Desiccation induced cracking and its effect on the hydraulic conductivity of clayey soils from Iran

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Matheus
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nullOs materiais de argila têm muitas aplicações ambientais, especialmente em situações onde uma barreira hidráulica é desejada. No entanto, à medida que a plasticidade da argila aumenta, as fissuras tendem a se desenvolver durante os ciclos de períodos secos longos. Isto é particularmente uma preocupação na construção de coberturas ou instalação de forros de aterro antes do enchimento de resíduos. No presente estudo, amostras preparadas a partir de três solos argilosos naturais do Irã utilizados para a construção de barragens de argila, e um solo artificial argiloso, foram submetidos a ciclos de molhamento e secagem. Fissuras de superfície de diferentes dimensões formadas como resultado da secagem. As amostras com as maiores estirpes volumétricas de contracção tipicamente continham o maior número de fissuras. Os espécimes que desenvolveram rachaduras foram submetidos a testes de condutividade hidráulica. Os resultados mostraram que a dimensão das fendas aumentou com o aumento do índice de plasticidade e do teor de argila e, portanto, a condutividade hidráulica inicial aumentou com o aumento do índice de plasticidade e ciclos de secagem e molhamento. Cracking aumentou a condutividade hidráulica em 12-34 vezes, dependendo da plasticidade do solo. Após um longo tempo de saturação, a condutividade hidráulica dos solos diminuiu com um aumento no tempo de saturação, o que poderia estar associado a um processo de auto-cura que afeta os solos em diferentes graus.
Matheus
Nota
Os materiais de argila têm muitas aplicações ambientais, especialmente em situações onde uma barreira hidráulica é desejada. À medida que a plasticidade da argila aumenta, as fissuras tendem a se desenvolver durante os ciclos de períodos secos longos. Durante os períodos de chuvas que seguem os períodos secos, a água preenche as rachaduras e fissuras ea água é lentamente absorvida pela argila. O efeito da água absorvida é aumentar o peso unitário da argila, bem como diminuir a sua resistência ao cisalhamento. Estes mecanismos resultam num aumento simultâneo das forças de deslizamento (de condução) e diminuição das forças resistentes (força de cisalhamento). Este comportamento de encolhimento também resulta no aprofundamento da zona de argila rachada, especialmente para argilas com um índice de plasticidade elevado. Além disso, o comportamento sazonal de encolhimento e dilatação da zona de argila rachada resulta numa redução progressiva da resistência ao cisalhamento da argila até ao ponto em que pode aproximar-se da sua resistência residual.
Matheus
Nota
A dessecação é um fenômeno comum nos materiais argilosos e pode alterar a condutividade hidráulica do solo. Esta questão é uma grande preocupação na concepção de aterros sanitários, especialmente em regiões áridas, como grandes partes do Irã.
Matheus
Nota
O fenômeno da "auto-cura", que ocorre em alguns tipos de argilas, tem sido observado em vários estudos de engenharia geotécnica. Enquanto a propriedade de auto-cura da argila pode ser um benefício na contenção de resíduos devido a uma diminuição na condutividade hidráulica, pode ser um problema em algumas aplicações geotécnicas. A auto-cura em solos superficiais pode causar encolhimento e reduzir as dimensões da fissura durante o processo de molhamento (Mallwitz 1998). O encerramento de movimentos de solo adicionais preexistentes que possam representar um risco para as condutas de serviços públicos. Por exemplo, o Transportation Safety Board of Canada (TBS, 1997) investigou a ruptura do oleoduto Westcoast Energy Inc. Monias, Mile Mensagem 20 perto de Fort St. John, British Columbia em 30 de abril de 1997. observação geotécnico e análise após o incidente sugeriu que o movimento do solo devido ao aumento das pressões em preexistente blocos de slides pode sublinharam a linha da tubulação além de seus limites de projeto.
Matheus
Nota
Vários estudos examinaram o impacto das fraturas na condutividade hidráulica eo papel da autocura em solos bentônicos. Geralmente, estes estudos sugerem que o uso de materiais com baixo potencial de encolhimento limitaria a extensão de fissuração. Yuen et ai. (1998) descobriram que a condutividade hidráulica da argila aumentou em aproximadamente uma ordem de magnitude, seguindo congelamento e descongelamento ou secagem e molhamento. Outros pesquisadores relataram achados sobre as características de fissuras em solos saturados submetidos a secagem.
Matheus
Nota
Eigenbrod (2003) estudou dados do teste de congelamento-descongelamento em solos de grão fino para identificar possíveis mecanismos de auto-cura e para entender quando eles podem ser esperados. Foram sugeridas três causas principais para fraturas de fechamento em solos de grão fino: (i) aumento do esforço efetivo acima do nível de resistência ao cisalhamento não drenado do solo intacto, (ii) entupimento de fraturas por partículas erodidas das superfícies de fratura durante Permeação para solos não plásticos ou de baixo teor de plástico e (iii) inchaço das partículas de argila perto das superfícies de fratura em argila altamente inchada.
