Investigation of layer thickness and cost of flexible pavement designed on subgrade improved with glass powder

Abstract

In this study, the effects of improving a clay soil with glass powder (GP) obtained from recycled waste glass on the flexible pavement designed over it were investigated, focusing on layer thickness and construction costs. For this purpose, firstly, some tests were conducted to determine the properties of the soil samples. Subsequently, proctor tests were performed on both soil and specimens prepared by adding 3%, 6%, 9% and 12% GP by weight to the soil. Then, unconfined compression tests were performed on the prepared samples after a curing period of 28 days. The results of the unconfined compression tests showed that the highest strength was obtained from mixtures containing 9% GP. Lastly, following 28 days of curing, California bearing ratio (CBR) tests were conducted on both untreated and 9% GP treated samples, revealing that the CBR value increased by 142.68% with the addition of 9% GP. Based on the obtained CBR values, flexible pavement designs were made on both improved and unimproved soils, and the layer thicknesses and costs were investigated. The calculations indicated that the improvement with 9% GP reduced the pavement layer thicknesses by 31.40% and the costs by 3.44%.

Keywords

• Clay
• Glass Powder
• Soil Stabilization
• Flexible Pavement
• Transportation Geotechnics

Cam tozu kullanılarak iyileştirilen zemininin üzerine tasarlanan esnek üst yapının tabaka kalınlığı ve maliyetinin araştırılması

Abstract

Bu çalışmada, atık camların geri dönüşümünde elde edilen cam tozu (CT) ile kil bir zemini iyileştirmenin, üzerine tasarlanan esnek üst yapıya etkileri, tabaka ve ilk yapım maliyetleri esas alınarak araştırılmıştır. Bu amaçla, ilk olarak zemin örneklerinin özelliklerinin belirlenmesine yönelik bazı deneyler yapılmıştır. Daha sonra zemine ağırlıkça %3, %6, %9, %12 CT ilave edilerek hazırlanmış deney numunelerine proktor deneyi uygulanmıştır. Ardından, hazırlanan serbest basınç deneyi örneklerine 28 gün kür süresi sonrası serbest basınç deneyi yapılmıştır. Serbest basınç deneyleri sonucunda, en yüksek dayanım %9 CT içeren karışımlardan elde edilmiştir. Son olarak, katkısız ve %9 CT katkılı numuneler üzerinde 28 gün kürün akabinde yapılan Kaliforniya taşıma gücü oranı (CBR) deneyleri neticesinde, CBR değerinin %9 CT eklenmesiyle %142,7 arttığı belirlenmiştir. Elde edilen CBR değerleri esas alınarak, iyileştirilen ve iyileştirme yapılmamış zemin üzerine esnek yol üstyapı tasarımı yapılarak üstyapı tabaka kalınlıkları ve maliyetleri araştırılmıştır. Hesaplamalar incelendiğinde, %9 CT ile yapılan iyileştirmenin, üstyapı tabaka kalınlıklarını azalttığı ve maliyetlerini %1,3 oranında düşürdüğü tespit edilmiştir.

