آزمایش نفوذ استاندارد (Standard Penetration Test)
شماره استاندارد آزمایش
ASTM D1586-11
هدف آزمایش
به دست آوردن معیاری از تراکم لایه های خاک و تخمین برخی از پارامترهای مقاومتی و تغییر شکل پذیری خاک.
موارد کاربرد
این آزمایش در لایه های سنگی انجام نمی شود.
آزمایش نفوذ استاندارد در سال 1958 معرفی شد و در حال حاضر احتمالاً پرکاربردترین آزمایش صحرایی می‌باشد. دلیل محبوبیت این آزمایش، سادگی، ارزانی و وجود مطالعات بسیار گسترده جهت تخمین پارامترهای متعدد خاک بر اساس نتایج این آزمایش می‌باشد. آزمایش نفوذ استاندارد با نفوذ یک نمونه گیر قاشقی استاندارد با ضربات ناشی از سقوط چکشی به وزن 5/63 کیلوگرم و از ارتفاع 760 میلی‌متری انجام می شود. مراحل انجام آزمایش به شرح زیر است:
- 1- حفر گمانه با قطر 5/2 تا 18 اینچ تا عمق مورد نظر،
- 2- جدا کردن میله از سرمته حفاری در عمق مورد نظر و اتصال نمونه گیر SPT. شکل زیر نمونه گیر SPT را نشان می دهد که از یک استوانه تو خالی تشکیل شده است و می تواند در امتداد طول خود به دو نیم تبدیل شود.
- 3- سقوط آزاد چکش 5/63 کیلوگرمی از ارتفاع 76 سانتی متری با استفاده از مکانیزم اتومکانیک و یا با مکانیزم قرقره و طناب.
- 4- به دست آوردن عدد N از جمع تعداد ضربات لازم برای نفوذ 15 سانتی متر دوم و سوم. نتایج به دست آمده برای 15 سانتی متر اول به دلیل اینکه خاک محدوده مذکور در عملیات حفاری دست خورده شده است و یا به علت ریزش جدار گمانه مورد اعتماد و توجه نیست.
- 5- جدا کردن نمونه گیر SPT از میله حفاری و برداشتن خاک درون نمونه گیر به عنوان نمونه دست نخورده.
عدد نفوذ استاندارد NSPT برای موارد مختلفی مانند فشار سربار، انرژی و... اصلاح می‌گردد. روابط همبستگی بسیاری برای تخمین پارامترهای مختلف خاک مانند تراکم، زاویه اصطکاک داخلی، چسبندگی، نسبت بیش تحکیمی، مدول الاستیسیته و... برحسب NSPTارائه شده است. اسکمپتون پیشنهاد کرده است که نتایج خام آزمون نفوذ استاندارد با استفاده از رابطه زیر اصلاح شوند:
مراحل انجام آزمایش نفوذ استاندارد
ابعاد استاندارد و انواع نمونه گیر دستگاه SPT
که در آن:
- Em: ضریب بازدهی چکش بر حسب نوع چکش بین 45/0 تا 85/؛
- CB: ضریب اصلاح قطر گمانه بین 1 تا 5/1. هرچه قطر گمانه بیشتر باشد CB بزرگتر خواهد بود.
- CS : ضریب اصلاح نمونه گیر برای نمونه گیرهای بدون آستری معادل 2/1 در نظر گرفته می شود.
- CR : ضریب اصلاح طول میله است و هرچه میله بلندتر باشد، مقدار این ضریب بزرگتر است.
- N: عدد خام SPT بدست آمده در صحرا.
نحوه استخراج ضرایب اصلاحی در مراجع به صورت کامل بیان شده است.
معمولا آزمایش SPT بسته به شرایط در فواصل 5/1 تا 5 متری در درون گمانه انجام می شود. عدد خام SPT برای خاکهای 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 آن را نشان می دهد.
اشکال زیر به ترتیب ارتباط بین N60 و ∅' را بر حسب تنش موثر قائم برای ماسه های سیمانته نشده، و نمودار تعداد ضربات نسبت به عمق را نشان می دهد.