فهرست مطالب

مجله مهندسی زیر ساخت های حمل و نقل
سال چهارم شماره 1 (پیاپی 13، بهار 1397)

  • تاریخ انتشار: 1397/03/30
  • تعداد عناوین: 7
|
  • محمود عامری، سید فرهاد چاوشیان نایینی، مصطفی وامق * صفحات 1-16
    یکی از اهداف مهم پژوهشگران صنعت راه سازی در راستای تامین ایمنی و راحتی استفاده کنندگان از مسیر، حفظ روسازی های آسفالتی در برابر خرابی ها و عوامل محیطی، از جمله رطوبت و خرابی رطوبتی، می‏باشد. اصلاح خواص قیر و مخلوط های آسفالتی به منظور کاهش شدت خرابی ها و هزینه های تعمیر و نگهداری روسازی، امری اجتناب ناپذیر است. پلیمر استایرن بوتادین استایرن به عنوان یکی از پرکاربردترین پلیمرهای مصرفی، برای بهبود خواص عملکردی آسفالت می‏باشد، لیکن، از آن جهت که این پلیمر وارداتی بوده و قیمت نسبتا زیادی دارد، ارزیابی های اقتصادی مهندسین را به استفاده از مواد جایگزین سوق می دهد. در این پژوهش، به منظور بهبود خواص قیر، آمیخته ای از ترکیب دو نوع پلیمر تولید داخلی ارزان تر با هدف دستیابی به ترکیبی شبیه به پلیمرهای الاستوپلاستومر استفاده شده است. در این راستا، ترکیب SBR و PP هر کدام به میزان 50% آمیخته، در نسبت های 3، 4 و 5 درصد وزن قیر و برای مقایسه عملکرد آن ها پلیمر SBS نیز در نسبت‏های 4 و 5 درصد وزن قیر در مخلوط آسفالتی به کار گرفته شد. به منظور ایجاد پایداری مناسب پلیمر در قیرهای اصلاح شده، از نانورس به میزان 5/1 درصد وزنی قیر استفاده گردید. نتایج آزمایش‏های مارشال، کشش غیرمستقیم، مدول برجهندگی، جوشان تگزاس و شیار چرخ نشان داد که میزان اثرگذاری 5% از آمیخته پلیمری مشابه و کمی بهتر از SBS و 20% افزایش بیشتر از نمونه شاهد (فاقد افزودنی) است.
    کلیدواژگان: مخلوط آسفالتی گرم، حساسیت رطوبتی، آمیخته پلیمری، نانورس، کشش غیرمستقیم، جوشان تگزاس
  • رامین حیدری *، احمد فهیمی فر صفحات 17-26
    با شروع تغییرشکل های پلاستیک در اطراف تونل، میزان فشار وارده بر سقف تونل به علت وزن ناحیه پلاستیک شده بالای آن افزایش می یابد که این امر در تحلیل پایداری تونل تاثیرگذار است. در این مقاله، با در نظر گرفتن توده سنگ اطراف تونل به صورت الاستوپلاستیک، با مدل نرم کرنشی و وزن ناحیه پلاستیک و استفاده از معیار هوک- براون، معادلات تنش و جابجایی اطراف تونل بازنویسی شده و به روش تحلیلی- عددی حل شده اند. نتایج نشان می دهد که با در نظر گرفتن وزن ناحیه شکسته، توزیع تنش اطراف تونل تغییر می کند و مقدار جابجایی و شعاع ناحیه پلاستیک افزایش می یابد. این امر، در شرایط با شعاع پلاستیک بزرگتر، اهمیت بیشتری پیدا می کند. همچنین، با بررسی تاثیر پارامترهای معیار هوک- براون بر جابجایی اطراف تونل، اهمیت هر کدام از پارامترها نشان داده شده است. نتایج نشان می‏دهد که پارامترهای هوک- براون در شرایط پلاستیک نسبت به حالت اوج، تاثیر بیشتری بر جابجایی اطراف تونل دارد.
