EVALUATION OF THE SUITABILITY OF ROCK QUARRY RESIDUE AS ROAD FILL, SUBGRADE AND SUBBASE MATERIAL

Year 2023, , 737 - 745, 21.08.2023

Beyza Özulu Gökhan Çevikbilen Berrak Teymur

https://doi.org/10.31796/ogummf.1232294

Abstract

The need for aggregates, due to urban transformation projects in Türkiye, requires optimization of space and resource use, especially at the limited number of quarry sites in big cities. In this study, the usability of the residue material, which is released after the production of crushed stone from a quarry in Istanbul, in road sections is evaluated. The material whose coarse grain fraction CGF is between 75 and 51% in silty sand (SM) soil type. Optimum water content (wopt) values determined at standard energy, SE (600 kN-m/m3) and modified energy ME (2700 kN-m/m3), was observed as 11% and 8% respectively due to the limited clay fraction in the non-plastic residue samples. Accordingly, soaked CBR values which increase in direct proportion to CGF range between 9-16% in SE and 45-67% in ME. The permeability values that increase in direct proportion to the D10 effective diameter are 2.2 x 10-6 - 5.0 x 10-6 m/s in SE and 1.2 x 10-6 - 3.7 x 10-6 m/s in ME. In direct shear box tests, the cohesion (c) values were negligible and the internal friction angle (ϕ) increased in proportion to the compression energy. The ϕ value, which increases in direct proportion to the CGF, ranges between 38-40° in SE and 43-47° in ME. As a result, it has been predicted that limiting the fine grain ratio of the quarry residue examined will ensure its usability in road fill and sub-base applications.

Keywords

Compaction energy, Quarry residue, Beneficial use

TAŞ OCAĞI ARTIK MALZEMESİNİN YOL DOLGUSU, ALT VE ÜST TEMEL MALZEMESİ OLARAK UYGUNLUĞUNUN DEĞERLENDİRİLMESİ

Abstract

Türkiye’de kentsel dönüşüm projeleri nedeniyle oluşan agrega ihtiyacı, özellikle büyük şehirlerdeki sınırlı sayıdaki ocak sahalarında alan ve kaynak kullanımının optimizasyonunu gerektirmektedir. Bu çalışmada, İstanbul'da bir taş ocağından kırmataş üretimi sonrası açığa çıkan artık malzemenin yol kesimlerinde kullanılabilirliği değerlendirilmiştir. Kaba dane oranı KDO %75-51 arasında olan malzeme siltli kum (SM) sınıfındadır. Standart enerji SE (600 kN-m/m3) ve modifiye edilmiş ME enerjisinde (2700 kN-m/m3) belirlenen optimum su içeriği (wopt) değerleri, plastik olmayan artık numunelerindeki sınırlı kil fraksiyonu nedeniyle sırasıyla %11 ve %8 ile sınırlı kaldığı gözlenmiştir. Buna göre KDO ile doğru orantılı olarak artan ıslatılmış CBR değerleri SE'de %9-16, ME'de %45-67 arasında değişmektedir. D10 efektif çapı ile doğru orantılı olarak artan geçirgenlik değerleri SE’de 2,2 x 10-6 - 5,0 x 10-6 m/s ve ME'de 1,2 x 10-6 - 3,7 x 10-6 m/s'dir. Direk kesme kutusu testlerinde kohezyon (c) değerleri ihmal edilebilir düzeyde olduğu belirlenmiş ve iç sürtünme açısı (ϕ) sıkıştırma enerjisiyle orantılı olarak artmıştır. KDO ile doğru orantılı olarak artan ϕ değeri SE'de 38-40°, ME'de 43-47° arasında değişmektedir. Sonuç olarak, incelenen ocak artığının ince dane oranının sınırlandırılmasının yol dolgu ve temel altı uygulamalarında kullanılabilirliğini sağlayacağı öngörülmektedir.

