1

SPT-Tآزمایش جداري شمع از باربري ارزیابی ظرفیت

*حمید نیکویه

، دانشگاه آزاد اسلامی،واحد لاهیجان، لاهیجان ،ایران گروه عمران ،دانشکده فنی و مهندسی هیأت علمی

nikouyeh@liau.ac.ir

چکیدهآزمایش نفوذ استاندارد یکی از متداولترین آزمایشات صحرایی می باشد که در سراسر جهان مورد استفاده قرار می گیرد .

شکل SPT-Tدر تعیین ظرفیت باربري جداري شمع ها نیز مورد استفاده قرار می گیرد. آزمایش نتایج این آزمایش ر به نمونه گیر ، جهت محاسبه دقیق تر مقاومت جداري بین خاك و از طریق اعمال گشتاو SPTاصلاح شده آزمایش آزمایش با مقاومت جداري شمع ها را نشان 60Nرابطه مستقیم بین مقادیر T-SPTنتایج آزمایشات نمونه گیر می باشد .

می دهد .می توان روابطی جهت تعیین ظرفیت باربري جداري شمع ها ارائه SPT-Tاز این نتایج به همراه داده هاي آزمایش

به عنوان مکملی براي نتایج SPT-Tظرفیت باربري جداري شمع براساس نتایج آزمایش محاسبهدر این جا روابط نمود. است . مورد بررسی قرار گرفته SPTآزمایش

، گشتاور ، شمع SPT-Tداري ، آزمایش نفوذ استاندارد ، ظرفیت باربري جکلیدي: هايواژه

مقدمه -1

ي از کشورهاست چرا که اجراي آن آسان ،کم هزینه بوده و درانجام آن هاي رایج در بسیار آزمایشیکی از SPTآزمایش احتیاجی به تجهیزات پیشرفته نیست .این آزمایش مشخص کننده مقاومت خاك در انتهاي گمانه با استفاده از نفوذ یک نمونه

استوانه اي فولادي جهت اخذ نمونه خاك است . گیرDecourt و Ranzine ه آن دیگر ب آزمایشبراي اولین بار اصلاحی براي این آزمایش ارائه دادند .آنها یک 1989در سالبه بالاي میله حفاري پس از گشتاوربه این آزمایش اضافه کنند . طبق پیشنهاد آنها یک يمفید بخش مکمل اضافه کردند تا

مورد نیاز براي چرخش میله نیز اندازه گیریمی شود گشتاوروارد شده و ، Nمیلی متري و اندازه گیري 300رسیدن به عمق می بیان ) می نامند . این آزمایش مقاومت خاك را با توجه به میزان چرخش میله راSPT-Tاین آزمایش اصلاح شده را (

]١[ارائه شد .1994در سال Filho و Decourtاولین بار توسط آزمایشنتیجه این د.کننتیجه داده است و در تاریخچه آن دینامیکیرا به آزمونی که در ابتدا از یک فاز استاتیکیآزمایشاندازه گیري گشتاور

اضافه شده است که SPTدر حالی به اندازه گیري گشتاورمی کند . تبدیلاندنتایج متنوعی را ارائه می دهد در نظر گرفته

2

بدنبال sfاین اندازه گیري مشابه افزودنکاهد و تنها نیاز به حداقل تلاش اضافی دارد . نمیچیزي از فرایند آزمون استاندارد بوده و هنوز هم استفاده می شود .1950و 1960در سال هاي CPTآزمایش نفوذ مخروط است که اصلاحی براي

SPT-Tروش انجام آزمایش -2

ر یگرخش نمونه در کل روش آزمایش بدین شکل است که یک لنگر به انتهاي میله وارد کرده و لنگر مورد نیاز براي چسیستم سقوط چکش برداشته و سیستم اعمال ،اندازه گیري شود Nرانده شده و گیر زمانی که نمونه اندازه گیري می شود .

. لذا خاك چرخانده می شوددرجه در ثانیه 3له گذاشته می شود و سپس میله را به آرامی و با سرعت در انتهاي می گشتاور چسبیده در اطراف نمونه گیر جدا می شود.

