آزمایش نفوذ spt و نمونه گیری ازخاک ها با لوله شکافدار ( نمونه گیری )

[Amir R. Haddadi 9164]

آزمایش نفوذ spt و نمونه گیری ازخاک ها با لوله شکافدار ( نمونه گیری )

این روش آزمایش طرز پیشروی نمونه گیر لوله ای دو کفه ای ، برای بدست آوردن نمونه خاک معرف و اندازه گیری مقاومت خاک در مقابل نفوذ نمونه گیر ، را شرح می دهد و بطور کلی بعنوان آزمایش نفوذ استاندارد (spt) شناخته شده است.این استاندارد تمام موارد ایمنی مربوط به کاربرد آنرا بیان نمی کند ، در مسئولیت استفاده کننده از این استاندارد است تا دستور العمل های تندرستی و ایمنی مناسب را تهیه نماید و قبل از استفاده قابلیت اجرائی محدودیت های تعدیلی را مشخص نماید. مقادیر بیان شده برحسب واحدهای اینچ – پوند بعنوان استاندارد در نظر گرفته می شود

ل توصیف اصطلاحات ویژه در این استاندارد:

● spt : اختصار برای آزمایش نفوذ استاندارد ، اصطلاحی که با آن معمولاً مهندسین به این روش مراجعه می نمایند.

● سندان: آن قسمت از مجموعه وزنه کوب که با چکش برخورد می نماید و بوسیله آن انرژی چکش به میله های حفاری انتقال می یابد.

● لنگرگیر ( قرقره): چرخ استوانه گردان ؛ در سیستم بالابری ، قرقره – طناب که متصدی دور تادور آنرا طنابی می پیچد تا با سفت و

شل کردن طناب اطراف استوانه، چکش را بالا برده و پایین اندازد.

● میله های حفاری: میله ها در هنگام حفاری گمانه جهت انتقال نیرو و پیچش به مته حفاری ، استفاده می شوند.

● مجموعه وزنه کوب: وسیله ای شامل چکش ، میله هدایت چکش ، سندان و هرنوع سیستم سقوط چکش.

● چکش: آن قسمت از مجموعه وزنه کوب که شامل وزنه ضربه زن 2+140 پوند ( 1+5/63 کیلوگرم ) می باشد که پی در پی بالا برده و

پایین انداخته می شود تا انرژی انجام نمونه گیری ونفوذ را فراهم آورد.

● سیستم سقوط چکش: آن قسمت از مجموعه وزن کوب که متصدی بوسیله آن بالا رفتن و پایین افتادن چکش را انجام می دهد تا

ضربه ایجاد شود.

● میله هدایت سقوط چکش: آن قسمت از مجموعه وزنه کوب که در هدایت سقوط چکش مورد استفاده قرار می گیرد.

● مقدار n : شمارش ضربه ، معرف مقاومت خاک در مقابل نفوذ – مقدار n برحسب ضربه ها در فوت گزارش می شودوبرابر با مجموع

تعداد ضربه های مورد نیاز می باشد تا نمونه گیر را در عمق مربوطه در فاصله 6 تا 18 اینچ ( 150 تا 450 میلیمتر ) فرو برد.

● n : تعداد ضربه های بدشت آمده در فواصل هر 6 اینچ ( 150میلیمتر ) نفوذ نمونه گیر می باشد .

● تعداد دوره های طناب: زاویه تماس کل بین طناب و قرقره در شروع کم شدن طناب متصدی تا سقوط چکش تقسیم بر 360 ( شکل 1

را نگاه کنید )

● میله های نمونه گیری: میله هائیکه مجموعه وزنه کوب را به نمونه گیر وصل می کنند. میله های حفاری اغلب برای این منظور مورد

استفاده قرار می گیرند.

اهمیت و کاربرد :

این روش آزمایش نمونه ای را ، به منظور شناسائی وآزمایشهای ازمایشگاهی مناسب مربوط به خاک فراهم نموده و نمونه ای مناسب را که ممکن است در اثر نمونه گیری تغییر شکل برشی زیاد دستخوردگی در آن موجب گردد، را فراهم می آورد.این روش آزمایش بطور گسترده ای در پروژه های اکتشافی ژئوتکنیکی مورد استفاده قرار می گیرد . رابطه های محلی زیادی ورابطه های انتشار یافته وسیعی ، که شمارش ضربه spt یا مقدار n ورفتار مهندسی کارهای خاکی و پی ها را مرتبط می سازد ، موجود می باشد.

