بررسی رفتار چرخه ای مخلوط های شن و ماسه مبتنی بر EPS با دستگاه برش مستقیم
چکیده
از مواد سبک وزن پرکننده در بسیاری از کاربردهای مهندسی عمران در سراسر جهان استفاده شده است. پر کننده سبک با ترکیب دانه های پلی استایرن (EPS) و ماسه تولید می شود. چنین مواد ژئومتریال گرانولی، که به عنوان پرکننده سبک وزن شن و ماسه ای نیز شناخته می شوند، دارای قابلیت بالاتری نسبت به پرکننده های سنتی هستند، بنابراین برای بسیاری از زیر ساخت ها یعنی در مکان هاییکه نیاز به سربار کمتری می باشند مثل خاکریزهای ترانشه ای مناسب می باشند. در این مقاله رفتار استاتیکی و چرخه ای مخلوط شن و ماسه تحت شرایط آزمایش برش مستقیم مورد بررسی قرار می گیرد. آزمایشهای برش مستقیم بر روی پرکنندههای سبک انجام شده تا بتوان روابط تنش-کرنش مواد، به ویژه، تغییرات تنش-کرنش مربوط به نسبت های مخلوط EPS مشاهده نمود. رفتار این مخلوط تحت بارگذاری چرخه ای ارزش توجه زیادی دارد زیرا مطالعات کمی در حال حاضر به این موضوع پرداخته است. روابط تنش-کرنش و منحنی های افت سختی برای مخلوط های شن و ماسه ای که دارای نسبت های مختلف هستند نیز مورد بحث قرار گرفته است. دانه های EPS موجود در مخلوط بر اساس نسبت جرمی آنها نسبت به ماسه، یعنی 0.15٪ و 0.35٪هستند. آزمایش های برش مستقیم یکنواختی نیز تحت 3 تنش عمودی مختلف (40، 80، 160kPa) انجام شد و رفتار برشی سیکلی ماسه با در نظر گرفتن تنش نرمال 50 کیلو پاسکال مورد آزمایش قرار گرفت. نتایج حاصل از این آزمایش ها نشان داد که ادغام دانه EPS در شن و ماسه منجر به کاهش مدول برشی و نسبت سایشی می شود.
1- مقدمه
EPS (پلی استایرن) یک ماده ژئومتریال غیرمعمول است که از آن به دو صورت زیر استفاده می شود: بلوک های EPS (همچنین EPS geofoam نامیده می شود) و دانه های EPS مخلوط شده با خاک و بعضی اوقات بیندر(چسب)مانند سیمان پرتلند . EPS بلوکی به طور موفقیت آمیزی در بسیاری از برنامه های کاربردی مهندسی عمران، از قبیل مواد پرکرننده سبک وزن در خاکریزهای جاده ای واقع بر روی خاک های نرم [1]، بافر های لرزه ای ( زرانی و بوترست [2]، ترندافیر و همکاران [3]، آتیناسپولوس زککو و همکاران [4]، زرنانی و بوترست [5])؛ کاهش فشار تورم ناشی از خاک های انبساطی (از جمله: آیتکین [6]؛ ایکیزلر و همکاران [7]؛ روکو و لونا [8]؛ آشا و همکاران [9])؛ پایداری شیب [10] استفاده شده است.
