آزمایش نفوذ استاندارد (SPT) ║ بخش اول

کلیات :

اندازه گیری تعداد ضربات لازم چکش، برای نفوذ نمونه گیر شکاف دار طی دو مرحله انتهایی 15 سانتیمتری (6 اینچی) از مجموع سه مرحله 15 سانیمتری (6 اینچی)، در یک نهشته خاکی، آزمایش نفوذ استاندارد نامیده می شود.

مقطع طولی نمونه گیر شکاف دار

این آزمایش اولین بارتوسط کمپانی “Reymond” در سال 1902 انجام شد، و در سال 1927 گسترش یافت. این آزمایش در حال حاضر عمومی ترین و اقتصادی ترین وسیله برای به دست آوردن اطلاعات زیر سطحی است. تخمین زده می شود که 85 تا 90 درصد طراحی پی ها در آمریکای شمالی و جنوبی با استفاده از این آزمایش صورت می گیرد؛ هر چند این آزمایش در سایر مناطق جغرافیایی نیز به طور گسترده استفاده می شود.

“ASTM D1585” و“AASHTO T206” این آزمایش را استاندارد کرده اند، توجه شود که توضیحات آتی مطابق با استاندارد “ASTM D1585” است.

روش انجام آزمایش

پس از عملیات حفاری وقتی که گمانه به عمق مطلوب رسید، مته بیرون کشیده شده و نمونه گیر به سر میله حفاری متصل و به داخل گمانه فرستاده می شود. با استفاده از ضربات چکش به بالای میله حفاری نواخته می شود. وزن چکش 63.5 کیلوگرم (140 پوند) است. برای هر ضربه، چکش از ارتفاع 760 میلیمتری (30 اینچی) رها می گردد. تعداد ضربات لازم برای سه مرحلهنفوذ 15 سانتیمتری(6 اینچی) نمونه گیر به داخل خاک، یادداشت می شود. مجموع تعداد ضربات لازم برای دو مرحله انتهایی، عدد نفوذ استاندارد N نامیده می شود. بعد از این که راندن نمونه به داخل خاک تکمیل شد، نمونه گیر بیرون کشیده شده و ناحیه اتصالی و کفشک آن جدا می شود. نمونه های جمع شده در داخل نمونه گیر، جمع آوری شده و در ظروف شیشه ای به آزمایشگاه فرستاده می شود.

شکل شماتیک از آزمایش عدد نفوذ استاندارد

زمان اتمام اجرای آزمایش

• برای هر فاصله 15 سانتیمتری تعداد ضربه ها به 50 برسد؛
• روی هم برای فاصله 45 سانتیمتری تعداد ضربه ها به 100 برسد؛
• بعد از 10 ضربه متوالی نفوذ نداشته باشیم؛
• نمونه گیر 45 سانتیمتر نفوذ کند.

توجه شود که تعیین عدد نفوذ استاندارد و نمونه گیری توسط نمونه گیر شکاف دار، معمولا در فواصل 1.5 متری انجام می شود.

اجزای تشکیل دهنده SPT

سندان: بخشی که وزنه محرک چکش به آن برخورد می کند و از طریق آن انرژی چکش به میله مته منتقل می شود.

میله مته: میله ای که برای انتقال نیرو به سمت پایین استفاده می شود.

کله گربه: چرخ دوار در طناب کله گربه که سیستم را بلند می کند و طناب به دور آن پیچیده می شود.

مجموعه وزنه محرک: وسیله ای که شامل چکش، راهنمای سقوط چکش، سندان و هر سیستم سقوط چکش می باشد.

چکش: بخشی از مجموعه وزنه محرک می باشد که شامل 63.5 کیلو گرم (140 پوند) وزنه برخورد می باشد که به طور متوالی بلند می شود و انداخته می شود تا انرژی نفوذ و نمونه گیری را فراهم بکند.

