Standard-Penetrationstest - Standard penetration test

In Zeichnungen verwendetes Symbol

Standard-Penetrationstest-N-Werte aus einem oberflächlichen Grundwasserleiter in Südflorida .

Der Standard-Penetrationstest ( SPT ) ist ein dynamischer In-Situ-Penetrationstest, der Informationen über die geotechnischen Eigenschaften des Bodens liefern soll . Dieser Test ist der weltweit am häufigsten durchgeführte Explorationsbohrtest unter der Oberfläche. Das Testverfahren ist in ISO 22476-3, ASTM D1586 und den australischen Standards AS 1289.6.3.1 beschrieben. Der Test liefert Proben zu Identifizierungszwecken und liefert ein Maß für den Eindringwiderstand, der für geotechnische Planungszwecke verwendet werden kann. Für geotechnische Zwecke stehen viele lokale und weithin veröffentlichte internationale Korrelationen zur Verfügung, die die Schlagzahl oder den N-Wert mit den technischen Eigenschaften von Böden in Beziehung setzen.

Verfahren

Der Test verwendet ein dickwandiges Probenröhrchen mit einem Außendurchmesser von 50,8 mm und einem Innendurchmesser von 35 mm und einer Länge von ca. 650 mm. Dieser wird am Boden eines Bohrlochs durch Schläge eines Gleithammers mit einer Masse von 63,5 kg (140 lb) in einer Entfernung von 760 mm (30 in) in den Boden getrieben . Das Probenröhrchen wird 150 mm in den Boden getrieben und dann wird die Anzahl der Schläge aufgezeichnet, die das Rohr benötigt, um alle 150 mm (6 in) bis zu einer Tiefe von 450 mm (18 in) einzudringen. Die Summe der Anzahl der Schläge, die für die zweiten und dritten 6 Zoll Penetration erforderlich sind, wird als "Standard-Eindringwiderstand" oder "N-Wert" bezeichnet. In Fällen, in denen 50 Schläge nicht ausreichen, um sie über ein Intervall von 150 mm (6 in) vorzuschieben, wird die Penetration nach 50 Schlägen aufgezeichnet. Die Schlagzahl gibt Aufschluss über die Bodendichte und wird in vielen empirischen geotechnischen Formeln verwendet.

Zweck

Der Hauptzweck des Tests besteht darin, einen Hinweis auf die relative Dichte von körnigen Ablagerungen wie Sanden und Kiesen zu geben, aus denen es praktisch unmöglich ist, ungestörte Proben zu gewinnen. Der große Vorteil des Tests und der Hauptgrund für seine weit verbreitete Verwendung ist, dass er einfach und kostengünstig ist. Die Bodenfestigkeitsparameter , die abgeleitet werden können , sind Näherungswerte , kann aber eine nützliche Anleitung in Bodenbedingungen geben , in denen es nicht möglich sein kann , wie Kiese, Sande, Bohrloches Proben von ausreichender Qualität zu erhalten , Schluffe , Ton enthaltenden Sand oder Kies und Gestein schwach. Bei Bedingungen, bei denen die Qualität der ungestörten Probe zweifelhaft ist, zB sehr schluffiger oder sehr sandiger Ton oder harter Ton, ist es oft von Vorteil, die Probenahme mit Standard-Penetrationstests zur Überprüfung der Festigkeit abzuwechseln. Wenn festgestellt wird, dass die Proben inakzeptabel gestört sind, kann es erforderlich sein, eine andere Methode zur Messung der Festigkeit wie den Plattentest zu verwenden . Wird die Prüfung in körnigen Böden unterhalb des Grundwasserspiegels durchgeführt, kann der Boden aufgelockert werden. Unter Umständen kann es sinnvoll sein, den Probenehmer über die angegebene Distanz hinaus weiterzufahren und bei Bedarf weitere Bohrgestänge hinzuzufügen. Obwohl dies kein Standard-Penetrationstest ist und auch nicht als solcher angesehen werden sollte, kann er zumindest einen Hinweis darauf geben, ob die Einlage wirklich so locker ist, wie es der Standardtest vermuten lässt.

Die Nützlichkeit der SPT-Ergebnisse hängt von der Bodenart ab, wobei feinkörnige Sande die nützlichsten Ergebnisse liefern, wobei gröbere Sande und schluffige Sande einigermaßen nützliche Ergebnisse liefern und tonige und kiesige Böden Ergebnisse liefern, die den wahren Boden möglicherweise sehr schlecht wiedergeben Bedingungen. Böden in Trockengebieten, wie im Westen der Vereinigten Staaten , können eine natürliche Zementierung aufweisen. Diese Bedingung erhöht häufig den Standardeindringwert.

