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

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 6444 (2023) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

Falhas por deslizamento translacional em aterros são frequentemente desencadeadas por resistência ao cisalhamento inadequada de interfaces em revestimentos e coberturas. Revestimentos geossintéticos de argila (GCL) são usados ​​em diferentes componentes de aterros sanitários para conter o lixiviado. Os GCLs são geralmente 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 substituição da 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 areia M de gradação semelhante para avaliar a resistência ao cisalhamento em diferentes tensões normais e condições de hidratação. Verifica-se que Msand fornece maior resistência ao cisalhamento de interface com GCL em comparação com areia de rio. A análise de imagens digitais dos corpos de prova testados de GCL mostrou que a variação na morfologia das partículas das duas areias tem influência direta nos mecanismos de interação em micronível que governam a resistência ao cisalhamento. A quantificação dos parâmetros morfológicos mostrou que as partículas de areia M 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 do Msand. O estudo destaca que a substituição da areia natural por Msand traz benefícios adicionais.

Os revestimentos de argila geossintética (GCL) são geocompósitos poliméricos usados ​​para conter elementos prejudiciais ao meio ambiente, como lixiviados, em aterros sanitários projetados, para evitar que entrem no solo e eventualmente contaminem as águas subterrâneas. Os GCLs são compostos por argila bentonita em combinação com materiais poliméricos como geomembranas e geotêxteis. A bentonita é colada adesivamente 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) devido às suas propriedades hidráulicas efetivas, capacidade de autocura, economia e benefícios de fácil instalação1,2,3. Os GCLs apresentam diversas vantagens sobre os CCLs em termos de garantia de qualidade, espessura reduzida das camadas, durabilidade ao congelamento e descongelamento, 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 liners e sistemas de cobertura é mostrada na Figura 1, na qual os GCLs estão em contato com camadas de areia em vários locais. A falta de homogeneidade no revestimento e 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 resistência ao cisalhamento insuficiente 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 sanitários.

Diagrama esquemático de um aterro sanitário projetado.

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 interagentes é governado por diversas interações de micronível . O avanço da tecnologia facilitou a investigação do mecanismo de interação que afeta o comportamento de cisalhamento das 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 controlam a resistência ao cisalhamento da interface10,11,12,13. Durante seu funcionamento em aterro, os GCLs ficam hidratados devido à exposição a lixiviados ou precipitação infiltrante, causando o inchaço da camada encapsulada de bentonita. O inchaço da bentonita pode reduzir consideravelmente a resistência ao cisalhamento da interface. A extrusão e o inchamento lateral da bentonita dependem da textura superficial do GCL14,15,16.