Shear Strength of Industrial Wastes and Their Mixtures and Stability of Embankments Made of These Materials
Abstract
:1. Introduction
2. Test and Calculation Methods
3. Test Results
3.1. Physical Parameters
3.2. Shear Strength
4. Results of Stability Calculations
5. Summary
Author Contributions
Funding
Conflicts of Interest
References
- Kowalczyk, A. Zasady lokalizowania składowisk odpadów w aspekcie wód podziemnych. Ochrona Powietrza i Problemy Odpadów 1995, 1, 24–27. [Google Scholar]
- Sherwood, P. Alternative Materials in Road Construction; Thomas Telford Ltd.: London, UK, 2001. [Google Scholar]
- Sleeman, B.A.W.; Miht, F.G.S. Colliery Spoil in Urban Development. Adv. Min. Sci. Technol. 1987, 2, 163–177. [Google Scholar] [CrossRef]
- Skarżyńska, K.M. Reuse of coal mining wastes in civil engineering—Part 2: Utilization of minestone. Waste Manag. 1995, 15, 83–126. [Google Scholar] [CrossRef]
- Gruchot, A. Utilisation of Coal Mining Wastes and Fuel Ashes for Engineering Purposes as a Factor of Environmental Development and Protection, (in Polish: Utylizacja Odpadów Powęglowych i Poenergetycznych do Celów Inżynierskich Jako Czynnik Kształtowania i Ochrony Środowiska); Zeszyty Naukowe (Rozprawy); Uniwersytet Rolniczy im Hugona Kołłątaja: Kraków, Poland, 2016; p. 533. [Google Scholar]
- Skarżyńska, K.M. Odpady Powęglowe i Ich Zastosowanie w Inżynierii Lądowej i Wodnej; Wydawnictwo Akademii Rolniczej im. H. Kołłątaja w Krakowie: Kraków, Poland, 1997. [Google Scholar]
- Drenda, J.; Różański, Z.; Słota, K.; Wrona, P. Zagrożenie pożarowe na zwałowiskach odpadów powęglowych. Górnictwo i Geoinżynieria 2007, 31, 149–157. [Google Scholar]
- Nowak, J. Wpływ stopnia termicznego przeobrażenia odpadów powęglowych na ich skład mineralny i petrograficzny. Gospod. Surowcami Miner. Miner. Resour. Manag. 2014, 30, 143–160. [Google Scholar]
- Dudas, M.J.; Warren, C.J. Submicroscopic structure and characteristics of intermediate-calcium fly ashes. In Proceedings of the Symposium Preceedings of Material Research Society, 1988; Volume 113, pp. 309–316. [Google Scholar]
- Gruchot, A.; Michniak, D. Wytrzymałość na ściskanie popiołów lotnych z dodatkiem zbrojenia rozproszonego. Acta Sci. Pol. Form. Circumiectus 2015, 14, 43–54. [Google Scholar] [CrossRef]
- Brooks, R.; Udoeyo, F.F.; Takkalapelli, K.V. Geotechnical properties of problem soils stabilized with fly ash and limestone dust in Philadelphia. J. Mater. Civ. Eng. 2011, 23, 711–716. [Google Scholar] [CrossRef]
- Gruchot, A.; Zawisza, E. Wytrzymałość na ścinanie gruntów pylastych stabilizowanych popiołami fluidalnymi. Acta Sci. Pol. Ser. Archit. 2018, 17, 37–45. [Google Scholar] [CrossRef]
- Kumar, A.; Mittal, A. Utilization of Municipal Solid Waste Ash for Stabilization of Cohesive Soil. In Environmental Geotechnology. Lecture Notes in Civil Engineering; Agnihotri, A., Reddy, K., Bansal, A., Eds.; Springer: Singapore, 2019; Volume 31. [Google Scholar]
- Gruchot, A. Wskaźnik nośności CBR kompozytów z odpadów powęglowych i popiołu lotnego. Przegląd Górniczy 2014, 2, 12–17. [Google Scholar]
- Gruchot, A. Wykorzystanie kompozytów z odpadów powęglowych i popiołu lotnego do budowy wałów przeciwpowodziowych. Przegląd Górniczy 2014, 7, 158–164. [Google Scholar]
- Wei, H.; Zhang, Y.; Cui, J.; Han, L.; Li, Z. Engineering and environmental evaluation of silty clay modified by waste fly ash and oil shale ash as a road subgrade material. Constr. Build. Mater. 2019, 196, 204–213. [Google Scholar] [CrossRef]
