Influência de lixiviados de mineração no comportamento hidráulico de geocompostos bentoníticos (GCLs)

dc.contributor.advisor-co1Correia, Natália de Souza
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/2172645507238077
dc.contributor.advisor-co1orcidhttps://orcid.org/0000-0002-6867-9596
dc.contributor.advisor1Portelinha, Fernando Henrique Martins
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/0791082339645058
dc.contributor.advisor1orcidhttps://orcid.org/0000-0002-7481-7406
dc.contributor.authorSousa, Mauro Alexandre Paula de Sousa
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/2181555015520763
dc.contributor.authororcidhttps://orcid.org/0000-0002-5798-8553
dc.contributor.refereePalmeira, Ennio Marques
dc.contributor.refereeVilar, Orencio Monje
dc.contributor.refereeRodrigues, Valéria Guimarães Silvestre
dc.contributor.refereePitanga, Heraldo Nunes
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/3468455656914958
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/4129208405433368
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/7344342214839527
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/7513217329977595
dc.contributor.refereeorcidhttps://orcid.org/0000-0003-2620-0708
dc.contributor.refereeorcidhttps://orcid.org/0000-0002-1448-5243
dc.contributor.refereeorcidhttps://orcid.org/0000-0001-8937-839X
dc.contributor.refereeorcidhttps://orcid.org/0000-0001-5244-1180
dc.date.accessioned2025-12-08T11:36:39Z
dc.date.issued2025-11-27
dc.description.abstractBrazil’s mining industry, a major economic sector, presents high potential for environmental contamination. Conventional geosynthetic clay liners (GCLs) with natural sodium bentonite (NaB) may fail hydraulically when exposed to aggressive mining leachates (high ionic strength/extreme pH), as these liquids reduce osmotic swelling and cause flocculation. Most studies address GCLs with natural sodium and granular bentonites. In Brazil, however, sodium-activated calcium bentonites (CaB) are commonly used due to their abundance, mostly available in powdered form. Bentonite–polymer composites (BPCs) appear as alternatives, but polymer elution remains a concern, and the performance of BPCs with CaB under mining leachates is still little known. This study evaluated the hydraulic performance and viability of GCLs and BPCs produced with sodium-activated calcium bentonite (CaB), both unmodified and modified with linear and/or cross-linked polymers, as alternatives to natural sodium bentonite (NaB). These materials were tested under different mining leachates, saline, and extreme pH solutions. The effects of mineralogy and bentonite grain size were analyzed to understand their influence on GCL hydraulic behavior. Additionally, BPCs using three polymer types were investigated to enhance GCL performance for specific mining applications. Hydraulic conductivity (k) and swell index (SI) tests were performed, including analyses of pre-hydration and granulometry (powder, fine/coarse granular). All bentonites showed reduced swelling and increased k when in contact with mining liquids. GCLs made with sodium-activated calcium bentonites (CaB) generally outperformed those with natural NaB, often meeting the < 5×10⁻¹¹ m/s requirement. CaB mineralogy was less affected, and its powdered granulometry had a stronger impact on performance. Pure CaB GCLs, however, exhibited higher k in aggressive leachates. BPCs, especially those with CaB and linear polymers (Y) or specific combinations, showed improved chemical resistance, maintaining low k (< 5×10⁻¹¹ m/s) due to pore blocking by hydrogels. Fine bentonite particles were crucial under high ionic strength, outweighing mineralogical effects. Pre-hydration in water was also essential for performance. Polymer addition enhanced hydraulic behavior, but the polymer type must match the leachate chemistry. Polymer selection and granulometry determined resistance to elution. Overall, Brazilian sodium-activated calcium bentonites (CaB) in fine granulometry, modified with appropriate polymers, represent a viable and technically effective alternative to NaB in GCLs for aggressive mining leachates.eng
