فهرست مطالب

مجله مهندسی زیر ساخت های حمل و نقل
سال نهم شماره 1 (پیاپی 33، بهار 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/03/01
  • تعداد عناوین: 7
|
  • رضا جعفری سامانی، محمدمهدی خبیری* صفحات 1-24

    در سال های اخیر هزینه تعمیر و نگهداری راه ها به طور چشمگیری افزایش یافته است؛ از طرفی امروزه دفع زباله های تولیدشده توسط صنایع مختلف به یک مشکل بزرگ تبدیل شده است. ازاین رو به کارگیری مواد ضایعاتی به عنوان یک ماده افزودنی برای بهبود عملکرد قیر و آسفالت حایز اهمیت است. این پژوهش به منظور بررسی تاثیر پسماند صنعتی فریت بر عملکرد و خواص قیر و مخلوط آسفالتی انجام شد. در این مطالعه عملکرد مکانیکی مخلوط های آسفالتی طی طرح اختلاط خشک و تر فریت و تاثیر آن به عنوان افزودنی بر عملکرد قیر موردبررسی قرار گیرد. به منظور تعیین پارامتر های قیر در ابتدا فریت به صورت افزودنی به قیر اضافه شد و پس ازآن، آزمون DSR، FTIR و همچنین عکس برداری SEM انجام پذیرفت. در مرحله بعدی یک بار با قیر اصلاح شده (اختلاط تر) و بار دیگر با فیلر اصلاحی (اختلاط خشک)، آزمون-های مارشال، خستگی، خزش، کشش غیرمستقیم، حساسیت رطوبتی، کانتابرو و مدول برجهندگی در دو حالت بارگذاری نیمه سینوسی و مربعی برای مخلوط آسفالتی انجام پذیرفت. در مقایسه نتایج به دست آمده می توان گفت بهترین عملکرد در برابر خستگی مربوط به نمونه F100 از اختلاط خشک بود که کاهش 80 درصدی عمر خستگی را نسبت به نمونه شاهد منجر شد. در بقیه آزمایش ها ذکرشده بهترین عملکرد مربوط به نمونه C30 بود که به ترتیب بهبود %48، %90، %38، % 7/17، %39، 67% و 80% نتایج را نسبت به نمونه شاهد از خود نشان داد. همچنین در انجام آزمایش DSR، هرچه درصد افزودنی فریت به قیر افزایش یافت پارامتر های خستگی و شیار شدگی بهبود یافتند به شکلی که در نمونه هفت درصد بهترین عملکرد مشاهده شد.

    کلیدواژگان: پسماند صنعتی، اختلاط تر و خشک، پودر فریت، مخلوط آسفالتی
  • وحید سرافرازی* صفحات 25-42
    هدف این مقاله مقایسه خصوصیات بوژی بهبود یافته مورد استفاده در واگن باری لبه بلند معدنی جهت تحمل بارمحوری 22.5 تن با بوژی اولیه H665 است. بوژی H665 در حوزه خاورمیانه و به صورت خاص در ناوگان باری کشور ایران در حال استفاده است. تجزیه و تحلیل استاتیکی و ارتعاشی قطعات منفرد و همچنین زیرساخت های وسایل نقلیه ریلی بخش جدایی ناپذیر از فرآیند طراحی و بهبود عملکرد وسایل نقلیه ریلی است لذا در این تحقیق، آنالیز استاتیکی و ارتعاشی فریم بوژی با استفاده از روش اجزای محدود انجام شد. به منظور انجام محاسبات عددی بر اساس رویکرد FEM از بسته نرم افزاری آباکوس Abaqus استفاده شد. در این تحقیق نتایج نظری مربوط به مقادیر تنش سازه ای و همچنین فرکانس های طبیعی و شکل مودهای ارتعاشی بوژی بهبود یافته و بوژی اولیه استخراج شد و ضمن مقایسه نتایج میزان کاهش تنش سازه ای و امکان سنجی افزایش این بار محوری بررسی گردید.
    کلیدواژگان: واگن باری، بوژی بهبودیافته، روش المان محدود، آنالیز استاتیکی و ارتعاشی
  • مسعود محمدی، غلامعلی شفابخش، مصطفی صادق نژاد* صفحات 43-56

