تأثیر استفاده از ضایعات کارگاه های سنگ بُری در بهبود ویژگی های مکانیکی خاک بستر جاده های جنگلی

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، گروه جنگلداری، دانشکده علوم جنگل، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران.

2 دانش‌آموخته دکتری ، گروه جنگلداری، دانشکده علوم جنگل، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران.

3 دانشجوی دکتری، گروه جنگلداری، دانشکده علوم جنگل، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران.

چکیده

تأثیر استفاده از ضایعات کارگاه‌های سنگ‌بُری در بهبود ویژگی‌های مکانیکی خاک بستر جاده‌های جنگلی
چکیده
سابقه و هدف: خاک‌های ریزدانه غالباً دارای مشکلاتی از جمله قابلیت بارگذاری و مقاومت برشی پایین، دشواری تراکم و نشست می‌باشند. از این‌رو تثبیت خاک‌های ریزدانه با مواد افزودنی همواره مورد توجه مهندسین راه‌سازی بوده است. از سوی دیگر امروزه استفاده از مواد ضایعاتی در تثبیت خاک‌ با توجه به اقتصادی بودن آن رایج شده است. در این مطالعه از پودر ‌‌سنگ که ضایعات کارگاه‌های سنگ‌بُری محسوب می‌شود، برای تثبیت خاک های ریزدانه استفاده گردید.
مواد و روش‌ها: نمونه‌های خاک رس با خمیرایی کم (CL) با مقادیر متفاوت 0، 3، 5، 10 و 15 و 20 درصد خاک‌برش سنگ نسبت به خاک خشک) مخلوط شد. زمان عمل‌آوری خاک‌سنگ 7، 28 و 90 روز در نظر گرفته شد. در مرحله بعد ویژگی‌های ژئوتکنیکی شامل دانه‌بندی، حدودآتربرگ و مقاومت فشاری یا CBR مورد بررسی قرار گرفت. بررسی ویژگی‌های دانه‌بندی به روش الک تر، حدود آتربرگ به روش کاساگرانده و فتیله خمیری و مقاومت فشاری به کمک آزمایش بارگذاری کالیفرنیا در آزمایشگاه مکانیک خاک دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان انجام پذیرفت.
یافته‌ها: نتایج نشان داد که با افزودن پودر سنگ، سهم بخش درشت‌دانه خاک افزایش یافت. به‌طوری که با افزودن 20 درصد پودر سنگ و با گذشت 28 روز، بیش از 60 درصد از وزن هر نمونه به ذرات با قطر بیشتر از 1/0 میلیمتر تعلق یافت. بین زمان‌های عمل‌آوری 28 روز و 90 روز تفاوت معنی‌داری از نظر حد روانی، شاخص روانی و ظرفیت بارگذاری وجود نداشت. اما مقادیر متغیرهای یادشده تفاوت معنی‌داری با ارقام ثبت شده در زمان عمل‌آوری 7 روز داشتند. افزودن پودر سنگ به نمونه-های خاک باعث کاهش حد روانی و شاخص خمیری شد. با افزودن 20 درصد پودر سنگ نمونه‌های خاک از حالت خمیری (شاخص خمیری = 25) به حالت خمیری متوسط (شاخص خمیری = 8) تبدیل شدند. علاوه‌بر این، بیشترین مقدار CBR یا همان ظرفیت بارگذاری خاک (19 درصد) با افزودن 20 درصد پودر سنگ به‌وجود آمد.
نتیجه‌گیری: در این مطالعه از پودر ‌‌سنگ که ضایعات کارگاه‌های سنگ‌بُری محسوب می‌شود، برای تثبیت خاک های ریزدانه استفاده گردید. نمونه‌های خاک پس از 28 روز نتیجه کلیه فعل و انفعالات مثبت و یا منفی ناشی از افزودن پودر سنگ را بروز داده و گذشت زمان بیشتر، تأثیر ملموسی بر خواص مکانیکی خاک ندارد. ضمن آنکه در تحقیق حاضر تغییرات مطلوب و مورد نظر در خواص مکانیکی خاک با افزودن 20 درصد پودر سنگ حاصل شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

