Document

Stabilization of adam expansive soil for possible use as pavement subgrade

Publisher
Sultan Qaboos University
Gregorian
2018
Language
English
Subject
English abstract
Expansive soils are well-known as main cause of many crack problems in civil engineering structures. The phenomenon of shrinkage and swelling due to drying and wetting cycles gave these soils the importance to be studied. This research reports the findings of an experimental study to reduce swelling behavior. For this purpose, an expansive soil was selected from Adam due to many damages on existing buildings and asphalt pavements ranging in age from 3-6 years old. Soil samples were obtained from a site in Adam. The soil was subjected to an extensive laboratory testing such as Atterberg's limits, wet sieve analysis, hydrometer, compaction, California bearing ratio (CBR), unconfined compressive strength, swelling, specific gravity, suction, X-ray fluorescence (XRF), X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscope (SEM) tests. The soil was stabilized with different stabilizers such as cement, Cement-By-Pass-Dust (CBPD) and lime. It was found that Adam soil is a highly plastic clay. Liquid limit, plastic limit and plasticity index were 83%, 35% and 48% respectively. It was also found that 69 % of the sample particles are fines (silt and clay) with an amount of clay of about 45%. The percentages of gravel and sand were 16% and 15% respectively. Adam soil is composed of expanding minerals such as montmorillonite, calcite, palygorskite, gypsum and others. These minerals exhibit swelling behavior upon wetting and shrinkage upon drying and that what explain the high swelling potential that exhibited by this type of soil which reached 10.40 % and swelling pressure of about 84 kN/m2 for the untreated soil sample. Moreover, XRF technique showed a high percentage of SiO2, Al2O3 , CaO and Fe2O3 which exceeded 74% of the mineral content. The maximum dry density and optimum water content of the compacted soil were found to be 1.55g/cm2 and 24% respectively. California bearing ratio test was also performed for dry and soaked samples. The soaked samples showed very low value of CBR of about 1.34% whereas value of CBR for dry samples reached 14.72%. The soil was subjected to total and matric suction test using filter paper method. Results showed that both types of suctions decrease with the increase in initial moisture content. The influence of the stabilizers was studied by mixing the soil with a particular percentage of each stabilizer separately. The soil was treated by mixing CBPD in amounts of 6%, 9%, 15%, 20% and 30% by dry weight of soil. Cement and lime were added in 6% and 9% of the dry weight of soil. Treated soil was subjected to various testing program. The plasticity index was found to be in the range of 41-25% showing that as the percentage of CBPD increases, the liquid limit decreases and the plastic limit increase. It was found also that there is a decrease in the dry density of the soil as the percentage of CBPD increases. Mixes with 9% cement, 9%, 15%, 20% and 30% CBPD showed low swelling values about 3%. CBR test had the highest value with soil stabilized with 15% CBPD. It reached 24%. Moreover, soil treated with 6%, 15% and 30% CBPD showed less total and matric suction values comparing with untreated soil. The effect of stabilization on rutting of pavement was investigated. The lowest value of rutting was obtained 1.2 mm when soil stabilized with 9% cement compared with 2.9 mm for untreated soil.
