Jute Geotextiles and their Applications in Civil Engineering by Tapobrata Sanyal

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Jute Geotextiles and their Applications in Civil Engineering
by Tapobrata Sanyal
Jute Geotextiles and their Applications in Civil Engineering

Contents
1 Introducing Geotextiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1 Technical Textiles (TT) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2 Geosynthetics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2 Jute, Jute Fiber, and Jute Yarn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.1 History of Jute . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.2 Characteristics of Jute . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.3 Composition of Jute . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.4 Physical Properties of Jute Fiber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.5 Grading of Raw Jute . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.6 Jute Yarns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.7 Processing of Jute Yarns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.8 Yarn Quality . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3 Jute Geotextiles: Its Types and Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.1 Types of JGT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3.2 Woven JGT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3.3 Nonwoven JGT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.4 Open Weave JGT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.5 Properties of Jute Fiber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.6 Basic Functions of Jute Geotextile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.7 Explanation of Functions of JGT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.8 Separation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.9 Filtration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.10 Drainage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.11 Initial Reinforcement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.12 Survivability of Jute Geotextiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3.13 Durability of Jute Geotextiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3.14 Important Geotextile-Related Functional Features . . . . . . . . . . 29
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
4 Soil Basics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
4.1 Classification of Soil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
4.2 Grain Size Distribution of Soil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
4.3 Salient Properties of Soil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
4.4 Other Important Soil Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
4.5 Some Important Points Regarding Soil . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
5 Control of Soil Erosion Caused by Rain and Wind
with Jute Geotextiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
5.1 Rain-Induced Soil Erosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
5.2 Wind-Induced Soil Erosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
5.3 Mechanism of Soil Erosion Due to Precipitation . . . . . . . . . . . 42
5.4 Destabilization of Hillslope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
5.5 Structural Corrective Measures in Hillslopes . . . . . . . . . . . . . . 45
5.6 Soil Bioengineering with JGT in Controlling
Topsoil Erosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
5.7 How Soil Bioengineering Helps in Erosion Control . . . . . . . . . 48
5.8 Discussion on the Role of Jute Geotextiles (JGT) in Soil
Bioengineering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
5.9 Design Principle for Erosion Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
5.10 Elements of Design for Slope Erosion Management
with JGT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
5.10.1 Impact of Raindrops on Topsoil in the Presence
of OWJGT. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
5.10.2 Overland Storage by OW JGT . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
5.10.3 Reduction in Run-Off Velocity in the Presence
of OWJGT. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
5.11 Prototype Studies with JGT in Hillslope . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
5.12 Selection of JGT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
5.13 Installation of JGT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
6 Strengthening of Road Sub-grade with Jute Geotextiles . . . . . . . . . 65
6.1 Functional Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
6.1.1 Separation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
6.1.2 Filtration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
6.2 Analytical Concept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
6.2.1 Static Loading Effects on Road . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
6.2.2 Dynamic Loading Effects on Road . . . . . . . . . . . . . . . 69
6.3 Approach to Design of Roads with Jute
Geotextiles (JGT) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
6.4 Salient Findings of Ramaswamy and Aziz . . . . . . . . . . . . . . . . 71
6.5 Design Elements for Low Volume Roads with JGT . . . . . . . . . 72
6.5.1 Traffic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
6.5.2 Axles and Loads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
6.5.3 Properties of Base Course Material and
Sub-grade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
6.6 Design Methodology for Determining Pavement Thickness
Using JGT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
6.7 Computation of Pavement Thickness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
6.7.1 Burmister’s Two-Layer Concept . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
6.8 Effect of Number of Passes on Thickness of Pavement . . . . . . . 77
6.9 Determination of Value of Constant “K” . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
6.10 CBR vs. Pavement Thickness Curves Under a Set
of “ESAL” Range . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
6.11 Selection of JGT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
6.11.1 Retention . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
6.11.2 Filtration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
6.12 Installation Method of JGT in Roads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
Annex I: Design Graphs for Determining Pavement Thickness for Low
Volume Roads Under a Range of CBR% of Sub-grade . . . . . . . . . . . . 83
Annex II: Comparison of Pavement Thickness with and Without JGT
Determined with the Modified Relations (Eqs. 6.8 and 6.9) Based
on Burmister Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
Annex III: Elastic Modulus of Woven Jute Fabric . . . . . . . . . . . . . . . 87
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
7 Controlling Riverbank Erosion with Jute Geotextiles . . . . . . . . . . . 89
7.1 Conventional Granular Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
7.2 Advantages of Geotextiles Over Conventional Graded
Filter in Riverbank Protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
7.3 Bank Protection with JGT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
7.4 Design Concept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
7.5 Elements of Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
7.6 Soil Retention Criteria for Different Flow Conditions . . . . . . . . 93
