SUPERVISOR
Mohammad ali Rowshan Zamir
محمدعلی روشن ضمیر (استاد راهنما)
STUDENT
Amin Salehi
امین صالحی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388
TITLE
An Investigation on Strength Parameters of Clayey Soil Stabilized with Polypropylene Fibers and Soluble Polymers
The construction of engineering structures on weak soils may involve lots of risks due to differential settlement, shear failures and other instabilities. One of the main methods for stabilizing such soils is reinforcing them with tensile elements. Nowadays, regarding the production of massive amount of waste from industrial factories, their disposal is a challenging issue in environmental engineering. Thus many attempts have been made to use these materials for soil improvement purposes. Polypropylene fibers (PP fibers) are waste materials which attracted increasing attention in soil reinforcement applications. Nevertheless the combined effects of PP fibers and polymers on soil properties have not been inclusively discussed till now. The main aim of this research study was to investigate the effect of PP fibers and polymer admixture on the strength parameters of clayey soils both individually and in combined percentages using unconfined compression, direct shear and triaxial compression tests. In this context, PP fibers with 12 mm length mixed with the soil samples in contents of 0.3, 0.5, 0.75 and 1 percent by weight of dry soil. The PP fibers were white discrete short fibers. The polymer was an amino based powder called FTR-88 and added and mixed with soil in weight percentages of 5% and 8% to prepare samples for conducting different strength tests. Unconfined compression tests on the soil samples reinforced with PP fibers showed a significant increase in both unconfined compressive strength as well as failure strain while the soil stiffness decreased. Also, adding the FTR polymer in different percentages with three different curing times (6 hr, 1 day and 3 days) showed that unconfined compressive strength and stiffness of samples increased significantly. As the gel time of FTR polymer in water presence was only a few hours so the differences in strengths of samples with curing times of 1 and 3 days were negligible. It was also found that the samples with different percentages of PP fibers and polymer in various curing times gained more than 95% of their final strength only after 1 day. Moreover, the difference between final strength of samples with 5% and 8% polymer was less than 10%, so the 5% FTR polymer was suggested as an optimum content. The optimum percentage of fibers for achieving maximum strength was also found at 0.3%. The test results indicated that the inclusion of fiber reinforcement within non stabilized and stabilized soil caused an increase in the unconfined compressive strength. It was found that fiber content, polymer content and curing time had significant influence on the engineering properties of the fiber-polymer treated samples. Direct shear tests on soil samples reinforced with PP fibers showed that the reinforcement didn’t make a great change in the shear strength relative to the soil samples. However, the amount of increase in the soil cohesion was more pronounced in comparison with that of the internal friction angle. Conducting consolidated-undrained triaxial compression tests (CU) on clay samples with optimum content of FTR polymer (5 percent) and various amounts of PP fibers, it was found that the PP fiber content of 0.3% had the most increasing effect on the strength of samples. In addition, using combined additives of PP fibers and polymer in the soil samples showed much better effects than using them individually. Keywords: Stabilized soil, polypropylene fiber (PP), polymer (FTR-88), unconfined compression, triaxial compression (CU), direct shear tests
