SPT ve CPT Farkı: Prensip, Çıktılar ve Doğru Deney Seçimi

Zemin etüdü raporlarında en sık karşılaşılan iki kısaltma SPT ve CPT'dir. Her ikisi de zeminin sahadaki direncini ölçer, her ikisinden de taşıma gücü, sıkılık ve sıvılaşma değerlendirmesi için veri elde edilir. Ancak çalışma prensipleri, ürettikleri veri ve uygun oldukları zemin koşulları birbirinden belirgin biçimde farklıdır.

Bu yazıda iki deneyi yan yana koyuyor, hangi durumda hangisinin tercih edildiğini ve korelasyonların neden dikkatli kullanılması gerektiğini anlatıyoruz. Her iki deney de TS EN ISO 22476 serisi arazi deneyi standartları kapsamında tanımlanır.

SPT nedir, nasıl yapılır?

Standart Penetrasyon Deneyi (SPT), sondaj kuyusu içinde, belirli derinlik aralıklarında yapılan dinamik bir deneydir. Türkiye'deki bina–zemin etütlerinde en yaygın kullanılan arazi deneyidir ve genellikle temel sondajları ile birlikte uygulanır.

Deneyin prensibi

1. Sondaj, deney yapılacak derinliğe kadar ilerletilir ve kuyu tabanı temizlenir.
2. Standart ölçülerdeki yarık tüp numune alıcı (split spoon) tijlerle kuyu tabanına indirilir.
3. 63,5 kg ağırlığındaki tokmak 76 cm yükseklikten serbest düşürülerek numune alıcı zemine çakılır.
4. Toplam 45 cm'lik çakma, üç adet 15 cm'lik aralığa bölünür ve her aralık için darbe sayısı kaydedilir.
5. İlk 15 cm oturma kabul edilir; son iki 15 cm'deki darbelerin toplamı N değeridir.
6. Numune alıcı yukarı çekilir ve içindeki örselenmiş numune tanımlanarak laboratuvara gönderilir.

Deney genellikle belirli aralıklarla (çoğu projede 1,5 m civarında) tekrarlanır. Böylece derinliğe bağlı, kesikli bir N profili elde edilir.

SPT'nin çıktıları

• Her deney derinliği için ham N değeri ve 15 cm'lik aralıklardaki darbe sayıları.
• Enerji, örtü basıncı ve ekipman etkileri için düzeltilmiş değerler (N60, (N1)60).
• Her deney seviyesinden alınan örselenmiş zemin numunesi. Bu numunelerde elek analizi, su muhtevası ve Atterberg limitleri gibi sınıflandırma deneyleri yapılabilir.

CPT nedir, nasıl yapılır?

Koni Penetrasyon Deneyi (CPT), ucunda standart bir koni bulunan çubuk dizisinin zemine sabit hızla itilmesi esasına dayanan statik bir deneydir. Darbe yoktur; itme kuvveti hidrolik bir düzenekle sağlanır ve ölçümler sürekli olarak kaydedilir.

Deneyin prensibi

• Tipik olarak 60° tepe açılı ve standart kesit alanına sahip bir koni kullanılır.
• Koni, genellikle yaklaşık 2 cm/sn'lik sabit bir hızla zemine itilir.
• Ucun maruz kaldığı direnç uç direnci (qc), koninin arkasındaki sürtünme manşonunun ölçtüğü direnç çevre sürtünmesi (fs) olarak kaydedilir.
• Boşluk suyu basıncı ölçen piyezokoni ile yapılan deney CPTu olarak adlandırılır ve ek olarak boşluk suyu basıncı (u) verir.
• Sismik koni (SCPT) ile belirli derinliklerde kayma dalgası hızı da ölçülebilir.

CPT'nin çıktıları

• Derinliğe bağlı neredeyse kesintisiz qc, fs ve (CPTu'da) u profilleri.
• Sürtünme oranı (Rf = fs/qc) ve bu oranlara dayanan zemin davranış tipi (SBT) sınıflandırma diyagramları.
• İnce katmanların, mercek şeklindeki kum bantlarının ve ani geçişlerin tespiti.
• CPTu'da boşluk suyu basıncının sönümlenme ölçümüyle geçirimlilik ve konsolidasyon hakkında fikir.

CPT numune vermez; zemin türü, ölçülen dirençlerden dolaylı olarak yorumlanır. Bu nedenle çoğu projede CPT, en az bir numune alınan sondajla birlikte kalibre edilir.

SPT ve CPT karşılaştırma tablosu

Avantajlar ve sınırlamalar

SPT'nin güçlü yanları

• Numune alınması: Aynı kuyudan hem dayanım göstergesi hem de sınıflandırılabilir numune elde edilir.
• Geniş zemin aralığı: Çakıllı zeminlerde ve ayrışmış kaya geçişlerinde CPT'nin ilerleyemediği yerlerde de uygulanabilir.
• Geniş veri tabanı: Taşıma gücü, oturma, sıvılaşma ve zemin sınıflandırması için onlarca yıllık deneyim ve korelasyon birikimi vardır.
• Sondajla entegrasyon: Karotlu ilerleme, Shelby tüpüyle örselenmemiş numune alma ve yeraltı suyu seviyesi gözlemi aynı kuyuda yapılabilir.

