COMPORTAMENTO DE RESÍDUOS SÓLIDOS INERTIZADOS EM BARREIRA
CAPILAR
Ronaldo Luis dos Santos Izzo
TESE SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DA COORDENAÇÃO DOS
PROGRAMAS DE PÓS-GRADUAÇÃO DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE
FEDERAL
DO
RIO
DE
JANEIRO
COMO
PARTE
DOS
REQUISITOS
NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE DOUTOR EM CIÊNCIAS
EM ENGENHARIA CIVIL.
Aprovada por:
__________________________________________
Prof. Claudio Fernando Mahler, D.Sc.
__________________________________________
Prof. Willy Alvarenga Lacerda, Ph.D.
__________________________________________
Prof. Maurício Ehrlich, D.Sc.
__________________________________________
Prof. Heraldo Luiz Giacheti, Ph.D.
__________________________________________
Prof. Eurípedes do Amaral Vargas Junior, Ph.D.
__________________________________________
Prof. Ennio Marques Palmeira, Ph.D.
RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL
AGOSTO DE 2008
ii
IZZO, RONALDO LUIS DOS SANTOS
Comportamento de Resíduos Sólidos Inertizados em
Barreira Capilar. [Rio de Janeiro] 2008
XXIII, 203 p. 29,7 cm (COPPE/UFRJ, D.Sc.,
Engenharia Civil, 2008)
Tese - Universidade Federal do Rio de Janeiro,
COPPE
1. Resíduos Sólidos
2. Barreira Capilar
3. Comportamento Mecânico
I. COPPE/UFRJ II. Título ( série )
iii
“ Nessuno effetto è in natura sanza
ragione; intendi la ragione e non ti
bisogna sperienza.” - Leonardo da
Vinci.
iv
Aos meus Pais, Antonio Izzo Filho
e Rosa Maria dos Santos Izzo.
v
AGRADECIMENTOS
Agradeço primeiramente à minha família, que me deu apoio
incondicional e irrestrito durante toda a realização deste trabalho. Agradeço a meu pai,
pelo amor, carinho e orientação. Meu pai, António Izzo Filho, sempre foi minha fonte
de inspiração e meu ponto de referência, a mais firme das rochas. Minha mãe, Rosa
Maria dos Santos Izzo, que dedicou tanto carinho e preocupação com meu bem estar e
minha felicidade. Minhas irmãs, Cássia e Silvia Izzo, que sempre me deram apoio,
atenção e carinho.
Agradeço ao Prof. Alcides Padilha, que foi responsável por despertar
meu interesse pela pesquisa, quem sempre me incentivou, orientou e apoiou, uma
pessoa incrível e quem considero como um pai.
Agradeço ao Prof. Heraldo Luiz Giacheti, que acreditou em mim para
desenvolver uma dissertação de mestrado, que me orientou e com quem aprendi muito.
O conhecimento que ganhei com o Prof. Heraldo me deu uma excelente base, sem a
qual, não teria sido possível cursar o doutorado, por isso, tenho por ele o maior respeito
e admiração.
Agradeço ao Prof. Mahler, que desde nosso primeiro encontro
acreditou em mim, me apoiou nas melhores e piores situações, nunca teve para comigo
má vontade e me ajudou em todos os momentos. O Prof. Mahler sempre me abriu todas
as portas que ele pode e sempre me deu toda oportunidade possível, coisa que só um pai
faz para um filho. Por todas estas razões também o tenho como a um pai.
Agradeço a toda equipe do Instituto Leichtweiß da Universidade
Técnica de Braunschweig por todo o apoio quando da minha estada na Alemanha, em
especial ao Dr. Kai Münnich, Jan Bauer, Katarina Avila, Tobias Bahr e Prof. Klaus
Fricke.
Agradeço especial aos amigos Vinícius Paiva Guedes e André
Azevedo Borgatto, que foram amigos de todas as horas, com quem passei excelentes
momentos e que me ajudaram muito. Considero ambos como irmãos.
Em especial para Juliana Rose, amiga, companheira e incentivadora
irrestrita.
vi
A Ivete, grande pessoa, amiga, ajudou de todas as formas ao seu
alcance para que este trabalho acontecesse.
Agradeço a todos os colegas com quem convivi durante todo o
período do meu doutorado, em especial a Katia Huse, Katia Monte Chiari, Cescyle
Costa, Gustavo Domingos, Francisco Crescencio, Marcela Teixeira Monteiro, Petrônio
Montezuma, Adriana Soares de Schueler, António Calle, Maria Clara Castiglia,
Leandro, Abdul e Vitor Hugo.
Aos professores da Geotecnia da COPPE devo todo meu respeito e
agradecimento, pois aprendi muito com todos, em especial Prof. Mauricio Ehrlich, Prof.
Willy Lacerda, Prof. Marcio Almeida, Prof. Anna Laura, Profa. Maria Claudia e Prof.
Ian Schumann.
