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Tomando como objeto de estudo a encosta da ferrovia Sui-Chongqing, foram analisadas a resistividade do solo, a eletroquímica do solo (potencial de corrosão, potencial redox, gradiente de potencial e pH), os ânions do solo (sais solúveis totais, Cl-, SO42- e outros) e a nutrição do solo (teor de umidade, matéria orgânica, nitrogênio total, nitrogênio hidrolisado alcalino, fósforo disponível e potássio disponível) em diferentes inclinações. O grau de corrosão foi avaliado de acordo com os indicadores individuais e os indicadores abrangentes do solo artificial. Comparado com outros fatores, a água tem a maior influência na corrosão da tela de proteção da encosta, seguida pelo teor de ânions. O teor de sais solúveis totais tem um efeito moderado na corrosão da tela de proteção da encosta, assim como a corrente de fuga. O grau de corrosão das amostras de solo foi avaliado de forma abrangente, sendo a corrosão moderada na parte superior da encosta e forte nas partes média e inferior. A matéria orgânica no solo apresentou correlação significativa com o gradiente de potencial. O nitrogênio disponível, o potássio disponível e o fósforo disponível apresentaram correlação significativa com os ânions. A distribuição dos nutrientes do solo é indiretamente relacionado ao tipo de declive.
Na construção de ferrovias, rodovias e obras hidráulicas, a abertura de clareiras em montanhas é muitas vezes inevitável. Devido à presença de montanhas no sudoeste da China, a construção ferroviária exige muita escavação em áreas montanhosas. Isso destrói o solo e a vegetação originais, criando encostas rochosas expostas. Essa situação leva a deslizamentos de terra e erosão do solo, ameaçando a segurança do transporte ferroviário. Os deslizamentos de terra são prejudiciais ao tráfego rodoviário, especialmente após o terremoto de Wenchuan em 12 de maio de 2008. Os deslizamentos de terra se tornaram um desastre sísmico grave e generalizado¹. Na avaliação de 2008 de 4.243 quilômetros de rodovias principais na província de Sichuan, ocorreram 1.736 desastres severos causados ​​por terremotos em leitos de estradas e muros de contenção de taludes, representando 39,76% da extensão total avaliada. Os prejuízos econômicos diretos decorrentes dos danos às estradas ultrapassaram 58 bilhões de yuans 2,3. Exemplos globais mostram que os riscos geológicos pós-terremoto podem durar pelo menos 10 anos (terremoto de Taiwan) e até mesmo 40-50 anos (terremoto de Kanto, no Japão) 4,5. A inclinação é o principal fator que afeta o risco sísmico 6,7. Portanto, é necessário manter a inclinação da estrada e reforçar sua estabilidade. As plantas desempenham um papel insubstituível na proteção de taludes e na restauração da paisagem ecológica 8. Comparados com taludes de solo comum, os taludes rochosos não possuem o acúmulo de nutrientes como matéria orgânica, nitrogênio, fósforo e potássio, e não apresentam o ambiente do solo necessário para o crescimento da vegetação. Devido a fatores como grandes inclinações e erosão pluvial, o solo do talude é facilmente perdido. O ambiente da encosta é hostil, carece das condições necessárias para o crescimento das plantas e o solo da encosta não possui estabilidade de suporte. A pulverização da encosta com material de base para cobrir o solo e proteger a encosta é uma tecnologia de restauração ecológica de encostas comumente usada no meu país. O solo artificial usado para pulverização é composto de pedra britada, solo agrícola, palha, fertilizante composto, agente de retenção de água e adesivo (adesivos comumente usados ​​incluem cimento Portland, cola orgânica e emulsificante asfáltico) em uma determinada proporção. O processo técnico é: primeiro, coloca-se arame farpado sobre a rocha, depois fixa-se o arame farpado com rebites e parafusos de ancoragem e, finalmente, pulveriza-se o solo artificial contendo sementes na encosta com um pulverizador especial. A tela metálica em forma de diamante nº 14, totalmente galvanizada, é a mais utilizada, com uma malha padrão de 5 cm × 5 cm e um diâmetro de 2 mm. A tela metálica permite que a matriz do solo forme uma placa monolítica durável sobre a superfície da rocha. A tela metálica irá corroer no solo, porque o próprio solo é um eletrólito, e o grau de corrosão depende das características do A avaliação dos fatores de corrosão do solo é de grande importância para avaliar a erosão de malhas metálicas induzida pelo solo e eliminar os riscos de deslizamentos de terra.