اندازه گیري کرد گیج الکتریکی یا کرنش سنج لنگر یا هر وسیله دیگر مانندبه روش هاي مختلفیوارده را می توان گشتاوردرجه اتفاق می افتد . 10تا 5 در بیشینهدرجه اتفاق می افتد حال آنکه لنگر 180ین زاویه یعنی در بیشتر جداشدگی.

لنگر در زمان گسیختگی خاك رخ می دهد . بیشینه

]١[. SPT-Tشماي کلی آزمایش ) : 1شکل (

گشتاور و ) ترك متر ( آچار گشتاورلنگر مورد استفاده قرار می گیرد : در کل ، دو وسیله براي چرخاندن و اندازه گیري

.شکل Tيسنج با بازو

3

ت ثبدیجیتال درحالتگسسته است ، بصورتثبت موارد ، حتی در حالت دیجیتال ، ترین نقص براي آچار گشتاورعمده تصویري است . با توجه به محدودیت از مورد دوم استفاده می کنند که بصورتاطلاعات با فشار دکمه و در مدل نقطه اي

پیوسته می تواند اندازه گیري کند . بصورتو بوده یک نیرو سنج داراي گشتاور، سیستم جمع آوري ،بازوي از سه بخش تشکیل شده است : سلول بارگذاريشکل Tيگشتاور سنج با بازو

یرات در مقاومت گیري شده را به بخش آنالیز انتقال می دهد ،طراحی آن بر اساس تغی اطلاعات.یک گیج نیرو ،لنگر اندازهبا برنامه هاي خاصی رایانه متصل می شود ، لذا در رایانه وصل شده و به usbپورتبخش اطلاعات نیز به یک الکتریکی می باشد.

توان تغییرات جریان را اندازه گرفت.می

]١[. شکل Tگشتاور سنج با بازوي ) : 2شکل (

) می باشد . به عبارت دیگر براي خاکهاي با 400N.mبالا ( بالاي عدم امکان اعمال گشتاوریکی از عیوب این آزمایش ، ]١[.به صورت دستی مشکل است SPT-Tتراکم بالا و یا تنش همه جانبه زیاد در لایه هاي عمیق ، اجراي آزمایش

در طول میله ، کاهش شدید گشتاورنشان دادند که طی انجام آزمایش 2007و همکاران در سال Peixotoهمچنین با مقاومت کم مناسب نمی هاياینآزمایش براي خاکدر نتیجه وجود خواهد داشت. ،متر -نیوتن 20 کمتر ازهاي گشتاوربراي ]٢[. باشد

SPT-Tآزمایش درمقاومت جداري -3

:به صورت زیر می باشد اعمالی بر روي خارج نمونه گیر (قسمت بیرونی نمونه گیر ) مقاومت جداري

푓 = (2푇)/(휋푑 퐿) ]٣[.طول نمونه گیر رانده شده می باشد Lقطر نمونه گیر و dمقدار گشتاور و Tکه در آن

این مقدار اگر را براي برش خاك در پایین نمونه گیر نادیده میگیرد . این معادله هر گونه ارتباطی با اندازه گیري گشتاورحداقل و اگر خاك در داخل نمونه گیر متورم شده و سطح ، نمونه گیر بطور ساده حول محور داخلی از خاك چرخش کند

.اي در حد فاصل خاك داخل و خارج در انتهاي نمونه گیر شکل گرفته باشد حداکثر است برش استوانه

4

تواند می، گیریگشتاورو نمونه گیر به دست آمده توسط اندازه چسبندگیبینخاك، 1994در سال Ranzineبر طبق نظر .گیردشمع قرار جداريمحاسبه مقاومت برايمورد استفاده

푓 =푇

(41.336ℎ − 0.032)

عمق hمتر و - حداکثر گشتاور بر حسب کیلونیوتن maxTچسبندگی نمونه گیر و خاك بر حسب کیلو پاسکال و Tfکه در آن ]۴[نفوذ نمونه گیر برحسب متر می باشد .