Agradeço em especial aos técnicos do laboratório de Geotecnia que
me deram todo o apoio e sofreram comigo para tornar possível a parte experimental
deste trabalho. Agradeço especialmente ao Eng. Sergio Iorio cuja ajuda foi tremenda, a
quem sou profundamente grato e a quem considero verdadeiramente como amigo.
Agradeço também especialmente ao Carlinhos, Luizão, Ricardo Gil, Mauro e Bororó,
que me ajudaram de forma intensa para este trabalho.
A Secretaria do PEC, em especial ao Raul, Jairo, Rita de Cassia e
Bethe, que sempre me atenderam prontamente e solucionaram todos os problemas com
os quais me deparei junto a secretaria acadêmica. É justo dizer que eles também
contribuíram para que este trabalho acontecesse.
Aos alunos de Iniciação Científica, Igor Mastrianni, Rafael Junqueira
Villela, Caroline Van Onselen, Paola Lindman, Monica Matsuda e Rodolfo Eccard, um
agradecimento todo especial, pois estes alunos de inciação científica dedicaram seu
tempo, suor e esforço para este trabalho.
A Comlurb que apoiou este trabalho desde o seu início.
Termino este doutorado tendo à certeza que meu maior ganho foram
as pessoas que conheci e convivi.
vii
Resumo da Tese apresentada à COPPE/UFRJ como parte dos requisitos necessários
para a obtenção do grau de Doutor em Ciências (D.Sc.)
COMPORTAMENTO DE RESÍDUOS SÓLIDOS INERTIZADOS EM BARREIRA
CAPILAR
Ronaldo Luis dos Santos Izzo
Agosto/2008
Orientador: Prof. Claudio Fernando Mahler
Programa: Engenharia Civil
A disposição de resíduos sólidos urbanos em aterros está sempre ligada à
geração de lixiviado, gás e mau cheiro. Para reduzir estes impactos indesejados, o
resíduo deve ser coberto todos os dias e após o encerramento do aterro é feita uma
cobertura específica final visando controlar a entrada de água no interior do aterro.
Na maioria dos casos, tanto a cobertura diária quanto o sistema de cobertura
final, são feitas utilizando solo. Muitas vezes, o solo adequado para a construção destas
coberturas não se encontra nas redondezas do aterro, sendo necessário o seu transporte
de uma jazida distante, o que acarreta em um aumento de custo. Uma solução seria a
utilização de resíduo sólido urbano estabilizado para construir uma barreira capilar
como camada de cobertura.
Para estudar a utilização de resíduo sólido urbano estabilizado na construção de
uma barreira capilar, um modelo foi construído em laboratório e chuva foi simulada
sobre este modelo. Neste trabalho apresentam-se e discutem-se os resultados obtidos
para esta barreira capilar experimental construída com o resíduo sólido urbano
estabilizado, além de avaliar o comportamento mecânico deste material.
Descobriu-se que, o resíduo sólido pré-tratado mecânica e biologicamente ou
material oriundo de compostagem, quando preparado para utilização como barreira
capilar, obedece aos mesmos princípios de uma barreira capilar construída com solo e
recomenda-se, quando economicamente viável, sua utilização para este fim. Observouse também, que quando peneirado, o comportamento mecânico do resíduo sólido urbano
estabilizado assemelha-se ao comportamento mecânico do resíduo sólido urbano que
não sofreu tratamento, indicando que seu uso para camada de cobertura diária é
possível.
viii
Abstract of Thesis presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfillment of the
requirements for the degree of Doctor of Science (D.Sc.)
INERTIZED SOLID WASTE BEHAVIOR IN CAPILLARY BARRIERS
Ronaldo Luis dos Santos Izzo
August/2008
Advisor: Prof. Claudio Fernando Mahler
Department: Civil Engineering
The disposal of municipal solid waste in landfills is always connected with
liquid and gaseous emissions and bad odors. To reduce these undesirable impacts, the
waste must be covered often on a daily base and latest when no more waste is deposited
an specific final cover is made to control the water entrance in the interior of the
landfill.
In most cases, the daily cover and the final cover system are made using soil.
Very often adequate soil material is not available in the surroundings of the landfill,
being necessary its transport of a distant deposit, what causes an increase in cost. A
solution would be the use of stabilized municipal solid waste to construct a capillary
barrier as a cover layer.
To study the use of stabilized municipal solid waste to construct a capillary
barrier, a model was constructed in laboratory and rain was simulated on this model.
This work presents and discusses the results obtained for a experimental capillary
barrier constructed with stabilized municipal solid waste, and evaluate the mechanical
behavior of this material.