Acredita-se que as raízes das plantas desempenham um papel crucial na estabilização de taludes e no controle da erosão10,11,12,13,14. Para estabilizar taludes contra deslizamentos superficiais, a vegetação pode ser utilizada, pois as raízes fixam o solo, prevenindo deslizamentos15,16,17. A vegetação lenhosa, especialmente as árvores, ajuda a prevenir deslizamentos superficiais18. Uma estrutura protetora robusta é formada pelos sistemas radiculares verticais e laterais das plantas, que atuam como pilares de reforço no solo. O desenvolvimento dos padrões da arquitetura radicular é determinado por genes, e o ambiente do solo desempenha um papel decisivo nesses processos. A corrosão de metais varia de acordo com o ambiente do solo20. O grau de corrosão de metais no solo pode variar de uma dissolução bastante rápida a um impacto insignificante21. O solo artificial é muito diferente do solo natural. A formação de solos naturais é o resultado de interações entre o ambiente externo e vários organismos ao longo de dezenas de milhões de anos22,23,24. Antes que a vegetação lenhosa forme um sistema radicular e um ecossistema estáveis, é necessário verificar se a malha metálica, combinada com o talude rochoso e o solo artificial, está adequada. A capacidade de funcionar com segurança está diretamente relacionada ao desenvolvimento da economia natural, à segurança da vida e à melhoria do meio ambiente.
No entanto, a corrosão de metais pode levar a enormes prejuízos. De acordo com um levantamento realizado na China no início da década de 1980 em máquinas químicas e outras indústrias, as perdas causadas pela corrosão de metais representaram 4% do valor total da produção. Portanto, é de grande importância estudar o mecanismo de corrosão e tomar medidas de proteção para a construção econômica. O solo é um sistema complexo de gases, líquidos, sólidos e microrganismos. Metabólitos microbianos podem corroer materiais, e correntes dispersas também podem causar corrosão. Portanto, é importante prevenir a corrosão de metais enterrados no solo. Atualmente, a pesquisa sobre corrosão de metais enterrados concentra-se principalmente em (1) fatores que afetam a corrosão de metais enterrados25; (2) métodos de proteção de metais26,27; (3) métodos de avaliação do grau de corrosão de metais28; corrosão em diferentes meios. No entanto, todos os solos estudados eram naturais e haviam passado por processos suficientes de formação do solo. Contudo, não há relatos sobre erosão artificial do solo em taludes rochosos ferroviários.
Em comparação com outros meios corrosivos, o solo artificial apresenta características de iliquidez, heterogeneidade, sazonalidade e regionalidade. A corrosão de metais em solos artificiais é causada por interações eletroquímicas entre os metais e o solo artificial. Além de fatores intrínsecos, a taxa de corrosão metálica também depende do ambiente circundante. Diversos fatores afetam a corrosão metálica individualmente ou em combinação, como teor de umidade, teor de oxigênio, teor total de sais solúveis, teor de ânions e íons metálicos, pH e microrganismos do solo.
Em 30 anos de prática, a questão de como preservar permanentemente solos artificiais em taludes rochosos tem sido um problema33. Arbustos ou árvores não conseguem crescer em alguns taludes após 10 anos de cuidados manuais devido à erosão do solo. A sujeira na superfície da malha metálica foi lavada em alguns lugares. Devido à corrosão, algumas malhas metálicas racharam e perderam todo o solo acima e abaixo delas (Figura 1). Atualmente, a pesquisa sobre corrosão em taludes ferroviários concentra-se principalmente na corrosão da malha de aterramento de subestações ferroviárias, na corrosão por corrente parasita gerada por trens leves e na corrosão de pontes ferroviárias34,35, trilhos e outros equipamentos de veículos36. Não há relatos de corrosão da malha metálica de proteção de taludes ferroviários. Este artigo estuda as propriedades físicas, químicas e eletroquímicas de solos artificiais no talude rochoso sudoeste da Ferrovia Suiyu, com o objetivo de prever a corrosão do metal por meio da avaliação das propriedades do solo e fornecer bases teóricas e práticas para a restauração do ecossistema do solo e a recuperação artificial.
