از آزمون هایی که در داخل چاه ها به منظور اندازه گیری و معین سازی میزان نفوذ توده های خاکی مانند واریزه ها، تراس های آبرفتی، آبرفت های رودخانه ای و غیره صورت می پذیرد، آزمون لوفران گفته می شود.
این آزمایش به عنوان مهم ترین متد جهت مشخص کردن میزان ضریب انفاذ توده خاک در خاک هایی که دانه های درشتی دارند و پیدا کردن نمونه سالم آن برای آزمون های آزمایشگاهی امکان پذیر نمی باشد، مناسب می باشد.
لازم به ذکر است که آزمایش لوفران به دو روش نقطه ای و قطعه ای (تراوش افقی و قائم) صورت می گیرد. در ادامه توضیحات بیشتری در رابطه با انواع روش های آزمایش لوفران شرح می دهیم.
در روش نقطه ای، بخشی از حفره آب بندی می شود و از طرف آب نیز به آن فشار وارد می شود. به این ترتیب، آب به طور افقی داخل لایه های زمین نفوذ کرده و در نتیجه ضریب نفوذپذیری افقی توده مشخص خواهد شد.
در روش دوم آزمایش لوفران که روش قطعه ای می باشد؛ آب از کف گمانه و به طور عمودی در محیط وارد شده و به این ترتیب ضریب نفوذپذیری عمودی توده مشخص می شود. در این روش به منظور آن که آب تنها از ته گمانه به زمین دخول کند، یک کیسینگ (لوله جدار) تا کف گمانه در داخل زمین قرار می دهیم تا تنها راه خروج آب این نقطه تلقی شود.
در شرایطی که دیواره گمانه به دلیل درشت بودن دانه های خاک و موارد مختلف دیگر، دچار ریزش شود، امکان سنجش میزان نفوذپذیری افقی وجود نخواهد داشت و به این ترتیب کیسینگ به کف گمانه فرستاده می شود. بنابراین از این آزمایش تنها می توان جهت مشخص نمودن میزان نفوذپذیری عمودی استفاده کرد.
لازم به ذکر است، برای ثابت ماندن سطح آب درون گمانه، اندازی گیری دبی ورودی، ثابت ماندن دبی و یا اندازه گیری سطح آب سه متد وجود خواهد داشت که عبارتند از: بار آبی ثابت، افتان و خیزان.
با توجه به این که آزمایش لوفران به دو دسته تقسیم می شود که هر دسته خود شامل روش است، در نتیجه می توان گفت که به طور کلی این آزمایش به 6 روش صورت می گیرد:
- بار آبی ثابت (روش نقطه ای)
- بار آبی ثابت (روش قطعه ای)
- بار آبی خیزان (روش نقطه ای)
- بار آبی خیزان (روش قطعه ای)
- بار آبی افتان (روش نقطه ای)
- بار آبی افتان (روش قطعه ای)
نکته ای که در این بین باید به آن اشاره کنیم این است که، کاربرد دو روش بار آبی افتان و خیزان تنها در خاک هایی با نفوذپذیری کم قابل اجرا است. همچنین در خاک هایی که دانه های درشتی دارند و یا میزان نفوذپذیری آن ها زیاد است، سرعت تغییر میزان سطح آب خیلی بالا خواهد بود و همین موضوع سبب می شود تا امکان اندازه گیری دقیق آن ها سلب شود.
گفتنی است که از آزمون بار آبی ثابت نیز در خاک هایی که نفوذپذیری قابل توجهی دارند، استفاده می شود.
از دیگر نکات مهمی که در رابطه با آزمون های بار آبی افتان و خیزان باید به آن اشاره کنیم این است که، برای برقراری جریان آب از گمانه به سمت زمین، باید از آزمون بار آبی افتان استفاده کرد و از طرفی، از آزمون بار آبی خیزان باید در مواقعی که جریان آب باید از طرف زمین به گمانه برقرار شود، استفاده نمود.
با توجه به این توضیحات می توان نتیجه گرفت که، امکان بسته شدن روزنه های خاک در آزمون افتان به دلیل وجود رسوبات موجود در آب در دیواره گمانه وجود دارد.
همچنین در صورتی که شیب جریان در آزمون بار آبی خیزان زیاد باشد، این امکان وجود دارد که خاک دیواره گمان شسته شده و خاک از گمانه فوران کند.
نکته مهمی که در انجام آزمایش لوفران وجود دارد این است که حتما برای شروع، از آب پاک و شفاف استفاده شود؛ علت این امر نیز عدم ایجاد گل و لای بر جدارهای گمانه و بسته شدن روزنه های خاک می باشد. در نتیجه شیب آزمایش و نیز سرعت زیاد شدن سطح آب می بایست با شرایط محیط سازگاری داشته و قابل کنترل باشد.