Keywords

Kompaksiyon enerjisi, Taş ocağı artığı, Faydalı kullanım

References

• ASTM D1557. (2014). Standard Test Methods for Laboratory Compaction Characteristics of Soil Using Modified Effort. doi: http://dx.doi.org/ 10.1520/D1557-12R21.
• ASTM D1883. (2018). Standard Test Method for California Bearing Ratio (CBR) of Laboratory-Compacted Soils. doi: http://dx.doi.org/10.1520/ D1883-16.1.
• ASTM D2434. (2022). Standard Standard Test Method for Permeability of Granular Soils (Constant Head). doi: http://dx.doi.org/10.1520/D2434-22.
• ASTM D2487. (2017). Standard Practice for Classification of Soils for Engineering Purposes (Unified Soil Classification System). doi: http://dx.doi.org/10.1520/D2487-17.
• ASTM D3080. (2012). Standard Test Method for Direct Shear Test of Soils Under Consolidated Drained Conditions. doi: http://dx.doi.org/10.1520/D3080-04.
• ASTM D3282. (2015). Standard Practice for Classification of Soils and Soil-Aggregate Mixtures for Highway Construction Purposes. doi: http://dx.doi.org/10.1520/D3282-15.
• ASTM D4318. (2017). Standard Test Methods for Liquid Limit, Plastic Limit, and Plasticity Index of Soils. doi: http://dx.doi.org/10.1520/D4318-17E01.
• ASTM D6913. (2017). Standard Test Methods for Particle-Size Distribution (Gradation) of Soils Using Sieve Analysis. doi: http://dx.doi.org/10.1520/ D6913-04R09E01.
• ASTM D698. (2021). Standard Test Methods for Laboratory Compaction Characteristics of Soil Using Standard Effort (600 kN-m/m3). doi: http://dx.doi.org/10.1520/D0698-12R21.
• ASTM D7928. (2017). Standard Test Method for Particle-Size Distribution (Gradation) of Fine-Grained Soils Using the Sedimentation (Hydrometer) Analysis. doi: http://dx.doi.org/ 10.1520/D7928-17.
• ASTM D854. (2014). Standard Test Methods for Specific Gravity of Soil Solids by Water Pycnometer. Erişim adresi: https://www.astm.org/standards/ d854.
• Ediz, İ. G., Sunay, B. ve Yuvka, Ş. (2001). MADENCİLİKTE TOZ KAYNAKLARI VE KONTROLÜ. Dumlupınar Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, (002), 121–132. Erişim adresi: https://dergipark.org.tr/tr/pub/dpufbed/issue/36361/411958#article_cite.
• Galvão, R. G., Almeida, N., Póvoas, Y. ve Basto, P. (2016). Pervious concrete pavement system at polytechnic school of university of pernambuco, Brazil: Product design conception. Electronic Journal of Geotechnical Engineering, 21, 4657–4668. Erişim adresi: https://www.researchgate.net/publication/ 306159864_Pervious_concrete_pavement_system_at_polytechnic_school_of_university_of_pernambuco_Brazil_Product_design_conception.
• Karadoğan, Ü. (2021). Haliç Dip Tarama Çamuru ve Maden Atığının Geotekstil Tüp ile Susuzlaştırılması ve Geoteknik Mühendisliği Açısından Değerlendirilmesi. İstanbul Teknik Üniversitesi. Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, Doktora Tezi, Erişim adresi: https://polen.itu.edu.tr/items/1c45192e-8e62-4a0d-8074-545801a37c9d.
• Karadoğan, Ü., Çevikbilen, G., Korkut, S. ve Teymur, B. (2022). Dewatering of Mine Waste Using Geotextile Tubes. Mining, Metallurgy and Exploration, 39(6), 2477–2490. doi: http://dx.doi.org/10.1007/ s42461-022-00679-w.
• Karadoğan, Ü., Çevikbilen, G. ve Teymur, B. (2020). Deniz Dibi Tarama Malzemelerinin Yol Dolgusu Olarak Kullanımı. Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, 25(2), 1059–1070. doi: http://dx.doi.org/10.17482/uumfd.679700.
• Menteşe, S. ve Böbrek, O. (2020). Madencilik Faali̇yetleri̇ni̇n Topraktaki̇ Ağır Metaller (As, Cd, Co, Fe Ve Ni) Üzeri̇ne Etki̇si̇: Orhaneli̇ Ve Büyükorhan (Bursa) Örneği̇. Ege Coğrafya Dergisi, 29(1), 45–56. Erişim adresi: https://dergipark.org.tr/tr/pub/ecd/ issue/55073/684614#article_cite.
• Mesci, S. B. (2006). Dolgu Baraj Gövdelerindeki Sızmaların ve Freatik Hattın İncelenmesi: Seferihisar Barajı Uygulaması. Erişim adresi: https://polen.itu.edu.tr:8443/server/api/core/bitstreams/bafa8f2c-f631-465e-b721-f3b2b823bec4/ content.
• Salomons, W. (1995). Environmental impact of metals derived from mining activities: Processes, predictions, prevention. Journal of Geochemical Exploration, 52(1–2), 5–23. doi: http://dx.doi.org/10.1016/0375-6742(94)00039-E.
• US Environmental Protection Agency. (1994). Technical Report: Design and evaluation of tailings dams. Office of Solid waste. Erişim adresi: https://archive.epa.gov/epawaste/nonhaz/industrial/special/web/pdf/tailings.pdf .
• Yusoff, S. A. N. M., Bakar, I., Wijeyesekera, D. C., Zainorabidin, A., Azmi, M. ve Ramli, H. (2017). The Effects of Different Compaction Energy on Geotechnical Properties of Kaolin and Laterite. AIP Conference Proceedings. American Institute of Physics Inc. doi: http://dx.doi.org/10.1063/ 1.4998380.