فهرست مطالب

مجله مهندسی زیر ساخت های حمل و نقل
سال نهم شماره 2 (پیاپی 34، تابستان 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/06/01
  • تعداد عناوین: 7
|
  • مرتضی اسماعیلی*، حمیدرضا حیدری نوقابی، سارا درویشی، مازیار مختاری صفحات 1-16
    تسلیح بالاست به کمک ژیوگرید ها یکی از روش هایی است که تا کنون در ادبیات فنی برای افزایش باربری و همچنین کاهش زوال بالاست، از طریق کاهش خردشدگی و نشست، مورد بررسی محققین مختلف قرار گرفته است. در این مقاله، با معرفی نوع جدیدی از ژیوگرید های ساخته شده به کمک تسمه های لاستیک فرسوده به نام ژیواسکریپ، تاثیر آن ها بر رفتار برشی بالاست در آزمایش برش بزرگ مقیاس بررسی شده است. در این راستا و به منظور بررسی تاثیر ابعاد چشمه ژیواسکریپ بر رفتار برشی بالاست و با قرار دادن ژیواسکریپ با ابعاد چشمه های 5×5، 10×10 و 25×25 سانتی متر در لایه بالاست، آزمایش های مختلفی تحت سربار های قایم 50، 100 و 150 کیلوپاسکال انجام شده و نتایج در قالب منحنی تنش برشی- جابه جایی افقی، مقاومت برشی حداکثر، زاویه اصطکاک داخلی و زاویه اتساع ارایه شده است. جمع بندی نتایج نشان می دهد که چشمه 5×5 سانتی متر، مطلوب ترین شرایط را از نظر افزایش مقاومت برشی، افزایش زاویه اصطکاک داخلی و کاهش زاویه اتساع، برای بالاست فراهم کرده است، به طوری که با قرار دادن شبکه ژیواسکریپ با ابعاد چشمه 5×5 سانتی متر، مقاومت برشی، زاویه اصطکاک داخلی و زاویه اتساع به طور میانگین نسبت به حالت بالاست بدون تسلیح به ترتیب 20% افزایش، 7% افزایش و 30% کاهش یافته است.
    کلیدواژگان: ژئواسکریپ، تثبیت بالاست، مقاومت برشی، زاویه اصطکاک داخلی، زاویه اتساع
  • محمدمهدی دادایی، فریدون مقدس نژاد، پوریا حاجی کریمی* صفحات 17-32

    در دهه های اخیر افزایش جمعیت، توسعه فزاینده شهرها و صنایع آلاینده سبب افزایش تولید گازهای گلخانه ای و ایجاد پدیده گرمایش جهانی در مناطق مختلف جهان شده است. روسازی های آسفالتی به عنوان زیرساخت اصلی سیستم حمل و نقل جاده ای به دلیل خصوصیات ریولوژیکی خود می توانند تحت تاثیر این پدیده دچار خرابی هایی با هزینه ترمیم بالا شوند. در این مطالعه با استفاده از مدل Prophet دمای سال های 1400 تا 1421 در سه دوره 7 ساله تحت سه سناریوی خوش بینانه، میانه و بدبینانه پیش بینی شده است. دقت پیش بینی این مدل براساس ضریب برازش به طور متوسط بیش از R2=0.8 بوده است. سپس بر اساس پیش بینی انجام شده نیاز کشور به قیرهای با رده بندی عملکردی متفاوت در مقایسه با مقادیر موجود نمایش داده شده است. همچنین با پیش بینی و محاسبه رده بندی عملکردی قیر سال 1440 و ارایه نتایج در دو سطح اطمینان 50% و 98% برای 34 ایستگاه هواشناسی در استان های 31 گانه ایران دید بلند مدتی از وضعیت دمایی و رده بندی عملکردی مورد نیاز قیر بر اساس اطلاعات هواشناسی هر ایستگاه ارایه شده است. افزایش دمای میانگین ایستگاه های مورد بررسی در پایان دوره 21 ساله، 73/0 و 094/1 درجه سانتی گراد به ترتیب در سطوح اطمینان 50% و 98% بوده است. با توجه به این نتایج، اکثر مناطق مورد مطالعه در سال های آتی افزایش دمای قابل توجهی را تجربه کرده و این پدیده افزایش دمای بالا و پایین عملکردی قیر را سبب می شود که موجب نیاز به استفاده از قیرهای10-76 و 10-82 می شود. افزایش دمای بالا و پایین عملکردی لزوم استفاده از قیرهای جایگزین و استفاده از افزودنی های مناسب قیر برای هر شرایط اقلیمی را ایجاب خواهد کرد.

