اختبار DCP: مؤشر الاختراق وسماكة الطبقات وCBR

قبل فرد طبقة ما تحت الأساس، أو عندما ينهار مقطع من طريق دون سبب واضح، يتكرر السؤال نفسه: ما مدى متانة المادة تحت السطح، وما سماكة الطبقات؟ يجيب مقياس الاختراق المخروطي الديناميكي (DCP) عن هذا السؤال بسرعة في الموقع ودون أخذ عينة؛ إذ تدفع مطرقة مخروطًا فولاذيًا في التربة، ويعطي مقدار الاختراق في كل ضربة مقطعًا للمقاومة مع العمق. نوضح فيما يلي الاختبار، ومؤشر الاختراق (DPI)، وكيفية تقدير CBR منه، والحدود التي تفقد عندها الطريقة موثوقيتها.

الجهاز والمعيار

نُجري الاختبار وفق المعيار ASTM D6951/D6951M-18(2023)، وهو طريقة الاختبار القياسية لاستخدام DCP في تطبيقات الرصف الضحلة. ويتكون الجهاز من:

• مطرقة كتلتها 8 kg تسقط من ارتفاع 575 mm على سندان،
• قضيب دفع فولاذي قطره 16 mm في طرفه مخروط مقسّى قابل للاستبدال بزاوية 60° وقطر قاعدة 20 mm، ومسطرة مدرجة بالمليمتر،
• مطرقة اختيارية كتلتها 4.6 kg للتربة الضعيفة، ويُضرب الاختراق لكل ضربة بها في 2 للحصول على القيمة المكافئة للمطرقة 8 kg؛ ويوصي بها Webster et al. (1992) للتربة التي تبلغ قيمة CBR فيها نحو 10 أو أقل.

يضم جهاز DCP لدينا المطرقتين معًا: نستخدم المطرقة 8 kg بصفة قياسية، وننتقل إلى المطرقة 4.6 kg في التربة الضعيفة.

يغطي المعيار ASTM D6951 أعماقًا تقارب 1000 mm بالقضيب القياسي. ونصل بقضبان التمديد لدينا إلى نحو 2 m، غير أن المعيار ينبّه إلى أن القضبان الإضافية تغيّر الكتلة والقصور الذاتي والاحتكاك الجانبي، فتصبح علاقات الارتباط الموضوعة للتجهيز القياسي أقل يقينًا في العمق. كما أن DCP ليس هو السَّبر الديناميكي وفق TS EN ISO 22476-2، ونتائج الاختبارين غير قابلة للتبادل.

كيف يُجرى الاختبار

• الوصول: تُزال المواد السائبة. وإذا وُجدت طبقة مرتبطة (إسفلت أو خرسانة أو أساس مثبّت بالإسمنت) يُفتح فيها أولًا ثقب وصول بالحفر أو باستخراج عينة لبية، كما يسمح المعيار ASTM D6951؛ ولهذا يتكامل DCP جيدًا مع استخراج العينات اللبية من الإسفلت.
• التثبيت: يُطرق المخروط برفق حتى يصبح أعرض جزء منه في مستوى السطح، ثم تؤخذ القراءة الصفرية.
• الدق والقراءات: تسقط المطرقة سقوطًا حرًّا من المقبض مع إبقاء القضيب رأسيًا، ويُقرأ الاختراق بعد كل ضربة في التربة الضعيفة وبعد مجموعة من الضربات في المواد الأصلب.
• الإيقاف: عند العمق المستهدف أو عند الرفض؛ ويوقف Webster et al. (1992) الاختبار عندما يتقدم المخروط أقل من 25 mm خلال 10 ضربات بالمطرقة 8 kg. وإذا اصطدم المخروط بحجر أو مال القضيب، ننتقل مسافة قصيرة ونعيد الاختبار.

مؤشر الاختراق وسماكة الطبقات

مؤشر DPI بوحدة mm لكل ضربة هو الاختراق بين قراءتين مقسومًا على عدد الضربات بينهما (ويُضرب في 2 للمطرقة 4.6 kg). ويدل DPI المنخفض على طبقة قوية، والمرتفع على طبقة ضعيفة.

