|
روش استاندارد آزمايش براي آزمايش نفوذ (SPT) و نمونه گيري از خاك ها با لوله شكافدار ( نمونه گير دو كفه اي ) |
اين روش آزمايش
طرز پيشروي نمونه گير لوله اي دو كفه اي ، براي بدست آوردن نمونه خاك معرف
و اندازه گيري مقاومت خاك در مقابل نفوذ نمونه گير ، را شرح مي دهد و بطور
كلي بعنوان آزمايش نفوذ استاندارد (SPT) شناخته شده است.اين استاندارد
تمام موارد ايمني مربوط به كاربرد آنرا بيان نمي كند ، در مسئوليت استفاده
كننده از اين استاندارد است تا دستور العمل هاي تندرستي و ايمني مناسب را
تهيه نمايد و قبل از استفاده قابليت اجرائي محدوديت هاي تعديلي را مشخص
نمايد.
مقادير بيان شده برحسب واحدهاي اينچ – پوند بعنوان استاندارد در نظر گرفته مي شود.
توصيف اصطلاحات ويژه در اين استاندارد:
SPT اختصار براي آزمايش نفوذ استاندارد ، اصطلاحي كه با آن معمولاً مهندسين به اين روش مراجعه مي نمايند.
سندان – آن قسمت از مجموعه وزنه كوب كه با چكش برخورد مي نمايد و بوسيله آن انرژي چكش به ميله هاي حفاري انتقال مي يابد.
لنگرگير
(قرقره) – چرخ استوانه گردان ؛ در سيستم بالابري ، قرقره – طناب كه متصدي
دور تادور آنرا طنابي مي پيچد تا با سفت و شل كردن طناب اطراف استوانه، چكش
را بالا برده و پايين اندازد.
ميله هاي حفاري- ميله ها در هنگام حفاري گمانه جهت انتقال نيرو و پيچش به مته حفاري ، استفاده مي شوند.
مجموعه وزنه كوب – وسيله اي شامل چكش ، ميله هدايت چكش ، سندان و هرنوع سيستم سقوط چكش.
چكش – آن قسمت
از مجموعه وزنه كوب كه شامل وزنه ضربه زن 2+140 پوند (1+5/63 كيلوگرم) مي
باشد كه پي در پي بالا برده و پايين انداخته مي شود تا انرژي انجام نمونه
گيري و نفوذ را فراهم آورد.
سيستم سقوط چكش – آن قسمت از مجموعه وزن كوب كه متصدي بوسيله آن بالا رفتن و پايين افتادن چكش را انجام مي دهد تا ضربه ايجاد شود.
ميله هدايت سقوط چكش – آن قسمت از مجموعه وزنه كوب كه در هدايت سقوط چكش مورد استفاده قرار مي گيرد.
مقدار N- شمارش
ضربه ، معرف مقاومت خاك در مقابل نفوذ – مقدار N برحسب ضربه ها در فوت
گزارش مي شودوبرابر با مجموع تعداد ضربه هاي مورد نياز مي باشد تا نمونه
گير را در عمق مربوطه در فاصله 6 تا 18 اينچ (150 تا 450 ميليمتر) فرو برد.
N- تعداد ضربه هاي بدشت آمده در فواصل هر 6 اينچ (150ميليمتر) نفوذ نمونه گير مي باشد .
تعداد دوره هاي طناب – زاويه تماس كل بين طناب و قرقره در شروع كم شدن طناب متصدي تا سقوط چكش تقسيم بر 360 (شكل 1 رانگاه كنيد)
ميله هاي نمونه
گيري – ميله هائيكه مجموعه وزنه كوب را به نمونه گير وصل مي كنند. ميله
هاي حفاري اغلب براي اين منظور مورد استفاده قرار مي گيرند.
اهميت و كاربرد :
اين روش آزمايش
نمونه اي را ، بمنظور شناسائي وآزمايشهاي ازمايشگاهي مناسب مربوط به خاك
فراهم نموده و نمونه اي مناسب را كه ممكن است در اثر نمونه گيري تغيير شكل
برشي زياد دستخوردگي در آن موجب گردد، را فراهم مي آورد.اين روش آزمايش
بطور گسترده اي در پروژه هاي اكتشافي ژئوتكنيكي مورد استفاده قرار مي گيرد .