 

[Amir R. Haddadi 9164]

◄ دستگاهها:

تجهیزات حفاری: هرنوع وسیله حفاری ، که درزمان نمونه گیری حفره غیر ریزشی تمیز مناسبی را قبل از جای گیری نمونه گیر فراهم آورد وانجام آزمایش نفوذ را روی خاک دست نخورده تضمین نماید قابل قبول می باشد . قطعات تجهیزات بشرح زیر ، برای حفاری گمانه در بعضی از شرایط زیر سطح مناسب می باشند.

 

مته های لاروب ، خرد کننده و چرخنده: با قطر کمتر از 6/5 اینچ ( 162 میلی متر ) و بیشتر از 2/2 اینچ ( 56 میلیمتر ) در ارتباط با روش های حفاری دورانی حفره غیر ریزشی یا حفاری با لوله پیش رو می تواند مورد استفاده قرار گیرد . بمنظور پرهیزاز دستخوردگی خاک زیرین ، مته های با تخلیه پایینی مجاز نیست ، فقط مته های تخلیه کناری مجاز می باشد.

 

مته های مخروط – غلطک: با قطر کمتر از 5/6 اینچ (162 میلی متر) و بیشتر از 2/2 اینچ ( 56 میلی متر) در ارتباط با روش های حفاری دورانی حفره غیر ریزشی یا حفاری با لوله پیش رو هرگاه تخلیه مایع حفاری مایل باشد ، می تواند مورد استفاده قرار گیرد.

 

مته های پرده دار ممتد تنه توخالی: با مجموعه یا بدون مجموعه تیغه مرکزی ممکن است در حفاری گمانه مورد استفاده قرار گیرد . قطر داخلی مته های تنه توخالی باید کمتر از 5/6 اینچ ( 162 میلی متر ) وبزرگتر از 2/2 اینچ ( 56 میلی متر ) باشد.

 

مته های دستی وسطلی ، پرده دار ممتد ، یک پارچه: با قطر کمتر از5/6اینچ (162میلی متر ) وبزرکتر از 2/2 اینچ ( 56 میلی متر ) ، اگر در اثنای نمونه گیری خاک در اطراف گمانه روی نمونه گیر یا میله های نمونه گیری فرو نریزد ، می تواند مورد استفاده قرار گیرد.

5-2- میله های نمونه گیری – میله های حفاری فولادی با درز جت آب باید مورد استفاده قرار گیرد تا نمونه گیر دو کفه ای به مجموعه وزنه کوب وصل نماید . میله نمونه گیری باید سختی ( ممان اینرسی )مساوی یا بیشتر از میله دیوار موازی «a» باشد ( میله ای فولادی که قطر خارجی اینچ ( 2/41 میلی متر ) و قطر داخلی (5/28میلی متر) دارد.

توجه 1- پژوهش اخیر وآزمایش مقایسه ای نشان می دهد که میله نمونه مورد استفاده با سختی حــدود تغییرات از میله اندازه «a» با میله اندازه «n» تا اعماق حداقل 100 فوت ( 30 متر ) معمولاً اثر جزئی بر مقادیر n دارد.

 

نمونه گیر دو کفه ای: نمونه گیر باید با ابعاد نشان داده شده در شکل 2 ساخته شود. پاشنه پیشرو (7) باید از فولاد سخت باشد وهنگامیکه داندانه دار یا از شکل طبیعی خارج می شود باید تعمیر یا جایگزین شود . استفاده از مهره ها د ایجاد قطر داخلی ثابت اینچ ( 35 میلی متر) مجاز می باشد اما اگر مورد استفاده قرار گیرد. باید در گزارش نفوذ ذکر شود. استفاده از سبد نگهداری نمونه مجاز است اما اگر مورد استفاده قرار گیرد باید در گزارش نفوذ ذکر شود.

توجه 2- وقتیکه مهره ها مورد استفاده قرار می گیرد هم تئوری وهم اطلاعات آزمایش نشان می دهد که مقدار n ممکن است بین 10 تا 30 درصد افزایش یابد.

 

[Amir R. Haddadi 9164]

◄ مجموعه وزنه کوب :

چکش و سندان: چکش باید دارای 2 140پوند (1 5/63 کیلوگرم) وزن و توده فلزی صلب توپر باشد . چکش باید به سندان برخورد نماید و هنگامیکه رها می شود فولاد با فولاد تماس حاصل نماید . یک میله هدایت سقوط چکش برای مسیر ساختن سقوط آزاد باید مورد استفاده قرار گیرد . چکش های مورد استفاده با روش قرقره و طناب باید حداقل 4 اینچ ( 100 میلی متر ) ظرفیت فوق بالابری بدون مانعی دارا باشد . بدلائی ایمنی ، استفاده از یک مجموعه چکس با یک سندان درونی تشویق می شود.

