آزمایش نفوذ استاندارد SPT
تاریخ انتشار: ۲۳ فروردین ۱۴۰۴
SPT چیست؟
آزمایش اس پی تی(SPT) یا نفوذ استاندارد متداولترین آزمایش صحرایی است.
این کلمه مخفف(Standard Penetration Test) است. معنی آن «آزمایش نفوذ استاندارد» میباشد.
این آزمایش در سال ۱۹۲۷ در آمریکا برای خاکهای ماسهای و شنی ابداع شد.
در آن زمان نمونه گیری از خاک ماسهای و شنی به راحتی نمونه گیری از خاکهای رسی نبود.
لذا لازم بود دستگاهی اختراع شود که بدون نیاز به نمونه گیری، خصوصیات خاک را در محل نشان دهد.
اما امروزه کاربرد آزمایش نفوذ استاندارد SPT محدود به خاکهای درشت دانه نبوده و برای خاکهای ریزدانه هم به کار میرود.
پس از زلزله نیگاتای ژاپن، محققین در پی یافتن ارتباطی بین درصد تراکم و عددSPT بودند.
پس از آن، استفاده از اس پی تی گسترش یافت و عددSPTجهت حصول پارامترهای ژئوتکنیکی دیگر نیز گسترش یافت.
روش انجام آزمایش
این آزمایش در حین حفاری و در فواصل دو تا سه متری در عمق خاک انجام میشود.
استاندارد انجام این آزمایشASTM D1586-67 است.
فرم کلی این آزمایش به این صورت است که یک وزنه با وزن ۱۴۰ پوند معادل ۶۳٫۵ کیلوگرم از ارتفاع ۳۰ اینچی که در واقع ۷۶ سانتی متر است سقوط میکند.
روی میله متصل به وزنه، سه خط پانزده سانتی متری وجود دارد.
تعداد ضربات لازم جهت نفوذ سه خط پانزده سانتی متری اطلاعات مفیدی به مهندسان ژئوتکنیک میدهد که موضوع این مقاله ماست.
مجموع ضربات لازم جهت نفوذ خط دوم و سوم، به عدد اس پی تی یا Nspt معروف است.
پارامترهای موثر بر عدد SPT
برای انجام این آزمایش ابتدا گمانهای با قطر ۲.۵ تا ۱۸ اینچ تا عمق مورد نظر حفر میشود.سپس میله از سرمته حفاری در عمق مورد نظر جدا گردیده و نمونه گیر SPT که از یک استوانه توخالی تشکیل شده و میتواند در امتداد طول خود به دو نیم تقسیم گردد، متصل میشود.
سپس چکش ۶۳.۵ کیلوگرمی را از ارتفاع ۷۶ سانتی متری با استفاده از مکانیزم اتومکانیک و یا با مکانیزم قرقره و طناب رها میکند.
عدد آزمایش نفوذ استاندارد SPTاز جمع تعداد ضربات لازم برای نفوذ ۱۵ سانتی متر دوم و سوم به دست خواهد آمد. چرا که نتایج حاصل شده برای ۱۵ سانتی متر اول به دلیل دستخورده شدن خاک محدوده مذکور درعملیات حفاری و یا به علت ریزش جدار گمانه، مورد اعتماد و اعتبار نمیباشد. در انتها، نمونه گیر نفوذ استاندارد (SPT) از میله حفاری جدا گردیده و خاک درون نمونه گیر به عنوان نمونه دست نخورده به آزمایشگاه ارسال میگردد.دقت شود نمونههای دریافتی در ظروف هوابندی شده برای جلوگیری از تغییر رطوبت، به همراه اطلاعات نام پروژه، شماره گمانه، عمق نمونه و شمار ضربهها برای هر ۱۵ سانتیمتر، به آزمایشگاه ارسال خواهد شد.
کاربردهای آزمایش نفوذ استاندارد SPT
از طریق آزمایش اس پی تی میتوان بسیاری از پارامترهای ژئوتکنیکی را تخمین زد.