    کلیدواژگان: تونل، وزن ناحیه شکسته، تغییرشکل پلاستیک، جابجایی، تنش، رفتار الاستوپلاستیک
  • محمد دانشفر، ابوالفضل حسنی *، محمد رضا محمد علیها صفحات 27-39
    بتن به عنوان یکی از پرکاربردترین مصالح ساختمانی رفتاری شکننده دارد. فاکتور طراحی روسازی بتنی، مقاومت خمشی 28 روزه بتن است. افزودن الیاف به بتن بر رفتار شکل‏پذیری، مقاومت در برابر ضربه، میزان جذب انرژی، مقاومت پس از ترک خوردگی، مقاومت سایشی و مقاومت کششی بتن اثرگذار بوده و از گسترش ترک جلوگیری می کند. به همین منظور، پژوهشی آزمایشگاهی جهت بررسی تاثیر ترکیبات مختلف الیاف ماکروسینتتیک بر عملکرد خمشی بتن الیافی شامل مقاومت خمشی، میانگین مقاومت باقیمانده و طاقت خمشی انجام شد. در این پژوهش، نمونه های بتنی طبق استانداردهای ASTM C1609، ASTM C1399 و ASTM C79 با چهار ترکیب مختلف الیاف ماکروسینتتیک پلیمری ساخته شده و مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج آزمایش های انجام شده نشان داد که با افزودن الیاف به نمونه های تیرچه بتنی، مقاومت خمشی به میزان 31/3– 96/16 درصد افزایش می یابد. همچنین، طاقت خمشی و میانگین مقاومت باقیمانده با افزودن الیاف افزایش می یابد. ضمنا«، به‏دلیل شکست ترد نمونه های بتن معمولی، طاقت خمشی و میانگین مقاومت باقیمانده در چارچوب استاندارد قابل محاسبه نشد.
    کلیدواژگان: بتن الیافی، الیاف ماکروسینتتیک، مقاومت خمشی، میانگین مقاومت باقیمانده، طاقت خمشی
  • امین تناکی زاده، غلامعلی شفابخش * صفحات 41-58
    یکی از نیازهای طراحی روسازی آسفالتی به روش مکانیستیک – تجربی تعیین مشخصات ویسکوالاستیک مخلوط آسفالتی، از جمله مدول دینامیک و زاویه فاز، است. از آنجایی که آزمایش تعیین مدول دینامیک مخلوط آسفالتی زمان بر و گران است، مدل هایی جهت پیش بینی آن توسط محققین مختلف ارائه شده است. هدف از مطالعه حاضر، بررسی برخی مدل های پیش بینی موجود جهت تعیین خواص ویسکوالاستیک مخلوط های آسفالتی داغ، گرم و حاوی خرده آسفالت است. برای این منظور، مخلوط های آسفالتی با دو نوع دانه بندی (با اندازه سنگدانه بیشینه اسمی 5/9 و 19 میلی متر) که معرف مخلوط های لایه رویه و آستر هستند و نیز سه نوع قیر خالص، قیر اصلاحی با افزودنی ساسوبیت و قیر بازیافتی به روش روسازی ممتاز طراحی شدند. آزمایش های رئومتر برشی دینامیک روی قیرها و تعیین مدول دینامیک روی مخلوط ها انجام شدند. مدل تجربی NCHRP 1-40D و مدل های میکرومکانیکی Hirsch و شکل اصلاح شده آن برای پیش بینی مدول دینامیک مخلوط آسفالتی با داده های آزمایشگاهی ارزیابی شدند. با بررسی نتایج مشخص شد که مدل تجربی NCHRP با انجام واسنجی نتایج خیلی خوبی دارد (R2>0.95) و پس از آن مدل های نیمه تجربی و میکرومکانیکی Hirsch اصلاح شده و Hirsch عملکرد مناسبی داشتند. تمامی مدل ها در پیش بینی مدول مخلوط های با دانه بندی ریزتر عملکرد بهتری داشتند. به نظر می رسد که مدل های مورد بررسی در به حساب آوردن مقاومت ناشی از برخورد سنگدانه ها چندان موفق عمل نمی کنند. استفاده از مدل های پیش بینی مدول برای پیاده سازی روش طراحی جدید در سطح 2 مناسب می باشد.