عند رسم العمق مقابل العدد التراكمي للضربات تعطي الطبقة المتجانسة خطًا مستقيمًا تقريبًا، وحيث يتغير الميل تتغير المادة. وهذا العمق هو حد الطبقة: فمنه تُعرف سماكة طبقة الأساس أو ما تحت الأساس أو الردم، وتنكشف المناطق الضعيفة تحت سطح يبدو سليمًا. ومع ذلك يبقى تحديد الحدود مسألة تفسير، إذ قد يطمس شريط رطب أو حجر منفرد نقطة التغير. وحيث تكون السماكة حاسمة نتحقق منها في حفرة اختبار أو من عينة لبية.

تقدير CBR: علاقات الارتباط في ASTM D6951

لا يقيس DCP قيمة CBR بل يقدّرها. ويورد ملحق المعيار ASTM D6951 ثلاث علاقات ارتباط وضعها سلاح المهندسين في الجيش الأمريكي (US Army Corps of Engineers)، وتُستخدم فيها قيمة DPI بوحدة mm/ضربة للمطرقة 8 kg:

التربة	علاقة الارتباط	نطاق الصلاحية والمصدر
معظم أنواع التربة	CBR = 292 / DPI1.12	جميع أنواع التربة باستثناء تربة CL ذات CBR أقل من 10 وتربة CH (Webster et al., 1992)
طين منخفض اللدونة (CL)	CBR = 1 / (0.017019 × DPI)2	فقط عندما تكون CBR أقل من 10، أي عندما يزيد DPI على نحو 19 mm/ضربة (Webster, Brown and Porter, 1994)
طين عالي اللدونة (CH)	CBR = 1 / (0.002871 × DPI)	تربة CH (Webster, Brown and Porter, 1994)

CL وCH مجموعتان من الطين في النظام الموحد لتصنيف التربة (Unified Soil Classification System، ASTM D2487-17(2025))، وحد السيولة فيهما أقل من 50 و50 أو أكثر على التوالي؛ ونحدد حد السيولة في المختبر وفق TS EN ISO 17892-12:2018+A2:2022. واختيار المعادلة مهم: فلقيمة DPI قدرها 40 mm/ضربة تعطي المعادلة العامة ومعادلة CL ومعادلة CH قيم CBR تقارب 5 و2 و9.

ولعلاقات الارتباط حدود واضحة:

• هي علاقات تجريبية مطابَقة لبيانات حقلية من طرق ومطارات عسكرية أمريكية، وتقف خلف المعادلة العامة قيم CBR من نحو 3 إلى 100 (Webster et al., 1992). ولم تُستنبط من تربة قبرص، وليست صالحة صلاحية عامة.
• تنطبق على المطرقة 8 kg (أو على نتيجة المطرقة 4.6 kg بعد تصحيحها) مع المخروط القياسي.
• ينبّه المعيار ASTM D6951 إلى أن قيمة CBR الحقلية المقدَّرة بهذه الطريقة لا تتطابق عادةً مع قيمة CBR المخبرية المشبعة.
• في الطين عالي اللدونة قد تؤدي التربة الملتصقة بالقضيب إلى زيادة ظاهرية في المقاومة مع العمق؛ ويَعدّ Webster et al. (1992) القراءات في هذا الطين موثوقة حتى نحو 300 mm.
• تتشتت القراءات، لذا نذكر قيمة تمثيلية لكل طبقة، ونذكر دائمًا المعادلة المستخدمة.

أين يفيد اختبار DCP

• فحص طبقة التأسيس قبل فرد طبقة ما تحت الأساس،
• ردم الخنادق، لمعرفة ما إذا كانت الطبقات السفلية مدموكة بقدر الطبقة العليا،
• انهيارات الرصف: اختبار مقطع منهار ومقطع سليم عبر ثقوب العينات اللبية لتحديد الطبقة الضعيفة أو الرقيقة،
• الردم تحت بلاطات الطابق الأرضي وحول الأساسات، حيث يكون حفر حفرة اختبار معطِّلًا للعمل،
• المرحلة الأولى من التحريات الموقعية للطرق، إلى جانب حفر الاختبار والتصنيف المخبري.