It was find out that, the pre-treated solid waste or derived material from
composting, when prepared to be used as capillary barrier, follow the same principles of
a capillary barrier made of soil material, and its use for this end is recommended when
economically viable. It was also observed, that when sieved, the mechanical behavior of
the stabilized municipal solid waste resemble to the mechanical behavior of the
untreated municipal solid waste, indicating that its use for a daily cover layer is
possible.
ix
SUMÁRIO
RESUMO
..................................................................................................VII
ABSTRACT
..................................................................................................VIII
LISTA DE FIGURAS .............................................................................................XII
LISTA DE TABELAS ............................................................................................XXII
LISTA DE SIMBOLOS ..........................................................................................XXIII
CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO ........................................................................1
1.1 Importância do estudo ............................................................................ 1
1.2 Objetivos................................................................................................. 2
1.3 Etapas da Pesquisa.................................................................................. 3
1.4 Organização da Tese............................................................................... 3
CAPÍTULO 2 - Revisão Bibliográfica ................................................. 5
2.1 Resíduos Sólidos Urbanos ...................................................................... 5
2.1.1 Classificação dos Resíduos Sólidos Urbanos .................................. 5
2.1.2 A Disposição dos Resíduos Sólidos Urbanos.................................. 6
2.1.3 Sistema de Cobertura de Aterros Sanitários .................................... 9
2.2 Características dos Resíduos Sólidos Urbanos ....................................... 10
2.2.1 Propriedades Biológicas dos Resíduos Sólidos Urbanos ................ 10
2.2.2 Propriedades Químicas dos Resíduos Sólidos Urbanos .................. 10
2.2.2.1 Composição Química ............................................................... 10
2.2.2.2 Poder Calorífico........................................................................ 11
2.2.2.3 Relação Carbono/Nitrogênio .................................................... 11
2.2.2.4 Potencial Hidrogeniônico ......................................................... 11
2.2.3 Propriedades Físicas ........................................................................ 11
2.2.4 Composição Granulométrica ........................................................... 14
2.2.5 Teor de Umidade ............................................................................. 15
2.2.6 Peso Específico................................................................................ 18
2.2.7 Permeabilidade ................................................................................ 21
2.2.8 Temperatura..................................................................................... 23
2.2.9 Compactação ................................................................................... 24
2.2.10 Capacidade de campo ...................................................................... 25
2.3 Métodos de Pré-Tratamento Mecânico Biológico de Resíduos
Sólidos Urbanos...................................................................................... 25
2.3.1 Introdução........................................................................................ 25
2.3.2 Definições........................................................................................ 27
2.3.3 Tipos de Pré-tratamento Mecânico Biológico ................................. 29
2.3.3.1 Sistema MBA - VAGRON....................................................... 30
2.3.3.2 Sistema MBA – KIRCHDORF ................................................ 30
2.3.3.3 Sistema MBA – BASSUM....................................................... 31
2.3.3.4 Sistema MBA – LINKENBACH ............................................. 32
2.3.3.5 Sistema MBA – FABER-AMBRA RECYCLING................... 33
2.4 Sistemas de Cobertura ............................................................................ 36
x
2.4.1 Introdução........................................................................................ 36
2.4.2 Geomembranas de Polietileno de Alta Densidade (HDPEGM) ................................................................................................. 39
2.4.3 Geocomposto Argiloso (GCL) ........................................................ 40
2.4.4 Barreira de Concreto Asfáltico (ACB) ............................................ 41
2.4.5 Barreira Capilar ............................................................................... 42
2.4.6 Coberturas monolíticas .................................................................... 43
2.4.7 Materiais Minerais Alternativos ...................................................... 44
2.5 Barreiras Capilares ................................................................................. 45
2.5.1 Conceito de Potencial ...................................................................... 47
2.5.2 Capacidade de Retenção de Água de Solos Compactados .............. 51
2.5.3 Mineralogia do solo e percentagem de finos ................................... 54
2.5.4 Princípio de Funcionamento das Barreiras Capilares...................... 55
2.5.5 Fenômeno Unidimensional – Retenção Capilar .............................. 60
2.5.6 Fenômeno Bidimensional - Distância de Falha da Barreira
Capilar ............................................................................................. 61
CAPÍTULO 3.
