تست نفوذ مخروط (سی پی تی)

آزمایش نفوذ مخروط یا Cone Penetration Test که به اختصار CPT نامیده میشود از مهمترین تست های مکانیک خاک است. در این آزمایش یک مخروط به داخل زمین نفوذ می کند. با محاسبه مقاومت نوک و مقاومت جداره این مخروط اطلاعات مفیدی از خصوصیات آن خاک به دست می آید که موضوع این پست است.

سی پی تی چیست؟

آزمایش CPT یکی از مهمترین تستهای صحرایی ژئوتکنیک است که طی آن میلهای استاندارد داخل خاک نفوذ می کند. هنگام نفوذ کردن این میله در زمین مقاومت نوک و مقاومت جداره محاسبه می گردد. اگر خاک نرم باشد مقاومت نوک کم میشود و برعکس. در صورتیکه خاک چسبنده ،باشد مقاومت جدار بیشتر می شود و برعکس. از اینکه مقاومت نوک و جدار میله CPT چند میشود میتوان بسیاری از مشخصات خاک را محاسبه کرد.

تاریخچه تست CPT

سی پی تی نخستین بار توسط هلندیها در سال ۱۹۳۰ ابداع شد. از این رو به این ابزار آزمایشی Dutch Cone یا مخروط هلندی نیز گفته . هدف از ساخت این دستگاه بررسی مقاومت بستر ریلهای راه آهن درد می شود. هلند بود. هرچند CPT آن زمان با انواع کنونی تفاوت چشمگیری داشت اما ساختار اصلی همانند CPT امروزی است. دستگاهی که در ابتدا ساخته شد جیبی و کوچک بود. خصوصیات خاک را به صورت ناپیوسته در هر ۲۰ سانتی متر ثبت می کرد. من شد. نتایج آن هم باید به صورت دستی ثبت . بعدها و در سال ۱۹۴۸ این مشکلات با ابداع مخروطهای الکتریکی حل شد. امی در این دستگاهها نتایج به صورت پیوسته توسط ابزارهای الکتریکی ثبت . در سال ۱۹۶۵ سنجش مقاومت جداره ها هم به سیستم های قبلی اضافه شد.

CPT های نوین امروزی

بعدها و در سال ۱۹۷۴ به مخروطهای الکتریکی یک پیزومتر اضافه شد. با استفاده از آن میتوانستند فشار آب حفره ای را هم محاسبه کنند. شدند. کند. به طور کلی شکل و مکانیزم عملکرد دستگاه سی پی تی به گونه ای است که میتوان با اتصال حسگرهای مختلف از خاک محل، اطلاعات مفیدی گرفت. با توجه به این موضوع از نیم قرن پیش تا ،کنون پیشرفتهای زیادی در زمینه دستگاه CPT دیده شده است. از جمله معروف ترین این دستگاهها مخروط لرزه ای یا Seismic Cone است. این دستگاه توانایی محاسبه سرعت موج برشی در خاک را دارد. از دیگر دستگاههای CPT که به مرور زمان تکمیل و معرفی شده میتوان مخروط با قابلیت اندازه گیری فشار جانبی، مخروط آکوستیک و مخروط لرزه ای را نام برد.

 اجزای دستگاه سی پی تی

دستگاههای CPT انواع و اقسام مختلفی دارند. نمی توان نسخه کلی برای همه آنها پیچید. این اجزا از بدو ابداع این آزمایش تا کنون تغییرات چشمگیری داشته اند. اما در حالت کلی اجزای تشکیل دهنده دستگاه CPT موارد زیر است:

 نفوذ سنج یا Penetrometer دستگاه cpt

بخش اصلی دستگاه CPT نفوذ سنج است. این بخش به داخل زمین نفوذ می : دارای نوک و غلاف جداره است. کند. است با کمک آنها میتوان مقاومت نوک و جداره را محاسبه کرد. در انواع پیشرفته تر این نفوذ سنج،ها فیلترهای متخلخلی تعبیه شده است. با کمک آنها میتوان فشار آب حفره ای در محل آزمایش را محاسبه کرد.

میله های رابط دستگاه cpt

میله های رابط میله هایی هستند که با کمک آنها میتوان نفوذ سنج را به عمق دلخواه از خاک فرو برد. این میله ها در قطعات یک متری در بازار موجود هستند. میله ها با یک سری رزوه به هم متصل می شوند.

