1
CPT (Cone Penetration Test)
2
مقدمه:
آزمایش نفوذ مخروط که معمولا به CPT معروف است به سادگی توسط پیشروی مخروط 60 درجه با سطح مقطع 10سانتیمتر مربع(قطر 35.7 میلیمتر) درون زمین با سرعت ثابت 1.5الی 2.5 سانتیمتر بر ثانیه انجام می گیرد و در طی پیشروی نیروها اندازه گیری می شود.
این آزمایش امروزه به وسعت به جای آزمایش نفوذ استاندارد مورد استفاده قرار می گیرد.
مخروط بدون حفر گمانه با استفاده از یک پیشرانه هیدرولیکی ویژه از سطح زمین به داخل آن رانده می شود.
CPT
3
این آزمایش برای خاکهای زیر انجام می شود:
رسهای نرم
لایهای نرم
نهشته های ماسه ای ریز تا متوسط
CPT
این آزمایش با نهشته های شنی یا نهشته های چسببنده سخت سازگاری ندارد.
4
CPT
CPT به سال 1934 در هلند توسعه یافت، و اصالتا به عنوان ابزاری برای تعیین موقعیت و تخمین چگالی لایه های ماسه موجود در داخل رسهای نرم دلتاهای آن کشور بمنظور طراحی شمعهای کوبیدنی بکار می رفت.
5
CPT
Left: Anchored 200 kN/TR.
Top: hydraulic measuring gauges
for mechanical CPT.
Below: 200kN ‘Hygand’ with
anchoring accessories.
6
CPT
CPT Truck
7
معرفی قسمتهای مختلف CPT :
سیستم فرو برنده و تکیه گاهی(Thrust machine –rig)
ابزاری هستند که امکان فروبردن لوله های فشاری وخارج کردن آنها از زمین را فراهم می کند سیستم فروبرنده معمولا شامل جک و موتور هیدرولیکی جهت ایجاد فشار روغن است وسیستم تکیه گاهی معمولا بوسیله اوگرهایی که در زمین فرو می برند تامین می گردد. با توجه به ظرفیت سیستم فروبرنده و تکیه گاهی سه نوع دستگاه با قدرت کم متوسط و زیاد داریم که قدرت آنها از kN20 تاkN 200 تغییر می کند .
لوله های فشاری و میله های داخلی (Push rodes and inner rodes)
لوله های فشاری ,لوله های جداری ضخیمی هستند که معمولا فولادی بوده وجهت فرو بردن نوک نفوذ سنج بکار میروند .این لوله ها بایستی تحت بار وارد بر آنها کمانش نکنند
نوک مخروطی (Cone tip)
نوک مخروطی قسمت انتهای نفوذسنج است که ظرفیت باربری نوک را میدهد. نوک مخروطی دارای زاویه راس 60 درجه وقطر آن (4. ±35.7 میلیمتر ) یباشد.بنابراین سطح مقطع مخروط معادل 100سانتیمتر مربع خواهد بود .رآس مخروط بایستی دارای شعاعی کمتر از 3 میلیمتر باشد.
غلاف اصطکاکی (Friction sleeve)
غلاف اصطکاکی قسمتی در بالای نوک مخروطی است که نیروی اصطکاک بکمک آن اندازه گیری میشود.این قطعه دارای قطری برابر و یاmm 0.5 بیشتر از مخروط بوده وسطح جانبی آن 150 سانتیمتر مربع می باشد.
CPT
8
CPT
روال انجام آزمایش CPT :
محور درونی پیشروی می کند و مخروط 4cm در خاک به جلو رانده می شود.
در حالیکه مخروط به پایین رانده می شود، مقاومت مخروط سنجیده می شود.
در حالیکه پیشروی محورهای داخلی ادامه می یابد غلاف اصطکاکی کار گذاشته می شود.
نیروی کل برابر با جمع مقاومت مخروط و اصطکاک جانبی است.
نیروی اعمال شده بر غلاف اصطکاکی با تفریق نیروی اندازه گیری شده اولی از دومی بدست می آید.
در آخرین گام محورهای خارجی 20cm به پایین فروبرده می شود. در طول 16cm این بخش مخروط و راد می بایست باهم حرکت کنند.
تکرار کل مراحل فوق و اندازه گیری نیروها در فواصل 20 سانتیمتری.
به ازای هر متر نفوذ محورهای بیرونی و درونی جدیدی اضافه می شود.
9
CPT
مقاومت مخروط qc :
Fc: نیروی لازم جهت نفوذ مخروط در زمین
Ac: سطح مقطع مخروط (10cm2)
اصطکاک جانبی fs :
Fs:نیروی برشی در غلاف اصطکاکی
As:مساحت غشای اصطکاکی 150 cm2
نسبت اصطکاکRf (%) :
پارامترهای اصلی CPT
10
CPT
مکانیکی: قدیمی ترین نوع مخروط که اغلب مخروط هلندی نامیده می شود، زیرا اولین بار در هلند ابداع شده است.
انواع مخروط:
11
CPT
اصطکاکی الکتریکی: اولین نوع تغییر شکل یافته با استفاده از کرنش سنجهایی جهت اندازه گیری qc (مقاومت نوک) و qs (مقاومت جانبی).
12
CPT
امتیازات نفوذسنج الکتریکی :
بهبود دقت وتکرارپذیری نتایج، بویژه در خاکهای سست.
توصیف بهتری از لایه ها(زیرا قرائتها می تواند مستمرا انجام شود).
عملکرد با سرعت بیشتر.
