Influence of particle breakage on bulk density of dynamically compacted coarse aggregates

Karol Brzeziński; Maciej Maślakowski; Kazimierz Józefiak

doi:10.7409/rabdim.024.009

Opublikowane: 2024-07-08

Tom 23 Nr 2 (2024)

Wpływ pękania ziaren na gęstość objętościową dynamicznie zagęszczanych kruszyw grubych

Karol Brzeziński

, Maciej Maślakowski

, Kazimierz Józefiak

Dział: Artykuły

https://doi.org/10.7409/rabdim.024.009

Abstrakt

W artykule przedstawiono pierwszą przeprowadzoną metodą elementów dyskretnych (DEM) symulację dynamicznego zagęszczania w badaniu Proctora. Celem wykonanych symulacji było znalezienie odpowiedzi na pytanie, w jaki sposób, w jaki sposób pękanie ziaren wpływa na gęstość intensywnie zagęszczanej próbki materiału ziarnistego. Porównano wyniki symulacji i badań laboratoryjnych. Symulacje z ziarnami niełamliwymi pozwoliły na wyodrębnienie wpływu zmiany rozkładu wielkości ziaren i wzajemnego ich przemieszczania. Obydwa czynniki odgrywają zasadniczą rolę w zwiększaniu gęstości objętościowej próbki w przypadku badanego kruszywa o nieciągłym uziarnieniu. Symulacje z ziarnami łamliwymi lepiej odtwarzają badanie laboratoryjne pod względem jakościowym i ilościowym. Wnioski pozwalają na lepsze zrozumienie procesu zagęszczania kruszywa, co ma kluczowe znaczenie dla opracowania nowatorskich strategii zagęszczania i minimalizacji wpływu procesów budowlanych na środowisko.

Słowa kluczowe:

badanie Proctora, Metoda Elementów Dyskretnych;, pękanie ziaren, Proctor test

Podobne artykuły

Janusz Sobolewski, Wymiarowanie zbrojeń geosyntetycznych w konstrukcjach z gruntu zbrojonego zgodnie z przepisami Eurokodu 7 , Roads and Bridges - Drogi i Mosty: Tom 9 Nr 2 (2010)
Czesław Machelski, Robert Toczkiewicz, Podatność połączenia stalowego dźwigara z płytą betonową w mostach zespolonych , Roads and Bridges - Drogi i Mosty: Tom 4 Nr 3 (2005)
Mateusz Marek Iwański, Małgorzata Linek, Piotr Nita, Patrycja Piotrowska, Eva Remišová, Ocena przydatności destruktu asfaltowego do drogowych nawierzchni betonowych , Roads and Bridges - Drogi i Mosty: Tom 22 Nr 1 (2023)
Bartłomiej Krawczyk, Antoni Szydło, Piotr Mackiewicz, Dariusz Dobrucki, Przydatność kruszyw z recyklingu nawierzchni betonowych do warstw z mieszanek niezwiązanych i związanych cementem , Roads and Bridges - Drogi i Mosty: Tom 17 Nr 1 (2018)
Hassan Tabatabaee, Susan Listberger, Justin Black, Magdalena Machura, Rola dodatków na bazie biologicznej w osiąganiu zrównoważonego rozwoju nawierzchni asfaltowych , Roads and Bridges - Drogi i Mosty: Tom 22 Nr 4 (2023)
Daria Jóźwiak-Niedźwiedzka, Zbigniew Tucholski, Wiadukt żelbetowy z początków XX wieku – analiza mikrostruktury stuletniego betonu , Roads and Bridges - Drogi i Mosty: Tom 9 Nr 3 (2010)
Marcin Gajewski, Renata Horodecka, Wojciech Bańkowski, Aleksandra Grzegórska, Maciej Kłopociński, Ocena wpływu dodatków z przetworzonych tworzyw sztucznych na właściwości asfaltów drogowych , Roads and Bridges - Drogi i Mosty: Tom 22 Nr 3 (2023)
Karolina Pełczyńska, Agata Grajewska, Sebastian Kopytko, Długowieczna nawierzchnia z wykorzystaniem asfaltów modyfikowanych gumą z recyklingu na przykładzie odcinka doświadczalnego drogi ekspresowej S-19 , Roads and Bridges - Drogi i Mosty: Tom 22 Nr 4 (2023)
Mirosław Graczyk, Danuta Bebłacz, Beton wałowany z wykorzystaniem kruszywa z recyklingu do wykonywania nawierzchni dróg lokalnych , Roads and Bridges - Drogi i Mosty: Tom 22 Nr 4 (2023)
Lesław Kwaśniewski, Analiza dynamiczna oddziaływania ruchomego koła na pokrywę studni kablowej , Roads and Bridges - Drogi i Mosty: Tom 9 Nr 1 (2010)

<< < 11 12 13 14 15 16 17 18 > >>

Możesz również Rozpocznij zaawansowane wyszukiwanie podobieństw dla tego artykułu.

