في مجال التحقيقات الجيوتقنية واختبار التربة، يُعد اختبار القص الدوراني طريقة اختبار موقعية شائعة الاستخدام لتحديد مقاومة القص غير المُصرّفة للطين اللين. وبناءً على الاختلافات في أنظمة القياس والنقل، يُصنّف هذا الاختبار عمومًا إلى نوعين: اختبار القص الدوراني الإلكتروني واختبار القص الدوراني الميكانيكي. ورغم أن كلا الطريقتين تشتركان في مبدأ الاختبار نفسه، إلا أنهما تختلفان اختلافًا كبيرًا في بنية المعدات وإجراءات التشغيل وطرق جمع البيانات.

تقدم هذه المقالة، التي أعدتها ونشرتها شركتنا، مقارنة منهجية لإجراءات التشغيل الخاصة بطريقتي الاختبار هاتين لمساعدة مستخدمي الصناعة على فهم اختلافاتهم بشكل أفضل واختيار الحل الأنسب.

أولاً: إجراء اختبار القص الدوراني الكهربائي

1. قم بتثبيت مثبتات أرضية على جانبي موقع الاختبار عن طريق غرسها في التربة، ثم قم بإعداد وتثبيت الإطار الرئيسي لاختبار الاختراق. اضبط مستوى النظام باستخدام ميزان تسوية مدرج بـ 1 مم، ثم قم بتركيب جهاز تطبيق عزم الدوران.

٢. وصّل رأس الريشة بمستشعر العزم وشدّه. أدخل قضيب الحفر مع الكابل الممرّر من خلاله في فتحة تثبيت قضيب الحفر بجهاز العزم. وصّل قابس كابل المستشعر بالمقبس المارّ عبر قضيب الحفر، وقم بإجراء عملية منع التسرب. شغّل جهاز القياس، ثم شدّ قضبان الحفر. يجب إبقاء قضبان الحفر مستقيمة، ويجب أن تكون جميع الوصلات محكمة. يُوصى بتركيب موسّع ثقب عند وصلة قضيب الحفر على بُعد متر واحد تقريبًا فوق رأس قصّ الريشة.

3. بعد غرس رأس القصّ اللولبي في التربة حتى عمق الاختبار المحدد مسبقًا، اضبط الإطار بحيث يكون قضيب الحفر محاذيًا لمركز فتحة التوجيه في لوحة الإطار. في حال وجود طبقة صلبة نسبيًا عند عمق الاختبار، يُجرى الاختبار بعد اختراق هذه الطبقة.

٤. بعد ضغط رأس القصّ اللولبي إلى عمق الاختبار، يُترك دون تحريك لمدة ٢-٣ دقائق قبل بدء الاختبار.

٥. شدّ مشبك قضيب الحفر على جهاز عزم الدوران، واضبط جهاز القياس على الصفر أو سجّل القراءة الأولية.

٦. أدر ذراع التدوير اليدوي لجهاز قياس العزم باتجاه عقارب الساعة. عندما تبدأ قراءة جهاز القياس بالارتفاع، شغّل ساعة الإيقاف. يجب تدوير قضيب الحفر بمعدل يتراوح بين درجة واحدة كل ١٠ ثوانٍ ودرجتين كل ١٠ ثوانٍ. سجّل القراءة لكل درجة واحدة من الدوران. بعد الوصول إلى قيمة قصوى أو قيمة ثابتة، استمر في التدوير والتسجيل لمدة دقيقة إضافية. تُعتبر القيمة القصوى أو القيمة الثابتة هي القراءة الموافقة لانهيار القص للتربة غير المضطربة.

٧. بعد إتمام اختبار القيمة القصوى أو المستقرة، قم بتدوير رأس الريشة باتجاه عقارب الساعة ست دورات لإعادة تشكيل التربة المحيطة بالكامل. ثم حدد مقاومة القص غير المصرفة للتربة المعاد تشكيلها وفقًا للبند ٦ أعلاه. يجب إجراء اختبار مقاومة القص للتربة المعاد تشكيلها وفقًا لمتطلبات المشروع.

