آزمایش CPT

نحوه انجام آزمایش نفوذ مخروط Cone Penetration Test

آزمایش نفوذ مخروط مبتنی بر نفوذ یک استوانه فولادی با نوک مخروطی شکل با سرعت ثابت ( با نرخ ۱۰ تا ۲۰ میلی متر بر ثانیه ) به داخل زمین است.در حین آزمایش مقاومت انتهایی qc و مقاومت جداره fs به علت حرکت مخروط به داخل خاک اندازه گیری می شود.

مقاومت کل مجموع دو مقاومت مذکور است.

جهت انجام آزمایش نفوذ مخروط می توان با حفر گمانه و رسیدن به تراز مورد نظر یا عدم حفر گمانه و استفاده از رانش مستقیم مخروط به داخل خاک استفاده کرد.

لازم به ذکر است که برخی از دستگاه های CPT مجهز به سیستم اندازه گیری فشار اب حفره ای در عمق مورد نظر از خاک اشباع نیز هستند.

این نوع ازمایش به CPTU موسوم است که اندیس U مبین اندازه گیری فشار آب حفره ای در حین انجام آزمایش است.

جهت انجام آزمایش می توان از دو سیستم مخروط مکانیکی و مخروط الکتریکی استفاده نمود.

هر دو نوع سیستم دارای دو بخش به شرح زیر می باشند :

• یک مخروط با قطر ۳۷/۵ میلی متر با زاویه شیب ۶۰ درجه
• یک بازوی استوانه ای به قطر ۳۷/۵ میلی متر و طول ۱۳۳/۷ میلی متر

مخروط و استوانه مد نظر توسط یک جک هیدرولیکی به داخل زمین فرو می روند و مقاومت در برابر نفوذ مخروط اندازه گیری می گردد.

مقاومت مخروط qc از تقسیم نیروی وارد بر مخروط بر سطح مقطع آن ( ۱۰ سانتی متر مربع ) به دست می آید.

همچنین مقاومت جداره مخروط با تقسیم مقاومت کل روی دیواره بازوی استوانه ای، بر سطح تماس آن ( ۱۵۰ سانتی متر مربع ) به دست می آید.

در سیستم شامل مخروط مکانیکی، مقادیر qc و fs به طور منقطع و در فواصل ۲۰ سانتی متری اندازه گیری می شوند.

از طرفی سیستم شامل مخروط الکتریکی قادر به اندازه گیری مقادیر qc و fs به طور پیوسته است.

مزایا و معایب آزمایش CPT

در مجموع می توان مزایا یا کاستی های آزمایش CPT را به شرح زیر بیان کرد :

• میزان خطای کمتر دستگاه و اندازه گیری پارامترهای مورد نظر در آزمایش CPT در مقایسه با آزمایش SPT
• قابلیت تراکم پذیری بیشتر این آزمایش در مقایسه با آزمایش SPT
• انجام سریع آزمایش با امکان تهیه اطلاعات در عمق خاک به طور پیوسته و طبقه بندی لایه های خاک
• مناسب بودن جهت خاک های رس نرم، لای نرم و ماسه های رسوبی ریز تا متوسط
• امکان تعیین نوع خاک با توجه به نتایج آزمایش
• اندازه گیری فشار آب حفره ای در صورت نیاز
• عدم امکان اخذ نمونه خاک از اعماق مورد آزمایش بر خلاف آزمایش SPT
• مناسب نبودن برای خاک های شنی
• پیچیده تر بودن آزمایش و سیستم اندازه گیری داده ها در مقایسه با آزمایش SPT

آزمایشات صحرایی خاک

آزمایش های صحرایی و ارزیابی ویژگی های خاک یا سنگ، هم اکنون بخش اصلی و مهم فرایند طراحی های ژئوتکنیکی را تشکیل می دهند.

پارامترهای اصلی نظیر مقاومت، تنش های افقی برجا، مدول های تغییر شکل پذیری و نفوذپذیری مد نظر طراحان می باشد.

انواع آزمایش های صحرایی در مکانیک خاک

آزمایش های صحرایی به کار رفته در مهندسی ژئوتکنیک تنوع گسترده ای دارند که بنا به نوع پروژه، خواص و پارامترهای مورد نیاز در هر پروژه یک یا چند آزمایش خاص مورد توجه قرار می گیرد.

مهمترین ازمایش های صحرایی به قرار زیر می باشند :

آزمایش لوفران Lefrane Test

آزمایش لوفران روش صحرایی تعیین نفوذپذیری توده های خاکی است که به سه صورت آزمایش ایستایی ثابت، سطح آب افتان و سطح آب خیزان، بر اساس شرایط محیطی انجام می گیرد.

هر یک از این روش ها به دو روش نقطه ای (برای تعیین Kv) و قطعه ای (برای تعیین Kh) تقسیم می شوند.

در این آزمایش ها بر اساس میزان نفوذ یا تراوش آب در گمانه، با روش ها و روابط مربوطه میزان نفوذپذیری خاک در جهت افقی یا قائم اندازه گیری می شود.

آزمایش لوژان Lugeon Test

آزمایش لوژان مرسوم ترین روش تعیین نفوذپذیری در محیط های سنگی درزه دار است که توسط لوژان در سال ۱۹۳۳ ابداع شده است.

لوژان به صورت عددی صحیح بیان می شود.

یک لوژان آب خوری یک لیتر در دقیقه برای قطعه ای از گمانه به طول یک متر تحت فشار سیال ۱۰ بار می باشد.