Inne teksty tego samego autora

Karol Brzeziński, Grzegorz Adamczewski, Paweł Tutka, Wpływ obciążeń cyklicznych na wytrzymałość statyczną piasku związanego cementem – ujęcie jakościowe , Roads and Bridges - Drogi i Mosty: Tom 16 Nr 1 (2017)
Artur Zbiciak, Mirosław Graczyk, Kazimierz Józefiak, Karol Brzeziński, Rafał Michalczyk, Ocena wpływu parametrów geometrycznych płyty betonowej na rozkład naprężeń w konstrukcji nawierzchni drogowej , Roads and Bridges - Drogi i Mosty: Tom 18 Nr 3 (2019)
Mirosław Graczyk, Artur Zbiciak, Kazimierz Józefiak, Projektowanie konstrukcji nawierzchni lotniskowych z wykorzystaniem metod analitycznych i MES , Roads and Bridges - Drogi i Mosty: Tom 14 Nr 2 (2015)

Pobierz pliki

PDF

Zasady cytowania

Brzeziński, K., Maślakowski, M., & Józefiak, K. (2024). Wpływ pękania ziaren na gęstość objętościową dynamicznie zagęszczanych kruszyw grubych. Roads and Bridges - Drogi I Mosty, 23(2), 179–201. https://doi.org/10.7409/rabdim.024.009

Cited by / Share

Licencja

Utwór dostępny jest na licencji Creative Commons Uznanie autorstwa 4.0 Międzynarodowe.

Bibliografia

Chang C.S., Liu Y.: Stress and fabric in granular material. Theoretical and Applied Mechanics Letters, 3, 2, 2013, ID article 021002, DOI: 10.1063/2.1302102
Google Scholar

Wang S., Miao Y., Wang L.: Investigation of the force evolution in aggregate blend compaction process and the effect of elongated and flat particles using DEM. Construction and Building Materials, 258, 2020, ID article: 119674, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2020.119674
Google Scholar

Zhou W., Yang L., Ma G., Chang X., Cheng Y., Li D.: Macro–micro responses of crushable granular materials in simulated true triaxial tests. Granular Matter, 17, 4, 2015, 497-509, DOI: 10.1007/s10035-015-0571-3
Google Scholar

Gou D., Li Y., An X., Yang R.: DEM modelling of particle fragmentation during compaction of particles. Powder Technology, 398, 2022, ID article: 117073, DOI:10.1016/j.powtec.2021.117073
Google Scholar

Cundall P.A., Strack O.D.L.: A discrete numerical model for granular assemblies. Géotechnique, 29, 1, 1979,
Google Scholar

- 65, DOI: 10.1680/geot.1979.29.1.47
Google Scholar

Cil M.B., Buscarnera G.: DEM assessment of scaling laws capturing the grain size dependence of yielding in granular soils. Granular Matter, 18, 3, 2016, ID article: 36, DOI: 10.1007/s10035-016-0638-9
Google Scholar

McDowell G.R., de Bono J.P.: On the micro mechanics of one-dimensional normal compression. Geotechnique, 63, 11, 2013, 895-908, DOI: 10.1680/geot.12.P.041
Google Scholar

Zhang C., Zhao Y., Bai Q.: 3D DEM method for compaction and breakage characteristics simulation of broken rock mass in goaf. Acta Geotechnica, 7, 2021, 2765-2781, DOI: 10.1007/s11440-021-01379-3
Google Scholar

Jia M., Liu B., Xue J., Ma G.: Coupled three-dimen-sional discrete element–finite difference simulation of dynamic compaction. Acta Geotech, 16, 3, 2021, 731-47, DOI: 10.1007/s11440-020-01055-y
Google Scholar

