الباب السادس – فحوصات نفاذية التربة ___________________________________________________________________
البــاب السادس فـحـوصـات نفـاذيـــة التربــة 6-1مدخل 6.2 6.3
فحص نفاذية التربة بطريقة ضغط الماء المتغير فحص نفاذية التربة بطريقة ضغط الماء الثابت
الباب السادس
فحـوصات نفاذيـــــة التربـــة )(Soil Permeability Tests
6-1مدخــل )(Introduction يمكككن تعريف نفاذيككة التربة بأنهكا قككدرة التربة علكى السكماح للسكوائل بالجريان خلل فراغاتها .ويقصد بالسوائل هنا الماء. فحوصات التربة للغراض النشائية
223
الباب السادس – فحوصات نفاذية التربة ___________________________________________________________________
وقد ككان العكالم الفرنسكي دارسي ) (H. Darcyأول مكن درس خاصكية جريان المكاء خلل الوسكاط المنفككذة ) ،(Porous mediumوذلككك سككنة ،1856وككان القككانون الرياضككي المعككروف باسككم هككذا العككالم مككن النتائككج المهمككة لبحككاثه فككي هككذا المجككال. وينككص قككانون دارس ي ) (Darcy’s lawعلككى أن سككرعة جري ان المككاء عككبر الترب ة تتناسب طرديًا مكع الميكل الهيكدروليكي ) ،(Hydraulic gradientويوضح الشككل ) (1-6والمعادلت أدناه هذا القانون.
شكل)(1-6 H2
H1
L
q = A.K.i q = K.i A
=V
(H 2 − H 1 ) ∆H = L L
=i
حيث: – qحجككم المككاء النافككذ عككبر التربة خلل وحدة الزمن. – Aمس ك ك ك ك ك ك ككاحة المقط ك ك ك ك ك ك ككع
العرضي للتربة. -Kمعامل النفاذية ).(Coefficient of permeability i
-الميل الهيدروليكي.
V
سرعة جريان الماء.ويلحككظ مككن القككانون أن وح دات القيككاس لمعامككل النفاذيككة ) (Kهككي نفككس وح دات قياس السرعة ،أي سنتمتر/الثانية ،متر/السنة وهكذا.
فحوصات التربة للغراض النشائية
224
الباب السادس – فحوصات نفاذية التربة ___________________________________________________________________
ويعتبر معامل النفاذية ) (Kالقيمة الكمّية التي يجككري تحديككدها للحكككم علككى نفاذيككة
التربة ،سواء من خلل الفحوصات المخبرية أو الحقليكة ،علمكًا بككأن الخيكرة تعطكي
تصو ًار أكثر دقة ووضوحًا عن نفاذية التربة ،لن التربة تكون في وضعها الطبيعي
بعيدًا عن التأثيرات التي قد تحصل أثناء استخراج عينة التربة لفحكص نفاذيتهككا فكي المختبر.
وأما الفحوصات التي يتم إجراؤها في المختبر لتحديكد نفاذيكة التربة ،فتنحصكر فكي شكلين أساسين من الفحوصات هما: -1الفحككص بطريق ككة ضككغط الم ككاء المتغيككر ) -(Falling head testويسككتعمل لدراسة نفاذية المواد الناعمة كالطمي والطين. -2الفحككص بطريقككة ضككغط المككاء الثككابت ) -(Constant head testويسككتعمل لدراسة نفاذية التربة الرملية والحصوية. وسنتطرق لتفاصيل هذين الفحصين في البنود القادمة من هذا الباب. ونشككير هنككا إلككى أن عمليككة نفاذيككة المككاء خلل الترب ة تتككأثر بعككدة عوامككل ،يمكككن تلخيص أهمها كما يلي: .1التدرج الحبيبي للتربة – وتقل النفاذية كلما صغر حجم التربة. .2نسبة الفراغات في التربة. .3درجة تشبع التربة بالماء. .4نوع السائل. .5شكل الجريان. .6درجة ح اررة الوسط. .7التركيب المعدني للتربة. ونشير كذلك إلى أن قيمة معامل النفاذية ) ،(Kهككي تلككك الككتي يجككري تحديككدها عنكد درج ة حك اررة مسككاوية ِلك ك 20درج ة مئويكة ) ،(K20وأمككا ) (Kالككتي يتككم تحديككدها عنككد فحوصات التربة للغراض النشائية