- Kamiński, B.; Czerniak, A. Przydatność rozkruszonych mieszanek popiołowo-żużlowo-gruntowych do konstrukcji podbudów drogowych. Infrastruktura i Ekologia Terenów Wiejskich 2007, 1, 197–203. [Google Scholar]
- Blajer, M.; Stopkowicz, A.; Adamczyk, J.; Cała, M. The preliminary research of the physico-mechanical properties of aggregates based on the colliery shale, supplemented by fly ash. Arch. Min. Sci. 2019, 64, 21–34. [Google Scholar] [CrossRef]
- Skarżyńska, K.M. Reuse of coal mining wastes in civil engineering—Part 1: Properties of minestone. Waste Manag. 1995, 15, 3–42. [Google Scholar] [CrossRef]
- Gimhan, P.G.S.; Disanayaka, J.P.B.; Nasvi, M.C.M. Geotechnical engineering properties of fly ash and bottom ash: Use as civil engineering construction material. Eng. J. Inst. Eng. Sri Lanka 2018, 51, 49–57. [Google Scholar] [CrossRef] [Green Version]
- Martin, J.P.; Collins, R.A.; Browning, J.S.; Biehl, F.J. Properties and Use of Fly Ashes for Embankments. J. Energy Eng. 1990, 116, 71–86. [Google Scholar] [CrossRef]
- Blight, G.E.; Fourie, A.B. Catastrophe revisited—Disastrous flow failures of mine and municipal solid waste. Geotech. Geol. Eng. 2005, 23, 219–248. [Google Scholar] [CrossRef]
- Cadierno, J.F.; Romero, M.I.G.; Valdes, A.J.; del Pozo, J.M.M.; Gonzalez, J.G.; Robles, D.R.; Espinosa, J.V. Characterization of Colliery Spoils in León: Potential Uses in Rural Infrastructures. Geotech. Geol. Eng. 2014, 32, 439–452. [Google Scholar] [CrossRef]
- Carras, J.N.; Day, S.; Saghafi, A.; Roberts, O.C. Spontaneous Combustion in Open Cut Coal Mines—Recent AustralianResearch. Undergr. Coal Operators’ Conf. 2005. Available online: http://ro.uow.edu.au/coal/144 (accessed on 16 December 2019).
- Ciesielczuk, J.; Janeczek, J.; Cebulak, S. Przebieg i przyczyny endogenicznego pożaru węgla kamiennego na zerkultywowanym składowisku odpadów komunalnych w Katowicach. Przegląd Geologiczny 2013, 61, 764–772. [Google Scholar]
- Onifade, M.; Genc, B. Spontaneous combustion of coals and coal-shales. Int. J. Min. Sci. Technol. 2018, 28, 933–940. [Google Scholar] [CrossRef]
- Gao, X.; Xu, M.; Hu, Q.; Wang, Y. Leaching Behaviour of Trace Elements in Coal Spoils from Yangquan Coal Mine, Northern China. J. Earth Sci. 2016, 27, 891–900. [Google Scholar] [CrossRef]
- Saikia, B.K.; Sharma, A.; Sahu, O.P.; Baruah, B.P. Study on Physico-chemical Properties, Mineral Matters and Leaching Characteristics of Some Indian Coals and Fly Ash. J. Geol. Soc. India 2015, 86, 275–282. [Google Scholar] [CrossRef]
- Makowska, D.; Świątek, K.; Wierońska, F.; Strugała, A. Wymywanie arsenu z odpadów powęglowych: Ocean metod badawczych. Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią 2018, 105, 157–172. [Google Scholar] [CrossRef]
- Gruchot, A.; Szwalec, A.; Mundała, P. Geotechnical and chemical characteristics of ash and slag mixture of Skawina Power Plant (Poland). Geologija 2012, 54, 27–34. [Google Scholar] [CrossRef] [Green Version]
- Zawisza, E. Geotechniczne i środowiskowe aspekty uszczelniania grubookruchowych odpadów powęglowych popiołami lotnymi. Zeszyty Naukowe AR w Krakowie 2001, 280. [Google Scholar]
- Steenari, B.M.; Schelander, S.; Lindqvist, O. Chemical and leaching characteristics of ash from combustion of coal, peat and wood in a 12MW CFB—A comparative study. Fuel 1999, 78, 249–258. [Google Scholar] [CrossRef]
- Zhao, S.; Duan, Y.; Lu, J.; Gupta, R.; Pudasainee, D.; Liu, S.; Liu, M.; Lu, J. Chemical speciation and leaching characteristics of hazardous trace elements in coal and fly ash from coal-fired power plants. Fuel 2018, 232, 463–469. [Google Scholar] [CrossRef]
