نفوذ استاندارد (SPT)

آزمایش نفوذ استاندارد میزان مقاومت خاک در برابر ضربه و نفوذ یک نمونه‌گیر فولادی استوانه‌ای و یا یک عضو مخروطی شکل را می‌سنجد. این آزمایش بر اساس و روش دو آیین نامه مختلف ASTM D1586 و DIN 4094 قابل انجام است.  تفاوت و شباهت‌های این دو روش در جدول زیر قابل مشاهده است.

برای استفاده از روابط تجربی تخمین پارامترهای ژئوتکنیکی بر پایه‌ی عدد SPT باید از یک سری ضرایب برای اصلاح عدد خام SPT گزاش شده استفاده شود، این ضرایب اصلاحی عبارتند از:

• ضریب تصحیح ناشی از میزان بازده دستگاه (E)
• ضریب تعدیل ناشی از سربار(C_N)
• ضریب تصحیح به دلیل افت انرژی ناشی از طول میله
• ضریب تصحیح ناشی از نوع و شرایط نمونه‌گیر
• ضریب تصحیح ناشی از قطر گمانه
• با توجه به اینکه روابط تجربی مرسوم ارائه شده برای تخمین پارامترهای ژئوتکنیکی بر اساس آیین نامه ASTM می باشد در صورت استفاده از دستگاه SPT آلمانی سبک (بر اساس آیین نامه DIN) باید N_DIN به N_ASTM تبدیل شود.

• سهولت اجرا
• هزینه کم
• بی‌نیازی به دستگاه‌های پیچیده
• وجود روابط تجربی گسترده بین پارامترهای ژئوتکنیکی با تعداد ضربات (N)
• آشنایی و رواج بین پیمانکاران
• در صورت استفاده از روش ASTM D1586 امکان نمونه‌گیری از خاک به صورت دستخورده است. بسیاری از آزمون‌های نفوذسنج دارای نوک مخروطی بوده و امکان نمونه گیری ندارند

• درصد خطای بالا (بیش از 10 درصد) بین نتایج حاصل از گمانه‌های مجاور به دلیل وجود دستگاه‌ها و روش‌های مختلف اجرا توسط پیمانکاران
• پارامترهای مقاومتی حاصل از آزمایش SPT تقریبی بوده و ارزیابی کمی پارامترهای ژئوتکنیکی بر اساس آن به صورت یک تخمین کلی امکان پذیر است
• افزایش درصد خطای آزمایش در خاک‌های حاوی قلوه ‌سنگ و دانه‌های شنی (وجود قلوه سنگ و دانه‌های شنی باعث افزایش کاذب عدد SPT می‌شود)
• محدودیت استفاده در خاک‌های چسبنده و شنی
• دقت آزمایش در اعماق بیش از 35 متر کاهش می‌یابد ( به دلیل مشکلات اجرایی، سختی حفاری و احتمال دستخوردگی خاک کف چاه)
• وابستگی زیاد دقت آزمایش به اپراتور، مخصوصا در صورت استفاده از نوع سبک در چاه دستی

• حفاری گمانه به قطر 5 تا 150 میلی‌متر (گمانه ماشینی) تا عمق مورد نظر برای انجام آزمایش – عموما در لایه‌های یکنواخت در فواصل 1.5 متری اقدام به انجام آزمایش SPT و نمونه گیری می‌شود
• خروج ابزار حفاری و شستشوی گمانه به طوری که کف گمانه عاری از مصالح حفاری شده و خاک دستخورده باشد
• پس از خروج ابزار حفاری، نمونه‌گیر جداشونده (Split Barrel Sampler) توسط میله حفاری به آرامی وارد گمانه می‌شود
• روی میله حفاری طول 45 سانتی‌متر به فواصل 15 سانتی‌متر علامت گذاری می‌شود تا امکان شمارش تعداد ضربات برای هر 15 سانتی‌متر نفوذ(سه مرحله) فراهم شود
• نمونه‌گیر با ضربه‌های چکش 5 کیلوگرمی در خاک نفوذ می‌کند
• تعداد ضربه‌های هر مرحله نفوذ 15 سانتی‌متری و یا کسری از آن یادداشت می‌شود
• تعداد ضربه‌های 15 سانتی‌متر نفوذ مرحله‌ی اول به عنوان کوبش اولیه در نظر گرفته ‌شوده و در محاسبه N_spt لحاظ نمی‌شود
• عدد SPT، برابرمجموع تعداد ضربات لازم برای 30 سانتی‌متر نفوذ مرحله دوم و سوم (N_spt = N₂ + N₃) ثبت می‌شود
• پس از نمونه‌گیری نمونه‌گیر به سطح زمین منتقل می‌شود و درصد بازیابی نمونه ثبت می‌شود
• نمونه‌های گرفته شده با شرحی شامل ترکیب خاک، رنگ، لایه‌ بندی و وضعیت آن توصیف و ثبت می‌شود
• نمونه‌های ارسالی به آزمایشگاه در ظروف هوابندی شده برای جلوگیری از تغییر رطوبت به همراه اطلاعت نام پروژه، شماره گمانه، عمق نمونه و شمار ضربه‌ها برای هر 15 سانتی‌متر بر روی برگه‌ای نوشته و به ظروف ارسالی چسبانده می‌شود
• در روش استفاده از دستگاه SPT آلمانی سبک، چاه توسط مقنی تا عمق مورد نظر حفاری شده و پس از انتقال دستگاه SPT و پاک ‌سازی کف چاه از خاک دستی، تعداد ضربات لازم برای هر مرحله نفوذ 10 سانتی‌متری (مجموعا سه مرحله 10  سانتی‌متری) ثبت شده و(N₂+N₃) به عنوان (N_spt) گزارش می‌شود

• SPT برای خاک‌های ماسه‌ای مناسب‌تر است (به دلیل ماهیت دینامیکی این آزمایش)
• تخمین تراکم نسبی ماسه و شن
• تخمین پارامترهای مقاومتی خاک
• تخمین ظرفیت باربری مجاز پی‌های سطحی و عمیق در ماسه
• تخمین مقدار نشست پی در ماسه
• ارزیابی پتانسیل روانگرایی خاک‌های غیرچسبنده اشباع در شرایط زهکشی نشده
• توصیف کیفی و مقاومت تک محوری خاک‌های چسبنده

• ASTM D1586
• سازمان مدیریت و برنامه‌ریزی، نشریه شماره ۲۲۴، دستورالعمل آزمایش نفوذ استاندارد (SPT) در مطالعات ژئوتکنیک