Comportamento delle ceneri vulcaniche

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 14524 (2022) Citare questo articolo

1155 accessi

1 Altmetrico

Dettagli sulle metriche

Le ceneri vulcaniche (VA) sono uno dei sottoprodotti delle eruzioni vulcaniche esplosive. Possono essere utilizzati come stabilizzante del suolo grazie alle loro proprietà cementizie come approccio eco-compatibile alla stabilizzazione del suolo. In questo studio, è stato studiato l’impatto del VA come materiale additivo (fino al 20%) sul comportamento di un terreno argilloso sottoposto a prove di compressione unidimensionale e prove di compressione uniassiale. A questo scopo, vengono studiati l'effetto percentuale VA, le condizioni di polimerizzazione, ovvero il contenuto ottimale di umidità (OMC) e il campione saturo, e il tempo di polimerizzazione, sul modulo edometrico, e la resistenza alla compressione uniassiale (UCS). I risultati mostrano che l'aggiunta di VA aumenta continuamente l'UCS in condizioni sature. Tuttavia, questo miglioramento è considerevole per un VA aggiuntivo del 5% allo stato OMC e induce un miglioramento del 325% nell’UCS. Il massimo miglioramento dell'UCS si verifica con l'aggiunta del 20% di VA in condizioni sature. È stato inoltre rivelato che le miscele VA-terreno sono più sostenibili a bassi livelli di stress e il modulo edometrico aumenta con l'aggiunta di VA. Un tempo di maturazione a lungo termine porta ad un aumento dei legami fabbricati a causa della reazione pozzolanica. Il VA aggiuntivo non ha alcun effetto significativo sui parametri di consolidamento specificamente per i tempi di stagionatura a breve termine.

Negli ultimi decenni, il miglioramento del suolo e la stabilizzazione dei progetti di costruzione stradale hanno considerato approcci ecocompatibili per quanto riguarda le restrizioni e le fonti disponibili. Le soluzioni adottate prevedono l'uso di geosintetici1,2,3, l'aggiunta di polimero/biopolimero ai terreni4,5,6, oppure l'aggiunta di diversi tipi di materiali di scarto come pneumatici o vetro frantumato7,8,9,10 ,11. Sulla base di studi precedenti, la stabilizzazione del suolo è un metodo significativo ed economicamente vantaggioso per la sostenibilità stradale12. Il miglioramento chimico dei terreni è una delle tecniche più comuni che può essere in conformità con l'ambiente e le spese del progetto. Oggigiorno i miglioramenti chimici vengono eseguiti utilizzando materiali cementizi come cemento, calce e pozzolane12,13,14,15,16.

Anche se il cemento e la calce hanno prestazioni ed efficienza elevate nella stabilizzazione del suolo, durante il processo di produzione o di utilizzo possono essere causati diversi problemi ambientali come il degrado e l’inquinamento12,17. Negli ultimi anni, per quanto riguarda i problemi associati alla miscela di cemento e calce nei terreni, tra gli ingegneri si è diffuso l'utilizzo di materiali di scarto rispettosi dell'ambiente. Tenendo conto degli sforzi precedenti, l’utilizzo delle pozzolane come materiale per il miglioramento del suolo diventa un argomento popolare tra i ricercatori poiché non presenta relativamente alcun problema ambientale negativo12,17. Le pozzolane sono materiali a base silicea diversificati a seconda del modo in cui vengono prodotti (ceneri volanti, ceneri vulcaniche, ceneri di lolla o altri). L'uso delle pozzolane può essere produttivo per la riduzione dell'inquinamento atmosferico, nonché per il risparmio energetico e le emissioni di gas serra17,18.

Recentemente è stato studiato il potenziale dell'utilizzo di materiali di scarto prodotti dai campi agricoli e dalle aziende industriali, vale a dire ceneri volanti, scorie, pneumatici, vetri e gusci di grano8,19,20,21,22,23,24,25,26. Le ceneri volanti e le ceneri vulcaniche (VA), che vengono rispettivamente sprecate dalle fornaci alimentate a carbone e dalle eruzioni vulcaniche, possono essere scelte come sostituti appropriati del cemento/calce e possono anche essere utilizzate per stabilizzare il suolo. Numerosi ricercatori hanno studiato il comportamento del VA in diverse condizioni. Per valutare il miglioramento del suolo utilizzando materiali cementizi aggiuntivi, è necessario stimare il legame tra le particelle e le proprietà di resistenza27. A questo scopo, possono essere eseguite prove convenzionali standard come prove di taglio diretto, prove triassiali, prove uniassiali, prove di compressione confinata e California Bearing Ratios (CBR). L'aggiunta di pozzolane alla massa del terreno può migliorare le proprietà del suolo come resistenza, angolo di attrito, coesione e CBR21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33.