    ترک خوردگی حرارتی و حساسیت رطوبتی دو مورد از مهمترین خرابی هایی هستند که در دوره بهره برداری، روسازی آسفالتی را با تهدیدات جدی مواجه می کنند. در این پژوهش به ارزیابی آزمایشگاهی تاثیر افزودنی های نانو اکسید کلسیم و نانو کربنات کلسیم به مخلوط های آسفالتی HMA به منظور بهبود عملکرد آنها در برابر ترک خوردگی و حساسیت رطوبتی پرداخته شده است. جهت دستیابی به اهداف این تحقیق ابتدا قیر با 9/0 درصد از نانو کربنات کلسیم و 5/1 درصد نانو اکسید کلسیم ترکیب شده است و برای ارزیابی خصوصیات عملکردی نمونه های آسفالتی HMA حاوی افزودنی نانویی، آزمایشات خمش نیم دایره (SCB) در سه دمای 5- ، 10- و 15- درجه سانتی گراد، و کشش غیرمستقیم (لاتمن اصلاح شده) در دو دمای 10 و 20 درجه سانتی گراد انجام پذیرفت. بر اساس نتایج آزمایش خمش نیم دایره و کشش غیر مستقیم بهترین عملکرد و بیشترین مقاومت مربوط به نمونه حاوی Nano CaO5/1% می باشد که مقدار مقاومت آن در برابر ترک های حرارتی حدود 22 درصد بیشتر و حساسیت رطوبتی آن حدود 6 درصد کمتر از نمونه کنترل می باشد. براساس نتایج آزمایش SCB می توان دریافت که با افزایش Me از صفر تا حدود 4/0 - 6/0 که بارگذاری بصورت ترکیب کششی - برشی می باشد مقدار چقرمگی شکست کاهش و پس از آن که بارگذاری به سمت کشش خالص می رود افزایشی خواهد بود. بگونه ای که بیشترین مقاومت در برابر ترک خوردگی در حالت کشش خالص اتفاق می افتد.

    کلیدواژگان: مخلوط آسفالتی، ترک خوردگی حرارتی، حساسیت رطوبتی، نانو اکسید کلسیم، نانو کربنات کلسیم
  • حسنا سویزی، علیرضا اردکانی* صفحات 57-75
    استفاده از مصالح بازیافتی در کاربردهای مهندسی مزایای اقتصادی و زیست محیطی را به همراه دارد. دفع این مواد در محل های دفن زباله پرهزینه است و مسایل زیست محیطی بالقوه ای را ایجاد می نماید. بازیافت و استفاده مجدد از مصالح ساخت ساز و تخریب، در مواردی مانند سازه های روسازی و عناصر غیر سازه ای ساختمان، منجر به حفظ منابع طبیعی و کاهش آلودگی محیط زیست می شود. در سال های اخیر، این مصالح عمدتا در ساخت پروژه های راهسازی مورد استفاده قرار می گیرند و بنابرین رفته رفته تاثیرشان را بر روی محیط زیست نشان می دهند. در این تحقیق به بررسی مقاومت فشاری تک محوری و نسبت باربری کالیفرنیای خاک رس آبیک قزوین به کمک ضایعات بتنی (CW) و سرباره ی کوره آهن گدازی (BFS) پرداختیم. نمونه های رسی به ازای 25 و 50 درصد CW و با محتوای 2 و 4 درصد BFS تثبیت شده اند و زمان های عمل آوری 7، 14 و 28 روزه مورد استفاده قرار گرفته است. نتایج بدست آمده نشان داد که افزودن CW و BFS به خاک رسی باعث افزایش مقدار CBR ترکیب می گردد و زمان عمل آوری نیز تاثیر مثبتی را بر روی نتایج CBR می گذارد. همچنین محتوای BFS تاثیر بسزایی را بر روی مقاومت تک محوری ترکیبات رس و CW (مخصوصا رس با 50 درصد CW) می گذارد و ترکیب 50 درصد CW و 4 درصد BFS در زمان عمل آوری 28 روزه می تواند مقدار مقاومت فشاری تک محوری را تا 5 برابر افزایش دهد.
    کلیدواژگان: رس با خاصیت خمیری کم، ضایعات بتنی (CW)، سرباره ی کوره آهن گدازی (BFS)، مقاومت فشاری تک محوری، CBR
  • حسین ملکی طولابی، سید عظیم حسینی*، لیلا حاج نجفی صفحات 77-106