MATERIAIS E MÉTODOS.....................................................63
3.1 Materiais ................................................................................................. 63
3.1.1 Resíduo Pré-Tratado ........................................................................ 64
3.1.2 Características do Composto Produzido na Usina de
Tratamento e Transbordo do Caju ................................................... 69
3.2 Métodos .................................................................................................. 71
3.2.1 Teor de Umidade ............................................................................. 71
3.2.2 Ensaio de Permeabilidade................................................................ 72
3.2.3 Sistema de Aquisição de Dados ...................................................... 73
3.2.4 Tensiômetro para Medida de Sucção............................................... 73
3.2.5 Ensaios Oedométrico com Medida de Sucção ................................ 74
3.2.6 Ensaio Triaxial Com Medida Direta de Sucção .............................. 79
3.2.7 Ensaio de Retenção Unidimensional ............................................... 87
3.2.8 Barreira Capilar Experimental......................................................... 89
3.2.9 Simulação da Chuva ........................................................................ 98
CAPÍTULO 4 - APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS ....101
4.1 Resultados Obtidos na Alemanha........................................................... 101
4.1.1 Granulometria.................................................................................. 101
4.1.2 Sólidos Voláteis............................................................................... 102
4.1.3 Ascensão Capilar ............................................................................. 102
4.1.4 Resultados dos Ensaios de Permeabilidade ..................................... 103
4.1.5 Ensaio de Sucção ............................................................................. 105
4.1.6 Barreira Capilar em Laboratório...................................................... 106
4.2 Resultados Obtidos no Brasil ................................................................. 108
4.2.1 Granulometria.................................................................................. 108
4.2.2 Compactação ................................................................................... 110
4.2.3 Ensaios de Permeabilidade .............................................................. 111
4.2.4 Capacidade de Campo ..................................................................... 113
4.2.5 Ensaio de Adensamento com Medida de Sucção ............................ 115
4.2.6 Ensaio Triaxial com Medida Direta de Sucção ............................... 119
4.2.7 Ensaio de Retenção Unidimensional ............................................... 124
xi
4.2.7.1
4.2.7.2
4.2.7.3
4.2.7.4
Primeiro Ensaio de Retenção Unidimensional ......................... 124
Segundo Ensaio de Retenção Unidimensional ......................... 129
Terceiro Ensaio de Retenção Unidimensional ......................... 134
Resultados Finais e Considerações Sobre o Ensaio de
Retenção Unidimensional......................................................... 140
4.2.8 Barreira Capilar Experimental......................................................... 142
4.2.8.1 Resultados dos Ensaios com Variação do Ângulo de
Inclinação ................................................................................. 142
4.2.8.2 Resultados dos Ensaios com Variação do Tempo de
Chuva........................................................................................ 151
4.2.8.3 Resultados dos Ensaios com Camada Capilar
Compactada .............................................................................. 157
4.2.8.4 Acompanhamento da Sucção ................................................... 164
4.2.8.5 Discussão dos Resultados Obtidos com a Barreira
Capilar Experimental................................................................ 166
CAPÍTULO 5 - CONCLUSÕES ........................................................................176
5.1 Conclusões Relativas aos Ensaios com Medida Direta de Sucção......... 176
5.2 Conclusões Relativas aos Ensaios Realizados........................................ 176
5.3 Conclusões Relativas à Barreira Capilar ConstruÍda com RSU
Pré-Tratado Mecânica e Biologicamente................................................ 177
5.4 Conclusões Relativas ao Uso da Barreira Capilar como
Cobertura Diária em Aterros Sanitários ................................................. 178
5.5 Sugestões para Futuros Trabalhos .......................................................... 179
CAPÍTULO 6 -
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .....................................180
ANEXO
..................................................................................................193
xii
LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1 - Métodos de disposição de resíduos em aterros sanitários (QUIAN et
al., 2002)......................................................................................................... 8
Figura 2.2 - Distribuição Granulométrica dos RSU para diferentes idades
(modificada por DE LAMARE NETO, 2004). ............................................ 15
Figura 2.3 - Teor de Umidade x Profundidade (BLIGHT et al., 1992)....................................... 17
Figura 2.4 - Variação do Teor de Umidade dos RSU com a profundidade, no aterro
sanitário dos Bandeirantes, SP (CARVALHO, 1999).................................. 17
Figura 2.5 - Variação da temperatura dos RSU com a profundidade, Aterro da
Muribeca, Recife, (MARIANO & JUCÁ, 1998). ........................................ 23
Figura 2.6 - Curvas de Compactação para diversos resíduos (MARQUES, 2001)..................... 24
Figura 2.7 Exemplo de máquinas compactadoras (MÜNNICH, 2006). ..................................... 27
Figura 2.8 – Vista de uma leira de resíduo homogeneizado sendo degradado através
da utilização do processo aeróbico, com utilização de palettes.................... 28
Figura 2.9 - Esquema operacional do sistema VAGRON (FRICKE et al. 1995). ...................... 30
Figura 2.10 - Esquema operacional do sistema KIRCHDORF (FRICKE et al.
1995)............................................................................................................. 31
Figura 2.11 - Esquema operacional do sistema BASSUM (FRICKE et al. 1995). ..................... 32
Figura 2.12 – Esquema operacional do sistema LINKENBACH (FRICKE et al.
1995)............................................................................................................. 33
Figura 2.13 – (A) Vista do aterro sanitário de São Sebastião com destaque para os
materiais de grande porte separados. (B) Operação de máquina
de grande porte em um dos taludes do aterro. (C) Máquina
utilizada no processo mecânico de homogeneização do resíduo
(abertura de sacos plásticos)......................................................................... 34
Figura 2.14 – Vista e detalhe do tubo perfurado (“chaminé”) utilizado para
ventilação das leiras de compostagem.......................................................... 35
Figura 2.15 – Esquema operacional do sistema FABER AMBRA............................................. 35
xiii
Figura 2.16 - (A) tipo convencional de barreira de cobertura final de aterros de
resíduos perigosos no EUA (DWYER, 2003) (B) barreira de
cobertura final convencional para aterros de RSU no EUA
(DWYER, 2003)........................................................................................... 37
Figura 2.17 – Tipo convencional de barreira de cobertura final para aterros de RSU
na Europa (MÜNNICH, 2006).A – Cobertura usada quando não
há produção de gás. B – Cobertura usada quando existe
produção de gás. ........................................................................................... 38
Figura 2.18 – Cobertura típica de aterros sanitários com uso de GCLs .