اساس انجام آزمایش لوفران
در صورتی که در رابطه با آزمایش لوژان مطالعاتی به عمل آورده باشید، به این موضوع پی خواهید برد که اساس کار انجام آزمایش لوفران شباهت زیادی با آزمایش لوژان دارد. در آزمایش لوفران آبی که به زمین وارد یا از آن خارج می شود، با فشار خواهد بود. همچنین ارتفاع آب و تغییرات دبی نیز مورد سنجش قرار خواهد گرفت.
با وجود این تفاسیر، اصلی ترین و مهم ترین تفاوتی که میان دو آزمایش لوفران و لوژان وجود دارد این است که؛ در آزمون لوفران سطح آب آزاد یا قطعه ای که مورد آزمایش قرار می گیرد، از جانب پمپ فشاری به آن وارد نخواهد شد، در صورتی که این فشار در آزمون لوژان به قطعه مد نظر وارد می شود.
گفتنی است که شکل جریان آب تنها با وجود تفاوت تراز میان سطح آب گمانه و سطح آب محیط ایجاد می شود. با توجه به این موضوع، یکی از اصلی ترین تجهیزاتی که برای انجام آزمایش لوفران باید از استفاده کرد، پمپ آب می باشد.
حال در ادامه قصد داریم تا برخی دیگر از تجهیزات اساسی که در آزمایش لوفران از آن ها استفاده می شود را به شما معرفی کنیم:
- منبع آب: این مورد وظیفه تامین آب مورد نیاز برای انجام آزمون را بر عهده دارد. لازم به ذکر است که حجم این منبع بر اساس متر مکعب، زیاد باشد.
- کنتور آب: این وسیله وظیفه سنجش دبی را بر عهده دارد. نکته مهمی که وجود دارد این است که دقت این دستگاه باید به صدم لیتر باشد.
- کنتور آب: این وسیله وظیفه سنجش دبی را بر عهده دارد. نکته مهمی که وجود دارد این است که دقت این دستگاه باید به صدم لیتر باشد.
- کرنومتر: این وسیله وظیفه سنجش زمان را بر عهده داشته و دقت آن باید بر اساس دهم ثانیه باشد.
- سوند الکتریکی: این وسیله وظیفه سنجش و اندازه گیری گودی آب را گمانه را برعهده دارد و لازم است تا دقت آن بر اساس میلی متر باشد.
با انجام حفاری های لازم گمانه به وسیله ماشین آلات حفاری و ایجاد گودی گمانه به اندازه مد نظر، آزمایش لوفران در این محل صورت می گیرد. روند انجام این فرایند بدین صورت است که اولا گمانه می بایست شسته شده تا آماده سازی آن برای شروع آزمایش انجام شود.
این شستشو باید طوری انجام شود تا یک سطح تمیز و عاری از هر گونه کثیفی و گل در بخشی که قرار است مورد آزمایش قرار گیرد و یا در انتهای گمانه، ایجاد شود.
این فرایند در صورتی به خوبی انجام می شود که جریان آب به داخل گمانه وارد شده و تا حدی این عمل تکرار شود تا آبی که از گمانه برمیگردد به طور کامل شفاف و تمیز شده باشد. به این ترتیب، در این آزمایش جهت آب بندی کردن قطعه تحت آزمایش، گلوله های رسی مورد استفاده قرار می گیرد.
زمانی که فرایند حفاری در راس قطعه تحت آزمایش قرار می رسد، گلوله های رسی به منتهاالیه گمانه ارسال می شود و پس از آن ادامه عملیات حفاری تا پایان قطعه مد نظر، صورت گرفته و شستشو آغاز می شود.
نکته مهمی که در این بین لازم است به آن اشاره کنیم این است که، گمانه ای که داخل آن آزمایش لوفران در حال انجام است، باید به طور کامل کیسینگ گذاری یا به اصطلاح، لوله گذاری شود. البته در اعمال کارها بر روی قطعه تحت آزمایش، نیازی به انجام این کار نخواهد بود.
حال دلیل این لوله گذاری چیست؟ دلیل کیسینگ گذاری گمانه، عدم گریز آب و ریزش دیواره گمانه می باشد. از طرفی باید توجه داشته باشید که هرگز از گل حفاری به منظور مقاوم سازی دیواره گمانه استفاده نشود؛ چراکه این گل منجر به مسدود شدن خلل و فرج خاک می شود؛ بنابراین این امکان وجود دارد که در ضریب نفوذپذیری خطا بروز پیدا کند.
باید بدانید که اکثر محققان می گویند که پیوندها و نتایج آزمایش لوفران بر این اساس که هیچ تورم و تحکیمی در طول آزمایش برای خاک ایجاد نشده است، ارائه می دهند. بنابراین با توجه به این موضوع، بعضی از خاک ها که قدرت جذب آب بیشتری دارند، ممکن است در نتایج این آزمایش تاثیرگذار بوده و نتایجی بالاتر از سطح توقع ارائه دهد.