در این آزمایش پس از حفاری گمانه، شستسوی آب و نصب پکرهایی، قطعه مورد نظر به مدت ۱۰ دقیقه از آب اشباع می شود.

سپس فشار مورد نظر برای آزمایش در ۵ یا ۷ گام به قطعه اعمال و هر ۵ دقیقه میزان خورند آب (جذب آب) ثبت می شود.

اگر اختلاف بین دو قرائت از ۱۰ درصد کمتر شود، آزمایش در ان قطعه (گام یا مرحله) تمام شده تلقی و اعمال فشار گام بعدی آغاز می شود.

در نهایت با داشتن نتایج فشار و خورند، ضمن مشخص شدن رفتار محیط در مقابل فشار آب، عدد لوژان که نمایانگر نفوذپذیری توده های سنگی درزه دار است به دست می آید.

 

آزمایش نفوذ استاندارد Standard Penetration Test

SPT شامل یک نمونه گیر استوانه ای توخالی است که توسط ضربات وزنه ای از ارتفاعی ثابت، سقوط آزاد می کند و به درون زمین رانده می شود.

تعداد ضربات لازم برای نفوذ نمونه گیر در خاک نشان دهنده مقاومت خاک مورد آزمایش است

آزمایش نفوذ مخروط Cone Penetration Test

نخستین دستگاه آزمایش مقاومت نفوذ مخروط به شکل امروزی در سال ۱۹۳۴ در هلند ساخته شد.

این آزمایش بر پایه نفوذ یک مخروط استاندارد ۶۰ درجه با قطر ۷/۳۵ میلی متر و سطح جانبی ۱۵۰ سانتی متر مربع، استوار است.

آزمایش دایلاتومتری تخت Flat Dilatometer Test

دایلاتومتری تخت یا اتساع سنجی توسط مارچتی در سال ۱۹۸۰ ابداع شده است.

دستگاه دایلاتومتری تخت از یک غشاء انعطاف پذیر، صفحه فولادی که غشاء در یک طرف آن قرار می گیرد، سیستم قرائت داده ها، سیستم تولید فشار و سوزن اندازه گیری تغییر مکان غشاء تشکیل شده است.

در این آزمایش نوک دستگاه با سرعت ۲۰ میلی متر بر ثانیه به درون زمین رانده می شود و با ثبت چند نوع فشار از جمله فشار بر غشاء از طرف زمین، فشار برای صفر کردن تغییر مکان غشاء و فشار برای ایجاد تغییر مکان ۱/۱ میلی متر و فشار وارد بر غشاء پس از برداشت بار و با به کارگیری روابط مربوطه متغیرهای دایلاتومتری به دست می آی

آزمایش برش پره Vane Shear Test

این آزمایش برای تخمین مقاومت برشی زهکشی نشده رس های اشباع به کار می رود.

وسیله ای که در این آزمایش استفاده می شود از چهار ورق با ابعاد مساوی که به یک میله متصل می شوند تشکیل شده است.

در این روش، ابتدا پره درون خاک فرو رفته و سپس در بالای میله لنگری پیچشی اعمال می شود تا پره با سرعت ثابت بچرخد.

استوانه ای از خاک در مقابل لنگر پیچشی مقاومت می کند.

بر اساس لنگر پیچشی وارد بر بالای میله و لنگر مقاوم ناشی از مقاومت استوانه خاک و روابط پیشنهاد شده توسط محققین می توان نتیجه ای نسبتا قابل اعتماد از مقاومت برشی زهکشی نشده Cu برای خاک های چسبنده خمیری به دست آورد.

 

آزمایش بارگذاری صفحه Plate Load Test

 این آزمایش برای تمام نوع خاک قابل استفاده می باشد. در این روش نیرویی ای به صفحه ای که بر روی خاک قرار گرفته است وارد می شود و همزمان با آن در خاک نشست  رخ می دهد این تنش تا جایی ادامه پیدا می کند که میزان نشست به حداقل 2.5 سانتی متر برسد در این موقع با تقسیم میزان تنش به کرنش یا همان نشست میزان k  بدست می آید.

آزمایش پرسیومتری Pressuremeter Test

سایر آزمایش های صحرایی

آزمایش های دیگری علاوه بر آزمایش های مذکور وجود دارد که روز به روز بر تعداد آنها افزوده می شود و هر یک از آنها بنابر شرایط موجود به کار می روند.

در ادامه برخی از این آزمایش ها ذکر شده است.

آزمایش Becker Penetration Test

برای آزمایش و نمونه گیری از درشت دانه های شن و قلوه سنگ دار توصیه می شود.

آزمایش مکینتاش Makintosh

ابزاری سوزنی شکل است که با نوک مخروطی تحت ضربات یک چکش سبک در داخل زمین نفوذ می کند.

آزمایش کاوشگر دینامیکی Dynamic Probing

ابزاری مخروطی تحت ضربات چکش های سنگین یا سبک به درون زمین رانده می شود.

آزمایش نفوذ مخروط دینامیکی Dynamic Cone Penetration Test

نوعی کاوشگر دینامیکی که ساختاری شبیه CPT دارد ولی در این آزمایش، بارگذاری به صورت ضربه ای اعمال می شود.

آزمایش بارگذاری شمع Pile Load Test

یک یا چند شمع در ابعاد واقعی تحت بار قرار گرفته و ظرفیت باربری شمع به صورت صحرایی اندازه گیری می شود.