(FOURMONT & ARAB, 2005)................................................................... 41
Figura 2.19 – Barreira asfáltica (HAUSER et al, 2001).............................................................. 42
Figura 2.20 – Camada de cobertura capilar (WEIß & WITZSCHE, 2005). ............................... 43
Figura 2.21 – Cobertura final monolítica (EPA, 2003)............................................................... 44
Figura 2.22 – Configuração padrão da barreira capilar nos modelos experimentais
do aterro sanitário “Grix” em Offenbach (WEIβ & WITZSCHE,
2005)............................................................................................................. 46
Figura 2.23 – Configuração das camadas de cobertura estudadas por SUZUKI et al.
(2005). .......................................................................................................... 47
Figura 2.24 - Potencial hidráulico (ψH), potencial matricial (ψm), potencial
gravitacional (ψz) e conteúdo de água em uma coluna d’água
(PAHL, 2006)............................................................................................... 50
Figura 2.25 - Diferentes estados de saturação e principais parâmetros da curva de
retenção de água do solo (VIEIRA, 2005). .................................................. 52
Figura 2.26 - Distribuição de pressão e retenção de água em um tubo capilar. .......................... 56
Figura 2.27 - Modelo capilar de retenção de água no solo (alterado de IWATA et
al.., 1988)...................................................................................................... 57
Figura 2.28 - Capacidade de retenção e distribuição de água em uma barreira
capilar. .......................................................................................................... 58
Figura 2.29 - Ascensão capilar em poros de diferentes tamanhos formados por
camadas de solos com diferentes curvas granulométricas............................ 59
Figura 2.30 - Perfil de sucção unidimensional de uma barreira capilar. ..................................... 60
Figura 2.31 – Representação da distância de desvio em uma barreira capilar. ........................... 61
xiv
Figura 3.1 - RSU "in natura" na Usina de Tratamento e Transbordo do Caju. ........................... 64
Figura 3.2 - Vista das leiras de compostagem ao ar livre............................................................ 65
Figura 3.3 - Vista da Usina de Tratamento e Transbordo do Caju, Rio de Janeiro..................... 65
Figura 3.4 - Pilha de composto recém peneirado na Usina de Tratamento do Cajú. .................. 66
Figura 3.5 - Vista da coleta de amostra com ajuda de um trator tipo Bobcat.............................. 66
Figura 3.6 - Composto com granulometria inferior a 4mm. ....................................................... 67
Figura 3.7 - Composto com granulometria superior a 4,76mm e igual ou inferior a
9,52mm......................................................................................................... 68
Figura 3.8 - Ensaios de ascensão capilar realizados no Brasil para as amostras 01 e
02 provenientes da estação de tratamento do Caju juntamente
com o realizado por PAHL (2006) na Alemanha. ........................................ 70
Figura 3.9 - Célula para ensaio de permeabilidade, com corpo de prova de resíduo,
submerso em água. ....................................................................................... 72
Figura 3.10 - Conjunto copo de acrílico e pedra cerâmica de alto valor de pressão
de entrada de ar............................................................................................. 74
Figura 3.11 - Equipamento adaptado para a realização de ensaios oedométricos
com medida de sucção.................................................................................. 75
Figura 3.12 - Célula de adensamento com suas peças identificadas. .......................................... 76
Figura 3.13 - Detalhe da instalação do tensiômetro para medida de sucção no
equipamento para compressão oedométrica. ................................................ 76
Figura 3.14 - Detalhe do corpo de prova após o ensaio de compressão oedométrica
com medida direta de sucção........................................................................ 78
Figura 3.15 - Esquema de montagem final do ensaio triaxial com medida direta de
sucção. .......................................................................................................... 80
Figura 3.16 - Vista do microcomputador utilizado para aquisição de dados durante
o ensaio triaxial com medida direta de sucção e do controlador
automático de pressão. ................................................................................. 81
Figura 3.17 - Vista do corpo de prova colocado no interior da câmara triaxial e do
medidor automático de variação volumétrica............................................... 81
xv
Figura 3.18 - Esquema de montagem do ensaio triaxial com medida direta de
sucção. .......................................................................................................... 82
Figura 3.19 - Vista do molde tri-partido, encamisador e corpo de prova envolto por
um saco plastico para minimizar perda de umidade..................................... 84
Figura 3.20 - Vista do corpo de prova colocado sobre a base para ensaio triaxial
com medida de sucção.................................................................................. 85
Figura 3.21 - Esquema de montagem do ensaio de retenção unidimensional............................. 87
Figura 3.22 - Vista lateral da caixa utilizada para a construção da barreira capilar
experimental em laboratório......................................................................... 89
Figura 3.23 - Esquema da caixa utilizada no ensaio da barreira capilar experimental
