آزمایش مقاومت الکتریکی خاک

آزمایش مقاومت ویژه الکتریکی خاک از جمله آزمایش های متداول صحرایی است که علاوه بر مهندسی ژئوتکنیک، در بسیاری از زیر شاخه های مهندسی، کاربرد فراوان دارد.
روش مقاومت ویژه الکتریکی درطی مطالعات برادران شلومبرژه در سال ۱۹۲۰ کشف شد.
این روش در طول ۶۰ سال اخیر، برای تفسیر برداشت های سونداژ زنی، استفاده می شده است.
در این نوشتار، هر آنچه از این تست پرکاربرد بخواهید، خواهید یافت.

آزمایش مقاومت الکتریکی چیست؟

این روش زیر مجموعه روش های ژئوالکتریکی است.
بطوریکه طیف گسترده ای از مطالعات زیرسطحی را شامل می شوند.
در روش مقاومت ویژه، پارامتر اصلی در برداشت و پردازش داده ها، مقادیر مقاومت ویژه ظاهری لایه های زیرسطحی است.
به این صورت که تباین مقادیر مقاومت ویژه مواد، سبب آشکارسازی پدیده های زیرسطحی جهت مدل سازی اهداف خاص می شود.
تجهیزات مورد استفاده در برداشت داده های مقاومت ویژه به اختصار شامل موارد زیر می باشد:

• سیم یا کابل
• الکترودهای فلزی
• دستگاه فرستنده جریان الکتریکی

کاربردهای تست مقاومت الکتریکی

کاربردهای متفاوتی از قبیل حل مسائل مهندسی، پروژه های معدن کاری، ساختمان سازی، باستان شناسی، محیط زیست و ژئوهیدرولوژی را شامل می شوند.
بسته به اهداف مورد نظر، از این روش ها می توان در اکتشاف منابع معدنی، مطالعات ساختگاه سازه ها، اکتشاف منابع آبی و سایر بررسی های زیرسطحی در مراحل پی جویی تا اکتشافات تکمیلی استفاده کرد.
به طور کلی کاربردهای تست مقاومت الکتریکی خاک شامل موارد زیر است:

1. تعیین جنس لایه های سنگ و خاک
2. تعیین میزان املاح و آلودگی آب های زیرزمینی
3. تعیین فصل مشترک آب شور و شیرین
4. تعیین مرز لایه های رسی و ماسه ای
5. اکتشافات معدن
6. تعیین سطح آب زیرزمینی
7. تعیین محدوده خرد شده سنگ بستر

تئوری روش مقاومت ویژه الکتریکی

از نظر تئوری، جریان الکتریکی به سه شکل الکترولیتی، الکترونیکی و یا ترکیب هر دو در لایه های زیرسطحی انتشار می یابند.
انتقال جریان به شیوه الکترولیتی، غالبا در لایه های اشباع از سیال امکان پذیر است.
این کار توسط حرکت یون ها انجام می پذیرد.
در لایه های زیرسطحی رسانا، انتقال جریان غالبا از طریق جابه جایی الکترون ها صورت می گیرد.
در حالتی که فضای زیرسطحی شامل سیال و مواد رسانا باشد، انتقال جریان به هر دو شکل انجام می گیرد.

نحوه اندازه گیری مقاومت ویژه الکتریکی خاک

روش اندازه گیری مقاومت ویژه به این ترتیب است که جریان به وسیله دو الکترود به درون زمین تزریق می گردد.
سپس اختلاف پتانسیلی که به دلیل تزریق جریان به وجود می آید، در دو الکترود پتانسیل اندازه گرفته می شود.
پس از آن، با در اختیار داشتن مقادیر جریان (I) و اختلاف پتانسیل (V ) مقاومت ویژه ظاهری محاسبه می گردد.

ρa = K ΔV/I

K فاکتور هندسی است و با واحد متر (m) سنجیده می شود و بستگی به نوع آرایش الکترودی به کار رفته دارد.

