Solute transport through compacted clay liner (CCL) and geosynthetic clay liner (GCL): direct and coupled flux and membrane behavior

Neste trabalho foi analisado o comportamento de um solo argiloso compactado (CCL) da Fm. Corumbataí e de um geocomposto bentonítico (GCL) composto por bentonita \'NA\', frente a gradientes hidráulicos e químicos. As propriedades físicas e mineralógicas dos solos foram avaliadas, bem como determinados em ensaios de adsorção em lote os parâmetros das isotermas de Freundlich e Langmuir. Foi desenvolvido um equipamento para avaliar o comportamento membrana e poder calcular o coeficiente de eficiência químico-osmótico (\'ômega\') em ensaio de difusão-membrana. Os ensaios de advecção foram executados com o equipamento já existente no departamento de Geotecnia. Em todos os ensaios foram utilizadas soluções monoiônicas de \'KCL\' e \'CU\'CL IND.2\' 2\'H IND.2\'O\'. O valor do factor de retardamento Rd determinado no ensaio em lote (batch test) foi maior que o Rd medido no ensaio de advecção, enquanto que, no ensaio de difusão-membrana, obteve-se o menor valor de Rd. Tanto o GCL quanto o CCL apresentaram comportamento membrana e geração de pressão osmótica para as soluções utilizadas. No entanto, com a solução de \'K POT.+\' as diferenças de pressão se mantiveram durante o ensaio, enquanto que no caso da solução de \'CU POT.+2\' a pressão induzida no corpo de prova do CCL e do GCL tem um pico e logo diminue até zero. O GCL teve um aumento na condutividade hidráulica, no ensaio de advecção, quando permeado com solução de \'CU POT.+2\'. Este comportamento é atribuído ao colapso da dupla camada difusa das partículas de argila. O CCL não apresentou este comportamento. Os resultados deste trabalho sugerem que o CCL da Fm. Corumbataí tem melhor desempenho como barreira que o GCL, nas condições de laboratório e para as soluções usadas.In this research the behavior of a compacted clayey liner (CCL) of Corumbataí Fm. and a geosynthetic clay liner (GCL) containing \'NA\'-bentonite, was evaluated in presence of hydraulic and chemical gradients. Physical and mineralogical properties of the soils were determined and batch tests were executed to obtain the adsorption parameters of the Freundlich and Langmuir models. A laboratory apparatus was developed for assessment of the membrane behavior allowing determining the chemico-osmotic efficiency coefficient (\'ômega\') in diffusion-membrane test. The advection test was carried out with existent equipment in geotechnical department. Both tests were performed with single salt \'KCL\' and \'CU\'CL IND.2\' 2\'H IND.2\'O\' solutions. The measured value of the retardation factor (Rd) for the batch test is bigger than the Rd measured in advection test while in the diffusion-membrane test, the Rd obtained is the smallest. Both GCL and the CCL exhibit membrane behavior and they generate osmotic pressure with both solutions. However with \'KCL\' solution the difference of pressure are maintained during the test, while in the case of \'CU POT.+2\' solution the induced pressure across the specimen of CCL and GCL have a peak to after decrease to zero. The GCL had an increase in the hydraulic conductivity for a \'CU POT.+2\' solution in the advection test. This behavior is attributed to the collapse of the diffuse double layers of clay particles. The CCL did not exhibit this behavior. The results of this study suggest that the CCL of Corumbataí Fm. has a better performance as clay barrier tha the GCL, considering the solutions used and in the laboratory conditions

Expansive sediments of Libertad Formation (Quaternary) research: engineering geological mapping and evaluate methodology in suburban area of Montevideo city, Uruguay

