روسازی راه
آزمایش GPR
دستگاه رادار نفوذی زمین GPR برای تشخیص وضعیت زیر سطحی روسازی با تکنولوژی راداری عمل میکند. فرستنده رادار، یک موج الکترومغناطیسی را به سازه میفرستد و در هر تغییر، قسمتی از انرژی منعکس میشود و تولید یک اکو میکند که بوسیله آنتن دریافت میشود و به علائم الکترونیکی تبدیل میشود. پردازش این سیگنالهای الکترونیکی امکان محاسبه ضخامت لایهها را فراهم میکند.
این دستگاه شامل تجهیزات آنتن و آنتن منو استاتیکی با یک سیستم جمعآوری و پردازش داده با بکارگیری یک میکرو کامپیوتر است. نرم افزار مورد استفاده در محیط ویندوز امکان 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 کیلومتر 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 کیلومتر راه را در روز ارزیابی کند.
این دستگاه با استفاده از امواج با فرکانس بالا (بین ۱۰ تا ۳۰۰۰ مگاهرتز) به بررسی و کسب اطلاعات از وضعیت زیرسطحی روسازی میپردازد.
دستگاه GPR قادر است تغییر در مشخصات الکترو مغناطیسی مصالح روسازی را که شامل ثابت دی الکتریک، رسانایی و ضریب گذردهی مغناطیسی است، را تشخیص دهد که این موضوع در تشخیص جنس مواد خاکی و سنگی، محتوای رطوبتی و وزن مخصوص حجمی مصالح حائز اهمیت است.
بر اساس اینکه دستگاه GPR به چه نحوی استفاده شود، به دو دسته هوایی و زمینی تقسیم بندی میشود. در سیستم هوایی، نوک (راس) دستگاه در فاصله ۵۰۰-۱۵۰ میلیمتر بالاتر از سطح زمین قرار میگیرد. این سیستمها اجازه حرکت با سرعت بالا و همچنین ارائه دادن یک سیگنال واضح را فراهم میآورد. در این حالت با توجه به اینکه بخشی از انرژی موج توسط سطح روسازی منعکس میشود، عمق نفوذ موج کم است. در مقابل در روش زمینی، نوک (راس) آنتن در تماس مستقیم و کامل با زمین است و امکان نفوذ بیشتر موج در زمین فراهم میآید (با فرکانس یکسان و انرژی موج یکسان). ولی در این حالت، سرعت جمع آوری اطلاعات پایین است.
در سیستم هوایی GPR آنتن هوایی دستگاه از یک جفت آنتن جدا از هم که یکی وظیفه ارسال موج و دیگری وظیفه دریافت موج بازتاب شده را بر عهده دارد، تشکیل یافته است. برای افزایش دقت مکانی اطلاعات جمع آوری شده در طول مسیر، از یک طول سنج که به چرخ ماشین متصل شده است استفاده میشود. در این حالت اطلاعات بدست آمده تابعی از مکان خواهند بود تا تابعی از زمان.
موج الکترومغناطیس از طریق آنتن دستگاه ساطع شده و در داخل مصالح روسازی با سرعت معین که این سرعت بر اساس میزان نفوذپذیری الکترونیکی یا گذردهی الکتریکی تعیین میشود، حرکت میکند. این موج در داخل روسازی حرکت کرده تا با لایهای برخورد کند که مشخصات الکتریکی متفاوت با محیط قبل داشته باشد. در این حالت موج بازتاب نموده و توسط آنتن دریافت کننده شناسایی میشود. شایان ذکر است زمانی که موج الکترومغناطیسی با محیط متفاوت برخورد میکند بخشی از آن موج به سطح روسازی بازتاب نموده و بخش دیگر در محیط جدید به حرکت ادامه خواهند داد. موج بازتابی توسط آنتن شناسایی شده و در سیستم ذخیره دیجیتالی، برای پردازشهای بعدی ذخیره میشود.
موارد استفاده
موارد کاربرد در دستگاه GPR به قرار زیر است.
- تهیه نقشههای زمین شناسی و ژئولوژیک تا سطح بستر سخت یا سطح آبهای زیرزمینی از روسازی راه
- تعیین عمق و ضخامت لایههای خاکی و زیر سطحهای آبرفتی
- شناسایی محلهای حفرههای زیر سطحی و ترکهای زیر سطحی تا سطح بستر سخت
- شناسایی محلهای لوله ها، تانکها، سیمهای برق و سایر اجسام در داخل زمین زیر سطح روسازی
- شناسایی و به تصویر کشیدن مواد آلوده در زیر سطح زمین مانند مواد را رادیواکتیویته 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 امکان 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 که به وسیله نقلیه متصل میشود، پالسهای موج کوتاه الکترومغناطیس را به داخلسطح روسازی گسیل میدارد. این پالسها به آنتن بازتاب شده و حاوی اطلاعاتی شامل زمان سفر و دامنه موج که حاکی ازخواص دی الکتریک مصالح تشکیل دهنده روسازی و محل قرارگیری آنها است. انرژی بازتاب شده از سطح روسازی ذخیره شده و ممکن است در یک 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 که از فصل مشترک بازتاب مینمایند، قابل دریافت است.
ثابت دیالکتریک یک لایه روسازی، بسته به لایه قبل آن،قابل محاسبه از طریق اندازه گیری دامنه پیکهای شکل موج براساس بازتابهای صورت گرفته از فصل مشترک 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. |