آزمایش نفوذ مخروط CPT
آزمایش نفوذ مخروط یا Cone Penetration Test که به اختصار CPT نامیده می شود، از مهمترین آزمایش 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 ویژگی های آن خاک به دست می آید که موضوع این مقاله است.
در این نوشتار هر آنچه از آزمایش CPT لازم دارید، خواهید یافت.
cpt چیست
آزمایش سی پی تی، یکی از مهمترین تست های صحرایی ژئوتکنیک است که طی آن میله ای 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 می شود و برعکس.
در صورتیکه خاک چسبنده باشد، مقاومت جدار بیشتر می شود و برعکس.
از اینکه مقاومت نوک و جدار میله CPT چند می شود، می توان بسیاری از مشخصات خاک را محاسبه کرد.
تاریخچه تست سی پی تی
CPT نخستین بار توسط هلندی ها در سال ۱۹۳۰ ابداع شد.
از این رو به این ابزار آزمایشی، Dutch Cone یا مخروط هلندی نیز گفته می شود.
هدف از ساخت این دستگاه، بررسی مقاومت بستر ریل های راه آهن در 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.
نتایج آن هم باید به صورت دستی ثبت می شد.
بعدها و در سال ۱۹۴۸ این مشکلات با ابداع مخروط های الکتریکی حل شد.
در این دستگاه ها، نتایج به صورت پیوسته، توسط ابزارهای الکتریکی ثبت می شدند.
در سال ۱۹۶۵ سنجش مقاومت جداره ها هم به سیستم های قبلی اضافه شد.
CPT های امروزی
بعد ها و در سال ۱۹۷۴ به مخروط های الکتریکی، یک پیزومتر اضافه شد.
با استفاده از آن، می توانستند فشار آب حفره ای را هم محاسبه کنند.
به طور کلی شکل و مکانیزم عملکرد دستگاه سی پی تی، به گونه ای است که می توان با اتصال حسگر های مختلف، از خاک محل، اطلاعات مفیدی گرفت.
با توجه به این موضوع از نیم قرن پیش تا کنون، پیشرفت های زیادی در زمینه دستگاه CPT دیده شده است.
از جمله معروف ترین این دستگاه ها مخروط لرزه ای یا Seismic Cone است.
این دستگاه توانایی محاسبه سرعت موج برشی در خاک را دارد.
از دیگر دستگاه های CPT که به مرور زمان، تکمیل و معرفی شده می توان مخروط با قابلیت اندازه گیری فشار جانبی، مخروط آکوستیک و مخروط لرزه ای را نام برد.
اجزای دستگاه سی پی تی
دستگاه های 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:
نفوذسنج یا Penetrometer
بخش اصلی دستگاه CPT نفوذسنج است.
این بخش به داخل زمین نفوذ می کند.
دارای نوک و غلاف جداره است.
با کمک آنها می توان مقاومت نوک و جداره را محاسبه کرد.
در انواع پیشرفته تر این نفوذسنج ها، فیلترهای متخلخلی تعبیه شده است.
با کمک آنها می توان فشار آب حفره ای در محل آزمایش را محاسبه کرد.
میله های رابط
میله های رابط، میله هایی هستند که با کمک آنها می توان نفوذسنج 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 نفوذسنج را به داخل خاک فرو برد.
این جک ها بر روی وانت یا کامیون نصب می شوند.
جک هیدرولیکی موجب می شود نیرو به صورت پیوسته و با آهنگ ثابتی به خاک اعمال شود.
مرکز ثبت نتایج
اطلاعات حاصل از آزمایش خاک، که توسط نفوذ سنج به دست می آید، 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
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.
در شکل زیر اجزا تشکیل دهنده CPT را ملاحظه می کنید:
آزمایش cpt
انواع دستگاه های CPT
از نظر نحوه اعمال بار، CPT ها 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 جک های هیدرولیکی صورت می گیرد.