Matheus
Nota
No presente estudo, investigou-se o efeito da fissuração induzida por dessecação na condutividade hidráulica de solos argilosos. Os espécimes preparados a partir de três solos argilosos naturais do Irã utilizados tipicamente para a construção de revestimentos e coberturas de argila e uma argila mista de bentonita (30%) foram submetidos a ciclos de molhamento e secagem. As deformações de retracção volumétricas e as dimensões das fendas foram registadas após secagem. Os espécimes que desenvolveram fissuras durante a secagem foram submetidos a testes de condutividade hidráulica para investigar o comportamento de permeabilidade das amostras após ciclos de secagem e molhamento. O efeito da autocura na condutividade hidráulica de diferentes solos argilosos também foi investigado.
Matheus
Nota
Embora o Irã esteja situado no cinturão do deserto do hemisfério norte, tem diversidade climática. A variabilidade do clima do Irã é o resultado de extensa latitude geográfica, longos cinturões montanhosos, altitude variável ea posição do país em relação aos mares e oceanos. Mais especificamente três tipos de clima são:null(1) Clima árido e semi-árido em grande parte das terras interiores e extremidades do sul do país. Estas regiões têm períodos secos longos que às vezes podem durar até 7 meses do ano. A precipitação anual de algumas partes das regiões é de 25-30 mm.null(2) Um clima montanhoso que é subdividido em clima montanhoso frio e clima montanhoso moderado. A sub-região do clima montanhoso frio cobre aproximadamente 40000 km² e recebe uma precipitação anual de mais de 500 mm. A sub-região do clima montanhoso moderado cobre uma área de 300000 km² e recebe 250-600 mm. Karaj está localizado nesta região. O aterro de Kahrizak está localizado na parte norte desta região, entre a região do clima seco ea região do clima montanhoso.null(3) O clima do Caspianic na área pequena e estreita entre o Mar Cáspio e Alborz Mountain Belt com uma precipitação anual de 600-2000 mm. A cidade de Gorgan está localizada nesta área.
Matheus
Nota
Foram obtidas de Kahrizak, Karaj e Gorgan amostras de três solos argilosos naturais com uma ampla gama de plasticidade, utilizados para a construção de revestimentos de argila e tampas no Irã. O índice de plasticidade (PI) dos solos variou de 11% a 21%, enquanto a quantidade de argila variou entre 18% e 50%. Além disso, a amostra de solo com um IP de aproximadamente 37% foi preparada em peso. Este valor de índices de plasticidade foi selecionado porque se acreditava ser realista para argilas encontradas no Irã. Os solos foram identificados como CL a argila CH do Sistema Unificado de Classificação de Solos (USCS).
Matheus
Nota
Os limites de Atterberg, a densidade seca máxima e o teor de umidade ótimo (Proctor padrão) para cada solo foram determinados de acordo com os procedimentos ASTM relevantes. A Tabela 1 apresenta as propriedadesfísicas e de compactação dos diferentes solos. As distribuições de tamanho de grão de solos são mostradas na Fig. 1.
Matheus
Nota
Uma quantidade apropriada do solo foi pulverizada e peneirada através de um crivo Nº 10. O solo foi misturado com água destilada para levar o seu teor em água a cerca de 2% acima do teor óptimo de água. Após a mistura estar completa, a mistura foi coberta com uma película de plástico e deixada a curar durante 24h. Este processo de cura produziu uma distribuição mais uniforme da humidade em todo o solo.
Matheus
Nota
Foram realizados ensaios para avaliar os efeitos da secagem sobre a condutividade hidráulica dos quatro solos. Os espécimes de teste foram formados por compactação do solo em um molde Proctor padrão para 95% da densidade seca máxima. Após a compactação, os espécimes foram submetidos a uma série de testes de secagem e molhamento e condutividade hidráulica para avaliar os efeitos da fissuração na condutividade hidráulica do solo. Realizaram-se ensaios de condutividade hidráulica nos espécimes utilizando o método da queda de cabeça de acordo com ASTM. Um ciclo completo de medição em uma amostra consistiu em ensaios de condutividade hidráulica, secagem e dessorção da amostra e, em seguida, repetição da medida de condutividade hidráulica. Um gradiente hidráulico de 20 foi utilizado nos testes (Fig. 2)
Matheus
Nota
A saturação das amostras foi obtida quando um fluxo de água estacionário ocorreu no topo da amostra. Deve-se notar que é difícil conseguir saturação total em solos argilosos no teste de queda de cabeça, especialmente para espécimes compactados no teor de umidade ótimo. No presente estudo, os testes de condutividade hidráulica foram continuados até que três leituras contínuas similares (menos de 25% de diferença entre as leituras) foram obtidas, altura em que a amostra foi considerada próxima à saturação. Para cada amostra (de cada local) foram testados três espécimes desta maneira e a condutividade hidráulica média foi relatada.
