Predicting the Saturated Hydraulic Conductivity of Clayey Soils and Clayey or Silty Sands

Predictive models able to provide a reliable estimate of hydraulic conductivity can be useful in various geotechnical applications. Since most of the existing predictive methods for saturated hydraulic conductivity estimation are valid only for a limited range of soils or can be applied under certain restrictive conditions, a new method applicable to clayey soils and clayey or silty sands having a wide range of values of soil index properties is proposed in this study. For this purpose, 329 saturated hydraulic conductivity values, obtained by laboratory tests carried out on different soils, were collected in a database and used to develop five equations using a multiple regression approach. Each equation correlates the hydraulic conductivity with one or more geotechnical parameters. An equation was developed that predicts, within an order of magnitude, the saturated hydraulic conductivity in the range from 1.2 × 10−11 to 3.9 × 10−6 m/s, based on simple geotechnical parameters (i.e., clay content, void ratio, plastic limit, and silt content)

nickel removal by zero valent iron lapillus mixtures in column systems

Abstract The remediation of contaminated groundwater, through permeable reactive barrier (PRB) technology, has raised strong interest in the field of environmental geotechnics. The use of granular mixtures composed of zero valent iron (ZVI) together with an inert and/or porous material is a new strategy for preventing the decrease in hydraulic conductivity of PRBs composed of pure ZVI alone. In this paper, granular mixtures composed of ZVI and lapillus in different weight ratios were tested for nickel removal through column tests. The newly proposed material, lapillus, is a low-cost material (a by-product of pumice mining), readily available and efficient for nickel removal, as is shown by the benchmark column tests carried out in this paper. The weight ratio between ZVI and lapillus, the flow velocity and the initial contaminant concentration were the factors investigated in this paper since they can strongly influence the long-term removal efficiency and hydraulic behaviour of a PRB. The column tests results were analysed in terms of hydraulic conductivity, nickel removal efficiency and the distribution of the removed nickel along the column over time. The test results clearly showed the great potential of the proposed ZVI/lapillus granular mixtures in terms of both removal efficiency and long-term hydraulic conductivity

La bonifica delle acque di falda tramite la tecnologia delle barriere permeabili reattive

A Permeable Reactive Barrier (PRB) represents a valid and sustainable in situ groundwater remediation technology. It consists of a diaphragm wall, filled with a reactive medium and placed across the flow path of the contaminated groundwater in order to intercept the contaminants.  A PRB does not require energy for, it requires the removal of modest volumes of soil, it does not present problems of visual impact and allows the use of the contaminated site during remediation. Monitoring performed on full-scale PRB, composed of zero valent iron (ZVI) as reactive medium, showed that, despite the considerable reactivity, ZVI is not able to maintain its hydraulic conductivity over a long period of time. The objective of the present work was to improve the hydraulic behaviour of the ZVI, by mixing this material with lapillus, a reactive medium of volcanic origin, sustainable for the environment and readily available. Experimental studies, conducted through batch and column tests, have shown that lapillus is reactive towards the tested contaminants, i.e. nickel and zinc, whose presence seriously  threatens the quality of aquifers. La bonifica delle acque di falda tramite la tecnologia delle Barriere Permeabili ReattiveUna barriera permeabile reattiva (BPR) rappresenta una tecnologia in situ per il risanamento delle acque di falda. Si tratta di un diaframma, costituito da un materiale permeabile e reattivo, installato nella stessa direzione del flusso di falda in maniera tale da intercettare gli inquinati contenuti in esso. Una BPR non necessita energia per il suo funzionamento, richiede la rimozione di modesti volumi di terreno, non presenta problemi di impatto visivo e consente di utilizzare il sito contaminato durante la bonifica. Monitoraggi eseguiti su BPR in vera grandezza, realizzate utilizzando ferro zero valente (Fe0) come materiale reattivo, hanno evidenziato come, nonostante la notevole reattività, esso non sia in grado di mantenere la propria conducibilità idraulica nel lungo periodo. Con l’obiettivo di migliorare le prestazioni idrauliche del Fe0, nel presente lavoro vengono presentati i risultati dei test di laboratorio effettuati per valutare la miscelazione di tale mezzo reattivo con il lapillo, un materiale di origine vulcanica, sostenibile per l’ambiente, e facilmente reperibile. Gli studi sperimentali condotti attraverso prove batch e prove di interazione in colonna, hanno dimostrato come il lapillo sia reattivo nei confronti degli inquinanti testati, ovvero nichel e zinco, la cui presenza minaccia profondamente la qualità delle falde acquifere.Una barriera permeabile reattiva (BPR) rappresenta una tecnologia in situ per il risanamento delle acque di falda. Si tratta di un diaframma, costituito da un materiale permeabile e reattivo, installato nella stessa direzione del flusso di falda in maniera tale da intercettare gli inquinati contenuti in esso. Una BPR non necessita energia per il suo funzionamento, richiede la rimozione di modesti volumi di terreno, non presenta problemi di impatto visivo e consente di utilizzare il sito contaminato durante la bonifica. Monitoraggi eseguiti su BPR in vera grandezza, realizzate utilizzando ferro zero valente (Fe0) come materiale reattivo, hanno evidenziato come, nonostante la notevole reattività, esso non sia in grado di mantenere la propria conducibilità idraulica nel lungo periodo. Con l’obiettivo di migliorare le prestazioni idrauliche del Fe0, nel presente lavoro vengono presentati i risultati dei test di laboratorio effettuati per valutare la miscelazione di tale mezzo reattivo con il lapillo, un materiale di origine vulcanica, sostenibile per l’ambiente, e facilmente reperibile. Gli studi sperimentali condotti attraverso prove batch e prove di interazione in colonna, hanno dimostrato come il lapillo sia reattivo nei confronti degli inquinanti testati, ovvero nichel e zinco, la cui presenza minaccia profondamente la qualità delle falde acquifere. Groundwater Remediation Using Permeable Reactive Barrier Technology A Permeable Reactive Barrier (PRB) represents a valid and sustainable in situ groundwater remediation technology. It consists of a diaphragm wall, filled with a reactive medium and placed across the flow path of the contaminated groundwater in order to intercept the contaminants.  A PRB does not require energy for, it requires the removal of modest volumes of soil, it does not present problems of visual impact and allows the use of the contaminated site during remediation. Monitoring performed on full-scale PRB, composed of zero valent iron (ZVI) as reactive medium, showed that, despite the considerable reactivity, ZVI is not able to maintain its hydraulic conductivity over a long period of time. The objective of the present work was to improve the hydraulic behaviour of the ZVI, by mixing this material with lapillus, a reactive medium of volcanic origin, sustainable for the environment and readily available. Experimental studies, conducted through batch and column tests, have shown that lapillus is reactive towards the tested contaminants, i.e. nickel and zinc, whose presence seriously  threatens the quality of aquifers

