دستگاه «سانتريفوژ ژئوتكنيك» (گردان خاك) كه توليد آن در انحصار معدودي از كشورهاي پيشرفته صنعتي بوده است به همت پژوهشگران دانشگاه علم و صنعت ايران در كشور، طراحي و ساخته شد.
مهندس امين عسكري نژاد، دانش‌آموخته كارشناسي ارشد مهندسي عمران گرايش خاك و پي دانشگاه علم و صنعت ايران و از اعضاي تيم طراحي و ساخت اين دستگاه در گفت‌وگو با خبرنگار «پژوهشي» خبرگزاري دانشجويان ايران (ايسنا) ، اظهار كرد: اين سيستم قدرتمندترين دستگاه مورد استفاده در ژئوتكنيك است كه به شبيه سازي پديده‌هاي مرتبط با ژئوتكنيك نظير مطالعه رفتار يك سد خاكي مي‌پردازد و كاربرد عمده دستگاه سانتريفوژ(گريز از مركز) مكانيك خاك، ‌مدل‌سازي دقيق مسائل واقعي در حيطه علم ژئوتكنيك با استفاده از مدل‌هاي كوچك آزمايشگاهي است.
وي افزود: ايده اوليه اين دستگاه در دهه 30 ميلادي در آمريكا و شوروي سابق به طور جداگانه مطرح شد و به دليل طراحي پيچيده‌ آن، تنها 100 دستگاه از آن در سراسر دنيا ساخته شده است كه مالكيت آن به كشورهاي پيشرفته صنعتي نظير آمريكا،‌ انگليس، ژاپن و آ‌لمان تعلق دارد.
عسكري نژاد با اشاره به طرح ابداعي خود گفت: اين دستگاه كه «گردان خاك» نام‌گذاري شده، در سه فاز ساخته شده كه فاز اول شامل طراحي و ساخت بخش‌هاي مكانيكي دستگاه مي باشد كه در پايان اين فاز مدل خاكي درون يك جعبه قرار داده مي شود و با توجه به شعاع دوران و نسبت ابعاد آن به ابعاد سازه واقعي، با سرعت زاويه‌اي معيني به دوران در مي آيد.
در فاز دوم امكان انتقال و ذخيره تصوير نمونه به صفحه رايانه از طريق دوربيني كه در كنار نمونه خاكي نصب شده است براي كاربر فراهم مي شود و انتقال تصوير از نمونه به رايانه به صورت بي سيم انجام مي شود.
فاز سوم اين امكان را فراهم مي آورد كه ازطريق 16 سنسور حساس به پارامترهايي چون تغييرات فشار آب حفره‌يي، شتاب، تغيير مكان، كرنش و غيره، مقادير اين پارامترها از نقاط مورد نظر در نمونه خاكي به رايانه منتقل و در آن ذخيره شود.
وي افزود: سرعت انتقال داده به طور همزمان از 16 سنسور برابر با 100 نمونه در ثانيه از هر يك از سنسورها مي باشد كه اين نرخ انتقال و ذخيره داده براي آزمايش‌هاي با بارگذاري‌هاي ديناميكي مانند شبيه سازي اثر زلزله بر سازه‌ها نيز مناسب است.
عسكري نژاد در ادامه با اشاره به انتقال داده در دستگاه گردان خاك گفت: سيستم دريافت داده‌هاي اين دستگاه از يك رايانه صنعتي، ديتالاگر، كارت Conditioner و يك كارت حافظه تشكيل شده كه اين مجموعه به همراه جعبه باتري به كنار بازوي دستگاه متصل شده است و به دليل حساس بودن قطعات الكترونيكي موجود در مجموعه، رايانه و ديگر ملحقات آن، در نزديك‌ترين نقطه به مركز دوران نصب شده‌اند تا حداقل شعاع چرخش را داشته و كمترين شتاب به قطعات الكترونيكي اعمال شود.