The effect of using waste from stone-cutting workshops in improving the mechanical properties of forest road bed soil

نویسندگان [English]

  • Aidin Parsakhoo 1
  • Aiub Rezaei mutlagh 2
  • Zohreh Gholamy 3
1 Associate Professor of Forestry Department, Faculty of Forest Sciences, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran.
2 PhD student, Department of Forestry, Faculty of Forest Sciences, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran.
3 Doctoral student, Department of Forestry, Faculty of Forest Sciences, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran.
چکیده [English]

The effect of using waste from stone-cutting workshops in improving the mechanical properties of forest road bed soil

Abstract
Background and objectives: Fine-grained soils often have problems such as low load ability and shear resistance, difficulty in compaction and settlement. Therefore, the stabilization of fine-grained soils with additives has always been the focus of road construction engineers. On the other hand, today, the use of waste materials in soil stabilization has become common due to its economic nature. In this study, stone powder, which is the waste of stone-cutting workshops, was used to stabilize fine-grained soils.
Materials and methods: Clay samples with low pastiness (CL) were mixed with different amounts of 0, 3, 5, 10, 15, and 20 percent of stone-cut soil compared to dry soil. 7, 28 and 90 days were taken into account for the processing time of soil and stone. In the next step, geotechnical characteristics including grain size, Atterberg limits and compressive strength or CBR were investigated. The characteristics of granulation were investigated using the sieve method, Atterberg limits using the Cassagrande and paste wick method, and compressive strength using the California loading test.
Findings: The results showed that with the addition of stone powder, the contribution of coarse soil fraction increased. So that by adding 20% of stone powder and after 28 days, more than 60% of the weight of each sample belonged to particles with a diameter greater than 0.1 mm. There was no significant difference between the processing times of 28 days and 90 days in terms of mental limit, mental index and loading capacity. However, the values of the mentioned variables were significantly different from the figures recorded in the processing time of 7 days. Adding rock powder to the soil samples decreased the flow limit and the paste index. By adding 20% of stone powder, the soil samples were transformed from pasty state (pasty index = 25) to medium pasty state (pasty index = 8). In addition, the highest amount of CBR or soil loading capacity (19%) was obtained by adding 20% of rock powder.
Conclusion: After 28 days, the soil samples showed the results of all the positive or negative interactions caused by the addition of stone powder, and the passage of more time has no tangible effect on the mechanical properties of the soil. Besides, in the present research, the desired changes in the mechanical properties of the soil were obtained by adding 20% of stone powder.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Stone powder
  • Atterberg limits
  • Road loading capacity
  • Processing time
  • CL soil
1.Nasiri, M., Lotfalian, M., Modarres, A., & Wu, W. (2016). Optimum utilization of rice husk ash for stabilization of sub-base materials in construction and repair projects of forest roads. Croatian J. of Forest Engineering. 37 (2), 333-344.
2.Lotfalian, M., Parsakhoo, A., & Savadkoohi, A. (2016). Improvement of forest road gravel surfacing quality by nano-polymer CBR PLUS. Croatian J. of Forest Engineering. 372, 345-352.
3.Baugherian, A., Janalizadeh, A., & Hesami, S. (2005). The use of the rice husk ash for soil stabilization by lime. 2nd National Conference in Civil Engineering, 10-13 May 2005, Iran University of Science & technology, Tehran, 7p. (In Persian)
4.Rajasekaran, G., & Narasimha Rao, S. (2002). Compressibility behavior of lime-treated marine clay. Ocean Engineering. 29 (5), 545-555.