سیستم چکش انداز: بخشی از مجموعه وزنه محرک می باشد که اپراتور چکش را بلند می کند و می اندازد تا ضربه مورد نیاز تولید بشود.

راهنمای سقوط چکش: بخشی از مجموعه وزنه محرک می باشد که برای راهنمایی چگونگی سقوط چکش استفاده می شود.

دریک آزمایش SPT بایستی موارد زیر کاملاً قید شود

• منطقه مورد آزمایش
• تاریخ آزمایش
• شماره گمانه
• روش کامل حفاری
• ابعاد ووزن میله های رابط
• نوع مکانیزم وارد کردن ضربه
• ارتفاع سقوط چکش
• عمق آزمایش
• عمق انتهای لوله محافظ جدار
• سطح تراز آب زیرزمینی
• عمق نفوذ اولیه و اعماق نفوذ در دو مرحله
• مقاومت نفوذ در هر مرحله
• توصیفات ظاهری نمونه های خاک
• نوع پایداری لایه خاک مورد نظر و موانع موجود در راه حفاری

کاربرد عدد نفوذ استاندارد (N)

به دلیل اینکه آزمایش SPT، یک آزمایش تجدید ناپذیر است، اجتناب نا پذیر خواهد بود که عدد نفوذ استاندارد را برای آزمایش های متعدد یکسان نماییم؛ برای این کار، انرژی کوبش (Eth) را به صورت زیر تعریف می کنیم :

m, w, v, h به ترتیب ارتفاع سقوط چکش، سرعت چکش، وزن چکش و جرم چکش هستند.

حال اگر به مقادیر فوق را طبق ASTM D 1586 قرار دهیم :

در ادامه نسبت انرژی یا Er را به صورت نسبت انرژی محرک واقعی به انرژی سقوط آزاد ضرب در 100 تعریف می شود؛ با توجه به اینکه نسبت انرژی بزرگتر، تعداد ضربات پایین تر را به دست می دهد و با فرض این که تعداد ضربات برای یک نوع خاک باید ثابت بماند، می توان نوشت :

برای Er استاندارد محققین مقادیر مختلفی را پیشنهاد کرده اند (جدول صفحه بعد) :

مقادیر مختلف نسبت انرژی

در ادامه Er استاندارد برابر 60 درصد در نظر گرفته می شود؛ یعنی :

مقادیر مختلف نسبت انرژی برای چکش های متفاوت

اگر بخواهیم در حالت کلی N60 را از Nf محاسبه کنیم، خواهیم داشت :

که اگر ضریب سر بار را به آن اضافه کنیم :

پس در آخر باید بنویسیم :

که در آن:

ضریب اصلاح سفره آب زیر زمینی

اما مایرهوف (1965) توصیه کرده هیچ ضریب اصلاحی برای سفره آب زیر زمینی به کار نرود زیرا سفره آب زیر زمینی خود بر عدد نفوذ استاندارد اثر می گذارد.

ضریب اصلاح سربار

منحنی ضریب اصلاح لیائو و ویتمن

ضرایب اصلاح بر مبنای پارامترها

ضرایب اصلاح بر مبنای نظریه مولفین

ارتباط N، SPT با مشخصات اساسی خاک:

رابطه میان تراکم نسبی و تنش موثر عمودی و N

روابط پیشنهاد شده میان تراکم نسبی وتنش موثر عمودی و N ،SPT

تخمین زاویه اصطکاک تنش موثراز N ،SPT

روابط میان زاویه اصطکاک تنش موثر ماسه ها وسیلت ها وN ،SPT

تخمین مقاومت برشی زهکشی نشده خاکهای چسبنده براساس N ،SPT

رابطه میان N ،SPT ومقاومت فشاری محدود نشده

Taraes(1988) روابط تجربی زیر را برای تعیین مقاومت فشاری تک محوره خاکهای رسی ارائه داده است

ضریب یانگ برای تراکم استاتیکی قائم ماسه با استفاده از عدد نفوذ استاندارد

پایان قسمت اول

---