این جک ها نیرو را به آرامی و به صورت پیوسته به میله ها منتقل می کنند.
معمول ترین نوع CPT ها، همین نوع استاتیکی آن است.
دسته دوم، سی پی تی هایی هستند که نیروی آن ها 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 نامه ها و استاندارد ها استفاده از لفظ CPT را صرفا برای دستگاه های با اعمال بار استاتیکی مجاز دانسته اند.
انواع دیگر مثل بارگذاری های دینامیکی نام های دیگری دارند.
مثلا دستگاه CPT دینامیکی به کاوشگر دینامیکی یا DP معروف است.
روش انجام ازمایش CPT
آزمایش سی پی تی بر اساس استاندارد ASTM-D 3441 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، می توان خصوصیت ها و ویژگی های 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 جک های هیدرولیکی صورت می گیرد.
با هر میزان نفوذ، مقاومت جداره و مقاومت نوک به صورت پیوسته ثبت می شوند.
با پایین رفتن نفوذسنج، لازم است میله هایی به انتهای نفوذسنج 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.
در بخش بعد برخی از این پارامترها معرفی شده اند.
از نتایج CPT چه اطلاعاتی به دست می آید؟
تا کنون راجع به تاریخچه و نحوه انجام آزمایش سی پی تی مفصل بحث کردیم.
در این بخش می خواهیم بدانیم که از نتایج آزمایش نفوذ مخروط چه استفاده هایی می توان 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:
- مدول برشی یا G
- مدول الاستیسیته یا E
- زاویه اصطکاک داخلی یا Ø
- مقاومت برشی زهکشی نشده یا Cu
- تعیین طبقه بندی خاک
- ضریب نفوذپذیری خاک
- ضریب تحکیم خاک
- تعیین دانسیته نسبی خاک
- تعیین لایه بندی خاک
- تعیین فشار خاک در حالت سکون
- محاسبه ظرفیت باربری پی ها
- محاسبه میزان نشست فونداسیون ها
شایان ذکر است مقادیر بالا را می توان به صورت مستقیم از آزمایش های دیگری نیز به دست آورد.
مثلا می توان زاویه اصطکاک داخلی را از آزمایش سه محوری به صورت مستقیم به دست آورد.
اما در مواقعی که صرفا نتایج آزمایش CPT موجود است، می توان پارامتر های بالا را نیز تخمین زد.
مزایا و معایب آزمون نفوذ مخروط
همانند تمام آزمایش های 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
- نتایج آزمایش به اپراتور و نحوه انجام آزمایش او، وابسته نیست.
- سرعت انجام آزمایش، نسبتا بالاست.
- اطلاعات از پروفیل گمانه به صورت پیوسته به دست می آید.
- در مقابل هزینه انجام شده، اطلاعات زیادی به دست می آید.
لذا این آزمایش جز تست های اقتصادی در دنیای ژئوتکنیک است. - مبانی تئوری این آزمایش استوار و قوی است.
- این آزمایش برای خاک های نرم و خاک های ریزدانه ، کارایی بالایی دارد.
معایب آزمایش نفوذ مخروط CPT
- انجام آزمایش در خاک های سخت و درشت دانه دشوار است و کارایی ندارد.
- لازم است برای انجام این آزمایش، از اپراتور مجرب و آموزش دیده استفاده کرد.
- عمق انجام آزمایش به خصوص در خاک های سخت، محدود است.
- رفتار خاک در محدوده تنشهای کوچک قابل بررسی نیست.
- در حین انجام این آزمایش، نمونه خاک به دست نمی آید.
تفسیر نتایج آزمایش cpt
با استفاده از جدول زیر، می توانید نتایج آزمایش سی پی تی خود را تفسیر کنید.