جداريبا مقاومت خوبیارتباط گشتاوراز اندازه گیري اصطکاکجداریناشی 2004در سال Luteneggerبا توجه به نظر دارد . Nو مقدار CPTآزمایش

SPT-Tتعیین ظرفیت باربري جداري شمع از نتایج آزمایش -4مهندسان اغلب از روش هاي ساده و سریعی براي ارزیابی اولیه ظرفیت شمع استفاده می کنند. در برخی موارد ، بیشتر

یا شمع یک روش طراحی مستقیم استفاده میشود و همچنین معمولاً از نمودار طراحی تجربی جهت محاسبه اصطکاك جداري استفاده می شود. CPTیا مقاومت نوكSPTآزمایش Nمقاومت کف با استفاده از عدد

)SPTشمع از طریق ( برآورد مقاومت جداري -4-1. اندپی هاي عمیق استفاده کرده مهندسان به مدت طولانی از نتایج آزمون نفوذ استاندارد براي برآورد مقاومت جداري

Meyerhofوجود یک ارتباط تجربی بین مقادیر از اولین کسانی بود کهSPTهاي درخاكواحد براي شمع ها و مقاومت جداريانواع مختلفی از شمع ها عبارات زیرین را براي 1976در سال Meyerhof، کارانهدانه اي را پیشنهاد داد . از منظر محافظه

:]٦[و]٥[پیشنهاد داد 푓 = 1.91푁 (퐾푝푎) : براي شمع هاي کوبیدنی 푓 = 0.96푁 (퐾푝푎): براي شمع هاي درجا

یا چکش دوناتدر سال هاي قبل تر با استفاده از چکش استفاده می شد تقریباً Meyerhofکه توسط SPTيمقادیر عدد

pinweight اعداد وبنابراینگرفته شدSPT در نتیجه ي سطوح انرژي پایین تر تولید شده بوسیله این دو نوع چکش در عملاً بالا خواهد بود . ، مقایسه با چکش هاي مدرن

Poulos یک سري از روابط گزارش شده بین واحد مقاومت کناري شمع و 1989در سالN کرد و جمع آوري و خلاصهرا :]٧[کلی می تواند بیان شود فاده از این معادلهباط ها با استپیشنهاد داد که بیش تر این ارت

푓 = 훽 + 훼푁 )SPT-Tشمع از طریق ( برآورد مقاومت جداري -4-2

بدست آمده از آزمون نفوذ استاندارد به صورت چرخش نمونه گیر آزمایشات براي بررسی مقادیر واحد اصطکاك جداري(SPT-T) توسط گشتاوربا بیشترین متناظراز اندازه گیريKelleyوLutenegger انجام شده اند 2009در سال .SPT مشابه

در رنج وسیعی از شرایط خاك محتوي خاك رس آزمایشات در شرایط متنوع ژئوتکنیکی.یک شمع کوبیدنی عمل می کند سفت تا نرم و ماسه سست تا متراکم انجام شده است .

Kelley وLutenegger آزمایشدر اصطکاك جداريار واحد نشان دادند که مقد 2005 در سالSPT-T ذیلاز معادله اجرا شده مبنی SPTبراي رنج وسیعی از خاکها و )N)60N، مقدارSPTانرژي %60به طور مستقیم با این معادلهبدست می آید .

را معادله آنها .شده استنشان داده 2ایج در شکل نتمونه نمربوط است .، لاینربر (نمونه گیر ) امریکایی با خلاصی داخلی بدون ]٣[نتایج تست ها می تواند با یک معادله ساده ارائه شود : ینا. بنابراندسایت پیشنهاد داده 12 اساس اطلاعات بر

푓 = α 푁

5

نسبت SPT-Tاست که پیشنهاد می دهد که تخمین رفتار شمع ها با اندازه گیري قبلی این معادله هم فرم معادلات