مقاومت ویژه ای که به این ترتیب به دست می آید، مقدار دقیق مقاومت ویژه در زیر سطح زمین نیست بلکه مقداری ظاهری است.
ارتباط بین مقاومت ویژه ظاهری و مقاومت ویژه حقیقی، ارتباطی پیچیده است.
برای تعیین مقاومت ویژه موجود در زیر سطح زمین بر اساس مقاومت ویژه ظاهری، از فرایند معکوس سازی استفاده می شود.

مقاومت ویژه مواد مختلف چقدر است؟

دامنه تغییرات مقاومت ویژه مواد بسیار گسترده است.
مقاومت الکتریکی به عوامل مختلفی از جمله میزان تخلخل، محتوای سیال درون حفره ای، دما، سن زمین شناسی و جنس ماده بستگی دارد.
در جدول زیر مقاومت ویژه برخی مواد مختلف آورده شده است.

در جدول بالا، واحد مقاومت الکتریکی ارائه شده، اهم متر می باشد.
از مقادیر بالا می توانید جهت کنترل نتایج آزمایش های خود استفاده نمایید.

مراحل انجام آزمایش مقاومت ویژه الکتریکی خاک

این آزمایش در سه گام انجام می شود:

گام اول: برداشت داده های صحرایی

اولین مرحله در انجام پروژه های مقاومت ویژه، عملیات صحرایی برداشت داده ها می باشد.
در این مرحله باتوجه به اهداف مورد مطالعه، آرایه های الکترودی مناسب انتخاب و نحوه چینش آنها بر روی سطح زمین طراحی می گردد.
باید توجه کرد که انتخاب یک آرایه الکترودی مناسب در عملیات صحرایی بسیار مهم است.
برخی فاکتورهای موثر در انتخاب آرایه الکترودی مناسب شامل عمق مورد بررسی، توپوگرافی محدوده مورد مطالعه، قدرت تفکیک پذیری جانبی، حساسیت به اهداف مورد مطالعه و غیره می باشد.
در عملیات صحرایی مقاومت ویژه آرایه ونر، آرایه شلومبرژه، آرایه های دوقطبی – دوقطبی، قطبی – دوقطبی و آرایه گرادیان از پرکاربردترین آرایه ها می باشند.
پس از طراحی و انتخاب آرایه الکترودی نوبت به انجام عملیات برداشت داده ها می رسد.

عملیات صحرایی برداشت داده های مقاومت ویژه الکتریکی به دو روش پروفیل زنی یا سونداژزنی یا تلفیقی از هر دو روش انجام می گیرد.

• روش پروفیل زنی

در این روش عمق مورد بررسی ثابت فرض می شود و اندازه گیریها بر روی یک خط راست و با فواصل الکترودی ثابت انجام می گیرد.
بطوریکه پس از هر اندازه گیری در طول پروفیل، با گام های ثابت تمامی الکترودها جابه جا می شوند.
کارایی این روش بیشتر در مواردی است که نیاز به بررسی تغییرات جانبی در فضای زیرسطحی داریم.

• روش سونداژزنی الکتریکی (VES)

در این روش از تغییرات جانبی مقاومت ویژه صرف نظر می شود.
بیشتر به بررسی تغییرات عمقی می پردازیم.
بطوریکه با در نظر گرفتن یک نقطه مرکزی، فواصل الکترودی آن قدر افزایش می یابد تا به عمق مورد بررسی برسیم.

گام دوم: پردازش و مدل سازی

داده های برداشت شده در مرحله قبل جهت پردازش و مدل سازی به نرم افزار داده می شود.
در این مرحله داده ها قبل از ورود به نرم افزار باید مورد ارزیابی کیفی قرار گیرند تا در صورت وجود داده های بد یا ناسالم، از فرآیند مدل سازی حذف گردند.

گام سوم: تفسیر نتایج و تهیه گزارش

در نهایت پس از پردازش و مدل سازی داده ها، مدلی که بهترین سازگاری را با شرایط واقعی زمین دارد انتخاب می گردد.
سپس مدل نهایی با توجه به اطلاعات موجود از گمانه های حفاری و سایر بررسی های میدانی مورد تفسیر قرار گرفته و گزارش نهایی تهیه می گردد.

