شماره ركورد
33258
پديد آورنده
عليرضا احدي
عنوان
بررسي آزمايشگاهي ظرفيت باربري قائم شمع در خاك كربناته (مطالعه موردي جزيره هرمز)
مقطع تحصيلي
دكتري
رشته تحصيلي
مهندسي عمران گرايش ژئوتكنيك
سال تحصيل
1395
تاريخ دفاع
1403/10/15
استاد راهنما
دكتر حبيب شاه نظري دكتر مهران كريمپور فرد
استاد مشاور
ندارد
دانشكده
مهندسي عمران
چكيده
تجربه شكست پروژههاي شمعكوبي در خاك هاي كربناته، ضرورت بررسي دقيقتر الگوي رفتاري ظرفيت باربري قائم شمعها در اين نوع خاك ها را آشكار ميسازد. خاكهاي كربناته به دليل داشتن ساختار آهكي داراي ويژگيهاي خاص خود مانند خردشدگي و فشردگي زياد مي باشند كه رفتار متفاوتي نسبت به خاكهاي سيليكاته دارند. اين پاياننامه به بررسي آزمايشگاهي ظرفيت باربري قائم جدار و نوك شمع در خاكهاي كربناته هرمز، هنگام، قشم و سيليكاته فيروزكوه 161، با دو درصد تراكم 30و80% در حالت خشك پرداخته است. آزمايشهاي انجامشده با استفاده از دستگاه ابداعي اودومتر بلند پنوماتيك و دستگاه برش مستقيم 10*10 سانيتمتر است. اودومتر بلند قادر است فرآيند اصطكاكي بين جدار شمع فلزي و خاك را با تقريب خوبي در مقياس آزمايشگاهي شبيهسازي كند. اين كار با تعيين پارامترهايي مانند ضريب فشار جانبي خاك در حالت سكون (K0) و تنش موثر عمودي (𝞂´v) كه در محاسبه مقاومت جدار مورد استفاده قرار ميگيرند، انجام ميشود. همچنين، دستگاه برش مستقيم با ويژگي تكرارپذيري بالا و سادگي در آمادهسازي نمونهها، شرايط لازم براي تعيين پارامترهاي مقاومت برشي، از جمله زاويه اصطكاك سطح مشترك (δ)، را فراهم ميآورد كه در محاسبات اصطكاك جدار كاربرد دارد. مشاهده شد كه مقاومت واحد جدار شمع فلزي در خاك هرمز در مقايسه با خاك فيروزكوه161 در تماس با سطح زبر براي تراكم 80% به مقدار 42% و براي تراكم 30% به مقدار 62% افت مي كند. همچنين براي سطح فلز صاف اين مقادير به ترتيب برابر 40% و 61% مي باشد. اين كاهش به دليل رخداد پديده خردشدگي در ذرات خاك كربناته مي باشد كه باعث كاهش شديد زاويه اصطكاك سطح مشترك فلز-خاك مي شود و مي تواند ظرفيت باربري در اين نوع خاك ها را كمتر از خاك هاي سيليكاته با شرايط مشابه كند. همچنين نتايج بدست آمده با مقادير پيشنهادي آييننامههاي معتبر مانند API و ARGEMA مقايسه و مشخص شد كه اين مقادير از حدود نهايي تعيين شده توسط آيين نامه ها كمتر است.
ظرفيت باربري نوك شمعهاي انتها باز را ميتوان با استفاده از تنشهاي اندازهگيريشده توسط فشارسنج انتهايي سلول اودومتر و تبديل اين دادهها به ظرفيت كل، با بهرهگيري از مارپيچهاي لگاريتمي سطح گسيختگي، ارزيابي كرد. همچنين بهكارگيري روش تحليلي گسترش حفره امكان محاسبه عددي اين پارامتر را فراهم كرد و نتايج حاصل با دادههاي آزمايشگاهي مقايسه شد. اين اختلاف براي خاك هرمز با تراكم 80% برابر 15% و براي تراكم 30% برابر 13% مشاهده شد. بنابراين، دستگاه اودومتر در اندازهگيري مقاومت نوك شمع عملكرد مناسبي داشته است. ظرفيت باربري نوك شمع در دو خاك هرمز و فيروزكوه 161 نيز مورد ارزيابي قرار گرفت و مشاهده شد كه اين پارامتر در خاك متراكم بر اثر افزايش تنش مي تواند تا 36% و در خاك سست تا 24% كاهش يابد. دليل اين امر بر مي گردد به شكست ذرات كه منجر به تغيير در اندازه و شكل دانهها شده و در نتيجه، ساختار خاك از حالت اوليه خود خارج ميشود. همچنين، اين مقادير كمتر از اعداد محدودكننده آييننامه ها بود. لذا در محاسبات مقاومت نوك شمع توسط طراحان مي بايست مورد توجه قرار گيرد.
