This paper studies the swelling and strength characteristics of unimproved and improved expansive soils in terms of the swell potential, swelling pressure, rate of secondary swelling, unconfined compressive strength and California bearing ratio (CBR). The admixtures used in this study are locally available cement and fly ash. The soils used in this study were taken from the Mae Moh power plant, Lampang Province, in northern Thailand. A conventional consolidation test apparatus was used to determine the swelling of the soil specimen. The optimum admixture contents are determined to efficiently reduce the swelling of unimproved soil. The rate of secondary swelling for unimproved soil is within the range of highly plastic montmorillonite clay, whereas the specimens improved with optimum admixture contents can be classified as non-swelling kaolinite. A soil type affects the swelling pressure. Expansive soil improvement with fly ash alone can reduce swelling percentage but cannot enhance the unconfined compressive strength and CBR. The strength and swelling characteristics can be predicted well by the swelling percentage in this study.
Volume changes of soils induced by inorganic acids cause severe foundation and superstructure failures in industrial buildings. This study aimed to assess the potential of fly ash to control volume changes in soils under acidic environment. Two soils such as black cotton soil predominant with montmorillonite and kaolin clay predominant with kaolinite were used for the present investigation. Both soils exhibited an increase in swelling subjected to phosphoric acid contamination. Ion exchange reactions and mineralogical transformations lead to an increase in swelling and a decrease in compressibility in black cotton soil, whereas phosphate adsorption and mineral dissolution lead to an increase in swelling and compressibility in case of kaolin clay. Different percentages of Class F fly ash obtained from Ramagundam national thermal power station were used for soil treatment. Fly ash treatment leads to significant reduction in swelling and compressibility, which is attributed to the formation of aluminum phosphate cements in the presence of phosphoric acid.
Ali, Muhammad;Aziz, Mubashir;Hamza, Muhammad;Madni, Muhammad Faizan
Geomechanics and Engineering
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v.22
no.3
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pp.227-236
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2020
Expansive soils are renowned for their swelling-shrinkage property and these volumetric changes resultantly cause huge damage to civil infrastructures. Likewise, subgrades consisting of expansive soils instigate serviceability failures in pavements across various regions of Pakistan and worldwide. This study presents the use of polypropylene fibers to improve the engineering properties of a local swelling soil. The moisture-density relationship, unconfined compressive strength (UCS) and elastic modulus (E50), California bearing ratio (CBR) and one-dimensional consolidation behavior of the soil treated with 0, 0.2, 0.4, 0.6 and 0.8% fibers have been investigated in this study. It is found that the maximum dry density of reinforced soil slightly decreased by 2.8% due to replacement of heavier soil particles by light-weight fibers and the optimum moisture content remained almost unaffected due to non-absorbent nature of the fibers. A significant improvement has been observed in UCS (an increase of 279%), E50 (an increase of 113.6%) and CBR value (an increase of 94.4% under unsoaked and an increase of 55.6% under soaked conditions) of the soil reinforced with 0.4% fibers, thereby providing a better quality subgrade for the construction of pavements on such soils. Free swell and swell pressure of the soil also significantly reduced (94.4% and 87.9%, respectively) with the addition of 0.8% fibers and eventually converting the medium swelling soil to a low swelling class. Similarly, the compression and rebound indices also reduced by 69.9% and 88%, respectively with fiber inclusion of 0.8%. From the experimental evaluations, it emerges that polypropylene fiber has great potential as a low cost and sustainable stabilizing material for widespread swelling soils.
Clayey soils with swelling and shrinkage characteristics have been major causes for many problems in roads, buildings and other civil engineering infrastructure in various areas of Pakistan, particularly where there are several patches of such soils on either side of Indus River. As the consistency characteristics are directly related with the variation of moisture content; therefore, this study was explicitly focused to investigate the effect of lime and wheat straw on the consistency characteristics of clayey soils with relatively high swelling and shrinkage characteristics. The consistency test results indicate that by the increase in lime content there is a decrease in the plasticity index of soil; for instance, 10% lime content resulted to 59% decrease in the plasticity index value. On the other hand; the addition of wheat straw resulted in a significant increase in the plasticity index; for instance, 10% wheat straw content resulted to a 120% increase in the plasticity index. This study has further shown that the shrinkage and swelling of clayey soils which resulting to several problems in the civil engineering infrastructures may adequately be managed through mixing an appropriate amount of lime and wheat straw as soil stabilizing agent for both immediate and long-term effects.
It has been recently reported that the presence of sulphate causes abnormal volume changes in lime-stabilized soils. Volume changes in lime-stabilized soils can take place due to sulphate compounds such as ettringite. Sulphate compounds caused a variety of serious geotechnical hazards such as swelling pressure and damages to light structures and pavements. This paper discusses the influence of sulphate on the soil specimens treated with quicklime and chemical additives. The physical and mechanical characteristics were studied by means of laboratory tests. The results showed that the presence of sulphate treated soil reduced the shear strength of the lime treated soils and increased the swelling properties. SEM and XRD results indicated that the presence of sulphate producted needle-like crystals such as ettringite. Moreover, the role of needle-like crystals in specimen was probably related to the swelling properties.
