آزمایش GPR
دستگاه رادار نفوذی زمین GPR برای تشخیص وضعیت زیر سطحی روسازی با تكنولوژی راداری عمل میكند. فرستنده رادار، یك موج الكترومغناطیسی را به سازه میفرستد و در هر تغییر، قسمتی از انرژی منعكس میشود و تولید یك اكو میكند كه بوسیله آنتن دریافت میشود و به علائم الكترونیكی تبدیل میشود. پردازش این سیگنالهای الكترونیكی امكان محاسبه ضخامت لایهها را فراهم میكند.
این دستگاه شامل تجهیزات آنتن و آنتن منو استاتیكی با یك سیستم جمعآوری و پردازش داده با بكارگیری یك میكرو كامپیوتر است. نرم افزار مورد استفاده در محیط ویندوز امكان توصیف سیگنالهای بدست آمده به صورت همزمان و تصویری را فراهم میسازد. وقایع معمولی یا خیز معمولی مؤثر در مراحل مختلف، اندازه گیری و ثبت میشود. این دستگاه قادر است تا اعماق ۶۰ سانتی متر را با سرعتی تا حدود ۸۰۰ كیلومتر در ساعت اندازهگیری نماید.فواصل اندازه گیری حداقل ۰/۵ متر است. دقت اندازه گیری ۵٪ ضخامت اندازه گیری است. این دستگاه میتواند بسته به نوع ارزیابی تا ۶۰ كیلومتر راه را در روز ارزیابی كند.
این دستگاه با استفاده از امواج با فركانس بالا (بین ۱۰ تا ۳۰۰۰ مگاهرتز) به بررسی و كسب اطلاعات از وضعیت زیرسطحی روسازی میپردازد.
دستگاه GPR قادر است تغییر در مشخصات الكترو مغناطیسی مصالح روسازی را كه شامل ثابت دی الكتریك، رسانایی و ضریب گذردهی مغناطیسی است، را تشخیص دهد كه این موضوع در تشخیص جنس مواد خاكی و سنگی، محتوای رطوبتی و وزن مخصوص حجمی مصالح حائز اهمیت است.
بر اساس اینكه دستگاه GPR به چه نحوی استفاده شود، به دو دسته هوایی و زمینی تقسیم بندی میشود. در سیستم هوایی، نوك (راس) دستگاه در فاصله ۵۰۰-۱۵۰ میلیمتر بالاتر از سطح زمین قرار میگیرد. این سیستمها اجازه حركت با سرعت بالا و همچنین ارائه دادن یك سیگنال واضح را فراهم میآورد. در این حالت با توجه به اینكه بخشی از انرژی موج توسط سطح روسازی منعكس میشود، عمق نفوذ موج كم است. در مقابل در روش زمینی، نوك (راس) آنتن در تماس مستقیم و كامل با زمین است و امكان نفوذ بیشتر موج در زمین فراهم میآید (با فركانس یكسان و انرژی موج یكسان). ولی در این حالت، سرعت جمع آوری اطلاعات پایین است.
در سیستم هوایی GPR آنتن هوایی دستگاه از یك جفت آنتن جدا از هم كه یكی وظیفه ارسال موج و دیگری وظیفه دریافت موج بازتاب شده را بر عهده دارد، تشكیل یافته است. برای افزایش دقت مكانی اطلاعات جمع آوری شده در طول مسیر، از یك طول سنج كه به چرخ ماشین متصل شده است استفاده میشود. در این حالت اطلاعات بدست آمده تابعی از مكان خواهند بود تا تابعی از زمان.
موج الكترومغناطیس از طریق آنتن دستگاه ساطع شده و در داخل مصالح روسازی با سرعت معین كه این سرعت بر اساس میزان نفوذپذیری الكترونیكی یا گذردهی الكتریكی تعیین میشود، حركت میكند. این موج در داخل روسازی حركت كرده تا با لایهای برخورد كند كه مشخصات الكتریكی متفاوت با محیط قبل داشته باشد. در این حالت موج بازتاب نموده و توسط آنتن دریافت كننده شناسایی میشود. شایان ذكر است زمانی كه موج الكترومغناطیسی با محیط متفاوت برخورد میكند بخشی از آن موج به سطح روسازی بازتاب نموده و بخش دیگر در محیط جدید به حركت ادامه خواهند داد. موج بازتابی توسط آنتن شناسایی شده و در سیستم ذخیره دیجیتالی، برای پردازشهای بعدی ذخیره میشود.
موارد استفاده
موارد كاربرد در دستگاه GPR به قرار زیر است.
