מדע מאחורי בדיקות סינון ויישומים שלה בפרויקטים להנדסה אזרחית

מבוא: מדוע בדיקות שיעור ההסתננות משנה בהנדסה אזרחית

מים הם אחד הכוחות החזקים ביותר לעצב את הסביבה הבנויה.אם תכנון בנקאות כבישית, תת-מחלקה למגורים, או אגן מים סוער, מהנדסים אזרחיים חייבים להבין איך מים נעים לתוך ודרך הקרקע. בדיקות קצב חדירה מספק את הבסיס הכמותי להבנה זו.על ידי מדידה המהירות שבה מנהלי מים נכנסים לאדמה, מהנדסים יכולים לקבל החלטות מושכלות על עיצוב, יציבות, בסיס, וכושר זהירות, בדיקה מקיפה של נתונים, ומניעה, כישלונות סביבתית, ומניעה של נתונים, ומניעה של חומרים מדויקים, ומניעה של חומרים מתקדמים, ניסויים, ומניעה של חומרים מדויקים, כישלונות, ומניעה של חומרים מדויקים, ומניעה של חומרים מתקדמים, מוטציות, ומניעה של חומרים מדויקים, על ידי מדידה של חומרים מתקדמים, ומניעה של נתונים, ניסויים, ומניעה של נתונים, ומניעה של חומרים סביבתיים, ומניעה של טכנולוגיות, ומניעה, ומניעה, ניסויים, ניסויים, ניסויים, ניסויים, מוטציות, ניסויים, ניסויים, ומניעה של טכנולוגיות, מוטציות, ומניעה של חומרים מדויקים, ניסויים, ניסויים, מוטציות, על ידי מדידה של חומרים מדויקים, מוטציות, ומניעה של נתונים, ניסויים, מוטציות, ומניעה של

מה זה Infiltration Rate Testing?

בדיקות חדירת שתן קובעות את השיעור שבו מים יכולים להיכנס אל פני הקרקע בתנאים שדה.התוצאה, בדרך כלל באה לידי ביטוי בסנטימטר לשעה (ב / שעה) או מ"מ לשעה (mm/hr), משקפת את יכולת הקרקע - היכולת שלה לשדר מים. infiltration מושפעת ממרקם, מבנה, קומפקטיות, תוכן, נוכחות של חומר הידראולי, בניגוד לאמצעי בקרה, ניתוקציה משולבת (דלקת פני השטח) היא משפיעה על ידי מערכת בקרה אחורית) ואפקטים של מחסנים של מחסנים של מחסנים של מחסנים של מחסנים של מחסנים ואפקטים).

המבחן מדמה את הגשמים הטבעיים או את התנאים להניב נתונים שניתן לדרג למטרות עיצוב.שיטות שדה נפוצות כוללות את החדירה הכפולה של החדירה, את הנפילה (או קבוע) את המערכת בראש, ואת חד-ההזרם חד-המחזור.לכל אחד יש יתרונות ומגבלות ברורים, אבל כל המטרה לספק מדידה מייצגת של התנהגות החמצוקה של הקרקע.

המדע מאחורי הסתננות: פיסיקה סולי וחוק דארסי

חדירה נשלטת על ידי עקרונות זרימת הנוזל באמצעות מדיה ⁇ , אשר באה לידי ביטוי בעיקר על ידי חוק דארסי:

(ב) ⁇ (ב"ד) ⁇

כאשר q הוא קצב זרימה (flux), K הוא מוליכות הידראולית, ו dh /dL הוא ה ⁇ הידראולי. בתנאים לא רוויים, כוח הנהיגה כולל גם פוטנציאל כבידה וגם שבץ מורכב.כאשר מים נכנסים לאדמה, המהירויות הקדמיות רטובות, ואת קצב ההסתננות יורד בהדרגה עד למצב יציב מגיע - בדרך כלל לאחר מספר שעות.

כמה תכונות אדמה משפיעות ישירות על שערי חדירה:

(ב) ל"ד'רמדומים" (ה') לקרקעות סנדי יש נקבוביות גדולות ושיעורי חדירה גבוהים (2-10 ב/hr), בעוד שלקרקעות חימר יש נקבוביות קטנות ושיעור נמוך (0.01-0.2 ב/hr).
מבנה ה-ULT:0 [המבנה] של ⁇ : [=] [ה] [ה] [ה]] [ה]], [ה'], [ה'], [ה'], [ה'], [ה'], [ה'], [ה'], [ה'],], [ה'], [ה'],], [ה'], [ה'],], [ה'], [ה'],], [ה'], [ה'], [ה'[ה'], [ה'],],], [ה'], [ה'], [ה'], [ה'],], [ה'], [ה'], [ה'], [ה'], [ה'],], [ה'], [ה'], [ה'],], [ה'], [ה'],],],],], [ה'], [ה'], [ה'], [ה'], [ה'], [ה']'], [ה
(ב) ויקרא י"א: ויקרא י"א: "בְּהְיִם עַמֶרְטְהִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתְּבְתָּתָם" (בראשית כ"ד).
(FLT:0)Compaction:0) תעבורת בנייה ודירוג יכולים להפחית באופן דרמטי את ההסתננות – אפילו כמה חולות של ציוד כבד יכולות לקצץ בשיעורים של 50-90 אחוזים.
(FLT:0) וחומר אורגני: FLT:1 רשתות שורשים ומטה אורגנית לקדם את זרימת המאקרופרופור ולשפר את החדירה.

