ايجاد معامل رد فعل التربه لانواع مختلفه من الارض الطبيعيه باستخدام جهاز فحص تحميل الصفيحه الديناميكي خفيف الوزن

رسالة ماجستير

اسم الباحث : أهله علاء جواد

الكلية : كلية الهندسة

الاختصاص : هندسة البنى التحتية‏

سنة نشر البحث : 2019

تحميل الملف : اضغط هنا لتحميل البحث

الارض الطبيعية هي طبقة التربة التي يوضع فوقها طبقات التبليط والطبقات الحبيبية الاخرى. وبالتالي فهي تعمل كأساس لدعم هيكل الطريق. المعامل التصميمي الجيوتكنيكي الاكثر اهمية والذي يعطي العلاقة بين الاجهاد والهطول المصاحب له هو معامل رد فعل التربة (Ks). معامل رد فعل التربة يعتبر معامل رئيسي في تصميم وتحليل التبليط الجاسيء. يمتلك تأثير مهم على السمك المطلوب لسطح التبليط, ويعطي تخمين لمقدار الاسناد للطبقات تحت سطح  التبليط. يتم ايجاد هذا المعامل باستخدام فحص تحميل الصفيحة (PLT) حيث يعتبر هذا الفحص من الطرق المكلفة والمعقدة والتي تستغرق الكثير من الوقت . ولغرض التغلب على بعض من هذه الصعوبات من الضروري ايجاد تقنية اختبار بديلة يمكنها بسرعة وببساطة التنبؤ بهذا المعامل.

      تهدف هذه الدراسة إلى تقييم فعالية استخدام جهاز فحص الهطول خفيف الوزن ((LWD) وهو جهاز فحص لا اتلافي محمول ويعرف ايضا باسم فحص صفيحة التحميل الديناميكية التي تستخدم لقياس خصائص التربة تحت تأثير الاحمال الديناميكية.

    ولغرض تحقيق هدف هذه الدراسة، اجريت سلسله من الاختبارات على ثلاث انواع من التربة. تم تجميع نماذج التربة من مشاريع في مواقع مختلفة في مدينة كربلاء وهي (الميلاد, الفارس, والرفيع), تم تجميع التربة واختبارها في نموذج  اختبار تم تصميمه وتصنيعه لمحاكاة الضروف الحقلية. تم فحص التربة وتحليل خصائصها تحت تثير الحمل من فحص تحميل الصفيحة الساكن (PLT) بالاقتران مع اختبار حمل اللوحة الديناميكي (LWD)

اجري تحليل احصائي لخصائص التربة المفحوصة بكلا الطريقتين الديناميكية والساكنة ولنوعين من الترب هي الحبيبية والتربة الطينية.

    للتربة الحبيبية, تم تطوير ثلاث مجاميع من موديلات الانحدار بالاعتماد على المتغيرات المستقلة: (1) بيانات مقياس الهطول خفيف الوزن , (2) خصائص التربة الاساسية, (3) كلا البيانات في (1 و2). في هذه المجموعة اعلى قيمة R2 هي 0.93 لموديل رد فعل التربة – ونسبة الحدل

    اللنربة الطينية، اجريت مجموعتان من موديلات الانحدار بالاعتماد على المتغيرات المستقلة، (1) بيانات مقياس الهطول خفيف الوزن (LWD), (2) خصائص التربة الاساسية. اظهرت النتائج علاقة جيدة بين الكثافة الجافة للتربة ومعامل رد فعل التربة. ايضا بينت النتائج وجود علاقة مقبولة بين معامل رد فعل التربة والمحتوى المائي.

   بالإضافة الى ذلك تم التأكد من النتائج باستخدام برنامج PLAXIS 3D حيث تم استخدام موديل Linear elastic في محاكاة التربة لتمثيل فحص التحميل اللوحة الديناميكية. اما فحص تحميل الصفيحة الساكن فتم استخدام موديل Mohr-Coulomb. كما تمت المقارنة بين نتائج البرنامج ونتائج التجربة باستخدام فحص T. ففي التحميل الديناميكي كان مقدار الفرق في قيمة النزول بين القيمة العددية والتجريبية يتراوح بين 0.003 الى 0.242 .