Una metodologia avanzata per l’analisi dei debris flow nel contesto della zonazione della pericolosità da frana

Landslide susceptibility zoning is becoming an important topic in scientific literature, especially in relation to land-use planning and management. The methods employed to derive landslide maps for zoning purposes are generally divided into three classes: heuristic or basic, statistical or intermediate and deterministic or advanced. Based on the method used, the scale of analysis and the zoning purpose, three zoning levels can be obtained i.e. preliminary, intermediate and advanced. For instance, when basic methods on a small scale are used, only a preliminary zoning level can be obtained while the use of intermediate and advanced methods, on a medium and large scale respectively, can allow us to achieve intermediate or advanced levels of zoning. All that considered, and with reference to a particular type of landslide called debris flow, a three-step deterministic method has been proposed. This method is based on a combination of two advanced models able to both identify the most relevant predisposing factors of debris flows in weathered gneiss and pursue an advanced level of susceptibility zoning on a large scale. The methodology, applied to a debris flow event which occurred in the province of Reggio Calabria, showed that the results obtained when combining these models are coherent with the prior-analysis of the real event. This is the starting point for a susceptibility analysis of debris flow over a large area. Una metodologia avanzata per l’analisi dei debris flow nel contesto della zonazione della pericolosità da franaLa zonazione della suscettibilità da frana è un argomento importante nella letteratura scientifica, specialmente per quanto riguarda la pianificazione e la gestione del territorio. I metodi usati per le mappe di zonazione sono generalmente divisi in tre classi: euristici o di base, statistici o intermedi e deterministici o avanzati. In base al metodo usato, alla scala di analisi ed all’obiettivo della zonazione è possibile ottenere tre livelli di zonazione: preliminare, intermedio ed avanzato. Se si usano esclusivamente metodi di base a piccola scala, può essere perseguito solo un livello di zonazione preliminare, mentre l’uso dei metodi intermedi a media scala ed avanzati a scala grande e di dettaglio consentono di perseguire livelli di zonazione intermedi o avanzati. Tutto ciò premesso, e riferendoci ad un particolare tipo di fenomeno franoso le colate di detrito, è stato proposto un metodo deterministico basato sulla combinazione di due modelli avanzati in grado di identificare da un lato i più rilevanti fattori predisponenti le colate di detrito in gneiss alterati e dall’altro di ottenere un avanzato livello di zonazione della suscettibilità a grande scala. La metodologia, applicata ad un evento di colate rapide verificatosi in provincia di Reggio Calabria, ha mostrato risultati coerenti con l’analisi a ritroso dell’evento reale e rappresenta il punto di partenza per l’analisi di suscettibilità alle colate di detrito su area vasta.La zonazione della suscettibilità da frana è un argomento importante nella letteratura scientifica, specialmente per quanto riguarda la pianificazione e la gestione del territorio. I metodi usati per le mappe di zonazione sono generalmente divisi in tre classi: euristici o di base, statistici o intermedi e deterministici o avanzati. In base al metodo usato, alla scala di analisi ed all’obiettivo della zonazione è possibile ottenere tre livelli di zonazione: preliminare, intermedio ed avanzato. Se si usano esclusivamente metodi di base a piccola scala, può essere perseguito solo un livello di zonazione preliminare, mentre l’uso dei metodi intermedi a media scala ed avanzati a scala grande e di dettaglio consentono di perseguire livelli di zonazione intermedi o avanzati. Tutto ciò premesso, e riferendoci ad un particolare tipo di fenomeno franoso le colate di detrito, è stato proposto un metodo deterministico basato sulla combinazione di due modelli avanzati in grado di identificare da un lato i più rilevanti fattori predisponenti le colate di detrito in gneiss alterati e dall’altro di ottenere un avanzato livello di zonazione della suscettibilità a grande scala. La metodologia, applicata ad un evento di colate rapide verificatosi in provincia di Reggio Calabria, ha mostrato risultati coerenti con l’analisi a ritroso dell’evento reale e rappresenta il punto di partenza per l’analisi di suscettibilità alle colate di detrito su area vasta. An Advanced Methodology for Debris Flow Analysis in the Context of Landslide Hazard ZoningLandslide susceptibility zoning is becoming an important topic in scientific literature, especially in relation to land-use planning and management. The methods employed to derive landslide maps for zoning purposes are generally divided into three classes: heuristic or basic, statistical or intermediate and deterministic or advanced. Based on the method used, the scale of analysis and the zoning purpose, three zoning levels can be obtained i.e. preliminary, intermediate and advanced. For instance, when basic methods on a small scale are used, only a preliminary zoning level can be obtained while the use of intermediate and advanced methods, on a medium and large scale respectively, can allow us to achieve intermediate or advanced levels of zoning. All that considered, and with reference to a particular type of landslide called debris flow, a three-step deterministic method has been proposed. This method is based on a combination of two advanced models able to both identify the most relevant predisposing factors of debris flows in weathered gneiss and pursue an advanced level of susceptibility zoning on a large scale. The methodology, applied to a debris flow event which occurred in the province of Reggio Calabria, showed that the results obtained when combining these models are coherent with the prior-analysis of the real event. This is the starting point for a susceptibility analysis of debris flow over a large area

Il rinforzo radicale come intervento per la mitigazione del rischio da frane superficiali