- Gruchot, A.; Szwalec, A.; Mundała, P. Chemical and geotechnical properties of ash-slag mixture from “Czajka” landfill near Tarnów. Environ. Prot. Nat. Resour. (Ochrona Środowiska i Zasobów Naturalnych) 2013, 24, 63–67. [Google Scholar] [CrossRef] [Green Version]
- Cholewa, M.; Szwalec, A.; Mundała, P. Ocena właściwości chemicznych i geotechnicznych mieszaniny popiołowo-żużlowej z elektrowni Skawina S.A. w modelowym badaniu zapory ziemnej. Acta Sci. Pol. Form. Circumiectus 2014, 13, 45–54. [Google Scholar] [CrossRef]
- PN-EN 13286-2:2010. Mieszanki Niezwiązane i Związane Hydraulicznie. Część 2: Metody Badań Laboratoryjnych Gęstości na Sucho i Zawartości Wody. Zagęszczanie Metodą Proktora; Polski Komitet Normalizacyjny: Warszawa, Poland, 2010. [Google Scholar]
- PN-EN ISO 17892-3:2016-03. Rozpoznanie i Badania Geotechniczne. Badania Laboratoryjne Gruntów. Część 3: Badanie Gęstości Właściwej; Polski Komitet Normalizacyjny: Warszawa, Poland, 2016. [Google Scholar]
- PN-EN ISO 17892-8:2018-05. Rozpoznanie i Badania Geotechniczne. Badania Laboratoryjne Gruntów. Część 8: Badania Trójosiowe Bez Konsolidacji i Bez Drenażu; Polski Komitet Normalizacyjny: Warszawa, Poland, 2018. [Google Scholar]
- PN-EN ISO 17892-1:2015-02. Rozpoznanie i Badania Geotechniczne. Badania Laboratoryjne Gruntów. Część 1: Oznaczanie Wilgotności Naturalnej; Polski Komitet Normalizacyjny: Warszawa, Poland, 2015. [Google Scholar]
- PN-EN 1997-1:2008. Eurokod 7. Projektowanie Geotechniczne. Część 1. Zasady ogólne; Polski Komitet Normalizacyjny: Warszawa, Poland, 2008. [Google Scholar]
- PN-S-02205:1998. Drogi Samochodowe. Roboty Ziemne. Wymagania i Badania; Polski Komitet Normalizacyjny: Warszawa, Poland, 1998. [Google Scholar]
- PN-EN ISO 14688-2:2006. Badania Geotechniczne. Oznaczanie i Klasyfikowanie Gruntów. Część 2: Zasady Klasyfikacji; Polski Komitet Normalizacyjny: Warszawa, Poland, 2006. [Google Scholar]
- Skarżyńska, K.M.; Michalski, P. Zastosowanie odpadów produkcyjnych zakładów Polsko-Węgierskiej Górniczej Spółki Akcyjnej HALDEX do ziemnych robót inżynierskich. Budownictwo Węglowe–Projekty–Problemy 1989, 11, 20–24. [Google Scholar]
- Gruchot, A.; Zawisza, E.; Gubała, S. Badania wytrzymałości na ścinanie odpadów powęglowych z KWK “Wesoła” w aparacie trójosiowego ściskania. Przegląd Górniczy 2009, 7–8, 73–78. [Google Scholar]
- Filipowicz, P.; Borys, M. Wykorzystanie odpadów przemysłowych do budowy i umacniania wałów przeciwpowodziowych. Rocznik Ochrona Środowiska 2008, 10, 633–644. [Google Scholar]
- Rainbow, A.K.M. Geotechnical Properties of United Kingdom Minestone; British Coal: London, UK, 1989. [Google Scholar]
- Zawisza, E.; Zydroń, T. Badania wpływu zagęszczenia i wilgotności na wytrzymałość na ścinanie popiołów lotnych. XI Międzynarodowa Konferencja “Popioły z energetyki”. Wydawnictwo Ekotech Sp z o.o. 2004, 255–266. [Google Scholar]
- Kim, B.; Prezzi, M.; Salgado, R. Geotechnical properties of fly and bottom ash mixtures for use in highway embankments. J. Geotech. Geoenvironmental Eng. 2005, 7, 914–924. [Google Scholar] [CrossRef]
- Bera, A.K.; Ghosh, A.; Ghosh, A. Behaviour of model footing on pond ash. Geotech. Geol. Eng. 2007, 25, 315–325. [Google Scholar] [CrossRef]
- Zawisza, E.; Blak, A. Wpływ nawodniania na ściśliwość odpadów powęglowych i ich mieszanek z popiołem lotnym. Acta Sci. Pol. Form. Circumiectus 2014, 13, 111–121. [Google Scholar]
- Behera, P.K.; Sarkar, K.; Singh, A.K.; Verma, A.K.; Singh, T.N. Dump Slope Stability Analysis—A Case Study. J. Geol. Soc. India 2016, 88, 725–735. [Google Scholar] [CrossRef]
