آزمایش نفوذ مخروط (CPT)

ستاره غیر فعالستاره غیر فعالستاره غیر فعالستاره غیر فعالستاره غیر فعال
 

آزمون نفوذ مخروط كه به اختصار آن را CPT (Cone Penetration Test) بر اساس نفوذ پيوسته ابزار استوانه اي با نوك مخروطي شكل (نفوذسنج) به داخل زمين عمل مي نمايد. نفوذسنج داراي نوك مخروطي با زاويه پخي60 درجه و قطر 7/35 ميليمتر است و با سرعت 20 ميليمتر در ثانيه به داخل زمين نفوذ ميكند. مقدار مقاومت خاك در مقابل نفوذ ابزار مذكور به صورت مقاومت نوك و مقاومت جدار توسط دستگاه اندازه گیری می‌شود مقاومت نوك در اين آزمون با qc و مقاومت جدار fs نمايش داده ميشود. در شرايط كنوني با توجه به كارائي بالاي CPT در ارائه يك پروفيل پيوسته از وضعيت ژئوتكنيكي لايه‌هاي زير سطحي براي رسها و ماسه ها و همچنين سرعت مناسب و اقتصادي بودن آزمايش، اين آزمون به يك آزمايش برجاي معمول در سطح جهان تبديل شده است. با اين حال در ايران به دليل محدود بودن پهنه هاي رسي و همچنين عدم اطلاع كامل مهندسين ايراني از كارائي هاي گسترده آن اين آزمون گسترش چنداني نيافته است.

آزمون نفوذ مخروط، صرفاً براي مطالعه مقاومت رسهاي خيلي نرم تا ماسه هاي متراكم كارائي دارد و در مصالح شني و رسوبات حاوي قطعات سنگي توصيه نمي شود. شماره استاندارد اين آزمايش در ASTM براي سيستم هاي مكانيكي آن ASTM-D 3441 و براي سيستم هاي الكتريكي و الكترونيكي آن ASTM-D 5778 ميباشد .همچنين انجمن بين المللي مكانيك خاك و مهندسي پي (ISSMFE) دستورالعمل مرجعي را براي انجام آزمايش مخروط ارائه نموده است  .(ISSMFE, 1998)

اجزاء دستگاه

اجزاء اصلي اين دستگاهها بر اساس دستورالعمل انجمن بين المللي مكانيك خاك و مهندسي پي (ISSMFE, 1998) به قرار زير مي باشد:

  • نفوذسنج (Penetrometer) بخشي از دستگاه است كه با فشار وارد زمين شده و شامل اجزاء زير مي باشد:
  • مخروط نوك (Cone) كه بخش انتهايي نفوذسنج را تشكيل مي دهد و شكل استوانه اي دارد
  • غلاف اصطكاكي (Sleeve friction) كه بدنه نفوذسنج را تشكيل مي دهد و شكل استوانه اي دارد.
  • فيلترهاي متخلخل، كه فشار آب حفره اي را در نوك نفوذسنج اندازه گيري مي كنند
  • ميله هاي رابط (Push rods) كه نفوذسنج را تا عمق مورد نظر فرو مي برند و معمولا از قطعات 1 متري تشكيل شده اند.
  • جك هيدروليكي، كه بر روي يك دستگاه كاميون يا وانت نصب مي گردد
  • سيستم ثبت نتايج (Data acquisition system) كه سيگنالهاي آنالوگ ابزار دقيق دستگاه را دريافت كرده و به سيگنالهاي ديجيتال تبديل مي كند
  • كاميون يا وانت حمل دستگاه كه حداقل وزن آن معادل ظرفيت دستگاه است

در شكل زیر به طور شماتيك بخش نفوذسنج دستگاه CPT الكتريكي نمايش داده شده است مخروط نوك در واقع به وجود آورنده مقاومت انتهايي و غلاف اصطكاكي به وجود آورنده اصطكاك جانبي مي باشد. ساختار بعضي از نفوذسنجها به نحوي است كه مي توانند مقاومت انتهايي و اصطكاك جانبي را به طور مستقل از هم اندازه گيري نمايند. با اين حال در برخي ديگر از اين دستگاهها مقاومت انتهايي توسط يك حسگر الكترونيكي و مجموع مقاومت هاي انتهايي و جانبي توسط حسگر ديگري اندازه گيري مي شود.

