توصيفگر ها :
شمع پيچشي مخروطي , دستگاه فشار همه جانبه مخروطي , مدل سازي فيزيكي , آزمايش برش مستقيم , تاثير تزريق , صمغ عربي , صمغ فارسي , SEM
چكيده فارسي :
با توجه به استفاده¬ي روزافزون از سازه¬هاي شمعي، دست يافتن به بهترين نوع شمع از لحاظ هندسه كه داراي عملكرد مناسب در برابر انواع بارهاي سازه¬اي باشد و همچنين از لحاظ اقتصادي داراي بيشترين كاربرد مواد و مصالح باشد، بسيار حائز اهميت است. همچنين استفاده از روش¬هايي براي بهبود عملكرد شمع مي¬تواند مورد استفاده قرار گيرد. يكي از انواع شمع¬ها كه از تلفيق دو شمع پيچشي و مخروطي به دست آمده است و همزمان از مزاياي هر دو شمع استفاده مي¬كند و مي¬تواند عملكرد خوبي داشته باشد، شمع پيچشي مخروطي مي¬باشد. با توجه به اين¬كه مخروطي شدن شفت شمع پيچشي باعث بهبود عملكرد شمع و افزايش ظرفيت باربري و سختي شمع شده است، روش نصب اين شمع كه به صورت گشتاور به درون زمين نصب مي¬شود، باعث كاهش پارامترهاي مقاومتي خاك اطراف شمع مي¬شود. يكي از روش¬هاي بهبود عملكرد شمع استفاده از روش تزريق مي¬باشد. تزريق در شمع كاهش پارامترهاي مقاومتي خاك اطراف شمع را جبران كرده و باعث افزايش فاكتورهاي مقاومتي شمع مي¬گردد. اصولا ماده¬اي كه براي تزريق در شمع¬ها استفاده مي¬شود، ملات سيمان مي¬باشد. سيمان باعث انتشاز گازهاي گلخانه¬اي مي¬شود و مشكلات زيست¬محيطي را به همراه دارد. يكي از موادي كه مي¬تواند در بهبود پارامترهاي مقاومتي خاك مورد استفاده قرار بگيرد و جايگزين مناسبي براي سيمان مي¬باشد، بيوپليمرهاي صمغ هستند كه ماده¬اي سازگار با محيط¬زيست مي¬¬باشند. در اين تحقيق براي اولين بار از صمغ براي تزريق در شمع پيچشي مخروطي استفاده شده و رفتار شمع تحت بار محوري در دستگاه فشار همه جانبه مخروطي(FCV) و در خاك ماسه بد دانه¬بندي شده در حالت بدون انجام تزريق و با انجام تزريق مورد بررسي قرار گرفته است. پس از تحقيق و بررسي¬هايي كه انجام شد، صمغ فارسي و صمغ عربي كه يك نوع بيوپليمر هيدروكلوئيدي مي-باشد، براي تزريق انتخاب شده است. ابتدا يك طرح آزمايش براي آزمايش برش مستقيم بر اساس طرح آزمايش تاگوچي آماده شد كه در آن سه پارامتر صمغ فارسي، صمغ عربي و مدت عمل¬آوري در سه سطح تغيير مي¬كردند. پس از انجام آزمايش برش مستقيم بر روي نمونه¬هاي بهبوديافته با صمغ، تحليل تاگوچي بر روي نتايج انجام شده و حالت¬هاي بهينه براي هر پارامتر به دست آمده است. پس از بررسي¬هاي انجام گرفته اين نتيجه به دست آمد كه صمغ فارسي عملكرد بهتري نسبت به صمغ عربي دارد. بنابراين در آزمايش¬هاي مربوط به FCV-IUT از صمغ فارسي براي تزريق استفاده شد. شمع پيچشي مخروطي دو پره در سه نسبت فاصله پره¬ به قطر پره مختلف در حالت بدون تزريق و با انجام تزريق تحت بارگذاري فشاري قرار گرفت. ظرفيت باربري و سختي اوليه هر كدام از آزمايش¬ها محاسبه گرديد و نتايج آن با يكديگر مقايسه شدند. نتايج نشان دادند كه با انجام تزريق در هر كدام از حالت¬ها، خاك تركيب¬شده با صمغ در اطراف شمع بهبود يافته كه باعث افزايش در ظرفيت باربري و سختي اوليه شمع شده است و با افزايش پارامتر نسبت فاصله پره¬ها به قطر پره، ظرفيت باربري و سختي شمع افزايش بيشتري مي¬يابد. همچنين نتايج مربوط به SEM بر روي نمونه¬هاي بهبوديافته با صمغ نشان داد كه صمغ با تشكيل پل¬هاي هيدروكلوئيدي بين ذرات ماسه باعث افزايش در چسبندگي و با تغيير شكل ذرات باعث افزايش زاويه اصطكاك داخلي خاك شده است.
چكيده انگليسي :
Due to the increasing use of pile structures, achieving the best type of pile in terms of geometry that can provide the best performance against a variety of structural loads seems essential. Furthermore, from an economic point of view, it is important to have the most use of materials. Moreover, there are some practical methods that can be considered to improve the performance of the piles. A tapered helical pile is a special type of pile foundation created from the combination of helical and tapered piles and simultaneously, enjoys the positive features of either of them exhibiting good performance. Owing to this fact that the taper of the helical pile shaft enhances the pile performance and increases the bearing capacity and stiffness of the pile, the installation method of this pile, which is installed by applying torque to the ground, reduces the soil resistance parameters around the pile. One way to improve the performance of the pile is to use the grouting method. As a matter of fact, grouting into the pile compensates for the decrease in soil resistance parameters around the pile and increases the pile resistance factors. Basically, the material used for grouting in piles is cement mortar. Cement emits greenhouse gases and poses environmental problems. One of the materials that can be used to improve soil resistance parameters and can be considered as a good alternative for cement are environmentally friendly materials called gum biopolymers. In this research, for the first time, the gum is used for grouting in a tapered helical pile and the behavior of the pile under axial load in the frustum confining vessel (FCV) and in poorly granulated sand soil in the state without grouting and by grouting has been reviewed. After research, Persian gum and Arabic gum, which is a type of hydrocolloid biopolymer, have been selected for grouting. First, a test design for the direct shear test based on the Taguchi test design was prepared in which the three parameters of Persian gum, Arabic gum, and curing time varied at three levels. After doing the direct shear test on improved specimens by gum, Taguchi analysis was performed on the results and optimal states for each parameter were obtained. Following the investigations, it was concluded that Persian gum has a better performance than Arabic gum. Therefore, in the tests related to FCV-IUT, Persian gum was used for grouting. In this experiment, the compressive loading was applied to the tapered helical piles with two helixes which its helixes had been positioned at three different distances in comparison to the helix diameter, and the situation was assessed in the grouting without grouting states. The bearing capacity and initial stiffness of each test were calculated and the results were compared. The results indicated that by grouting in each case, the soil mixed with gum around the pile was improved leading to an increase in the bearing capacity and initial stiffness of the pile. Besides, by increasing the distance between helixes and the helix diameter, the bearing capacity and stiffness of the pile increased more. Also, the results related to SEM on improved samples by gum showed that gum increased the cohesion by forming hydrocolloid bridges between sand particles and increased the internal friction angle by deforming the particles.