توجه 3- پیشنهاد می شود که میله هدایت سقوط چکش علامت گذاری دائمی شود تا متصدی یا بازرس را قادر به قضاوت ارتفاع سقوط چکش بنماید.

 

سیستم سقوط چکش: سیستم های سقوط چکش اتوماتیک و نیمه اتوماتیک ، لغزشی ، قرقره طنابی می تواند مورد استفاده قرار گیرد مشروط بر اینکه دستگاه بالا بر هنگام دوباره بکار انداختن و بلند کردن چکش باعث نفوذ نمونه گیر نگردد.

 

تجهیزات فرعی: لوازمی مانند برچسب ها ، ظروف نمونه ، ورقه های اطلاعات و وسایل اندازه گیری سطح آب زیر زمینی مطابق با مقررات پروژه و سایر استانداردهای astm باید تهیه شود.

 

[Amir R. Haddadi 9164]

◄ روش حفــاری:

گمانه زنی باید طوری پیش رود تا نمونه گیری متناوب یا ممتد را ممکن سازد . نقاط و فواصل آزمایش معمولاً توسط مهندسین پروژه یا زمین شناس قید گردد. بطور نمونه ، فواصل انتخاب شده در لایه های همگن جهت آزمایش 5 فوت (5/1متر) یا کمتر و مکان های نمونه گیری در هر تغییر لایه می باشد.

هر روش حفاری که حفره پایدار و تمیز مناسبی را قبل از دخول نمونه گیر فراهم آورد و مطمئن سازد که آزمایش نفوذ واقعاً روی خاک دست نخورده انجام می شود قابل قبول می باشد . ثابت شده است هریک از روش های زیر برای بعضی از شرایط زیر سطح قابل قبول می باشد . هنگام انتخاب روش مورد استفاده حفاری شرایط پیش بینی شده زیر سطح باید مورد توجه قرار گیرد.

1- روش حفاری دورانی حفره غیرریزشی

2- روش اگر تنه توخالی پرده دار ممتد

3- روش گمانه زنی شستشویی

4- روش مته توپر پرده دار ممتد

 

بعضی از روش های حفاری ، گمانه های غیر قابل قبولی را موجب می گردند. روند بیرون ریختن با فشار از وسط نمونه گیر لوله ای باز وسپس نمونه گرفتن هنگامیکه به عمق مورد نظر رسیده شود مجاز نمی باشد . روش اگر توپر بره ای ممتد ، برای گمانه زنی زیر سطح آب یا زیر بستر محدود کننده فوقانی در لایه غیر چسبنده محدود شده ای که تحت فشار آرتزین می باشد ، نباید مورد استفاده قرارگیرد. قبل از نمونه گیری لوله نمی تواندزیر سطح نمونه گیری پیش برده گمانه زنی با مته های تخلیه پایینی مجاز نمی باشد . برای پیشروی گمانه جهت فقط نمونه گیری با الحاق نمونه گیر قبلی یا نمونه گیر spt، مجاز نمی باشد.در تمام مدت حفاری، برداشت میله های حفاری ونمونه گیری ، سطح مایع حفاری داخل گمانه یا اگرهای تنه توخالی باید نزدیک یا بالای سطح آب زیر زمینی در محل نگه داشته شود.

 

[Amir R. Haddadi 9164]

◄ نمونه گیری و روش آزمایش:

بعد از اینکه گمانه زنی به سطح نمونه گیری مورد نظر رسید و تراشه های اضافی برداشته شد، با ترتیب عملیات زیر برای آزمایش آماده نمایید :

1- نمونه گیر دو کفه ای را به میله های نمونه گیری وصل نمایید و بداخل گمانه پایین ببرید . نگذارید نمونه گیر روی خاک مورد نمونه گیری بیفتد.

2- چکش را در بالا قراردهید وسندان را به سرمیله های نمونه گیری وصل نمایید این عمل می تواند ، قبل از اینکه میله های نمونه گیری و نمونه گیر بداخل گمانه پایین روند ، انجام شود.

3- وزن مرده نمونه گیر، میله ها ، سندان و وزنه کوب را روی ته گمانه قراردهید و ضربه ای نشاننده اعمال نمایید.اگر تراشه های اضافی در ته گمانه موجود است ، نمونه گیر ولوله های نمونه گیری را از گمانه بیرون آورید و تراشه ها را بیرون بیاورید .