كاربرد نتايج آزمون CPT

  • طبقه بندي خاك

تعيين طبقه بندي خاك يكي از عمومي ترين كاربردهاي نتايج آزمون CPT مي باشد. با توجه به آنكه اين آزمون نمونه اي براي دانه بندي و طبقه بندي آزمايشگاهي به دست نمي دهد، شناخت طبقه بندي خاك آزمايش شده از اهميت بالايي برخوردار است. محققين مختلف همبستگي هاي تجربي متعددي بين طبقه بندي خاك و نتايج آزمون CPT ارائه نموده اند كه نمونه اي از آنها در شكل زیر نشان داده شده است. اين روش طبقه بندي توسط Robertson and Companella (1983) ارائه شده است که مطابق آن با داشتن نتايج مقاومت مخروط (qc) و نسبت اصطكاكي (Rf) ميتوان نوع خاك را تعيين كرد.

  • زاويه اصطكاك داخلي خاك

همبستگي هاي متعددي بين زاويه اصطكاك داخلي خاك (φ) و مقاومت نوك در آزمون CPT ارائه شده است كه يكي از معمول ترين اين همبستگي ها منحني هاي ارائه شده توسط Robertson and Companella (1983) است كه در شكل زیر نشان داده شده است: اين منحني ها بر مبناي مطالعه آزمايشگاهي بر روي ماسه هاي كوارتزي تحكيم نيافته و سيمانته نشده به دست آمده اند

به عنوان تخمین اولیه، می توان از مقادیر جدول زیر که مربوط به ماسه هاي کوارتزي و فلدسپاتی است، استفاده کرد. مقادیر مندرج در جدول زیر در صورت لزوم باید نسبت به فشار روبار تصحیح شود. در ضمن مقادیر φبراي ماسه لاي دار باید حدود سه درجه کمتر و برای شن دو درجه بیشتر در نظر گرفته شود.

  • ظرفیت باربری مجاز پی‌های سطحی

خاك هاي  غیر چسبنده

با استفاده از مقادیر qc می توان به پارامترهاي لازم براي محاسبه و طراحی پی هاي سطحی با روش هاي متداول دست یافت

روابط تجربی اشمرتمان  نیز به شرح زیر قابل استفاده است

پی هاي مربعی

پی هاي نواري

در روابط بالا qc و qu بر حسب کیلوگرم بر سانتی متر مربع است

خاك هاي چسبنده

در این نوع خاك ها مطمئن ترین روش، تعیین مقدار مقاومت برشی خاك از روي نتایج مقاومت نوك qc سپس استفاده از روابط نظري در محاسبه ظرفیت باربري نهایی است روابط تجربی اشمرتمان نیز براي طراحی پی هاي سطحی به شرح زیر قابل استفاده است

پی هاي مربعی:

پی هاي نواري

در روابط بالا qc و qu بر حسب کیلوگرم بر سانتی متر مربع است

میانگین گیري براي مقادیر qc از کف پی تا ژرفایی معادل پهناي پی براي همه خاك هاي چسبنده و غیرچسبنده توصیه می شود

همچنین از این ازمون میتوان بری محاسبه پارامترهای دیگری نظیر تراکم نشبی ماسه‌ها، مقومت برشی خاکهای چسبنده، مدول یانگ، نشست پی‌های سطحی، ظرفیت باربری پی‌های عمیق و ... استفاده کرد که در منابع معرفی شده در زیر می‌توان به ان‌ها دسترسی پیدا کرد

منابع

  • نشریه شماره 735 وزارت نیرو راهنمای روش انجام آزمایش نفوظ مخروط شبه ایستا (CPT)
  • کتاب کاوش‌های صحرایی در مهندسی ژئوتکنیک تالیف دکتر علی قنبری
  • استاندارد ASTM-D 3441
  • انجمن بين المللي مكانيك خاك و مهندسي پي (ISSMFE)

اطلاعات تماس


تهران، شهرک چیتگر شمالی، خیابان ارغوان 2 ، کوچه کاهه، پلاک ۱۹

تلفن: 44792876-021


موبایل: 09120627669

Search