Study of soil, phosphogypsum and bentonite mixtures collapse for use in hydraulic barrier layer

Authors

DOI:

https://doi.org/10.5216/reec.v19i1.70739

Keywords:

Bentonite, Hydraulic Barrier, Collapse, Dispersion, Phosphogypsum

Abstract

ABSTRACT: The use of phosphogypsum and bentonite in tropical soils stabilization, aiming at the use in hydraulic barriers, has been studied, and the results of permeability, compatibility and resistance have been promising, but there are no studies about collapse potential of these materials. Therefore, the objective of this study is to verify the collapse potential of tropical soil, phosphogypsum and bentonite mixtures for application in hydraulic barriers. In order to get it, double  oedometric tests were carried out in compacted samples at optimum water content on soil’s samples, soil+phosphopgypsum, soil+phosphopgypsum+bentonite (6%) and soil+phosphosgypsum+bentonite (9%). Chemical dispersion tests were carried out with water, NaCl, NaOH, alcohol and HNO3, representing scenarios of contamination by solutions acidic, basic, salts and alcohols. The results of the oedometric tests show that the soil and the mixtures have not collapsed. In addition, the mixtures studied showed similar and smaller deformations when compared to other types of recycled materials. The dispersion test showed that the addition of chemical stabilizers reduces the dispersion of particles in aqueous medium. No significant structural changes were observed in samples flooded with NaCl and ethanol solutions. However, under NaOH and HNO3 flood conditions, the mixtures do not perform satisfactorily.  Therefore, the use of these mixtures in hydraulic barriers is not recommended when the percolating fluid is an acid or base, especially in the presence of sodium.

Downloads

Download data is not yet available.

Author Biographies

Lidiane Santana de Morais , Federal University of Goiás (UFG), Goiânia, Goiás, Brazil

Pós-graduanda em Planejamento e Gestão Ambiental pela Universidade Estadual de Goiás (UEG). Engenheira Ambiental e Sanitarista pela Universidade Federal de Goiás (UFG). Bolsista pela CNPq no Laboratório de Radioproteção pela Comissão Nacional de Engenharia Nuclear (CNEN), unidade Centro Regional de Ciências Nucleares do Centro-Oeste (CRCN-CO). Período: 01/2020 - 12/2020. Bolsista pela CNPq no projeto de pesquisa: Viabilidade do uso de resíduos em obras geotécnicas: Estudo do colapso de misturas solo, fosfogesso e bentonita visando o uso em barreira impermeabilizante, pela UFG. Período: 08/2018 - 07/2019​O

João Carneiro de Lima Júnior , Federal University of Goiás (UFG), Goiânia, Goiás, Brazil

Possui graduação em Estradas pelo Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Goiás (2017) e graduação em Terapia Ocupacional pela Pontifícia Universidade Católica de Goiás (2007). Atualmente é técnico de laboratório de geotecnia. da Universidade Federal de Goiás. Tem experiência na área de Engenharia Civil, com ênfase em Obras de Terra e Enrocamento. Cursando o curso de Especialização de Segurança do Trabalho da Escola de Engenharia civil e ambiental, UFG.

Gustavo Ferreira de Morais , Federal Institute of Education, Science and Technology of Goiás (IFG), Goiânia, Goiás, Brazil

Mestrando do programa de Mestrado Profissional em Tecnologia, Gestão e Sustentabilidade pelo Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Goiás. Co-Fundador da Startup Hover Drone Agroambiental que realiza mapeamentos aéreos com drones para geração de relatórios gerenciais de áreas agricultáveis. Tecnólogo em Química Agroindustrial pelo Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Goiás (2018)

Yago Isaias da Silva Borges , Federal University of Goiás (UFG), Goiânia, Goiás, Brazil

Possui graduação em engenharia civil pela Pontifícia Universidade Católica de Goiás (2016) e mestrado em geotecnia, estruturas e construção civil pela Universidade Federal de Goiás (2019). Atua na área de Geotecnia, com ênfase em reaproveitamento e disposição de resíduos em obras geotécnicas, transporte de contaminantes em solos e ensaios laboratoriais. Atualmente, é aluno de doutorado do Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil da Universidade de São Paulo.