O local de teste está situado na área montanhosa de Sichuan (30°32′N, 105°32′E), próximo à Estação Ferroviária de Suining. A área está localizada no centro da Bacia de Sichuan, com montanhas e colinas baixas, estrutura geológica simples e terreno plano. A erosão, o desgaste e o acúmulo de água criam paisagens montanhosas erodidas. O substrato rochoso é principalmente calcário, e a camada superficial é composta principalmente de areia roxa e siltito. A integridade é baixa e a rocha apresenta uma estrutura fragmentada. A área de estudo possui um clima subtropical úmido de monções, com características sazonais de primavera precoce, verão quente, outono curto e inverno tardio. A precipitação é abundante, os recursos de luz e calor são abundantes, o período livre de geadas é longo (285 dias em média), o clima é ameno, a temperatura média anual é de 17,4°C, a temperatura média do mês mais quente (agosto) é de 27,2°C e a temperatura máxima extrema é de 39,3°C. O mês mais frio é Em janeiro, a temperatura média é de 6,5°C, a temperatura mínima extrema é de -3,8°C e a precipitação média anual é de 920 mm, concentrada principalmente em julho e agosto. A precipitação na primavera, verão, outono e inverno varia bastante. A proporção de chuva em cada estação do ano é de 19-21%, 51-54%, 22-24% e 4-5%, respectivamente.
O local de pesquisa é uma encosta com cerca de 45° na linha férrea Yu-Sui, construída em 2003. Em abril de 2012, estava voltado para o sul, a menos de 1 km da Estação Ferroviária de Suining. A encosta natural foi utilizada como controle. A restauração ecológica da encosta adota a tecnologia estrangeira de pulverização de solo para restauração ecológica. De acordo com a altura da encosta lateral da ferrovia, a encosta pode ser dividida em encosta superior, encosta média e encosta inferior (Fig. 2). Como a espessura do solo artificial na encosta cortada é de cerca de 10 cm, para evitar a contaminação por produtos de corrosão da malha metálica do solo, utilizamos apenas uma pá de aço inoxidável para remover a camada superficial do solo de 0 a 8 cm. Quatro réplicas foram estabelecidas para cada posição da encosta, com 15 a 20 pontos de amostragem aleatórios por réplica. Cada réplica é uma mistura de 15 a 20 pontos de amostragem determinados aleatoriamente a partir de uma linha em forma de S. Seu peso fresco é de cerca de 500 gramas. As amostras são levadas de volta ao laboratório em sacos plásticos com fecho hermético para processamento. O solo é seco ao ar livre, e o cascalho e os resíduos animais e vegetais são removidos, triturados com uma vareta de ágata e peneirados com uma peneira de malha 20. Peneira de náilon de malha 100, exceto para partículas grossas.
A resistividade do solo foi medida pelo testador de resistência de aterramento VICTOR4106, produzido pela Shengli Instrument Company; a resistividade do solo foi medida em campo; A umidade do solo foi medida pelo método de secagem. O instrumento portátil digital DMP-2 mv/pH apresenta alta impedância de entrada para medir o potencial de corrosão do solo. O gradiente de potencial e o potencial redox foram determinados pelo instrumento portátil digital DMP-2 mv/pH, o teor de sais solúveis totais no solo foi determinado pelo método de secagem do resíduo, o teor de íons cloreto no solo foi determinado pelo método de titulação com AgNO3 (método de Mohr), o teor de sulfato no solo foi determinado pelo método de titulação indireta com EDTA, o carbonato e o bicarbonato do solo foram determinados pelo método de titulação com duplo indicador, a matéria orgânica do solo foi determinada pelo método de aquecimento por oxidação com dicromato de potássio, o nitrogênio por hidrólise alcalina do solo foi determinado pelo método de difusão em solução alcalina e o Mo-Sb foi determinado pelo método colorimétrico de digestão com H2SO4-HClO4. O fósforo total e o fósforo disponível no solo foram determinados pelo método de Olsen (solução de NaHCO3 0,05 mol/L como extrator) e o potássio total no solo foi determinado por fotometria de chama com fusão de hidróxido de sódio.
Os dados experimentais foram inicialmente sistematizados. O SPSS Statistics 20 foi utilizado para realizar análises de média, desvio padrão, ANOVA de uma via e correlação humana.