با داشتن عدد CPT که در واقع مقاومت نوک و مقاومت جدار هست، می توانید 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 می توانید از جدول زیر برای تخمین مقدار CPT خاک خود استفاده کنید.
| نوع خاک | مقاومت نوک | نسبت مقاومت جدار به مقاومت نوک |
| شن سست | کمتر از ۳۰ بار | کمتر از ۰٫۱ درصد |
| سنگ نرم | بیش از ۳۰ بار | کمتر از ۰٫۶ درصد |
| شن و ماسه | بیش از ۳۰ بار | بین ۰٫۶ تا ۲ درصد |
| ماسه و لای | بیش از ۳۰ بار | بین ۲ تا ۴ درصد |
| رس | بیش از ۳۰ بار | بین ۴ تا ۸ درصد |
| رس آلی | کمتر از ۶ بار | بیش از ۶ درصد |
یکی دیگر از کاربردهای جدول بالا این است که می توانید 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.
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 کند.
اما در آزمایش سی پی تی، میله با نیروی هیدرولیکی پیوسته داخل خاک فرو می رود.
نتایج این دو آزمایش را می توان با یک سری فرمول ها و نمودارها، به یکدیگر مرتبط کرد.
در خصوص تست CPT سوالی دارید؟
در صورتی که راجع به آزمایش CPT سوالی دارید و یا با خواندن مطالب بالا ابهامی در ذهنتان ایجاد شده است، می توانید پرسش خود را در بخش نظرات در زیر همین پست، مطرح کنید.
کارشناسان ما پس از چند دقیقه جواب شمارا خواهند داد.
با عرض سلام و خسته نباشید و تشکر از پیج عالی و صبر و حوصله شما در پاسخ دادن به سوالات دوستان
میخواستم بدونم در چه مواردی به جای آزمایش spt ما مجبوریم از آزمایشهای cpt یا dpt استفاده کنیم ؟
با تشکر فراوان
سلام. زمانی که نتایج و اطلاعات پیوسته از محیط خاک نیاز است به جای اس پی تی، باید از دستگاه CPT استفاده شود.
در خاکهای غیر چسبنده ویا GC امکان انجام آزمایش نفوذ استاندارد نیست و به جای آن از سی پی تی استفاده میکنیم اما برای تفسیر و تحلیل و بدست آوردن پارامترهای خاک نیاز به ضربات سی پی تی است آیا میتوان ضربات سی پی تی را با اس پی تی کروله کرد ؟چگونه؟
سلام. بله. روابط و فرمول هایی وجود دارد که می توانید CPT را به اس پی تی تبدیل کنید. در اینجا و در بخش کامنت ها امکان نوشتن فرمول را ندارم. وگرنه برایتان می نوشتم. می توانید با مراجعه به کتاب مهندسی پی باولز، این فرمول ها را ببینید.
باسلام
مهندس جان تفاوت آزمایش DPTکاوشگر دینامیکی وCPTدر چیه
سلام. مقاله مربوط به آزمایش اس پی تی را مطالعه کنید.
سلام،وقت بخیر
ببخشید بنده برای یک ارائه نیاز به اطلاعات راجع به هزینه انجام آزمایش CPT دارم،امکانش هست راهنمایی بفرمایید
سلام. باید با شرکت ها مهندسین مشاور ژئوتکنیک کمک بگیرید. در آزمایشگاه های مکانیک خاک معمولا آزمایش CPT انجام نمی شودو.
آیا دستگاه cpt در ایران موجود هست
بلی
سلام
میشه تفاوت spt و cpt رو بگید
هر کدوم واسه چه نوع خاکی استفاده میشه؟
سلام. این دو آزمایش با یکدیگر تفاوت های زیادی دارند. تفاوت های آنها یکی دو تا نیست و در قالب یک کامنت نمی گنجد. توصیه می کنم مقاله مربوط به آزمایش SPT و مقاله مربوط به آزمایش CPT را بخوانید. با مقایسه این دو متوجه تفاوت های این دو آزمایش خواهید شد.