رابطه هاي محلي زيادي ورابطه هاي انتشار يافته وسيعي ، كه شمارش ضربه SPT
يا مقدار N ورفتار مهندسي كارهاي خاكي و پي ها را مرتبط مي سازد ، موجود
مي باشد.
دستگاهها
تجهيزات حفاري –
هرنوع وسيله حفاري ، كه درزمان نمونه گيري حفره غير ريزشي تميز مناسبي را
قبل از جاي گيري نمونه گير فراهم آورد وانجام آزمايش نفوذ را روي خاك دست
نخورده تضمين نمايد قابل قبول مي باشد . قطعات تجهيزات بشرح زير ، براي
حفاري گمانه در بعضي از شرايط زير سطح مناسب مي باشند.
مته هاي لاروب ،
خرد كننده و چرخنده – با قطر كمتر از 6/5 اينچ (162 ميلي متر) و بيشتر از
2/2 اينچ (56 ميليمتر) در ارتباط با روش هاي حفاري دوراني حفره غير ريزشي
يا حفاري با لوله پيش رو مي تواند مورد استفاده قرار گيرد . بمنظور پرهيزاز
دستخوردگي خاك زيرين ، مته هاي با تخليه پاييني مجاز نيست ، فقط مته هاي
تخليه كناري مجاز مي باشد.
مته هاي مخروط –
غلطك – با قطر كمتر از 5/6 اينچ (162 ميلي متر) و بيشتر از 2/2 اينچ (56
ميلي متر) در ارتباط با روش هاي حفاري دوراني حفره غير ريزشي يا حفاري با
لوله پيش رو هرگاه تخليه مايع حفاري مايل باشد ، مي تواند مورد استفاده
قرار گيرد.
مته هاي پرده
دار ممتد تنه توخالي – با مجموعه يا بدون مجموعه تيغه مركزي ممكن است در
حفاري گمانه مورد استفاده قرار گيرد . قطر داخلي مته هاي تنه توخالي بايد
كمتر از 5/6 اينچ (162 ميلي متر) وبزرگتر از 2/2 اينچ (56 ميلي متر) باشد.
مته هاي دستي
وسطلي ، پرده دار ممتد ، يك پارچه- با قطر كمتر از5/6اينچ (162ميلي متر)
وبزركتر از 2/2 اينچ (56 ميلي متر) ، اگر در اثناي نمونه گيري خاك در اطراف
گمانه روي نمونه گير يا ميله هاي نمونه گيري فرو نريزد ، مي تواند مورد
استفاده قرار گيرد.
5-2- ميله هاي
نمونه گيري – ميله هاي حفاري فولادي با درز جت آب بايد مورد استفاده قرار
گيرد تا نمونه گير دو كفه اي به مجموعه وزنه كوب وصل نمايد . ميله نمونه
گيري بايد سختي (ممان اينرسي)مساوي يا بيشتر از ميله ديوار موازي «A» باشد
(ميله اي فولادي كه قطر خارجي اينچ (2/41 ميلي متر) و قطر داخلي
(5/28ميلي متر) دارد.
توجه 1- پژوهش
اخير وآزمايش مقايسه اي نشان مي دهد كه ميله نمونه مورد استفاده با سختي
حــدود تغييرات از ميله اندازه «A» با ميله اندازه «N» تا اعماق حداقل 100
فوت (30 متر) معمولاً اثر جزئي بر مقادير N دارد.
نمونه گير دو
كفه اي– نمونه گير بايد با ابعاد نشان داده شده در شكل 2 ساخته شود. پاشنه
پيشرو (7) بايد از فولاد سخت باشد وهنگاميكه داندانه دار يا از شكل طبيعي
خارج مي شود بايد تعمير يا جايگزين شود . استفاده از مهره ها د ايجاد قطر
داخلي ثابت اينچ (35 ميلي متر) مجاز مي باشد اما اگر مورد استفاده قرار
گيرد. بايد در گزارش نفوذ ذكر شود. استفاده از سبد نگهداري نمونه مجاز است
اما اگر مورد استفاده قرار گيرد بايد در گزارش نفوذ ذكر شود.
توجه 2- وقتيكه
مهره ها مورد استفاده قرار مي گيرد هم تئوري وهم اطلاعات آزمايش نشان مي
دهد كه مقدار N ممكن است بين 10 تا 30 درصد افزايش يابد.
