Use of Additively Manufactured Elements through Plastic for Geotechnical Applications. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF MS Thesis Final Eprint.pdf Restricted to Repository staff only until 22 December 2025. Download (5MB)

Arabic Abstract

المخاوف البيئية المتعلقة بزيادة النفايات البلاستيكية في المملكة العربية السعودية دفعت الباحثين إلى استغلالها في المجال الجيوتكنيكي، بما في ذلك تحسين التربة. على الرغم من وجود العديد من الدراسات حول استخدام النفايات البلاستيكية لتحسين التربة، إلا أن استخدام الجسيمات المجوفة المنفصلة المصنوعة من البلاستيك المعاد تدويره من خلال تقنية التصنيع المتقدمة لم يتم استكشافه بعد. تبحث هذه الدراسة في فعالية التصنيع الإضافي (AM)، وهي تقنية متقدمة في الجيوتكنيك، من خلال دمج عناصر هندسية ثلاثية الأبعاد مجوفة مطبوعة بتقنية AM في تربة المارل لتحسين أدائها.تربة المارل، وهي مادة رسوبية توجد عادةً في المناطق القاحلة، تتميز بانخفاض قوتها وحساسيتها العالية للماء. تم تحليل تكوينات هندسية مختلفة ونسب متنوعة من عناصر التصنيع الإضافي من خلال اختبارات جيوتكنيكية شملت اختبارات الدمك، وقوة الضغط غير المحصورة (UCS)، واختبارات القص المباشر، والاختبارات ثلاثية المحاور، واختبارات النفاذية. تم تصنيع عناصر التصنيع الإضافي بثلاثة أشكال مختلفة: مثلثية، ودائرية، ومربعة، وبثلاثة أحجام لكل شكل. أظهرت النتائج انخفاضًا في الكثافة الجافة القصوى (MDD) والمحتوى المائي الأمثل (OMC) مع زيادة نسبة عناصر التصنيع الإضافي. زادت قوة UCS حتى نسبة مثلى بلغت 1.5%، ثم لوحظ اتجاه تناقصي. أعلى قوة UCS لوحظت للعناصر المثلثية الصغيرة الحجم. بالإضافة إلى ذلك، تأثرت قوة UCS بشكل أكبر بحجم عناصر التصنيع الإضافي مقارنة بشكلها. لوحظ أن قوة القص زادت بنسبة حوالي 25% عند خلط عناصر التصنيع الإضافي مع التربة. عمل الإجهاد الحابس على تحسين سلوك الإجهاد والانفعال للتربة، كما زادت نفاذية التربة عند خلط الجسيمات الإضافية مع التربة. وأخيرًا، تم اقتراح نماذج انحدار لقوة الضغط غير المحصورة (UCS)، حيث تم تحديد UCS كمؤشر أساسي لأداء قوة القص في التربة المعززة بعناصر التصنيع الإضافي.

English Abstract

The environmental concerns related to the increasing plastic waste generation in Saudi Arabia have led researchers to utilize it in the geotechnical field, including soil improvement. Despite numerous research studies on plastic waste for ground improvement, the use of discrete hollow particles from recycled plastic through an advanced manufacturing technique has not yet been explored. This study investigates the efficacy of Additive Manufacturing (AM), an advanced technique in geotechnics, by integrating 3D-printed hollow geometric elements into marl soil to enhance its performance. Marl soil, a sedimentary material commonly found in arid regions, is characterized by low strength and water sensitivity. Various AM geometric configurations and proportions were analyzed through geotechnical tests, including compaction, unconfined compressive strength (UCS), direct shear, triaxial, and permeability tests. AM elements were manufactured in three different shapes, i.e., triangular, circular, and square, with three different sizes for each shape. The MDD and OMC were reduced with an increasing percentage of AM elements. UCS strength increased to an optimum percentage of 1.5%. Additionally, UCS strength was more significantly affected by the size of AM elements as compared to the shape. The shear strength increased about 25% when AM is mixed to the soil. Confining stress improves soil's stress-strain behavior, and the soil's permeability is also increased when AM particles are mixed with the soil. Finally, regression models for Unconfined Compressive Strength (UCS) were proposed, identifying UCS as a primary performance indicator of shear strength in AM-reinforced marl soil.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Civil Engineering Civil Engineering > Geotechnical Engineering
Department:	College of Design and Built Environment > Civil and Environmental Engineering
Committee Advisor:	ALI, SYED UMAIR
Committee Co-Advisor:	AZIZ, MUBASHIR
Committee Members:	AL-AMOUDI, OMAR and AL-SHAMMARI, AMMAR and ALI, USMAN
Depositing User:	AQEEL UR REHMAN (g202212040)
Date Deposited:	23 Dec 2024 05:35
Last Modified:	23 Dec 2024 05:35
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143139