۱- تخمین تراکم نسبی خاک (Dr)
۲- تخمین مدول سختی (E)
۳- تخمین زاویه اصطکاک داخلی (Ø)
۴-تخمین مقاومت برشی زهکشی نشده (Cu)
۵-ارزیابی روانگرایی
۶- تعیین تیپبندی خاک
۷-تعیین سرعت موج برشی (Vs)
۸- تخمین مدول عکس العمل بستر(Ks)
۹-تخمین ظرفیت باربری خاک
انواع آزمایش نفوذ استانداردSPT
چکشهای آزمایش اس پی تی به دو دسته کلی تقسیمبندی میشوند.
در این بخش این دو نوع چکش معرفی شده و با یکدیگر مقایسه میگردند:
SPTماشینی
آزمایش اس پی تی ماشینی یا آزمایش اس پی تی استاندارد، آزمایشی است که توسط دستگاه حفاری صورت میگیرد.
نوک چکش سه خط پانزده سانتی متری دارد و وزنه ۶۳٫۵کیلوگرمی تا ارتفاع ۷۶سانتی متری بالا آمده و از بالا رها میشود.
در این آزمایش اگر عدد اس پی تی بالاتر از عدد پنجاه باشد، خاک از نوع دو است.
آزمایش SPTماشینی در پروژه مطالعات ژئوتکنیکی برای تعیین مقاومت خاک
SPT دستی
آزمایش اس پی تی ماشینی در هر موقعیتی قابل انجام نیست.
لذا نوع کوچک شدهای از آزمایش اس پی تی استاندارد،SPT دستی یا اس پی تی آلمانی اختراع شد تا بتواند خصوصیات خاک را در همه جا به ما نشان دهد.
این آزمایش بر اساس استاندارد DIN آلمان انجام میشود.
از این رو به اس پی تی آلمانی نیز معروف است.
در این آزمایش مرز بین خاک تیپ دو و تیپ سه، عدد ۱۶۰ است.
برای تبدیل نتایج آزمایش اس پی تی دستی به ماشینی از ضریب ۳٫۲ استفاده میشود.
مثلا اگر عدد SPT در آزمایش دستی،۳۲ شد، به این معناست که اگر آزمایش را با چکش استاندارد ماشینی انجام میدادیم، نتیجه معادل ۱۰ میشد.
تفسیر نتایج آزمایش SPT
همانطور که قبلا گفتیم این آزمایش به دو دسته ماشینی و دستی طبقهبندی میشود.
حال تفسیر نتایج را برای هر دو حال بیان میکنیم:
۱- تفسیر نتایج تستSPT ماشینی
همانطور که قبلا گفتیم نتایج حاصل از آزمایش اس پی تی ماشینی بین۰ تا ۵۰ میباشد.
اگر عدد اس پی تی بین ۰تا ۱۵بود یعنی خاک ضعیف و شل است.
درصورتیکه این عدد بین ۱۵ تا ۵۰ بود یعنی خاک متوسط است.
اگرNsptبیش از ۵۰ بود، خاک قوی و محکم است.
۲- تفسیر نتایج آزمایش SPT دستی
تست SPTدستی نیز شرایط مشابهی مثل آزمایش ماشینی دارد.
با این تفاوت که ضریب ۳٫۲ به آن اعمال میشود.
اگر عدد اس پی تی بین۰ تا ۴۸ بود، خاک ضعیف و شل است.
در شرایطی که عددSPTبین ۴۸ تا ۱۶۰ شد، خاک متوسط است.
و در صورتیکه این عدد بیش از ۱۶۰ باشد، نشان دهنده خاک قوی و محکم است.
نکات مهم هنگام انجام آزمایش SPT
هنگام انجام آزمایش نفوذ استاندارد لازم است نکات زیر را به دقت انجام دهید:
چه زمانی آزمایش SPT متوقف میشود؟
در صورتی که یکی از شرایط زیر پیش آید لازم است آزمایش متوقف گردد:
آزمایش اس پی تی(SPT) یا نفوذ استاندارد متداولترین آزمایش صحرایی است.
این کلمه مخفف(Standard Penetration Test) است. معنی آن «آزمایش نفوذ استاندارد» میباشد.
این آزمایش در سال ۱۹۲۷ در آمریکا برای خاکهای ماسهای و شنی ابداع شد.
در آن زمان نمونه گیری از خاک ماسهای و شنی به راحتی نمونه گیری از خاکهای رسی نبود.
لذا لازم بود دستگاهی اختراع شود که بدون نیاز به نمونه گیری، خصوصیات خاک را در محل نشان دهد.