    کلیدواژگان: گرمایش جهانی، پیش بینی دما، رده بندی عملکردی قیر، پروتکل سوپرپیو، مدل prophet
  • محمدمهدی مجیدی شاد، محمدمهدی خبیری*، فریدون مقدس نژاد صفحات 33-50

    نیاز به اجرای مخلوط های آسفالتی با مقاومت و دوام بیشتر در راستای کاهش هزینه های نگهداری همواره مدنظر محققین بوده است. آسفالت با استخوان بندی سنگدانه ای (SMA) ازجمله این آسفالت ها می باشد که بواسطه درصد قیر بهینه بیشتر و ساختار دانه بندی خاصش بهره گیری از افزودنی های پلیمری و الیاف های مختلف را مورد توجه قرار داده است. در این پژوهش ترکیب سه درصد وزنی متفاوت (10، 15 و 20 درصد) رزین اپوکسی به عنوان یک اصلاح کننده پلیمری ترموست به قیر و همچنین حضور الیاف سرامیک (0.4 درصد کل وزن مخلوط) جهت ارتقا عملکرد در برابر اثر مخرب چرخه های ذوب و یخ در مخلوط آسفالتی با استخوان بندی سنگدانه ای مورد ارزیابی قرار گرفت. بدین منظور ابتدا خصوصیات ریولوژی و شیمیایی قیر اصلاح شده بررسی و سپس تست های ریزش قیر آسفالت، کانتابرو و چرخه ذوب و یخ بر روی نمونه ها انجام پذیرفت. تحلیل نتایج نشان دهنده تغییرات مثبت در خصوصیات ریولوژی و شیمیایی قیر متناسب با درصد افزایش رزین اپوکسی بوده به نحوی که نمونه اصلاح شده با 20 درصد رزین اپوکسی کمترین میزان تخریب ناشی از سیکل های ذوب و یخ را تجربه نمود. همچنین مشخص گردید الیاف سرامیک نقش موثرتری نسبت به اصلاح کننده پلیمری در کاهش میزان ریزش قیر و افزایش مقاومت آسفالت با استخوان بندی سنگدانه ای در برابر عریان شدگی ناشی از ضربه دارا می باشد.

    کلیدواژگان: رزین اپوکسی، آسفالت با استخوانبندی سنگدانه ای (SMA)، چرخه های ذوب و یخ، کانتابرو، الیاف سرامیک
  • مسعود محسنی نیا، حسین صالح زاده* صفحات 51-62
    مقاومت کششی مناسب یکی از پارامتر های مهم در خاک های معرض تنش کششی به شمار می‏آید. در سالیان اخیر برای کنترل ترک و افزایش قابلیت کششی خاک از مواد بایوپلیمری استفاده وسیعی صورت گرفته است. در این مطالعه آزمایشگاهی قابلیت کششی ماسه بهسازی‏شده با صمغ فارسی مورد بررسی قرار گرفته‏است. بدین منظور تاثیر پارامتر های تراکم اولیه خاک، شیوه اختلاط مواد با یکدیگر، دما و رطوبت محل گیرش و زمان گیرش بر مقاومت کششی نمونه‏های بهسازی‏شده توسط آزمایش کشش غیر‏مستقیم ارزیابی گردید. پس از بررسی نتایج مشخص گردید که اضافه کردن محلول یکنواخت صمغ-آب (شامل 2% وزنی صمغ و 16% وزنی آب نسبت به وزن خاک خشک) به خاک خشک بهترین شیوه اختلاطی و تراکم اولیه نسبی 50% برای خاک، تراکم بهینه برای کسب بیشترین مقاومت کششی بوده است. همچنین ارتباط مستقیمی بین افزایش دما و کاهش رطوبت با افزایش مقاومت کششی برقرار است به طوری که با افزایش دمای محل گیرش از 25 درجه در اتاق به 50 درجه در گرمکن و کاهش رطوبت نسبی محیط گیرش از هفتاد به پانزده و سپس به صفر درصد، مقاومت کششی حداکثر به ترتیب از 154 به 270 و 442 کیلوپاسکال افزایش پیدا می‏کند.
    کلیدواژگان: مقاومت کششی، ماسه فیروزکوه، بهسازی خاک، بایوپلیمر، صمغ فارسی
  • میکائیل ناصری یالقوزآغاج*، غلامحسین حامدی، بابک گلچین، رامین مشک آبادی صفحات 63-90