construida com RSU pré-tratado. ................................................................. 90
Figura 3.24 - Vista da contenção construída para permitir o uso somente da parte
desejada da caixa e respectivos drenos para a coleta do run off,
camada capilar e bloco capilar. .................................................................... 91
Figura 3.25 - Detalhe da instalação dos drenos........................................................................... 92
Figura 3.26 - Detalhe da montagem do bloco capilar. ................................................................ 92
Figura 3.27 - Detalhe da construção do deno da camada capilar. ............................................... 93
Figura 3.28 - Esquema construtivo da barreira capilar experimental.......................................... 93
Figura 3.29 - Detalhe dos bicos aspersores e da área considerada para cálculo da
chuva. ........................................................................................................... 95
Figura 3.30 - Compactação da camada capilar............................................................................ 97
Figura 3.31 - Colocação da camada de brita sobre a barreira capilar compactada...................... 97
Figura 3.32 - Detalhe da concentração de umidade em pontos específicos causada
pela simulação irregular de chuva. ............................................................... 99
Figura 3.33 - Detalhe da infiltração de água na interface acrílico/composto. ........................... 100
Figura 3.34 - Detalhe da montagem final do ensaio da barreira capilar
experimental, com os aspersores posicionados para cima, com a
canaleta colocada e com uma camada fina de pedra britada
disposta na superfície da barreira capilar. .................................................. 100
xvi
Figura 4.1 - Curva granulométrica para o resíduo pré-tratado mecânica e
biologicamente de Münster, Mansie (MÜNNICH, 2006) e
Rethmann (PAHL, 2006). .......................................................................... 102
Figura 4.2 - Processo de ascensão capilar (PAHL, 2006). ........................................................ 103
Figura 4.3 - Resultados da umidade em relação a altura do corpo de prova (PAHL,
2006)........................................................................................................... 103
Figura 4.4 - Resultados obtidos para os ensaios de permeabilidade realizados para
os materiais de Mansie, Münster. ............................................................... 104
Figura 4.5 - Resultados de Permeabilidade do material de Rethmann, com
granulometria maior do que 1 mm e menor do que 2 mm
(PAHL, 2006)............................................................................................. 104
Figura 4.6 - Vista do ensaio de sucção realizado com material provenientes de
Mansie
nos
laboratórios
da
Universidade
Técnica
de
Braunschweig. ............................................................................................ 105
Figura 4.7 - Resultado do ensaio de sucção versus temperatura para o material de
Mansie. ....................................................................................................... 106
Figura 4.8 - Barreira capilar experimental montada na Universidade Técnica de
Braunschweig. ............................................................................................ 107
Figura 4.9 – Resultado obtido por PAHL (2006) para uma barreira capilar
experimental construída com material oriundo de Rethmann
com granulometria entre 1 e 2mm.............................................................. 107
Figura 4.10 - Analise granulométrica feita para as amostras 01 e 02 oriundas da
usina de tratamento do Caju. ...................................................................... 109
Figura 4.11 - Aspecto das frações individuais da amostra 02 proveniente da estação
de tratamento do Caju (frações menores do que 10mm). ........................... 109
Figura 4.12 - Resultado do ensaio de compactação para o RSU pré-tratado
mecânica e biologicamente com granulometria menor do que
4mm............................................................................................................ 110
Figura 4.13 - Ensaio de permeabilidade à carga constante para a amostra 01 da
Usina do Caju, granulometria de 0,83 a 2mm. ........................................... 111
Figura 4.14 - Ensaio de permeabilidade à carga constante para a amostra de
composto da Usina do Caju, com três diferentes massas
específicas e com granulometria menor do que 4mm. ............................... 112
xvii
Figura 4.15 - Determinação da capacidade de campo............................................................... 113
Figura 4.16 - Capacidade de Campo versus Massa Específica Seca para o composto
com granulometria menor do que 4 mm com diferentes massas
específicas. ................................................................................................. 114
Figura 4.17 - Gráfico deslocamento versus raiz quadrada do tempo. Composto com
granulometria menor do que 4mm. ............................................................ 116
Figura 4.18 - Pressão versus raiz quadrada do tempo. Composto com granulometria
menor do que 4mm..................................................................................... 116
Figura 4.19 - Deformação específica x tensão vertical aplicada. Composto com
granulometria menor do que 4mm. ............................................................ 117
Figura 4.20 - Índice de vazios versus tensão vertical aplicada. Composto com
granulometria menor do que 4mm. ............................................................ 117
Figura 4.21 - Resultados do ensaio triaxial com medida direta de sucção realizado
com tensões confinantes de 100, 200, 300 e 400 kPa. Tensão
desvio x Deformação específica (A). Poro pressão x
Deformação
específica
(B).