عسكري نژاد در تشريح نحوه عملكرد دستگاه سانتريفوژ ژئوتكنيك به ايسنا گفت: اين دستگاه از دو بازو تشكيل شده كه در انتهاي يك بازو سبد خاك قرار دارد و نمونه مدل‌سازي شده داخل آن ريخته مي‌شود و در انتهاي بازوي دوم نيز وزنه‌هاي تعادلي قرار دارند و در ميان اين دو بازو كه به صورت هم راستايي هستند، موتوري قرار دارد كه مجموعه را چرخانهده و به نمونه خاك شتاب مي‌دهد.
كل اين مجموعه داخل جعبه‌اي بتني قرار گرفته كه از پرتاب‌هاي احتمالي نمونه از سبد جلوگيري كند و براي بالا بردن ضريب ايمني كار، مجموعه در 5/2 متر پايين تر از سطح زمين ساخته شده است.
وي خاطر نشان كرد: حسگرها توسط سيم به رايانه متصل مي شوند و در حين آزمايش با سرعت حدود 100 نمونه بر ثانيه اطلاعات مربوط به تغيير مكان را در حافظه دستگاه ذخيره مي‌كند و پس از انجام آزمايش، اطلاعات از روي حافظه دستگاه به هارد ديسك رايانه آزمايشگاه منتقل شده و عمليات پردازش بر روي داده‌ها انجام مي‌شود.
در حين انجام آزمايش با استفاده از دوربين رفتار مدل ثبت و به صورت همزمان بر روي نمايشگر نشان داده مي‌شود.
عسكري‌نژاد در ادامه در خصوص كاربردهاي دستگاه گريز از مركز (سانتريفوژ) مكانيك خاك گفت: اين دستگاه در مواردي شامل برآورد رفتار انواع پي‌ها مستقر بر روي انواع خاك‌ها، تخمين نشست‌هاي خاك، فرآيندهاي گوناگون ساخت جهت تعريض خاكريز راه‌ها در خاك‌هاي نرم، آزمايش‌هاي صفحه بارگذاري، برآورد فشار آب حفره‌يي در مورد سازه‌هاي خاكي متشكل از ذرات ريز و يا درشت دانه، برآورد ميزان پخش آلودگي در مسائل زيست محيطي، مطالعه پايداري شيب‌ها و ترانشه‌ها، مطالعه شيوه گسيختگي ديوارهاي حائل يافتن صفحه گسيختگي، بررسي اثر زمين لرزه بر روي سازه‌هاي خاكي، تعيين ظرفيت باربري شمع‌ها، تعيين دامنه تخريب مواد منفجره مورد استفاده قرار مي‌گيرد.
وي در پايان با بيان اين كه در حال حاضر دو نمونه خارجي اين دستگاه از سوي دانشگاه تهران و پژوهشگاه بين المللي زلزله‌شناسي و مهندسي زلزله با قيمت بسيار بالا خريداري شده كه هنوز به بهره برداري نرسيده است، به ايسنا گفت: دستگاه گردان خاك ساخته شده، اولين دستگاهي است كه تمامي مراحل طراحي و ساخت آن در كشور انجام شده و با هزينه‌هاي بسيار كمتري قابل توليد است و قابليت مدل‌سازي سازه هاي تا ارتفاع 40 متر را نيز دارد.
گفتني است، اعضاي تيم طراحي و ساخت دستگاه گردان خاك شامل مهندس مير عماد موسوي، مهندس امين عسكري نژاد، مهندس غلامحسين اقمشه‌اي، مهندس فرزاد فريد افشين و مهندس امير شاهرخي است كه در قالب اولين پايان نامه دانشجويي انجام شده توسط دستگاه سانتريفيوژ ژئوتكنيك در داخل كشور تحت عنوان «بررسي پارامتريك رفتار ترانشه‌هاي قائم ماسه‌يي ميخ كوبي شده با استفاده از دستگاه سانتريفيوژ ژئوتكنيك» با راهنمايي دكتر حسين صالح زاده و دكتر حبيب شاه نظري همكاري داشته‌اند.