محدودیت های آزمایش

- در این آزمایش امکان نمونه برداري وجود ندارد. از آن جا که تفسیر نتایج این آزمایش بـر پایـه روابـط تجربـی استوار است، بهتر است نتایج این آزمایش با نتایج آزمایش هاي آزمایشگاهی و برجا ارتباط داده شود.
-  فشار منفذي ایجاد شده در حین انجام آزمایش در پیش رو و اطراف مخروط یا لوله جدار می تواند اثر مهمی بـر  مقادیر اندازه گیري شده داشته و تفسیر نتایج را دچار خطا کند.
- در چنین مواردي می توان از نفوذسنج ویژه که در آن امکان اندازه گیري همزمـان سـه کمیـت فشـار منفـذي ایجاد شده، مقاومت نوك و اصطکاك جداره وجود دارد، استفاده کرد.
- ژرفاي نفوذ مخروط، تابعی از شرایط خاك و ظرفیت دستگاه است. مقـدار نفـوذ در شـن متـراکم انـدك اسـت ؛ قطعات سنگ نیز اگر مانع نفوذ مخروط نشود، ممکن است نتایج آزمایش را دچار خطا کنـد . نفـوذ مخـروط در سنگ تنها محدود به سطح بالایی بخش هوازده آن است. امکان کاهش دقت اندازه گیري در ماسه هاي درشـت دانه یا خاك هاي شنی نیز وجود دارد. حتی در ماسه هاي نیمه متراکم در ژرفاهاي زیاد بـه دلیـل وجـود فشـار جانبی چشمگیر، نفوذ مخروط دشوار یا ناممکن است. 
- از آن جا که پتانسیل روانگرایی افزون بر مقاومـت نـوك بـه توزیـع دانـه بنـدي مـرتبط اسـت و درایـن آزمایش استفاده ازنتایج اصطکاك جداره امکان تعیین دقیـق پـراکنش دانـه بنـدي را فـراهم نمـی کنـد ، درصورت عدم دسترسی به پراکنش دانه بندي،        بهره گیري از نتایج این آزمایش، در بررسـی روانگرایـی ، بایـد بـا احتیاط صورت پذیرد.
- توصیه می شود براي شناسـایی خـاك هـاي زیـر سـطحی بـا کنـدن گمانـه، نمونـه گیـري ، انجـام آزمـون هـاي آزمایشگاهی و برجا از ارتباط نتایج آنها با نتایج آزمایش سی پی تی استفاده کرد.
- دیگر مواردي که در آن انجام آزمایش سی پی تی توام با کنـدن گمانـه یـا مطالعـات دیگـر توصـیه مـی شـود ، عبارتند از:

- وقتی در تفسیر نتایج آزمایش مشکلی پدید آید.
- امکان بررسی دوباره در لایه هایی که مقاومت نوك در آنها ضعیف بوده و ایجاد تردید کند.
- شناسایی لایه هایی ژرف تر از بیشینه ژرفاي قابل نفوذ توسط دستگاه آزمایش،
- در پروژه هاي مربوط به عملیات خاکبرداري که در آنها نیاز به نمونـه گیـري هـایی بـراي انجـام آزمـون هـاي آزمایشگاهی، تعیین ژرفاي آب زیر زمینی، انجام آزمایش نفوذپذیري و ... باشد.
- به طور کلی در دیگر مواردي که قضاوت مهندسی، لزوم انجام مطالعاتی افـزون بـر آزمـایش سـی پـی تـی را تشخیص دهد.


دستگاه آزمایش

​​​​​​​ مخروط
زاویه نوك مخروط باید(​​​​​​​5 ± 60) درجه و قطر قاعده آن برابر (35/7 ± 0/4 ) میلی متر باشد، (سطح تصویر افقی قاعـده 10  سانتیمتر مربع). شعاع نوك مخروط باید کمتر از 3 میلیمتر باشد. از نفوذسنج هاي با سطح مقطع بزرگتر (بین 5 تـا 15 سانتیمتر مربع)، براي افزایش حساسیت در خاك هاي ضعیف می توان استفاده کرد، امـا در صـورت اسـتفاده بایـد سـطح مخروط و غلاف اصطکاکی در گزارش یاد شود.

 لوله جدار (غلاف اصطکاکی)
قطر خارجی آن هم اندازه با قطر قاعده مخروط است. قطر هیچ بخـش دیگـري از نفوذسـنج مخروطـی نبایـد از قطـر غلاف بیشتر باشد. سطح جانبی غلاف باید معادل 150 سانتیمتر مربع،  %2± ، باشد.