    باتوجه به اهمیت جاده ها و بزرگراه ها به عنوان یک عضو حیاتی از اقتصاد کشورها که برای جابه جایی مسافر و کالا مورداستفاده قرار می گیرند، مسیله نگهداری و مدیریت آن ها همواره یکی از مهم ترین و بنیادی ترین اصول زیربنایی کشورها است. کاربرد آسفالت های حفاظتی به عنوان یک اقدام پیشگیرانه در تعمیر و نگهداری روسازی ها در ایران و جهان به شکل قابل چشمگیری رواج یافته است. در عصر حاضر، یکی از مشکلات بزرگ زیست محیطی ایجاد شده، تولید قابل توجهی ضایعات ساختمانی (CW) می باشد. استفاده از CW قابل بازیافت در روسازی ها می تواند به حفظ مواد تجدیدناپذیر و درعین حال کاهش مشکلات زیست محیطی کمک کند. هدف اصلی این مطالعه، بررسی به کارگیری پودربتن بازیافتی ضایعات ساختمانی (RWCP) در طرح اختلاط آسفالت حفاظتی لایه نازک (اسلاری سیل) در مقایسه با فیلر معدنی (MF) است. برای این منظور آزمایش های چسبندگی مرطوب، سایش در شرایط مرطوب، بارگذاری چرخ - جابه جایی و بارگذاری چرخ - چسبندگی ماسه در پنج ترکیب مختلف شامل RWCP0+MF100، RWCP25+MF75، RWCP50+MF50، RWCP75+MF25 و RWCP100+MF0، بر اساس وزن کل فیلر انجام شده است و در ادامه با استفاده از شبکه های عصبی مصنوعی (ANNs)، همبستگی و دقت نتایج آزمایشگاهی مخلوط های آسفالت حفاظتی لایه نازک حاوی پودر بتن بازیافتی ضایعات ساختمانی، بررسی گردید. نتایج نشان داد که مخلوط RWCP100+MF0 با قیر باقیمانده 9 درصد، چسبندگی مرطوب، سایش، جابه جایی عمودی و جانبی را به ترتیب در حدود 27، 24، 28 و 20 درصد بهبود داده است. از مهم ترین دلایل جایگزینی فیلر RWCP، دارابودن اشکال نامنظم و سطوح ناهموار و خشن تر و درصد بالای CaO و SiO2 است که موجب بهبود عملکرد آسفالت حفاظتی لایه نازک می شود.