در ادبیات موجود، مطالعات کمی به ارزیابی رفتار تنش-کرنش EPS پرداخته اند. درنهایت مشخص شده است که عوامل متعددی بر رفتار تنش-کرنشEPS مانند چگالی ، تنش محصورکننده اعمال شده، اثرات زمان، اندازه نمونه و دما تاثیر گذارند (از جمله الارگی و همکاران [11]؛ هازاریکا [12]؛ لئو و همکاران [13]؛ نیپ و همکاران [14]). علاوه بر این، مرطوب سازی EPS می تواند بر رفتار تنش-کرنش آن تاثیرگذار باشد [15]. چون و همکاران [16] و هازاریکا[12] اثر تراکم EPS را برروی پاسخ تنش-کرنش آن برای بارگذاری استاتیکی بررسی کردند. چون و همکاران [16] نشان دادند که مقاومت فشاری EPS با محدود کردن تنش کاهش می یابد. امروزه EPS به عنوان یک مواد بسته بندی یا عایق در زمینه های مختلف صنعتی در جهان استفاده می شود. مقدار زیادی از EPS ها مصرف می شود و یا اینکه به عنوان یک زباله دورانداخته می شود، در حالی که دسترسی به نتایج آزمایش های مکانیکی، استفاده از Geofoam EPS را در برنامه های کاربردی ژئوتکنیکی گسترش می دهد که همین امر موجب کاهش مقدار EPS در محل های دفن زباله خواهد شد و به سیستم های پایدار نیز کمک خواهد کرد. [17]
Abstract
Lightweight fill materials have been used in many civil engineering applications throughout the world. A lightweight fill was produced by blending expanded polystyrene (EPS) beads and sands. Such formed granular geomaterials , known as sand-EPS lightweight fills, have potential of being lightweight compared to traditional fills, thus are suitable for many infrastructure works where less overburdens are expected, e.g., utilities trench backfills. This paper examines the static and cyclic behavior of sand-EPS mixtures under direct shear test conditions. Large direct shear tests were conducted on the lightweight fills to observe materials’ stress-strain relationships, specifically, the stress-strain variations associated with the mixing ratios of EPS beads. The behaviors of mixtures under cyclic loading are worth to pay much attention on, though there are few relative studies about this at present. Cyclic stress–strain relationships and stiffness degradation curves for sandEPS mixtures with different mix ratios are also discussed. EPS beads were incorporated into the mixtures based on their mass ratios over sands, i.e., 0.15% and 0.35%. Monotonic Direct shear tests were conducted under 3 different vertical stresses (40, 80, 160kPa) and the cyclic shear behaviors of the sands was tested by considering the normal stress of 50 kPa. The results showed that the inclusion of EPS bead in sand will lead to a decreased shear modulus and damping ratio.
1. Introduction
As a non-conventional geo-material, EPS (expanded polystyrene) is used in two different ways, EPS blocks (also called EPS geofoam) and EPS beads mixed with soil and sometimes a binder like Portland cement. EPS block is being successfully used in many civil engineering applications, such as lightweight fill in roadway embankment over soft soils [1], seismic buffers (among others: Zarnani and Bathurst [2]; Trandafir et al. [3]; Athanasopoulos-Zekkos et al. [4]; Zarnani and Bathurst [5]); reduction of swelling pressure caused by expansive soils (among others: Aytekin [6]; Ikizler et al. [7]; Rocco and Luna [8]; Asha et al. [9]); slope stability [10].
In literature, there are some investigations about the evaluation of stress-strain behavior of EPS. It is found that some factors influence the stress-strain behavior of EPS such as its density, applied confining stresses, time effects, sample size and temperature (among others: Elragi et al. [11]; Hazarika [12]; Leo et al. [13]; Gnip et al. [14]). Furthermore, EPS wetting could affect its stress-strain behavior [15]. Chun et al. [16] and Hazarika [12] evaluate the influence of EPS density on its stressstrain response for static loading. Chun et al. [16] indicate that EPS compressive strength decreases with confining stress. Nowadays, EPS is currently used as a packaging or insulating material in various industrial fields in the world. A large quantity of EPS is consumed, and is disposed as a waste, whereas the availability of mechanical test results will extend the use of EPS geofoam to geotechnical applications, which will contribute to decreasing the amount of EPS ending up in landfills and will contribute to more sustainable infrastructure systems. [17]
چکیده
مقدمه
مطالعه تجربی
مواد
مجموعه آزمایش برش مستقیم
تهیه نمونه
صحت سنجی تجهیزات با استفاده ازماسه
نتیجه و بحث
نتیجه گیری
Abstract
1. Introduction
2. Experimental Study
2.1. Materials
2.2. Large Direct Shear Testing Setup
2.3. Specimen Preparation
2.4. Equipment Verification Using Sand
3. Result and Discussion
4. Conclusions
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه