Benefícios de engenharia da substituição de areia natural por areia manufaturada na construção de aterros sanitários

Sep 24, 2023

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 6444 (2023) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

Falhas por deslizamento translacional em aterros sanitários são muitas vezes desencadeadas por resistência ao cisalhamento inadequada de interfaces em revestimentos e coberturas. Os revestimentos de argila geossintética (GCL) são usados ​​em diferentes componentes de aterros sanitários para conter o lixiviado. Os GCLs geralmente são colocados acima de um subleito de areia compactada para desenvolver maior resistência ao cisalhamento. No contexto do esgotamento dos recursos naturais de areia, o presente estudo explora a viabilidade de substituir a areia natural por areia manufaturada (Msand) na construção de aterros sanitários. Ensaios de cisalhamento de interface foram realizados em GCL em contato com areia de rio e Msand de gradação semelhante para avaliar a resistência ao cisalhamento em diferentes tensões normais e condições de hidratação. Verificou-se que Msand fornece maior resistência ao cisalhamento de interface com GCL em comparação com a areia do rio. A análise de imagens digitais dos espécimes testados de GCL mostrou que a variação na morfologia das partículas das duas areias tem influência direta nos mecanismos de interação em micronível que regem a resistência ao cisalhamento. A quantificação dos parâmetros morfológicos mostrou que as partículas de Msand são angulares e rugosas em comparação com as partículas de areia natural, levando a um maior intertravamento das partículas. A hidratação do GCL reduziu a resistência ao cisalhamento da interface, sendo o efeito menor no caso de Msand. O estudo destaca que a substituição da areia natural por Msand trouxe benefícios adicionais.

Os revestimentos de argila geossintética (GCL) são geocompósitos poliméricos usados ​​para conter elementos nocivos ao meio ambiente, como lixiviados em aterros sanitários, para evitar que entrem no solo e eventualmente contaminem as águas subterrâneas. GCLs compreendem argila bentonita em combinação com materiais poliméricos como geomembranas e geotêxteis. A bentonita é colada à geomembrana ou encapsulada entre dois geotêxteis, que são perfurados com agulha ou costurados. Os GCLs são substitutos ideais para revestimentos convencionais de argila compactada (CCL) por causa de suas propriedades hidráulicas eficazes, capacidade de auto-reparação, custo-benefício e benefícios de fácil instalação1,2,3. Os GCLs têm várias vantagens sobre os CCLs em termos de garantia de qualidade, espessura reduzida das camadas, durabilidade para congelar e descongelar, fácil acessibilidade e maior velocidade de construção4,5. GCLs com geotêxteis tecidos ou não tecidos são comumente usados ​​para formar interfaces com outros geossintéticos e materiais de subleito. A colocação de GCLs em revestimentos e sistemas de cobertura é mostrada na Fig. 1, na qual GCLs estão em contato com camadas de areia em vários locais. A falta de homogeneidade no revestimento e na cobertura dos aterros resulta em falhas sob tensões normais e tensões de cisalhamento impostas pelo despejo de resíduos e outras condições especiais, como terremotos. A principal causa de falha nos revestimentos com GCLs é a falha por deslizamento translacional devido à insuficiente resistência ao cisalhamento nas interfaces GCL-areia, sendo as chances maiores no caso de terrenos inclinados. A avaliação precisa da resistência ao cisalhamento da interface dos GCLs é necessária para controlar o deslizamento e outras instabilidades mecânicas dos aterros.

Diagrama esquemático de um aterro de engenharia.

A literatura sobre diferentes testes de interface realizados usando caixa de cisalhamento direto convencional revela que o desenvolvimento de atrito e adesão entre as camadas de interação é governado por várias interações de nível micro6,7,8,9. O avanço da tecnologia facilitou a investigação do mecanismo de interação que afeta o comportamento de cisalhamento de interfaces em nível micro. Os pesquisadores exploraram o efeito do tamanho e da forma das partículas de areia no comportamento da interface com diferentes tipos de reforços. O tamanho dos grãos de areia combinado com as características de rugosidade do reforço controla a resistência ao cisalhamento da interface10,11,12,13. Durante o seu funcionamento em aterro, os GCLs ficam hidratados devido à sua exposição a lixiviados ou infiltração de precipitação, causando o inchaço da camada de bentonita encapsulada. O inchamento da bentonita pode reduzir consideravelmente a resistência ao cisalhamento da interface. A extrusão e o inchaço lateral da bentonita dependem da textura da superfície do GCL14,15,16.