Los serrines de granito como barrera de impermeabilización para su uso en vertederos

Abstract

[Abstract] Landfill closure and reclamation is both a regional and an international problem. The waterproofing performance of the cover layer has a capital importance when considering the prevention of pollution and its propagation towards the natural environment. In that context, the use of waste fine materials derived from industrial processes emerges as an alternative to the more conventional geosynthetics. Being that the starting point, our approach represents a sustainable waste management alternative, as well as also being environmental friendly. The research work presented in this document is aimed at studying the feasibility of the use of the waste fine material produced by the dimension stone cutting and polishing industries (an important economic activity in the southern part of Galicia) also known as “granite saw dust”. Our work is focused on the use of granite saw dust as raw materials for the construction of landfill cover/capping layers or to construct impervious substrates acting as sealing barriers.. Our work is based on previous studies and characterization and we have tried to verify the behavior of granite saw dust in the context of civil works at scales larger than those more conventional in the laboratory. By using small-scale experimental set ups we have highlighted the selected geotechnical and geochemical properties. Our experimental models have been designed according to a comprehensive methodological approach and were developed using the best instrumentation available to us. That let us to obtain a varied bundle of information related to the studied problem: i) the geochemical evolution of granite saw dust as a result of their interaction with water and air; ii) the hydrodynamic behavior of the material under prescribed conditions of compaction and water content; iii) alternatives for the configuration of hydrodynamic barriers to cope with inflows. For this purpose, four small-scale column tests with granite saw dusts have been performed. These columns were instrumented to monitor, in real time, the behavior of the saw dust under the previously specified test conditions. The huge amount of information provided by the experiments has contributed to a detailed analysis of different problems covering hydrochemical, hydrodynamic and/or mineralogical aspects. The column experiments have highlighted that, in relation to their use as a waterproofing and sealing barrier, the hydraulic properties of granite fines, were poorer that those estimated by other authors using conventional geotechnical tests. By recognizing the hydraulic limitation of the granite saw dust, we tried to improve its performance combining them with sand layers in order to make up a capillary barrier. This test was executed with a large -scale model which was specifically designed and built to study the hydrodynamic behavior of fine material barriers in a nearly field scale. The large size and robustness of the experimental device (for which a patent has been granted) allowed us to use conventional mechanical compaction devices typically used in earth works (e.g. vibratory or tamping rammers), reaching optimum compaction values. The experimental device was equipped with an automated irrigation system (which allowed the establishment of realistic rainfall conditions) and a number of transducers to monitor the moisture content of the fines. The results obtained suggest that granite fines, arranged as a continuous layer, do not meet the requirements necessary for the construction of soil barriers for waterproofing and/or sealing landfills. However, with a capillary barrier configuration (i.e. combining layers of granite saw dust and sand) resulted in a good performance in terms of the permeability prescribed for seal/cover layers for inert waste landfill. Accordingly, such a configuration would be worth for this use. The use of granite fines as mineral barriers for waterproofing and/or sealing landfills, or for any other purposes, would contribute in adding value to inert waste, providing it with a sustainable use and positively contributing to the chain value of dimension stone.

[Resumo] O peche e selado de vertedoiros sanitarios é un problema de nivel rexional e internacional. A eficacia da impermeabilización, así do contorno como da capa de selado da superficie, é de vital importancia na prevención da contaminación e a súa propagación ó medio receptor. O emprego de materiais finos residuais de procesos industriais como unha opción frente a outros materiais sintéticos (por exemplo, xeotéxtiles ou xeomembranas) constitúe unha alternativa sostible para a xestión de residuos e respectuosa co medio ambiente. A investigación presentada nesta memoria ten como principal obxectivo o estudo da viabilidade do uso dun material fino xerado pola industria produtora e transformadora do granito en Galicia (serraduras de granito) para o seu uso como materia prima para a construción de barreiras de impermeabilización e/ou selado. Na mesma, preténdese verificar o comportamento das serraduras de granito no contexto da obra civil ó nivel de actuación real sobre o terreo, empregando modelos experimentais a escala reducida que poñen en evidencia as súas propiedades xeotécnicas e xeoquímicas, amplamente caracterizadas nos últimos anos través de procedementos normalizados de uso convencional no campo da enxeñaría civil. Os modelos experimentais foron deseñados de acordo cunha ampla formulación metodolóxica e desenvolvidos empregando a instrumentación dispoñible máis axeitada, de modo que permitisen obter información de natureza diversa en relación co problema estudado: i) a evolución xeoquímica das serraduras de granito como resultado da súa interacción coa auga e o aire; ii) o comportamento hidrodinámico do material baixo condicións específicas de alternativas de compactación e hidratación; iii) alternativas de configuración como unha barreira física para controlar o fluxo de infiltración. Para isto, desenvolvéronse ata catro ensaios de columnas de serraduras de dimensións reducidas. Ditas columnas foron dotadas de equipos para levar un seguimento en tempo real do comportamento das serraduras nas condicións de ensaio prescritas. Os deseños experimentais permitiron reunir unha importante cantidade de información pertinente o problema investigado, contribuíndo á análise en profundidade de distintos problemas de índole hidroxeoquímica, hidrodinámica e/ou mineralóxica. Os ensaios en columna puxeron en evidencia que as propiedades hidráulicas das serraduras de granito, en relación ó seu uso como unha barreira de impermeabilización e selado, contrastan coas observadas por outros autores a partir de ensaios xeotécnicos convencionais. Recoñecendo as limitacións hidráulicas do material, inténtase mellorar o seu rendemento empregando unha configuración con base nas propiedades das barreiras capilares. Este ensaio materializouse na forma dun modelo reducido construído ex profeso para investigar o comportamento hidromecánico de barreiras de materiais finos a escala case real. As dimensións e robustez do dispositivo experimental (obxecto dunha patente), permitiron o uso de máquinas de compactación habituais en enxeñaría civil (por exemplo, bandexas vibrantes), alcanzando condicións óptimas de compactación. O dispositivo foi equipado cun sistema de irrigación automatizado (simulando as condicións realistas de precipitación) e diferentes sensores para o control da humidade do material ensaiado. Os resultados obtidos suxiren que as serraduras de granito, dispostas en forma dunha capa continua de material, non cumpren cos requisitos para a construción de barreiras minerais de impermeabilización e/ou selado de vertedoiros. Con todo, a configuración de barreira capilar (combinando capas minerais de serraduras e area) demostrou producir un efecto de oposición ó fluxo de infiltración, no que a permeabilidade equivalente resulta inferior ó límite máximo esixido para o confinamento de vertedoiros de residuos inertes, polo que o seu uso en tales contextos sería apropiado. O emprego das serraduras de granito como barreira mineral para a impermeabilización e/ou selado de vertedoiros ou con outros fins, permitiría valorizar un residuo inerte, dándolle un uso sostible e contribuíndo positivamente na cadea de valor da pedra ornamental.