اندازه گیری مقاومت خاک به روش چهار پین ونر

یکی از مهمترین پارامترهای طراحی سیستم های حفاظت کاتدی برای سازه های مدفون در خاک ، مقاومت خاک است. آزمایش مقاومت خاک یک عامل بسیار مهم جهت ارزیابی خوردگی محیط نسبت به سازه های مدفون است. همچنین بر انتخاب نوع ، مقدار و ساختارآند تأثیر فوق العاده ای دارد. به علاوه انتخاب نوع بکفیل در بسترهای آندی به میزان مقاومت خاک بستگی دارد. بنابراین، کسب اطلاعات دقیق از شرایط خاک در محیط مورد نظر توسط طراح سیستم حفاظت کاتدی بسیار اساسی می‌باشد. نداشتن داده های کافی در مورد مقاومت خاک می تواند طراحی سیستم حفاظت کاتدی (سیستم CP) را بی اثر کند و در طول راه‌اندازی منجر به هزینه های زیادی شود.

هنگام انجام آزمایش مقاومت خاک ، عوامل متعددی که بر مقاومت خاک تأثیر می گذارند از جمله ترکیب خاک ، میزان رطوبت ، pH ، غلظت یون کلرید و سولفات را می توان مورد ارزیابی قرار داد.

 در جدول زیر ارتباط بین مقاومت خاک و نرخ خوردگی ملاحظه می‌شود‌:

از آنجا که روشهای آزمایشگاهی برای تعیین مقاومت خاک معمولا پرهزینه و زمان بر است، از اندازه گیری های الکتریکی در همان محل استفاده می کنند. اندازه گیری های الکتریکی ارزان ، سریع ، قابل اعتماد و غیر مخرب هستند.

روش چهار پین ونر

در حالی که روش های مختلفی برای اندازه گیری مقاومت خاک وجود دارد ، متداول ترین روش آزمایش روش چهار پین ونر بر اساس استاندارد ASTM G57 است. این آزمایش از چهار پراب فلزی استفاده می کند که به فاصله یکسانی از یکدیگر داخل زمین قرار داده می‌شوند.

 همانطور که در شکل ۱ نشان داده شده است پین های ابتدایی و انتهایی به منبع جریان (I) و پین های داخلی به ولت متر (V) متصل می‌شوند.

هنگامی که یک جریان معین از طریق پین های بیرونی در خاک تزریق می شود ، می توان از پین‌های داخلی برای اندازه‌گیری افت ولتاژ ناشی از مقاومت خاک هنگام عبور جریان در مسیر بین پین ها استفاده کرد. سپس مقدار مقاومت R را می توان به مقدار مقاومت خاک با فرمول زیر تبدیل کرد:

ρ = 2 × π × a × R

که در آن “a” فاصله پین ها به سانتی متر است. مقدار ρ بدست آمده نشان دهنده متوسط مقاومت خاک در عمقی معادل فاصله پین ها است. بنابراین اگر پین‌ها ۱.۵متر از هم فاصله داشته باشند ، مقدار بدست آمده معادل مقاومت متوسط خاک در عمق ۱.۵متر است.

برای طراحی سیستم حفاظت کاتدی ، معمولاً  اندازه گیری مقاومت خاک با استفاده از این روش با فاصله‌های مختلف پین‌ها انجام می شود. برای قرار دادن آند در اعماق سطحی ، معمولاً کافی است که خوانش در ارتفاع ۱.۵متر ، ۳ متر ، ۴.۵ متر و۶ متر انجام شود. هنگامی که از آند در اعماق بیشتر استفاده می‌شود نیاز است که اندازه‌گیری مقاومت خاک در اعماق بیشتر مطابق با عمق پیش بینی شده انجام شود.

توجه به این نکته ضروری است که مقادیر مقاومت خاک حاصل از آزمایش چهار پین ونر نشان دهنده میانگین مقاومت خاک از سطح زمین تا عمق مورد نظر است.