آزمایش نفوذ مخروط (CPT)

​​​​​​​آزمایش نفوذ مخروط شبه ایستا (سی پی تی) یکی از آزمایشهاي معمول برجا است که کاربردهاي زیادي در زمینـه مهندسی ژئوتکنیک همانند تعیین ویژگی هاي مهندسی خاك، بررسی شرایط ژئوتکنیکی زمین بین گمانه هـاي کنترلـی و تعیین لایه بندي، را دارا است.
این آزمایش به دو دلیل، عدم ایجاد دست خوردگی در خاك و نیز پیوستگی قرائت ها، از اهمیـت ویـژه اي در مطالعـات ژئوتکنیک برخوردار است.
 در آزمایش نفوذ مخروط شبه ایستا، یک مخروط که به مجموعه اي از میله هاي گرد متصل اسـت بـا سـرعتی ثابـت و کم به داخل خاك رانده می شود. مقاومت در برابر نفـوذ نـوك مخـروط و در صـورت لـزوم مقاومـت اصـطکاکی موضـعی  جداره به طور پیوسته یا در فواصل مشخص اندازه گیري می شود.
از مهمترین دلایل استفاده از این آزمایش، سرعت اجرا، صـرفه اقتصـادي، امکـان ثبـت داده هـا بـه صـورت پیوسـته و  همچنین جلوگیري از دست خوردگی خاك در مقایسه با آزمایش نفوذ استاندارد (اس پی تی) است که با حفـاري همـراه می باشد. با استفاده از این آزمایش می توان به سرعت به ژرفاي لایه هاي نرم و تراز قرارگیري سنگ بستر پی بـرد . و نیـز از این آزمایش براي ارزیابی کارایی روش هاي بهسازي خاك استفاده می شود.
تعیین ویژگی هاي مهندسی خاكهاي چسبنده و دانه اي و نیز بخش نرم و هوازده سـنگ هـا بـه کمـک ایـن آزمـایش    امکان پذیر است. به دلیل یکسان بودن تجهیزات و روش هاي انجام آزمایش، انجام دهنده آزمایش نقش کمتـري در دقـت نتـایج دارد. انجام این آزمایش نسبت به آزمایش نفوذ استاندارد آسانتر است.


هدف
هدف از انجام آزمایش نفوذ مخروط شبه ایستا، تعیین پارامترهاي ژئوتکنیک خاك یا سنگ ضـعیف (در بخـش نـرم و هوازده آن) است.


دامنه کاربرد
دامنه کاربرد آزمایش نفوذ مخروط شبه ایستا در انواع خاك ها و یا در سنگ ضعیف (در بخشهاي نـرم و هـوازده آن)، تعیین ظرفیت باربري مجاز و نشست پی هاي سطحی،ظرفیت باربري پی ژرف وطراحی شمع در خاك می باشد. آزمایش سی پی تی به دلایل؛ سرعت اجرا، صرفه اقتصادي، عدم ایجاد دست خوردگی در خاك و امکان ثبت داده هـاي پیوسته مربوط به مقاومت نوك مخروط و مقاومت اصطکاکی جداره بر حسب ژرفا، یکی از متداول ترین روشهاي برجـاي ژئوتکنیکی می باشد. افزون بر آنها، با این آزمایش می توان ژرفاي لایه هاي نرم، تـراز قرارگیـري سـنگ بسـتر پـی، ارزیـابی روش بهسـازي خاك، همچنین پارامترهاي ژئوتکنیکی خاك مانند تراکم نسـبی درماسـه، مقاومـت برشـی خـاك هـاي چسـبنده، زاویـه اصطکاك داخلی در خاك هاي ناچسبنده، مدول یانگ و مدول واکنش بستر در انواع خـاك هـا را بـا ایجـاد همبسـتگی بـا داده هاي تکمیلی، تعیین نمود. لازم به یادآوري است، تفسیر نتایج آزمایش ها باید با در نظر گرفتن قابل قبول ترین همبستگی با داده هاي تکمیلی و با قضاوت مهندسی، توسط مهندس مجرب ژئوتکنیک انجام شود.