    در تحقیقات گذشته در بررسی رفتار ترک های حرارتی در مخلوط های آسفالتی معمولا خصوصیات قیر و یا رفتار مخلوط آسفالتی مورد توجه قرار گرفته است. در این روش ها به نقش اجزای مختلف مخلوط آسفالتی در وقوع این خرابی ها توجه نمی شود. استفاده از مفهوم انرژی آزاد سطحی به همراه مشخصات پایه ای مواد تشکیل دهنده مخلوط آسفالتی می تواند در بررسی ترک های حرارتی نیز مورد توجه قرار گیرد. در این پژوهش سعی شده است تا نقش خصوصیات پایه‏ا‏ی مواد در رخداد این ترک ها به همراه پارامتر‏های انرژی آزاد سطحی بررسی شود. بدین منظور، مولفه های انرژی آزاد سطحی برای چهار نوع سنگدانه و هشت نوع قیر اندازه‏گیری شده است. همچنین، سختی خزشی قیر به همراه شیب نمودار سختی خزشی از آزمایش‏ ریومتر تیرچه خمشی به دست آمده است. علاوه بر این موارد، ضخامت غشای قیر بر روی سطح سنگدانه، شاخص سنگدانه و مساحت سطح ویژه سنگدانه ها نیز تعیین شده است. به منظور بررسی پتانسیل ترک خوردگی حرارتی از آزمایش خمش نیم‏دایره روی 32 ترکیب مختلف مخلوط آسفالتی در دمای پایین استفاده شده است. سپس از روش‏های آماری برای بررسی ارتباط پارامترهای مذکور با نتایج آزمایش خمش نیم‏دایره استفاده گردیده است. تحلیل های آماری نشان می دهند که مشخصات پایه ای مواد شامل ضخامت غشای قیر روی سطح سنگدانه، شاخص سنگدانه، انرژی آزاد پیوستگی، انرژی آزاد چسبندگی، نسبت مولفه بازی به اسیدی انرژی آزاد سطحی و مساحت سطح ویژه سنگدانه تاثیر معنادار و مثبت بر روی شاخص های ترک خوردگی در آزمایش خمش نیم دایره شامل انرژی شکست و چقرمگی شکست دارند.

    کلیدواژگان: ترک خوردگی حرارتی، انرژی آزاد سطحی، خصوصیات رئولوژیکی قیر، آزمایش خمش نیم&rlm، دایره
  • علی مدقالچی، پوریا رشوند*، علی دانواز صفحات 91-107

    انجام مطالعات ارزیابی بر روی پلهای مورد استفاده در سطح جاده ها یکی از فرآیند های بسیار مهم و البته زمانبر و پرهزینه به ویژه با لحاظ کردن شمارگان بالای پلهای کشور یعنی بالغ بر 35هزار دستگاه در کشور و 8658 دستگاه در استان می باشد. زمان و هزینه این مطالعات از سویی دیگر می تواند باعث ایجاد تاخیر در انجام مطالعه برای تمامی پلها و ایجاد خسارات جبران ناپذیر ناشی از عدم مدیریت صحیح تعمیر و نگهداری پلها شود. روش طرح آزمایشات تاگوچی از جمله روش هایی است که به کمک مدلهای آماری و ریاضی، از طریق تعریف آرایه های متعامد خاص خود، بجای انجام تمامی گزینه های ممکن ارزیابی، با انجام تعداد محدودی ارزیابی، ترکیب مطلوب را پیش بینی کند. در این پژوهش بر مبنای روش تاگوچی، 16 ترکیب از مشخصات و ویژگی های فیزیکی پلها و شرایط جوی و اقلیمی و ترافیکی موثر بر روی پلهای بتنی جاده ای 5 محور اصلی استان زنجان تعیین و شاخص های خرابی پلهای با این ترکیبها محاسبه گردید. نتایج پژوهش نشان داد پلهایی که در محورهای با 2 تا 3 نوبت برف سنگین، 91 الی100 روز یخبندان و تردد 26 الی30 درصدی وسایل سنگین نسبت به کل تردد عبوری در طول سال مواجه بوده و دارای طول 7.1 الی12 متر می باشند، با میانگین تخمینی 76.2725 برای شاخص خرابی سازه ای، بالاترین ریسک خرابی را دارا می باشند. در واقع این ارقام بهترین ترکیبی است که روش تاگوچی به عنوان ترکیب تخریب کننده پلها از میان تعداد زیادی از حالات ممکن معرفی کرده است. همچنین مهمترین فاکتور موثر در خرابی پلها، درصد وسایل نقلیه سنگین عبوری نسبت به کل تردد می باشد.

