■ تحقیقات محلی در ساختگاه بخش عمران

 مشخصات زمین محل پروژه :

زمین محل پروژه دارای متراژ تقریبی 250 متر مربع واقع در محدوده بلوار سرافرازان می باشد. با توجه به نمونه های بدست آمده از حفاری گمانه و تجربیات قبلی بدست آمده و اینکه محدوده سرافرازان دارای زمین سنگی می باشد ( با توجه به کوهپایه ای بودن منطقه ) بافت خاک متشکل از ذرات ماسه ریزدانه و مقداری شن و گاهی قلوه سنگ است.

 حفاری گمانه :

برای این پروژه بر اساس نظر کارشناس ژئوتکنیک حفر یک گمانه در نظر گرفته شده است.این موضوع با استفاده از جدول 7-2-1 مبحث هفتم نیز قابل مشاهده است:

مسئله ای که پیرامون گمانه بیشتر خود نمایی می کرد محل حفر آن بود که در جایی واقع بود که سطح اشغال بنا در آن قرار نداشت:

شاید بتوان علت را مسائل اجرایی نظیر سهولت جابجایی دستگاه ها و وسایل حفاری با توجه به نزدیکی بیشتر به خیابان دانست.
در مورد عمق گمانه نیز با توجه به اینکه احتمالا پی ساختمان از نوع نواری خواهد بود ولی فاصله بین آنها کمتر از مقداری است که پی ها به صورت مجزا عمل کنند طبق بند 7-2-3-5 مبحث هفتم عمق گمانه بر پایه نشست پی توسط کارشناس ژئوتکنیک در حدود 2تا 5/2 برابر بعد ساختمان و برابر 31 متردر نظر گرفته شده است. به منظور خنک کردن سر مته و ابزار حفاری از آب استفاده گردید. هم چنین با اضافه کردن طول راد حفاری امکان حفر گمانه در عمق بیشتر فراهم گردید.در ادامه چند مورد از موارد آیین نامه ای پیرامون بحث حفاری گمانه و میله های حفاری آورده شده است.

 میله های حفاری باید توسط اتصالات رزوه ای مناسب به یکدیگر محکم شوند.
 فقط استفاده از میله های مستقیم و بدون انحنا مجاز است.
 راد حفاری باید دارای سختی کافی جهت جلوگیری از کمانش باشد و تا عمق 30 متر باید از راد استاندارد قطر A تا N مطابق جدول استفاده شود.
 دستگاه حفار باید قادر به حفر گمانه های نسبتا تمیز و عاری از ذرات حاصل از حفاری باشد تا انجام آزمون بر روی خاک دست نخورده زیر گمانه تعیین کننده باشد.
 قطر گمانه باید بین 56 تا 162 میلی متر باشد.
 ابزار حفاری باید آهسته از داخل گمانه بیرون کشیده شود تا درکف گمانه دستخوردگی رخ ندهد.
 حفاری باید مرحله به مرحله انجام گیرد تا نمونه گیری منقطع و یا پیوسته را میسر سازد.
در ادامه تصاویری از نحوه ی حفر گمانه آورده شده است.

مراحل مختلف حفر گمانه

هم چنین محصولات حفاری و نمونه ها توسط مغزه گیر تک جداره از داخل گمانه بیرون آورده شده و به وسیله چکش از داخل مغزه گیر خارج گردید.در ادامه تصاویری در این رابطه آورده شده است.

نمایش تخلیه مغزه گیر

البته با توجه به اینکه نمونه ها با این روش کاملا دست خورده می شوند از آنها به منظور انجام آزمون آزمایشگاهی استفاده نشده و صرفا در محیط اطراف تخلیه می شوند.
در مراحل حفر گمانه نکات و موارد آیین نامه ای در حد قابل قبول اجرا گردید. مشکل عمده بیشتر معطوف به ماشین حفاری می شد که بسیار ناکارآمد به نظر می رسید.هم چنین به علت نداشتن تکیه گاه مناسب دستگاه علی رغم وزن 2 تنی تحت ارتعاشات ناشی از دوران راد و ابزار برش نسبت به حالت اولیه تغییر مکان داده و منجر گردید راد و مته کاملا در مرکز گمانه ثابت نبوده و به یک سمت متمایل شوند.