٨. إذا لزم إجراء المزيد من الاختبارات، قم بفك مشبك قضيب الحفر واضغط رأس القص اللولبي إلى عمق الاختبار التالي، ثم كرر الإجراء المذكور أعلاه.

٩. بعد الانتهاء من اختبار البئر بالكامل، قم بإزالة قضبان الحفر ورأس القص اللولبي جزءًا تلو الآخر. نظف جميع المكونات جيدًا وافحصها للتأكد من سلامتها.

١٠. في اختبارات القص الدوراني التي تُجرى في الآبار، يُحفر البئر ويُركّب الغلاف حتى عمق يتراوح بين ٣ و٥ أضعاف قطر الغلاف أو ٠.٥ متر فوق عمق الاختبار المستهدف. ثم يُنظف البئر باستخدام مثقاب حلزوني مثقوب. تُجمّع رأس القص الدوراني وقضيب العمود وقضبان الحفر قطعةً قطعةً وتُشدّ باستخدام مفتاح ربط الأنابيب. يُنزل التجميع في البئر حتى يلامس رأس القص الدوراني قاع البئر. يجب ألا يقل عمق اختراق رأس القص الدوراني في قاع البئر عن ٣ إلى ٥ أضعاف قطر البئر أو الغلاف، أو ٠.٥ متر.

١١. أثناء الاختبار، تجنب تعريض رأس الريشة لأشعة الشمس المباشرة أو التجمد. بالنسبة لأجهزة اختبار القص بالريشة ذات الحلقة المفتوحة، يجب تصحيح تأثير مقاومة الاحتكاك بين العمود والتربة.

١٢. قبل وبعد الاختبارات الهندسية، يجب معايرة مستشعر عزم الدوران لرأس القص بالريشة. تتراوح مدة صلاحية كل معايرة عادةً بين شهر واحد وثلاثة أشهر. في حال حدوث أي خلل أثناء الاستخدام، يجب إعادة المعايرة. يجب أن تكون المستشعرات والكابلات وأجهزة القياس المستخدمة أثناء المعايرة هي نفسها المستخدمة أثناء الاختبار.

13. عند إجراء اختبارات الريشة على الماء، إذا كانت التربة في قاع الحفرة لينة، فيجب استخدام جهاز تحكم في الغلاف لمنع الغلاف من الغرق أثناء الاختبار.

ثانياً: إجراء اختبار القص بالريشة الميكانيكي

١. في موقع الاختبار، أنزل الغلاف إلى عمق يتراوح بين ٣ و٥ أضعاف قطره، أو ٠.٥ متر فوق عمق الاختبار المطلوب، وذلك حسب عمق الحفر.

٢. ثبّت الغلاف بمشابك خشبية أو مشابك سلسلة لمنعه من الغرق أو الدوران في الاتجاه المعاكس نتيجةً لعزم الدوران الزائد.

3. أزل التربة المتبقية من البئر. ولتجنب إتلاف طبقة التربة المراد اختبارها، يُستخدم عادةً مثقاب حلزوني مثقوب للتنظيف.

4. ركّب رأس القصّ اللولبي، وقضيب العمود، وقضبان الحفر قطعةً قطعة، وشدّها باستخدام مفتاح ربط الأنابيب. ثم أنزل المجموعة في البئر حتى يلامس رأس القصّ اللولبي قاع البئر.

٥. وصّل قضيب التوجيه، ومرّر القاعدة من خلاله، وثبّتها على الغلاف. أحكم ربطها بمسامير التثبيت، ثم اضغط ببطء على رأس القصّ ذي الريش حتى يصل إلى عمق الاختبار. إذا وُجدت طبقة صلبة نسبيًا عند عمق الاختبار، يُجرى الاختبار بعد اختراق هذه الطبقة.