Variação
Volumétrica
x
Deformação específica. .............................................................................. 120
Figura 4.22 - Aspecto padrão do corpo de prova após o ensaio triaxial com medida
direta de sucção. ......................................................................................... 121
Figura 4.23 - Envoltória de resistência em termos de tensões totais obtida para
ensaio triaxial com medida direta de sucção em composto
compactado na massa específica ótima com granulometria
menor do que 4 mm.................................................................................... 121
Figura 4.24 - Envoltória de resistência em termos de tensões efetivas obtida para
ensaio triaxial com medida direta de sucção em composto
compactado na massa específica ótima com granulometria
menor do que 4 mm.................................................................................... 122
Figura 4.25 - Gráfico q x p,p' para ensaio triaxial com medida direta de sucção...................... 123
Figura 4.26 - Velocidade de infiltração no topo da camada capilar do ensaio de
retenção unidimensional 1.......................................................................... 125
Figura 4.27 - Frente de umedecimento e tempos do ensaio 1. .................................................. 126
Figura 4.28 - Frente de umedecimento versus tempo (Ensaio de Retenção
Unidimensional 1). ..................................................................................... 127
xviii
Figura 4.29 - Volume de água percolada em relação ao tempo de ensaio (Ensaio de
Retenção Unidimensional 1). ..................................................................... 127
Figura 4.30 - Total do volume de vazios ocupado versus o tempo decorrido de
ensaio (Ensaio de Retenção Unidimensional 1). ........................................ 128
Figura 4.31 - Teor de Umidade (base úmida) versus altura da coluna no ensaio 1................... 129
Figura 4.32 – Velocidade de Infiltração no topo da camada capilar do ensaio 2...................... 130
Figura 4.33 - Frente de umedecimento e tempos do ensaio 2. .................................................. 131
Figura 4.34 - Frente de umedecimento versus tempo (Ensaio de Retenção
Unidimensional 2). ..................................................................................... 132
Figura 4.35 – Volume de água percolada em relação ao tempo de ensaio (Ensaio de
Retenção Unidimensional 2). ..................................................................... 133
Figura 4.36 - Total do volume de vazios ocupado versus o tempo decorrido de
ensaio (Ensaio de Retenção Unidimensional 2). ........................................ 133
Figura 4.37 - Teor de Umidade (base úmida) versus altura da coluna no ensaio 2................... 134
Figura 4.38 - Velocidade de Infiltração no topo da camada capilar do ensaio 3....................... 135
Figura 4.39 - Frente de umedecimento e tempos do ensaio 3. .................................................. 136
Figura 4.40 - Frente de umedecimento versus tempo (Ensaio de Retenção
Unidimensional 3). ..................................................................................... 137
Figura 4.41 - Volume de água percolada em relação ao tempo de ensaio (Ensaio de
Retenção Unidimensional 3). ..................................................................... 138
Figura 4.42 - Total do volume de vazios ocupado versus o tempo decorrido de
ensaio (Ensaio de Retenção Unidimensional 3). ........................................ 138
Figura 4.43 - Teor de Umidade (base úmida) versus altura da coluna no ensaio 3................... 139
Figura 4.44 - Ensaio da barreira capilar experimental com inclinação de 20º.
Composto da camada capilar menor do que 4mm e composto do
bloco capilar com granulometria menor do que 9,52mm e maior
do que 4,72mm. .......................................................................................... 143
Figura 4.45 - Ensaio da barreira capilar experimental com inclinação de 10º.
Composto da camada capilar menor do que 4mm e composto do
bloco capilar com granulometria menor do que 9,52mm e maior
do que 4,72mm. .......................................................................................... 144
xix
Figura 4.46 - Ensaio da barreira capilar experimental com inclinação de 5º.
Composto da camada capilar menor do que 4mm e composto do
bloco capilar com granulometria menor do que 9,52mm e maior
do que 4,72mm. .......................................................................................... 145
Figura 4.47 - Ensaio da barreira capilar experimental com inclinação de 5º.
Composto da camada capilar menor do que 2mm e composto do
bloco capilar com granulometria menor do que 9,52mm e maior
do que 4,72mm. .......................................................................................... 147
Figura 4.48 - Ensaio da barreira capilar experimental com inclinação de 10º.
Composto da camada capilar menor do que 2mm e composto do
bloco capilar com granulometria menor do que 9,52mm e maior
do que 4,72mm ........................................................................................... 148
Figura 4.49 - Ensaio da barreira capilar experimental com inclinação de 20º.
Composto da camada capilar menor do que 2mm e composto do
bloco capilar com granulometria menor do que 9,52mm e maior
do que 4,72mm. .......................................................................................... 149
Figura 4.50 – Repetição do ensaio da barreira capilar experimental com inclinação
de 5º. Composto da camada capilar menor do que 2mm e
composto do bloco capilar com granulometria menor do que
9,52mm e maior do que 4,72mm................................................................ 150
Figura 4.51 - Ensaio da barreira capilar experimental com inclinação de 20º.
