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Apr 04, 2023

Durabilidade e degradação de resistência de solo tratado com biopolímero à base de goma xantana submetido a ciclos severos de intemperismo

Relatórios Científicos volume 12,

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 19453 (2022) Citar este artigo

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Os tratamentos de solo à base de biopolímeros mostraram eficácia na melhoria do solo, com implementação bem-sucedida em escala de campo. Neste estudo, exploramos o efeito da umidade-secagem cíclica (W-D) e congelamento-descongelamento (F-T) na durabilidade da resistência de solos tratados com biopolímero. Os resultados indicam que W–D e F–T cíclicos degradam gradualmente a resistência do solo devido à adsorção de água e à diluição local do biopolímero. A areia mal graduada era altamente vulnerável a esses efeitos do intemperismo; no entanto, esse problema foi mitigado quando o solo continha um teor de finos de 15 a 25%. Esses solos tratados com biopolímero resistiram efetivamente a vários ciclos de W–D e F–T, indicando que os solos tratados com biopolímero são adequados para reforço de taludes de terra.

Recentemente, engenheiros geotécnicos tentaram desenvolver métodos biológicos de tratamento e melhoramento do solo para aliviar as preocupações ambientais relacionadas ao cimento com alta emissão de CO2 nas práticas de engenharia geotécnica1. Entre as abordagens sustentáveis ​​para tratamento e melhoria do solo, o tratamento de solo à base de biopolímero (BPST) mostrou melhoria suficiente das propriedades de engenharia geotécnica (por exemplo, resistência, controle de permeabilidade e redução da erosão) do solo e implementação bem-sucedida em escala de campo2,3, 4,5,6. Além disso, o BPST promove a germinação de sementes, crescimento e resistência à seca da vegetação devido à característica de alta retenção de água e origem orgânica dos biopolímeros7,8.

As propriedades de engenharia geotécnica aprimoradas permitem que o BPST seja um método de melhoria do solo ecologicamente correto para prevenção da erosão/escavação do solo e proteção da superfície do talude9,10. No entanto, os processos de intemperismo relacionados ao clima, como umidade-secagem cíclica (W-D) e congelamento-descongelamento (F-T), são suspeitos de reduzir a resistência dos solos reforçados com BPST11. Além disso, essas condições repetitivas de intemperismo podem frequentemente acelerar a erosão de partículas e o desprendimento da camada superficial, resultando em um ambiente vegetativo instável. Em particular, as fortes chuvas no verão (junho a agosto) e as temperaturas abaixo de zero na superfície do solo durante o inverno (janeiro a fevereiro) (Fig. 1) tornam os materiais de reforço da superfície do talude inevitavelmente mais vulneráveis ​​à degradação na Coreia do Sul12. Para garantir a confiabilidade da aplicação de campo do BPST, é necessário avaliar a durabilidade do BPST contra condições atmosféricas flutuantes.

Temperaturas médias do ar e da superfície e frequência das chuvas na Coreia do Sul (Seul) de 1981 a 2010. Dados da Korea Meteorological Administration (https://www.weather.go.kr).

Os métodos de teste padrão ASTM D559 e D560 especificam os métodos de avaliação de durabilidade para misturas de solo-cimento expostas a processos de intemperismo, onde ambos os padrões propõem monitorar a perda de massa de amostras de solo engenheirado após serem expostas a 12 ciclos de W–D ou F– T13,14. No entanto, a escovação de amostras é vulnerável à diversidade de dados experimentais adquiridos por diferentes operadores15. Em resposta, a durabilidade de misturas de solo projetadas foi avaliada medindo a resistência à compressão não confinada (qu) para melhorar a precisão reduzindo os erros do experimentador16,17,18,19,20,21.

Embora algumas pesquisas tenham avaliado a durabilidade de solos tratados com biopolímero medindo qu após a exposição a condições cíclicas de intemperismo, estudos anteriores focaram principalmente no intemperismo W–D21,22,23,24,25. No entanto, os solos superficiais geralmente sofrem congelamento e degelo repetitivos, impactando severamente a estabilidade e a erodibilidade do solo ao longo das encostas durante as estações de inverno nas regiões de latitude média do hemisfério norte26,27. Em particular, foi relatado que a erosão representa um grande risco durante o período de degelo, onde o escoamento superficial pode separar as partículas da superfície do solo solta28. Assim, a análise de durabilidade F–T deve ser avaliada para BPST. Além disso, embora a composição do solo em BPST aumente a resistência e a trabalhabilidade, essas respostas ainda não foram suficientemente investigadas.