Farghaly, Ahmed Abdelraheem;El-Shater, A.;Naiem, Mostafa Abdou Abdel;Hamdy, Fatma
Advances in Computational Design
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v.5
no.1
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pp.1-11
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2020
Soil is the fundamental element in the construction process. Soil problems affect the safety of the structures, even so the high quality of the structures and so, bad soil found the structures will affect the lifetime or even destroy the structures built on it. Therefore, the study of soil is an important step in the construction process and the investigation of the most effective characteristics of a special kind of soil (shale soil), i.e. Atterberg limits, swelling pressure, swelling potential and unconfined compression strength, are the most effective soil properties. A big projects will be constructed in new urban extension areas with expansive shale soils, like at Al-Kawamil and new Akhmim shale soils which associated with soil problems, treatment system should be used to ensure the stability of the soil under the structures foundations one of the most effective methods is by adding lime solution to the soil by specific quantities, which affect on the properties of the shale soil by decreasing the swelling and increasing the compressive strength of the treatment soils. Experimenting with the soil added to the lime, it was found that the addition of lime solution 6% improve c j the properties of the soil. The results of the tests showed the high effectiveness of using lime in the treatment of Al-Kawamil soil
Al-Mahbashi, Ahmed M.;Elkady, Tamer Y.;Alrefeai, Talal O.
Geomechanics and Engineering
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v.8
no.5
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pp.687-706
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2015
Methods commonly used to evaluate the improvement of lime-treated expansive soil include swelling characteristics and unconfined compressive strength. In the field, lime-treated expansive soils are in compacted unsaturated state. Soil water characteristic curves (SWCCs) represent a key parameter to interpret and describe the behavior of unsaturated expansive soil. This paper investigates the use of SWCC as a technique to evaluate improvements acquired by expansive soil after lime treatment. Three different lime contents were considered 2%, 4% and 6% by dry weight of clay. Series of tests were performed to determine the SWCC for the different lime content under curing periods of 7 and 28 day. Correlations between key features of the soil water characteristic curves of lime treated expansive soils and basic engineering behavior such as swelling characteristics and unconfined compression strength were established. Test results revealed that initial slope ($S_1$), saturated water content ($w_{sat}$), and air entry value (AEV) play an important role in reflecting improvement in engineering behavior achieved by lime treatment.
Compacted bentonites were chosen as the backfill material and buffer in high level nuclear waste disposal due to its high swelling pressure, high ion adsorption capacity and low permeability. It is essential to estimate the swelling pressure in design and considering the safety of the nuclear repositories. The swelling pressure model of expansive clay colloids was developed based on Gouy-Chapman diffuse double layer theory. However, the diffuse double layer model is effective in predicting low compaction dry density (low swelling pressure) for certain bentonites, and invalidation in simulating high compaction dry density (high swelling pressure). In this paper, the new relationship between nondimensional midplane potential function, u, and nondimensional distance function, Kd, were established based on the Gouy-Chapman theory by considering the variation of void ratio. The new developed model was constructed based on the published literature data of compacted Na-bentonite (MX80) and Ca-bentonite (FoCa) for sodium and calcium bentonite respectively. The proposed models were applied to re-compute swelling pressure of other compacted Na-bentonites (Kunigel-V1, Voclay, Neokunibond and GMZ) and Ca-bentonites (FEBEX, Bavaria bentonite, Bentonite S-2, Montigel bentonite) based on the reported experimental data. Results show that the predicted swelling pressure has a good agreement with the experimental swelling pressure in all cases.
AlZubaidi, Raddi M.;AlRawi, Kawkab H.;AlFalahi, Ahmed J.
Geomechanics and Engineering
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v.5
no.6
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pp.565-574
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2013
Extensive study was carried out on Clay expansive soil. This soil was silty clay and can be classified as CH. The degree of expansion was found to range from low to medium depending on the free swell and swell pressure tests. The research investigated the effect of using cement dust on swelling potential, Atterberg Limit, linear shrinkage, and mineralogical composition of expansive soil. The results showed that the swelling potential, plasticity index, linear shrinkage, and clay minerals decrease with increasing cement dust percentage. The cement dust accumulates in huge amounts as a side product in cement factories, and the disposal of this fine dust is very difficult and poses an environmental threat.
Building on/with expansive soils with no treatment brings complications. Compacted expansive soils specifically fall short in satisfying the minimum requirements for transport embankment infrastructures, requiring the adoption of hauled virgin mineral aggregates or a sustainable alternative. Use of hauled aggregates comes at a high carbon and economical cost. On average, every 9m high embankment built with quarried/hauled soils cost $12600MJ.m^{-2}$ Embodied Energy (EE). A prospect of using mixed cutting-arising expansive soils with industrial/domestic wastes can reduce the carbon cost and ease the pressure on landfills. The widespread use of recycled materials has been extensively limited due to concerns over their long-term performance, generally low shear strength and stiffness. In this contribution, hydromechanical properties of a waste tyre sand-sized rubber (a mixture of polybutadiene, polyisoprene, elastomers, and styrene-butadiene) and expansive silt is studied, allowing the short- and long-term behaviour of optimum compacted composites to be better established. The inclusion of tyre shred substantially decreased the swelling potential/pressure and modestly lowered the compression index. Silt-Tyre powder replacement lowered the bulk density, allowing construction of lighter reinforced earth structures. The shear strength and stiffness decreased on addition of tyre powder, yet the contribution of matric suction to the shear strength remained constant for tyre shred contents up to 20%. Reinforced soils adopted a ductile post-peak plastic behaviour with enhanced failure strain, offering the opportunity to build more flexible subgrades as recommended for expansive soils. Residual water content and tyre shred content are directly correlated; tyre-reinforced silt showed a greater capacity of water storage (than natural silts) and hence a sustainable solution to waterlogging and surficial flooding particularly in urban settings. Crushed fine tyre shred mixed with expansive silts/sands at 15 to 20 wt% appear to offer the maximum reduction in swelling-shrinking properties at minimum cracking, strength loss and enhanced compressibility expenses.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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