اما امروزه کاربرد آزمایش نفوذ استاندارد SPT محدود به خاکهای درشت دانه نبوده و برای خاکهای ریزدانه هم به کار میرود.
پس از زلزله نیگاتای ژاپن، محققین در پی یافتن ارتباطی بین درصد تراکم و عددSPT بودند.
پس از آن، استفاده از اس پی تی گسترش یافت و عددSPTجهت حصول پارامترهای ژئوتکنیکی دیگر نیز گسترش یافت.
روش انجام آزمایش
این آزمایش در حین حفاری و در فواصل دو تا سه متری در عمق خاک انجام میشود.
استاندارد انجام این آزمایشASTM D1586-67 است.
فرم کلی این آزمایش به این صورت است که یک وزنه با وزن ۱۴۰ پوند معادل ۶۳٫۵ کیلوگرم از ارتفاع ۳۰ اینچی که در واقع ۷۶ سانتی متر است سقوط میکند.
روی میله متصل به وزنه، سه خط پانزده سانتی متری وجود دارد.
تعداد ضربات لازم جهت نفوذ سه خط پانزده سانتی متری اطلاعات مفیدی به مهندسان ژئوتکنیک میدهد که موضوع این مقاله ماست.
مجموع ضربات لازم جهت نفوذ خط دوم و سوم، به عدد اس پی تی یا Nspt معروف است.
پارامترهای موثر بر عدد SPT
- نوع خاک
- دانسیته نسبی
- تاریخچه تنش
- روش انجام آزمایش
برای انجام این آزمایش ابتدا گمانهای با قطر ۲.۵ تا ۱۸ اینچ تا عمق مورد نظر حفر میشود.سپس میله از سرمته حفاری در عمق مورد نظر جدا گردیده و نمونه گیر SPT که از یک استوانه توخالی تشکیل شده و میتواند در امتداد طول خود به دو نیم تقسیم گردد، متصل میشود.
سپس چکش ۶۳.۵ کیلوگرمی را از ارتفاع ۷۶ سانتی متری با استفاده از مکانیزم اتومکانیک و یا با مکانیزم قرقره و طناب رها میکند.
عدد آزمایش نفوذ استاندارد SPTاز جمع تعداد ضربات لازم برای نفوذ ۱۵ سانتی متر دوم و سوم به دست خواهد آمد. چرا که نتایج حاصل شده برای ۱۵ سانتی متر اول به دلیل دستخورده شدن خاک محدوده مذکور درعملیات حفاری و یا به علت ریزش جدار گمانه، مورد اعتماد و اعتبار نمیباشد. در انتها، نمونه گیر نفوذ استاندارد (SPT) از میله حفاری جدا گردیده و خاک درون نمونه گیر به عنوان نمونه دست نخورده به آزمایشگاه ارسال میگردد.دقت شود نمونههای دریافتی در ظروف هوابندی شده برای جلوگیری از تغییر رطوبت، به همراه اطلاعات نام پروژه، شماره گمانه، عمق نمونه و شمار ضربهها برای هر ۱۵ سانتیمتر، به آزمایشگاه ارسال خواهد شد.
کاربردهای آزمایش نفوذ استاندارد SPT
از طریق آزمایش اس پی تی میتوان بسیاری از پارامترهای ژئوتکنیکی را تخمین زد.
۱- تخمین تراکم نسبی خاک (Dr)
۲- تخمین مدول سختی (E)
۳- تخمین زاویه اصطکاک داخلی (Ø)
۴-تخمین مقاومت برشی زهکشی نشده (Cu)
۵-ارزیابی روانگرایی
۶- تعیین تیپبندی خاک
۷-تعیین سرعت موج برشی (Vs)
۸- تخمین مدول عکس العمل بستر(Ks)
۹-تخمین ظرفیت باربری خاک
انواع آزمایش نفوذ استانداردSPT
چکشهای آزمایش اس پی تی به دو دسته کلی تقسیمبندی میشوند.
در این بخش این دو نوع چکش معرفی شده و با یکدیگر مقایسه میگردند:
SPTماشینی
آزمایش اس پی تی ماشینی یا آزمایش اس پی تی استاندارد، آزمایشی است که توسط دستگاه حفاری صورت میگیرد.