4- میله های حفاری را در سه افزایش متوالی 6 اینچی (15/0 متر ) افزایش علامت گذاری نمایید . بطوریکه جلو رفتن نمونه گیر در اثر ضربه چکش برای هر 6 اینچ ( 15/0 متر ) افزایش به آسانی قابل مشاهده باشد.

نمونه گیر را با ضربه های چکش 140 پوندی 05/63 کیلوگرم ) بکوبید و تعداد ضربه های اعمال شده در هر افزایش 6 اینچ (15/0 متر ) را شمارش نمایید تا اینکه یکی از موارد زیر اتفاق بیفتد:

1- جمعاً 50 ضربه در طول هریک از سه افزایش 6 اینچ ( 15/0 متر ) اعمال شده باشد.

2- جمعاً 100 ضربه اعمال شده باشد.

3-در اثنای اعمال 10 ضربه متوالی چکش هیچ پیش روی قابل رویت نباشد.

4- نمونه گیر 18 اینچ (45/0 متر ) کامل پیش برده می شود بدون محدود کردن رویداد شماره ضربات شرح داده شده است.

تعداد ضربات مورد نیاز در انجام نفوذ 6 اینچ (15/0متر ) یا کسری از آن را یادداشت نمایید . کوبیدن 6 اینچ نخستین بعنوان نشاننده پیشرو محسوب می گردد. مجموع تعداد ضربات مورد نیاز برای دومین و سومین 6 اینچ نفوذ ، مقاومت نفوذ استاندارد یا مقدار n نامیده می شود. اگر نمونه گیر مجاز گردیده است ، کمتر از 18 اینچ (45/0 متر ) نفوذ کند ، تعداد ضربات در هر افزایش 6 اینچ کامل و در هر افزایش جزئی باید در گزارش گمانه یادداشت شود. اگر نمونه گیر در اثر وزن استاتیک میله های حفاری یا وزن میله های حفاری بعلاوه وزن استاتیک چکش به زیر ته گمانه فرو رود. این اطلاعات باید در گزارش گمانه یادداشت شود.

بالا بردن وانداختن چکش 140 پوندی (5/63 کیلوگرم )باید با استفاده یکی از دو روش زیر انجام شود.

1- بااستفاده از سیستم سقوط چکش لغزنده اتوماتیک یا نیمه اتوماتیک که چکش 140 پوندی (5/63 کیلوگرم ) را بلند کند وبگذارید تا 1 30 اینچ ( میلی متر 25 76/0 متر ) بدون مانع سقوط کند.

2- کشیدن طنابی متصل به چکش با استفاده از قرقره وقتیکه روش طناب و قرقره مورد استفاده قرار می گیرد، سیستم و عملیات باید مطابق زیر انجام شود:

» قرقره باید اساساً عاری از زنگ زدگی ، روغن و گریس باشد ودارای قطری در حدود 6 تا 10 اینچ ( 150تا 250) میلی متر ) باشد.

» همانطوریکه درشکل1نشان داده شده است،دراثنای آزمایش نفوذ بیش از دور طناب روی قرقره نمی تواند مورد استفاده قرار گیرد.

توجه 4- متصدی معمولاً باید یا یا دور طناب مورد استفاده قرار دهد و بستگی به پایان یافتن یا نیافتن طناب بالا ( دور ) یا پایین ( دور) قرقره دارد . بطورکلی دانسیته و مورد قبول واقع شده که دور یا بیشتر بطور قابل ملاحظه ای از سقوط جلوگیری می کند ونباید در انجام آزمایش مورد استفاده قرار گیرد . طناب قرقره باید در وضعیت نسبتاً خشک ، تمیز وبدون سائیدگی نگاهداری شود.

» برای هر ضربه چکش باید 30 اینچ ( 76/0 متر ) بالا بردن و پایین انداختی توسط متصدی اعمال گردد . عملیات کشیدن وانداختن طناب باید بطور موزون بدون در دست داشتن طناب در موقع اوج ضربت ، اجرا شود.

نمونه گیر را به سطح آورده وباز کنید . درصد بازیافت نمونه را یادداشت نمایید نمونه های خاک بازیافته را از نظر ترکیب ، رنگ ، چینه بندی ، و وضعیت تشریح کنید . سپس یک یا بیشتر بخش های معرف نمونه را بدون کوبیدن یا از شکل طبیعی انداختن هر چینه بندی ظاهری ، داخل ظرف های ( شیشه های دهان گشاد) رطوبت ناپذیر قابل درزگیری قراردهید.هر ظرف را درز بندی نمایید تا از تبخیر رطوبت خاک جلوگیری شود . برچسب های در بر دارنده عنوان کار ، شماره گمانه ، عمق نمونه وتعداد ضربه در هر افزایش 6 اینچ ( 15/0 متر ) به ظروف پیوست نمایید . نمونه ها را در مقابل تغییرات خیلی زیاد دما محافظت نمایید اگر تغییراتی در خاک داخل نمونه گیر وجود دارد ، برای هر لایه ظرفی فراهم آورید و محل آنرا در لوله نمونه گیر یادداشت نمایید .