5.Bell, F. G. (1996). Lime stabilization of clay minerals and soil. J. of Engineering Geology. 42, 223-237.
6.Yong, R. N., & Ouhadi, V. R. (2007). Experimental study on instability of bases on natural and lime/cement-stabilized clayey soils. J. of Applied clay science. 35 (3), 238-149.
7.Salehi, M., Bayat, M., Saadat, M., & Nasri, M. (2021). Experimental study on mechanical properties of cement-stabilized soil blended with crushed stone waste. KSCE J. of Civil Engineering. 25, 1974-1984.
8.Agarwal, N. (2015). Effect of stone dust on some geotechnical properties of soil. IOSR J. of Mechanical and Civil Engineering (IOSR-JMCE). 12 (1), 61-64.
9.Tech, M. (2015). Effect of stone dust on some geotechnical properties of soil. IOSR J. of Mechanical and Civil Engineering. 12 (1), 61-63.
10.Saxena, D. (2017). Effects of marble powder and fine sand on properties of expansive soil. International J. of Engineering Trends and Technology. 52 (1), 12-16.
11.Saygılı, A. (2015). Use of waste marble dust for stabilization of clayey soil. Materials Science. 21 (4), 601-606.
12.Rooh Bakhshan, A., & Kalantari, B. (2015). Stabilization of clay with lime and stone waste powder. Amirkabir Scientific Research J. 48 (4), 429-438.
13.Mousa, A., & Magdi, E. (2010). The use of cutting-stone-slurry-waste in engineering practice. Anadolu J. of Agricultural Sciences. 25 (1), 29-33.
14.Al-Joulani, N. (2012). Effect of stone powder and lime on strength, compaction and CBR properties of fine soils. Jordan J. of Civil Engineering. 6 (1), 1-2.
15.Sameer Abdulrasool, A. (2015). Strength improvement of clay soil by using stone powder. J. of Engineering. 21 (5), 72-73.
16.Ibrahim, M. (2022). Influence of stone powder on the mechanical properties of clayey soil. J. of Engineering. 28 (7), 54-67.
17.Demirel, B. (2010). The Effect of the using waste marble dust as fine sand on the mechanical properties of the concrete. International J. of the Physical Sciences. 5 (9), 1372-1380.
18.Bayesteh, H., Sharifi, M., & Haghshenas, A. (2020). Effect of stone powder on the rheological and mechanical performance of cement-stabilized marine clay/sand. Construction and Building Materials. 262, 120792.
19.Abbasi, N., Heydari Pakro, A., & Behramlu, R. (2019). The use of polypropylene fibers, lime and waste stone powder to stabilize clay soil. J. of Soil and Water Sciences. 24 (2), 221-234.
20.Atterberg, A. (1911). On the investigation of the physical properties of soils and on the plasticity of clays. Internationale Mitteilungenfür Bodenkunde. 1, 10-43. [In German]
21.Davidson, D. T., & Gardiner, W. F. (1949). Calculation of standard proctor density and optimum moisture content from mechanical, analysis, shrinkage and factors and plasticity index. Highway Research Board. 29 (1), 447-481.
22.Javed, M. (2014). Soil mechanics tests. Academic Jihad University of Tehran. 195p.
23.Bshara, A. S., Bind, Y. K., & Sinha, P. K. (2014). Effect of stone dust on geotechnical properties of poor soil. International J. of Civil Engineering and Technology. 5 (4), 37-47.
24.Sabat, A. K. (2012). A study on some geotechnical properties of lime stabilized expansive soil-quarry dust mixes. International J. of Emerging Trends in Engineering and Development. 1 (2), 42-49.
25.Nakayenga, J., Inui, M., Guharay, A., & Hata, T. (2023). Effect of limestone and granite stone powder on properties of cement-treated clay composites and their socioeconomic and environmental impacts. Construction and Building Materials. 393, 107-112.
26.Konovalova, N., Pankov, P., Bespolitov, D., Petukhov, V., Panarin, I., Fomina, E., Lushpey, V., Fatkulin, A., & Othman, A. (2023). Road soil concrete based on stone grinder waste and wood waste modified with environmentally safe stabilizing additive. Case Studies in Construction Materials, 19, 225-231.
27.Kumar, M. (2021). Evaluation of experimental research on black cotton soil stabilization using stone powder. Materials Today: Proceedings, 37 (2), 3490-3493.