A Tabela 1 apresenta as propriedades eletromecânicas, ânions e nutrientes dos solos com diferentes inclinações. O potencial de corrosão, a resistividade do solo e o gradiente de potencial leste-oeste das diferentes inclinações foram todos significativos (P < 0,05). Os potenciais redox da encosta inferior, da encosta intermediária e da encosta natural foram significativos (P < 0,05). O gradiente de potencial perpendicular ao trilho, ou seja, o gradiente de potencial norte-sul, segue a ordem: encosta superior > encosta inferior > encosta intermediária. O valor do pH do solo seguiu a ordem: encosta inferior > encosta superior > encosta intermediária > encosta natural. O teor de sais solúveis totais na encosta natural foi significativamente maior do que na encosta ferroviária (P < 0,05). O teor de sais solúveis totais no solo da encosta ferroviária de terceira classe é superior a 500 mg/kg, e os sais solúveis totais têm um efeito moderado na corrosão de metais. O teor de matéria orgânica do solo foi o mais alto na encosta natural e o mais baixo na encosta inferior (P < 0,05). O teor de nitrogênio total foi o mais alto na encosta intermediária e o mais baixo na encosta superior. O teor de nitrogênio disponível foi mais elevado na encosta inferior e na encosta intermediária, e mais baixo na encosta natural; o teor total de nitrogênio na encosta superior e inferior da ferrovia foi menor, mas o teor de nitrogênio disponível foi maior. Isso indica que a taxa de mineralização de nitrogênio orgânico na encosta superior e inferior é rápida. O teor de potássio disponível é o mesmo que o de fósforo disponível.
A resistividade do solo é um índice que indica a condutividade elétrica e um parâmetro básico para avaliar a corrosão do solo. Os fatores que afetam a resistividade do solo incluem o teor de umidade, o teor total de sais solúveis, o pH, a textura do solo, a temperatura, o teor de matéria orgânica, a temperatura do solo e a compactação. De modo geral, solos com baixa resistividade são mais corrosivos e vice-versa. O uso da resistividade para avaliar a corrosividade do solo é um método comumente utilizado em diversos países. A Tabela 1 mostra os critérios de avaliação do grau de corrosividade para cada índice individual.^37,38
De acordo com os resultados dos testes e as normas do meu país (Tabela 1), se a corrosividade do solo for avaliada apenas pela resistividade, o solo na encosta superior é altamente corrosivo; o solo na encosta inferior é moderadamente corrosivo; a corrosividade do solo na encosta intermediária e na encosta natural é relativamente baixa.
A resistividade do solo na encosta superior é significativamente menor do que em outras partes da encosta, o que pode ser causado pela erosão pluvial. A camada superficial do solo na encosta superior é levada pela água para a encosta intermediária, de modo que a tela metálica de proteção da encosta superior fica próxima à camada superficial. Algumas das telas metálicas ficaram expostas e até mesmo suspensas no ar (Figura 1). A resistividade do solo foi medida no local; o espaçamento entre as estacas era de 3 m; a profundidade de cravação das estacas era inferior a 15 cm. Telas metálicas expostas e ferrugem descascada podem interferir nos resultados da medição. Portanto, não é confiável avaliar a corrosividade do solo apenas pelo índice de resistividade do solo. Na avaliação abrangente da corrosão, a resistividade do solo na encosta superior não é considerada.
Devido à alta umidade relativa, o ar úmido perene na região de Sichuan faz com que a tela metálica exposta ao ar corroa mais severamente do que a tela metálica enterrada no solo39. A exposição da tela metálica ao ar pode resultar em diminuição da vida útil, o que pode desestabilizar os solos em encostas. A erosão do solo pode dificultar o crescimento de plantas, especialmente plantas lenhosas. Devido à falta de plantas lenhosas, é difícil a formação de um sistema radicular em encostas para solidificar o solo. Ao mesmo tempo, o crescimento de plantas também pode melhorar a qualidade do solo e aumentar o teor de húmus, o que não só retém água, mas também proporciona um bom ambiente para o crescimento e reprodução de animais e plantas, reduzindo assim a erosão do solo. Portanto, na fase inicial da construção, mais sementes lenhosas devem ser semeadas em encostas, e um agente de retenção de água deve ser adicionado continuamente e coberto com filme plástico para proteção, a fim de reduzir a erosão do solo em encostas pela água da chuva.