ساخت سازه های مهندسی بر روی بستر نرم و سست به دلیل نشست های ناهمسان و گسیختگی های برشی دارای خطرات زیادی است. لذا یکی از روش های اصولی برای داشتن بستری سخت و محکم بحث تسلیح خاک است. با توجه به اینکه امروزه دفع مواد ضایعاتی کارخانه ها، به عنوان یکی از معضلات و مسائل اساسی در مهندسی محیط زیست مطرح است، لذا برای کاهش آلاینده های زیست محیطی، از این گونه ضایعات برای بهبود خواص مهندسی خاک استفاده شده است. الیاف پلی پروپیلن از این نوع تسلیح کننده ها هستند که تحقیقات زیادی در حال حاضر در مورد آن hy;ها بر روی خاک های مختلف از جمله رس انجام گرفته است. با توجه به اینکه تأثیر توأم این تسلیح کننده و پلیمر تا کنون روی خواص خاک مطرح نشده است، لذا در این پایان نامه پارامترهای مقاومتی خاک رسی تسلیح شده با لیاف پلی پروپیلن و تثبیت شده با پلیمر هر کدام به صورت مجزا و همچنین توأم با هم تحت آزمایش های تک محوری، برش مستقیم و سه محوری مورد ارزیابی قرار گرفته است. الیاف مورد استفاده از نوع الیاف پلی پروپیلن به طول 12 میلی متر به صورت الیافی مجزا می باشند که در درصدهای وزنی مختلف از 3/0 تا 1 درصد به خاک افزوده شده است . پلیمر مورد استفاده پودری سفید رنگ با نام تجاری FTR-88 بوده که از کارخانه صنایع شیمیایی فارس تهیه شده و در درصدهای وزنی 5 و 8 درصد به صورت وزنی از خاک خشک مورد استفاده قرار گرفته اند و آزمایش های مختلف روی آن ها صورت گرفته است. آزمایش های تک محوری بر روی نمونه های رسی تسلیح شده با الیاف PP نشان داد که افزودن الیاف پلی پروپیلن به خاک، افزایش مقاومت تک محوری نمونه ها و کاهش سختی را در پی دارد. به عنوان مثال افزودن تنها 3/0 درصد الیاف PP مقاومت فشاری محدود نشده نمونه ها را از 135 کیلوپاسکال به 245 کیلوپاسکال افزایش و سختی را از 95/4 به 8/3 مگاپاسکال کاهش می دهد. همچنین افزودن پلیمر به خاک در درصدهای متفاوت و در زمان های عمل آوری 6 ساعت، 1 روز و 3 روز نشان داد که افزودن پلیمر به خاک، مقاومت فشاری محدود نشده و سختی خاک را افزایش می دهد. به عنوان مثال افزودن 5 درصد پلیمر به خاک بعد از 1 روز عمل آوری، مقاومت فشاری را از 135 کیلوپاسکال به 205 کیلوپاسکال (بیش از 5/1 برابر) رسانده و همچنین سختی خاک را به حدود دو برابر افزایش داده است. هم چنین زمان گیرش پلیمر در زیر آب کمتر از چند ساعت بوده و اختلاف ناچیزی بین مقاومت نمونه ها در زمان عمل آوری 1 روز و 3 روز مشاهده گردید. پس از ترکیب خاک رس با درصدهای متفاوت الیاف و پلیمر در زمان های عمل آوری متفاوت نشان داد که اولاً نمونه ها پس از 1 روز به بیش از 95 درصد مقاومت نهایی خود رسیده اندو ثانیاً تفاوت بین مقاومت نهایی نمونه های دارای 5 و 8 درصد افزودنیِ پلیمر کمتر از 10% می باشد. در نتیجه به لحاظ صرفه ی اقتصادی مقدار بهینه پلیمر به میزان 5 درصد پیشنهاد گردیده است. آزمایش های برش مستقیم بر روی نمونه های رسی تسلیح شده با الیاف PP نشان داد که افزودن الیاف پلی پروپیلن به خاک، منجر به تغییرات چشمگیری در مقاومت برشی نمونه ها نسبت به خاک غیرمسلح نمی شود البته بیش از آن که میزان زاویه اصطکاک داخلی خاک را تحت تأثیر خود قرار دهد، چسبندگی خاک را افزایش می دهد. آزمایش های سه محوری CU بر روی نمونه های رسی مسلّح به الیاف PP و تثبیت شده با درصد پلیمر بهینه (5 درصد) در زمان عمل آوری 1 روز حاکی از بهبود بیشتر در مقاومت خاک با استفاده ی هم زمان از تسلیح و تثبیت بود. نتایج حاصله نشان داد که میزان الیاف 3/0 درصد بهینه ترین حالت برای ترکیب خاک رس با الیاف است. به علاوه اثر ترکیبی تسلیح و تثبیت نیز بیشتر در افزایش پارامتر چسبندگی خاک مشاهده گردید. کلمات کلیدی : تسلیح و تثبیت خاک رسی، الیاف پلی پروپیلن (PP)، پلیمر (FTR-88)، آزمایش های تک محوری، سه محوری (CU) و برش مستقیم