[Amir R. Haddadi 9164]

◄ گزارش:

اطلاعات حفاری باید در محل یادداشت شود و باید شامل موارد زیر باشد :

1- نام ومحل کار،

2- اسامی کارکنان،

3- نوع وساخت ماشین حفاری ،

4- شرایط آب وهوایی ،

5- تاریخ وزمان شروع و پایان حفاری،

6- شماره گمانه و محل ( جا ومختصات ، اگر موج.ود و قابل اجراء باشد)

7- ارتفاع سطح ، در صورت موجود بودن ،

8- روش پیشروی و تمیز کردن گمانه ،

9- روش نگهداری گمانه غیر ریزشی،

10- عمق سطح آب وعمق حفاری در زمان کاهش قابل توجهی در مایع حفاری ، وزمان و تاریخ وقتیکه قرائت انجام می شود،

11 – محل تغییرات لایه های ،

12- اندازه لوله ، عمق بخش لوله گذاری شده گمانه ،

13- تجهیزات و روش پیشروی نمونه گیر،

14- نوع نمونه گیر و طول و قطر داخلی لوله ( استفاده از مهره ها را یادداشت نمایید )

15- اندازه و طول بخش میله های نمونه گیری ،

16 – ملاحظات

 

اطلاعات بدست آمده برای هر نمونه در محل باید یادداشت شود وباید شامل موارد زیر باشد.

1- عمق نمونه و اگر مورد استفاده قرار گرفته، شماره نمونه ،

2- تشریح خاک،

3- تغییرات لایه ها در داخل نمونه ،

4- نفوذ نمونه گیر و طول های بازیافت،

5- تعداد ضربات در هر افزایش 6 اینچ ( 15/0 متر ) یا جزئی از 6 اینچ

 

[Amir R. Haddadi 9164]

◄ دقت وانحراف:

1- دقت-تخمین معتبری از دقت آزمایش تعین نشده است زیراترتیب دادن آزمایشهای داخل آزمایشگاهی(محلی) خیلی گران است. کمیتـه فرعی02-18d ازپیشنهادات مربوط به تعمیم دقت معتبراستقبال میکند.

2-انحراف- نظرباینکه مصالح معرف برای این روش آزمایش وجودن ندارد،نمی تواندهیچ اظهارانحرافی صورت پذیرد.

3-هنگام استفاده از دستگاه آزمایش نفوذ ومته های متفاوت برای گمانه های مجاوردرهمان تشکیلات خاکااختلافات100%یابیشتردرمقادیرn مشاهده شده است.نظریه حاضر بر پایه تجربه محلی نشان می دهد که هنگام استفاده از همان دستگاه و مته در همان خاک مقادیرn ممکن است با ضریب تغییراتی در حدود 10% تجدید شود.

4- استفاده از ابزار معیوب ، مانند سندان آسیب دیده یا بسیار سنگین ، قرقره زنگ زده ، قرقره با سرعت کم ، طناب روغنی ، کهنه ، یا بافه های روغنکاری شده بطور ناقص یا فشرده می تواند نسبت به اختلافات در مقادیرn بدست آمده بین سیستم های دستگاه حفاری عمل کننده سهیم باشد.

5- اختلاف بوجود آمده در مقادیرn با دستگاههای حفاری و متصدی های مختلف ، با اندازه گرفتن آن قسمت از انرژی چکش انتقال یافته به میله های حفاری از نمونه گیر وتطبیق کردن n بر پایه مقایسه انرژی ها، می تواند کاهش یابد . روشی برای اندازه گیری انرژی و تطبیق مقدار n در روش آزمایش d4633 ارائه شده است .

 

◄ مرجع:

استانداردهای astm:

d2487 روش آزمایش برای طبقه بندی خاکها جهت مقاصد مهندسی

d2488 دستور العمل تشریح و شناسائی خاکها ( روش نظری – دستی)

d4220 دستور العمل نگاهداری وحمل نمونه های خاک

d4632 روش آزمایش برای اندازه گیری انرژی موج تنش مربوط به سیستم های آزمایش نفوذ پذیری دینامیکی