dc.description.resumoA indústria mineradora tem sido uma das principais atividades econômicas do Brasil e, ao mesmo tempo, envolve um grande potencial de contaminação do meio ambiente. Geocompostos bentoníticos convencionais podem falhar hidraulicamente quando aplicados em barreiras de lixiviados agressivos de mineração devido à interação química da bentonita com soluções de alta força iônica e/ou pH extremos. Basicamente, o potencial de inchamento osmótico de uma bentonita sódica é reduzido nesses líquidos além da ocorrência de alguns processos de floculação. No entanto, a literatura trata, em sua maioria de geocompostos com bentonitas naturalmente sódicas e granulares. No Brasil, a prática é de uso de bentonitas cálcicas ativadas com sódio, dada a abundância desses materiais no Brasil, e, em sua maioria em pó. Este estudo teve como primeiro objetivo avaliar o desempenho hidráulico de geocompostos bentoníticos de bentonitas cálcicas ativadas como alternativa às sódicas naturais frente a diferentes lixiviados de mineração, soluções salinas e de pH extremo. As variáveis mineralogia e tamanho dos grãos de bentonita foram especificamente avaliados para entendimento dos fenômenos envolvidos no comportamento hidráulico de geocompostos bentoníticos. Por fim, compósitos polímero-bentonita usando três diferentes tipos de polímeros foram avaliados como alternativa para melhoria do desempenho hidráulico de geocompostos bentoníticos para aplicações específicas em alguns ambientes de mineração. Os resultados indicaram que todas as bentonitas sofreram depreciação do inchamento e condutividade hidráulica frente aos líquidos de mineração. O geocompostos bentoníticos produzidos com bentonitas cálcicas ativadas com sódio tiveram comportamento superior os produzidos com naturalmente sódicas, muitas vezes atendendo ao requisito mínimo de condutividade hidráulica inferior a < 5x10⁻¹¹ m/s. Entendeu-se que a mineralogia dessas bentonitas são menos afetadas e, por serem fornecidas em pó, tiveram uma influência mais significativa da granulometria. A granulometria fina da bentonita foi crucial para o desempenho em alta força iônica, superando a influência da mineralogia. A pré-hidratação em água mostrou-se essencial para o comportamento de geocompostos em lixiviados agressivos. Observou-se que a adição de polímero promove melhoria significativa no comportamento hidráulico de geocompostos, porém existem polímeros específicos para cada característica química do lixiviado. A escolha do polímero e granulometria da bentonita afeta a eficácia e resistência à eluição. Conclui-se que o uso de bentonitas cálcicas ativadas brasileiras, em granulometria fina e modificada com polímeros adequados, é alternativa robusta e tecnicamente viável para geocompostos aplicados como barreiras de lixiviados agressivos de mineração.
dc.description.sponsorshipNão recebi financiamento
dc.identifier.citationSOUSA, Mauro Alexandre Paula de Sousa. Influência de lixiviados de mineração no comportamento hidráulico de geocompostos bentoníticos (GCLs). 2025. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2025. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/23156.por
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.14289/23156
dc.language.isopor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlos
dc.publisher.addressCampus São Carlos
dc.publisher.initialsUFSCar
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Civil - PPGECiv
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
dc.subjectGeocomposto bentonítico
dc.subjectBentonita cálcica ativada
dc.subjectPolímero
dc.subjectMineração
dc.subjectLixiviados agressivos
dc.subjectGeosynthetic clay linereng
dc.subjectActivated calcium bentoniteeng
dc.subjectPolymereng
dc.subjectMiningeng
dc.subjectAggressive leachateseng
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL::GEOTECNICA
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL::ESTRUTURAS
dc.subject.ods9. Indústria, Inovação e Infraestrutura
dc.titleInfluência de lixiviados de mineração no comportamento hidráulico de geocompostos bentoníticos (GCLs)
dc.title.alternativeInfluence of mining leachates on the hydraulic behavior of geosynthetic clay liners (GCLs)eng
dc.typeTese

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