آزمایش نفوذ مخروط با قابلیت اندازه گیری فشار آب منفذی (CPTu)


آزمایش نفوذ مخروط یا CPTu یکی از مهم­ترین آزمایش­های صحرایی می­باشد، که برای شناسایی لایه­های زیرسطحی به کار می­رود. نمای این دستگاه در شکل 1 نشان داده شده است، همانطور که مشخص است تجهیزات اصلی این دستگاه شامل مخروط نفوذ و یک جداره استوانه­ای می­باشد. این آزمایش به دلیل سرعت، دقت و تکرارپذیری بالا و همچنین پیوستگی نتایج خروجی، کمک شایانی به برآورد مشخصات لایه­های زیرسطحی نموده و در سال­های اخیر استفاده از این آزمایش در پیشبرد مطالعات ژئوتکنیکی در سراسر دنیا رواج یافته است. مبنای این آزمایش بر اساس نفوذ مخروط با سرعت ثابت به درون زمین می­باشد. مخروط نفوذ به قسمت انتهایی بخش استوانه­ای دستگاه متصل شده و با اتصال به رادهای حفاری و به کمک جک هیدرولیکی با سرعت ثابت (طبق استاندارد  2) به اعماق زمین نفوذ کرده و در حین نفوذ مقاومت نوک و جداره مخروط با استفاده از سنسورهای تعبیه شده به طور پیوسته یا متناوب قرائت می­گردد. نمای شماتیک این آزمایش در شکل 2 ملاحظه می­گردد.

این آزمایش در خاک­های نرم، تا عمق بیش از 100 متری از سطح زمین (به شرط حفظ قائم بودن نفوذ) قابل انجام بوده و حضورلایه­های شنی، تخته سنگ، زون­های سیمانی و ماسه­ی متراکم می­تواند نفوذ مخروط را محدود کرده و موجب آسیب دیدن و انحراف مخروط و رادها گردد. به طور کلی آزمایش CPTu سه کاربرد اصلی در روند ارزیابی محل پروژه دارد که عبارتند از:

– تعیین لایه­بندی و تشخیص مصالح زیرسطحی.

– تعیین پارامترهای ژئوتکنیکی خاک محل.

– ارائه نتایج به منظور طراحی مستقیم ژئوتکنیکی.

شکل 1- نمونه ای از مخروط نفوذ یا CPT.
شکل 2- نمای کلی آزمایش نفوذ مخروط بر اساس استاندارد ASTM D 5778.

آزمایش نفوذ مخروط بر اساس استاندارد ASTM-D5778 ، انجام می­گردد و با استفاده از آن می­توان مقاومت نوک مخروط، مقاومت اصطکاکی جدار استوانه­ای و فشار آب منفذی ایجاد شده در حین نفوذ را به صورت پیوسته اندازه­گیری نمود. در این دستگاه، نیروی مقاوم وارده بر نوک مخروط و نیروی اصطکاکی وارده بر جداره دستگاه، توسط دو نیروسنج که درون نفوذسنج قرار دارند اندازه­گیری می­شود. طبق استاندارد ASTM امکان استفاده از لودسل­های مستقل یا نوع تفریقی میسر می­باشد. شماتیک این دو نوع لودسل در شکل 3 نشان داده شده است. همانطور که در شکل سمت راست مشخص است، برای قرائت نیروی فشاری نوک و اصطکاک جداره دو لودسل مجزا و غیر وابسته درون دستگاه قرار دارد و ذر شکل سمت چپ، یکی از لودسل­ها نیروی فشاری نوک مخروط و لودسل دیگر مجموع نیروی فشاری وارده بر نوک مخروط و نیروی اصطکاک جداره را قرائت نموده و از تفریق این دو مقدار، نیروی اصطکاک جدار بدست ­می­آید. فارغ از نوع لودسل مورد استفاده، نیروسنج مورد استفاده برای اندازه­گیری اصطکاک جداره باید فقط به تنش­های برشی اعمال شده به جداره حساس باشد.