Aline Flávia Nunes Remígio Antunes , Federal University of Paraíba (UFPB). Joao Pessoa, Paraiba, Brazil

Possui graduação em Engenharia Civil pela Universidade Federal da Paraíba (1999), mestrado em Engenharia Civil pela Universidade Federal da Paraíba (2001) e doutorado em Geotecnia pela Universidade de Brasília (2006). Atualmente é livre da Fundação Nacional de Saúde e Professor Associado II da Universidade Federal da Paraíba. Tem experiência na área de Engenharia Civil, com ênfase em Engenharia Civil, atuando principalmente nos seguintes temas: geossintéticos, resíduos sólidos, saneamento, funasa e pesquisas.

MÁRCIA, Federal University of Goiás (UFG), Goiânia, Goiás, Brazil

Possui graduação em Engenharia Civil pela Universidade Federal do Piauí (2000), mestrado em Geotecnia pela Universidade de Brasília (2003) e doutorado em Geotecnia pela Universidade de Brasília (2008). Atualmente é professora associada da Escola de Engenharia Civil da Universidade Federal de Goias, exercendo atividades de ensino, pesquisa e extensão no curso de Engenharia Ambiental e no Programa de Pós-Graduação em Geotecnia, Estruturas e Construção Civil (PPGECON). Orienta alunos em iniciação científica (PIBIC e PIVIC), mestrado e co-orienta aluno de doutorado de outro programa. Tem experiência na área de Geotecnia, atuando principalmente nos seguintes temas: Reutilização de Resíduos,Solos não saturados, Erosões e Ensaios de laboratorio.

References

AMADI, A. A.; EBEREMU, A. O. (2012) Delineation of compaction criteria for acceptable hydraulic conductivity of lateritic soil-bentonite mixtures designed as landfill liners. Environmental Earth Sciences, 67, 999-1006.

AMADI, A. A.; OSINUBI, K. J. (2017) Transport parameters of lead (Pb) ions migrating through saturated lateritic soil-bentonite column. International Journal of Geotechnical Engineering, DOI: 10.1080/19386362.2016.1277620.

ASTM, AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS (2011) Standard Test Methods for One-Dimensional Consolidation Properties of Soils Using Incremental Loading. D2435/D2435M − 11, 15 pp.

ASTM, AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS (2003), Standard Test Method for Measurement of Collapse Potential of Soils, D5333 – 03, 4 pp.

ABNT, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (1996) Solo - Avaliação da dispersibilidade de solos argilosos pelo ensaio do torrão (Crumb test) - Método de ensaio. NBR 13601, 2pp.

ABNT, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (2004) Resíduos sólidos – Classificação. NBR 10004, 71pp.

ARAKI, M.S. (1997). Aspectos relativos às propriedades dos solos porosos colapsíveis do Distrito Federal. Dissertação de Mestrado, Publicação G. DM – 040A/97, Departamento de Engenharia Civil, Universidade de Brasília, Brasília, DF,121p.

BORGES, Y. I. S. (2019). Utilização de solo laterítico, fosfogesso e bentonita em barreiras hidráulicas: uma análise hidromecânica e ambiental, Dissertação de mestrado, Escola de Engenharia Civil e Ambiental. Universidade Federal de Goiás. Goiânia, 45 pp.

CAMPOS, M.P., COSTA, L.J.P., NISTI, M.B., MAZZILLI, B.P. (2017). Phosphogypsum recycling in the building materials industry: assessment of the radon exhalation rate. Journal of Environmental Radioactivity, 172, 232–236.

