Direct Shear Box Assessment of Sand–Rubber Mixtures: Strength, Ductility, and a Performance Index

Abstract

The reuse of waste materials in geotechnical engineering promotes sustainability while enhancing soil performance. This study investigates the effect of shredded waste rubber on sand through consolidated drained direct shear tests at two relative densities (Dr ≈ 30% and 70%) with 0–10% rubber content. Rubber inclusion reduced brittleness and improved ductility, with mixtures containing 2.5–5% achieving the most favorable strength–deformation balance. In loose sand, cohesion and friction angle increased up to 5%, while in dense sand cohesion rose slightly but friction angle declined at higher contents. A new Performance Index (PI) is proposed in this study, integrating energy absorption, ductility, and residual-to-peak strength into a unified framework. The PI confirmed the 2.5–5% range as optimum, providing a practical tool for mixture evaluation. These findings indicate that low rubber contents are suitable for seismic embankments, retaining walls, and transportation subgrades, while higher contents may be more effective in lightweight and energy-dissipative applications.

Geoteknik mühendisliğinde atık malzemelerin yeniden kullanımı, sürdürülebilirliği teşvik ederken zemin performansını da artırmaktadır. Bu çalışma, parçalanmış atık lastiklerin kum üzerindeki etkisini konsolide-drenajlı doğrudan kesme deneyleri ile incelemektedir. İki farklı bağıl sıkılıkta (Dr ≈ %30 ve %70) ve %0–10 lastik katkı oranı ile yapılan deneylerde, lastik ilavesinin kırılganlığı azalttığı ve sünekliği artırdığı; özellikle %2.5–5 aralığındaki karışımların en uygun mukavemet–deformasyon dengesini sağladığı belirlenmiştir. Gevşek kumlarda kohezyon ve içsel sürtünme açısı %5’e kadar artarken, sıkı kumlarda kohezyon hafif artış göstermiş, ancak sürtünme açısı yüksek katkı oranlarında azalmıştır. Bu çalışmada ayrıca enerji yutma, süneklik ve artık/tepe mukavemet oranını bütünleştiren yeni bir Performans İndeksi (PI) önerilmiştir. PI, %2.5–5 aralığının optimum olduğunu doğrulamış ve karışımların değerlendirilmesinde pratik bir araç sunmuştur. Bulgular, düşük lastik katkı oranlarının sismik dolgular, istinat duvarları ve ulaşım altyapısı alt dolguları için uygun olduğunu; daha yüksek oranların ise hafif ve enerji sönümleyici dolgular için daha etkili olabileceğini göstermektedir.