    کلیدواژگان: پلهای بنتی جاده ای، طراحی آزمایش، روش تاگوچی، استان زنجان، پیش بینی
  • سینا محمودپور، علی دهقان بنادکی*، ایمان گلپذیر، محمدعلی رمضانپور صفحات 109-128

    طبقه های اتصالی (RS) به دیوار نقش بسزایی در کاهش فشار جانبی زمین بر دیوار حایل نگه دارنده ترانشه ها ایفا می کنند. تاکنون تحقیقات انجام شده تنها حالت عمود بر دیوار طبقه را مورد ارزیابی قرار داده اند. در این مقاله با مدلسازی فیزیکی به بررسی نقش طبقه های مورب در کاهش فشار جانبی ساکن و محرک بر دیوار حایل در جهت بهبود پایداری ترانشه ها پرداخته شده است. در این راستا با ساخت یک سیستم شامل جعبه مکعب مستطیل در آزمایشگاه و انجام چندین سری آزمایش، تغییرات فشار جانبی بر دیوار حایل در زمان زوج طبقه های مورب با اعمال سربار مورد ارزیابی قرار گرفته شده است. مشخص شد اثر طبقه مورب رو به بالا (70 درجه) با افزایش مقدار سربار و عرض طبقه در کاهش فشار جانبی وارد بر دیوار نسبت به طبقه قایم (90 درجه) و مورب رو به پایین (110 درجه) بیشتر بوده است. نتایج این پژوهش نشان می دهد که تغییر در زاویه طبقه عمود بر دیوار چه به سمت بالا و چه به سمت پایین اثری مثبت در کاهش فشاری جانبی وارد بر دیوار با ایجاد پراکندگی در سطح نیرو و تمرکز لنگر ناشی از آن دارد اما نقش آن زمانی که عرض طبقه کم باشد، ناچیز خواهد بود.

    کلیدواژگان: مدلسازی فیزیکی، دیوار حائل صلب، فشار خاک جانبی، طبقه مورب
|
  • Morteza Esmaeili *, Hamidreza Heydari-Noghabi, Sara Darvishi, Maziar Mokhtari Pages 1-16
    Reinforcement of ballast with the help of Geogrids is one of the methods that have been studied by various researchers in the technical literature to increase the load capacity as well as reduce the deterioration of the ballast through the reduction of crushing and settlement. In this article, by introducing a new type of geogrids made with the help of waste rubber belts called Geo-scrape, their effect on the shear behavior of ballast in a large-scale shear test has been investigated. In this direction and in order to investigate the effect of the dimensions of the geo-scrap on the ballast shear behavior and by placing the geo-scrap with the dimensions of 5x5, 10x10 and 25x25 cm square in the upper layer, various tests were carried out under vertical loads of 50, 100 and 150 Kilopascal has been done and the results are presented in the form of shear stress-horizontal displacement curve, maximum shear strength, internal friction angle and dilatancy angle. The summary of the results shows that the mesh of 5x5 cm2 has provided the most favorable conditions for the ballast in terms of increasing the shear strength, increasing the internal friction angle and decreasing the dilatancy angle. So that by placing the geo-scrape with the dimensions the mesh of 5x5 cm2, the shear strength, internal friction angle and dilatancy angle are increased by 20%, 7% and 30% respectively compared to the unreinforced state.
    Keywords: Geo-scrape, ballast stabilization, Shear strength, Internal friction angle, dilatancy angle
  • MohammadMahdi Dadaei, Fereidoon Moghadas Nejad, Pouria Hajikarimi * Pages 17-32