O potencial de corrosão é um fator importante que afeta a corrosão da rede de proteção de taludes em taludes de três níveis, e tem o maior impacto no talude ascendente (Tabela 2). Em condições normais, o potencial de corrosão não varia muito em um determinado ambiente. Uma mudança perceptível pode ser causada por correntes parasitas. Correntes parasitas referem-se às correntes 40, 41, 42 que vazam para o leito da estrada e o solo quando veículos utilizam o sistema de transporte público. Com o desenvolvimento do sistema de transporte, o sistema ferroviário do meu país alcançou eletrificação em larga escala, e a corrosão de metais enterrados causada pelo vazamento de corrente contínua das ferrovias eletrificadas não pode ser ignorada. Atualmente, o gradiente de potencial do solo pode ser usado para determinar se o solo contém perturbações de corrente parasita. Quando o gradiente de potencial do solo superficial é inferior a 0,5 mV/m, a corrente parasita é baixa; quando o gradiente de potencial está na faixa de 0,5 mV/m a 5,0 mV/m, a corrente parasita é moderada; Quando o gradiente de potencial é superior a 5,0 mV/m, o nível de corrente parasita é elevado. A faixa de flutuação do gradiente de potencial (EW) na meia encosta, na encosta superior e na encosta inferior é mostrada na Figura 3. Em termos da faixa de flutuação, observam-se correntes parasitas moderadas nas direções leste-oeste e norte-sul na meia encosta. Portanto, a corrente parasita é um fator importante que afeta a corrosão das telas metálicas na meia encosta e na encosta inferior, especialmente na meia encosta.
Geralmente, o potencial redox do solo (Eh) acima de 400 mV indica capacidade oxidante, acima de 0-200 mV indica capacidade redutora média e abaixo de 0 mV indica alta capacidade redutora. Quanto menor o potencial redox do solo, maior a capacidade de corrosão dos microrganismos do solo sobre os metais.44 É possível prever a tendência da corrosão microbiana do solo a partir do potencial redox. O estudo constatou que o potencial redox do solo nas três encostas era superior a 500 mV e o nível de corrosão era muito baixo. Isso demonstra que a aeração do solo nas encostas é boa, o que não favorece a corrosão por microrganismos anaeróbios no solo.
Estudos anteriores demonstraram que o impacto do pH do solo na erosão é evidente. Com a flutuação do valor do pH, a taxa de corrosão de materiais metálicos é significativamente afetada. O pH do solo está intimamente relacionado à área e aos microrganismos presentes no solo45,46,47. De modo geral, o efeito do pH do solo na corrosão de materiais metálicos em solos ligeiramente alcalinos não é significativo. Os solos das três encostas ferroviárias são todos alcalinos, portanto, o efeito do pH na corrosão da malha metálica é fraco.
Como pode ser observado na Tabela 3, a análise de correlação mostra que o potencial redox e a posição da inclinação estão significativamente correlacionados positivamente (R2 = 0,858), o potencial de corrosão e o gradiente de potencial (SN) estão significativamente correlacionados positivamente (R2 = 0,755) e o potencial redox e o gradiente de potencial (SN) estão significativamente correlacionados positivamente (R2 = 0,755). Houve uma correlação negativa significativa entre o potencial e o pH (R² = -0,724). A posição da encosta apresentou correlação positiva significativa com o potencial redox. Isso demonstra que existem diferenças no microambiente em diferentes posições da encosta, e que os microrganismos do solo estão intimamente relacionados ao potencial redox48, 49, 50. O potencial redox apresentou correlação negativa significativa com o pH51,52. Essa relação indica que os valores de pH e Eh nem sempre se alteram de forma síncrona durante o processo redox do solo, mas apresentam uma relação linear negativa. O potencial de corrosão do metal pode representar a capacidade relativa de ganhar e perder elétrons. Embora o potencial de corrosão tenha apresentado correlação positiva significativa com o gradiente de potencial (SN), o gradiente de potencial pode ser causado pela fácil perda de elétrons pelo metal.
O teor total de sais solúveis no solo está intimamente relacionado à corrosividade do solo. De modo geral, quanto maior a salinidade do solo, menor a sua resistividade, aumentando assim a resistência do solo. Nos eletrólitos do solo, não apenas os ânions e suas variações, mas também os carbonatos, cloretos e sulfatos são os principais fatores que influenciam a corrosão. Além disso, o teor total de sais solúveis no solo afeta indiretamente a corrosão por meio da influência de outros fatores, como o efeito do potencial de eletrodo nos metais e a solubilidade do oxigênio no solo.