הבנת גורמים אלה מסייעת למהנדסים לצפות כיצד חדירה עשויה להשתנות לאורך זמן ובתנאי טעינה שונים.לדוגמה, אדמה שמבחנת גבוה באביב עשויה להראות ביצועים מופחתים לאחר בצורת קיץ או לאחר קומפקטית בנייה.

שיטות של Infiltration Testing

כמה שיטות שדה סטנדרטיות פותחו כדי למדוד את שיעורי ההסתננות.לכל שיטה יש פרוטוקולים ספציפיים, דרישות ציוד ויישומים.הטכניקות הנפוצות ביותר בהנדסה אזרחית מתוארות להלן.

מבחן החדירה הכפול

החדירה הכפולה של החדירה היא תקן הזהב למדידה חדירה על פני הקרקע.זה מורכב משתי טבעות מתכת קונצנטריות, בדרך כלל 12 ו -24 אינץ ' בקוטר (או שווה ערך פרמטר), המונע כמה סנטימטרים לתוך הקרקע. שתי הטבעות מלאות מים, ואת רמת המים בטבעת הפנימית הוא פיקוח על פני זמן.

נוהל (ASTM D3385):

דחפו את הטבעות 4-6 אינץ' לתוך הקרקע, ולהבטיח חותם חזק.
מלא את שתי הטבעות לאותו עומק (בדרך כלל 4-6 אינץ' של מים).
להקליט את הירידה ברמת המים במרווחים קבועים (למשל, כל 5-10 דקות).
המשך עד שהקצב מייצב (מצב יציב), לעתים קרובות לאחר 1-4 שעות.
השלמת שיעור ההסתננות כמדרון של חדירה מצטברת מול עקומת זמן.

(ב) ויקרא: ויקרא י"ד): "ה' (ב') ויקרא י': ויקרא י':2 ויקרא: ויקרא י"ד): "וַיְהִיאוּלְמִנְתָּבְתִּים הָאָרֶץ הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא עַכְאֶבְתּבְאֶבְתּבְהָבְהָבְתּבְהִנְתּבְתּבְתּבְתּבְתּבְתּבְּבְּבְּבְהִנִנְּבְּבְהִנִנְהִנֹאֶבְּבְּבְּבְתּבְּבְּבְּבְּבְּבְּבְּבְּבְּבְּבְּבְּבְּבְ

מבחן ראש נופל (Permeameter)

בעוד שהמדפומטר הכפול מחלחל אל תוך חדירה, מבחן הראש נופל משמש לעתים קרובות כדי לקבוע מוליכות הידראולית רוויה בלב הקרקע או בתוך חורב. בתחום, ניתן לבצע על ידי נהיגה טבעת אחת (standpipe) לתוך הקרקע, מילויו עם מים, ומדידה את שיעור הירידה ברמת המים.

(ב) ⁇ :0) ⁇ : ⁇ 1 , סע צינור (למשל, 4 או 6 אינץ ' קוטר) לתוך הקרקע.מלא במים ולרשום את טיפות הראש.
(ב) ⁇ :0) , ⁇ : ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

(ב) ויקרא: ויקרא י"א): "ה' (ב') ויקרא יא': "ה' (ב') ויקרא י': "ה', לא מבדילים, לא נטישה; זרם מאוחר יותר יכול לגרום לתוצאות הטיה; דורש פרשנות זהירה.

מבחן ראש קבוע

במבחן הראש הקבוע, מים נוספו לזירה או להיעלב בקצב שמקיים רמת מים קבועה.קצב זרימת המצב היציב (Q) והגיאומטריה של מערכת הבדיקה מאפשרת חישוב של מוליכות הידראולית. שיטה זו שכיחה לבדיקות למשימות מעבדה על דגימות קומפקטיות.