O estudo do fenômeno de expansão em solos argilosos tem-se restringido, na maioria das vezes, a estudos laboratoriais referentes ao comportamento mecânico do solo e as correlações com as propriedades índices e as classificações geotécnicas. Poucos são os estudos na área de mapeamento geotécnico em média e grande escala, existindo um vazio nas metodologias de mapeamento geotécnico no que se refere a esta classe de solos. Durante o desenvolvimento desta pesquisa sobre as características expansivas da Fm. Libertad, Quaternário (Uruguai), foram combinados os produtos obtidos das técnicas de mapeamento com os propriedades identificadas nos ensaios de caracterização e as medidas de expansão. A técnica de avaliação de terreno usando Landforms para separar unidades homogêneas, resultou em um grande auxílio permitindo direcionar os trabalhos e observações de campo e diminuir o numero de amostras a serem coletadas. O ensaio de caracterização da Capacidade de Troca Catiônica (CTC) da fração argila, usando a técnica de Azul de Metileno, mostrou-se coincidente com a identificação de argilo-minerais usando Difração de Raios X (DRX). Esses dados, associados aos valores de Pressão de Expansão e Expansão livre de amostra indeformadas, com umidade natural e secas ao ar, e de amostras compactadas com diferentes massas específicas seca (pd) e umidade constante (w=15%) permitiram identificar unidades com diferentes potenciais de expansão na Fm. Libertad. A combinação desses dados permitiu a produção da Carta de Potencial de Expansão do Solos, numa região de desenvolvimento urbano no Município de Montevidéu, Uruguai. Este documento fornece aos planejadores do uso e ocupação da área o conhecimento dos diferentes graus de restrição que devem ser levados em conta devido à presença de solos potencialmente expansivos. Elaborou-se uma proposta metodológica para a execução de trabalhos de mapeamento geotécnico de solos expansivos.The swelling phenomenon of the clay soils has been studied mainly in laboratory with the objective of undestand the behavior of the soil and the correlations with the index properties and with the geotechnical classifications. In Engineering Geotechnical Mapping there is a lack of methodology about swell soil mapping in medium or large scale. In this research the swelling characteristics of the Libertad Formation (Uruguay) were studied by combination of the information obtained in the Engineering Geotechnical Mapping (scale 1:10.000) and the soil properties identified in the characterization and swelling tests. The technique of land evaluation using Landforms to separate homogeneous units, it resulted in a great aid allowing to guide the works and field observations and to reduce the number of samples to be collected. The characterization tests of cationic exchange capacity (CEC) of the clay, using the technique of adsorption of methilene blue, it was shown coincident with the identification of clay using X-Ray Diffraction (XRD). The swelling potentials of the Libertad Formation were determined based in the information of the values of swelling pressure and free swelling from undisturbed samples, both with natural moisture contents and air dried, besides the samples compacted with different apparent specific gravity (pd) and with constant moisture content (w= 15%). This procedure allowed the production of the Swelling Potential Chart of the soil in an suburban area of Montevideo City, Uruguay. This document can supply the information to the management of the area taken in account the different swelling potential of the soils. Finally it is presented a methodology to carry out Engineering Geological Mapping of the swelling soils

Solute transport through compacted clay liner (CCL) and geosynthetic clay liner (GCL): direct and coupled flux and membrane behavior

Neste trabalho foi analisado o comportamento de um solo argiloso compactado (CCL) da Fm. Corumbataí e de um geocomposto bentonítico (GCL) composto por bentonita \'NA\', frente a gradientes hidráulicos e químicos. As propriedades físicas e mineralógicas dos solos foram avaliadas, bem como determinados em ensaios de adsorção em lote os parâmetros das isotermas de Freundlich e Langmuir. Foi desenvolvido um equipamento para avaliar o comportamento membrana e poder calcular o coeficiente de eficiência químico-osmótico (\'ômega\') em ensaio de difusão-membrana. Os ensaios de advecção foram executados com o equipamento já existente no departamento de Geotecnia. Em todos os ensaios foram utilizadas soluções monoiônicas de \'KCL\' e \'CU\'CL IND.2\' 2\'H IND.2\'O\'. O valor do factor de retardamento Rd determinado no ensaio em lote (batch test) foi maior que o Rd medido no ensaio de advecção, enquanto que, no ensaio de difusão-membrana, obteve-se o menor valor de Rd. Tanto o GCL quanto o CCL apresentaram comportamento membrana e geração de pressão osmótica para as soluções utilizadas. No entanto, com a solução de \'K POT.+\' as diferenças de pressão se mantiveram durante o ensaio, enquanto que no caso da solução de \'CU POT.+2\' a pressão induzida no corpo de prova do CCL e do GCL tem um pico e logo diminue até zero. O GCL teve um aumento na condutividade hidráulica, no ensaio de advecção, quando permeado com solução de \'CU POT.+2\'. Este comportamento é atribuído ao colapso da dupla camada difusa das partículas de argila. O CCL não apresentou este comportamento. Os resultados deste trabalho sugerem que o CCL da Fm. Corumbataí tem melhor desempenho como barreira que o GCL, nas condições de laboratório e para as soluções usadas.In this research the behavior of a compacted clayey liner (CCL) of Corumbataí Fm. and a geosynthetic clay liner (GCL) containing \'NA\'-bentonite, was evaluated in presence of hydraulic and chemical gradients. Physical and mineralogical properties of the soils were determined and batch tests were executed to obtain the adsorption parameters of the Freundlich and Langmuir models. A laboratory apparatus was developed for assessment of the membrane behavior allowing determining the chemico-osmotic efficiency coefficient (\'ômega\') in diffusion-membrane test. The advection test was carried out with existent equipment in geotechnical department. Both tests were performed with single salt \'KCL\' and \'CU\'CL IND.2\' 2\'H IND.2\'O\' solutions. The measured value of the retardation factor (Rd) for the batch test is bigger than the Rd measured in advection test while in the diffusion-membrane test, the Rd obtained is the smallest. Both GCL and the CCL exhibit membrane behavior and they generate osmotic pressure with both solutions. However with \'KCL\' solution the difference of pressure are maintained during the test, while in the case of \'CU POT.+2\' solution the induced pressure across the specimen of CCL and GCL have a peak to after decrease to zero. The GCL had an increase in the hydraulic conductivity for a \'CU POT.+2\' solution in the advection test. This behavior is attributed to the collapse of the diffuse double layers of clay particles. The CCL did not exhibit this behavior. The results of this study suggest that the CCL of Corumbataí Fm. has a better performance as clay barrier tha the GCL, considering the solutions used and in the laboratory conditions