A maioria dos íons dissociados de sais solúveis no solo não participa diretamente de reações eletroquímicas, mas afeta a corrosão de metais por meio da resistividade do solo. Quanto maior a salinidade do solo, maior a sua condutividade e, consequentemente, maior a erosão. O teor de salinidade em taludes naturais é significativamente maior do que em taludes ferroviários, o que pode ser atribuído à abundância de vegetação nos taludes naturais, que favorece a conservação do solo e da água. Outro fator pode ser o fato de que os taludes naturais já passaram por um processo de formação de solo maduro (material parental do solo formado pela erosão de rochas), enquanto o solo dos taludes ferroviários é composto por fragmentos de pedra britada, constituindo a matriz de um “solo artificial”, e não passou por um processo de formação de solo suficiente. Minerais não liberados. Além disso, os íons de sal no solo profundo de taludes naturais ascendem por ação capilar durante a evaporação superficial e se acumulam no solo superficial, resultando em um aumento do teor de íons de sal no solo superficial. A espessura do solo no talude ferroviário é inferior a 20 cm, o que impede a camada superficial de repor o sal proveniente do solo profundo.
Íons positivos (como K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Al3+, etc.) têm pouco efeito na corrosão do solo, enquanto os ânions desempenham um papel significativo no processo eletroquímico de corrosão e têm um impacto considerável na corrosão de metais. O Cl− pode acelerar a corrosão do ânodo e é o ânion mais corrosivo; quanto maior o teor de Cl−, mais forte a corrosão do solo. O SO42− não só promove a corrosão do aço, como também causa corrosão em alguns materiais de concreto54. Corrói também o ferro. Em uma série de experimentos com solos ácidos, a taxa de corrosão mostrou-se proporcional à acidez do solo55. Cloreto e sulfato são os principais componentes de sais solúveis, que podem acelerar diretamente a cavitação de metais. Estudos mostraram que a perda de massa por corrosão do aço carbono em solos alcalinos é quase proporcional à adição de íons cloreto e sulfato56,57. Lee et al. descobriram que o SO42− pode dificultar a corrosão, mas promove o desenvolvimento de pites de corrosão já formados58.
De acordo com o padrão de avaliação da corrosividade do solo e os resultados dos testes, o teor de íons cloreto em cada amostra de solo da encosta foi superior a 100 mg/kg, indicando forte corrosividade do solo. O teor de íons sulfato, tanto na encosta superior quanto na inferior, foi superior a 200 mg/kg e inferior a 500 mg/kg, indicando corrosão moderada do solo. O teor de íons sulfato na encosta intermediária foi inferior a 200 mg/kg, indicando baixa corrosão do solo. Quando o meio do solo apresenta alta concentração de íons sulfato, estes participam da reação e produzem uma camada de corrosão na superfície do eletrodo metálico, retardando assim a reação de corrosão. À medida que a concentração aumenta, a camada de corrosão pode se romper repentinamente, acelerando consideravelmente a taxa de corrosão; com o aumento contínuo da concentração, a camada de corrosão cobre a superfície do eletrodo metálico e a taxa de corrosão volta a diminuir. O estudo constatou que a quantidade de íons sulfato no solo era baixa e, portanto, teve pouco efeito sobre a corrosão.
De acordo com a Tabela 4, a correlação entre a inclinação e os ânions do solo mostrou que houve uma correlação positiva significativa entre a inclinação e os íons cloreto (R2=0,836) e uma correlação positiva significativa entre a inclinação e os sais solúveis totais (R2=0,742).
Isso sugere que o escoamento superficial e a erosão do solo podem ser responsáveis ​​pelas alterações nos sais solúveis totais no solo. Houve uma correlação positiva significativa entre os sais solúveis totais e os íons cloreto, o que pode ser explicado pelo fato de os sais solúveis totais representarem a reserva de íons cloreto, e o teor de sais solúveis totais determinar o teor de íons cloreto nas soluções do solo. Portanto, podemos concluir que a diferença de declive pode causar corrosão severa na malha metálica.
A matéria orgânica, o nitrogênio total, o nitrogênio disponível, o fósforo disponível e o potássio disponível são os nutrientes básicos do solo, que afetam a qualidade do solo e a absorção de nutrientes pelo sistema radicular. Os nutrientes do solo são um fator importante que afeta os microrganismos presentes nele, portanto, vale a pena estudar se existe uma correlação entre os nutrientes do solo e a corrosão de metais. A Ferrovia Suiyu foi concluída em 2003, o que significa que o solo artificial acumulou matéria orgânica por apenas 9 anos. Devido às particularidades do solo artificial, é necessário ter um bom conhecimento dos nutrientes presentes nesse tipo de solo.
