The pozzolanic characteristics of a sludge incinerated into ash were determined in this study. Lime is commonly used as a stabilizer for the treatment of soils, whereas sewage sludge ash (SSA) is often applied with lime to improve soft subgrade soil. In this study, a cohesive soil categorized as A-4 (low-plasticity clay) by AASHTO classifications was mixed with SSA/lime with a 3:1 ratio. Nano-$SiO_2$ was also added to the soil. To identify changes in the workability, strength, permeability, and shear strength of the soft subgrade soil, basic soil tests were conducted, and the microstructure of the treated soil was analyzed. The results indicate that SSA/lime mixtures improve the properties of soft subgrade soil and transform the soil from "poor subgrade soil" to "good to excellent subgrade soil" with a CBR > 8. Additionally, the addition of 2% nano-$SiO_2$ increases the unconfined compressive strength of soft subgrade soil treated with SSA/lime mixture by approximately 17 kPa. However, the swelling of the treated soil increased by approximately 0.1% after the addition of nano-$SiO_2$ and lime. Thus, soil swelling should be considered before lime and nano-$SiO_2$ are applied to soft subgrade soil.
In locations where the cost or concrete is relatively high, or in situations where the weight or concrete members is to be kept to a minimum, it may be economical to use hollow reinforced concrete vertical members. Hollow reinforced concrete columns with low axial load, moderate longitudinal steel percentage, and a reasonably thick wall were found to perform in a ductile manner at the flexural strength, similar to solid columns. However, hollow reinforced concrete columns with high axial load, high longitudinal steel percentage, and a thin wall were found to behave in a brittle manner at the flexural strength, since the neutral axis is forced to occur away from the inside face of the tube towards the section centroid and, as a result, crushing of concrete occurs near the unconfined inside face of the section. If, however, a steel tube is placed near the inside face of a circular hollow column, the column can be expected not to fail in a brittle manner by disintegration of the concrete in the compression zone. Design recommendation and example by moment-curvature analysis program for curvature ductility are presented. Theoretical moment-curvature analysis for reinforced concrete columns, indicating the available flexural strength and ductility, can be conducted providing the stress-strain relation for the concrete and steel are known. In this paper, a unified stress-stain model for confined concrete by Mander is developed for members with circular sections.
In tropical regions, lateritic soil is frequently used in road embankment. However, it is one of the sources of road failure owing to its low strength. Generally, cement and lime are used as stabilizers for lateritic soil, but they are not environmentally friendly. Some studies try to use eggshells, for they are food waste and share the same chemical composition as lime. Previous researchs have shown that eggshell powder could enhance the strength of lateritic soil. This research investigated the effect of particle size of the eggshell powder and the effect of the protein-membrane presence in the eggshell on stabilizing capacity of soil. Through laboratory tests, unconfined compressive strength was examined for various particle sizes. The particle size of eggshell powder ranging between 150 ㎛ and 88 ㎛ was appropriate size that made an excellent stabilizer at 3% concentration. On the other hand, the protein-membrane reduced the stabilizing ability of the eggshell powder when the content of eggshell powder is less than 4% in soil. Numerical analysis of road embankment was performed based on the results obtained in the laboratory tests. It is shown that the eggshell powder has improved the stability of the sub-base of the road embankment.
Deep soil mixing, DSM technique has been widely used to improve the engineering properties of problematic soils. Due to growing urbanization and the industrial developments, disposal of brick dust poses a big problem and causes environmental problems. This study aims to use brick dust in DSM application in order to minimize the waste in brick industry and to evaluate its effect on the improvement of the geotechnical properties. Three different percentages of cement content: (10, 15 and 20%) were used in the formation of soil-cement mixture. Unlike the other studies in the literature, various percentages of waste brick dust: (10, 20 and 30%) were used as partial replacement of cement in soil-cement mixture. The results indicated that addition of waste brick dust into soil-cement mixture had positive effect on the inherent strength and stiffness of loose sand. Cement replaced by 20% of brick dust gave the best results and reduced the final setting time of cement and resulted in an increase in unconfined compressive strength, modulus of elasticity and resilient modulus of sand mixed with cement and brick dust. The findings were also supported by the microscopic images of the specimens with different percentages of waste brick dust and it was observed that waste brick dust caused an increase in the interlocking between the particles and resulted in an increase in soil strength. Using waste brick dust as a replacement material seems to be promising for improving the geotechnical properties of loose sand.
