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Modelling the role of pore water salinity on the water retention behaviour of compacted active clays

Della Vecchia Gabriele Scelsi Giulia Musso Guido
Articolo Immagine
Rivista:
Rivista Italiana di Geotecnica
Anno:
2019
Numero:
3
Fascicolo:
Rivista Italiana di Geotecnica N. 3/2019
DOI:
10.19199/2019.3.0557-1405.016

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Modellazione del ruolo della salinità dell’acqua interstiziale sulla ritenzione di acqua nelle argille attive compattate 

Le argille attive compattate vengono frequentemente utilizzate in molti lavori geotecnici e ambientali. Le loro particolari caratteristiche idro-meccaniche, e in particolare la bassa permeabilità, ne fanno dei materiali particolarmente adeguati per il contenimento della contaminazione dovuta a rifiuti nucleari o domestici. Evidenze sperimentali hanno mostrato che la ritenzione d’acqua nelle argille attive è altamente dipendente anche dalla composizione chimica dell’acqua interstiziale, e che per identici valori della suzione di matrice la massa d’acqua trattenuta da una determinata argilla diminuisce con la concentrazione ionica. Questa peculiarità può avere effetti rilevanti sulla prestazione delle barriere d’argilla, dato che esse sono normalmente poste in esercizio in condizioni non sature e che la composizione chimica dell’acqua utilizzata nella loro preparazione è verosimilmente differente da quella del sito. In questa memoria vengono prima descritti gli effetti del contenuto e della salinità dell’acqua interstiziale sulla microstruttura delle argille attive, facendo riferimento a formulazioni esistenti che le trattano separatamente. Si introduce quindi una formulazione più ampia, che ingloba entrambi i contributi. Il modello che ne discende è infine validato mediante il confronto con dati di ritenzione idraulica da letteratura, che vengono riprodotti con buona approssimazione. Per le argille attive prese in considerazione, fissato il contenuto d’acqua, il modello prevede che la suzione di matrice associata a una soluzione interstiziale a elevata salinità sia fino due ordini di grandezza inferiore rispetto a quella associata ad acqua distillata. D’altro lato, per una determinata suzione di matrice e densità secca iniziale, il modello prevede che il volume d’acqua trattenuto da campioni esposti ad acqua distillata sia più del doppio di quello trattenuto da campioni esposti a una soluzione salina con elevata concentrazione.

Compacted active clays are used as construction material for engineering barriers in many geotechnical and geo-environmental applications. Their very low permeability makes them particularly suitable as liners for the containment of both municipal and radioactive waste, since it allows very limited fluxes of contaminants. Experimental data show that the water retention behaviour of active clays is very dependent on pore water chemistry, since for a given matric suction the mass of stored water decreases with water salinity. This issue can have relevant effects on the performance of clay liners, considering that active clays are usually cast in place in unsaturated conditions and that the chemical composition of their pore water after compaction may be different from the one of the surrounding environment. In this paper, the effects of water content and water salinity on compacted clay fabric are firstly reviewed, through existing formulations which consider them separately. An enhancement of the existing formulations is then proposed, by merging both contributions. The model is finally validated against experimental water retention data from the literature, showing good prediction capabilities. In the case of the active clays considered, at given water ratios, the model predicts that the matric suction can vary between one and two orders of magnitude with salt concentration. As a counter fact, at a given matric suction and initial dry density, the model predicts that the water retained by samples inundated with distilled water is more than twice with respect to the water retained by samples saturated with a concentrated solution. 

Keywords: water retention curve, clay, chemical interaction, suction.