Keywords

• Kil
• Cam Tozu
• Zemin Islahı
• Esnek Üst Yapı
• Ulaştırma Geotekniği

References

1. Kök BV (2019) Karayolu Mühendisliği ve Tasarımı, Nobel Akademik Yayıncılık Ankara.
2. Uzuner BA (2016) Temel Mühendisliğine Giriş, Derya Kitabevi Trabzon
3. Tunç A (2002) Yol Mühendisliğinde Geoteknik ve Uygulamaları, Nobel Yayınevi, Ankara,
4. Tunç A (2007) Yol Malzemeleri ve Uygulamaları, Nobel Yayınevi, Ankara.
5. Demir A, Sarıcı T (2017) Bearing capacity of footing supported by geogrid encased stone columns on soft soil. Geomechanics and Engineering 12(3):417-439. https://doi.org/10.12989/GAE.2017.12.3.417
6. Sarıcı T, Ok B, Mert A, Çömez Ş (2023) The resilient modulus of hybrid construction and demolition wastes reinforced by a geogrid. Acta Geotechnica Slovenica 19(2022/2).
7. Ok B, Demir A, Sarıcı T, Ovalı M (2021) Geosentetiklerle güçlendirilmiş karayolu temellerinin plaka yükleme deneyleri ile değerlendirilmesi. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 27(6):718-728.
8. Sarıcı T (2014) Geosentetik ile güçlendirilmiş taş kolonların taşıma kapasitesinin analizi, Yüksek Lisans Tezi, İnönü Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü.

