مقاومت و اندازه گیری خاک – اصول طراحی و آزمایش الکترود زمین

درک مقاومت و اندازه گیری خاک و ارتباط آن با طراحی سیستم الکترود زمین برای درک اصول اساسی طراحی، اندازه گیری ها و محاسبات مقاومت زمین و مقاومت خاک کلیدی است. این زیر قسمت دوم از اصول طراحی و سری آزمایش چهار قسمتی الکترود زمین ما است که بر اساس مقاله سفید ما “اصول و آزمایش طراحی الکترود زمین” است.

• نظریه غلاف
• مقاومت و اندازه گیری خاک
• محاسبه مقاومت الکترود زمینی یک میله
• اندازه گیری مقاومت الکترود

مقاومت خاک

مقاومت خاک نام دیگری برای مقاومت ویژه خاک است. بر حسب اهم متر یا اهم سانتی متر اندازه گیری می شود. اهم متر به آن مقاومت خاک گفته می شود که بین وجوه متضاد یک مکعب با اضلاع یک متری یک اهم مقاومت داشته باشد.

مقاومت نسبت مستقیمی با مقاومت خاک دارد. محاسبه این رابطه در زندگی واقعی آنقدر که به نظر می رسد آسان نیست، زیرا مقاومت خاک به طور اجتناب ناپذیری با عمق تغییر می کند. دومین مشکل در برخورد با مکان‌های مختلف این است که مقاومت در مکان‌ها بسیار متفاوت است.

جداول زیر ایده ای از مقاومت چند رسانه ای را ارائه می دهد که برای طراحی سیستم زمین مورد علاقه هستند.

مواد مقاومت معمولی

• فلز مس 1.72 x 10-8 اهم
• GEM، مواد 0.12 اهم
• بنتونیت 2.5 اهم
• بتن 30 تا 90 اهم

عواملی که بر مقاومت خاک تأثیر می گذارد عبارتند از: نوع خاک، فشردگی، ترکیب شیمیایی، دما و محتوای آب. شکل 1 اثر رطوبت و دما را بر مقاومت خاک نشان می دهد.

میزان رطوبت و دما بر مقاومت خاک

اثر رطوبت و دما بر مقاومت خاک

اندازه گیری مقاومت خاک

روش های مختلفی برای اندازه گیری مقاومت خاک وجود دارد.

این شامل:

• روش 4 نقطه ای آرایه ونر
• آرایه شلمبرگر
• روش میله رانده
• روش آرایه ونر در این مقاله مورد بحث قرار می گیرد زیرا این روش رایج ترین روش اندازه گیری مقاومت خاک است. دامنه این سند اجازه بحث دقیق در مورد سایر روش های آزمایش خاک را نمی دهد.

با استفاده از روش آرایه Wenner، چهار الکترود کوچک (پروب کمکی) در یک خط مستقیم در فواصل a به عمق b قرار می گیرند. جریانی از دو پروب بیرونی عبور داده می شود و سپس ولتاژ پتانسیل بین دو پروب داخلی اندازه گیری می شود. یک معادله ساده قانون اهم مقاومت را تعیین می کند. از این اطلاعات، اکنون می توان مقاومت خاک محلی را محاسبه کرد. برای اکثر شرایط عملی، “a” 20 برابر بزرگتر از “b” است، که در آن ما می توانیم فرض کنیم که b=0 است.

سپس مقاومت، ρ، به وسیله:

ρ = 2 π a Re
جایی که

ρ = مقاومت خاک محلی (Ω-m)
a = فاصله بین کاوشگرها (m)
b = عمق کاوشگر در زمین (m)
Re = مقدار مقاومت اندازه گیری شده توسط دستگاه تست (Ω)
این مقادیر مقاومت متوسط ​​خاک را تا عمق a نشان می دهد. توصیه می شود که یک سری خوانش در مقادیر مختلف a و همچنین در محور چرخشی 90 درجه انجام شود. جدول بندی یا رسم نتایج تمرین خوبی است زیرا این روش ایده خوبی از چگونگی تغییر مقاومت با عمق می دهد و سرنخ بهتری در مورد نوع الکترود زمین برای طراحی به ما می دهد.

به عنوان مثال، اگر مقاومت در سه متر بالا بسیار بالا باشد اما پس از آن عمق به شدت کاهش یابد، در این صورت می‌توان با استفاده از الکترودهایی طراحی کرد که تا عمق بیش از سه متر رانده یا سوراخ می‌شوند. برعکس، اگر مقاومت بیش از یک عمق مشخص، مثلاً دو متر، بهبود نیابد، ممکن است الکترودهای افقی در طراحی الکترود زمین در نظر گرفته شوند.

آرایه ونر (روش 4 نقطه)

ثبت معمولی برای اندازه گیری مقاومت را نشان می دهد. تجربه نشان داده است که بسیاری از آزمایشگران مقاومت خاک اغلب درک کاملی از میزان نیاز به انجام آزمایش ندارند. اغلب اشاره می شود که تنها یک یا تعداد انگشت شماری از مقادیر اندازه گیری می شوند. توصیه می شود که برای طراحی الکترود زمین، مجموعه ای جامع از نتایج در محدوده 2 تا 40 متر جمع آوری شود.

رکورد آزمایشی برای روش آرایه ونر
فاصله گذاری، الف ارزش اندازه گیری شده Re مقاومت، R = 2 π a Re