A pesquisa demonstra que o teor de matéria orgânica é mais elevado no solo de encosta natural após todo o processo de formação do solo. O teor de matéria orgânica no solo de baixa declividade foi o mais baixo. Devido à influência do intemperismo e do escoamento superficial, os nutrientes do solo se acumulam na meia e na parte inferior da encosta, formando uma espessa camada de húmus. No entanto, devido às pequenas partículas e à baixa estabilidade do solo de baixa declividade, a matéria orgânica é facilmente decomposta por microrganismos. O levantamento constatou que a cobertura e a diversidade da vegetação na meia e na parte inferior da encosta eram altas, mas a homogeneidade era baixa, o que pode levar à distribuição desigual de nutrientes na superfície. Uma espessa camada de húmus retém água e os organismos do solo são ativos. Tudo isso acelera a decomposição da matéria orgânica no solo.
O teor de nitrogênio hidrolisado por álcali nas encostas superiores, intermediárias e inferiores das ferrovias foi maior do que o da encosta natural, indicando que a taxa de mineralização do nitrogênio orgânico na encosta da ferrovia foi significativamente maior do que na encosta natural. Quanto menores as partículas, mais instável a estrutura do solo, mais fácil é para os microrganismos decompor a matéria orgânica nos agregados e maior o estoque de nitrogênio orgânico mineralizado60,61. De acordo com os resultados do estudo 62, o teor de agregados de partículas pequenas no solo das encostas ferroviárias foi significativamente maior do que o das encostas naturais. Portanto, medidas apropriadas devem ser tomadas para aumentar o teor de fertilizantes, matéria orgânica e nitrogênio no solo da encosta ferroviária e para melhorar a utilização sustentável do solo. O desperdício de fósforo e potássio disponíveis causado pelo escoamento superficial representou de 77,27% a 99,79% da perda total da encosta ferroviária. O escoamento superficial pode ser o principal fator de perda de nutrientes disponíveis em solos de encosta63,64,65.
Conforme demonstrado na Tabela 4, houve uma correlação positiva significativa entre a posição na encosta e o fósforo disponível (R² = 0,948), e a correlação entre a posição na encosta e o potássio disponível foi semelhante (R² = 0,898). Isso demonstra que a posição na encosta influencia o teor de fósforo e potássio disponíveis no solo.
A inclinação é um fator importante que afeta o teor de matéria orgânica do solo e o enriquecimento de nitrogênio66, sendo que quanto menor a inclinação, maior a taxa de enriquecimento. Para o enriquecimento de nutrientes do solo, a perda de nutrientes foi atenuada, e o efeito da posição na encosta sobre o teor de matéria orgânica do solo e o enriquecimento total de nitrogênio não foi evidente. Diferentes tipos e quantidades de plantas em diferentes encostas apresentam diferentes ácidos orgânicos secretados pelas raízes. Os ácidos orgânicos são benéficos para a fixação de fósforo e potássio disponíveis no solo. Portanto, houve uma correlação significativa entre a posição na encosta e o fósforo disponível, e entre a posição na encosta e o potássio disponível.
Para esclarecer a relação entre nutrientes do solo e corrosão do solo, é necessário analisar a correlação. Como mostrado na Tabela 5, o potencial redox apresentou correlação negativa significativa com o nitrogênio disponível (R² = -0,845) e correlação positiva significativa com o fósforo disponível (R² = 0,842) e o potássio disponível (R² = 0,980). O potencial redox reflete a qualidade do redox, que geralmente é afetada por algumas propriedades físico-químicas do solo e, consequentemente, por uma série de outras propriedades do solo. Portanto, é um fator importante na determinação da direção da transformação de nutrientes no solo. Diferentes qualidades de redox podem resultar em diferentes estados e disponibilidade de fatores nutricionais. Assim, o potencial redox apresenta correlação significativa com o nitrogênio disponível, o fósforo disponível e o potássio disponível.
Além das propriedades do metal, o potencial de corrosão também está relacionado às propriedades do solo. O potencial de corrosão apresentou correlação negativa significativa com a matéria orgânica, indicando que esta exerce um efeito significativo sobre o potencial de corrosão. Além disso, a matéria orgânica também apresentou correlação negativa significativa com o gradiente de potencial (SN) (R² = -0,713) e com o íon sulfato (R² = -0,671), indicando que o teor de matéria orgânica também afeta o gradiente de potencial (SN) e o íon sulfato. Houve uma correlação negativa significativa entre o pH do solo e o potássio disponível (R² = -0,728).