حدود الطريقة

• المواد الخشنة: يستثني المعيار ASTM D6951 المواد الحبيبية التي تحتوي على نسبة معتبرة من حبيبات أكبر من 50 mm؛ فالحجارة تحرف المخروط أو توقفه.
• الطبقات المتماسكة: المواد عالية التثبيت أو المتماسكة بالإسمنت، وكذلك القشرة الكلسية الصلبة (الكالكريت)، توقف المخروط ويجب الحفر خلالها.
• المحتوى المائي: تظهر التربة الطينية أضعف بعد المطر وأقوى مع الجفاف، لذا ينبغي مقارنة النتائج في ظروف متشابهة.
• السطح: الجزء العلوي من الطبقة الحبيبية السائبة غير محصور جانبيًا، فيظهر أضعف من الطبقة ككل.
• ليس اختبار كثافة: وفق ASTM D6951 لا يمكن تقدير الكثافة إلا بعلاقة ارتباط موضوعة لتلك المادة المحددة. وإذا طلبت المواصفات درجة دمك فلا بد من اختبار المخروط الرملي.
• لا يغني عن CBR المخبري: لا يحل التقدير محل اختبار CBR وفق TS EN 13286-47:2021 إذا كان مطلوبًا.

تحدد مواصفات المشروع ومهندس الرصف أو المهندس الجيوتقني قيمة DPI أو CBR المقبولة لكل طبقة. ونحن نقدّم البيانات وعلاقة الارتباط المستخدمة، لا تصميمًا.

DCP أم LWD أم المخروط الرملي؟

الاختبار	السؤال الذي يجيب عنه	المعيار
DCP	مقطع المقاومة مع العمق، وسماكات الطبقات، وقيمة CBR تقديرية	ASTM D6951/D6951M-18(2023)
LWD (Zorn ZFG 3.1)	صلابة Evd لمنظومة الطبقات عند السطح، في نحو دقيقتين لكل نقطة	ASTM E2835-21(2026)
المخروط الرملي	الكثافة الجافة في الموقع ودرجة الدمك نسبةً إلى مرجع بروكتور	ASTM D1556/D1556M-24، TS 13872:2019+T1:2026

في الطرق تعمل الاختبارات الثلاثة معًا: يغطي LWD نقاطًا كثيرة على كل طبقة، ويعطي المخروط الرملي درجة الدمك المطلوبة، ويُظهر DCP ما يقع تحتها. ولمزيد من التفاصيل راجعوا أدلتنا: مراقبة الدمك بجهاز LWD وقيمة Evd واختبار المخروط الرملي ودرجة الدمك واختبارات بروكتور وCBR والمحتوى المائي.

كيف يمكننا المساعدة

نُجري الاختبار بالمطرقتين ضمن خدمة التحريات الموقعية واختبار DCP، ونستخرج عينات لبية من الطبقات المرتبطة عند الحاجة، ونصنّف العينات في مختبر التربة لدينا حين تعتمد معادلة CBR على نوع التربة. ويتضمن تقريرنا:

• موقع كل نقطة (مخطط أو إحداثيات) وعمق بدء الاختبار (السطح أو أسفل العينة اللبية)،
• المطرقة المستخدمة والقراءات الأولية،
• رسمًا للعمق مقابل العدد التراكمي للضربات ورسمًا لقيمة DPI مع العمق،
• حدود الطبقات وقيمة DPI لكل طبقة وقيمة CBR التقديرية مع ذكر المعادلة.

أرسلوا إلينا المخططات والطبقات المطلوب فحصها والمواصفات عبر صفحة التواصل.

الأسئلة الشائعة

هل يمكن أن يحل DCP محل اختبار CBR المخبري؟

لا. فهو يعطي تقديرًا حقليًا من علاقة ارتباط، وينبّه المعيار ASTM D6951 إلى أنه لا يتطابق عادةً مع قيمة CBR المخبرية المشبعة. وإذا حددت المواصفات قيمة CBR لمادة ما فلا يزال الاختبار المخبري لازمًا.

هل يمكنكم الاختبار تحت الإسفلت أو تحت بلاطة خرسانية؟

نعم، عبر ثقب وصول محفور أو مستخرج بعينة لبية، مع البدء من المادة التي تحت الطبقة المرتبطة. وتعطي العينة اللبية أيضًا سماكة الطبقة المرتبطة.

إلى أي عمق يصل الاختبار؟

إلى نحو 1 m بالقضيب القياسي، وإلى نحو 2 m بقضبان التمديد، حيث يجعل احتكاك القضيب القراءات أقل يقينًا. أما للأساسات أو للأعماق الأكبر فالأداة المناسبة هي الحفر؛ راجعوا صفحة الحفر الجيوتقني.