آزمایش CPT صرفا برای مطالعه مقاومت رس های خیلی نرم تا ماسه های متراکم مناسب است و در خاک های شنی و نهشته های دارای سنگ کارایی ندارد.
آزمایش SPT نیز برای تمام انواع خاک کارایی دارد به جز خاک های شنی
با سلام
من به یک نمونه نتایج آزمایش واقعی cpt نیاز دارم برای تفسیر
سلام. برای ما ایمیل کنید. کمکی از دستمان برمیومد در خدمت هستیم.
سلام
کاربرد آزمایش cpt چیه؟
سلام. از نتایج آزمون CPT برای تخمین بسیاری از خصوصیات فیزیکی و مکانیکی خاک های ریزدانه و ماسه ها به کار می آید. اصلی ترین این خصوصیات عبارتند از:
۱- مدول الاستیسیته
۲- مدول برشی
۳- مقاومت برشی زهکشی نشده
۴- طبقه بندی خاک
۵- تعیین دانسیته نسبی خاک
۶- ضریب نفوذپذیری خاک
۷- تعیین زاویه اصطکاک داخلی خاک
سلام ضریب تصحیح cpt چگونه اعمال میشود
معمولا ضریب اصلاح تاثیر میزان سربار برای تصحیح نتایج آزمایش سی پی تی به کار می رود. برای اعمال این ضریب، لازم است مقاومت جانبی یا مقاومت نوک را در مجذور حاصل تقسیم ۱۰۰ بر تنش قائم موثر ضرب نمایید.
با سلام و خسته نباشید
بین عدد cpt و spt رابطه ای هست ک بشه هرکدوم رو با استفاده از دیگری پیدا کرد؟
این رابطه رو در ی گرزارش در نظر گرفته بودن:
Cpt=0.75spt
با تشکر
سلام. در دنیای ژئوتکنیک، رسم بر این است که با انجام یک سری آزمایش صحرایی یا آزمایشگاهی، خیلی از پارامترها را به هم مرتبط می کنند. گرچه آزمایش اس پی تی و CPT از نظر ماهیت و مبنای نظری مشابه نیستند و شکل نفوذسنج در آنها نیز متفاوت است، روابطی برای مرتبط ساختن این دو پارامتر معرفی شده است. معروفترین آنها جداول و نمودارهایی است که در مقاله Robertson and Campanella (1983) و مقاله Kulhawy and Mayne (1990) مشاهده می شود. هرچند این دو مطالعه مهمترین و معروف ترین روابط بین SPT و CPT هستند، اما صرفا به این دو محدود نمی شود و در این خصوص مطالعات زیادی صورت گرفته است.
این رابطه ای که شما بیان کردید را تا بحال ندیدم و چیزی راجع به آن نشنیده ام. لطفا در گزارشی که خوانده اید، منبع این رابطه را پیدا کرده و مطمئن شوید این رابطه درست است یا خیر.
بسیار عالی.ممنون
خواهش میکنم
آیا آزمایش CPT را می توان در چاه گمانه انجام داد مثلا وقتی ۲ متر خاکبرداری شده است؟ و بیشتر در چه شرایطی درخواست همچین آزمایشی می شود؟
سلام. بله این آزمایش رو میشه در چاه هم انجام داد. عمدتا انجام این آزمایش در ایران متداول نیست و به جای اون از آزمایش SPT استفاده میشه. یه کاری که مخصوصا در تهران خیلی متداول شده، استفاده از سر مخروط CPT در انجام آزمایش SPT هست. در واقع آزمایش اس پی تی و سی پی تی رو قاطی کردن و یه آزمایش من دراوردی در حال انجام هست.
عاااااااااااالی ❤️❤️❤️
ممنون
من انالیز آزمایش cpt را لازم دارم
آنالیز چیشو میخوایید؟ جزیی تر بگید تا راهنماییتون کنم.