    کلیدواژگان: آسفالت حفاظتی لایه نازک، اسلاری سیل، پودر بتن بازیافتی ساختمانی، آزمایش سایش در شرایط مرطوب، شبکه های عصبی مصنوعی
  • صادق قوامی جمال*، مهرشاد حسینی فانی صفحات 107-118
    با توجه به اهمیت مسایل زیست محیطی و کاهش مصرف انرژی، استفاده از مصالح ضایعاتی برای بهبود خصوصیات مهندسی خاک ها در سال های اخیر به طور گسترده مورد توجه محققین قرار گرفته است. در این تحقیق تاثیر الیاف ضایعات موکت بر خصوصیات تراکمی، هیدرولیکی و تحکیمی خاک رس کایولینیت بررسی شده است. آزمایش های تراکم استاندارد، نفوذپذیری و تحیکم یک بعدی بر نمونه های خاک حاوی 5/0، 1 و 2 درصد الیاف (نسبت به وزن خشک خاک) انجام شد. به منظور بررسی اثر طول الیاف ها بر نتایج، طول الیاف ها از 6 تا 30 میلی متر تغییر کرد. نتایج نشان داد حضور الیاف ضایعات موکت موجب کاهش دانسیته خشک حداکثر و افزایش درصد رطوبت بهینه نمونه ها می شود. همچنین الیاف موکت، نفوذپذیری نمونه ها را افزایش و نشست پذیری خاک رس و شاخص تورم آن را کاهش داد. به طوری که شاخص فشردگی و شاخص تورم برای نمونه با 2 درصد الیاف با طول 30 میلی متر به ترتیب 35 و 64 درصد کاهش یافت. وجود الیاف موکت در خاک موجب افزایش سرعت تحکیم خاک رس می شود. با بررسی نتایج به دست آمده مشخص شد که تغییرات خصوصیات تحکیمی خاک رس با مقدار الیاف نسبت به طول الیاف بیشتر است.
    کلیدواژگان: خاک مسلح، الیاف موکت، پارامترهای تراکم، تحکیم، نفوذپذیری
  • میکائیل ناصری یالقوزآغاج*، مهدی ملاولی، بابک گلچین، رامین مشک آبادی صفحات 119-135
    خرابی رطوبتی در مخلوط های آسفالتی عموما به علت جداشدن قیر از سطح مصالح سنگی و به دلیل وجود آب رخ می دهد. این نوع خرابی سبب عریان شدگی و خرابی های زود رس می شود. بررسی عوامل موثر در وقوع این نوع خرابی، می تواند در بهبود روند طراحی و تولید مخلوط های آسفالتی مفید باشد. در سال های گذشته، پژوهش ها و تلاش های قابل توجهی برای کاهش این نوع خرابی ها انجام شده است. در این مقاله اثر افزودنی Polytec 505، به عنوان یک ماده جدید با آمین های پیچیده که ویژگی اسیدی قیر را کاهش می دهند، بر خرابی رطوبتی مخلوط های آسفالتی بررسی شده است. بدین منظور از دو نوع مصالح گرانیتی و آهکی و قیر 60-70 استفاده گردیده است. برای بررسی خرابی های رطوبتی از آزمایش لاتمن اصلاح شده و برای ارزیابی خصوصیات پیوستگی قیر و نیز چسبندگی قیر به سنگدانه از آزمایش های Pull Off استفاده شده است. نتایج آزمایش ها نشان می دهند که استفاده از این افزودنی، موجب افزایش در نسبت مقاومت کششی غیرمستقیم نمونه های با مصالح گرانیتی و نیز مصالح آهکی شده و در نتیجه، عملکرد این نمونه ها در برابر خرابی های رطوبتی افزایش می یابد. این بهبود با افزایش میزان استفاده از این افزودنی، بیشتر افزایش می یابد. نتایج آزمایش Pull Off نشان می دهند که استفاده از این افزودنی، مقاومت پیوستگی و چسبندگی Pull Off را بهبود می دهد.
    کلیدواژگان: آسفالت، خرابی رطوبتی، پیوستگی و چسبندگی، Polytec 505، آزمایش Pull Off
|
  • Reza Jafari Samani, MohammadMehdi Khabiri * Pages 1-24

    In recent decades, due to the high cost of road construction and environmental considerations, different waste materials have been used in asphalt mixtures. Therefore, using waste materials as an additive to improve the performance of bitumen and asphalt is important. Due to its angularity, high porosity, and surface roughness, the use of ferrite as a filler or bitumen additive is expected to increase the friction of aggregate materials and the penetration and adhesion of bitumen, thereby enhancing the physical characteristics of the asphalt mixture. This study investigates the mechanical performance of asphalt mixtures during dry and wet ferrite mixing design and its effect as an additive on bitumen performance. In order to determine the bitumen parameters, ferrite was added to the bitumen as an additive, and then DSR, FTIR, and SEM were conducted. As a next step, asphalt samples were made using modified bitumen (wet mix) and modified filler (dry mix), and Marshall, fatigue, creep, indirect tension, moisture sensitivity, Cantabro, and resilience modulus tests were conducted in two loading conditions, half-sine, and square. Adding 100% ferrite to the asphalt mixture only increased its fatigue factor to the highest value. However, compared to the control sample, the asphalt mix containing 70% ferrite and 30% cement improved the other performance factors by 48%, 90%, 38%, 17.7%, 39%, 67%, and 80%, respectively. In addition, when the percentage of ferrite added to bitumen was increased, the parameters of fatigue and rutting improved, with the seven percent sample showing the best performance.

