University of Kerbala
اسم الباحث : صفاء محمد علي
اسم المشرف : دكتور علاء محمد جواد
الكلمات المفتاحية : California bearing ratio, modified proctor test unconfined compressive strength, light weight deflectometer, dynamic cone penetrometer, and sand replacement methods
الكلية : كلية الهندسة
الاختصاص : الهندسة المدنية
سنة نشر البحث : 2023
تحميل الملف : اضغط هنا لتحميل البحث
الخلاصة
الطرق من اهم المنشاءت الرئيسية للبلد ومقياس لتطور البلدان من حيث سهولة التنقل والتجارة عن طريقها. يتكون نظام الطرق من عدة طبقات تصمم وفق المعايير الخاصة للطرق مثل الاحمال المرورية وكذلك تضاريس وطبيعة التربة من المناطق المراد الانشاء عليها. نوع التربة ومقاومتها للاحمال هي العنصر الجوهري في عملية تصميم الطرق وتحديد استخدامها, ولعلهُ نسبة كبيرة او شاسعة من مناطق العراق هي تربة رملية وذات محتوى جبسي متفاوت من منطقة الى أخرى, في محافظة كربلاء جزء كبير من التربة الجبسية لذلك تتمحور هذه الدراسة حول هذه التربة لما فيها من مشاكل عديدة أولا عند تعرضها للماء ولتغطية التوسع العمراني المفروض في المحافظة نتيجه تزايد عدد السكان ومتطلبات الطرق فيها.تم اخذ نماذج من التربة من مناطق مختلفة وفحص نسبة الجبس فيها حيث تم اختيار تربة قريبة من مشروع مطار كربلاء الدولي لانها تحتوي على اعلى نسبة جبس من النماذج التي تم فحصها. التربة الجبسية ذات قوة تحمل جيدة في حالة الجفاف لكنها خطرة عند تعرضها للماء حيث يتفاعل الجبس مع الماء ويترك فجوات فيها مما يُزيد قابلية الانهيار في هذه الترب. الهدف من هذه الدراسة هو تحسين خصائص التربة الرملية الضعيفة والتي تحتوي على نسبة من الجبس تصل إلى حوالي 12٪ ومصنفة على أنها تربة جبسية معتدلة. حيث تم تثبيت التربة باستخدام الأسمنت بنسبة 10 ٪ مع نوعين مختلفين من نفايات الإطارات المطاطية (granulated tier rubber GTR) المعروفة باسم .crumbs, and chips استُخدمت ثلاث نسب مختلفة من الإطارات المحببة بنسبة 5 ٪ و 10٪ و 20٪ كبديل للتربة و تم إجراء برنامج عملي لاجراء الفحوصات لتقييم خصائص التربة المُعالجة و تقسيمه إلى مرحلتين: المرحلة الأولى تتكون من ثلاثة اختبارات مختبرية تشمل:
Compaction test & california bearing ratio(CBR) test and unconfined compression strength (UCS) test , . حيث تم علاج جميع عينات مخاليط GTR الرملية الأسمنتية لمدة 1 و 3 و 7 أيام .
. يتم تقليل قوة الضغط غير المحصورة ومقاومة التحمل للرمل الأسمنتي بشكل كبير عن طريق إضافة حبيبات المطاط. كان أعلى انخفاض في UCS , Es وهي 24٪ و 80٪ على التوالي ، بنسبة 20٪ من فتات الإطارات مقارنة بنتائج التربة الأسمنتية. تقلل إضافة رقاقات الإطارات المهدورة بشكل كبير من قوة الانضغاط غير المحصورة للرمل الأسمنتي ومقاومة التحمل. كانت أعلى التخفيضات في UCS , Es وهي 20.5٪ و 80٪ على التوالي عند 20٪ من محتوى رقاقة الإطارات مقارنة بنتائج التربة الأسمنتية.
وتتضمن المرحلة الثانية إجراء ثلاثة اختبارات في الموقع بما في ذلك: (1) اختبار اختراق المخروط الديناميكي (dynamic cone penetration test DCP) ، (2) فحص الهطول خفيف الوزن
(light weight deflectometer (LWD ، و (3) طريقة استبدال الرمال sand replacement method (SRM). تم علاج جميع العينات من مخاليط GTR الأسمنتية لمدة 3 أيام.
أظهرت نتائج هذه الاختبارات تحسنًا ملحوظًا في مؤشر اختراق المخروط الديناميكي (DCPI) وانحراف السطح والمعامل الديناميكي وكثافة الحقل الجاف نتيجة استخدام الأسمنت. ومع ذلك ، تنخفض معايير التربة هذه مع زيادة استبدال GTR مقارنة مع التربة المثبتة بالاسمنت لكن تبقى النتائج افضل من التربة الطبيعية نفسها بدون معالجة.