Zhu X., Qian G., Yu H., Yao D., Shi C., Zhang C.: Evaluation of coarse aggregate movement and contact unbalanced force during asphalt mixture compaction process based on discrete element method. Construction and Building Materials, 328, 2022, ID article: 127004, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2022.127004
Google Scholar

Ma Z., Liao H., Ning C., Liu L.: Numerical study of the dynamic compaction via DEM. Japanese Geotechnical Society Special Publication, 1, 3, 2015, 17–22, DOI:10.3208/jgssp.CPN-17
Google Scholar

Wang C., Moharekpour M., Liu Q., Zhang Z., Liu P., Oeser M.: Investigation on asphalt-screed interaction during pre-compaction: Improving paving effect via numerical simulation. Construction and Building Materials, 289, 2021, ID article: 123164, DOI: 10.1016/j. conbuildmat.2021.123164
Google Scholar

Przybyłowicz M., Sysyn M., Gerber U., Koval-chuk V., Fischer S.: Comparison of the effects and efficiency of vertical and side tamping methods for ballasted railway tracks. Construction and Building Materials, 314, 2022, ID article: 125708, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2021.125708
Google Scholar

Qi Q., Chen Y., Nie Z., Liu Y.: Investigation of the compaction behaviour of sand-gravel mixtures via DEM: Effect of the sand particle shape under vibration loading. Computers and Geotechnics, 154, 2023, ID article: 105153, DOI: 10.1016/j.compgeo.2022.105153
Google Scholar

Pouranian M.R., Shishehbor M., Haddock J.E.: Im-pact of the coarse aggregate shape parameters on compaction characteristics of asphalt mixtures. Powder Technology, 363, 2020, 369-386, DOI: 10.1016/j.pow-tec.2020.01.014
Google Scholar

Komaragiri S., Gigliotti A., Bhasin A.: Feasibility of using a physics engine to virtually compact asphalt mixtures in a gyratory compactor. Construction and Building Materials, 308, 2021, ID article: 124977, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2021.124977
Google Scholar

Chen J., Huang B., Shu X., Hu C.: DEM simulation of laboratory compaction of asphalt mixtures using an open source code. Journal of Materials in Civil Engineering, 27, 3, 2015, ID article: 04014130, DOI: 10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0001069
Google Scholar

Ciantia M.O., Arroyo M., Calvetti F., Gens A.: An approach to enhance efficiency of DEM modelling of soils with crushable grains. Geotechnique, 65, 2, 2015, 91-110, DOI: 10.1680/geot.13.P.218
Google Scholar

Brzeziński K., Gladky A.: Clump breakage algorithm for DEM simulation of crushable aggregates. Tribology International, 173, 2022, ID article: 107661, DOI: 10.1016/j.triboint.2022.107661
Google Scholar

Šmilauer V., Angelidakis V., Catalano E., Caulk R., Chareyre B., Chèvremont W., et al.: Yade Documentation 3rd ed., 2021, DOI: 10.5281/ZENODO.5705394
Google Scholar

Standardization E.C. for: HRN EN 13286-2: 2010 Unbound and Hydraulically Bound Mixtures – Part 2: Test Method for Laboratory Dry Density and Water Content - Proctor Compaction
Google Scholar

PN-S-02205:1998: Polish standard: Roads – Earthwork -Specifications and tests, 1998
Google Scholar

Hu W., Polaczyk P., Gong H., Ma Y., Huang B.: Visu-alization and quantification of soil laboratory impact compaction. Journal of Rock Mechanics and Geo-technical Engineering, 14, 2, 2022, 616-624, DOI: 10.1016/j.jrmge.2021.07.001
Google Scholar

Xiao J., Zhang X., Zhang D., Xue L., Sun S., Stránský J., et al.: Morphological reconstruction method of irregular shaped ballast particles and application in numerical simulation of ballasted track. Transportation Geotechnics, 24, 2020, ID article: 100374, DOI: 10.1016/j.tr-geo.2020.100374
Google Scholar

An P., Tang H., Li C., Fang K., Lu S., Zhang J.: A fast and practical method for determining particle size and shape by using smartphone photogrammetry. Measurement, 193, 2022, ID article: 110943, DOI: 10.1016/j. measurement.2022.110943
Google Scholar

Li R., Hu X., Chen F., Wang X., Xiong H., Wu H.: A systematic framework for DEM study of realistic gravel-sand mixture from particle recognition to macro- and micro-mechanical analysis. Transportation Geotechnics, 34, 2022, ID article: 100693, DOI: 10.1016/j. trgeo.2021.100693
Google Scholar