   اما الفرق في انحراف السطح تحت تأثير الحمل الساكن يتراوح بين 0.105 الى 0.15 . ومقدار الخطأ في رد الفعل يتراوح بين 3.088 إلى 25.125 .

واخيرا أظهرت نتائج هذه الدراسة كفاءة وإمكانية استخدام جهاز ‎LWD‏ لتنبؤ معامل رد فعل التربة بسرعة وسهولة.

-Assessment of Modulus of Subgrade Reaction of Different Soils Using Light Weight Deflectometer

    The subgrade is a soil layer on which a pavement and unbound soil layers are placed. Thus, it works as a foundation to support the pavement’s structure. The important geotechnical design parameter that describes the relationship between stress and the associated settlement of subgrades is the modulus of subgrade reaction (Ks). The modulus of subgrade reaction is an essential parameter in the design and analysis of rigid pavements. It has a significant effect on the required thickness of pavements surface, and gives an estimation of the supporting of the layers under pavement surface. The Ks is typically obtained from the plate load test, PLT. The PLT test has a several limitations; difficult to carry out, costly, and time-consuming. To overcome some of these limitations, it is requisite to find an alternative testing technique which can rapidly and simply predict this parameter.

    This study aims to evaluate the effectiveness of using a light weight deflectometer (LWD) in predicting subgrade reaction modulus of subgrade soils. LWD is a portable non-destructive testing device also known as the dynamic plate load test that is utilized to measure the properties of soil layers under the effect of dynamic loads. To achieve the aim of this study, a series of tests were carried out on three types of subgrade soils. The subgrade soils were collected from different site projects in Karbala city (Al-Meelad, Al-Faris, and Al-Rofae), the soils collected and tested into two phase; [1] in the laboratory to identify the type and classification of soils, and to identify its basic properties. [2] in a laboratory setup model which is designed and manufactured to simulate the field conditions. The collected soils were prepared and compacted in the laboratory setup, three degree of compaction were achieved and tested the soil under each degree of compaction using the dynamic light weight deflectometer (LWD) in conjunction with the static plate load test (PLT).

     On the other hand, the experimental results were statistically modeled to predict the subgrade reaction. The statistical analysis was carried into to phase; granular subgrade soils, and fine subgrade soil.

For granular subgrade soils, three groups of regression models were developed based on independent variables; [1] LWD measurements data, [2] basic soil properties, [3] both the LWD measurements and basic soil properties. In this phase the higher value of R2 was 0.93 for subgrade reaction modulus – LWD degree of compatibility model (KS –Dc) model.

     For fine subgrade soil, two groups of regression models were conducted based on independent variables; [1] LWD measurements data and [2] basic soil properties. The results showed that there is a good correlation between Ks and LWD measured data (Ed, δd, and Dc). Also, a strongly correlation was identified between the dry density of the subgrade soil and Ks. The results also showed acceptable relation between Ks and water content.

Additionally, the results of experimental work were verified using the finite element software PLAXIS 3D. Two types of models were used to simulate the soil behavior. The linear elastic model was used to represent the behavior of subgrades under the effect of LWD dynamic loads. And the Mohr-Coulomb was used to represent the behavior of subgrade under the effect of static PLT load.

    The FE results were compared with those obtained from experimental work, and the T-Tests were carried out to examine the variance between the results.

    In the term of LWD surface deflection the mean deference between predicted and measured value ranged from 0.003 to 0.242 mm. And in the term of PLT surface deflection the mean deference ranged from 0.105 to 0.15 mm, and for the subgrade reaction modulus the mean deference ranged from 3.088, and 25.125 kPa/mm.

    Finally, the results of this study showed the efficiency and possibility of using the LWD device rapidly and easily to predict the subgrade reaction modulus of pavements materials.