٦. بعد الضغط على رأس القصّ ذي الريش حتى يصل إلى عمق الاختبار، يُترك دون تحريك لمدة ٢-٣ دقائق قبل بدء الاختبار.

٧. ركّب مكونات ناقل الحركة، ثم أدر اللوحة الأساسية لمحاذاة مجرى مفتاح قضيب التوجيه مع مجرى مفتاح المشبك الثابت للحلقة الفولاذية. ثبّت الجلبة الثابتة بالقاعدة باستخدام براغي التثبيت. بعد ذلك، أدر ذراع التدوير اليدوي حتى يسقط المفتاح الخاص بحرية في مجرى المفتاح. اضبط المؤشر على أي مقياس عددي صحيح، ثم ركّب مقياس القرص، واضبطه على الصفر.

٨. ابدأ الاختبار بتدوير ذراع التدوير اليدوي بسرعة تتراوح بين درجة واحدة كل ١٠ ثوانٍ ودرجتين كل ١٠ ثوانٍ، مع تشغيل ساعة الإيقاف في الوقت نفسه. سجّل قراءة مؤشر القياس مرة واحدة لكل درجة واحدة من الدوران. عند الوصول إلى قيمة قصوى أو قيمة ثابتة، استمر في التدوير والتسجيل لمدة دقيقة إضافية. تُعتبر القراءة القصوى أو القيمة الثابتة هي أعلى قيمة لمؤشر القياس (Ry) التي تُشير إلى انهيار القص للتربة غير المضطربة.

٩. أزل المفتاح الخاص، وركّب المقبض الدوار أعلى قضيب التوجيه، وأدره باتجاه عقارب الساعة ست دورات كاملة لتفتيت التربة المحيطة برأس القصّ اللولبيّ. ثم أزل المقبض الدوار وأعد إدخال المفتاح الخاص. وفقًا للبند ٨، قِس وسجّل أقصى قيمة لمقياس القرص Ry عند انهيار القصّ للتربة المُعاد تشكيلها. يُجرى اختبار مقاومة القصّ للتربة المُعاد تشكيلها وفقًا للمتطلبات الهندسية.

10. بالنسبة للرؤوس المتقاطعة من نوع القابض، قم بإزالة المفتاح الخاص، وارفع قضيب التوجيه 2 سم ~ 3 سم لفصل أسنان القابض، ثم أدخل المفتاح الخاص مرة أخرى، وقم بتدوير ذراع التدوير اليدوي بسرعة ثابتة، وسجل القراءة المستقرة Ry للمقياس للاحتكاك بين العمود والتربة؛

11. بالنسبة للرأس المسنن، قم بتدوير المقبض بسرعة عكس اتجاه عقارب الساعة لأكثر من عشر مرات لفصل العمود عن الرأس المسنن، ثم قم بتدوير المقبض في اتجاه عقارب الساعة بسرعة ثابتة وسجل قراءة المقياس Ry عندما يحتك العمود بالتربة.

١٢. بعد الاختبار، قم بإزالة الأجزاء الدوارة والقاعدة. أدخل خطافًا في فتحة قضيب التوجيه، ثم أزل قضيب الحفر والوصلة العلوية قطعةً قطعة. نظف الوصلة العلوية وتأكد من عدم وجود براغي مفكوكة أو عمود مثني.

١٣. عند إجراء اختبارات الضغط العرضي على الماء، إذا كانت التربة في قاع البئر رخوة، يجب استخدام جهاز تحكم في الغلاف لمنع غرق الغلاف أثناء الاختبار.

١٤. بالنسبة لأجهزة القص ذات الحلقة الفولاذية المفتوحة، يجب تصحيح تأثير الاحتكاك بين قضيب العمود والتربة.