    Keywords: Industrial waste, wet, dry mixing, ferrite powder, asphalt mix
  • Vahid Sarafrazi * Pages 25-42
    This article compares the characteristics of the improved bogie used in the long-edge mineral freight car to bear the axial load of 22.5 tons with the original H665 bogie. The H665 bogie is being used in the Middle East and specifically in the cargo fleet of Iran. Static and vibration analysis of individual parts and the infrastructure of railway vehicles is an integral part of designing and improving the performance of railway vehicles. Therefore, static and vibration analysis of the bogie frame was performed in our model using the finite element method. The Abaqus software package performed numerical calculations based on the FEM approach. In this research, theoretical results related to structural stress values , natural frequencies, and shape of vibration modes of the improved bogie and the original bogie were extracted. While comparing the results, the amount of structural stress reduction and the feasibility of increasing this axial load were investigated.
    Keywords: freight wagon, improved bogie, finite element method, static, vibration analysis
  • Masoud Mohammadi, GholamAli Shafabakhsh, Mostafa Sadeghnejad * Pages 43-56

    Thermal cracking and moisture sensitivity are two of the most important failures that face asphalt pavement with serious threats during the operation period. In this research, the effect of nano CaO and nano CaCO3 additives to HMA has been evaluated in order to improve their performance against cracking and moisture sensitivity. In order to achieve the goals of this research, bitumen was mixed with 0.9% of nano CaCO3 and 1.5% of nano CaO, and to evaluate the functional characteristics of HMA samples containing nano additives, semicircular bending (SCB) tests were performed in three The temperature was -5, -10 and -15 °C, and modified Latman was performed at two temperatures of 10 and 20°C. According to the SCB and ITS test results, the best performance and the highest resistance is related to the sample containing 1.5% Nano CaO, which is about 22% more resistant to thermal cracks and about 6% less sensitive to moisture than the control sample. Based on the SCB test results, it can be seen that with the increase of Me from zero to about 0.4-0.6 when the loading is a tensile-shear combination, the fracture toughness will decrease and then increase when the loading goes to pure tension. Such that the greatest resistance to cracking occurs in pure tension.

    Keywords: HMA, Thermal Cracking, Moisture susceptibility, Nano CaO, Nano Caco3
  • Hosna Soeizi, Alireza Ardakani * Pages 57-75
    The use of recycled materials in engineering applications brings economic and environmental benefits. Disposal of these materials in landfills is costly and creates potential environmental problems. Recycling and reuse of construction and demolition materials, in cases such as pavement structures and non-structural elements of the building, leads to the preservation of natural resources and reduction of environmental pollution. In recent years, these materials are mainly used in the construction of new road construction projects and therefore gradually show their impact on the environment. In this research, we investigated the uniaxial compression strength (UCS) and California Bearing Ratio (CBR) of clay soil stabilized with concrete waste (CW) and blast furnace slag (BFS). Clay samples were stabilized with 25 and 50% CW and 2 and 4% BFS content. Curing times of 7, 14 and 28 days were used. The obtained results showed that the addition of CW and BFS to clay soil increases the CBR value of the mixture and the curing time also has a positive effect on the CBR results. Also, the BFS content has a significant impact on the UCS of clay and clay-CW mixture (especially clay with 50% CW) and the combination of 50% CW and 4% BFS in 28 days curing time can increase the value of uniaxial compressive strength up to 5 times.
    Keywords: Low plasticity clay soil, concrete waste (CW), blast furnace slag (BFS), UCS, CBR
  • Hossein Maleki Toulabi, Seyed Azim Hosseini *, Leila Haj Najafi Pages 77-106