Arabic abstract
تعتبر التربة الانتفاخية من أهم مسببات التشققات في المنشآت الهندسية بسبب ظاهرة التقلص والتمدد التي تحدث نتيجة دورات الجفاف والرطوبة، الأمر الذي اعطى هذه النوعية من التربة المزيد من الاهتمام لدراستها ، لهذا السبب تم اختيار تربة أدم في هذا البحث نظرا لوجود العديد من التشققات في بعض المباني السكنية وكذلك تشققات في طبقة الاسفلت، حيث أن عمر هذه المنشآت يتراوح بين 3-6 سنوات، توضح هذه الدراسة النتائج التي تم التوصل اليها للتقليل من خاصية التمدد التي تتميز بها هذه التربة، بعد أن تم إخضاع تربة أدم إلى العديد من الفحوص المخبرية المكثفة بما في ذلك: حدود أتيربرج، تحليل الغربال الرطب، اختبار الهيدرومتر لتحليل النسبة الطينية،، الضغط القياس الكثافة الجافة)، نسبة تحمل كاليفورنيا، قوة الضغط، التمدد، الوزن النوعي للتربة، مقدار سحب الماء الكلي ، مقدار سحب الماء الكابيلاري ، حيود الأشعة السينية، الأشعة السينية الضوئية، المسح الالكتروني الميكروسكوبي، وقد تم معالجة تربة أدم باستخدام الأسمنت البورتلاندي العادي وغبار الاسمنت والجير المطفا كمعاملات استقرار للتربة.
لقد أظهرت النتائج أن تربة أدم تعتبر تربة عالية اللدونة ، حيث بلغ حد السيولة وحد اللدونة ومعامل اللدونة حوالي ۸۳%، ۳۰% و48% على التوالي، تحليل الغربال الرطب أن أكثر من 69٪ من جزيئات العينة هي من التربة الناعمة (الطمي والطين)، وأن نسبة الطين في العينة وصل إلى ما يقارب 45%، كما بلغت نسبة الحصى والرمل ۱۹% و%15، وجد كذلك أن تربة أدم تحتوي
على المعادن مثل المونتمورولونايت، الكلس، الباليجورسکایت وغيرها ، حيث تتميز هذه المعادن بخاصية التمدد أثناء دورات الجفاف والرطوبة، وهو ما يفسر المقدرة العالية لهذه التربة للتمدد والتي وصلت الى ۱۰
, 4 %، وأن الضغط الناشئ عن التمدد في عينة التربة غير المعالجة قد بلغ ۸۶ کیلونیوتن مترمربع، كما أوضحت تقنية الأشعة السينية الضوئية (XRF) والمسح الالكتروني الميكروسكوبي (SEM) أن هذه التربة تحتوي على نسبة عالية من ثاني أكسيد السليكون (SiO2) واکسید الألمنيوم (Al2O3) وأكسيد الكالسيوم (Ca0) وأكسيد الحديد (Fe2O3)، حيث تجاوزت النسبة أكثر من 4
7% من اجمالي المعادن الموجودة بالتربة، ومن خلال عمل اختبار الضغط فقد وجد أن أعلى كثافة جافة قد بلغت 55, اجم/سم عند أعلى محتوى للماء الذي وصل ۲۶%، أظهرت الاختباات كذلك أن نسبة تحمل كاليفورنيا للعينة الجافة قد وصلت الى ۱۹٫۷۲%، في حين بلغت النسبة للعينة المغمورة بالماء ۱٫34% فقط، كما تم اخضاع عينة التربة لاختبار سحب الماء الكلي وسحب الماء الكابيلاري ووجد أنه بزيادة محتوى الماء في العينة فان سحب الماء يتناقص تدريجيا.
تم دراسة تأثير المواد المضافة من خلال مزج التربة بنسب محددة من كل مادة، حيث تم معالجة التربة باستخدام غبار الاسمنت بنسب 6%، 9%، ۱۵%، ۲۰%و ۳۰% من وزن التربة الجافة، في حين تم استخدام نسب 6% و ۹% من الاسمنت البورتلادي العادي والجير المطفا، وقد أظهرت النتائج أنه بزيادة نسب خلط التربة بغبار الاسمنت فان حد السيولة يتناقص في حين أن حد الليونة يتزايد، إضافة إلى تناقص الكثافة الجافة بزيادة نسبة غبار الاسمنت مع التربة، كما بينت الدراسة أن مزج التربة بنسبة % ۹ و15% و:۲% و۳۰% من غبار الاسمنت ونسبة 9% من الإسمنت قد قللت من نسبة التمدد الى 3%، وقد بلغت أعلى نسبة تحمل كاليفورنيا ۲4% عند إضافة 15% من غبار الأسمنت الى التربة، كما أظهرت الدراسة أن معالجة التربة بنسبة 6% و15% و۳۰% من غبار الاسمنت قد قلل من عملية امتصاص التربة للماء بشكل كبير مقارنة بالتربة الغير معالجة ، تم كذلك دراسة تأثير التربة المعالجة على مستوى التخدد بسطح الطريق ووجد أن أقل هبوط لطبقة الأسفلت بلغ ۱٫۲ ملیمیتر مقارنة بالتربة الغير معالجة والتي وصل فيها مستوى التخدد الى ۲٫۹ مليميتر .
Category
Theses and Dissertations

Same Subject

Theses and Dissertations
0
0
Al-Hashmi, Abdulrahim Salim Omer.
Sultan Qaboos University
2017