15. قبل وبعد الاختبارات الهندسية، يجب معايرة مستشعر عزم الدوران لرأس القص ذي الريشة. في حال حدوث أي خلل أثناء الاستخدام، يجب إعادة المعايرة. يجب أن تكون المستشعرات والكابلات وأجهزة القياس المستخدمة في المعايرة هي نفسها المستخدمة أثناء الاختبار.

ثالثًا: مقارنة جوهرية بين طريقتي الاختبار

1. مبدأ القياس

الطريقة الإلكترونية: تستخدم مستشعر عزم الدوران لتحويل مقاومة القص مباشرةً إلى إشارات كهربائية.

الطريقة الميكانيكية: تعتمد على النقل الميكانيكي وقراءات مقياس التناظر (أو المؤشر).

٢. طريقة جمع البيانات

الطريقة الإلكترونية: جمع وتسجيل البيانات الرقمية تلقائيًا.

الطريقة الميكانيكية: قراءة وتسجيل البيانات يدويًا بواسطة المشغلين.

3. دقة الاختبار

الطريقة الإلكترونية: دقة أعلى مع تقليل أخطاء القراءة البشرية.

الطريقة الميكانيكية: دقة أقل نسبيًا، تتأثر بالتشغيل اليدوي.

4. تعقيد التشغيل

الطريقة الإلكترونية: تتطلب توصيلًا كهربائيًا ومعايرة وإعدادًا للنظام.

الطريقة الميكانيكية: تتطلب خطوات ميكانيكية أكثر، ولكن بنية النظام أبسط.

٥. استقرار البيانات

الطريقة الإلكترونية: تتميز بقدرة عالية على مقاومة التداخل وإخراج مستقر.

الطريقة الميكانيكية: قد تتذبذب البيانات نتيجة لاختلاف قراءات المشغلين.

٦. بنية المعدات

الطريقة الإلكترونية: نظام متكامل يشمل الحساسات والكابلات والأجهزة الرقمية.

الطريقة الميكانيكية: تتكون أساسًا من مكونات ميكانيكية مثل القضبان والذراع الدوار ومؤشر القياس.

٧. متطلبات الصيانة

الطريقة الإلكترونية: تتطلب معايرة دورية للمستشعرات وصيانة إلكترونية.

الطريقة الميكانيكية: تعتمد بشكل أساسي على الفحص الميكانيكي والتشحيم.

٨. التكلفة ونطاق التطبيق

الطريقة الإلكترونية: تكلفة أعلى، مناسبة للمشاريع الهندسية والبحثية ذات المعايير العالية.

الطريقة الميكانيكية: تكلفة أقل، تُستخدم على نطاق واسع في الدراسات الجيوتقنية الروتينية.

٩. قابلية التكيف الميداني

الطريقة الإلكترونية: مناسبة لظروف المراقبة المتقدمة والمستمرة.

الطريقة الميكانيكية: أكثر ملاءمة للبيئات الميدانية البسيطة ذات مصادر الطاقة المحدودة.

١٠. اتجاهات التطوير العامة

الأسلوب الإلكتروني: يُمثل اتجاه التطوير الحديث والرقمي والآلي.

الأسلوب الميكانيكي: أسلوب تقليدي، ولكنه لا يزال شائع الاستخدام لبساطته وموثوقيته.

رابعاً: الخاتمة

تُستخدم اختبارات القص الكهربائية والميكانيكية بشكل أساسي لتحديد قوة القص للطين اللين، لكنها تختلف اختلافًا كبيرًا في طرق جمع البيانات وقابلية التطبيق الهندسي.

مع تزايد الطلب على دقة البيانات والأتمتة في الهندسة الجيوتقنية، أصبحت معدات الاختبار الكهربائية تدريجياً هي الاتجاه الرئيسي للتطوير؛ في حين أن المعدات الميكانيكية لا تزال تحتفظ بقيمة تطبيقية مهمة في الهندسة الأساسية والمسح التقليدي.