SPT'nin sınırlamaları

• Sonuç; tokmak tipi, düşürme yöntemi, tij boyu, kuyu tabanının temizliği ve operatör uygulamasından etkilenir. Enerji düzeltmesi bu nedenle önemlidir.
• Ölçüm aralıklıdır; iki deney arasında kalan ince bir gevşek kum bandı gözden kaçabilir.
• Çok yumuşak killerde N değeri çok düşük çıkar ve katmanlar arasındaki farkı ayırt etmek zorlaşır.
• İri çakıl ve bloklarda N değeri yapay olarak yüksek çıkabilir.

CPT'nin güçlü yanları

• Sürekli profil: Katman sınırları ve ince ara seviyeler yüksek çözünürlükle belirlenir.
• Tekrarlanabilirlik: Ölçüm elektronik ve standart hızda yapıldığı için operatör etkisi azdır.
• Hız: Uygun zeminde bir günde çok sayıda nokta test edilebilir; sahanın yatay değişkenliği iyi haritalanır.
• Boşluk suyu basıncı: CPTu, killi zeminlerde drenaj koşullarını ve konsolidasyon davranışını anlamaya yardımcı olur.

CPT'nin sınırlamaları

• Numune vermez; zemin tanımı yorumdur ve kalibrasyon sondajı gerektirir.
• Sıkı çakıl, bloklu dolgu, çimentolanmış tabaka veya kayada ilerleyemez ya da ekipman zarar görebilir.
• Yeterli itme kuvveti için ağır bir ekipman ve reaksiyon (ankraj veya ağırlık) gerekir; dar ve eğimli parsellerde erişim zorlaşabilir.

Hangi zeminde hangi deney?

Deney seçimi, zeminin türüne ve projenin amacına göre yapılır. Aşağıdaki tablo genel eğilimleri özetler; nihai karar, sahanın jeolojisini bilen mühendis tarafından verilir.

Pratikte en sağlıklı yaklaşım, deneyleri birbirinin alternatifi değil tamamlayıcısı olarak görmektir. Bir sondajdan alınan numuneler CPT profilinin yorumunu kalibre eder; CPT ise sondajlar arasında kalan bölgeleri sürekli bir profille doldurur. Buna MASW gibi jeofizik ölçümler eklendiğinde zemin sınıfı ve Vs30 değeri de güvenilir biçimde belirlenir.

Sıvılaşma değerlendirmesinde SPT ve CPT

Sıvılaşma potansiyelinin belirlenmesinde her iki deney de yaygın olarak kullanılır. Basitleştirilmiş yöntemlerde, depremin zeminde oluşturduğu tekrarlı gerilme oranı (CSR) ile zeminin buna karşı direnci (CRR) karşılaştırılır. Direnç tarafı SPT'de düzeltilmiş (N1)60 değerinden, CPT'de ise normalize edilmiş uç direncinden hesaplanır. Her iki yaklaşımda da ince tane oranı sonucu etkileyen önemli bir parametredir.

CPT'nin sürekli profili, sıvılaşabilir ince kum bantlarını yakalamada avantaj sağlar. SPT ise numune verdiği için ince tane oranı ve plastisite doğrudan ölçülebilir. Bu nedenle sıvılaşma açısından kritik sahalarda iki yöntemin birlikte kullanılması güvenilirliği artırır. Bursa özelinde konuyu alüvyon zeminlerde sıvılaşma riski yazımızda ele aldık.

Korelasyonların sınırları

Hem SPT hem CPT sonuçları, doğrudan ölçülmeyen parametreleri tahmin etmek için ampirik korelasyonlarla kullanılır: içsel sürtünme açısı, drenajsız kayma dayanımı, rölatif sıkılık, elastisite modülü, kayma dalgası hızı gibi. Bu korelasyonları kullanırken şu sınırlar akılda tutulmalıdır:

• Yerel geçerlilik: Korelasyonların çoğu belirli bölgelerin ve zemin türlerinin verisinden türetilmiştir. Farklı jeolojik koşullarda sapma gösterebilir.
• Zemin türüne duyarlılık: Kumlar için geliştirilmiş bir bağıntı, siltli veya çakıllı zeminlerde yanıltıcı olabilir.
• Düzeltmelerin tutarlılığı: Ham N ile N60 veya (N1)60 karıştırılırsa hesaplanan parametre önemli ölçüde değişir.
• SPT–CPT dönüşümleri: qc/N oranı zemin tane boyuna göre değişir. Tek bir sabit oranla bir deneyin sonucunu diğerine çevirmek belirsizlik taşır.
• Laboratuvar doğrulaması: Kritik parametreler (ör. killerde konsolidasyon özellikleri, dayanım parametreleri) mümkün olduğunca odometre ve üç eksenli basınç gibi laboratuvar deneyleriyle desteklenmelidir.

Raporda SPT ve CPT verisini nasıl kontrol edersiniz?

• SPT için: Her deney derinliği, 15 cm'lik aralık darbe sayıları, ham ve düzeltilmiş N değerleri loglarda yer almalı.
• CPT için: qc, fs ve varsa u profilleri grafik olarak eklenmeli; ekipman tipi ve kalibrasyon bilgisi belirtilmeli.
• Hesaplarda hangi değerin (ham, düzeltilmiş, normalize) kullanıldığı açıkça yazılmalı.
• İki yöntem birlikte kullanıldıysa sonuçların birbiriyle tutarlılığı tartışılmalı.

Raporun tamamını sistematik biçimde incelemek için zemin etüdü raporu okuma rehberimizden yararlanabilirsiniz.