 انجام آزمون نفوذ استاندارد SPT :

 کاربرد آزمون نفوذ استاندارد :

این آزمون مقاومت خاک کف گمانه را در مقابل نفوذ یک نمونه گیر دو کفه ای به شکل استوانه تعیین می کند. این مقاومت را می توان به ویژگی های خاک ارتباط داد. روابط و مقالات بسیاری در خصوص رابطه N و رفتار و پارامترهای خاک موجود است.
این آزمون نمونه دست خورده جهت شناسایی خاک فراهم می کند. که البته ممکن است کرنش برشی بزرگی در نمونه ایجاد شده باشد.

 اساس آزمون نفوذ استاندارد :

اساس آزمون برسقوط یک چکش به وزن 5/63 کیلوگرم از ارتفاع 76 سانتی متری بر روی یک کلاهک استوار است. تعداد ضربات لازم به ازای هر 15 سانتی متر نفوذ نمونه گیر قاشقی 45 سانتیمتری در 3 مرحله شمارش شده و تعداد ضربات لازم برای 30 سانتی متر نفوذ آخر به عنوان مقاومت نفوذ یا عددSPT در نظر گرفته می شود.

اساس آزمون نفوذ استاندارد

 دامنه کاربرد آزمون نفوذ استاندارد :

این آزمون بیشتر جهت تعیین خصوصیات مقاومتی و تغییر شکلی خاک های غیر چسبنده بکار میرود. مع هذا انجام این آزمون بر روی سایر خاک ها ویا سنگ های ضعیف نیز اطلاعات ارزشمندی را به همراه دارد.

منبع و ماخذ این آزمون عبارتست از :

ASTM D1586-99: Standard Test Method for Penetration Test and Split - Barrel Sampling of Soils
هم چنین استفاده از مراجع زیر برای به کار بردن این تست برجا الزامیست:
ASTM D2487 :1999, Practice for Classification of Soil for Engineering Purposes Unified Soil Classification System
ASTM D2488 :1993, Practice for Description and identification of soils (Visual-Manual Procedure)
ASTM D4220 :1995, Practice for preserving and Transporting soil samples
ASTM D4633:1998, Test Method for stress wave Energy Measurement for Dynamic meter Testing System
ASTM D6066:1996, Practice for Determining the Normalized penetration Resistance testing of sands for evaluation of liquefaction potential
نشریه شماره 224 سازمان مدیریت و برنامه ریزی کشور دستورالعمل آزمایش نفوذ استاندارد SPT

 مهمترین مزایا و علل استفاده از آزمون نفوذ استاندارد :

1) سهولت انجام آزمون 2) هزینه مناسب و پائین 3) متداول بودن در تمامی کشورها 4) سادگی تجهیزات آزمون 5) ارتباط گسترده پارامترهای ژئوتکنیکی با مقاومت در برابر نفوذ

 محدودیت های آزمون نفوذ استاندارد :

گوناگونی روش ها , تجهیزات و دستگاه ها و حفاران در مواردی اختلاف بیش از 100 در صد را نیز در نتایج حاصل از دو گمانه مجاور در بر داشته است ولی اگر آزمون با یک نوع دستگاه و حفار انجام شود تجربیات نشان داده است اختلاف نتایج در حدود 10 در صد خواهد بود.
پارامترهای مقاومتی و تغییرشکلی بدست آمده از این آزمون تقریبی و بر پایه روابط تجربی میان عدد نفوذ و پارامترهای ژئوتکنیکی است. لذا در استفاده از روابط تجربی بایستی به شرایط خاک آن رابطه و محل توجه شود و یا روابط اعتبار سنجی شوند.
در خاک های درشت دانه که درصد شن و قلوه سنگ آنها زیاد است از نتایج آزمون باید با احتیاط استفاده شود. هم چنین دقت آزمون در اعماق بیش از 30 متر به سبب مشکلات اجرایی و سختی حفاری و احتمال دست خوردگی خاک کف گمانه کاهش می یابد.

 قسمت های مهم دستگاه :

در زیر تصویری از کلیت دستگاه آورده شده که در ادامه به شرح هر قسمت پرداخته می شود:

• کلاهک : آن قسمت از مجموعه وزنه کوب که با چکش برخورد می نماید و بوسیله آن انرژی چکش به میله های حفاری انتقال می یابد.
• طبلک : 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، کلاهک و هرنوع سیستم سقوط چکش.
• چکش : آن قسمت از مجموعه وزنه کوب که شامل وزنه ضربه زن (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.
• تعداد دوره های طناب : زاویه تماس کل بین طناب و قرقره در شروع کم شدن طناب متصدی تا سقوط چکش تقسیم بر 360. این مورد در شکل زیر نشان داده شده است:
• نمونه گیر دو کفه ای : ابعاد نمونه گیر باید مطابق شکل باشد. کفشک آن باید از جنس فولاد سخت شده باشد و در صورت دندانه دار شدن و تغییر شکل باید تعمیر ویا تعویض شود.