با وجود تمام این تفاسیر، باید یک سری نکات اساسی مورد توجه قرار گیرند که در ادامه به این نکات اشاره می کنیم:
- توجه به رفتار خاک هنگام انجام آزمون
- تحقیق درباره عوامل تحکیم و تورم در خاک
- بررسی جدا شدن دیواره به دلیل شیب زیاد جریان به داخل گمانه
- بررسی امکان مسدود شدن خلل و فرج خاک بنا به ایجاد گل و لای در دیواره گمانه
معرفی انواع روش های بار آبی
پیش تر در رابطه با سه متد از روش های آزمایش لوفران آشنایی پیدا کرده اید، حال در ادامه قصد داریم تا به طور کامل شما را با این سه روش آشنا کنیم.
روش بار آبی ثابت
در این روش آبی که به داخل گمانه ریخته می شود شکلی ثابت خواهد داشت. گفتنی است که ریخته شدن آب در گمانه به نحوی انجام می شود که، زمانی که آب به نقطه مشخصی از دبی می رسد، نقطه ای که سطح گمانه در آن قرار می گیرد از سطح آب زیرزمینی بالاتر خواهد بود. همچنین از قطعه تحت آزمایش نیز بالاتر بوده و ثابت خواهد ماند.
در مواقعی که سطح آب داخل گمانه ثابت است، دبی آب وارد شده به گمانه و نیز ارتفاع ستون قطعه که آب روی آن قرار گرفته است اندازه گیری و درج می شود.
در عمل، زمانی که سطح آب داخل گمانه ثابت می ماند، 1، 2، 3، 4، 5 و 10 دقیقه طول می کشد تا اندازه دبی ورودی درج گردد.
حال اگر تضاد میان دو قرائت پشت سر هم 10 دقیقه ای، از ده درصد کمتر باشد آزمایش تمام می شود. پس از آن روابط زیر برای به دست آمدن مقدار نفوذپذیری عمودی و افقی محاسبه می شود. لازم به ذکر است که این روابط به وسیله نشریه 188 سازمان مدیریت و برنامه ارائه شده است و برای هر سه روش صدق می کند.
• محاسبه میزان ضریب نفوذپذیری افقی در آزمون لوفران به روش قطعه ای
• محاسبه میزان ضریب نفوذپذیری عمودی در آزمون لوفران به روش نقطه ای
روش بار آبی افتان
فرایند انجام این آزمون عموما پس از آزمایش بار آبی ثابت صورت می گیرد که مطالعات و بررسی های آن قطعه مذکور انجام می شود. دقیقا پس از آزمایش بار آبی ثابت، جریانی که بین دبی ورودی و گمانه ایجاد شده بود، قطع می شود و این امکان برای آن ایجاد می شود تا سطح آب موجود در گمانه کم شود.
در این راستا، میزان تغییرات سطح آب موجود در داخل گمانه در مدت زمان های متفاوت مورد سنجش قرار گرفته و ثبت می شود. این اندازه گیری آنقدر انجام می شود تا سطح آب درون گمانه، هم سطح با سطح آب زیرزمینی یا بالاتر از قطعه تحت آزمون قرار گیرد.
پس از آن که آزمایش از طریقی یکی از روش های قطعه ای یا نقطه ای انجام شده است، بر اساس روابط زیر ضرایب نفوذپذیری عمودی و افقی مشخص می شوند.
• ضریب نفوذپذیری افقی
• ضریب نفوذپذیری عمودی (قائم)
آزمایش بار آبی خیزان
برخی از گمانه ها هستند که سطح آب زیرزمینی داخل‌شان حدودا در اطراف سطح زمین است. با توجه به این موضوع، آزمون های بار آبی ثابت و افتان قادر نخواهند بود تا ارتفاع آبی خوبی بر قطعه تحت آزمایش تشکیل دهد.
به همین دلیل در چنین شرایطی برای این گمانه ها ضریب نفوذپذیری توسط آزمایش بار آبی خیزان (پمپاژ) استفاده می شود.
فرایندی که در این روش طی می شود به این صورت است که آب زیرزمینی درون گمانه به وسیله پمپ خارج شده و بدین ترتیب سطح آب داخل گمانه پایین می رود. پس از آن که پمپاژ به پایان می رسد، سطح آب داخل گمانه بالا آمده و بدین ترتیب می توان تغییرات ایجاد شده در سطح آب را در مدت زمان های مخالف اندازه گیری کرده و میزان نفوذپذیری افقی و عمودی آن را با استفاده از فرمول های روش بار آبی افتان محاسبه کرد.
سخن نهایی
در این مطلب سعی کرده ایم تا هر آنچه که در رابطه با آزمایش لوفران به میان است را به شما خوبان شرح دهیم. امیدواریم که این مطالب مورد توجه شما قرار گرفته باشد.