    Considering the importance of roads and highways as vital elements of the economy of countries which are used for transport and movement of passengers and goods, the issue of maintenance and management of them is among the most important and fundamental infrastructure of the countries. Use of the surface treatments as a preventive measure in repair and maintenance of pavements in Iran and the world is a common and worldwide practice. In the present age, one of the greatest environmental issues is considerable production of construction wastes (CW). The use of recyclable CW in pavements could help with conservation of non-renewable materials and at the same time reducing environmental problems. The main goal of this study is investigation of implementing recycled waste concrete powder (RWCP) in the mix design of the thin layer surface treatment (slurry seal) in comparison to the mineral filler (MF). For this purpose the wet cohesion test, wet track abrasion test, loaded wheel-displacement test and loaded wheel-sand adhesion test were performed in five different combinations: RWCP0+MF100, RWCP25+MF75, RWCP50+MF50, RWCP75+MF25 and RWCP100+MF0 based on the total weight of filler and then, using artificial neural networks (ANNs), the correlation and accuracy of laboratory results of thin layer surface treatment mixtures containing RWCP were investigated. The results showed that the mixture of RWCP100+MF0 with 9% residual bitumen improved sample, in terms of abrasion, wet cohesion, and vertical and lateral displacements by about 27, 24, 28 and 20%, respectively. One of the most important reasons for replacing RWCP filler is having irregular shapes and uneven and rougher surfaces and a high percentage of CaO and SiO2, which improves the performance of thin layer protective asphalt.

    Keywords: Thin layer surface treatment, slurry seal, RWCP, Wet Track Abrasion Test, ANNs
  • Sadegh Ghavami *, Mehrshad Hosseini Fani Pages 107-118
    Due to the importance of environmental issues and reducing energy consumption, the use of waste materials to improve the engineering properties of soils has been widely noticed by researchers in recent years. This research investigates the effect of carpet waste fibers on the compaction, hydraulic, and consolidation properties of kaolinite clay. Standard compaction, falling head permeability, and one-dimensional consolidation tests were performed on soil samples containing 0.5, 1, and 2 percent of fibers (relative to the dry weight of the soil). In order to investigate the effect of the fiber length on the results, the length of the fibers was changed from 6 to 30 mm. The results showed that the presence of carpet waste fibers decreases the maximum dry density and increases the optimal moisture content of the samples. Also, the carpet fibers increased the hydraulic conductivity of the samples and reduced the settlement of clay soil and its swelling index. So that the compression index and swelling index for the sample with 2% fibers with a length of 30 mm decreased by 35 and 64%, respectively. The presence of carpet fibers in the soil increases the speed of clay consolidation. From the obtained results, it was found that the changes in the consolidation properties of clay are more significant with the content of fibers compared to the length of the fibers.
    Keywords: Reinforced Soil, Carpet Waste Fibers, Compaction Parameters, consolidation, Hydraulic conductivity
  • Mikaeil Naseri Yalghouzaghaj *, Mehdi Mollavali, Babak Golchin, Ramin Meshkabadi Pages 119-135
    Moisture damage in asphalt mixtures generally occurs due to the separation of bitumen from the surface of stone materials and due to the presence of water. This type of failure causes stripping and premature failures. Investigating the effective factors in this type of damage can be useful in improving the process of designing and producing asphalt mixtures. In the past years, significant research and efforts have been made to reduce these types of failures. In this article, the effect of adding Polytec 505, as a new material with complex amines that reduce the acidic nature of bitumen, on the moisture damage of asphalt mixtures has been investigated. For this purpose, two types of granite and lime aggregate and 60-70 bitumen have been used. The modified Lottman test was used to check the moisture damage, and pull-off tests were used to evaluate the cohesion properties of bitumen and the adhesion of bitumen to aggregate. The results show that the use of this additive causes an increase in the indirect tensile strength ratio of samples with granite and limestone aggregate, and as a result, the performance of these samples against moisture damage improves. This improvement increases with the increasing of this additive. The results of the Pull-off test show that the use of this additive improves the adhesion and cohesion of pull-off pull off test.
    Keywords: Asphalt Mixture, Moisture damage, Cohesion, Adhesion, Polytec 505, Pull-off test