محاسن تست مقاومت ویژه خاک

با پیشرفت صنعت ساخت و ساز، مسائل مربوط به نشست پی ها و کج شدن و تخریب ساختمانها، خرابی سیستم های خط لوله مدفون (آب ، فاضلاب ، روغن و گاز) در زیر خاک، ایجاد فروچاله های عظیم در مناطق شهری و غیره، همگی بدلیل دانش کم و یا نداشتن آگاهی مهندسان از شرایط زیرسطحی رو به افزایش است.
در چنین شرایطی انجام برداشت های ژئوفیزیکی قبل از آغاز ساختمان سازی و خصوصا احداث سازه های عظیم به منظور جلوگیری از خطرات احتمالی امری ضروری است.
از جمله روشهای پرکاربرد ژئوفیزیکی در مطالعه ساختارهای زیرسطحی، روش مقاومت ویژه الکتریکی است که در ادامه برخی از کاربردهای این روش آورده شده است:

• بررسی شرایط ساختگاه از نظر وجود حفرات، قناتها یا گسل های احتمالی مدفون و …
• مطالعات زیرسطحی لایه های خاک به منظور بررسی مناطق خرد شده و سست، تخمین عمق سنگ بستر و ضخامت خاک روباره، عمق سطح آب زیرزمینی و …
• مطالعات بررسی شرایط ساختگاه به منظور بررسی میزان خورندگی خاک جهت احداث چاه ارت و یا طراحی حفاظت کاتدی تاسیسات مدفون در محل احداث سازه ها
• در پی جویی محدوده مطالعاتی به منظور کاهش هزینه های حفاری و یا در تکمیل اطلاعات گمانه های حفر شده

معایب آزمایش مقاومت ویژه الکتریکی

روش های مقاومت ویژه علی رغم کاربردهای گسترده ای که دارند همانند سایر روش های مهندسی، دارای محدودیت هایی می باشند.
در هنگام استفاده از این آزمایش، لازم است این محدودیت ها مد نظر قرار گیرند.
تا میزان خطاهای احتمالی به حداقل ممکن برسد.
از جمله محدودیت های استفاده از روش مقاومت ویژه به اختصار:

• روش مقاومت ویژه در مناطقی بهترین کارایی را می تواند داشته باشد که تباین قابل ملاحظه ای بین هدف مورد نظر و محیط اطراف وجود داشته باشد.
  بنابراین قبل از اجرای این روش هدف مورد نظر باید بخوبی مورد بررسی قرار گیرد..
• عمق بررسی در این روش به نوع آرایش الکترودی مورد استفاده، طول پروفیل و توانایی دستگاه فرستنده جریان دارد.
• در مواردی که ساختمانها، لوله های فلزی و کابل های موجود یا خطوط راه آهن، در منطقه حضورداشته باشند، اندازه گیری ها توسط این روش تحت تأثیر قرار می گیرند.
• در هنگام تفسیر سونداژهای مقاومت ویژه، ممکن است لایه های کم ضخامت نادیده گرفته شود.

قیمت آزمایش مقاومت ویژه الکتریکی خاک

هزینه اجرای پروژه های ژئوفیزیکی بسته به شرایط مختلف می تواند تا حدودی متغیر باشد.
هزینه انجام آزمایش مقاومت الکتریکی خاک تابع عوامل زیر است:

• اهداف پروژه مورد نظر
•   بعد مسافت و راه های دسترسی به منطقه مورد مطالعه
• پیچیدگی زمین شناسی منطقه مورد نظر
• شرایط توپوگرافی
• عمق مورد بررسی و …
  جهت طرح سوال و یا استعلام هزینه پروژه های مهندسی ژئوفیزیک می توانید با این شماره تماس حاصل فرمایید: ۰۲۱۴۴۹۲۷۲۰۱

در خصوص تست مقاومت الکتریکی سوالی دارید؟

در صورتی که پس از خواندن مطالب بالا سوالی در ذهنتان ایجاد شد، می توانید در بخش نظرات در زیر همین پست، آنرا مطرح کنید.
کارشناسان ما پس از چند دقیقه پاسخ شما را خواهند داد.