أيضًا استخدام النتائج التي تم الحصول عليها من العمل التجريبي كمعامِلات إدخال في نموذج نظري تم إنشاؤه بواسطة برنامج KENPAVE لتقييم أداء تربة التربة المستقرة تحت قيم تحميل محوري مختلفة. يُحسن استخدام الأسمنت مقاومة القص ، ويزيد من إجهاد الضغط ، ويزيد Nd ، ويقلل من نسبة الضرر. عند زيادة النسبة المئوية لـ GTR ، يتم تقليل العدد المسموح به لتكرار الحمل (Nd) وزيادة نسبة الضرر. حيث تظهر النتائج ان افضل نسبة من المطاط وعلى نوعية هي 10% ومن خلال مقارنة النتائج نلاحظ ان استعمال قطع المطاط chips افضل من crumbs.
. بالإضافة إلى ذلك، تم إجراء التحليل الاقتصادي لعملية استبدال التربة وعملية تثبيت التربة من خلال تحديد تكلفة هذه العمليات ومقارنتها. توفر عملية التثبيت 15 ٪ من تكلفة عملية الاستبدال ، وقد خلص إلى أن استخدام مخاليط الأسمنت GTR له إمكانات مستدامة واقتصادية في تثبيت تربة الطبقة السفلية المحلية.
Improving Dynamic Characteristics of Rubberized Subgrade
Abstract
In the pavement, the subbase, base, and subgrade layers are visible as important components of the foundation. The foundation needs to be sufficiently strong to withstand the load of the traffic. The weak subgrade soil, such as (soft clay soil, loose poorly graded sand soils, and gypseous soils,….etc.), must be improved to minimize any failures in the pavement structure. This improvement can be carried out by implementing differernt soil stabilization methods. The aim of this study is to improve the characteristics of a weak subgrade sandy soil that has a gypsum content of about 12% ( moderately gypsiferous), and classified as a loose poorly graded sand soil. This soil was collected from the construction site of the International Airport Project of Kerbala City. To determine the extent to which the properties of this soil can be enhanced, the soil was stabilized using a 10% cement with two differernt types of waste granulated tire rubber (GTR) known as crumbs and chips. Three different percentages of granulated tire rubber were utilized 5%, 10%, and 20% as a replacement of the soil. A comprehnsive testing program was conducted to evaluate the characteristics of the treated soil. The testing program was divided in two phases : the first phase consists of three laboratory tests including: (1) modified Proctor test, (2) California bearing ratio test, and (3) unconfined compressive strength. All specimens of cemented sand-GTR mixtures were cured for 1, 3, and 7 days. The unconfined compressive strength and bearing resistance of the cemented-sand are significantly reduced by the addition of granulated tire rubber. The highest reduction in Unconfined Compression Strength (UCS) and Elastic Modulus (Es) was 24% and 80%, respectively, at 20% tire crumbs content comparing with cemented soil results. The addition of wasted tire chips significantly reduces the cemented sand’s unconfined compressive strength and bearing resistance. The highest reductions in UCS and Es were 20.5% and 80%, respectively, at 20% tire chip content comparing with cemented soil results.The second phase involves performing three in-situ tests including: (1) dynamic cone penetration test (DCP), (2) light weight deflectometer test (LWD), and (3) sand replacement method. All specimens of cemented sand-GTR mixtures were cured for 3 days. The results of these tests showed that the dynamic cone penetation index (DCPI), surface deflection, dynamic modulus, and field dry density were improved significantly as a consequence of use of cement. However, these soil parameters decrease with increasing GTR replacement.
The obtained results from the experimental work were also used as input parameteres in a theoretical model generated by software package known as KENPAVE to evaluate performance of the stabilized subgrade soils under different axle load values. Utilizing cement improves shear resistance, increases compressive stress, increases the allowable number of load repetitions (Nd), and decreases the damage ratio. When the percentage of GTR is increased, decreasing the allowable number of load repetitions (Nd) and increasing the damage ratio. The 10% is the best percentage of crumbs and chips for use as mechanical stabilizers based on the results of the experimental results and from comparing the results, it turns out that chips are better than crumbs. Additionally, economic analysis of the soil replacement process and soil stabilization process was conducted by determining the cost of these processes and comparing them. The stabilization process is saving provides 15% cost of the replacement process, it was concluded that using GTR-cement mixtures has a sustainable and economical potential in stabilizing the local gypseous subgrade soils.