تصاویری از نمونه گیر SPT

در خاک های شنی درشت دانه مخروط توپر 60 درجه جایگزین کفشک می شود تا از صدمات وارده به کفشک جلوگیری شود. البته در این حالت نتایج نیاز به بررسی های بیشتر دارد.

 مراحل انجام آزمون نفوذ استاندارد :

بعد از اینکه گمانه زنی به سطح نمونه گیری مورد نظر رسید و تراشه های اضافی برداشته شد، با ترتیب عملیات زیر برای آزمایش بر مبنای نشریه 224 طی می شود:

1- نمونه گیر دو کفه ای به میله های نمونه گیری وصل شده و بداخل گمانه فرستاده می شود. نباید نمونه گیر روی خاک مورد نمونه گیری بیفتد.
2- چکش در بالا قرار گرفته وکلاهک به سر میله های نمونه گیری متصل می شود. این عمل میتواند، قبل از اینکه میله های نمونه گیری و نمونه گیر بداخل گمانه پایین روند، انجام شود.
3- وزن مرده نمونه گیر، میله ها، کلاهک وزنه کوب را روی ته گمانه قرارگرفته و ضربه ای نشاننده اعمال می گردد. اگر تراشه های اضافی در ته گمانه موجود است، باید نمونه گیر ولوله های نمونه گیری از گمانه بیرون آورده شده و تراشه ها را خارج شود.
4- میله های حفاری در سه افزایش متوالی 6 اینچی (15/0 متر) افزایش علامت گذاری می شوند. بطوریکه جلو رفتن نمونه گیر در اثر ضربه چکش برای هر 6 اینچ (15/0 متر) افزایش به آسانی قابل مشاهده باشد.
5- نمونه گیر با ضربه های چکش کوبیده شده و تعداد ضربه های اعمال شده در هر افزایش 6 اینچ (15/0 متر) را شمارش می شود 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.

تعداد ضربات مورد نیاز در انجام نفوذ 6 اینچ (15/0متر) یا کسری از آن را یادداشت می شود. 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 جزیی 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. ایناطلاعات باید در گزارش گمانه یادداشت شود.
فواصل عمق نمونه برداری و آزمون را معمولا کارشناس ژئوتکنیک تعیین می کند. عموما در لایه های یکنواخت فواصل آزمون و نمونه برداری 5/1 متر ویا در محل هر تغییر لایه انتخاب می شود. نمونه های اخذ شده مطابق تصویر زیر در جعبه نمونه قرار داده می شوند و باید عمقی که ازآن اخذ شده اند مشخص شود, اتفاقی که برای این جعبه نمونه رخ نداده است.

جعبه نمونه های اخذ شده

متاسفانه در این گمانه تا زمان نگارش این متن تنها یکبار آزمون SPT انجام گرفت که آن هم به صورت نیمه تمام باقی ماند چراکه نمونه گیر تنها در 15 سانتی متر اول در گمانه نفوذ کرد و پس از آن هیچ نفوذی تحت ضربات چکش رخ نداد. در ذیل تصویری از ثبت عدد نفوذ به ازای 15 سانتی متر نفوذ آورده شده است. در عمق بعدی که باید آزمون نفوذ صورت می گرفت نیز به دلیل مشکل خرابی دستگاه SPT انجام نشد.

مشخصات گمانه حفاری شده

 خطا های معمول شده در ایران برای انجام آزمایش:

علاوه بر اشکالاتی که به صورت ساختاری بر آزمون نفوذ استاندارد وارد است، برخی خطاها نیز در نحوه انجام آزمایش و استفاده از نتایج آن به صورت محلی در ایران معمول و متداول شده است. خطاهای مذکور در پاره ای از موارد به قدری شایع و معمول شده است که در نزد بسیاری از شرکت های مشاور پذیرش خطا بودن آن دشوار و گاها " غیر قابل قبول است . در ادامه برخی از این اشکالات ذکر می شود.