(ב) ⁇ :0) , לאחר יישב את הקרקע, להתאים את שסתום החתך כדי לשמור על רמת המים קבוע.
(ב) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

(ב) [15] ,ב"ה: ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

חד-פעמי ובדיקות שדה אחרות

עבור הערכות מהירות, חד-לשוני (ללא טבעת buffer) ניתן להשתמש בו.עם זאת, זה נוטה לחדירה מופרזת בשל זרימה מאוחרת. Modifications, כגון "ראש נופל מתפתל עם ספוג פנימי ספוג" שיטה, לטפל חלקית זה. טכניקות אחרות כוללות את "מטופדת infilation test" (מצטבר בקנה מידה) ו-"Ttrometer תלוי על פני השטח.

כל השיטות צריכות לעקוב אחר סטנדרטים מבוססים: ASTM D3385 (גיל כפול), ASTM D5126 (Single-ring), ו- ASTM D2434 (ראשונים לקרקעות גרניטריות) סוכנויות רגולטוריות מקומיות עשויים לציין פרוטוקולים מסוימים להתאמה למים.

יישומים בפרויקטים להנדסה אזרחית

נתוני שיעור ההסתננות מודיעים ישירות על עיצוב רכיבי הנדסה אזרחית רבים.הסעיפים הבאים מפורטים את היישומים הנפוצים ביותר.

מערכת פיתוח: Stormwater Management and Drainage System Design

(ב) מנהגים של גשמים, תאים ביו-הכוונות, סלולים חד-משמעיים, וצינורות חדירה, מסתמכים על יכולת הקרקע לטפל בריצה. AnFLT:0under-oriented-oriented-FireplementedFLT:1 ו- 4tration מערכת קומפקטית יכולה לגרום לשקית, להציף, או לשחיקה.

(FLT:0)Example:FLT:1 תא ביו-retention בגודל של סערה בגודל 1 אינץ 'חייב להיות אזור אגן ואמצעי קרקע שיכולים לחדור את נפח זה בתוך 48 שעות.
(FLT:0)Example: FLT:1 Road underdrains (ניקוז צרפתי) דורש חדירה של אדמה מולדת כדי להיות נמוך מספיק כי צינור הניקוז אוסף מים - אבל גבוה מספיק כי מים לא להרהר על פני השטח הכביש.

הקרן והכוח

עודף מים בתת-קרקעי מפחית את כוח הקרקע ויכול להוביל להתנחלות או לכשלונות מדרדרונות.שיעורי הסתננות עוזרים למהנדסים לחזות כמה מהר מים גשם יתחלחלו לתוך הקרקע מול ריצה.עבור מדרונות לחתוך ולשמור על קירות, שיעור ההסתננות משפיע על העיצוב של שמיכה ניקוזמת, חורים וחותמת.

(ב) ⁇ :0) כפל: כאשר בניית בניין על חימר רב, שיעורי הסתננות נמוכים עשויים להצביע על הצורך בחיתום ודלקתיים על מנת להרחיק מים מהבסיס.
(FLT:0) שכפול: 1 ב-Ebankments מהירים, מעצבים משתמשים בנתונים של חדירה לגודל מערכות תחת הדרטן, אשר מיירטות מים לפני שהוא מסיט את המצע.

מערכת Septic siting and Design

על מערכות טיפול פסולת באתר (מערכות ספקניות) דורש שדה ספיגת אדמה שבו effluent יכול לחדור ולהיות מטופלים על ידי תהליכים ביולוגיים.רוב קודים הבריאות מציינים שיעור חדירה מינימלי (למשל, 0.5 ב / שעה עבור מערכת trench) ודורשים בדיקות קוליציה או מדידות הידראוליות.

חקלאות וארץ - הצהרת ד"ר

בחקלאות, חדירה מוגזמת יכולה להחריד חומרים מזינים, בעוד שאין די חדירה גורמת לעומס מים ויבול.מהנדסים עיצוב אריח ניקוז, ניהול מים על פני השטח ומערכות השקיה המבוססים על תכונות חדירה הקרקע.בפרויקטים של קריאה, בדיקות מסייע לקבוע אם אדמה מתוקנת (למשל, לאחר כריית) יכול לתמוך בצמחייה.

תשתיות ירוקות ושגשוג

ריצוף ( ⁇ asphalt, ריצוף בטון, רשתות חמורות) פועל רק אם הקרקע הבסיסית יכולה לחדור בקצב הנדרש.

תוצאות בדיקות: מהנתונים שדהיים ועד ערכי עיצוב

מדידות שדה Raw משמשות לעתים רחוקות ישירות בעיצוב.מהנדסים חייבים ליישם חשיבה סטטיסטית וגורמי בטיחות כדי להסביר את הטרוגניות הקרקע, רגישות במבחן, ושינויים עתידיים.