225
الباب السادس – فحوصات نفاذية التربة ___________________________________________________________________
درجات الح اررة 10مئوية وصفر مئوية فإنهكا تعكادل 77بالمائكة و 56بالمئكة مكن قيمة ) (K20على التوالي: K10 = 0.77 K20 K0 = 0.56 K20
أمكا القيكم التقريبيكة لمعامكل النفاذيكة ) (Kللنكواع المختلفكة مكن التربة ،فهكي مبينكة في الجدول )./15/(1-6 جدول ) – (1-6قيم معامل النفاذية )) (Kمتر/ثانية( 10-1إلى 10
1إلى 10
1-
10-4إلى 10
4-
رمال نظيفة وخليط من الرمل حصمة نظيفة Clean gravels
والحصمة Clean sands and sand gravel mixture
7-
رمال ناعمة جدًا ،طمي وصفائح
من الطين والطمي Very fines sands, silts and clay- silt laminate
أطيان متشققة Fissured clays
-7
10إلى 10
أطيان غير متشققة وطين مع طمي Unfissured clays & silts
أما الهمية العلمية لدراسة نفاذية التربة ،فيمكن تلخيصها في النقاط التالية: -1تحديد سرعة ترشح وتصرف الماء ) (Seepageعبر التربة. -2تحديد ضغط الترشح ).(Seepage pressure
-3تفادي حصول ظواهر غير مستحبة بل خطيرة ،مثل ظاهرة "غليان الرمل" ) (Sand boilingوالتي يظهر فيها الرمل وكأنه يغلي ،بسبب تجاوز الميل الهيدروليكي ) (iلما يسمى بالميل الهيدروليكي الحرج )Critical hydraulic
،(gradient) (icوتعرف الظاهرة كذلك باسم ) ،(Quick sandأو ظواهر التعرية السطحية ) (Subsurface erosionوالنحر ) ،(Pipingوغيرها. -4حساب مخزون المياه الجوفية.
فحوصات التربة للغراض النشائية
226
10-
الباب السادس – فحوصات نفاذية التربة ___________________________________________________________________
-5حساب كمية الماء المفقود من مستودعات تخزين المياه )Storage
.(reservoirs -6المساعدة في تصميم نظم التصريف حول أساسات المباني )Drainage
.(system
وغير ذلك من المجالت التطبيقية التي تعتمد أساسًا على معرفة نفاذية التربة. 6-2فحص نفاذية التربة بطريقة ضغط الماء المتغير )(Falling Head Soil Permeability Test )(1
المراجع القياسية ):(Standard references
)(2
الجهزة الل زـمة ):(Equipment
BS ASTM D-2434.
يبّين الشكل ) (2-6تفاصيل الجهاز المستعمل لهذا الفحص ،علمًا بأن
ل وتصاميم مختلفة لهذا الجهاز إل أن مبدأ عملها واحد. هناك أشكا ً )(3
الطريقة ):(Procedure
ُ -1تؤخذ عينة سليمة التركيب داخل أنبوب أسطواني ،كما في الشكل ) ،(2-6ويغطى سطحا العينة العلوي والسفلي بغطاء منفذ ).(Filter -2
يوضع النبوب وبداخله التربة ملمسًا من السفل لسطح وعاء يحتوي
ل بأنبوب زجاجي )(Standpipe الماء ،أما أعلى النبوب فيكون متص ً
رفيع ذي مساحة مقطع معروفة ).(a -3
ُيمل النبوب الزجاجي بالماء لرتفاع معين ) (h1ويعتبر الوقت عندها
).(t1
فحوصات التربة للغراض النشائية
227
-
الباب السادس – فحوصات نفاذية التربة ___________________________________________________________________ -4
مع مرور الوقت يبدأ منسوب الماء في النبوب الزجاجي بالنخفاض بسبب نفاذية الماء خلل عين التربة .بعد فترة من الوقت ولتكن )(t2 ُتؤخذ قراءة الرتفاع ).(h2
