شرایط زمین‌لرزه را بازسازی و واکنش خاک تحت تاثیر نیروها را مشاهده کنند. بعد از این مرحله و با توجه به واکنش های ثبت و ضبط شده از خاک مورد نظر، آن را درون طبقه‌بندی یکی از انواع خاک‌ها قرار می‌دهند.
به طور کلی خاک‌ها از نظر مقاومت در برابر نیروهاش برشی به چهار گروه از تیپ یک تا تیپ چهار تقسیم می‌شوند که تیپ یک بهترین خاک است و مقاومت خوبی در برابر برش دارد و خاک تیپ چهار بدترین تیپ خاک است و مقاومت کمی در برابر برش دارد.
آیا این آزمایش بر هزینه ساخت سازه تأثیر دارد؟
باید بگوییم که پاسخ این سؤال مثبت است ولی این خود آزمایش نیست که بر هزینه‌ها تأثیر می‌گذارد بلکه نتایج حاصل شده از آن یا به عبارتی مشخص شدن تیپ خاک بر کاهش هزینه‌ها تأثیر می‌گذارد. اگر آزمایش انجام نشود، به ناچار باید سازه مطابق سست‌ترین خاک ساخته شود و از آنجایی سازه‌هایی که بر روی خاک‌های سست یا تیپ چهار ساخته می‌شوند باید بیشترین مقاوم‌سازی را به کار ببرند پس هزینه لازم برای ایجاد حداکثر مقاوم سازی مسلماً زیاد خواهد بود.
این در حالی است که شاید اصلاً لازم به به حداکثر رساندن مقاومت سازه نباشد و به عبارتی تیپ خوب یا خیلی خوب باشد و بتوان به هزینه‌های به مراتب پایین‌تری مقاومت لازم و استاندارد را در سازه ایجاد کرد. بنابراین با انجام آزمایش و دانستن تیپ خاک محل احداث سازه می‌تواند از هزینه‌های ساخت و ساز کاست.
برای چه سازه‌هایی انجام آزمایش خاک ضروری است؟
در شهر‌های مختلف و با توجه به زمین‌شناسی متفاوت منطقه، انجام آزمایش می‌تواند ضروری باشد یا نباشد ولی در شهری مانند تهران برای سازه‌هایی که در شش طبقه احداث می‌شوند و زیربنای بیش از 2000 متر دارند ضروری است. ناگفته نماند که این آزمایش برای ساختمان‌سازی در شهر تهران یک و نیم تا دو ماه زمان نیاز دارد.
هزینه حفاری چقدر است؟
به طور کلی هزینه حفاری جهت انجام آزمایش به عوامل زیادی بستگی دارد. متراژ حفاری با توجه به تعداد طبقات افزایش پیدا می‌کند، تعداد گمانه‌ها، فصل و برخی از مصوبات سازمان نظام مهندسی بر قیمت حفاری تأثیر می‌گذارد. هر چه تعداد طبقات بیشتر باشد به طبع عمق حفاری هم بیشتر می‌شود و هر چه تعداد گمانه‌ها هم بیشتر باشد هزینه هم بالاتر می‌رود.
از طرفی هم فصل سرما که ساخت و ساز کاهش پیدا می‌کند، هزینه حفاری به دلیل کاهش تقاضا کاهش می‌یابد. برخی مصوبات سازمان نظام مهندسی مانند ممنوع شدن حفاری دستی شرکت‌های آزمایش کننده خاک که دستگاه حفاری دارند باعث افزایش قیمت حفاری ماشینی شد.
چه سازه‌هایی از آزمایش خاک معاف هستند؟
صرف نظر از لزوم و اهمیت اجرای این آزمایش در سازه‌های مختلفی که ساخته می‌شوند، بناهایی هم وجود دارند که نیازی به اجرای این آزمایش ندارند که چند مورد از آن‌ها را می‌تواند در فهرست زیر مشاهده کرد:
- سازه‌هایی که داده‌های زمین‌شناسی محل احداث ساختمان برای آن‌ها در دسترس و مشخص باشد.
- ساختمان‌های با اهمیت کم و متوسط (شامل پارکینگ‌ها، انبارها، ساختمان‌های مسکونی و ساختمان‌هایی که با خراب شد آن‌ها خرابی و خسارات زیادی به بار نمی‌آید)
- ساختمان‌های حداکثر با چهار طبقه
- ساختمان‌های با زیربنای کمتر از 300 متر مربع
- ساختمان‌هایی که برای ساخت آن‌ها کمتر از 2 متر گودبرداری شده باشد.
- تعداد ساختمان‌ها در محله زیاد نباشند مانند شهرک‌ها و خانه‌های سازمانی
- ساختمان‌هایی که در زمین‌های تیپ یک و دو نباشند.
- احتمال مواجه با خاک‌هایی که متورم شونده و روان گرا وجود نداشته باشد.
- سازه‌ای در مجاورت زمین مورد نظر وجود نداشته باشد که احتمال وارد شدن خسارت به آن وجود داشته باشد.
- محل مورد نظر در منطقه گسل اصلی نباشد.
- سطح آب‌های زیرزمینی بالا نباشد.
سخن آخر
آزمایش خاک یکی از ملزومات پیش از ساخت سازه‌های بلند است. با انجام این آزمایش تیپ خاک تعیین می‌شود و میزان مقاوم‌سازی سازه ساختمان در برابر زلزله به تیپ خاک زیر ساختمان بستگی دارد. این آزمایش شامل نمونه‌برداری زمینی و آزمایش صحرایی و آزمایشگاهی است که در نهایت گزارشی از نتیجه آزمایشات انجام گرفته به کارفرما ارائه می‌شود.
