Mechanical stabilization of aeolian sand with ceramic brick waste aggregates

Abstract

The use of ceramic brick waste is a sustainable and eco-friendly alternative for the stabilization of soils in comparison with other more traditional additives, such as cement. The addition of different types of construction wastes to soils has been so far mainly investigated for cementitious materials rather than for earthworks projects and civil infrastructures, and even less for aeolian sand. In this research, ceramic brick waste aggregates have been experimentally studied as an option to improve the geotechnical properties of aeolian sand from Jeddah (Saudi Arabia). Three different percentages of replacement have been considered, 15 %, 30 % and 45 %, since such high replacements have not been investigated in the literature. This research is focused on employing aeolian sand for earthworks applications. The experimental program is based on size analysis, compaction and California Bearing Ratio (CBR) tests specially modified to manage the represent different lateral confinement in the samples, and the results are confirmed by scanning electron microscope (SEM). Experimental results demonstrate an improvement of the overall geotechnical properties of the aeolian sand after mixing it with ceramic brick waste aggregates by means of the correction of the missing particle fractions and the addition of more aggregated particles, improving the coefficient of uniformity (Cu) from 2.37 (aeolian sand) up to 3.56 (45 %-brick waste). The CBR obtained for the two higher replacements is around 33 % in confined conditions (triple than aeolian sand) and almost 1 % for unconfined conditions independently of the replacement. An optimal replacement of 30 % has been identified and the possible crushing and breakage of the waste aggregates are discarded. This mechanical stabilization can be considered feasible and environmentally suitable.

El uso de residuos de ladrillos cerámicos es una alternativa sostenible y ecológica para la estabilización de suelos en comparación con otros aditivos más tradicionales, como el cemento. La adición de diferentes tipos de residuos de la construcción a los suelos se ha investigado hasta ahora principalmente para materiales cementosos más que para proyectos de movimientos de tierras e infraestructuras civiles, y menos aún para arenas eólicas. En esta investigación se han estudiado experimentalmente los áridos de residuos de ladrillos cerámicos como opción para mejorar las propiedades geotécnicas de la arena eólica de Jeddah (Arabia Saudí). Se han considerado tres porcentajes diferentes de sustitución, 15 %, 30 % y 45 %, ya que en la bibliografía no se han investigado sustituciones tan elevadas. Esta investigación se centra en el empleo de arena eólica para aplicaciones de movimiento de tierras. El programa experimental se basa en ensayos de análisis granulométrico, compactación y California Bearing Ratio (CBR) especialmente modificados para gestionar la representación de diferentes confinamientos laterales en las muestras, y los resultados se confirman mediante microscopio electrónico de barrido (SEM). Los resultados experimentales demuestran una mejora de las propiedades geotécnicas globales de la arena eólica tras mezclarla con áridos de residuos de ladrillos cerámicos mediante la corrección de las fracciones granulométricas ausentes y la adición de más partículas agregadas, mejorando el coeficiente de uniformidad (Cu) desde 2,37 (arena eólica) hasta 3,56 (45 %-residuos de ladrillos). El CBR obtenido para las dos sustituciones superiores se sitúa en torno al 33 % en condiciones confinadas (triple que la arena eólica) y casi el 1 % en condiciones no confinadas independientemente de la sustitución. Se ha identificado una sustitución óptima del 30 % y se descarta la posible trituración y rotura de los áridos residuales. Esta estabilización mecánica puede considerarse factible y ambientalmente adecuada.