Matheus
Nota
Os resultados do teste indicaram que a deformação volumétrica foi da ordem de 11% + 8% para os espécimes com índices de plasticidade maiores que 20. A Tabela 2 apresenta as dimensões de fissura registradas e as deformações da amostra. Em geral, as dimensões da amostra diminuíram em 2-5 mm de altura e 3-5,5 mm de diâmetro, após a dessecação. A maioria dessas mudanças ocorreu durante o primeiro ciclo de secagem. A alteração máximade altura e diâmetro ocorreu na amostra 4, enquanto a amostra 1 apresentou menor deformação. O comprimento das fissuras das superfícies variou entre 47 e 63 mm para as diferentes amostras, enquanto a largura e a profundidade das fendas variaram de 0,5-2 mm e 5,8-22 mm, respectivamente. As amostras 3 e 4 apresentaram o maior número de fissuras com as maiores dimensões. Estas fissuras mensuráveis ​​ocorreram na parte superior e inferior dos espécimes. Havia outras rachaduras visíveis que não eram necessariamente mensuráveis ​​por causa de seu tamanho e forma extremamente pequenos. Assim, os espécimes não tinham porções intactas discerníveis argumentando. A condutividade hidráulica relatada é o valor em massa e mostra um aumento geral em comparação com a condutividade hidráulica da amostra inicial antes da sujeição aos ciclos de secagem e molhamento.
Matheus
Nota
Conforme observado na seção anterior, os espécimes foram colocados em estufa a 50 ºC por 24h para secar, seguindo as medidas iniciais de condutividade hidráulica. Ao fim de 24 h, os espécimes foram removidos do forno e foram feitas fissuras e foram feitas medições de alteração de volume. Da mesma forma, os espécimes foram submetidos a um e dois ciclos de secagem e molhamento, como descrito na seção anterior.
Matheus
Nota
Os resultados médios do teste de condutividade hidráulica para as amostras são mostrados na Tabela 3 e na Fig. 4. A condutividade hidráulica inicial dos solos variou de 3,29 x 10-9 para solo 1 a 6,88 x 10-10 para solo 3. Isto mostra uma diminuição na condutividade hidráulica primária com um aumento no teor de argila e índice de plasticidade . Os resultados indicam que um aumento na condutividade hidráulica dos espécimes aumentou com ciclos de secagem e molhamento. A condutividade hidráulica após o ciclo de secagem-molhagem foi geralmente maior do que o valor inicial. A mudança na condutividade hidráulica foi, no entanto, diferente para os solos defferentes. A razão de permeabilidade, k1 / k0 (kr, relação entre a condutividade hidráulica no final do primeiro ciclo e a condutividade hidráulica inicial) foi da ordem de 35 para o solo 3 com índices de plasticidade de cerca de 21 e menor que cerca de 14 para outros Espécimes.
Matheus
Nota
Nesta pesquisa, amostras preparadas a partir de três solos argilosos naturais do Irã utilizados para revestimento de argila e construção de cobertura foram submetidos a ciclos de molhamento e secagem. As deformações de retracção volumétricas e as dimensões das fendas foram registadas durante a secagem. Os espécimes que desenvolveram fissuras durante a secagem foram submetidos a testes de condutividade hidráulica. Os resultados do estudo indicaram que o cracking ea permeabilidade das argilas são controlados pelas propriedades do solo. As dimensões das fissuras aumentaram com o aumento do índice de plasticidade e do teor de argila, portanto a condutividade hidráulica aumentou em relação ao índice de plasticidade e ao número de ciclos de secagem e molhamento. As amostras com as maiores estirpes de contracção volumétrica continham tipicamente o maior número de fissuras. Os testes de condutividade hidráulica indicaram que a fissuração das amostras resultou num aumento da condutividade hidráulica, por vezes em várias ordens de grandeza.
Matheus
Nota
Para avaliar o efeito das propriedades do solo sobre o comportamento de cracking e permeabilidade, Kr foi utilizado. Este parâmetro pode ser usado para explicar os dois critérios-chave para uma boa barreira: baixo potencial de craqueamento e alto potencial de auto-cura. Quando Kr está próximo da unidade, o solo pode ser considerado adequado para revestimento ou aplicação de cobertura. No presente estudo, o valor de Kr observado nos primeiros ciclos de secagem-molhamento variou entre 12 e 34. O intervalo para o segundo ciclo foi de 1,11-1,42. Assim, os efeitos dos ciclos de secagem-molhagem sobre o potencial de craqueamento ea condutividade hidráulica do solo no primeiro ciclo foram muito maiores do que nos outros ciclos. A autocura do solo provavelmente afetou a condutividade hidráulica dos espécimes. A condutividade hidráulica diminuiu com o aumento do tempo de saturação, especialmente em solos com alto índice de plasticidade.