    کلیدواژگان: مدول دینامیک، مدل های پیش بینی، مخلوط آسفالتی گرم، روسازی آسفالتی بازیافتی
  • مسعود تقوی، سعید حسامی *، ابراهیم حسامی صفحات 59-70
    خواص مخلوط آسفالتی در طول زمان تحت شرایط مختلف تغییر می یابد که این تغییرات به طور مستقیم بر عملکرد مخلوط آسفالتی اثر می گذارد. اینامر نیاز به نگهداری از این راه ها را گوشزد می کند. یکی از روش های نگهداری از راه ها برای جلوگیری از خرابی های بزرگتر، استفاده از مواد جوان‏ساز برای اصلاح خواص رئولوژیک و مکانیکی قیر پیرشده موجود در روسازی می باشد تا روسازی دچار ترک خوردگی های مختلف نشده و با حفظ یکپارچگی خود از خرابی های اساسی بعدی جلوگیری کند. با توجه به میدانی بودن مطالعه ی پیش رو و هدف اصلی پژوهش، که اثبات تاثیر استفاده از مواد جوان‏ساز بر خواص پیرشدگی مخلوط آسفالتی است، از این مواد احیا گر به صورت میدانی و در محل استفاده شد. بدین منظور، چهار ترکیب به عنوان جوان‏ساز ساخته شده و روی روسازی پیرشده موجود پاشیده شدند. پس از استخراج قیر از 5/1 سانتی متری سطح روسازی، آزمایش‏های DSR، درجه نفوذ و نقطه نرمی، قبل و بعد از اعمال مواد جوان‏ساز، انجام شد. با توجه به اینکه یکی از اصلی ترین دغدغه های متخصصین در استفاده از مواد جوان‏ساز پاششی و به صورت در محل، کاهش چشم گیر اصطکاک سطح پس از اعمال این مواد می باشد، لذا آزمایش آونگ انگلیسی نیز جهت اطمینان از اصطکاک سطح جهت بازگشایی ترافیک انجام شد. نتایج اثبات کرد که در مورد آزمایش های درجه نفوذ، DSR و نقطه نرمی، تمامی ترکیبات مشخصات را بهبود بخشیدند و تفاوت چشم گیری بین آن ها نبود. نتایج آزمایش آونگ انگلیسی نیز حاکی از عملکرد مناسب این مواد از حیث اصطکاک سطح روسازی پس از اعمال مواد جوان‏ساز بود.
    کلیدواژگان: پیرشدگی، جوان ساز، خواص رئولوژیک، خواص مکانیکی، اصطکاک سطح
  • پگاه جعفری حقیقت پور، محمود رضا کی منش *، محمدرضا محمد علیها صفحات 71-85
    با بررسی تحقیقات پیرامون رفتار چقرمگی شکست مخلوط‏های آسفالتی این طور استنباط می‏شود که قطعات متعددی جهت تست چقرمگی شکست مود I (KIC) مواد آسفالتی پیشنهاد شده است. اما تاکنون قطعه استانداردی برای تست چقرمگی شکست مود III(KIIIC) مخلوط‏های آسفالتی ارائه نشده است. چنین قطعه ای باید شرایط هندسی و بارگذاری مناسبی داشته باشد که علاوه بر بیشترین سازگاری با خصوصیات عادی، در شرایط ذاتی ماده مورد آزمایش بتواند داده های تکرارپذیر، قابل اعتماد و درستی از مقاومت در برابر شکست مخلوط آسفالتی ارائه نماید. یکی از قطعاتی که این موارد را برای محاسبهKIIIC مواد آسفالتی ارائه می کند، قطعه ترک دار دیسک خمشی(ENDB[1]) است که به سبب مزایایی چون سهولت ساخت و ایجاد ترک، در مقایسه با سایر نمونه ها، و امکان شبیه سازی مود بارگذاری IIIبرای بررسی رفتار شکست مخلوط‏های آسفالتی، گزینه مناسبی به نظر می‏رسد. با وجود این، تحقیقات کمی در گذشته در مورد این قطعه برای دستیابی به داده های معتبر KIIIC انجام شده است. لذا، در این تحقیق، با هدف مطالعه دقیق تر این موضوعات، اثر هندسه و مشخصات مخلوط‏های آسفالتی بر رفتار چقرمگی شکست قطعه ENDB، با استفاده از نرم افزار اجزای محدود آباکوس، بررسی شده است. نتایج این تحقیق می‏تواند در انتخاب و معرفی قطعه استاندارد مناسب و مشخصات مناسب مخلوط‏های آسفالتی، جهت تعیین مقدار KIIIC مخلوط‏های آسفالتی، کمک به سزایی به محققین نماید. از نتایج مهم این تحقیق می‏توان به اثر ضخامت برش بر میزان چقرمگی شکست در مود بارگذاری ذکر شده اشاره نمود. به طوری که میزان چقرمگی شکست در نمونه با ضخامت برش بیشتر، افزایش یافته و با کاهش میزان درصد فضای خالی و دمای آزمایش، میزان چقرمگی شکست نیز افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: مخلوط های آسفالتی، رفتار شکست، تحلیل های عددی و آزمایشگاهی