-5تعاد التجربة باستعمال أنابيب زجاجية ذات مقاطع مختلفة وعينات متشابهة من نفس نوع التربة. -6يمكن تدوين النتائج في جدول كما يلي-: الزمن )t
الرتفاع
الرتفاع
(2-t1
)(h1
)(h2
)ثانية(
)سم(
)سم(
150
50
3
150
50
3
رقم
طول
المحاولة
العينة
-1
24.0
215
-2
18.0
147
h2÷h1
Loge )(h2÷h1
1.0986
0.116
1.0986
0.1225
)L÷(t2-t1
شكل ) – (2-6جهاز ضغط الماء المتغير لقياس نفاذية التربة الناعمة
)(4
الحسابات ):(Calculations يحسب معامل النفاذية ) (Kبالمعادلة التالية المشتقة من قانون دارسي:
فحوصات التربة للغراض النشائية
228
الباب السادس – فحوصات نفاذية التربة ___________________________________________________________________
أو
h aL log10 1 ) A( t 2 − t 1 h2
=K
)*(
h aL K = 2.3 ln 1 A( t 2 − t 1 ) h 2
لنفرض أن: A= 81.07 cm² a = 7.1 cm²
فإن قيم ) (Kللمحاولتين 2،1في الجدول أعله تكون حسب المعادلة )*( : h aL = log10 1 ) A( t 2 − t 1 h2
= K1
7.1 = x 0.116 x1.0986 81.07
=
= 1.07 x10 −2 cm / sec K 2 = 1.18x10 −2 cm / sec
ملحظة :تتم الشارة مع نتائج الفحص إلى كثافة التربة ) (ρومحتوى الرطوبة ) (Wودرجة الح اررة أثناء الفحص.
6-3فحص نفاذية التربة بطريقة ضغط الماء الثابت )( Constant Head Soil Permeability Test
) (1المراجع القياسية ):(Standard references BS ASTM D-2434.
) (2الجهزة الل زـمة ):(Equipment فحوصات التربة للغراض النشائية
229
-
الباب السادس – فحوصات نفاذية التربة ___________________________________________________________________
يبّين الشكل ) (3-6تفاصيل الجهاز المستعمل لهذا الفحص ،علمًا بأن هناك أشكال وتصاميم مختلفة لهذا الجهاز إل أن مبدأ عملها واحد.
) (3الطريقة ):(Procedure -1تكون العينة في هذا الفحص محصورة داخل اسطوانة )Perspex
(cylinderويوضع على أعلى وأسفل العينة غطاء منفذ من شبكة
معدنية ) ،(Wire mesh filterبينما يحافظ مصدر الماء على منسوب ثابت للماء في الوعاء العلوي عن طريق التعويض المستمر عن كمية الماء التي ترشح خلل التربة. -2يجري قياس كمية الماء المترشحة عبر العينة بواسطة الناء المدرج. -3تترك العينة أثناء الليل لليوم التالي لضمان استقرار وانتظام عملية الترشيح ).(Steady state
-4يمكن تدوين نتائج الفحص في جدول كما هو موضح في الحسابات أدناه.
شكل ) (3-6جهاز ضغط الماء الثابت لقياس نفاذية التربة الرملية والحصوية
فحوصات التربة للغراض النشائية
230
الباب السادس – فحوصات نفاذية التربة ___________________________________________________________________
)(5
الحسابات ):(Calculations من خلل قانون دارسي:
V = K.i Q = A.V t Q = K.A.i t h L QL Aht
= ⇒i
= ⇒K
)تفاصيل الحسابات في الجدول أدناه(. رقم
المحاولة
كمية الماء
الوقت الذي
المترشحة عبر
لزم للترشح )
)سم(
)ثانية(
العينة )(Q
(t
الفرق بين منسوب الماء في ال نـبوبين )) (hسم(
طول
مساحة
العينة )
مقطع العينة
(L
)) (Aسم
معامل النفاذية ÷ K=QL )(Aht )سم/ثانية(
)سم(
(2
-1
500
121
7.31
10
81.07
10-2×6.9
-2
500
134
6.97
10
81.07
10-2×6.6
فحوصات التربة للغراض النشائية
231
الباب السادس – فحوصات نفاذية التربة ___________________________________________________________________
فحوصات التربة للغراض النشائية
232