مجموعه وزنه كوب :
چكش و سندان –
چكش بايد داراي 2 140پوند (1 5/63 كيلوگرم) وزن و توده فلزي صلب توپر باشد
. چكش بايد به سندان برخورد نمايد و هنگاميكه رها مي شود فولاد با فولاد
تماس حاصل نمايد . يك ميله هدايت سقوط چكش براي مسير ساختن سقوط آزاد بايد
مورد استفاده قرار گيرد . چكش هاي مورد استفاده با روش قرقره و طناب بايد
حداقل 4 اينچ (100 ميلي متر) ظرفيت فوق بالابري بدون مانعي دارا باشد .
بدلائي ايمني ، استفاده از يك مجموعه چكس با يك سندان دروني تشويق مي شود.
توجه 3- پيشنهاد مي شود كه ميله هدايت سقوط چكش علامت گذاري دائمي شود تا متصدي يا بازرس را قادر به قضاوت ارتفاع سقوط چكش بنمايد.
سيستم سقوط چكش
– سيستم هاي سقوط چكش اتوماتيك و نيمه اتوماتيك ، لغزشي ، قرقره طنابي مي
تواند مورد استفاده قرار گيرد مشروط بر اينكه دستگاه بالا بر هنگام دوباره
بكار انداختن و بلند كردن چكش باعث نفوذ نمونه گير نگردد.
تجهيزات فرعي –
لوازمي مانند برچسب ها ، ظروف نمونه ، ورقه هاي اطلاعات و وسايل اندازه
گيري سطح آب زير زميني مطابق با مقررات پروژه و ساير استانداردهاي ASTM
بايد تهيه شود.
روش حفــاري
گمانه زني بايد
طوري پيش رود تا نمونه گيري متناوب يا ممتد را ممكن سازد . نقاط و فواصل
آزمايش معمولاً توسط مهندسين پروژه يا زمين شناس قيد گردد. بطور نمونه ،
فواصل انتخاب شده در لايه هاي همگن جهت آزمايش 5 فوت (5/1متر) يا كمتر و
مكان هاي نمونه گيري در هر تغيير لايه مي باشد.
هر روش حفاري
كه حفره پايدار و تميز مناسبي را قبل از دخول نمونه گير فراهم آورد و مطمئن
سازد كه آزمايش نفوذ واقعاً روي خاك دست نخورده انجام مي شود قابل قبول مي
باشد . ثابت شده است هريك از روش هاي زير براي بعضي از شرايط زير سطح قابل
قبول مي باشد . هنگام انتخاب روش مورد استفاده حفاري شرايط پيش بيني شده
زير سطح بايد مورد توجه قرار گيرد.
1- روش حفاري دوراني حفره غيرريزشي
2- روش اگر تنه توخالي پرده دار ممتد
3- روش گمانه زني شستشويي
4- روش مته توپر پرده دار ممتد
بعضي از روش
هاي حفاري ، گمانه هاي غير قابل قبولي را موجب مي گردند. روند بيرون ريختن
با فشار از وسط نمونه گير لوله اي باز وسپس نمونه گرفتن هنگاميكه به عمق
مورد نظر رسيده شود مجاز نمي باشد . روش اگر توپر بره اي ممتد ، براي گمانه
زني زير سطح آب يا زير بستر محدود كننده فوقاني در
لايه غير چسبنده محدود شده اي كه تحت فشار آرتزين مي باشد ، نبايد مورد
استفاده قرارگيرد. قبل از نمونه گيري لوله نمي تواندزير سطح نمونه گيري پيش
برده گمانه زني با مته هاي تخليه پاييني مجاز نمي باشد . براي پيشروي
گمانه جهت فقط نمونه گيري با الحاق نمونه گير قبلي يا نمونه گير SPT ، مجاز
نمي باشد.در تمام مدت حفاري، برداشت ميله هاي حفاري ونمونه گيري ، سطح
مايع حفاري داخل گمانه يا اگرهاي تنه توخالي بايد نزديك يا بالاي سطح آب
زير زميني در محل نگه داشته شود.