  • مهسا دوست محمدی، سعید فرزین *، حجت کرمی، سید فرهاد موسوی صفحات 87-99
    روسازی بتن متخلخل باعث کاهش حجم رواناب سطحی، جلوگیری از ایجاد سیل و تقویت آب های زیرزمینی می شود. در تحقیق حاضر، تاثیر جایگزینی سبک‏دانه های پومیس، اسکریا و زئولیت با مقادیر حجمی 25، 50، 75 و 100 درصد با سنگ دانه بتن متخلخل، بر خصوصیات فیزیکی شامل مقاومت فشاری و درصد تخلخل بررسی گردید. ساخت نمونه ها و انجام آزمایش ها در آزمایشگاه تکنولوژی بتن دانشگاه سمنان صورت گرفت. تحلیل آماری نتایج آزمایشگاهی به کمک نرم افزار SAS 9.4 انجام شد. نتایج حاکی از آن بود که با جایگزینی سبک‏دانه ها در ساختار بتن متخلخل و حذف متناظر سنگ دانه اصلی، روند خاصی در بین نمونه ها مشاهده می شود. به صورتی که با افزایش درصد تخلخل، مقاومت فشاری نمونه ها کاهش می یابد. بیشترین میانگین مقاومت فشاری در نمونه های بتن متخلخل با جایگزینی 50 و 25 درصد اسکریا با سنگدانه مشاهده شد که به ترتیب برابر با 08/11 و 76/10 مگاپاسکال می باشد. بیشترین میانگین تخلخل نیز در نمونه حاوی 100% پومیس به عنوان سنگ دانه مشاهده شد که نسبت به تخلخل نمونه شاهد 95/55 درصد افزایش داشته است. بر اساس معادله تجربی به دست آمده با ضریب تبیین 9/0، مقاومت فشاری برای نمونه های بتن متخلخل با تخلخل متفاوت، قابل تخمین می باشد. سبک‏دانه های طبیعی پیشنهادی در این پژوهش، به دلیل فراوانی، اقتصادی بودن، تخلخل زیاد و کاهش حجم رواناب شهری، پتانسیل خوبی در استفاده در روسازی ها، به ویژه در مناطق با ترافیک کم، را دارا می باشند.
    کلیدواژگان: بتن متخلخل، سبک دانه، مقاومت فشاری، تخلخل، رواناب شهری
|
  • Mahmoud Ameri, Sayed Farhad Chavoshian Naeni, Mostafa Vamegh * Pages 1-16
    One of the important goals of the researchers is reduce the damage of asphalt pavement in order to the increses of safety of road users. The moisture is known as one of the environmental asphalt failure factor which attracted researcher’s attention. The modification would results in failure reduction and maintenance cost. SBS polymer is one of the most widely used polymers to improve the asphalt functional properties, but importing this polymer causes it much costly. So, economic assessments lead engineers to use alternative materials. In this study, in order to improve the properties of binder, a combination of two inexpensive domestic (made by Iran) polymer is used to achieve a compound similar to Thermoplastic elastomers polymer. In this regard, polymer blends of SBR and PP with same amount has been mixed. Then, this combination of polymers has been added to bitumen with ratios of 3, 4 and 5% of weight. On the other side, in order to compare performances, SBS polymer was also used in ratios of 4 and 5% in bitumen of asphalt mixtures. Moreover, in order to provide polymer stability in modified bitumen, namoclay has been added 1.5% of binder weight. Results of Marshall stability test, indirect tensile test, resilient modulus and Texas boiling test has been compared. The results has been shown equal and better performance of mixture contains 5% polymer blends in comparison with mixture contains 5 % SBS; and indicates a 20% increase in moisture resistance compared to the unmodified sample.