    In recent decades, population growth, increasing urban development, and polluting industries have led to an increase in the production of greenhouse gases and the phenomenon of global warming in various regions of the world. Asphalt pavements, as the main infrastructure of the road transportation system, may suffer failures with high repair costs due to their rheological properties under the influence of this phenomenon. In this study, the Prophet model was used to predict the temperature for the years 1400 to 1421 in three 7-year periods under three optimistic, intermediate, and pessimistic scenarios. The prediction accuracy of this model based on the fitting coefficient was more than R2=0.8 on average. Based on the prediction, the country's demand for bitumen with different functional classifications is then presented in comparison with the available quantities. By predicting and calculating the functional classification of bitumen in 1440 and presenting the results at two confidence levels of 50% and 98% for 34 meteorological stations in the 31 provinces of Iran, a long-term overview of the temperature situation and the required functional classification of bitumen based on the meteorological information of each station is also provided. The increase in the average temperature of the studied stations at the end of the 21-year period was 0.73 and 1.094 degrees of centigrade at a confidence level of 50% and 98%, respectively. According to these results, most of the studied areas will experience a significant temperature increase in the coming years, and this phenomenon will increase the high and low temperatures of bitumen performance, which will require the use of PG76-10 and PG82-10 bitumen. The increase in high and low performance temperatures will require the use of alternative bitumens and the use of appropriate bitumen additives for all climatic conditions.

    Keywords: Climate Change, Global warming, Temperature Prediction, Bitumen Performance Grading, Prophet Model
  • MohammadMehdi Majidi Shad, MohammadMehdi Khabiri *, Fereidoon Moghadas Nejad Pages 33-50

    There has always been a great desire to implement asphalt mixtures with better resistance and durability. Stone matrix asphalt (SMA) is known as one of a kind. Examining the studies done on SMA asphalt and the importance of producing and implementing more durable and economical ways has made it important to increase the knowledge of the effect of new additives in this asphalt. Due to its special gradation and more optimum bitumen consumption in comparison with other asphalt mixtures, the use of polymer additives and different fibers has drawn the attention of researchers for its modification. In this research, three different percentages of epoxy resin (10%, 15%, and 20%) were added into bitumen as a thermoset polymer modifier, also ceramic fiber was used as a mixture stabilizer. To study the modification effect, the chemical and physical properties of the modified bitumen were first investigated and then bitumen drainage, Cantabro, and freeze-thaw cycles tests were carried out on the samples. The analysis of the results shows an overall improvement in the performance of asphalts with modified bitumen and ceramic fibers compared to the control samples.

    Keywords: Epoxy resin, SMA, Freeze-thaw cycle, Cantaboro, Ceramic fibers
  • Masoud Mohseninia, Hossein Salehzadeh * Pages 51-62
    Suitable tensile strength is one of the important parameters in soils subjected to tensile stress. In recent years, biopolymer materials have been widely used to control cracking and increase the tensile strength of soil. In this laboratory study, the tensile strength of sand treated with Persian gum was investigated. For this purpose, the effect of parameters of initial relative dry density of soil, materials mixing method, temperature and humidity of curing place and curing time on the tensile strength of treated samples was evaluated by indirect tensile test. After examining the results, it was found that adding a uniform gum-water solution (including 2% gum and 16% water related to the weight of dry soil) to the dry soil was the best mixing method and the initial relative density of 50% for the soil was the optimal density to obtain the highest tensile strength. Also, there is a direct relationship between the increase in temperature and the decrease in humidity with the increase in tensile strength, so that when the temperature increases from 25 degrees in the room to 50 degrees in an oven and the relative curing humidity environment decreases from seventy to fifteen and then to zero percent, the maximum tensile strength of treated samples increases from 154 to 270 and 442 kPa respectively.
    Keywords: tensile strength, Firoozkooh sand, Soil improvement, Biopolymer, Persian gum
  • Mikaeil Naseri Yalghouzaghaj *, GholamHossein Hamedi, Babak Golchin, Ramin Meshkabadi Pages 63-90