ارزيابي مهمترين شاخص خاك هاي كربناته يعني پارامتر خردشدگي(Br) در تمامي آزمايش ها با روش هاردين انجام شد. تغييرات درصدي اين پارامتر نقش مهمي در درك بهتر رفتار اين نوع خاك و شناسايي مناطق پرفشار نظير زون برشي ايفا ميكند. مشاهده شد كه با افزايش تراكم، درصد كربنات كلسيم و فشار وارده بر خاك، خردشدگي افزايش و با افزايش ارتفاع نمونه، سرعت برش و زاويه اصطكاك، خردشدگي كاهش مي يابد. همچنين، نرخ برش با استفاده از مفهومي به نام ضريب حساسيت(β) مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان داد كه با افزايش نرخ برش، زمان لازم براي جابهجايي ذرات كاهش يافته و ضريب حساسيت عدد كمتري مي شود.
اين تحقيق با ارائه نتايج جديد و مقايسه آن با توصيهنامههاي موجود، به شناخت بهتري از رفتار خاكهاي كربناته و كاربرد آنها در پروژههاي عمراني مانند نصب شمع در مناطق ساحلي كمك كرده و ميتواند راهنمايي مفيد براي طراحي و اجراي اين پروژهها باشد.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/01/21
عنوان به انگليسي
Laboratory investigation of the vertical bearing capacity of piles in carbonate soil (case study of Hormoz Island)
تاريخ بهره برداري
1/4/2026 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
عليرضا احدي
چكيده به لاتين
The experience of pile driving projects failing in carbonate soils reveals the need for a more detailed study of the behavior pattern of the vertical bearing capacity of piles in these types of soils. Due to their calcareous structure, carbonate soils have their own characteristics such as high crushing and compaction, which behave differently from silicate soils. This thesis has investigated the laboratory study of the vertical bearing capacity of the pile wall and tip in the carbonate soils of Hormoz, Hengam, Qeshm and silicate soils of Firouzkouh 161, with two percentages of compaction of 30 and 80% in the dry state. The experiments were conducted using an innovative pneumatic long odometer and a 10 x 10 cm direct cutting device. The long odometer is able to simulate the friction process between the metal pile wall and the soil with good approximation on a laboratory scale. This is done by determining parameters such as the soil lateral pressure coefficient at rest (K0) and the effective vertical stress (𝞂´v) that are used in calculating the wall strength. Also, the direct shear device, with its high repeatability and ease of sample preparation, provides the necessary conditions for determining the shear strength parameters, including the interface friction angle (δ), which is used in wall friction calculations. It was observed that the unit resistance of the metal pile wall in Hormoz soil, compared to Firoozkouh 161 soil in contact with a rough surface, decreases by 23% for 80% density and by 21% for 30% density. Also, for the smooth metal surface, these values are 29% and 23%, respectively. This decrease is due to the occurrence of the crushing phenomenon in carbonate soil particles, which causes a sharp decrease in the metal-soil interface friction angle and can make the bearing capacity in this type of soil less than that of silicate soils with similar conditions. The results obtained were also compared with the values suggested by authoritative regulations such as API and ARGEMA and it was found that these values are less than the final limits set by the regulations. The bearing capacity of open-ended pile tips can be evaluated using the stresses measured by the end pressure gauge of the odometer cell and converting these data to the total capacity, using logarithmic spirals of the failure surface. Also, the use of the analytical method of hole expansion allowed the numerical calculation of this parameter and the results were compared with laboratory data. This difference was observed to be 15% for Hormoz soil with a density of 80% and 14% for a density of 30%. Therefore, the odometer device has performed well in measuring the pile tip resistance. The bearing capacity of the pile tip in two soils, Hormoz and Firouzkouh 161, was also evaluated and it was observed that this parameter can be reduced by up to 27% in dense soil due to increased stress and by up to 24% in loose soil. The reason for this is due to the breakage of particles, which leads to a change in the size and shape of the grains, and as a result, the soil structure is removed from its original state. Also, these values were less than the limiting numbers of the regulations. Therefore, designers should take this into account in calculating the pile tip resistance.
The evaluation of the most important indicator of carbonate soils, namely the crushing parameter (Br), was carried out in all experiments using the Hardin method. Percentage changes in this parameter play an important role in better understanding the behavior of this type of soil and identifying high-pressure areas such as the shear zone. It was observed that with increasing density, calcium carbonate percentage and pressure on the soil, crushing increases, and with increasing sample height, shear rate and friction angle, crushing decreases. Also, the shear rate was examined using a concept called the sensitivity coefficient (β). The results showed that with increasing shear rate, the time required for particle displacement decreases and the sensitivity coefficient becomes a smaller number.
By presenting new results and comparing them with existing recommendations, this research has contributed to a better understanding of the behavior of carbonate soils and their application in construction projects such as installing piles in coastal areas, and can be a useful guide for the design and implementation of these projects.
كليدواژه هاي فارسي
خاك كربناته هرمز، خردشدگي، ظرفيت باربري جدار و نوك شمع، آزمايش برش مستقيم، آزمايش اودومتر بلند
كليدواژه هاي لاتين
Hormoz carbonate soil, crushability, pile shaft and tip bearing capacity, direct shear test, pneumatic long oedometer
Author
Alireza Ahadi
SuperVisor
Dr Habib Shahnazari Dr Mehran Karimpour Fard