Rastegarnia, Ahmad;Alizadeh, Seyed Mehdi Seyed;Esfahani, Mohammad Khaleghi;Amini, Omid;Utyuzh, Anatolij Sergeevich
Geomechanics and Engineering
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v.22
no.2
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pp.143-152
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2020
In this research, soil samples of the Kerman sedimentary basin, Iran, were investigated through laboratory tests such as petrography (Scanning Electron Microscopy (SEM), X-Ray Fluorescence Spectroscopy (XRF) and X-Ray Diffraction (XRD)), physical and mechanical characteristics tests. The soil in this area is dominantly CL. The petrography results showed that the dominant clay mineral is Illite. This soil has made some problems in the earth dams due to the low shear strength. In this study, a set of samples were prepared by adding different amounts of lime. Next, the petrography and strength tests at the optimum moisture content were performed. The results of SEM analysis showed substantial changes in the soil structure after the addition of lime. The primary structure was porous and granular that was changed to a uniform and solid after the lime was added. According to XRD results, dominant mineral in none stabilized soil and stabilized soil are Illite and calcite, respectively. The pozzolanic reaction resulted in the reduction of clay minerals in the stabilized samples and calcite was known as the soil hardener material that led to an increase in soil strength. An increase in the hydrated lime leads to a decrease in their maximum dry unit weight and an increase in their optimum moisture content. Furthermore, increasing the hydrated lime content enhanced the Unconfined Compressive Strength (UCS) and soil's optimum moisture. An increase in the strength is significantly affected by the curing time and hydrated lime contents, as the maximum compressive strength is achieved at 7% hydrated lime. Moreover, the maximum increase in the California Bearing Ratio (CBR) achieved in clay soils mixed with 8% hydrated lime.
The physical and mechanical properties of red shale and black shale exposed in the Daegu area were investigated in tests conducted to determine unit weight, absorption ratio, porosity, ultrasonic velocity, unconfined compressive strength, point load strength, slake durability index, and deterioration characteristics. XRD, XRF, and SEM analyses were also performed on the shale specimens. While the unit weights of the two shales were similar, the absorption ratio and porosity were higher in the red shale than in the black shale. Despite the higher porosity of the red shale, the ultrasonic velocity, compressive strength, and point load strength were higher in the red shale, which is an unexpected result that may be due to the presence of fine laminations in the black shale. The deterioration rate, as determined from the point load strength and the slake durability index, increased with increasing immersion time and with the acidity of the immersion liquid. The deterioration rate was higher for the red shale than for the black shale because of the higher porosity of the former.
This study was performed to reuse the dyeing wastewater sludge treated by Fenton process through the solidification/stabilization technique. To solidify the dyeing sludge the industrial by-products such as blast furnace slag, fly ash and waste sand with cement were used. The laboratory scale and pilot scale test were conducted at room temperature to make construction brick which has high compressive strength and low leaching of heavy metals. The experimental results showed that blast furnace slag and fly ash could be used instead of cement and the products satisfied the regulation of Korean Standards. The blast furnace slag increased the compressive strength and the optimum ratio of slag/dyeing sludge on dry basis was found 0.4. The solidifying agent of SB series could increase rapidly the compressive strength and the optimum ratio of solidifying agent/sludge on dry basis was 0.26 at which the strength was two times compared with non-added condition. The portion of waste and industrial by-products in matrix was over 80%. From the pilot test the optimum pressure in molding was 100kg/$\textrm{cm}^2$ at which the compressive strength was over 100kg/$\textrm{cm}^2$. And the strength increased continuously to 160kg/$\textrm{cm}^2$ until 120 days curing time due to pozzolanic reaction. When SB-20 as a solidifying agent was used, the unconfined compressive strength of dyeing sludge could be obtained 110kg/$\textrm{cm}^2$ which satisfied the regulation of cement brick in Korea Standard(KS).