    In previous researches, the properties of bitumen and asphalt mixture have been considered for investigation of thermal cracking. In these methods, the roles of different components of the asphalt mixture are not considered. The use of surface free energy and the basic characteristics of asphalt mixture can also be used in the investigation of thermal cracking. In this research, it has been tried to investigate the role of these basic properties of materials in the occurrence of these cracks along with the surface free energy parameters. For this purpose, surface free energy components have been measured for four types of aggregates and eight types of bitumen. Also, the bitumen creep stiffness and m-value were obtained from the bending beam rheometer tests. Asphalt film thickness, aggregate index and the specific surface area of the aggregates have been also determined. For thermal cracking potential, the semicircular bending test was used on 32 different combinations of asphalt mixtures at low temperature. Then, statistical methods have been used for assessing the relationship between the mentioned parameters and the semicircular bending test results. Statistical analysis shows that the basic characteristics of the materials, including the asphalt film thickness, the aggregate index, the free energy of cohesion, the free energy of adhesion, the ratio of basic to acidic components of the surface free energy and the specific surface area of the aggregate have a significant and positive effect on the cracking indices such as semicircular bending fracture energy and fracture toughness.

    Keywords: Termal cracking, Surface free energy, Asphalt binder rheological properties, Semicircular bending test
  • Ali Medghalchi, Pooria Rashvand *, Ali Delnavaz Pages 91-107

    Conducting evaluation studies on the bridges used on the road surface is one of the most important time-consuming and costly processes, especially considering the high number of bridges in Iran, i.e., more than 35 thousand in the whole country and 8658 bridges in Zanjan province. On the other hand, the time and cost of these studies can cause delays in carrying out studies for all bridges and cause irreparable damages due to a lack of proper management of bridge repair and maintenance. Taguchi's test design method is one of the methods that predict the desired combination with the help of statistical and mathematical models, by defining its orthogonal arrays, instead of performing all possible evaluation options, by performing a limited number of evaluations. In this research, based on the Taguchi method, instead of examining 8658 bridges with 13 different criteria, only 27 combinations of the physical characteristics of bridges and atmospheric, climatic and traffic conditions affecting concrete road bridges in 5 main axes of Zanjan province were determined the deterioration indices of bridges with these combinations were calculated.It showed that the combination of bridges with 2-3 times of snow along the axis, 91-100 days of frost during the year, 26-30% of heavy vehicles passing over the bridge and a length of 7.1-12 meters has the highest structure failure index with an estimated average of 76.2725, which will lead to the highest failure risk. This means that this combination has created the highest risk of damage. Also, the most important factor in the failure of bridges is the percentage of passing heavy vehicles compared to the total traffic.

    Keywords: Concrete road bridges, Experimental design, TAGHCHI method, ZANJAN province, Prediction
  • Sina Mahmoudpour, Ali Dehghanbanadaki *, Iman Golpazir, MohammadAli Ramezanpour Pages 109-128

    Connecting relief shelves (RS) to the retaining walls play a significant role in reducing the lateral pressure of the earth on the retaining wall of the trenches. So far, the conducted research has only evaluated the vertical state of the RS. In this article, physical modeling has been used to investigate the role of inclined RS in reducing static and active lateral pressure on the retaining wall in order to improve the stability of trenches. In this regard, by making a system including a rectangular cube box in the laboratory and performing several series of 1g tests, the changes of lateral pressure on the retaining wall during the couple of inclined RS with overheads have been evaluated. It was found that the effect of an upward-sloping RS (70 degrees) with an increase in the amount of overhead and RS width in reducing the lateral pressure on the wall was greater than that of a vertical (90 degrees) and downward sloping RS (110 degrees). This result, which was proved for the first time in the current study, shows that the changes in the angle of the RS perpendicular to the wall, either upwards or downwards, have a positive effect on reducing the lateral pressure on the wall by creating dispersion in the force level and anchor concentration. Its role will be insignificant when the width of the RS is small.

    Keywords: Physical modeling, Rigid retaining wall, Lateral soil pressure, Inclined RS