انجام آزمایش در چاه :

در دستور العمل استاندارد آزمون نفوذ استاندارد محدوه مجاز برای قطر گمانه ای که آزمایش در آن انجام می شود 56 تا 162 میلی متر اعلام شده است. در ایران خصوصا در کاوشهای درون شهری به دلیل شرایط خاص آبرفتها و نیز کارگران ماهر در حفر چاه آزمون نفوذ استاندارد در چاه متداول شده است. چاه از دو جهت نتایج را تحت تاثیر قرار داده و به همین دلایل نیز انجام آزمون نفوذ استاندارد در چاه از وجاهت علمی برخوردار نبوده و خلاف استاندارد آزمون است:

 به دلیل قطر زیاد, خاک کف گمانه امکان فرار به جانب و در نتیجه تسهیل در نفوذ را فراهم می کند.

 امکان کمانش راد حفاری بیشتر می شود.

عدم توجه به ضوابط اعمال ضربه :

برای جلوگیری از خطاهای ناشی از اعمال ضربه نیاز به دقت بالای اپراتور و یا استفاده از چکش های اتومات است. نظر به اینکه استفاده از سیستم های اتومات چندان در کشور رایج نیست , متاسفانه در سیستمهای مکانیکی نیز در بسیاری موارد عدم قرارگیری طناب در مرکز و کج شدن آن و هم چنین اتصال نامناسب میله ها و یا عدم دقت اپراتوردر کشیدن طناب منجر به خطاهای قابل توجه می گردد.

عدم اعمال اصلاحات بر عدد نفوذ بدست آمده از آزمون :

پر واضح است که عدد SPT به دست آمده از آزمون باید در ضرایب اصلاحی مربوط به اثر عمق , اثر طول راد حفاری, اثر غشا نمونه گیر, اثر قطر گمانه و اثر انرژی چکش ضرب شود. متاسفانه اصلاحات فوق در میان برخی مشاوران کشور نادیده گرفته شده و عدد اصلاح نشده در طراحی ها و تصمیم گیریها مورد استفاده قرار می گیرد.

توصیه هایی پیرامون استفاده از آزمون SPT در ایران :

1- طراحی و تصمیمات مهم صرفا بر اساس عدد SPT انجام نشود و حتی المقدور از جمع بندی این آزمون با دیگر آزمون ها استفاده شود.
2- نتیجه این آزمون بیش از آنکه عددی با ماهیت واقعی باشد نمادی از وضعیت کلی خاک مد نظر است که بیشتر برای استنباط های نسبی و قیاس عملی در یک پروژه کاربرد دارد.
3- این آزمون در خاک شنی کارایی لازم را ندارد. چرا که حداکثر عدد SPT برابر 50 می باشد و خصوصیات تخمینی برای برای مصالح درشت دانه بسیار محافظه کارانه انتخاب می شود.لذا بهتر است در این قبیل خاک ها از آزمونهایی چون پرسیومتری استفاده شود.
4- در انجام آزمون با دقت در رعایت نکات استاندارد تلاش شود که نواقص و معایب بیان شده در بخش قبل که متاسفانه در بسیاری پروژه ها معمول است به حداقل برسد.

 نتایج :

همانطور که در قسمت قبل گفته شد متاسفانه و به دلیل مشکلات دستگاه آزمایش انجام آزمون محلی نفوذ استاندارد برای گمانه این پروژه نا تمام ماند.لذا به نظر می رسد انجام مطالعات ساختگاه همچنان در مورد پروژه های کوچک کم اهمیت شمرده می شود. اما مسلما انجام این مطالعات برای این پروژه حداقل این امکان را فراهم می آورد تا کارشناس ژئوتکنیک با توجه به نمونه خاک خارج شده از گمانه تا حدود زیادی رفتار و مشخصات خاک را ارزیابی کند کما اینکه علاوه بر آزمون های برجا نمونه های تهیه شده از نمونه گیر جهت آزمون های آزمایشگاهی نیز می تواند به این امر کمک کند.

در نهایت میتوان اظهار داشت تمامی این موارد در شرایطی است که انجام این مطالعات علاوه بر اینکه می تواند منجر به افزایش احساس ایمنی شود در برخی موارد نتایج حاصل از آن می تواند به کاهش هزینه های دیگر ساخت کمک کند. امید به آن که روزی انجام مطالعات ساختگاه در تمامی پروژه ها به درستی و مطابق با استانداردهای روز وبا جدیت صورت پذیرد.