تعاریف :

 نفوذسنج مخروطی : وسیل هاي به شکل میله استوانه اي با نوکی به شکل مخروط است. این وسیله به منظور نفوذ به داخـل خـاك یـا سـنگ نرم و اندازه گیري مقاومت نوك طراحی شده است.
 مخروط : عبارت است از نوك مخروطی شکل نفوذسنج که مقاومت نوك با استفاده از آن اندازه گیري می شود.
 غلاف اصطکاکی (لوله جدار) : بخشی از نفوذسنج است که با استفاده از آن، مقاومت اصطکاکی جداره به صورت موضعی اندازه گیري میشود.
 نفوذسنج مخروطی- اصطکاکی : عبارت است از نفوذسنج مخروطی همراه با غلاف اصطکاکی که امکان اندازه گیري مقاومت نوك و اصـطکاك جـداره را به طور همزمان فراهم می کند.
 نوك نفوذسنج : به مجموعه مخروط و غلاف اصطکاکی (در صورت وجود) گفته می شود. 
 میله هاي رانش : به لوله هایی با جداره ستبر یا هر نوع میله مناسب گفته می شود که براي راندن نوك نفوذسنج مخروطی به داخـل خـاك بـه کار می رود.
میله هاي داخلی :  به میله هایی گفته می شود که در داخل میله هاي رانش لغزیده و نوك مجموعه نفوذسنج مکانیکی را به پیش می راند.
 نفوذسنج مکانیکی : عبارت از نفوذسنجی است که نوك آن به صورت تلسکوپی با استفاده از میله هاي داخلی، به درون خاك رانده شـده و مقادیر مقاومت نوك و جداره اندازه گیري می شود.
 مقاومت نوك : مقاومت در برابر نفوذ مخروط به داخل خاك بوده و برابر با نسبت نیروي عمودي وارد بر مخروط به تصویر افقی سطح قاعده مخروط است.
 مقاومت اصطکاکی جداره : نسبت نیروي اصطکاك اندازه گیري شده وارد بر غلاف به سطح جانبی غلاف است.
 نسبت اصطکاك : به نسبت مقاومت اصطکاکی جداره به مقاومت نوك گفته می شود و بر حسب درصد بیان می شود.
 شاخص اصطکاك : به نسبت مقاومت نوك به مقاومت اصطکاکی جداره گفته می شود و عکس نسبت اصطکاك است. 



​​​​​​​موارد استفاده

 از نتایج آزمایش نفوذ مخروط شبه ایستا به طور گسترده در انواع خاك هاي چسبنده، دانه اي و حتی سنگهاي نـرم و هوازده در موارد زیر استفاده می شود:
- تعیین لایه بندي خاك هاي زیر سطحی، ژرفاي لایه هاي نرم، تراز قرارگیري سـنگ بسـتر و نیـز بررسـی وجـود حفره ها، گودال ها و دیگر نابهنجاري هاي خاك،
- طبقه بندي خاك،
- تعیین ظرفیت باربري و نشست پی هاي سطحی و ژرف و نیز بررسی قابلیت رانش شمع در خاك،
- تعیین تراکم نسبی و زاویه اصطکاك داخلی درخاك هاي غیرچسبنده و نیز مدول کشسـانی و مـدول واکـنش بستر در انواع خاك،
- تعیین فشار آب حفره اي، اندازه گیري مقاومت الکتریکی و تعیین سرعت موج هاي فشاري و برشی با اسـتفاده از انواع نفوذسنجها،
-  تعیین مقاومت برشی تحکیم نیافته – زهکشی نشده (UU)در خاك هاي چسبنده،
-  ارزیابی پتانسیل روانگرایی، 
- ارزیابی کارایی بهسازي هاي انجام شده در خاك، 
تخمین شماره N (مربوط به آزمایش اس پی تی) .

​​​​​​​