O nitrogênio disponível apresentou correlação negativa significativa com os sais solúveis totais e os íons cloreto, enquanto o fósforo e o potássio disponíveis apresentaram correlação positiva significativa com os sais solúveis totais e os íons cloreto. Isso indica que o teor de nutrientes disponíveis afeta significativamente a quantidade de sais solúveis totais e íons cloreto no solo, e que os ânions presentes no solo não são favoráveis ​​ao acúmulo e fornecimento de nutrientes disponíveis. O nitrogênio total apresentou correlação negativa significativa com o íon sulfato e correlação positiva significativa com o bicarbonato, indicando que o nitrogênio total influencia o teor de sulfato e bicarbonato. As plantas têm pouca demanda por íons sulfato e bicarbonato, portanto, a maior parte deles está livre no solo ou absorvida por coloides do solo. Os íons bicarbonato favorecem o acúmulo de nitrogênio no solo, enquanto os íons sulfato reduzem a disponibilidade de nitrogênio. Portanto, aumentar adequadamente o teor de nitrogênio disponível e húmus no solo é benéfico para reduzir a corrosividade do solo.
O solo é um sistema com composição e propriedades complexas. A corrosividade do solo resulta da ação sinérgica de muitos fatores. Portanto, um método de avaliação abrangente é geralmente utilizado para avaliar a corrosividade do solo. Com referência ao “Código para Investigação de Engenharia Geotécnica” (GB50021-94) e aos métodos de ensaio da Rede Chinesa de Testes de Corrosão do Solo, o grau de corrosão do solo pode ser avaliado de forma abrangente de acordo com os seguintes padrões: (1) A avaliação é de corrosão fraca; se houver apenas corrosão fraca, não há corrosão moderada nem forte; (2) se não houver corrosão forte, é avaliada como corrosão moderada; (3) se houver um ou dois pontos de corrosão forte, é avaliada como corrosão forte; (4) se houver três ou mais pontos de corrosão forte, é avaliada como corrosão severa.
De acordo com a resistividade do solo, o potencial redox, o teor de água, o teor de sal, o valor do pH e o teor de Cl- e SO42-, os graus de corrosão das amostras de solo em várias encostas foram avaliados de forma abrangente. Os resultados da pesquisa mostram que os solos em todas as encostas são altamente corrosivos.
O potencial de corrosão é um fator importante que afeta a corrosão da tela de proteção de taludes. Os potenciais de corrosão dos três taludes são todos inferiores a -200 mV, o que tem o maior impacto na corrosão da tela metálica na encosta superior. O gradiente de potencial pode ser usado para avaliar a magnitude da corrente parasita no solo. A corrente parasita é um fator importante que afeta a corrosão da tela metálica nas encostas intermediárias e superiores, especialmente nas encostas intermediárias. O teor total de sais solúveis nos solos das encostas superior, intermediária e inferior foi superior a 500 mg/kg, e o efeito corrosivo na tela de proteção de taludes foi moderado. O teor de água no solo é um fator importante que afeta a corrosão das telas metálicas nas encostas intermediárias e inferiores, e tem um impacto maior na corrosão das telas de proteção de taludes. Os nutrientes são mais abundantes no solo da encosta intermediária, indicando que há frequentes atividades microbianas e rápido crescimento vegetal.
A pesquisa demonstra que o potencial de corrosão, o gradiente de potencial, o teor total de sais solúveis e o teor de água são os principais fatores que afetam a corrosão do solo nas três encostas, sendo a corrosividade do solo classificada como alta. A corrosão da rede de proteção da encosta é mais grave na encosta central, o que fornece uma referência para o projeto anticorrosivo da rede de proteção de taludes ferroviários. A adição adequada de nitrogênio disponível e fertilizantes orgânicos é benéfica para reduzir a corrosão do solo, facilitar o crescimento de plantas e, por fim, estabilizar a encosta.
Como citar este artigo: Chen, J. et al.Efeitos da composição do solo e da eletroquímica na corrosão da rede de taludes rochosos ao longo de uma linha ferroviária chinesa.science.Rep. 5, 14939; doi: 10.1038/srep14939 (2015).
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