 فولاد
مخروط و لوله جدار را باید از فولاد با نوع و سختی مناسب ساخت تا در برابر سایش مقاوم باشد. زبـري لولـه جـدار بایـد در زمان ساخت معادل ±%50 و AA (1.6میکرون) 63 میکرواینچ میکرون بوده و در دوران استفاده از آن، تغییري نکند.

 میله هاي رانش
باید از فولاد مناسب ساخته شده و داراي سطح مقطع کافی براي تحمل واکنش بایسته بـراي رانـدن نـوك نفوذسـنج بدون ایجاد کمانش باشد.
قطر خارجی میله هاي رانش، به ویژه در فواصل زیر، نباید از قطر قاعده مخروط تجاوز کند:
- در نفوذسنج مخروطی در فاصله دست کم 40 سانتیمتر از بالاي قاعده مخروط،
- در نفوذسنج مخروطی – اصطکاکی در فاصله دست کم 30 سانتیمتر از بالاي نوك لوله جدار،

همه میله هاي رانش مورد استفاده باید داراي قطر داخلی یکسان و ثابت باشند. اتصال میله هاي رانش باید بـه گونـه اي باشد که نیروهاي وارده را کاملا منتقل کرده و میله واحدي را با اتصالات صلب و محور مستقیم تشکیل دهد.

میله هاي داخلی
در نفوذسنج هاي مکانیکی، میله هاي داخلی از جنس فولاد یـا دیگـر آلیاژهـاي فلـزي مـی باشـند . قطـر خـارجی ایـن میله ها باید ثابت بوده وزبري آن کمتراز 0.25AA میکرون باشد.درازاي میله هاي داخلی باید برابر بـا درازاي میلـه هـاي رانش باشد (تا حد 0.1 ± میلیمتر). سطح مقطع میله هاي داخلی باید به انـدازه اي باشـد کـه نیـرو را بـدون کمـانش بـه نوك منتقل کند. فضاي خالی بین میله هاي داخلی و میله هاي رانش باید بین 0.5 تا 1 میلیمتر باشد.

 دقت اندازه گیري
دقت دستگاه ها براي اندازه گیري نیروها تا %5± مقدار واقعی باشد.


 نفوذسنج مکانیکی
 سازوکار لغزشی مورد نیاز در نوك نفوذسنج مکانیکی باید امکان حرکت رو به پـایین مخـروط را در ارتبـاط بـا میله هاي رانش دست کم به اندازه 30.5 میلیمتر فراهم آورد.
 طراحی نوك نفوذسنج مکانیکی باید به گونه اي باشد که مانع از ورود خاك به درون غلاف شـده و مولفـه هـاي مقاومتی را تحت تاثیر قرار ندهد.


 نفوذسنج مخروطی
شکل زیر ابعاد و نحوه عملکرد نوك یک نفوذسنج مخروطی مکانیکی را نشان می دهد.









​​​​​​​









 توضیح : در این شکل، کلیه اندازه ها بر حسب میلیمتر است.

 نفوذسنج مخروطی – اصطکاکی
شکل زیر ، ابعاد و نحوه عملکرد نوك یک نفوذسنج مخروطی – اصطکاکی را با عملکرد تلسـکوپی نشـان مـی دهـد.
ابتدا بخش پایینی نوك که شامل غلافی است که به مخروط متصل است، به پیش مـی رود. ایـن پیشـروي تازمـان درگیـر  شدن بال به غلاف اصطکاکی ادامه دارد و پس از درگیري، مخروط و غلاف اصطکاکی هر دو هم زمان به پیش می روند.
























 توضیح : در این شکل، کلیه اندازه ها بر حسب میلیمتر است.
​​​​​​​

 تجهیزات اندازه گیري
در سطح زمین مقاومت هاي نفوذ با وسایل مناسبی ماننـد بارسـنج هیـدرولیکی، الکتریکـی و یـا حلقـه انـدازه گیـري نیـرو اندازه گیري می شود.

نفوذ سنج الکتریکی

نفوذسنج مخروطی
 شکل زیر، نوك یک نفوذسنج مخروطی – الکتریکی را نشان می دهد.
 مقاومت نوك به وسیله یک ورارسان نیرو که به مخروط متصل است اندازه گیري مـی شـود. یـک کابـل الکتریکـی یـا وسیله مناسب دیگري ورارسان را به سامانه ثبت اطلاعات انتقال می دهد. نفوذسنج مخروطی – الکتریکی باید امکان نفـوذ پیوسته و ثبت اطلاعات مربوط را در فاصله اي به اندازه درازاي یک میله رانش فراهم سازد. اطلاعات ثبت شده همواره باید در کارگاه قابل دسترسی باشد.