نمونه گيري و روش آزمايش
بعد از اينكه
گمانه زني به سطح نمونه گيري مورد نظر رسيد و تراشه هاي اضافي برداشته شد،
با ترتيب عمليات زير براي آزمايش آماده نماييد :
1- نمونه گير
دو كفه اي را به ميله هاي نمونه گيري وصل نماييد و بداخل گمانه پايين ببريد
. نگذاريد نمونه گير روي خاك مورد نمونه گيري بيفتد.
2- چكش را در
بالا قراردهيد وسندان را به سرميله هاي نمونه گيري وصل نماييد اين عمل مي
تواند ، قبل از اينكه ميله هاي نمونه گيري و نمونه گير بداخل گمانه پايين
روند ، انجام شود.
3- وزن مرده
نمونه گير، ميله ها ، سندان و وزنه كوب را روي ته گمانه قراردهيد و ضربه اي
نشاننده اعمال نماييد.اگر تراشه هاي اضافي در ته گمانه موجود است ، نمونه
گير ولوله هاي نمونه گيري را از گمانه بيرون آوريد و تراشه ها را بيرون
بياوريد .
4- ميله هاي
حفاري را در سه افزايش متوالي 6 اينچي (15/0 متر) افزايش علامت گذاري
نماييد . بطوريكه جلو رفتن نمونه گير در اثر ضربه چكش براي هر 6 اينچ (15/0
متر) افزايش به آساني قابل مشاهده باشد.
نمونه گير را
با ضربه هاي چكش 140 پوندي 05/63 كيلوگرم) بكوبيد و تعداد ضربه هاي اعمال
شده در هر افزايش 6 اينچ (15/0 متر) را شمارش نماييد تا اينكه يكي از موارد
زير اتفاق بيفتد:
1- جمعاً 50 ضربه در طول هريك از سه افزايش 6 اينچ (15/0 متر) اعمال شده باشد.
2- جمعاً 100 ضربه اعمال شده باشد.
3-در اثناي اعمال 10 ضربه متوالي چكش هيچ پيش روي قابل رويت نباشد.
4- نمونه گير 18 اينچ (45/0 متر) كامل پيش برده مي شود بدون محدود كردن رويداد شماره ضربات شرح داده شده است.
تعداد ضربات
مورد نياز در انجام نفوذ 6 اينچ (15/0متر) يا كسري از آن را يادداشت نماييد
. كوبيدن 6 اينچ نخستين بعنوان نشاننده پيشرو محسوب مي گردد. مجموع تعداد
ضربات مورد نياز براي دومين و سومين 6 اينچ نفوذ ، مقاومت نفوذ استاندارد
يا مقدار N ناميده مي شود. اگر نمونه گير مجاز گرديده است ، كمتر از 18
اينچ (45/0 متر) نفوذ كند ، تعداد ضربات در هر افزايش 6 اينچ كامل و در هر
افزايش جزئي بايد در گزارش گمانه يادداشت شود. اگر نمونه گير در اثر وزن
استاتيك ميله هاي حفاري يا وزن ميله هاي حفاري بعلاوه وزن استاتيك چكش به
زير ته گمانه فرو رود. اين اطلاعات بايد در گزارش گمانه يادداشت شود.
بالا بردن وانداختن چكش 140 پوندي (5/63 كيلوگرم)بايد با استفاده يكي از دو روش زير انجام شود.
1- بااستفاده
از سيستم سقوط چكش لغزنده اتوماتيك يا نيمه اتوماتيك كه چكش 140 پوندي
(5/63 كيلوگرم) را بلند كند وبگذاريد تا 1 30 اينچ (ميلي متر 25 76/0 متر)
بدون مانع سقوط كند.
2- كشيدن طنابي
متصل به چكش با استفاده از قرقره وقتيكه روش طناب و قرقره مورد استفاده
قرار مي گيرد، سيستم و عمليات بايد مطابق زير انجام شود:
» قرقره بايد اساساً عاري از زنگ زدگي ، روغن و گريس باشد وداراي قطري در حدود 6 تا 10 اينچ (150تا 250) ميلي متر) باشد.
» همانطوريكه درشكل1نشان داده شده است،دراثناي آزمايش نفوذ بيش از دور طناب روي قرقره نمي تواند مورد استفاده قرار گيرد.