9. Geçkil T, Sarıcı T, Karabaş B (2021) Siyah karbon ile stabilize edilen taban zeminin yol esnek üst yapı maliyetine etkisi. Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi (23):222-235.
10. Geçkil T, Sarıcı T, Karabaş B (2021) Siyah karbon stabilizasyonlu zeminin rijit kaplama kalınlığı ve maliyetine etkileri, ECJSE 8(3):1372-1384.
11. Kumar A, Walia BS, Bajaj A (2007) Influence of fly ash, lime and polyester fibers on compaction and strength properties of expansive soils. Journal of Materials in Civil Engineering 19(3):242-248.
12. Ansary MA, Noor MA, Islam M (2006) Effect of fly ash stabilization on geotechnical properties of chittagong coastal soil. Geotechnical Symposium, March, Roma, pp. 443-454.
13. Domphoeun R, Eisazadeh A (2024) Flexural and shear strength properties of laterite soil stabilized with rice husk ash, coir fiber, and lime. Transp Infrastruct Geotech. https://doi.org/10.1007/s40515-023-00364-5
14. Çelik M, Kuvat A, Abut Y, Ceyhan Erdoğan M, Yalçın BS (2024) Biyokömür ile aktive edilmiş küllerin zemin stabilizasyonuna yönelik kullanılabilirliğinin incelenmesi. Yenilikçi Mühendislik ve Doğa Bilimleri Dergisi 4(2):354-371. https://doi.org/10.61112/jiens.1421364
15. Lakkimsetti B, Nayak S (2022) Experimental investigation and performance evaluation of lithomargic clay stabilized with granulated blast furnace slag and calcium chloride. International Journal of Geosynthetics and Ground Engineering 8(1), 12.
16. Uysal F, Yılmaz V, Topçu HM (2020) Farklı atık malzemeler ile stabilize edilmiş ince daneli zeminin mühendislik özellikleri. Çukurovaummfd 35(1):19-26. https://doi.org/10.21605/cukurovaummfd.764507
17. Babatunde OA, Sani JE, Sambo AH (2019) Black cotton soil stabilization using glass powder. International Journal of Innovative Research in Science Engineering and Technology 8(5):5208-5214.
18. Ogundairo T, Olukanni D, Akinwumi I (2024) Geopolymer production from waste polyethylene terephthalate and glass for clay subgrade stabilization. The Journal of Solid Waste Technology and Management 50(1):441-457.
19. Niyomukiza JB, Eisazadeh A, Akamumpa J, Kiwanuka M, Lukwago A, Tipoti P(2023) Use of waste glass powder in improving the properties of expansive clay soils. Global NEST Journal, 25:139-145.
20. Perera STAM, Saberian M, Zhu J, Roychand R, Li J (2022) Effect of crushed glass on the mechanical and microstructural behavior of highly expansive clay subgrade. Case Studies in Construction Materials 17, e01244.
21. Olufowobi J, Ogundoju A, Michael B, Aderinlewo O (2014) Clay Soıl Stabılısatıon Usıng Powdered Glass. Journal of Engineering Science and Technology 9(5):541-558.
22. Perera STAM, Saberian M, Zhu J et al (2023) Improvement of Low Plasticity Clay with Crushed Glass: A Mechanical and Microstructural Study. Int J Pavement Res Technol 1-21.
23. National Concrete Pavemet Tecnology Center (2020) Guide to Cement-Stabilized Subgrade Soils, Iowa State Univercity, Institute for Tranportation, USA.
24. National Cooperative Highway Research Program Web-Only Document 144 (2009). Recommended Practice for Stabilization of Subgrade Soils and Base Materials, Texas Transportation Institute Texas A&M University College Station, Texas, USA.
25. AASHTO Designation: R Draft (2008) Standard Recommended Practice for Stabilization of Subgrade Soils and Base Materials, Washington, D.C., USA.
26. KGM (2021) Toprak ve Stabilizasyon Laboratuvar El Kitabı, ARGE Daire Başkanlığı Ankara.
27. Öbelik Y (2011) Cam Hammaddesi Mineralojisi ve Cam Teknolojisi. Yüksek Lisans Tezi, Niğde Üniversitesi.
28. Türkiye Çevre Şehircilik İklim Değişikliği Bakanlığı Sıfır Atık Projesi. https://sifiratik.gov.tr/cam-atik (Erişim Tarihi:06.06.2024).
29. Yılmaz I, Yıldıran M, Keskin İ (2017) Zemin Mekaniği Laboratuvar Deneyleri ve Çözümlü Problemler, Seçkin Kitabevi Ankara.
30. Orhan M et al. (2013) Zemin Mekaniği Laboratuvar Deneyleri, Gazi Kitabevi Ankara.
31. AASHTO (1993) Interim Guide For Design of Pavement Structures, American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington, D.C.
32. Karayolları Esnek Üstyapıları Projelendirme Rehberi (2008) T.C. Ulaştırma Bakanlığı Karayolları Genel Müdürlüğü Teknik Araştırma Dairesi Başkanlığı Üstyapı Şubesi Müdürlüğü, Ankara.
33. Blayia RA, Sherwania AFH, Ibrahimb HH, Farajc RH, Daraeia A (2020) Strength improvement of expansive soil by utilizing waste glass powder. Case Studies in Construction Materials 13, e00427.
34. Ibrahim HH, Mawlood YI, Alshkane YM (2019) Using waste glass powder for stabilizing high-plasticity clay in Erbil city-Iraq. Int J Geotech Eng 1–8.
35. Javed SA, Chakraborty S (2020) Effects of waste glass powder on subgrade soil improvement. World Scientific News 144:30–42.
36. Uzuner BA (2014) Temel Zemin Mekaniği, Derya Kitabevi Trabzon.
37. Benny JR, Jolly JK, Sebastian JM, Thomas M (2017) Effect of glass powder on engineering properties of clayey soil. International Journal of Engineering Research and Technology (IJERT) 6(5):228-231.
38. Vijayakumar G, Vishaliny H, Govindarajulu D (2013) Studies on glass powder as partial replacement of cement in concrete production. International Journal of Emerging Technology and Advanced Engineering 3(2):153-157.
39. Borges AL, Soares SM, Freitas TOG, Oliveira Júnior A, Ferreira EB, Ferreira FGS (2021) Evaluation of the pozzolanic activity of glass powder in three maximum grain sizes. Materials Research, 24(4), e20200496. https://doi.org/10.1590/1980-5373-MR-2020-0496
40. Sheob M, Sajid M, Ansari MA, Rais I, Sadique MR, Ahmad A (2023) Using a blend of cement and waste glass powder to improve the properties of clayey soil. Materials Today: Proceedings. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2023.05.440
41. AASHTO (2024) Mechanistic–Empirical Pavement Design Guide, 3rd Edition (MEPDG-3), American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington, D.C.
42. Karayolları Genel Müdürlüğü Birim Fiyatları (2024). http://www.kgm.gov.tr (Erişim Tarihi:06.06.2024).