​​​​​​​در این شکل:
-1 نوك مخروطی (10 سانتیمتر مربع)                      -6 کابل
-2 بارسنج                                                         -7 کرنش سنج
-3 غلاف حفاظتی                                                -8 محل اتصال به میله ها
-4 پوشش آب بندي                                            -9 انحراف سنج 
-5 حلقه لاستیکی
 می باشند.


 نفوذسنج مخروطی- اصطکاکی
شکل زیر، نوك یک نفوذسنج مخروطی – اصطکاکی از نوع الکتریکی را نشـان مـی دهـد. در ایـن نـوع نفوذسـنج ، فاصله بین انتهاي غلاف اصطکاکی از بالاي قاعده مخروط نباید از 10 میلیمتر بیشتر بوده و شـرایط یـاد شـده در مـورد نفوذسنج مخروطی نیز باید برقرار باشد.









​​​​​​​



در این شکل:
-1 نوك مخروطی (10 سانتیمتر مربع)                          -5 حلقه تنظیم 
-2 بارسنج                                                             -6 پوشش آب بندي
-3 کرنش سنج                                                       -7 کابل
-4 غلاف اصطکاکی (150 سانتیمتر مربع)                      -8 محل اتصال به میله ها
می باشند.


 انواع دیگر نفوذسنج ها
نفوذسنج هاي الکتریکی می توانند، افزون بر اندازه گیري اصطکاك غلاف، داراي قابلیت هاي دیگري نیز باشند. از جملـه این قابلیت ها می توان استفاده از انحراف سنج براي کنترل راستاي قائم نوك نفوذسنج را ذکر کـرد . بـراي دستیابی به اطلاعات بیشتري از رفتار و لایه بندي خاك، استفاده از ورارسان فشار آب حفـره اي و یـا دسـتگاه انـدازه گیـری سرعت مخروط امکان پذیر است. همچنین با استفاده از نفوذسنج لرزه اي می تـوان سـرعت مـوج هـاي برشی و فشـاري را اندازه گیري نمود. امکان اندازه گیري مقاومت الکتریکی نیز با استفاده از ابزار مربوط، امکان پذیر است. شایان یادآوري اسـت که در تمامی دستگاه هاي الکتریکی که براي اندازه گیري در نوك به کار رفته اند، تغییرات درجه حـرارت نبایـد تـاثیري بـر  روي قرائت ها داشته باشد. همین طور در دستگاه هاي حساس اندازه گیري مقاومت نوك و جداره، خروج از مرکز بـار وارده نباید تاثیري بر روي قرائت ها داشته باشد.

​​​​​​​دستگاه رانش 
این دستگاه باید بتواند حرکت پیوسته و ترجیحا به مقداري بیش از طول یک میله رانش را ایجـاد کنـد. همچنـین بـا توجه به اینکه میزان نیروي لازم اعمال شده از این دستگاه در حین آزمایش، (با توجه به شرایط خاك)، متغیر مـی باشـد ، لازم است نوك نفوذسنج را با سرعت ثابت به پیش راند .

 سامانه ایجاد بار واکنش
براي درست کار کردن یک دستگاه رانش، وجود یک سامانه واکنش پایدار و ثابت بار، لازم است.



روش انجام آزمایش

- دستگاه آزمایش باید حتی الامکان تراز باشد.
- آزمایش نفوذ باید بدون ارتعاش انجام پذیرفته و در حین اجرا هیچ گونه پیچش یا دورانی اتفاق نیافتد.
- در سطح زمین، محور میله هاي رانش نباید بیشتر از %2 نسبت به امتداد شاقولی منحرف شود.
- پیش از شروع آزمایش باید نسبت به واسنجی دستگاه هاي اندازه گیري اطمینان حاصل کرد. کلیه دستگاه هاي اندازه گیري باید پس از هر 3000 متر آزمایش یا دست کم هر 6 ماه یک بار، واسنجی شوند.
- پیش از اعمال نیرو بر میله ها در هر مرحله از آزمایش، باید نسبت به صاف بودن میله ها اطمینان حاصل کرد. در این مرحله      میله هاي رانش باید صاف و مستقیم باشند، به گونه اي که بیشینه خیز در هر نقطه، از یک میله رانش یک متري نسبت به خط صاف فرضی بین انتهاي میله ها، براي 5 شاخه انتهایی از 1 میلـی متـر و بـراي دیگـر میله ها از 2 میلی متر تجاوز نکند. در زمان نصب، این ارقام به ترتیب به 0.5 و 1 میلیمتر محدود می شوند.

 سرعت نفوذ
سرعت نفوذ در زمان قرائت مقاومت؛ باید از 10 تا 20 میلیمتر بر ثانیه، %25 ± باشـد. در بـین قرائـت هـا مـی تـوان از سرعت هاي متفاوتی استفاده کرد.


