Comportamento das cinzas vulcânicas

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 14524 (2022) Citar este artigo

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As cinzas vulcânicas (VA) são um dos subprodutos das erupções vulcânicas explosivas. Eles podem ser usados ​​como estabilizador de solo devido às suas propriedades cimentícias como uma abordagem de estabilização de solo ecologicamente correta. Neste estudo, o impacto do VA como material aditivo (até 20%) foi investigado no comportamento de um solo argiloso sob ensaios de compressão unidimensional e ensaios de compressão uniaxial. Para isso, são investigados o efeito da porcentagem de VA, as condições de cura, ou seja, o teor de umidade ideal (OMC) e a amostra saturada, e o tempo de cura, no módulo oedômetro, e a resistência à compressão uniaxial (UCS). Os resultados mostram que a adição de VA aumenta o UCS continuamente em condições saturadas. No entanto, essa melhora é considerável para 5% de AV adicional no estado OMC e induz uma melhora de 325% no UCS. A melhora máxima do UCS ocorre com a adição de 20% de VA em condição saturada. Também foi revelado que as misturas VA-solo são mais sustentáveis ​​em baixos níveis de estresse e o módulo do odômetro aumenta com a adição de VA. Um longo tempo de cura leva a um aumento das ligações fabricadas devido à reação pozolânica. O VA adicional não tem efeito significativo nos parâmetros de consolidação especificamente para o tempo de cura de curto prazo.

Durante as últimas décadas, a melhoria do solo e a estabilização dos projetos de construção de estradas consideraram abordagens ecologicamente corretas em relação às restrições e fontes disponíveis. As soluções adotadas consideram o uso de geossintéticos1,2,3, a adição de polímero/biopolímero aos solos4,5,6, ou, a adição de diversos tipos de resíduos como pneus ou vidro moído7,8,9,10 ,11. Com base em estudos anteriores, a estabilização do solo é um método significativo e econômico para a sustentabilidade da estrada12. O melhoramento químico dos solos é uma das técnicas mais comuns que podem estar de acordo com o meio ambiente e os custos do projeto. Atualmente, melhorias químicas são realizadas com o uso de materiais cimentícios como cimento, cal e, pozolanas12,13,14,15,16.

Embora o cimento e a cal tenham alto desempenho e eficiência na estabilização do solo, vários problemas ambientais, como degradação e poluição, podem ser causados ​​durante o processo de fabricação ou uso12,17. Ao longo dos últimos anos, devido aos problemas associados à mistura de cimento e cal nos solos, o uso de resíduos ecologicamente corretos tornou-se difundido entre os engenheiros. Observando os esforços anteriores, o uso de pozolanas como material de melhoria do solo tornou-se um tópico popular entre os investigadores, uma vez que não apresenta problemas ambientais negativos12,17. As pozolanas são materiais de base siliciosa que se diversificam consoante a forma como são produzidas (cinzas volantes, cinzas vulcânicas, cinzas de casca, ou outras). O uso de pozolanas pode ser produtivo para a redução da poluição do ar, bem como economia de energia e emissões de gases de efeito estufa17,18.

O potencial de uso de resíduos produzidos por campos agrícolas e empresas industriais, como cinzas volantes, escórias, pneus, vidros e cascas de grãos, foi recentemente investigado8,19,20,21,22,23,24,25,26. As cinzas volantes e as cinzas vulcânicas (VA), que são respectivamente desperdiçadas por fornos a carvão e erupções vulcânicas, podem ser escolhidas como substitutos adequados do cimento/cal e também podem ser usadas para estabilizar o solo. Numerosos pesquisadores estudaram o comportamento do AV sob diferentes condições. Para avaliar a melhoria do solo usando materiais cimentícios adicionais, a ligação entre as partículas e as propriedades de resistência devem ser estimadas27. Para isso, podem ser realizados testes convencionais padrão, como testes de cisalhamento direto, triaxiais, uniaxiais, testes de compressão confinada e California Bearing Ratios (CBR). A adição de pozolanas à massa de solo pode melhorar as propriedades do solo, como resistência, ângulo de atrito, coesão e, CBR21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33.