Melhoramento de um solo argiloso com recurso à ativação alcalina de resíduos para aplicação em infraestruturas de transporte

Abstract

O melhoramento das propriedades geotécnicas dos solos é, frequentemente, realizado pela adição de ligantes tradicionais ao solo, normalmente cimento ou cal. Contudo, estes ligantes representam um custo financeiro e ambiental significativo que importa mitigar. Nesse sentido, a presente dissertação tem como principal objetivo o desenvolvimento de soluções alternativas para melhoramento de solos com baixas propriedades mecânicas, por intermédio da utilização de ligantes desenvolvidos através da técnica designada por ativação alcalina, que combina resíduos industriais com ativadores químicos, à base de reagentes comerciais, no contexto da construção de infraestruturas de transporte. Ao aplicar estes ligantes ao solo, pretende-se promover o seu melhoramento, obtendo assim características mecânicas superiores às do solo original. Os ligantes obtidos por ativação alcalina permitem a reutilização de alguns resíduos industriais num contexto de economia circular, representando desta forma uma alternativa mais sustentável em termos ambientais e financeiros comparativamente às técnicas tradicionais. Desta forma, será possível contribuir para a redução das emissões de gases com efeito de estufa associados à produção do cimento Portland, a reintrodução de resíduos na economia, a minimização do impacto ambiental resultante da deposição dos resíduos nos aterros e a redução da exploração de matérias-primas associadas à produção dos ligantes tradicionais. Neste trabalho foi utilizado um solo argiloso o qual foi ensaiado na sua forma original e com várias misturas com cinzas ativadas alcalinamente. Foi realizado um conjunto significativo de ensaios laboratoriais, nomeadamente: ensaios de compressão uniaxial, ensaios California Bearing Ratio (CBR), ensaios de ultrassons e ensaios triaxiais que permitiram avaliar, quantitativamente, o melhoramento conseguido nas propriedades mecânicas com a aplicação da técnica de ativação alcalina de cinzas volantes no solo. Paralelamente, como meio de comparação dos resultados obtidos, foram realizados ensaios em misturas de solo com ligantes tradicionais (cimento e cal).Os resultados mostram que a técnica de ativação alcalina como forma de melhoramento de solos conduz a resultados competitivos em termos de características mecânicas com as melhores misturas utilizando ligantes tradicionais.

The improvement of the geotechnical properties of soils is frequently carried out by adding traditional binders to the soil, normally cement or lime. However, these binders represent significant finantial and environmental costs that it are important to mitigate. In this sense, the main goal of the present dissertation is the development of alternative solutions for the improvement of the mechanical properties of poor soils, by using binders developed by a technique called alkaline activation, which combines industrial wastes with chemichal activators, based on comercial reagents, in the context of transportation infrastructures construction. By applying these binders to the soil it is intended to improve it, obtaining better mechanical characteristics than those of the original soil. The binders obtained by alkaline activation allow the reuse of some industrial wastes in the context of circular economy, and it is a more sustainable alternative in both environmental and finantial terms, when compared with the tradicional techniques. In this sense, it will be possible to contribute to: reduction in green house gas emissions associated to the production of Portland cement; the reintroduction of wastes in the economy; the minimization of the environmental impact of wastes deposition in landfills; and the reduction of raw-materials exploitation associated to the production of tradicional binders. In this work a clayey soil was used and tested in its original form and with several mixtures with alkaline activated fly-ash. A significant set of laboratory tests was performed, namely: uniaxial compression tests, California Bearing Ratio (CBR), ultrassound and triaxials, to quantify the improvement in the mechanical properties of the soil with the use of the alkaline activation of fly-ash. Additionally, also tests on mixtures of the soil with traditional binders (cement and lime) were carried out. The results show that this technique when applied as a way to improve the characteristics of soils show competitive results in terms of mechanical characteristics with the best mixtures performed with traditional binders.