In recent years, the use of vegetation as an intervention for risk mitigation against shallow landslides, as well as for slope erosion control, has begun to spread as a valid alternative to the more traditional methods given the increasingly urgent request for a sustainable design. In fact, reinforcing slopes with roots provides bioengineering solutions that satisfy the principal sustainability criteria for construction better. With reference to risk mitigation, the reinforcement of slopes by means of roots represents a solution that falls within the context of prevention measures, which help to prevent the triggering or reactivation of shallow landslides, allowing for the mitigation of fragility as well as the protection of the natural and anthropic landscape.The soil thickness reinforced with roots shows an increase in soil shear strength due to a  two-fold effect: the mechanical effect provided by soil-root interaction and the hydrological effect caused by the evapo-transpiration phenomena that  yield a reduction in the degree of saturation. The mechanical contribution, in particular, depends on both the tensile strength of the roots and their density and spatial distribution within the soil.The aim of the paper is to show the empirical methodologies that allow evaluating this mechanical contribution to be used in modelling the behaviour of soil reinforced with vegetation. Il rinforzo radicale come intervento per la mitigazione del rischio da frane superficialiNegli ultimi anni l’uso della vegetazione come intervento per la mitigazione del rischio da frane superficiali e per il controllo dell’erosione ha cominciato a diffondersi come valida alternativa ai più tradizionali metodi data la richiesta, sempre più spingente, di una progettazione sostenibile. A tal proposito, il rinforzo di pendii con radici costituisce una soluzione bio-ingegneristica che soddisfa i principali criteri di sostenibilità nell’ambito delle costruzioni. Con riferimento alla mitigazione del rischio, il rinforzo dei pendii tramite radici rappresenta una soluzione che ricade nel contesto degli interventi di prevenzione, i quali evitano l’innesco o la riattivazione di movimenti franosi superficiali, consentendo di mitigare le fragilità e al tempo stesso di tutelare il paesaggio naturale e antropico.Lo spessore di terreno rinforzato con radici mostra un aumento nella resistenza al taglio grazie a un doppio effetto, meccanico e idrologico. Il primo è fornito dall’interazione terreno-radici e il secondo dai fenomeni di evapo-traspirazione che producono una riduzione del grado di saturazione. Il contributo meccanico, in particolare, dipende dalla resistenza a trazione delle singole radici e dalla loro distribuzione spaziale all’interno del terreno.Lo scopo del seguente articolo è quello di presentare le metodologie empiriche che consentono di valutare tale contributo meccanico, necessario per modellare il comportamento dei terreni rinforzati con apparati radicali.Negli ultimi anni l’uso della vegetazione come intervento per la mitigazione del rischio da frane superficiali e per il controllo dell’erosione ha cominciato a diffondersi come valida alternativa ai più tradizionali metodi data la richiesta, sempre più spingente, di una progettazione sostenibile. A tal proposito, il rinforzo di pendii con radici costituisce una soluzione bio-ingegneristica che soddisfa i principali criteri di sostenibilità nell’ambito delle costruzioni. Con riferimento alla mitigazione del rischio, il rinforzo dei pendii tramite radici rappresenta una soluzione che ricade nel contesto degli interventi di prevenzione, i quali evitano l’innesco o la riattivazione di movimenti franosi superficiali, consentendo di mitigare le fragilità e al tempo stesso di tutelare il paesaggio naturale e antropico.Lo spessore di terreno rinforzato con radici mostra un aumento nella resistenza al taglio grazie a un doppio effetto, meccanico e idrologico. Il primo è fornito dall’interazione terreno-radici e il secondo dai fenomeni di evapo-traspirazione che producono una riduzione del grado di saturazione. Il contributo meccanico, in particolare, dipende dalla resistenza a trazione delle singole radici e dalla loro distribuzione spaziale all’interno del terreno.Lo scopo del seguente articolo è quello di presentare le metodologie empiriche che consentono di valutare tale contributo meccanico, necessario per modellare il comportamento dei terreni rinforzati con apparati radicali. Root Reinforcement as a Measure for Shallow Landslides Risk MitigationIn recent years, the use of vegetation as an intervention for risk mitigation against shallow landslides, as well as for slope erosion control, has begun to spread as a valid alternative to the more traditional methods given the increasingly urgent request for a sustainable design. In fact, reinforcing slopes with roots provides bioengineering solutions that satisfy the principal sustainability criteria for construction better. With reference to risk mitigation, the reinforcement of slopes by means of roots represents a solution that falls within the context of prevention measures, which help to prevent the triggering or reactivation of shallow landslides, allowing for the mitigation of fragility as well as the protection of the natural and anthropic landscape.The soil thickness reinforced with roots shows an increase in soil shear strength due to a  two-fold effect: the mechanical effect provided by soil-root interaction and the hydrological effect caused by the evapo-transpiration phenomena that  yield a reduction in the degree of saturation. The mechanical contribution, in particular, depends on both the tensile strength of the roots and their density and spatial distribution within the soil.The aim of the paper is to show the empirical methodologies that allow evaluating this mechanical contribution to be used in modelling the behaviour of soil reinforced with vegetation

Soil Geosynthetic Interaction: Design Parameters from Experimental and Theoretical Analysis

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Consideration of the mechanical damage behavior of rock salt during calculation of infiltration-cracks in the edge zone of gas storage caverns

Underground storage in salt caverns is a preferred method for the intermediate storage of natural gas to cover seasonal fluctuation in consumption and commercial gas storage. The prove of the stability and tightness of the storage required for safe operation is continuously adapted to the current state of the art. For many years, an intensive scientific investigation has been carried out within the frame-work of repository research with continuous optimization of the rock mechanical modelling of the material behavior of rock salt. From the elaboration of the research results on the pressure-driven infiltration processes into the primarily non-permeable salt rock, it emerges that during gas storage operation, in addition to the areal infiltration, the formation of macroscopic infiltration-cracks in the cavern surrounding salt rock is to be expected as well. This thesis deals with the computational simulation of macroscopic infiltration-cracks within the scope of theoretical modelling of salt cavern behavior during gas storage, taking into account additional mechanical damage processes in the rock salt. On the basis of variational calculus, the infiltration fracture propagation will be evaluated, considering different model approaches in material behavior of the cavern surrounding rock salt mass. As a result of the present work, it should be noted that with regard to the propagation of infiltration-cracks in gas caverns, constitutive model approaches for the description of the mechanical damage and healing behavior of rock salt can be neglected for a conservative assessment