آزمایش نفوذ استاندارد (SPT)

آزمایش نفوذ استاندارد (SPT) یکی از قدیمی ترین و معمول ترین آزمایش های صحرایی ژئوتکنیک است که از آن برای تخمین مقاومت خاک کف گمانه استفاده می نمایند. آزمایش نفوذ استاندارد در سال 1920 ابداع گردیده و هم اکنون در سطح وسیعی در سراسر دنیا به کار گرفته شده و شناخته شده است. با این وجود به دلیل پاره ای انتقادهای مستند که به نحوه انجام این آزمایش خاک و روش های استفاده از نتایج آن، وارد شده است، در شرایط کنونی بسیاری از محققین بر عدم توجه به آن و حتی حذف کامل آزمایش spt خاک از شمار آزمایش های معتبر اصرار می ورزند.

آنچه که باعث شده است تلاش های مذکور که برای حذف آزمایش spt خاک صورت می پذیرد عملا موفق نبوده و همچنان پا برجا بماند آن است که بسیاری از روابط و روش های محاسباتی و همچنین جداول پیشنهادی و قضاوت های مهندسی وابسته به عدد SPT است و از طرف دیگر نتایج آزمایش نفوذ استاندارد (SPT) به عنوان یک معیار ساده، ارزان و ملموس در نزد مهندسین شناخته شده است.

هزینه آزمایش spt

آزمایش نفوذ استاندارد (SPT)، یک ازمایش خاک کم هزینه است و معمولا در گمانه ای انجام می شود که برای مقاصد دیگر حفاری شده است. بنابراین هزینه اضافی بر طرح تحمیل نمی کند. از طرفی تقریبا همه تجهیزات تست خاک نفوذ استاندارد (SPT) همان تجهیزاتی هستند که برای حفاری به کار گرفته می شوند و تجهیزات اختصاصی ازمایش spt خاک در حد محدودی هستند. این در حالی است که در سایر آزمایش های صحرایی معمولا تجهیزات اختصاصی گسترده ای به کار گرفته می شود. بنابراین هزینه آزمایش خاک ساختمان SPT مقرون بصرفه می باشد.

کاربرد آزمایش spt خاک

عدد نفوذ استاندارد (NSPT) برای موارد مختلفی مانند فشار سربار، انرژی و... اصلاح می‌ گردد. روابط همبستگی بسیاری برای تخمین پارامترهای مختلف خاک مانند تراکم ، زاویه اصطکاک داخلی ، چسبندگی ، نسبت بیش تحکیمی ، مدول الاستیسیته و... برحسب عدد نفوذ استاندارد (NSPT) ارائه شده است.

روش انجام آزمایش نفوذ استاندارد (SPT)

برای انجام آزمایش SPT ابتدا گمانه ای با قطر ۲.۵ تا ۱۸ اینچ تا عمق مورد نظر، حفر می گردد. سپس میله از سرمته حفاری در عمق مورد نظر جدا شده و نمونه گیر (SPT) که از یک استوانه توخالی تشکیل شده است و می تواند در امتداد طول خود به دو نیم تقسیم شود، متصل می گردد. سپس برای آزمایش spt خاک ، چکش ۶۳.۵ کیلوگرمی از ارتفاع ۷۵ سانتی متری با استفاده از مکانیزم اتومکانیک و یا با مکانیزم قرقره و طناب رها می شود.

عدد آزمایش نفوذ استاندارد از جمع تعداد ضربات لازم برای نفوذ ۱۵ سانتی متر دوم و سوم بدست می آید. چراکه نتایج آزمایش spt به دست آمده برای 15 سانتی متر اول به دلیل دستخورده شدن خاک محدوده مذکور در عملیات حفاری و یا به علت ریزش جدار گمانه، مورد اعتماد و اعتبار نیست.

در انتها نمونه گیر نفوذ استاندارد (SPT) از میله حفاری جداشده و خاک درون نمونه گیر به عنوان نمونه دست نخورده به آزمایشگاه برای انجام ازمایش spt ارسال می شود.

دقت شود نمونه‌ های دریافتی آزمایش spt در ظروف هوابندی شده برای جلوگیری از تغییر رطوبت ، به همراه اطلاعات نام پروژه، شماره گمانه، عمق نمونه و شمار ضربه‌ ها برای هر ۱۵ سانتی‌متر، به آزمایشگاه ارسال می شوند. 

اسکمپتون پیشنهاد کرده است که نتایج خام آزمایش نفوذ استاندارد (SPT) با استفاده از رابطه زیر اصلاح شوند:

که در آن:

E_M: ضریب بازدهی چکش بر حسب نوع چکش بین 0.45 تا 0.85؛

C_B: ضریب اصلاح قطر گمانه آزمایش spt خاک بین 1 تا 1.5 که هرچه قطر گمانه بیشتر باشد C_B بزرگتر خواهد بود.

C_S: ضریب اصلاح نمونه گیر ازمایش spt برای نمونه گیرهای بدون آستری معادل 1.2 در نظر گرفته می شود.

C_R: ضریب اصلاح طول میله و هرچه میله بلندتر باشد، مقدار این ضریب بزرگتر است.

N: عدد خام SPT بدست آمده در صحرا.

معمولا آزمایش نفوذ استاندارد (SPT) بسته به شرایط در فواصل 1.5 تا 5 متری در درون گمانه انجام می شود. عدد خام SPT برای خاک های نرم به طور معمول کمتر از 5 و برای خاک های خیلی متراکم بالاتر از 50 است. جدول زیر محدوده مقادیر به دست آمده و تفسیر نتایج آزمایش spt را نشان می دهد.

جدول تفسیر نتایج آزمایش spt

عوامل خطا در نتایج آزمایش نفوذ استاندارد (SPT)

در عمل عوامل مختلفی ممکن است موجب بروز خطا در نتایج آزمایش SPT شوند. عدم شناخت این عوامل و عدم توجه به آن ها می تواند نتایج جبران ناپذیری را در طراحی سازه ‌های خاکی سبب شود. بعضی از این عوامل خطا در ازمایش spt شامل موارد زیر است:

• استفاده از دستگاه‌ های قدیمی غیر حساس برای آزمایش spt
• تغییر در ارتفاع سقوط آزاد وزنه از میزان ۷۶ سانتی متر
• تغییر در وزن چکش سقوط کننده آزمایش spt خاک
• عدم دقت آزمایش کننده
• وجود یک تکه سنگ کوچک در مسیر میله استوانه ‌ای نمونه گیر SPT و ارائه عدد نفوذ استاندارد بیش از مقدار واقعی
• خارج شدن ته استوانه نمونه گیر SPT از حالت استاندارد
• وجود مصالح ریز در کف گمانه

مزایای استفاده از آزمایش spt

علی رغم امکان بروز خطاهای مذکور در نتایج تست نفوذ استاندارد در صورتی که عوامل خطا تا حد امکان کم یا حذف شوند، آزمایش SPT به دلایل زیر بسیار مورد توجه مهندسین ژئوتکنیک است.

طول عمر وسایل دستگاه آزمایش spt ، بسیار زیاد است.به دلیل سرعت مناسب و کمی هزینه می ‌توان تست نفوذ استاندارد (SPT) را در فواصل یک متری در عمق گمانه انجام داد‌. در هر بار آزمایش ضمن تهیه و اخذ یک نمونه به طول ۴۵ سانتی متر می ‌توان پروفیل خاک را در فواصل ۱ متری مورد مشاهده مستقیم قرار داد.