CHANG, W.F., CHIN, D.A., HO, R. (1989). Phosphogypsum for Secondary Road Construction. Miami, Florida.

CHEN, X.; GAO, J.; ZHAO, Y. (2019). Investigation on the hydration of hemihydrate phosphogypsum after post treatment. Construction and Building Materials, 229,1-9. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.

CONAMA, CONSELHO NACIONAL DO MEIO AMBIENTE (2008). Resolução n° 396, de 3 de abril de 2008. Dispõe sobre a classificação e diretrizes ambientais para o enquadramento das águas subterrâneas e dá outras providências. Brasília: Distrito Federal, 11pp.

DE LA MORENA, G.; ASENSIO, L.; NAVARRO, V. (2018) Intra-aggregate water content and void ratio model for MX-80 bentonites. Engineering Geology, 246, 131 – 138.

GARCIA, J. R.; RODRIGUES, E R. A.; LOLLO, J. A. (2004). A Influência de Diferentes Fluidos de Inundação no Colapso Estrutural de um Solo Arenoso Laterítico. Revista Engenharia Civil – UM, 21, 49-58.

GONZAGA, A. C.; ALMEIDA, F. A. S.; ALELVAN, G. M.; REBELO, K. M. W. (2015). Caracterização geotécnica do solo da cidade de Uberlândia (MG) / Brasil para utilização em aterros sanitários. Geotecnia, 133, 73-90.

KIM, B.; PREZZI, M.; SALGADO, R. (2005). Geotechnical properties of fly and bottom ash mixtures for use in highway embankments. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 10.1061 / (ASCE)GT.1943-5606.0001285.

LOURO, C. F.; SOARES, F. T.; RIBEIRO, K. F. A.; RIBEIRO JUNIOR, I. (2016) Utilização de Expansocolapsômetro na Determinação do Colapso no solo de Rondonópolis – MT, XVIII Congresso Brasileiro de Mecânica dos Solos e Engenharia Geotécnica (COBRAMSEG). ABMS, Belo Horizonte, Minas Gerais, Brasil.

LUTENEGGER, A.; SABER, R. (1988) Determination of Collapse Potential of Soils. Geotechnical Testing Journal, 11(3), 1-6

MARANHA, J. R.; VIEIRA, A.; MOURINHA, A. (2012) Algoritmo para modelação do colapso em solos não saturados. Geotecnia, 126: 3-24.

MASCARENHA, M. M. A.; CORDÃO NETO, M. P.; MATOS, T. H. C.; CHAGAS, J. V. R.; REZENDE, L. R. (2018) Effects of the addition of phosphogypsum on the characterization and mechanical behavior of lateritic clay. Soil and Rocks, 4, 157-170.

MATOS, T. H. C. (2011). Caracterização hidromecânica do fosfogesso e das misturas solo-fosfogesso. Dissertação de mestrado, Faculdade de Tecnologia, Universidade de Brasília. Brasília, 119 pp.

MESQUITA, G.M. (2007). Aplicação de misturas de fosfogesso e solos tropicais finos na pavimentação. Dissertação de mestrado, Escola de Engenharia Civil e Ambiental. Universidade Federal de Goiás. Goiânia, 144 pp.

MORANDINI, T. L. C.; LEITE, A. L. (2012) Characterization, hydraulic conductivity and compatibility of mixtures of tropical soil and bentonite mixtures for barrier usage purpose. Soils and Rocks, 35 (3), 267-278.

MORANDINI, T. L. C.; LEITE, A. L. (2015). Misturas de solo laterítico e bentonita como barreiras alternativas para aterros sanitários no Brasil. Geotecnia, 134, 43-59.

NISTI, M. B.; SAUEIA, C. R.; MALHEIRO, R. H.; GROPPO, G. H.; MAZILLI, B. P. (2015) Lixiviation of natural radionuclides and heavy metals in tropical soils amended with phosphogypsum. Journal of environmental radioactivity, 144, 120-126.

