SUPERVISOR
Mohammad ali Rowshan Zamir,Seyedmadi Hejazi
محمدعلی روشن ضمیر (استاد راهنما) سیدمهدی حجازی (استاد مشاور)
STUDENT
Shabnam Keshvari
شبنم کشوری
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1395
TITLE
An investigation into the mechanical properties of sandy soil stabilized by casein bio-polymer and polypropylene fibers
The Improvement of problematic soils has long been regarded as a main concern by civil engineers. Dune sands are considered as main common problematic soils due to their uniform gradation and lack of cohesion. So far various methods have been used for the soil modification. In this research, a combination of casein and polypropylene fibers has been used to improve the strength parameters of a typical dune sand. To prepare the stabilized soil samples, resin amounts of 1, 1.5 and 2%, and 12 mm length fibers of 0.05, 0.1 and 0.15%, relative to dry weight of the soil were used. Direct shear tests were employed at three levels of normal stresses of 50, 100 and 150kPa to determine the strength parameters of the stabilized samples provided with a treatment time of 3 days. The results of the experiments showed that increasing the amount of casein resin increases the soil strength. Adding the fiber up to 0.1% caused more strength enhancement. Thus, under a normal stress of 100kPa, the shear strength of pure sand sample as well as samples stabilized with 1, 1.5 and 2% of the resin in combination with 0.1% fibers were 67.75, 107.53, 329.82 and 474.75kPa respectively. It is observed that the shear strength has increased by increasing the amount of resin, so that at the additive content of 2% resin and 0.1% fiber the shear strength has reached to 5.8 times of the pure sand strength. The effect of wetting on the strength of the stabilized samples was also investigated. As the strength of the stabilized samples decreased under wetting conditions, small amounts of hydrated lime was used to maintain the strength of the samples in the presence of water. The results showed that the addition of lime increases the resistance of samples under wetting conditions. The optimum amount of lime required to maintain the sample strength was determined to be about 0.5% of dry weight of the soil samples. The CBR standard tests have also been used to investigate the performance of the stabilized soil as a subgrade layer. In this context, the CBR tests were conducted on the samples stabilized with 2% casein resin and 0.1% fibers as optimum additive mixture under both dry and saturated conditions. Similar tests were also conducted on samples stabilized with 2% resin as well as pure sand samples. In dry conditions, the specimens were cured at laboratory environment for 3 days. To achieve saturation conditions, the samples were immersed in a water sink for 4 days. The highest CBR values of 34% and 22% were obtained for samples with optimum additive content respectively for dry and saturated conditions. It is observed that even in saturation conditions the CBR value of the soil stabilized by 2% resin and 0.1% fiber is close to the CBR value of the soil stabilized by 2% resin in dry conditions i.e. 23%. Finally, scanning electron microscopy (SEM) images were used to determine how to improve the bond between particles Key words: dune sands, casein resin, polypropylene fibers, direct shear test, California Bearing Ratio tests, electron microscopy images
بهبود ویژگی خاکهای مسئله دار از دیرباز تا کنون مورد توجه مهندسان عمران قرار گرفته است. خاک ماسه بادی به دلیل دانهبندی یکنواخت و عدم چسبندگی بین ذرات جزء خاکهای مشکلدار محسوب میشود. تا کنون از روشهای مختلفی برای اصلاح این نوع خاکها استفاده شده است. در این تحقیق از ترکیب رزین کازئین و الیاف پلیپروپیلن به منظور بهبود پارامترهای مقاومتی خاک ماسهای استفاده شده است. برای آماده سازی نمونههای خاک تثبیت یافته، مقدار رزین 1، 5/1 و 2 درصد و میزان الیاف افزودنی 05/0، 1/0و 15/0 درصد نسبت به وزن خشک خاک با طول 12 میلیمتر مورد استفاده قرار گرفته است. به منظور تعیین پارامترهای مقاومتی نمونههای تثبیت یافته از آزمایش برش مستقیم در سه سطح تنش نرمال 50، 100 و 150 کیلوپاسکال با زمان عملآوری 3 روز نیز استفاده شده است. نتایج آزمایش ها نشان دادند که با افزایش مقدار رزین کازئین میزان افزایش مقاومت بیشتر میشود. افزودن الیاف تا مقدار 1/0 درصد باعث افزایش بیشتر مقاومت میشود. بنابراین در تنش نرمال 100 کیلوپاسکال، مقاومت برشی نمونهی ماسهی خالص و نیز نمونههای تثبیت شده با 1، 5/1و 2 درصد رزین همراه با 1/0 درصد الیاف به ترتیب برابر با 67/75، 53/107، 82/329 و 75/439 کیلوپاسکال می باشد. مشاهده شده است که مقاومت برشی با افزایش میزان رزین افزایش یافته است، بطوریکه در میزان افزودنی 2درصد رزین و 1/0 درصد الیاف مقاومت برشی به 8/5 برابر مقاومت برشی ماسهی خالص رسیده است. همچنین اثر خیسشدگی بر مقاومت نمونههای تثبیت شده مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به اینکه نمونههای تثبیت شده توسط الیاف و رزین در شرایط خیسشدگی کاهش مقاومت داشتند، از مقدار کمی آهک هیدراته برای حفظ مقاومت نمونه ها در حضور آب استفاده شد. نتایج نشان دادند که افزودن آهک باعث افزایش مقاومت نمونهها در شرایط خیسشدگی میشود. مقدار بهینهی آهک لازم برای حفظ مقاومت نمونهها در حدود 5/0 درصد وزن خشک خاک به دست آمده است. همچنین آزمایش استاندارد CBR نیز به منظور بررسی عملکرد خاک تثبیت شده به عنوان لایهی خاک بستر استفاده شده است. در این زمینه، آزمایشات CBR بر روی نمونه هایی که با رزین کازئین 2? و الیاف 1/0? تثبیت شده به عنوان مخلوط افزودنی بهینه در هر دو شرایط خشک و اشباع انجام شدند. آزمایش های مشابه نیز روی نمونه های تثبیت شده با رزین 2? و همچنین نمونه های ماسهی خالص انجام شدند. در حالت خشک نمونهها به مدت 3 روز در محیط آزمایشگاه عملآوری شدند. برای رسیدن به شرایط اشباع نمونهها به مدت 4 روز در داخل تشت آب غوطهور شدند. بیشترین مقدار CBR برای نمونهها با مقادیر افزودنی بهینه به ترتیب 34% و 22% برای شرایط خشک و اشباع به دست آمده است. ملاحظه گردید که حتی در شرایط اشباع مقدار CBR خاک تثبیت یافته توسط 2درصد رزین و 1/0 درصد الیاف به مقدار CBR خاک تثبیت یافته توسط 2 درصد رزین در شرایط خشک یعنی 23% نزدیک است. در نهایت به منظور بررسی چگونگی بهبود پیوند بین ذرات از تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی استفاده شده است. کلمات کلیدی: خاک ماسه بادی، رزین کازئین، الیاف پلیپروپیلن، آزمایش برش مستقیم، آزمایش نسبت باربری کالیفرنیا، تصاویر میکروسکوپ الکترونی