توجه 4- متصدي
معمولاً بايد يا يا دور طناب مورد استفاده قرار دهد و بستگي به پايان يافتن
يا نيافتن طناب بالا (دور) يا پايين ( دور) قرقره دارد . بطوركلي دانسيته
و مورد قبول واقع شده كه دور يا بيشتر بطور قابل ملاحظه اي از سقوط
جلوگيري مي كند ونبايد در انجام آزمايش مورد استفاده قرار گيرد . طناب
قرقره بايد در وضعيت نسبتاً خشك ، تميز وبدون سائيدگي نگاهداري شود.
» براي هر ضربه
چكش بايد 30 اينچ (76/0 متر) بالا بردن و پايين انداختي توسط متصدي اعمال
گردد . عمليات كشيدن وانداختن طناب بايد بطور موزون بدون در دست داشتن طناب
در موقع اوج ضربت ، اجرا شود.
نمونه گير را
به سطح آورده وباز كنيد . درصد بازيافت نمونه را يادداشت نماييد نمونه هاي
خاك بازيافته را از نظر تركيب ، رنگ ، چينه بندي ، و وضعيت تشريح كنيد .
سپس يك يا بيشتر بخش هاي معرف نمونه را بدون كوبيدن يا از شكل طبيعي
انداختن هر چينه بندي ظاهري ، داخل ظرف هاي (شيشه هاي دهان گشاد) رطوبت
ناپذير قابل درزگيري قراردهيد.هر ظرف را درز بندي نماييد تا از تبخير رطوبت
خاك جلوگيري شود . برچسب هاي در بر دارنده عنوان كار ، شماره گمانه ، عمق
نمونه وتعداد ضربه در هر افزايش 6 اينچ (15/0 متر) به ظروف پيوست نماييد .
نمونه ها را در مقابل تغييرات خيلي زياد دما محافظت نماييد اگر تغييراتي در
خاك داخل نمونه گير وجود دارد ، براي هر لايه ظرفي فراهم آوريد و محل آنرا
در لوله نمونه گير يادداشت نماييد .
گزارش
اطلاعات حفاري بايد در محل يادداشت شود و بايد شامل موارد زير باشد :
1- نام ومحل كار،
2- اسامي كاركنان،
3- نوع وساخت ماشين حفاري ،
4- شرايط آب وهوايي ،
5- تاريخ وزمان شروع و پايان حفاري،
6- شماره گمانه و محل (جا ومختصات ، اگر موج.ود و قابل اجراء باشد)
7- ارتفاع سطح ، در صورت موجود بودن ،
8- روش پيشروي و تميز كردن گمانه ،
9- روش نگهداري گمانه غير ريزشي،
10- عمق سطح آب وعمق حفاري در زمان كاهش قابل توجهي در مايع حفاري ، وزمان و تاريخ وقتيكه قرائت انجام مي شود،
11 – محل تغييرات لايه هاي ،
12- اندازه لوله ، عمق بخش لوله گذاري شده گمانه ،
13- تجهيزات و روش پيشروي نمونه گير،
14- نوع نمونه گير و طول و قطر داخلي لوله (استفاده از مهره ها را يادداشت نماييد)
15- اندازه و طول بخش ميله هاي نمونه گيري ،
16 – ملاحظات
اطلاعات بدست آمده براي هر نمونه در محل بايد يادداشت شود وبايد شامل موارد زير باشد.
1- عمق نمونه و اگر مورد استفاده قرار گرفته، شماره نمونه ،
2- تشريح خاك ،
3- تغييرات لايه ها در داخل نمونه ،
4- نفوذ نمونه گير و طول هاي بازيافت،
5- تعداد ضربات در هر افزايش 6 اينچ (15/0 متر) يا جزئي از 6 اينچ
دقت وانحراف
1- دقت-تخمین
معتبری از دقت آزمایش تعین نشده است زیرا ترتیب 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
استانداردهاي ASTM:
D2487 روش آزمايش براي طبقه بندي خاكها جهت مقاصد مهندسي
D2488 دستور العمل تشريح و شناسائي خاكها (روش نظري – دستي)
D4220 دستور العمل نگاهداري وحمل نمونه هاي خاك
D4632 روش آزمايش براي اندازه گيري انرژي موج تنش مربوط به سيستم هاي آزمايش نفوذ پذيري ديناميكي
افزودنی تبدیل گچ به سیمان
از مسائل و دغدغه های مهم