Der SPT wird verwendet, um Ergebnisse für die empirische Bestimmung der Anfälligkeit einer Sandschicht für Bodenverflüssigung bereitzustellen , basierend auf Forschungen von Harry Seed, T. Leslie Youd und anderen.

Korrelation mit bodenmechanischen Eigenschaften

Trotz vieler Mängel ist es gängige Praxis, SPT-Ergebnisse mit Bodeneigenschaften zu korrelieren, die für die geotechnische Bemessung relevant sind. SPT-Ergebnisse sind in-situ-Feldmessungen und unterliegen keiner Probenstörung und sind oft die einzigen verfügbaren Testergebnisse, daher ist die Verwendung von Korrelationen in vielen Ländern gängige Praxis.

Eine ungefähre Beziehung, die in der Veröffentlichung des Engineering Manuals des US Army Corps of Engineers zur Spundwandkonstruktion zitiert wird, die nach Terzaghi und Peck (1948) und Teng (1962) entwickelt wurde, zeigt in der folgenden Tabelle die Beziehung speziell für SPT N-Werte und die Schüttdichte des Bodens korreliert auf die relative Dichte bezogen und im Konstruktionshandbuch als feuchtes Stückgewicht in pcf-Einheiten bezeichnet, umgerechnet in metrische Werte in der Tabelle

Probleme

Der Standard-Penetrationstest gewinnt eine stark gestörte Probe, die im Allgemeinen nicht für Tests geeignet ist, die Eigenschaften der in-situ-Bodenstruktur wie Dichte, Festigkeit und Verfestigungseigenschaften messen. Um diese Einschränkung zu überwinden, wird der Test oft mit einem größeren Probenehmer mit einer etwas anderen Spitzenform durchgeführt, so dass die Störung der Probe minimiert wird und die Prüfung der strukturellen Eigenschaften für alle außer weichen Böden sinnvoll ist. Dies führt jedoch zu Schlagzahlen, die nicht leicht in SPT-N-Werte umgerechnet werden können – es wurden viele Umrechnungen vorgeschlagen, von denen einige von der Art des beprobten Bodens abhängen, was die Abhängigkeit von Schlagzahlen bei nicht standardmäßigen Probenehmern problematisch macht.

Standardschlagzahlen für Penetrationstests stellen keine einfache physikalische Eigenschaft des Bodens dar und müssen daher mit den interessierenden Bodeneigenschaften wie Festigkeit oder Dichte korreliert werden. Es gibt mehrere Korrelationen, von denen keine von sehr hoher Qualität ist. Die Verwendung von SPT-Daten zur direkten Vorhersage des Verflüssigungspotentials leidet unter der Unschärfe der Korrelationen und unter der Notwendigkeit, SPT-Daten zu "normalisieren", um den Überlagerungsdruck, die Probenahmetechnik und andere Faktoren zu berücksichtigen. Darüber hinaus kann die Methode aus mehreren Gründen keine genauen Daten für schwache Bodenschichten sammeln:

1. Die Ergebnisse sind für ein bestimmtes Fahrintervall auf ganze Zahlen beschränkt, aber bei sehr niedrigen Schlagzahlen macht die Granularität der Ergebnisse und die Möglichkeit eines Nullergebnisses die Handhabung der Daten umständlich.
2. In losen Sanden und sehr weichen Tonen wird das Treiben des Probenehmers den Boden erheblich stören, einschließlich durch Bodenverflüssigung von losen Sanden, was Ergebnisse basierend auf den gestörten Bodeneigenschaften und nicht auf den intakten Bodeneigenschaften liefert.

Eine Vielzahl von Techniken wurde vorgeschlagen, um die Mängel des Standardeindringtests zu kompensieren, einschließlich des Kegeleindringtests , In-situ-Schertests mit Schaufeln und Messungen der Scherwellengeschwindigkeit .

Siehe auch

• Kegelpenetrationstest
• Geotechnische Untersuchung
• Bodenmechanik

Verweise

• Zatuwa, Monosagu (2005) Vorsicht, weicher Boden und der Standard-Penetrationstest (auf Japanisch) Public Works Research Institute
• University of Missouri – Rolla Class Notizen zum SPT.