امکان گسترش محدوده حسگرها در، و بالای نوک.
بدست آوردن داده ها قابل کنترل است.
از بین رفتن خطاهای انسانی در هنگام قرائت.
حذف خطاهای موجود اصطکاک میله داخلی و لوله خارجی.
سرعت و راحتی کار با مخروط الکتریکی می تواند عاملی برای گسترش آن در کشورهای زیادی باشد.
13
CPT
پیزوالکتریک: شکل تغییرشکل یافته مخروط اصطکاکی الکتریکی، که در طول آزمایش امکان اندازه گیری فشار منفذی را در نوک مخروط فراهم می سازد.
14
CPT
کابردهای اصلی پیزوکن :
شناسایی نوع خاک. نسبت بین اضافه فشار حفره ای و مقاومت خالص مخروط یک راهنمای خوبی جهت تشخیص نوع خاک ارائه می دهد.
تعیین فشار حفرهای ساکن. سنجش میزان فشار حفره ای ساکن می تواند در خاکهای دانه ای انجام شود( جاییکه پراکندگی سریع است). و در رسها می توان آنرا تخمین زد. این عمل می تواند هم در زمان توقف مخروط جهت اضافه کردن محورها و یا منتظر شوند که اضافه فشار حفره ای ایجاد شده در اثر نفوذ از بین برود.
تعیین مشخصات تحکیم درجا. در رسها با ضریب تحکیم افقی ،c، می تواند با توقف مخروط و اندازه گیری فشار حفره ای در تابع زمان انجام گیرد.
در پیزوکن سنجش اصلی، توزیع فشار حفره ای در زمان نفوذ می باشد.
15
CPT
مزایای CPTu به CPT
توانایی تشخیص بین پارامترهای زهکشی شده، زهکشی شده جزئی و زهکشی نشده.
توانایی در ارزیابی مشخصات تحکیم.
توانایی در ارزیابی گر ادیان فشار حفره ای.
تسهیل در ارزیابی پارامترهای ژئوتکنیکی، تاریخچه تنش و OCR
16
CPT
مخروط لرزه ای Seismic cone : شکل تکامل یافته تری از مخروط CPT می باشد، که شامل یک حسگر ارتعاشی جهت بدست آوردن سرعت موج برشی و مدول برشی ماکسیمم خاک.
17
CPT
60o
Cone Tip Stress, qt
Penetration Porewater Pressure,u
Sleeve Friction, fs
Arrival Time of Downhole Shear Wave, ts or
Resistivity (W)
Seismic/Resistivity CPT Tests
W
18
کاربردهای مهم نتایج CPT و CPTu و SCPTu :
تعیین پروفیل خاک به کمک qc و fs و u .
تعیین پارامترهای مقاومت برشی زهکشی شده و زهکشی نشده خاکها.
کمک به ارزیابی تاریخچه تنش و OCR.
ارزیابی پتانسیل روانگرایی.
نمونه گیری و مشاهده وضعیت آب زیرزمینی.
تعیین توان باربری پی های سطحی و عمیق.
کنترل و مقایسه خاک قبل و بعد از بهسازی، جانمایی حفره ها در عمق، تعیین پارامترهای سختی خاک.
اندازه گیری سرعت موج برشی و تعیین مدول برشی خاک.
CPT
19
مراحل نصب و راه اندازی
بستن مخروط جهت آزمایش
هواگیری مخروط ها
نصب اجزاء مختلف
CPT
20
CPT
ملاحظات :
در مقاومت مخروط بالا ممکن است به بارهایی با بزرگی ده تن نیاز باشد. در عمق تقریبا 30 متر بدلیل تراکم میله داخلی، همچنین برای حالتی که از مخروط دلف استفاده می شود، اگرچه میله های داخلی به درستی به پایین فشرده می شوند مخروط نسبت به محور خارجی پیشروی ندارد. این اثر به طور جدی تر زمانی که از مخروط بگمان استفاده می شود قابل مشاهده است، چراکه طول پیشروی مخروط تنها 4 سانتیمتر است
در اعماق خاکهای نرم در تصحیح داده های مخروط مکانیکی می بایست وزن میله ها را در نظر داشت.
در طول استفاده از مخروط انتهای آن ممکن است آسیب ببیند و بازرسی مرتب از آن می تواند این اطمینان را حاصل کند که مخروط دارای ابعاد استاندارد و رواداری مجاز می باشد
21
CPT
درجه بندی سیستم اندازه گیری باید از روی قائده باشد و سنجش بار صفر قبل و بعد از آزمایش انجام شود.De Ruiter (1982) پیشنهاد داد که انحراف از صفر نباید از یک الی دو درصد بیشینه بار اعمال شده تجاوز کند. و Meigh اشاره داشت که خطاها در مقاومت مخروط اصطکاکی نباید از محدوده % 3 خارج شود.
22
CPT
راهنمای انتخاب نوع مخروط
23
CPT
گرافها و همبستگی های موجود
24
CPT
همبستگی بین نسبت اصطکاک و نوع خاک Begemann.
25
CPT
26
CPT
Ratio of (CPT qc) (SPT N) as a function of D50 particle size of the soil (Thorburn, 1971).
27
CPT
Robertson و Companella (1983) و دیگران همبستگی میان بیشینه زاویه اصطکاک و qc برای ماسه های تمیز (clean sands) گراف و رابطه زیر را ارائه دادند.
28
CPT
Ko correlated with qt from CPT data (Kulhawy and Mayne, 1990).
29
CPT
30
CPT
Typical CPTu log.