(FLT:0) הפחתה של נתונים: ההרחבה מצטברת של החדירה לעומת הזמן.המדרון של החלק הליני הסופי נותן את שיעור ההסתננות של המדינה היציבה (f c) השיעור הראשוני הוא transient ולא בשימוש לתכנון.
(FLT:0Outlier Identity:FLT:1 מבחנים מרובים באותו מיקום לעתים קרובות מניבים תוצאות שונות. השתמש בקופסה-plots או coefficient of Variation (CV) כדי לזהות נתונים מפוקפקים.
(FLT:0) בחירת שיעור העיצוב: 1.000 סוכנויות רבות משתמשות בשיעור הנמוך ביותר מסידרה של בדיקות, או אחוזון ה-25, מחולק על ידי גורם בטיחות (ערכים משותפים: 2 עבור אדמה קורקזית, 3 עבור אדמה טובה, עד 4 עבור יישומים קריטיים).
(FLT:0) התאמה עונתית: 1FLT:1 מחזורי הקפאה חורף, סדקים ימי הקיץ, וטבלאות מים גבוהות יכולות לשנות את התנהגות ההסתננות.
(FLT:0) ביצועים לטווח ארוך: 1FLT (בשנה), כריתת שומן, צמיחה ביולוגית וקומפקטיות יכולה להפחית חדירה. עיצובים כוללים לעתים קרובות "שכבת סינון" או להחליף את הטופים כדי לשחזר את יכולת.

להבנה עמוקה יותר של יעילות הקרקע ושיטות סטטיסטיות, מתייחסת ל-FLT:0.NRCS Soil Survey DataFLT:1, המספקת טווחי הסתננות מבוססי קרקע עבור ארצות הברית.

Best Practices and Common Challenges

קבלת נתוני הסתננות אמינים דורשת תכנון קפדני וביצוע. להלן הם שיטות ומכשולים טובים ביותר להימנע.

הכנת האתר

להסיר כל קרום פני השטח, צמחייה או פסולת ללא מפריע למבנה הקרקע.
מראש את אזור הבדיקה אם הקרקע יבשה מאוד (כדי להימנע משיעורים ראשוניים גבוהים באופן חריג).
בדיקות התנהגות באזורים מייצגים - להימנע מכבישים קומפקטיים, אזורי מלאי, או מילוי ציונים נמוכים.

מבחן ביצוע

השתמש בנפח מים הולם עבור החדירה הכפולה (ASTM ממליץ לפחות 8-10 ליטרים לכל טבעת עבור אדמה חולנית).
שמור על ראש קבוע בשתי הטבעות (±1 ס"מ) כדי למזער את זרימת מאוחר יותר.
קריאה מעמיקה של זמן בתקופות של מרווחים תכופים (כל 1-2 דקות בהתחלה, ואז כל 10 דקות).
הגנה על ההתקנה מן הרוח וההתמדה באמצעות כיסויים.

התמודדות עם מגוון

ביצוע לפחות 3-5 בדיקות באתר, המופץ על ידי עמדות טופוגרפיים שונות.
בקרקעות משתנות מאוד (למשל, קרח עד), להגדיל את מספר הבדיקות ולהחשיב גישה גיאטטיסטית (kriging).
אם נתקלת באבנים גדולות או מכשולים קשיחים, ניתוק המבחן או השתמש ב-auger יד כדי להתקין את הטבעת (עם קומפקטיות מינימלית).

טעויות נפוצות

בדיקות בגשם כבד או על אדמה רוויה (התקדמות נמוכה באופן מלאכותי).
שימוש בטבעת אחת ללא חיץ (מעל למטב בחדירה של 2-5 פעמים).
טבעות נהיגה עמוקות מדי או עם כוח מופרז (מתאים את הקרקע בתוך הטבעת).
בין מבחן הראש נופל כקצב חדירה ישיר ללא תיקון.

מסקנה: תפקידה של Infiltration Data in Resilient Infrastructure

בדיקה חדירת קצב סינון אינה רק תיבת בדיקה רגולטורית - היא קלט בסיסי לתכנון תשתיות אשר לנהל בבטחה מים.מבקרות מים עירוניים לניקוז כביש מרוחק, יכולת הקרקע לספוג ביצועי מערכת מים, עלות וארוכותיות. כמו הנדסה אזרחית עדיין מחבקת שיטות בר-קיימא ואקלים, הביקוש לחדירה אמינה, ספציפית של האתר, נתונים המבוססים על דיוקים ובטיחות, אך ורק לזרימת מים אוטומטיים, כמו למשל, שיפור של טכנולוגיות אלקטרודות.

לקריאה נוספת, מומלץ להתייעץ עם שיטת מבחן סטנדרטי D3385 עבור שיעור הסתננות של Soils בשדה באמצעות Double-Ring InfiltrometeralFLT:1 ו-FLT:2USDA NRCS Soil ReferenceFLT 3.