Brzeziński K., Duda A., Styk A., Kowaluk T.: Photogrammetry-based volume measurement framework for the particle density estimation of LECA. Materials, 15, 15, 2022, ID article: 5388, DOI: 10.3390/ma15155388
Google Scholar

Paixão A., Resende R., Fortunato E.: Photogrammetry for digital reconstruction of railway ballast particles
Google Scholar

– A cost-efficient method. Construction and Building Materials, 191, 2018, 963-976, DOI: 10.1016/j.con-buildmat.2018.10.048
Google Scholar

Huschek-Juhász E., Németh A., Sysyn M., Baranyai G., Liu J., Fischer S.: Testing the fragmentation of railway ballast material by laboratory methods using Proctor compactor. Scientific Bulletin of the National Mining University of Ukraine in Dnipropetrovsk, 1, 2024, 58-68, DOI: 10.33271/nvngu/2024-1/058
Google Scholar

European standard: HRN EN 13286-2:2010 Unbound and Hydraulically Bound Mixtures - Part 2: Test Method for Laboratory Dry Density and Water Content -Proctor Compaction
Google Scholar

Angelidakis V., Nadimi S., Otsubo M., Utili S.: CLUMP: a code library to generate universal multi-sphere particles. SoftwareX, 15, 2021, ID article: 100735, DOI: 10.1016/j.softx.2021.100735
Google Scholar

Suhr B., Six K.: Parametrisation of a DEM model for railway ballast under different load cases. Granular Matter, 19, 4, 2017, 1-16, DOI: 10.1007/s10035-017-0740-7
Google Scholar

Johnson K.L.: Contact mechanics. Cambridge University Press; 1987
Google Scholar

Kozicki J., Tejchman J., Mróz Z.: Effect of grain roughness on strength, volume changes, elastic and dissipated energies during quasi-static homogeneous triaxial compression using DEM. Granular Matter, 14, 4, 2012, 457-468, DOI: 10.1007/s10035-012-0352-1
Google Scholar

Brzeziński K., Zbiciak A., Gladky A.: Implementation of a viscoelastic boundary condition to Yade – open source DEM software. Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 2023, 355-364, DOI: 10.15632/jtam-pl/163053
Google Scholar

Itasca’s Particle Flow Code Documentation 7.0, software, 2021
Google Scholar

Šmilauer V.: Cohesive particle model using discrete element method on the Yade platform. PhD Thesis. České vysoké učení technické v Praze. Vypočetní a informační centrum, 2010
Google Scholar

Park D., Michalowski R.L.: Time-dependent model for sand grain deflection including contact maturing under sustained load. Granular Matter, 22, 2, 2020, ID article: 40, DOI: 10.1007/s10035-020-1008-1
Google Scholar

Tavares L.M., Rodriguez V.A., Sousani M., Padros C.B., Ooi J.Y.: An effective sphere-based model for breakage simulation in DEM. Powder Technology, 392, 2021, 473-488, DOI: 10.1016/j.powtec.2021.07.031
Google Scholar

Liu J., Sysyn M., Liu Z., Kou L., Wang P.: Studying the Strengthening Effect of Railway Ballast in the ‎Direct Shear Test due to Insertion of Middle-size Ballast Particles. Journal of Applied and Computational Mechanics, 8, 4, 2022, 1387-1397, DOI: 10.22055/jacm.2022.40206.3537
Google Scholar

Eliáš J.: Simulation of railway ballast using crushable polyhedral particles. Powder Technology, 264, 2014, 458–65, DOI: 10.1016/j.powtec.2014.05.052
Google Scholar

Gladkyy A., Kuna M.: DEM simulation of polyhedral particle cracking using a combined Mohr–Coulomb–Weibull failure criterion. Granular Matter, 19, 3, 2017, ID article: 41, DOI: 10.1007/s10035-017-0731-8
Google Scholar

De Arruda Tino A.A., Tavares L.M.: Simulating breakage tests using the discrete element method with polyhedral particles. Computational Particle Mechanics, 9, 4, 2022, 811-823, DOI: 10.1007/s40571-021-00448-4
Google Scholar

Lisjak A., Grasselli G.: A review of discrete modeling techniques for fracturing processes in discontinuous rock masses. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 6, 4, 2014, 301-314, DOI: 10.1016/j. jrmge.2013.12.007
Google Scholar