- Igwe, O.; Chukwu, C. Evaluation of the mechanical properties and critical slope parameters of mine tailings at Enyigba, South eastern, Nigeria. Int. J. Geo-Eng. 2018, 9, 7. [Google Scholar] [CrossRef]
- Igwe, O.; Chukwu, C. Slope stability analysis of mine waste dumps at a mine site in Southeastern Nigeria. Bull. Eng. Geol. Environ. 2019, 78, 2503–2517. [Google Scholar] [CrossRef]
- Kaczmarczyk, R.; Olek, B.; Stanisz, J.; Woźniak, H.; Pilecki, Z. Wpływ gruntów nasypowych na powstanie i rozwój osuwiska. Przegląd Geologiczny 2014, 62, 594–600. [Google Scholar]
- Kainthola, A.; Verma, D.; Gupte, S.S.; Singh, T.N. A Coal Mine Dump Stability Analysis. Geomaterials 2011, 1, 1–13. [Google Scholar] [CrossRef] [Green Version]
- Zhigang, R.T.; Chun, Z.; Yong, W.; Jiamin, W.; Manchao, H. Bo Research on Stability of an Open-Pit Mine Dump with Fiber Optic Monitoring. Geofluids 2018. [Google Scholar] [CrossRef] [Green Version]
- Rajak, T.K.; Yadu, L.; Pal, S.K. Analysis of Slope Stability of Fly Ash Stabilized Soil Slope. In Geotechnical Applications. Lecture Notes in Civil Engineering; Anirudhan, I.V., Maji, V., Eds.; Springer: Singapore, 2019; Volume 13, pp. 119–126. [Google Scholar]
- Van den Berge, D.R.; Castellanos, B.A.; McGuire, M.P. Comparison and Use if Failure Envelope Forms for Slope Stability Analysis. Geotech. Geol. Eng. 2019, 37, 2029–2046. [Google Scholar] [CrossRef]
- Stanisz, J.; Pilecki, Z. Preliminary results of pore pressure profiling on the Tęgoborze-Just landslide. E3S Web Conf. 2018, 66, 1–10. [Google Scholar] [CrossRef]
Parameter | Value for the Waste Materials | |||||
---|---|---|---|---|---|---|
Fly Ash | Coal Mining Wastes | Composite | ||||
Unburnt | Burnt | |||||
Before | After | Before | After | |||
Test | ||||||
Fraction content [%]: | ||||||
–gravel, Gr: 63 ÷ 2 mm | 0.0 | 84.1 | 73.8 | 71.0 | 60.4 | 60.6 |
–sand, Sa: 2 ÷ 0.063 mm | 17.1 | 9.6 | 10.2 | 25.9 | 29.9 | 14.5 |
–silt, Si: 0.063 ÷ 0.002 mm | 78.4 | 4.8 | 13.0 | 2.6 | 8.0 | 22.8 |
–clay, Cl: <0.002 mm | 4.5 | 1.5 | 3.0 | 0.5 | 1.7 | 2.1 |
Uniformity coefficient [-] | 7.5 | 33.5 | 741.7 | 84.3 | 25.0 | 1000.0 |
Coefficient of curvature [-] | 1.5 | 13.2 | 114.7 | 2.3 | 2.5 | 0.2 |
Name of soil acc. to [42] | MSi | MGr | clMGr | saMGr | siMGr | |
Density of solid particles [g∙cm−3] | 2.40 | 2.25 | 2.78 | 2.33 | ||
Optimum moisture content [%] | 34.00 | 6.65 | 17.60 | 13.40 | ||
Maximum dry density of solid particles [g∙cm−3] | 1.160 | 1.760 | 1.715 | 1.690 |
© 2019 by the authors. Licensee MDPI, Basel, Switzerland. This article is an open access article distributed under the terms and conditions of the Creative Commons Attribution (CC BY) license (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).
Share and Cite
Gruchot, A.; Zydroń, T. Shear Strength of Industrial Wastes and Their Mixtures and Stability of Embankments Made of These Materials. Appl. Sci. 2020, 10, 250. https://doi.org/10.3390/app10010250
Gruchot A, Zydroń T. Shear Strength of Industrial Wastes and Their Mixtures and Stability of Embankments Made of These Materials. Applied Sciences. 2020; 10(1):250. https://doi.org/10.3390/app10010250
Chicago/Turabian StyleGruchot, Andrzej, and Tymoteusz Zydroń. 2020. "Shear Strength of Industrial Wastes and Their Mixtures and Stability of Embankments Made of These Materials" Applied Sciences 10, no. 1: 250. https://doi.org/10.3390/app10010250
APA StyleGruchot, A., & Zydroń, T. (2020). Shear Strength of Industrial Wastes and Their Mixtures and Stability of Embankments Made of These Materials. Applied Sciences, 10(1), 250. https://doi.org/10.3390/app10010250