- تهیه نقشههای زمین شناسی و ژئولوژیك تا سطح بستر سخت یا سطح آبهای زیرزمینی از روسازی راه
- تعیین عمق و ضخامت لایههای خاكی و زیر سطحهای آبرفتی
- شناسایی محلهای حفرههای زیر سطحی و تركهای زیر سطحی تا سطح بستر سخت
- شناسایی محلهای لوله ها، تانكها، سیمهای برق و سایر اجسام در داخل زمین زیر سطح روسازی
- شناسایی و به تصویر كشیدن مواد آلوده در زیر سطح زمین مانند مواد را رادیواكتیویته و شیمیایی
- جستجوهای باستان شناسی
- بازرسی آجر، مصالح بنایی، سازههای بتنی، راه و ریل راه آهن و همچنین بازرسی پایههای پل
- تهیه نقشههای گسیختگی در زیر سطح زمین
- شناسایی معادن زیرزمینی
- شناسایی حباب هوا در دالهای بتنی
- شناسایی و بازرسی سازهها و ابنیههای زیر سطحی مانند تونلها
- انجام مطالعات چینه شناسی
- تهیه نقشههای وجود سنگهای گرانیتی و الماسی در زیر زمین
- شناسایی وجود قیردر زیر زمین
- بررسی مخاطرات زیر زمین مانند امكان نشت روسازی یا وقوع انفجار ناشی از گازهای محبوس شده زیر زمین
- مطالعات یخبندان شناسی
- ابزاری مناسب برای برنامهریزی و مدیریت تعمیر و نگهداری راه، روسازی و راه آهن
- تهیه نقشههای آبهای زیرزمینی و چشمهها و مسیرهای آبروی زیرسطحی
- مطالعات عمق سنجی
تعیین ضخامت لایههای روسازی بر اساس نتایج دستگاه
رادار نفوذی زمین با استفاده از آنتنی كه به وسیله نقلیه متصل میشود، پالسهای موج كوتاه الكترومغناطیس را به داخلسطح روسازی گسیل میدارد. این پالسها به آنتن بازتاب شده و حاوی اطلاعاتی شامل زمان سفر و دامنه موج كه حاكی ازخواص دی الكتریك مصالح تشكیل دهنده روسازی و محل قرارگیری آنها است. انرژی بازتاب شده از سطح روسازی ذخیره شده و ممكن است در یك نوسان سنج برای بررسی رفتار موج، نشان داده شود.
ضخامت لایههای روسازی و خواص آنها با انجام محاسباتی بر روی دامنه موجها و زمان سفر آنها كه از فصل مشترك بازتاب مینمایند، قابل دریافت است.
ثابت دیالكتریك یك لایه روسازی، بسته به لایه قبل آن،قابل محاسبه از طریق اندازه گیری دامنه پیكهای شكل موج براساس بازتابهای صورت گرفته از فصل مشترك لایهها است.
بررسی مزایا و معایب آزمایشهای تعیین ضخامت روسازی
| GPR |
| مزایا |
معایب |
| دستگاه GPR قادر است با پوشش کامل روسازی تنها با بخشی از هزینه لازم برای نمونه گیری به روش مغزه گیری به ارزیابی روسازی بپردازد.
دستگاه GPR قادر است به صورت اتوماتیک دادههای برداشت شده مربوط به ضخامت روسازی را به سیستمهای مدیریت روسازی منتقل کرده تا در محاسبه عمر باقیمانده روسازی به کار آید.
دستگاه GPR دارای سرعت برداشت نسبتاً بالا، به خصوص در نوع هوایی است. دستگاههای مجهز به سیستمهای راداری قادرند ۳۲۲ کیلومتر را در روز برداشت کنند. این برداشتها با سرعت معمول (۸۰ کیلومتر در ساعت) در راه انجام میشود و به صورت کاملاً فاحش زمان را کاهش میدهند.
در دستگاهGPR هیچ نیازی به کارگر در محل آزمایش و در مسیر راه نیست. بدین ترتیب ایمنی این دستگاه بسیار بالا است.
دستگاه GPR دارای دقت بسیار قابل قبولی است.
امکان هماهنگ شدن با سیستم غیر مخرب دیگر مانند دستگاه FWD
کالیبراسیون ساده |
دستگاه GPR همیشه قادر نیست ضخامت روسازیهای بتنی و یا ضخامت لایه اساس را در صورتی که اختلاف مشخصات آنها فاحش نباشد تشخیص دهد.
کارایی دستگاه GPR به شدت به شرایط و ویژگیهای محل آزمایش بستگی دارد. مثلاً میزان نفوذ رادار در ماسههای اشباع شده بیشتر از ۳۰ متر خواهد بود. در حالی که نفوذ در سنگهای گرانیت بیشتر نزدیک به ۳۰۰ متر است. در حالتهای معمولی نفوذ بین ۱ تا ۱۰ متر خواهد بود.
در دستگاه GPR به برخی دلایل مانند تاثیر سست سازی گذردهی الکتریکی، دی الکتریکی و مغناطیسی و نیز پراکندگی امواج، پدیده میرایی رخ میدهد که باعث اختلال در نتایج دستگاه مینماید. در پدیده میرایی ممکن است موج الکترومغناطیس تبدیل به انرژی گرمایی شده و یا در اثر برخورد با ذرات درشت دانه غیر هموژن به مسیرهای مختلف پراکنده شود.
امکان دریافت برخی سیگنالها توسط آنتن دریافت کننده دستگاه GPR که مربوط به این دستگاه نیست. |