جک هیدرولیکی جک هیدرولیکی تامین کننده نیرویی است که با کمک آن بتوان نفوذ سنج را به داخل خاک فرو برد. این جک ها بر روی وانت یا کامیون نصب می شوند. جک هیدرولیکی موجب میشود نیرو به صورت پیوسته و با آهنگ ثابتی به خاک اعمال شود.

مرکز ثبت نتایج دستگاه cpt

اطلاعات حاصل از آزمایش خاک که توسط نفوذ سنج به دست میآید در ابتدا به صورت آنالوگ است. باید سیستمی وجود داشته باشد که این اطلاعات آنالوگ را به دیجیتال تبدیل کرده و آنها را ذخیره کند.

ماشین حمل دستگاه cpt

حمل و نقل دستگاه CPT عمدتا توسط کامیون صورت می گیرد. لازم است وزن این ،کامیون بیش از ظرفیت دستگاه و در حدود ۲۰ تن باشد.

انواع دستگاه های CPT

از نظر نحوه اعمال ،بار CPTها به سه دسته کلی تقسیم بندی می شوند. استاتیکی دینامیکی و آمیزه ای از هردو.

سی پی تی های استاتیکی اعمال نیرو به میله ها توسط جکهای هیدرولیکی صورت می گیرد. این جکها نیرو را به آرامی و به صورت پیوسته به میله ها منتقل می معمول ترین نوع CPT ها همین نوع استاتیکی آن است. دسته دوم سی پیتیهایی هستند که نیروی آنها توسط چکش و یا سقوط آزاد وزنه به صورت ناپیوسته اعمال می شود. از این جهت شباهت زیادی به آزمایش SPT دارند. دسته سومی هم وجود دارد که بارگذاری ،آن هم به صورت استاتیکی است و هم به صورت دینامیکی اغلب آیین نامهها و استانداردها استفاده از لفظ CPT را صرفا برای دستگاههای با اعمال بار استاتیکی مجاز دانسته اند. انواع دیگر مثل بارگذاریهای دینامیکی نام های دیگری دارند. مثلا دستگاه CPT دینامیکی به کاوشگر دینامیکی یا DP معروف است.

روش انجام آزمایش CPT

آزمایش سی پیتی بر اساس استاندارد ۳۴۴۱ ASTM-D انجام می شود. مکانیزم کلی این آزمایش به این شکل است که با فرو کردن مخروطی با شکل استاندارد به درون ،خاک مقاومت نوک و مقاومت جداره مخروط محاسبه می شود. با داشتن این مقاومت ها میتوان خصوصیتها و ویژگیهای مختلف خاک ها را به دست آورد. بر اساس استاندارد این آزمایش لازم است مخروطی به قطر ۳٫۵۷ سانتی متر که دارای زاویه پخی ۶۰ درجه است را با سرعت ۲ سانتی متر در ثانیه به داخل زمین فرو برد. این فرو بردن توسط جکهای هیدرولیکی صورت می گیرد. با هر میزان نفوذ مقاومت جداره و مقاومت نوک به صورت پیوسته ثبت می شوند. با پایین رفتن نفوذ سنج، لازم است میلههایی به انتهای نفوذ سنج متصل کنیم تا بتوانیم آنرا به اعماق دلخواه فرو ببریم. باید دقت شود که مرحله اضافه نمودن میله جدید به آهستگی صورت گیرد تا تغییر فشار خاصی در محیط ایجاد نشود. مقادیر پیوسته اصطکاک جدار و مقاومت نوک در اعماق مختلف ترسیم می گردد. با داشتن این مقادیر پارامترهای مختلفی از خاک تخمین زده می شود.