نوک چکش سه خط پانزده سانتی متری دارد و وزنه ۶۳٫۵کیلوگرمی تا ارتفاع ۷۶سانتی متری بالا آمده و از بالا رها میشود.
در این آزمایش اگر عدد اس پی تی بالاتر از عدد پنجاه باشد، خاک از نوع دو است.
آزمایش SPTماشینی در پروژه مطالعات ژئوتکنیکی برای تعیین مقاومت خاک
آزمایش اس پی تی ماشینی در هر موقعیتی قابل انجام نیست.
لذا نوع کوچک شدهای از آزمایش اس پی تی استاندارد،SPT دستی یا اس پی تی آلمانی اختراع شد تا بتواند خصوصیات خاک را در همه جا به ما نشان دهد.
این آزمایش بر اساس استاندارد DIN آلمان انجام میشود.
از این رو به اس پی تی آلمانی نیز معروف است.
در این آزمایش مرز بین خاک تیپ دو و تیپ سه، عدد ۱۶۰ است.
برای تبدیل نتایج آزمایش اس پی تی دستی به ماشینی از ضریب ۳٫۲ استفاده میشود.
مثلا اگر عدد SPT در آزمایش دستی،۳۲ شد، به این معناست که اگر آزمایش را با چکش استاندارد ماشینی انجام میدادیم، نتیجه معادل ۱۰ میشد.
تفسیر نتایج آزمایش SPT
همانطور که قبلا گفتیم این آزمایش به دو دسته ماشینی و دستی طبقهبندی میشود.
حال تفسیر نتایج را برای هر دو حال بیان میکنیم:
۱- تفسیر نتایج تستSPT ماشینی
همانطور که قبلا گفتیم نتایج حاصل از آزمایش اس پی تی ماشینی بین۰ تا ۵۰ میباشد.
اگر عدد اس پی تی بین ۰تا ۱۵بود یعنی خاک ضعیف و شل است.
درصورتیکه این عدد بین ۱۵ تا ۵۰ بود یعنی خاک متوسط است.
اگرNsptبیش از ۵۰ بود، خاک قوی و محکم است.
۲- تفسیر نتایج آزمایش SPT دستی
تست SPTدستی نیز شرایط مشابهی مثل آزمایش ماشینی دارد.
با این تفاوت که ضریب ۳٫۲ به آن اعمال میشود.
اگر عدد اس پی تی بین۰ تا ۴۸ بود، خاک ضعیف و شل است.
در شرایطی که عددSPTبین ۴۸ تا ۱۶۰ شد، خاک متوسط است.
و در صورتیکه این عدد بیش از ۱۶۰ باشد، نشان دهنده خاک قوی و محکم است.
نکات مهم هنگام انجام آزمایش SPT
هنگام انجام آزمایش نفوذ استاندارد لازم است نکات زیر را به دقت انجام دهید:
- قبل از انجام آزمایش گمانه باید تمیز باشد.
- سطح مایع حفاری پایینتر از سطح آب زیر زمینی باشد.
- جهت جت آب شستشو افقی باشد.
- خروج آب از نمونه گیر نباید در جهت قائم انجام شود.
- رادها نباید بیش از عمق اندازه گیری مقاومت کوبیده شوند.
- لازم است آزمایش هر یک تا سه متر انجام شود.
- اگر میله و تجهیزات آزمایش تحت وزن خودشان به داخل زمین فرو رود، Nspt=0لحاظ میشود.
- اگر آزمایش در زمینهای سنگی یا بسیار سخت انجام شود، بهتر است از مخروط توپر به جای نمونه گیر توخالی استفاده شود.
- اینکار باعث میشود لبههای نمونه گیر آسیب نبیند.
چه زمانی آزمایش SPT متوقف میشود؟
در صورتی که یکی از شرایط زیر پیش آید لازم است آزمایش متوقف گردد:
- چنانچه ضربات اس پی تی در کل برای ۳۰ سانتی متر بیش از ۱۰۰ شود.
- در صورتیکه عدد اس پی تی برای یکی از ۱۵ سانتی متر اول، دوم یا سوم بیش از ۵۰ شود.
- حین ده ضربه اول هیچگونه تغییری در نفوذ ایجاد نشود.