اهمیت مطالعات ژئوتکنیک در طرح های ساختمانی

به تصور یک مهندس ژئوتکنیک، خاک حاصل فرسایش سنگ های پوسته کره زمین در سالیان دراز و در اثر بارش ، سیل و یخبندان است. در نتیجه محیط خاک یک محیط غیر همگن و مخلوطی از مواد جامد و آب و هوا است. فرض رفتار الاستیک در چنین فضایی دور از واقعیت است. از سوی دیگر روابط مقاومتی در علم مهندسی عمران بر مبنای تئوری های رفتار الاستیک پایه گذاری شده و ناگذیر در ژئوتکنیک هم از همین روابط استفاده شده است.

استفاده از روابط تنش و کرنش در محیط الاستیک برای خاک باعث میشود تا نتایج حاصل به واقعیت کمتر نزدیک باشند و در این میان ضرایب اطمینان برای حصول اطمینان از پایداری بنا های مرتیط با خاک استفاده میشود. از سوی دیگر ناهمگنی محیط خاک باعث عدم دقت در اندازه گیری پارامترهای مقاومتی میشود. برای جبران این بی دقتی ها باید از ظرایب اطمینان کاهش مقاومت استفاده گردد. هر قدر مطالعات شناسایی خاک دقیق تر باشد امکان اطمینان از محاسبات بیشتر و ضرایب اطمینان کاهشی بزرگتری قابل تصور است.

در شناسایی خاک هدف اصلی تعیین پارامترهای مقاومتی است. این پارامترها به صورت دوعامل اصلی زاویه اصطکاک داخلی و چسبندگی در مدل موهر کولمب تعریف می شوند. برای تعیین این پارامترها لازم است تا بر روی خاک علاوه بر آزمایشات صحرایی آزمایش­های آزمایشگاهی نیز انجام شود. بنابر این باید از خاک نمونه­های مناسبی که نماینده حجم خاک مورد مطالعه باشد تهیه شود. بطور معمول در عملیات شناسایی خاک تعدادی چاهک شناسایی (گمانه) حفاری میشود و دراعماق مختلف این چاهک نمونه برداری انجام میشود.

یکی از متداول ترین آزمایشات صحرایی که بر روی خاک در داخل گمانه­ها انجام می­شود آزمایش نفوذ استاندارد یا SPT  است. اگرچه این آزمایش رابطه مکانیکی مستقیمی با پارامترهای خاک ندارد ولی از آنجا که به تعداد بسیار زیاد انجام شده است تناسبات مناسبی ما بین آن و پارامترهای خاک وجود دارد. با تمام معایبی که بسیاری برای آزمایش SPT بر میشمارند این آزمایش دارای سه مزیت کلی است که باعث شده تا متداول ترین آزمایش صحرایی در حیطه علم مکانیک خاک باشد. این سه مزیت عبارتند از:

• این آزمایش ارزان بوده و نیازی به تجهیزات خاص نداشته و معمولا با همان دستگاه هایی که کار حفاری را انجام می­دهند انجام می­شود.
• همزمان با انجام آن از همان خاک نمونه تهیه می­کند و در نتیجه امکان انجام ازمایش طبقه بندی خاک بر روی همان نمونه در آزمایشگاه وجود دارد.
• ازمایش SPT بسیار سریع است و زمان چندانی لازم ندارد و به این دلیل نیز بسیار ارزانتر خواهد بود.

در آزمایش نفوذ استاندارد یک استوانه تو خالی در اثر سقوط وزنه ای استاندارد در خاک فرو برده میشود و تعداد ضربات لازم برای نفوذ طول معینی از آن شمارش می­شود و به عدد SPT  مشهور است. جدول زیر رابطه تعداد ضربات SPT  با پارامترهای خاک نشان داده شده است.