 نفوذسنج هاي مکانیکی

 نفوذسنج مخروطی
الف- با اعمال نیروي کافی بر روي میله هاي رانش، نوك نفوذسنج به ژرفاي مورد نظر رانده می شود.
ب- با اعمال نیروي کافی بر روي میله هاي داخلی، نوك مخروطی (مخروط) به پیش رانـده مـی شـود .
مقدار مقاومت نوك در نقطه اي مشخص شده، در هنگام حرکت رو به پایین میله هاي داخلی (نسبت به میله هـاي رانش که در این حالت ثابت هستند)، اندازه گیري می شود. مرحله الف دوباره تکرار می شود. با اعمال نیروي کافی به میله هاي رانش، مخروط باز شده دوباره بسته می شود و به ژرفاي بعدي هدایت می گـردد . بـا تکـرار مـداوم دو مرحله بالا، مقادیر مقاومت نوك در فواصل و ژرفاهاي مشخص، اندازه گیري می شـود. فواصـل یـاد شـده معمـولا نباید از 203 میلیمتر بیشتر باشد.

 نفوذسنج مخروطی- اصطکاکی
از این نوع نفوذسنج، مطابق آنچه شرح داده شده است، استفاده می شود. ولی در مرحلـه ب (مرحلـه باز شدن مخروط)، مقادیر مقاومت نوك و جداره اندازه گیري می شود . ابتـدا مقاومـت نـوك در مرحله الف اندازه گیري می شود. وقتی بخش پایین نوك با غلاف اصطکاکی درگیر شد و آن را به پایین کشاند، اندازه گیري دوم، که عبارت از مجموع مقاومت هاي نوك و جداره است، انجام   می شود. پس از تفریق مقاومت نوك اندازه گیري شده در مرحله الف از این مقدار، مقاومت جداره به  دست می آید.

 ثبت داده ها
در به دست آوردن مقادیر مقاومت نوك یا مقاومت نوك و جداره، براي اینکه مقادیر یاد شـده قابلیـت کنتـرل دوبـاره داشته باشند، باید در زمان استفاده از نوك مخروطی – اصطکاکی صرفا قرائت هایی را کـه در نقطـه اي مناسـب (در حـین پیشروي بخش بالایی میله هاي داخلی نسبت به بخش بالایی میله هاي رانش) صـورت مـی پذیرنـد، ثبـت کـرد. بـه دلیـل کاهش درازاي کشسان میله هاي داخلی در اثر اعمال بار، قرائت باید پس از جابه جایی میله داخلی به میزان 25 میلـی متـر نسبت به میله هاي خارجی انجام شود. در زمان استفاده از نفوذسنج مخروطی – اصطکاکی، قرائـت بایـد درسـت پـیش از درگیري مخروط با غلاف اصطکاکی انجام گیرد.
​​​​​​​مجموع مقادیر مقاومت نوك و اصطکاك جداره، در اولین فرصت پس از جهش، قرائت می شود. با این عمل خطاهـاي ممکـن ، به کمترین میزان می رسد. به جز در مواردي کـه قرائـت ، بـه طـور پیوسـته انجـام مـی شـود، چنانچه تغییر ناگهانی یا نامنظم مقاومت نوك مشاهده شود، نباید مجموع مقادیر مقاومت نوك و جداره ثبت گردد.

 نفوذسنج الکتریکی
در صورت استفاده ازکابل الکتریکی، از پیچ و تاب کابل در داخل میله هاي رانش باید جلوگیري شود.  
​​​​​​​قرائت (هاي) اولیه،دور از تابش مستقیم خورشید و در حالیکه نوك نفوذسـنج آزادانـه در هـوا یـا آب آویـزان اسـت انجام شود و پس از یک نفوذ کوتاه، به عنوان نفوذ اولیه، سوراخ ایجاد شده بازدید شود تا از هم دمـایی نـوك و خـاك اطمینان حاصل شود.
مقادیر مقاومت نوك یا مقاومت نوك و اصطکاك جداره باید به طـور پیوسـته ثبـت شـود و یـا در فواصـلی بـه مقدار 203 میلیمتر، قرائت گردد.
 در پایان آزمایش، قرائت هاي نهایی ، انجام و با قرائت هـاي اولیـه مطابقـت داده شـود . اگـر نتیجه به دست آمده براي میزان دقت مورد نظر در اندازه گیـري مقاومـت (هـا) رضـایت بخـش نبـود، از نتـایج آزمایش صرفنظر کرده و نوك مورد استفاده باید تعمیر یا جایگزین شود.