Experimental Assessment of the Effect of Textile Fibre Inclusions on the Shear Strength of Sandy-Silt Soils

In the last decades, as a result of climate change and the intensification of natural hazards, high-intensity rainfalls and thunderstorms occurrence has exponentially increased, resulting in frequent flooding events. To reduce the hydraulic risk, earth embankments are commonly employed. These structures require thorough and periodical repairing to prevent breaching and consequently catastrophic disasters. The presence of wildlife and the rapid hydraulic gradient variations due to extreme precipitation events threaten the stability of earth embankments; indeed, animals create their burrows, removing material from the slopes and the core of the compacted structure, and drying-wetting cycles cause cracks formation. The conventional repairing methods involve usage of cement, bentonite, and mortar to backfill the holes and cracks. These solutions are not sustainable and effective. Innovative environmentally friendly interventions and reinforcing methods are needed to repair earthen embankments and inhibit failure occurrence. In this regard, composite materials are now growing in popularity: recycled textile fibres reinforcement have been attracting the attention of researchers. Fibres from textile waste are cost-effective, widely available, easily processed and the need for textile waste disposal in landfills or incineration would be significantly reduced. The mechanical behaviour of fibre reinforced soil has been investigated through direct shear tests under drained conditions: the impact of inclusions and their properties on the shear strength of a sandy silt with clay, formerly part of an old embankment of the river Secchia (MO), has been studied, to verify their suitability in reinforcing earth embankments. Although the tests were performed only at small-scale, the outcomes illustrated that fibres recovered from textile waste can be successfully employed to improve the shear strength of the composite material: an increase in the internal friction angle has been observed, and an apparent cohesion is developed. However, fibre inclusions hinder the compaction process while increasing soil ductility. The main parameters that influence the response are fibre geometry (length, diameter), and fibre content (%). From the results, an optimum fibre content has been observed. Large-scale direct shear tests are planned to further investigate the effects of recycled textile fibre inclusions on the mechanical properties of soils and promote the use of the material in the earthen embankments field.

Negli ultimi decenni, a causa del cambiamento climatico e dell’intensificazione di eventi estremi, quali precipitazioni violente, la ricorrenza di esondazioni è aumentata. Per la mitigazione del rischio idraulico e ritenzione delle acque sono solitamente impiegati argini in terra. Queste strutture richiedono una manutenzione accurata e periodica per prevenire fratture, collassi e conseguenti catastrofi. La presenza della fauna selvatica e le rapide variazioni di gradiente idraulico dovute a precipitazioni repentine compromettono la stabilità degli argini: gli animali creano le loro tane, rimuovendo materiale dai pendii e dal nucleo della struttura, mentre i cicli drying-wetting provocano la formazione di fratture. Convenzionalmente i fori e le crepe così formatosi vengono riparati e riempiti tramite iniezioni di cemento, bentonite e malta. Queste soluzioni non sono però né sostenibili né efficaci. Dunque, vanno implementante nuove misure di intervento ecosostenibili che ripristinino la funzionalità degli argini in terra. A questo proposito, si sta diffondendo l’utilizzo di materiali compositi; in particolare, ivi si ipotizza l’utilizzo di fibre tessili riciclate per rinforzare il terreno. Gli scarti tessili sono ampiamente disponibili, facilmente lavorabili, e l’eventuale riciclaggio adempirebbe alla necessità impellente di ridurre lo smaltimento dei rifiuti tessili in discariche o inceneritori. In questa sede, prove di taglio diretto in condizioni drenate sono state svolte su limo sabbioso con argilla - proveniente dall’argine del fiume Secchia, in corrispondenza di Ponte Alto (MO) - rinforzato con fibre riciclate, con lo scopo di determinarne gli effetti sul comportamento meccanico e verificarne l'idoneità nel riparare argini fluviali in terra. I risultati su prove a scala ridotta hanno dimostrato che le fibre recuperate dai rifiuti tessili possono essere impiegate con successo per migliorare la resistenza al taglio del materiale composito: è stato osservato un aumento dell'angolo di attrito interno e lo sviluppo di una coesione apparente. Inoltre, la presenza di fibre aumenta la duttilità del suolo, seppur ostacolandone la compattazione. I principali parametri che influenzano la risposta sono la geometria delle fibre (diametro, lunghezza) e il contenuto di fibre (%). Un valore ottimo di contenuto di fibre è stato identificato. Sono previste ulteriori ricerche, in particolare lo svolgimento di prove di taglio diretto in grande scala, per una comprensione più approfondita del comportamento meccanico di terreni rinforzati con fibre tessili riciclate.