تقييم جهاز فحص الاختراق الديناميكي المحمول في تحديد معامل رد فعل التربة المرن للترب الرملية

رسالة ماجستير

اسم الباحث : ليث علي سالم

اسم المشرف : أ.م. د. علاء محمد جواد ; أ.م. د. رائد رحمان المحنة

الكلمات المفتاحية : subgrade reaction modulus, plate load test, dynamic cone penetrometer, CBR, bearing capacity.

الكلية : كلية الهندسة

الاختصاص : الهندسة المدنية

سنة نشر البحث : 2022

تحميل الملف : اضغط هنا لتحميل البحث

الخلاصة

الرصيف الصلب عبارة عن نظام يتكون من طبقات مختلفة قادرة على مقاومة تحميل حركة المرور. ينتقل تحميل حركة المرور عبر طبقات الرصيف ثم يصل أخيرًا إلى الطبقة التحتية التي تعمل كمنصة داعمة للرصيف. تم حساب معامل تفاعل الطبقة السفلية (ks) ، الذي يميز تفاعل طبقات التربة عند تعرضها للأحمال ، باستخدام اختبار الحمل الصفيحي (PLT). تتطلب PLT فريقًا هندسيًا متخصصًا، وتكلفة عالية ووقتًا لإجراء الاختبار. تقدم هذه الدراسة عملاً تجريبيًا ونظريًا للتنبؤ بمعامل تفاعل الطبقة التحتية للتربة الرملية من خلال تطوير نماذج إحصائية بسيطة وموثوقة بناءً على القياسات الديناميكية التي تم الحصول عليها من إجراء اختبار مقياس اختراق المخروط الديناميكي الموضعي.

ولتحقيق الهدف من هذا العمل، تم تنفيذ ثلاث تقنيات اختبار تشمل: مقياس اختراق المخروط الديناميكي (DCP)، واختبار الحمل الصفيحي (PLT) واختبار استبدال الرمال (SRM). تم تنفيذ هذه الاختبارات لتقييم الخصائص الهندسية الجيوتقنية للتربة الرملية الأرضية التي تم جمعها من ثلاثة مشاريع للطرق تقع في كربلاء، العراق. لتقييم تأثير عملية الحدل على أداء الدرجات الفرعية، تم أخذ ثلاثة مستويات للحدل في الاعتبار عند إعداد نموذج الاختبار المعملي باستخدام ثلاثة مستويات من الحدل (NOP).

كانت معاملات التربة التي تم الحصول عليها من DCP هي نسبة تحمل كاليفورنيا (CBR)، ومؤشر الاختراق (DCPI) وقدرة التحمل (q)، في حين أن تلك التي تم تحديدها من خلال إجراء اختبار PLT تشمل: معامل تفاعل التربة، والحد الأقصى للتسوية، ومعامل مرونة يونغ. أخيرًا، تم إجراء SRM لتقييم: محتوى الرطوبة، والكثافة الجافة، ودرجة الضغط.

أظهرت نتائج العمل التجريبي أن أعلى قيمة لدرجة الحدل بلغت (98.85٪) لـ (18 NOP) وأقل قيمة (87.43٪) لـ (10 NOP) ، وتراوحت قيم ks من 135 إلى 230 كيلو باسكال. / مم ، تراوحت قيمة DCPI من 14.5 إلى 26 مم / ضربة ، وتراوحت CBR من 8 إلى 13.5 ٪ ، وتراوحت q من 105.45 إلى 149.42 كيلو باسكال. تم تحليل هذه النتائج إحصائيًا وربطها ببعضها البعض للعثور على أفضل نموذج انحدار مناسب للتنبؤ بـ ks.

تم تصنيف النماذج الإحصائية إلى ثلاث مجموعات: المجموعة الأولى: نماذج تعتمد على قياسات DCP، المجموعة الثانية: نماذج تعتمد على خصائص التربة الأساسية، المجموعة الثالثة: نماذج تعتمد على DCP وخصائص التربة الأساسية. أظهرت نتائج التحليل الإحصائي أنه يمكن التنبؤ بـ k بناءً على قياسات DCP وقياسات الخصائص الفيزيائية (DC، Cc، Cu) مع تربيع R كبير يساوي 88 ٪. أثبت اكتشاف التحليل الإحصائي أنه يمكن استخدام أجهزة DCP كأداة لا إتلافيه لتقييم معامل تفاعل الطبقة التحتية بسرعة وبدقة.

Evaluating Performance of Portable Dynamic Cone Penetrometer in Characterizing Subgrade Reaction Modulus of Sandy Soil

Abstract

The rigid pavement is a system consists of different layers that are capable to resist traffic loading. The traffic loading is transmitted through the pavement layers then finally reaches to the subgrade that works as supporting platform for the pavement. The subgrade reaction modulus (ks), which characterizes the reaction of soil layers when subjected to loads, has been calculated by using the plate load test (PLT). The PLT requires a specialized engineering team, high cost and time to conduct the test. This study presents an experimental and theoretical work to predict the subgrade reaction modulus of sand soils through developing simple and reliable statistical models based on dynamic measurements obtained from performing the in-place dynamic cone penetrometer test.
To achieve the aim of this work, three testing techniques were carried out including: dynamic cone penetrometer (DCP), plate load test (PLT) and sand replacement test (SRM). These tests were implemented to assess geotechnical engineering characteristics of subgrade sand soils collected from three roadway projects located at Karbala, Iraq. To evaluate the effect of compaction process on subgrades’ performance, three compaction levels were considered in preparing laboratory testing model using three number of compactor passes (NOP).
Soil parameters obtained from the DCP were California bearing ratio (CBR), penetration index (DCPI) and bearing capacity (q), while those determined from performing the PLT test include: subgrade reaction modulus, maximum settlement, and Young’s elastic modulus. Finally, the SRM were carried out to assess: moisture content, dry density, and degree of compaction.
The results of experimental work showed that the highest value of degree of compaction is (98.85%) for (18 NOP) and the lowest value is (87.43%) in for (10 NOP), the values of ks ranged from 135 to 230 kPa/mm, DCPI value varied from 14.5 to 26 mm/blow, CBR ranged from 8 to 13.5%, q ranged from 105.45 to 149.42 kPa. These results were statistically analyzed and related with each other to find the best fit regression model to predict ks.
The statistical models are classified into three groups:1st group: models based on DCP Measurements, 2nd group: models based on basic soil properties, and 3rd group: models based on DCP and basic soil properties. The statistical analysis results exhibited that the ks can be predicted based on DCP measurements and physical properties measurements (DC, Cc, Cu) with significant R-squared equals to 88%. The finding of statistical analysis proved that DCP devices can be used as a non-destructive tool for field assessing the subgrade reaction modulus quickly and accurately.