Yu F.: Particle breakage in granular soils: a review. Particulate Science and Technology, 39, 1, 2021, 91-100, DOI: 10.1080/02726351.2019.1666946
Google Scholar

Xiao Y., Desai C.S., Daouadji A., Stuedlein A.W., Liu H., Abuel-Naga H.: Grain crushing in geoscience materials–Key issues on crushing response, measurement and modeling: Review and preface. Geoscience Frontiers, 11, 2, 2020, 363-374, DOI: 10.1016/j.gsf.2019.11.006
Google Scholar

Lai R., Xu F., Qi Q., Nie Z.: Exploring the effects of gravel shapes on vibration compaction behaviours of coarse-grained mixtures via DEM simulations. International Journal of Pavement Engineering, 24, 1, 2023, ID arti-cle: 2201501, DOI: 10.1080/10298436.2023.2201501
Google Scholar

Coetzee C.J.: Calibration of the discrete element method and the effect of particle shape. Powder Technology, 297, 2016, 50-70, DOI: 10.1016/j.powtec.2016.04.003
Google Scholar

Brzeziński K., Ciężkowski P., Bąk S.: Tricking the fractal nature of granular materials subjected to crushing. Powder Technology, 425, 2023, ID article: 118601, DOI: 10.1016/j.powtec.2023.118601
Google Scholar

Zhu S., Ye H., Yang Y., Ma G.: Research and application on large-scale coarse-grained soil filling characteristics and gradation optimization. Granular Matter, 24, 4, 2022, ID article: 121, DOI: 10.1007/s10035-022-01280-0
Google Scholar

Rosato A., Strandburg K.J., Prinz F., Swendsen R.H.: Why the Brazil nuts are on top: Size segregation of particulate matter by shaking. Physical Review Letters, 58, 10, 1987, 1038-1040, DOI: 10.1103/PhysRevLett.58.1038
Google Scholar

Krawczyk B., Szydło A., Mackiewicz P., Dobrucki D.: Assessment criteria of the recycled aggregate cement bound bases. Roads and Bridges - Drogi i Mosty, 18, 2, 2019, 109-126, DOI: 10.7409/rabdim.019.007
Google Scholar

Graczyk M., Bebłacz D.: Roller-compacted concrete with the use of recycled aggregate for local road pavement execution. Roads and Bridges - Drogi i Mosty, 22, 4, 2023, 433-438, DOI: 10.7409/rabdim.023.025
Google Scholar

Stokfisz A., Liphardt A.: Assessment of crack propagation resistance in SMA mixtures with reclaimed asphalt pavement. Roads and Bridges - Drogi i Mosty, 22, 4, 2023, 593-604, DOI: 10.7409/rabdim.023.039
Google Scholar

Suhr B., Skipper W.A., Lewis R., Six K.: DEM modelling of railway ballast using the Conical Damage Model: a comprehensive parametrisation strategy. Granular Matter, 24, 1, 2022, ID article: 40, DOI: 10.1007/s10035-021-01198-z
Google Scholar

Juhász E., Fischer S.: Investigation of railroad ballast particle breakage. Pollack Periodica, 14, 2, 2019, 3-14, DOI: 10.1556/606.2019.14.2.1
Google Scholar

Eliáš J.: Simulation of railway ballast using crushable polyhedral particles. Powder Technology, 264, 2014, 458-465, DOI: 10.1016/j.powtec.2014.05.052
Google Scholar

Liu Y., Gao R., Chen J.: A new DEM model to simulate the abrasion behavior of irregularly-shaped coarse granular aggregates. Granular Matter, 23, 3, 2021, ID article: 61, DOI: 10.1007/s10035-021-01130-5
Google Scholar

Ngo T., Indraratna B.: Mitigating ballast degrada-tion with under-sleeper rubber pads: Experimental and numerical perspectives. Computers and Geotechnics, 122, 2020, ID article: 103540, DOI: 10.1016/j.compgeo.2020.103540
Google Scholar

Wpływ pękania ziaren na gęstość objętościową dynamicznie zagęszczanych kruszyw grubych

Abstrakt

Słowa kluczowe:

Podobne artykuły

Inne teksty tego samego autora

Pobrania

Karol Brzeziński

Maciej Maślakowski

Kazimierz Józefiak