7.7 Permeability Criterion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
7.8 Transmissivity Criterion for Drainage Function . . . . . . . . . . . . 95
7.9 Survivability Criteria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
7.10 Anti-clogging Criterion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
7.11 Design of Armor or Riprap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
7.12 Installation Procedure of JGT on Riverbank . . . . . . . . . . . . . . . 99
Annex: Transmissivity of Woven JGT (627 gsm/20 kN/m) . . . . . . . . . 101
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
8 Stabilizing Embankments with Jute Geotextiles . . . . . . . . . . . . . . . 103
8.1 Causes of Instability of Embankments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
8.2 Principle of Reinforced Soil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
8.3 Advantages of Using JGT in Stabilizing Embankments . . . . . . 104
8.4 Design Approach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
8.5 Properties of JGT to Be Used in Embankments . . . . . . . . . . . . 107
8.6 Installation Procedure for JGT in Embankments . . . . . . . . . . . . 107
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
9 Management of Settlement of Railway Tracks . . . . . . . . . . . . . . . . 111
9.1 Remedial Approach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
9.2 Installation Procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
9.3 Type of JGT to Be Used . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
Reference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
10 Consolidation of Soft Soil with Prefabricated
Vertical Jute Drain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
10.1 Advantages of Using PVJD in Soft Soil Consolidation . . . . . . . 118
10.2 Design Approach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
10.3 Prefabricated Vertical Jute Drain (PVJD) . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
10.4 Installation of Vertical Drains . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
10.5 Study on Performance of PVJD by the University
of Wollongong, Australia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
11 Jute Geotextile Standards, Properties, and Test Methods . . . . . . . . 127
11.1 European Standards for Man-Made Geotextiles . . . . . . . . . . . . 128
11.2 International Standards for Man-Made Geotextiles . . . . . . . . . . 128
11.3 Published Indian Standards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
11.4 Property Parameters of JGT and Tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
11.5 Testing of Physical Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
11.5.1 Mass Per Unit Area . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
11.5.2 Thickness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
11.5.3 Porometry/Apparent Opening Size . . . . . . . . . . . . . . . 131
11.5.4 Width and Length . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
11.5.5 Drapability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
11.6 Testing of Mechanical Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
11.6.1 Tensile Strength . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
11.6.2 Trapezoidal Tear Strength . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
11.6.3 Puncture Strength . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
11.6.4 Mullen Burst Strength . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
11.6.5 Interfacial Frictional Resistance . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
11.7 Testing of Hydraulic Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
11.7.1 Permittivity of JGT (Ψ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
11.7.2 Transmissivity of JGT (θ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
11.7.3 Clogging Potential of JGT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
12 Environmental Aspects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
12.1 Life Cycle of Jute . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
12.2 Environmental Assessment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
12.3 Eco-compatibility of JGT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
12.4 Findings of the Study by PwC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
13 Potentially Important Jute Geotextiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
13.1 Specification of Different Types of JGT Vis-_a-Vis
Application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
13.2 Type 1: Open Weave Jute Geotextile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
13.3 Type 2: Nonwoven Jute Geotextile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
13.4 Type 3: Woven JGT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
13.5 Comparative Assessment of JGT with Man-Made
Geotextiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
13.6 Property-Wise Advantages of JGT Over Other
Geotextiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
14 Transportation, Storage, and Handling of JGT . . . . . . . . . . . . . . . 163
14.1 Acceptance of JGT at the Site . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
14.2 Storage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
14.3 Unloading at the Site . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
Reference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
15 Prospective Applications of JGT and Its Variants . . . . . . . . . . . . . 167
15.1 Bituminized Jute Paving Fabric (BJPF) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
15.2 Jute Fiber-Reinforced Concrete . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
15.3 Jute Agrotextiles (JAT) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
15.4 Open Weave JGT for Wind-Induced Erosion Control
in Deserts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
16 Economical and Environmental Advantages of JGT . . . . . . . . . . . 175
16.1 Economical Advantages of JGT in Different Applications . . . . 175
16.1.1 Economical Aspects of Using JGT in Low-Volume
Road Construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
16.1.2 Environmental Aspects of Using JGT
in Low-Volume Road Construction . . . . . . . . . . . . . . 176
16.1.3 Economical Aspects of Using JGT in Riverbank
Protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
16.1.4 Economical and Environmental Aspects of Using JGT
in Slope Management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
Reference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
17 Application of JGT and a Few Case Studies . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
17.1 Potential Areas of Application of JGT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
17.2 International Projects on JGT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
17.3 Case Studies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
17.3.1 Case Study 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
17.3.2 Case Study 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
17.3.3 Case Study 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
17.3.4 Case Study 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
17.3.5 Case Study 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
18 Future of Jute Geotextile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215
Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217

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