Recently, application of CSG is increasing in various design construction projects. At the initial stage of cementation CSG materials show the same mechanical characteristics as soil, however, as the cementation process develops, CSG materials gradually reveal material characteristics of concrete. The hardened CSG manifests elastic behavior such as maximum strength at small strain range and rapid brittle failure. In this research, PVA fiber stiffeners were used in order to: (1) reduce such brittle behavioral characteristics; (2) improve the relatively weak tension performance of CSG materials. The binding strength between the bed materials and fiber prevents rapid brittle failure and increases tensional strength of fiber reinforced CSG materials.Test results show that fiber reinforcement alone could induce the stress-strain characteristics of CSG materials from brittle failure to ductile failure and also increase the residual strength.
Al-Bared, Mohammed A.M.;Harahap, Indra S.H.;Marto, Aminaton;Abad, Seyed Vahid Alavi Nezhad Khalil;Mustaffa, Zahiraniza;Ali, Montasir O.A.
Geomechanics and Engineering
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v.19
no.1
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pp.37-47
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2019
The main objective of this study is to evaluate and compare the efficiency of ordinary Portland cement (OPC) in enhancing the unconfined compressive strength of soft soil alone and soft soil mixed with recycled tiles. The recycled tiles have been used to treat soft soil in a previous research by Al-Bared et al. (2019) and the results showed significant improvement, but the improved strength value was for samples treated with low cement content (2%). Hence, OPC is added alone in this research in various proportions and together with the optimum value of recycled tiles in order to investigate the improvement in the strength. The results of the compaction tests of the soft soil treated with recycled tiles and 2, 4, and 6% OPC revealed an increment in the maximum dry density and a decrement in the optimum moisture content. The optimum value of OPC was found to be 6%, at which the strength was the highest for both samples treated with OPC alone and samples treated with OPC and 20% recycled tiles. Under similar curing time, the strength of samples treated with recycled tiles and OPC was higher than the treated soil with the same percentage of OPC alone. The stress-strain curves showed ductile plastic behaviour for the untreated soft clay and brittle behaviour for almost all treated samples with OPC alone and OPC with recycled tiles. The microstructural tests indicated the formation of new cementitious products that were responsible for the improvement of the strength, such as calcium aluminium silicate hydrate. This research promotes recycled tiles as a green stabiliser for soil stabilisation capable of reducing the amount of OPC required for ground improvement. The replacement of OPC with recycled tiles resulted in higher strength compared to the control mix and this achievement may results in reducing both OPC in soil stabilisation and the disposal of recycled tiles into landfills.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.26
no.3
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pp.1-10
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2022
For the composite section of corrugated steel sheet and concrete, which is often used in soil structures, a conservative design method based on the ultimate strength state is still applied due to the difficulty of the analysis of compatibility condition. In this study, plastic analysis was performed on the flexural and axial strength of the composite section using two limit state design methods, LRFD and LSD. As a result of the analysis of the experimental results, the LRFD analysis value was interpreted as a conservative results for compressive strength, and it was analyzed that the effect of the concrete compressive strength was greater than the steel ratio of the steel plate. The flexural strength was analyzed to be in good agreement with the experimental results by the LSD analysis. From the parametric analysis on the design variables, the hogging moment, which is affected by the tensile strength of the steel plate, slightly decreased the increasing rate of the strength due to the influence of the bolts connection, but the sagging moment linearly increased according to the increment of steel reinforcement ratio.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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