از نتایج CPT چه اطلاعاتی به دست می آید؟

تا کنون راجع به تاریخچه و نحوه انجام آزمایش سی پیتی مفصل بحث کردیم. در این بخش میخواهیم بدانیم که از نتایج آزمایش نفوذ مخروط چه استفادههایی میتوان داشت. با توجه به گستردگی و سهولت انجام آزمایش CPT محققین زیادی روابط تخمینی برای مرتبط کردن نتایج این آزمایش با پارامترهای ژئوتکنیکی ارائه کرده اند. مهم ترین پارامترهای ژئوتکنیکی که با استفاده از نتایج آزمایش سی پی تی به دست می آیند عبارتند از:

 ۱ مدول برشی یا G

۲ مدول الاستیسیته یا E

3 زاویه اصطکاک داخلی یا Φ

۴ مقاومت برشی زهکشی نشده یا Cu

5 تعیین طبقه بندی خاک

۶ ضریب نفوذ پذیری خاک

7 ضریب تحکیم خاک

8 تعیین دانسیته نسبی خاک

9 تعیین لایه بندی خاک

۱۰ تعیین فشار خاک در حالت سکون

۱۱. محاسبه ظرفیت باربری پی ها

۱۲. محاسبه میزان نشست فونداسیون ها

لازم به ذکر است مقادیر بالا را میتوان به صورت مستقیم از آزمایش های دیگری نیز به دست آورد. مثلا میتوان زاویه اصطکاک داخلی را از آزمایش سه محوری به صورت مستقیم به دست آورد. اما در مواقعی که صرفا نتایج آزمایش CPT موجود است میتوان پارامترهای بالا را نیز تخمین زد.

مزایا و معایب آزمون نفوذ مخروط

همانند تمام آزمایشهای ژئوتکنیکی ،دیگر این آزمایش نیز دارای معایب و همچنین نقاط قوتی است که در این بخش به آنها اشاره می کنیم:

مزایای آزمایش نفوذ مخروط CPT

1 نتایج آزمایش به اپراتور و نحوه انجام آزمایش او، وابسته نیست.

2 سرعت انجام آزمایش نسبتا بالاست

3 اطلاعات از پروفیل گمانه به صورت پیوسته به دست می آید.

4 در مقابل هزینه انجام شده اطلاعات زیادی به دست می آید. لذا این آزمایش جز تستهای اقتصادی در دنیای ژئوتکنیک است.

5 مبانی تئوری این آزمایش استوار و قوی است.

 6 این آزمایش برای خاکهای نرم و خاکهای ریزدانه ، کارایی بالایی دارد.

معایب آزمایش نفوذ مخروط CPT

1- انجام آزمایش در خاکهای سخت و درشت دانه دشوار است و کارایی ندارد.

2- لازم است برای انجام این آزمایش از اپراتور مجرب و آموزش دیده استفاده کرد.

3- عمق انجام آزمایش به خصوص در خاکهای سخت محدود است.

 4-رفتار خاک در محدوده تنشهای کوچک قابل بررسی نیست.

 5- در حین انجام این ،آزمایش نمونه خاک به دست نمی آید.

تفسیر نتایج آزمایش cpt

 با استفاده از جدول زیر میتوانید نتایج آزمایش سی پی تی خود را تفسیر کنید.  با داشتن عدد CPT که در واقع مقاومت نوک و مقاومت جدار هست میتوانید نوع خاک را تعیین کنید.  عدد سی پی تی به طور مستقیم با انجام آزمایش به دست می آید. اما گاهی امکان انجام آزمایش را ندارید.

در این شرایط میتوانید از جدول زیر برای تخمین مقدار CPT خاک خود استفاده کنید.

یکی دیگر از کاربردهای جدول بالا این است که میتوانید با کمک آن نتایج آزمایش خود را کنترل کنید.

ابتدا آزمایش CPT را به صورت کامل انجام دهید. اگر عددهای به دست آمده را با جدول بالا مطابقت دهید. در صورتیکه با این جدول همخوانی داشت آزمایش را به درستی انجام داده اید. اگر نتایجی که به دست آوردید با اعداد ارائه شده در این جدول مطابقت نداشت آزمایش را مجددا انجام دهید.

تفاوت آزمایش spt و cpt

خیلی ها ممکن است این دو آزمایش را باهم یکی بدانند. اما ماهیت این دو تست کلا متفاوت است. کند. در هر دو این تست ها با نفوذ میله داخل ،زمین مشخصات خاک تعیین می شود. در آزمایش اس پی تی میله با تعدادی ضربه داخل خاک نفوذ می اما در آزمایش سی پی تی میله با نیروی هیدرولیکی پیوسته داخل خاک فرو می رود. نتایج این دو آزمایش را میتوان با یک سری فرمولها و نمودارها به یکدیگر مرتبط کرد.

آخرین پروژه ها

مطالب بیشتر