    Keywords: Hot mix asphalt, Moisture susceptibility, Polymer blend, Nonoclay, Indirect tensile strength, Texas boiling
  • Ramin Heidary *, Ahmad Fahimifar Pages 17-26
    With starting plastic deformation around the tunnel, the pressure on the tunnel roof increases due to the weight of the plastic area, which influences on the tunnel stability. In this paper, with considering strain-softening rock mass around the tunnel and plastic region weight and using the generalized Hook-Brown failure criterion, the stress and displacement equations around the tunnel were rewritten and solved by the semi-analytical method. The results show that considering the weight of the plastic region caused the distribution of stress around the tunnel are changed and the amount of displacement and radius of the plastic region increases. This becomes more importance in conditions with larger plastic radius. Also, by investigation of the effect of Hook-Brown criterion parameters on the displacement around the tunnel, the importance of each of the parameters is shown. The results show that Hook-Brown parameters in plastic condition have a greater effect on the displacement around the tunnel than in peak conditions.
    Keywords: Tunnel, Weight of the plastic region, Displacement, Stress, Elasto, plastic behavior
  • Mohammad Daneshfar, Abolfazl Hasani, Mohamadreza Mohammad Aliha Pages 27-39
    Concrete, as one of the most widely used building materials, has brittle behavior. Concrete pavement design factor is the 28-day concrete flexural strength. Adding fibers to concrete is effective on the ductility behavior, impact resistance, energy absorption, crack resistance, abrasion resistance, and tensile strength of the concrete and prevents crack expansion. For this purpose, a laboratory research was conducted to investigate the effect of different combinations of macro-synthetic fibers on the flexural strength of fiber-reinforced concrete, including flexural strength, average residual strength and flexural toughness. In this study, concrete specimens were constructed according to ASTM C1609, ASTM C1399 and ASTM C79 standards and were evaluated with four different macro-synthetic polymer fibers. Results of the experiments showed that adding fibers to concrete joints, the flexural strength increased by 3.31-16.96 percent. Also, the flexural toughness and average residual strength increased by addition of the fibers. Meanwhile, due to the soft break of regular concrete, flexural toughness and average residual strength could not be computed.
    Keywords: Fiber concrete, Macro, synthetic fibers, Flexural strength, Average residual strength, Flexural toughness
  • Amin Tanakizadeh, Gholamali Shafabakhsh * Pages 41-58
    One of the requirements for mechanistic-empirical design of asphalt pavement is determining the viscoelastic properties of asphalt mixture, including dynamic modulus and phase angle. Since the dynamic modulus test of asphalt mixture is time consuming and expensive, some prediction models have been proposed by various researchers. The purpose of the present study was to investigate some of the available predictive models to determine the viscoelastic properties of hot, warm and RAP-contained asphalt mixtures. For this aim, asphalt mixtures with two types of gradation (with a nominal maximum aggregate size of 9.5 and 19 mm) representing the mixtures prepared for surface and binder layers, as well as three kinds of bitumen, including neat bitumen, Sasobit-modified bitumen and reclaimed bitumen, were designed according to Superpave method. Dynamic shear rheometer and dynamic modulus tests were performed on the bitumen and the mixtures, respectively. The empirical model of NCHRP 1-40D and micro-mechanical models of Hirsch and its modified form were evaluated for estimating the dynamic modulus of asphalt mixtures using laboratory measurements. It was found that the empirical model of NCHRP performed very well after calibration (R2> 0.95) and then the semi-empirical and micromechanical models of modified Hirsch and Hirsch had a good performance. All models had a better predictability for the modulus of fine graded mixtures. It seems that the considered models are not successful in taking into account the resistance from aggregates interlocking. Application of dynamic modulus prediction models is suitable for implementation of the new design method at Level 2.