Expansive sediments of Libertad Formation (Quaternary) research: engineering geological mapping and evaluate methodology in suburban area of Montevideo city, Uruguay

O estudo do fenômeno de expansão em solos argilosos tem-se restringido, na maioria das vezes, a estudos laboratoriais referentes ao comportamento mecânico do solo e as correlações com as propriedades índices e as classificações geotécnicas. Poucos são os estudos na área de mapeamento geotécnico em média e grande escala, existindo um vazio nas metodologias de mapeamento geotécnico no que se refere a esta classe de solos. Durante o desenvolvimento desta pesquisa sobre as características expansivas da Fm. Libertad, Quaternário (Uruguai), foram combinados os produtos obtidos das técnicas de mapeamento com os propriedades identificadas nos ensaios de caracterização e as medidas de expansão. A técnica de avaliação de terreno usando Landforms para separar unidades homogêneas, resultou em um grande auxílio permitindo direcionar os trabalhos e observações de campo e diminuir o numero de amostras a serem coletadas. O ensaio de caracterização da Capacidade de Troca Catiônica (CTC) da fração argila, usando a técnica de Azul de Metileno, mostrou-se coincidente com a identificação de argilo-minerais usando Difração de Raios X (DRX). Esses dados, associados aos valores de Pressão de Expansão e Expansão livre de amostra indeformadas, com umidade natural e secas ao ar, e de amostras compactadas com diferentes massas específicas seca (pd) e umidade constante (w=15%) permitiram identificar unidades com diferentes potenciais de expansão na Fm. Libertad. A combinação desses dados permitiu a produção da Carta de Potencial de Expansão do Solos, numa região de desenvolvimento urbano no Município de Montevidéu, Uruguai. Este documento fornece aos planejadores do uso e ocupação da área o conhecimento dos diferentes graus de restrição que devem ser levados em conta devido à presença de solos potencialmente expansivos. Elaborou-se uma proposta metodológica para a execução de trabalhos de mapeamento geotécnico de solos expansivos.The swelling phenomenon of the clay soils has been studied mainly in laboratory with the objective of undestand the behavior of the soil and the correlations with the index properties and with the geotechnical classifications. In Engineering Geotechnical Mapping there is a lack of methodology about swell soil mapping in medium or large scale. In this research the swelling characteristics of the Libertad Formation (Uruguay) were studied by combination of the information obtained in the Engineering Geotechnical Mapping (scale 1:10.000) and the soil properties identified in the characterization and swelling tests. The technique of land evaluation using Landforms to separate homogeneous units, it resulted in a great aid allowing to guide the works and field observations and to reduce the number of samples to be collected. The characterization tests of cationic exchange capacity (CEC) of the clay, using the technique of adsorption of methilene blue, it was shown coincident with the identification of clay using X-Ray Diffraction (XRD). The swelling potentials of the Libertad Formation were determined based in the information of the values of swelling pressure and free swelling from undisturbed samples, both with natural moisture contents and air dried, besides the samples compacted with different apparent specific gravity (pd) and with constant moisture content (w= 15%). This procedure allowed the production of the Swelling Potential Chart of the soil in an suburban area of Montevideo City, Uruguay. This document can supply the information to the management of the area taken in account the different swelling potential of the soils. Finally it is presented a methodology to carry out Engineering Geological Mapping of the swelling soils