KFUPM ePrints

MODELING THE BEHAVIOR OF SULFUR MODIFIED FOAMED AND EMULSIFIED ASPHALT SOILS MIXES FOR LOCAL ROAD APPLICATIONS

l MODELING THE BEHAVIOR OF SULFUR MODIFIED FOAMED AND EMULSIFIED ASPHALT SOILS MIXES FOR LOCAL ROAD APPLICATIONS. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img]PDF (Ph.D Dissertation) - Published Version
Restricted to Abstract Only until 22 May 2015.

5Mb

Arabic Abstract

أدت الزيادة السكانية والتوسع العمراني والصناعي في المملكة العربية السعودية الي انشاء العديد من المدن السكنية والصناعية الضخمة وماتتطلبه هذه المدن من شبكات طرق ومطارات و تعتبر ندرة المواد الانشائية الجيدة و المستخدمة في انشاء الطرق على امتداد الخط الساحلي للخليج العربي والبحر الاحمر وكذلك الاجزاء الشمالية والجنوبية من المملكة من ابرز المشاكل والمعوقات التي تؤدي الي زيادة تكلفة مشاريع الطرق والذي بدوره يتطلب مضاعفة الجهود والبحث عن طرق بديلة لتحسين الترب المحلية الضعيفة لاستخدامها في المشاريع الانشائية. تنتج مادة الكبريت بكميات كبيرة اثناء عملية انتاج النفط والغاز كمادة ثانوية وتزداد معدلات الانتاج سنويا بشكل ملحوظ. وعلى الرغم من ان الكبريت يعتبر مادة خام تستخدم في تصنيع العديد من المنتجات الا ان وفرته ادى الى انخفاض سعره عالميا. لقد اثبت الكبريت فعاليتة في الخلطات الاسفلتية المستخدمة في انشاء الطرق حيث يمكن استخدامه للحد من كمية الاسفلت بنسبة تصل الى 30%. ولهذا فان هذه الدراسة بحثت في امكانية انتاج واستخدام رغوة ومستحلب الاسفلت المحسن بالكبريت بنسبة 30% في تثبيت وتحسين الخواص الميكانيكية للتربة المحلية في المنطقة الشرقية للمملكة العربية السعودية مثل التربة الجيرية (المارل) والسبخة والرمل ومقارنتها بخلطات رغوة ومستحلب الاسفلت الاعتيادية. ولتحقيق هذا الهدف تم استخدام طريقة مارشال لتصميم الخلطات الاسفلتية و ايجاد النسب المثلى لرغوة ومستحلب الاسفلت المحسن بالكبريت والاعتيادي ومن ثم تقييم هذه الخلطات باستخدام عدة اختبارات ميكانيكية شملت اختبار قوة مقاومة الانشطار بالشد ونسبة فقدان القوة نتيجة التعرض للماء و معامل المرونة الديناميكي واختبار قوة القص وزاوية الاحتكاك الداخلي واختبار الزحف ( التخدد او التشوه الدائم). كماتم محاكاة ونمذجة التخدد باستخدام اختبار التحميل الديناميكي الثلاثي واختبار العجل للمحاكاة. اشارت نتائج الدراسة الى ان رغوة الاسفلت المحسنة بالكبريت حسنت خواص الترب (التربة الجيرية و السبخة و الرمل) وزادت من مقاومتها للتخدد مقارنة بالرغوة الاسفلتية العادية. في المقابل وجد ان مستحلب الاسفلت المحسن بالكبريت قد حسن معامل المرونة الديناميكي ومقاومة الانشطار بالشد بينما زاد من قابلية التخدد مقارنة بمستحلب الاسفلت العادي, كما وجد ان النماذج المطورة والمعايرة قادرة على التنبؤ بمقدار التخدد بدقة عالية.

English Abstract

The rapidly growing population and expansion of industrial facilities in Saudi Arabia has recently led to the construction of huge industrial cities and associated network of roads and airports. One of the typical problems in the construction of roads along the coastal regions of the Arabian Gulf, the red sea, and northern and southern parts of the country is ascribable to the scarcity of good quality soils. This has led to the increased construction cost of road projects which in turn increased the need to search for alternative methods to modify the quality of the vast local marginal soils to be used in construction projects through various soil treatments. Sulfur is a by-product of oil and gas production and its rate of production is increasing rapidly every year. Although sulfur is a vital raw material to manufacture a myriad of products, its abundance reduced its price worldwide. The storage of the sulfur will pose an environmental hazard. Since sulfur asphalt has proven its advantage when used to build local roads and was utilized to reduce the required asphalt cement up to 30%, therefore, this study looked into the possible usage of new bituminous materials formed using foamed and emulsified asphalts utilizing 30/70 sulfur asphalt in improving the engineering properties of local soils in the Eastern Province of the Kingdom of Saudi Arabia. The main objective of this study was to use foamed and emulsified asphalts utilizing 30/70 sulfur asphalt for the stabilization of local indigenous eastern Saudi soils including marl, sabkha and dune sand. To achieve this objective, the optimum binder content of sulfur foamed/emulsified asphalt was optimized and the produced mixes were evaluated using Marshall stability, split tensile strength, durability, resilient modulus, static and dynamic triaxial and wheel tracking tests, and then compared to those prepared with regular foamed and emulsified asphalts. Permanent deformation of stabilized mixes at optimum binder content was modeled and simulated using dynamic triaxial and wheel tracking tests. The developed models were calibrated to predict rutting using VESYS 5W software and develop design charts for local road applications. Results indicated that the modified sulfur foamed asphalt (SFA) increased the stability and indirect tensile strength (ITS) of the investigated soils. In addition, SFA mixes enhanced the cohesion of the treated soils and increased the rutting resistance compared to conventional foam asphalt (FA) mixes. On the other hand, sulfur emulsion asphalt (SEA) slightly reduced the stability and increased the ITS of the treated soils. Furthermore, the SEA reduced the shear strength and increased the rutting susceptibility of some soils mixes compared to the regular emulsion asphalt (EA).



Item Type:Thesis (PhD)
Subjects:Civil Engineering
Divisions:College Of Engineering Sciences > Civil Engineering Dept
Committee Advisor:Abdul Wahhab, Hamad I.
Committee Co-Advisor:Al-Shayea, Naser A.
Committee Members:Abduljauwad, Sahel N. and Al-Gahtani, Husain Jubran and Al-Sabah, Walid S.
ID Code:139293
Deposited By:GAMIL MAHYOUP (g200503450)
Deposited On:10 Jun 2014 11:04
Last Modified:10 Jun 2014 11:04

Repository Staff Only: item control page