باشد.می معتبرتر SPTبه

]٣[. SPTآزمایش60Nمقاومت جداري واحد در برابر ) : 3شکل (

Kelley و Lutenegger مقادیر مختلف 2005در سالα را در خاك هاي مختلف پیدا کردند . مقادیر بالا عموماً در خاك

با مشاهدات قبلاً گزارش شده بین نتیجه این به نسبت افزایش اندازه دانه ها کاهش می یابد . αریز دانه مشاهده می شود و .ردمطابقت دا SPTآزمایشNشمع و مقادیر جداريمقاومت

اما نباید انتظار داشته باشیم که ، انتظار می رود T-SPTاز آزمایش sfو 60Nارتباط بین ،در حالی که در خاك مشخصی براي تمام خاکها ثابت باشد . 60Nو T-SPTاز sfهمبستگی بین

بدست آمده از آزمایش نفوذ مخروط باشد که به عنوان c/q sfممکن است مشابه نسبت اصطکاك Nsf/60در حقیقت ،نسبت منعکس کننده رفتار خاك به خوبی شناخته شده است .

بدست آمده در خاك رسوبی مورد توجه قرار T-SPTبراي Luteneggerو Kelleyتوسط Nبا افزایش Nsf/60روند کاهش گزارش شده است . درجاشمع هاي جداريبراي مقاومت 1996در سال Tanو Ho گرفته است. همچنین توسط

6

جدارياز ترکیب مقاومت کف و مقاومت 60Nمقدار که این واقعیت ، با در نظر گرفتنT-SPTاز آزمون Nsf/60نسبت هر دو مورد باید براي است و جداريترکیبی از مقاومت کف و مقاومت دینامیکیSPTخواهد بود .پیچیده تر ،گرفته شده است

.نفوذ نمونه گیر غلبه کنند . سهم انفرادي هر یک از آن ها نیز تابع نوع خاك است گیرينتیجه -5

ابزار مفیدي جهت طراحی اقتصادي و بهینه پی هاي عمیق می باشد . آزمایش به شکل ساده اي قابل SPT-Tآزمایش رابطه مستقیم SPT-Tانجام بوده و در نهایت به صورت مستقیم می توان مقاومت جداري را محاسبه نمود.. نتایج آزمایشات

.آزمایش با مقاومت جداري شمع ها را نشان می دهد60Nبین مقادیر خاك استفاده شود . جداريمقاومتو محاسبات SPTمی تواند به عنوان کنترل براي نتایج SPT-Tنتایج آزمایش

مراجع

[1] Ali Heydarzadeh, Ali Fakher and Majid Moradi,“A feasibility study of Standard Penetration Test with Torque measurement (SPT-T) in Iran”. Geotechnical and Geophysical Site Characterization 4.London, Taylor & Francis group, 2013, 553-559. [2]Anna Silvia Palcheco Peixoto, Valéria B. Antenor; Thiago M. Ramos and Rita David, (2007).“Rod Length Influence in Torque Measurement of SPT-T Test”.ASCE, Problematic Soils and Rocks and In Situ Characterization . pp. 1-9. [3]Alan J. Lutenegger,“ Estimating Driven Pile Side Resistance from SPT-Torque Tests”. ASCE,Contemporary Topics in In Situ Testing, Analysis, and Reliability of Foundations ,2009, pp. 9-17 [4]Anna Silvia Palcheco Peixoto and David de Carvalho.“Determination of soil properties from standard penetration test complemented by torque measurement (SPT-T) ”. Acta Scientiarum. Technology Maringá, vol. 36.,2014,pp. 617-621. [5] GG Meyerhof,. Penetration Tests and the Bearing Capacity of Cohesionless Soils.Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division, ASCE, Vol. 82, No.1,1956, pp.1-19. [6] GG Meyerhof,. Bearing Capacity and Settlement of Pile Foundations. Journal of theGeotechnical Engineering Division, ASCE, Vol. 102, No. GT3,1976, pp. 197-228. [7] Harry George Poulos,. “Pile Behaviour –Theory and Application”. Géotechnique, Vol. 39, No. 3,1989,pp.365-415