    Keywords: Dynamic modulus, Prediction models, Warm mix asphalt (WMA), Reclaimed asphalt pavement (RAP)
  • Masoud Taghavi, Saeid Hesami *, Ebrahim Hesami Pages 59-70
    Properties of asphalt mixture change with time. These changes directly affect operation of the asphalt mixture. This issue makes the road maintenance important. One of the methods of road maintenance for preventing deeper problems is using rejuvenator materials in improving the rheological and mechanical properties of the aged tar; thus, the pavement will not contront different cracks and future failures will be prevented. The main purpose of this study was to prove the effect of rejuvenator materials on asphalt mixture ageing, specialy in field cases and in situ application. Four compounds were made as rejuvenator and were sprayed over the pavement. After removing a 1.5 cm layer from top of the sample, the corresponding tar was extracted and DSR, penetration value and softening point tests, before and after applying the rejuvenator materials, were carried out. Since the friction of rejuvenated surface is an important issue for road specialists, British pendulum test was also performed in order to make sure about friction of pavement surface for reopening. Results showed that in penetration value, DSR and softening point tests, all of the 4 compounds rehabiliated the properties of asphalt mixture and their differences were not significant. Results of British pendulum test showed proper performance of the rejuvenating materials, for surface friction of the pavement, after being applied.
    Keywords: Ageing, Rejuvenator, Rheological properties, Mechanical properties, Surface friction
  • Pegah Jafari Haghighatpour, Mahmoud Reza Keymanesh *, Mohammad Reza Mohammad Aliha Pages 71-85
    By the research on the behavior of fracture toughness in asphalt mixtures, it has been suggested that several components have been proposed to test the mode III (KIIIc) fracture toughness of asphalt mixtures. But until now, a standard piece not been provided for testing fracture toughness (KIIIc) of asphalt. Such specimen should have appropriate geometric and loading conditions. In addition, it could be compatibility with the most common features in the inherent of tested materials and provide repeatable, reliable and integrity data of fracture resistance in asphalt mixture. ENDB is one of the specimens that could provide these items for calculating KIIIC of asphalt materials. It seems to be a good choice in comparing with other samples due to advantages such as ease of construction, cracks creation and simulation facilities of mode I loading for investigating of asphalt fracture behavior. The aim of this study was to investigate the effect of geometry and characteristics of asphalt mixtures on the behavior of ENDB fracture toughness. Using the finite element software (ABAQUS), geometry and meshing of the desired part have been performed. The result of this research can help in selecting and introducing the appropriate standard specimen and appropriate specifications of asphalt mixtures to determine the amount of KIIIC of asphalt mixtures to researchers. The important results of this research can be mentioned as the effect of thickness on the degree of fracture toughness in loading mode III. So the fracture toughness in the specimen with a higher thickness increases, and with the decrease in the percentage of air void and the test temperature, the degree of toughness of the fracture also increases.
    Keywords: Asphalt mixtures, Fracture behavior, Experimental, numerical analyses
  • Mahsa Doostmohamadi, Saeed Farzin *, Hojat Karami, Seyyed Farhad Mousavi Pages 87-99
    Porous concrete pavement reduces surface runoff volume, prevents flood and reinforces groundwater resources. In this research, effects of replacing concrete aggregates (25, 50, 75 and 100%) by pumice, scoria and zeolite lightweight aggregates in porous concrete on physical properties including compressive strength and porosity were investigated. Preparation of concrete samples and testing was performed in the Concrete Technology Laboratory of Semnan University. Statistical analysis of the results was performed by using SAS 9.4 software. Results showed that by replacing lightweight aggregates in the porous concrete and removing the course aggregates, certain trend was observed among the samples. As the porosity increases, the compressive strength of the samples is reduced. The highest average compressive strength in porous concrete samples was observed in substitution of 50 and 25 percent scoria with aggregates (11.08 and 10.76 Mpa, respectively). The highest average porosity was observed in the sample containing 100% pumice as aggregates, which was 55.95% more than the control sample. Based on the obtained empirical relationship (R2=0.9), the compressive strength of porous concrete can be estimated for different porosities of porous concrete samples. Due to the abundance, economical values, high porosity and reduction of urban runoff, the proposed lightweight natural aggregates of this study have great potential to be used in pavements, especially in areas with low traffic.
    Keywords: Porous concrete, Lightweight aggregate, Compressive strength, Porosity, Urban runoff