PORTELINHA, F. H. M.; LIMA, D. C.; FONTES, M. P. F. (2012). Influência dos mecanismos de reação nas propriedades físicas e químicas de dois solos tropicais melhorados com cimento e cal. Geotecnia, 124, 5-30.

REZENDE, L. R; CURADO, T.S; SILVA, M.V.; MASCARENHA, M.M.A.; METOGO, D.A.N; CORDÃO NETO, M.P; BERNUCCI, L.L.B (2016) Laboratory study of phosphogypsum, stabilizers and tropical soil mixtures. Journal of Materials in Civil Engineering, DOI: 10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0001711.

RIBEIRO, M. E. S.; MASCARENHA, M. M. A.; SANTOS, T. L. (2018) Estudo de viabilidade técnica do fosfogesso hemiidratado para aplicação em sistema de cobertura de aterros sanitários. Revista Eletrônica de Engenharia Civil, 14(2), 263 – 277.

SHACKELFORD, C. D.; BENSON, C. H.; KATSUMI, T.; EDIL, T. B.; LIN, L. (2000). Evaluating the hydraulic conductivity of GCLs permeated with non-standard liquids. Geotextiles and geomembranes. 18, 133-161.

SILVA, J. D. (2006). Estudo da colapsibilidade da argila porosa de Brasília pelo fluxo de contaminantes, Dissertação de mestrado, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, Universidade de Brasília, Brasília, 39 pp.

SILVA, M. V.; CURADO, T. S.; REZENDE, L. R.; MASCARENHA, M. M. A.; OLIVEIRA, R. B. (2019) Phosphogypsum, tropical soil and cement mixtures for asphalt pavements under wet and dry environmental conditions. Resources, Conservation & Recycling, 144, 123-136.

SILVA, W. S. (2003). Estudo da dinâmica superficial e geotécnico das falésias do município de Tibau do Sul – Litoral oriental do RN. Dissertação de mestrado, Programa de Pós-Graduação em engenharia Sanitária. Universidade Federal do Rio Grande do Norte. Natal. 150p.

SOLEIMANBEIGI, A.; TUNCER, B.E.; BERSON, C. (2013). Evaluation of fly ash stabilization of recycled asphalt shingles for use in structural fills. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. Eng., 25(1), 94-104

SOLEIMANBEIGI, A.; TUNCER, B.E. (2015). Compressibility of recycled materials for use as highway embankment fill. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 10.1061/(ASCE)GT.1943-5606.0001285.

VARGAS, M. (1978). Introdução à Mecânica dos Solos. São Paulo/SP. Makron Books do Brasil Editora Ltda., São Paulo,509p.

Downloads

Published

2023-06-23

How to Cite

SANTANA DE MORAIS , L.; DE LIMA JÚNIOR , J. C.; FERREIRA DE MORAIS , G.; DA SILVA BORGES , Y. I.; NUNES REMÍGIO ANTUNES , A. F.; MÁRCIA. Study of soil, phosphogypsum and bentonite mixtures collapse for use in hydraulic barrier layer. REEC - Revista Eletrônica de Engenharia Civil, Goiânia, v. 19, n. 1, 2023. DOI: 10.5216/reec.v19i1.70739. Disponível em: https://revistas.ufg.br/reec/article/view/167-179. Acesso em: 16 jul. 2024.

Issue

Vol. 19 No. 1 (2023): [REEC] Revista Eletrônica de Engenharia Civil - Vol. 19, n° 1, 2023

Section

Geotecnia

License

Autores que publicam nesta revista concordam com os seguintes termos: Autores mantém os direitos autorais e concedem à revista o direito de primeira publicação, com o trabalho simultaneamente licenciado sob a Licença Creative Commons Attribution que permite o compartilhamento do trabalho com reconhecimento da autoria e publicação inicial nesta revista.