Composto da camada capilar menor do que 2mm e composto do
bloco capilar com granulometria menor do que 9,52mm e maior
do que 4,72mm (2 horas de chuva). ........................................................... 153
Figura 4.52 - Ensaio da barreira capilar experimental com inclinação de 20º.
Composto da camada capilar menor do que 2mm e composto do
bloco capilar com granulometria menor do que 9,52mm e maior
do que 4,72mm (1,5 horas de chuva). ........................................................ 154
Figura 4.53 - Ensaio da barreira capilar experimental com inclinação de 20º.
Composto da camada capilar menor do que 2mm e composto do
bloco capilar com granulometria menor do que 9,52mm e maior
do que 4,72mm (1 hora de chuva). ............................................................. 155
Figura 4.54 - Ensaio da barreira capilar experimental com inclinação de 20º.
Composto da camada capilar menor do que 2mm e composto do
xx
bloco capilar com granulometria menor do que 9,52mm e maior
do que 4,72mm (4 horas de chuva - chuva intermitente). .......................... 156
Figura 4.55 - Ensaio da barreira capilar experimental com inclinação de 20º.
Composto da camada capilar menor do que 2mm e composto do
bloco capilar com granulometria menor do que 9,52mm e maior
do que 4,72mm (2 horas de chuva – material compactado e mais
seco). .......................................................................................................... 159
Figura 4.56 - Ensaio da barreira capilar experimental com inclinação de 20º.
Composto da camada capilar menor do que 2mm e composto do
bloco capilar com granulometria menor do que 9,52mm e maior
do que 4,72mm (2 horas de chuva – material compactado). ...................... 160
Figura 4.57 - Ensaio da barreira capilar experimental com inclinação de 20º.
Composto da camada capilar menor do que 2mm e composto do
bloco capilar com granulometria menor do que 9,52mm e maior
do que 4,72mm (1,5 horas de chuva – material compactado). ................... 161
Figura 4.58 - Ensaio da barreira capilar experimental com inclinação de 20º.
Composto da camada capilar menor do que 2mm e composto do
bloco capilar com granulometria menor do que 9,52mm e maior
do que 4,72mm (1 hora de chuva – material compactado)......................... 162
Figura 4.59 - Tensiômetro utilizado para acompanhar o comportamento da sucção
durante os ensaios com a barreira capilar experimental. ............................ 164
Figura 4.60 - Acompanhamento do comportamento da sucção a uma profundidade
de 10 cm do topo da camada capilar, durante os ensaios 13, 14 e
15................................................................................................................ 165
Figura 4.61 - Volume coletado pelo dreno da camada capilar versus ângulo de
inclinação com a horizontal da barreira capilar.......................................... 167
Figura 4.62 - Volume retido na camada capilar versus angulo de inclinação com a
horizontal da barreira capilar...................................................................... 168
Figura 4.63 - Volume coletado pelo dreno da barreira capilar versus angulo de
inclinação com a horizontal da barreira capilar.......................................... 168
Figura 4.64 - Volume de liquido coletado pelo dreno da camada capilar versus o
diâmetro máximo das partículas da camada capilar. .................................. 169
xxi
Figura 4.65 - Volume de liquido coletado pelo dreno do bloco capilar versus o
diâmetro máximo das partículas da camada capilar. .................................. 170
Figura 4.66 - Volume de liquido retido na capilar versus o diâmetro máximo das
partículas da camada capilar....................................................................... 171
Figura 4.67 - Volume de liquido coletado pelo dreno da camada capilar versus a
massa específica seca do RSU tratado utilizado na camada
capilar. ........................................................................................................ 172
Figura 4.68 - Volume de liquido retido na camada capilar versus a massa específica
seca do RSU tratado utilizado na camada capilar....................................... 173
Figura 4.69 - Volume de liquido retido na camada capilar versus a vazão de chuva................ 174
Figura 4.70 - Volume de liquido coletada pelo dreno da camada capilar e volume
de liquido coletado pelo dreno do bloco capilar versus a vazão
de chuva...................................................................................................... 175
xxii
LISTA DE TABELAS
Tabela 2.1 - Componentes dos RSU e seus grupos (COMLURB, 2005).................................... 12
Tabela 2.2 - Umidade dos componentes dos RSU do aterro sanitário Bandeirantes
(CARVALHO, 1999). .................................................................................. 16
Tabela 2.3 - Peso Específico dos RSU de diversas regiões da cidade do Rio de
Janeiro (COMLURB, 2005). ........................................................................ 19
Tabela 2.4 - Valores do peso específico de aterros sanitários de RSU no exterior. .................... 20
Tabela 2.5 - Valores do peso específico de aterros sanitários de RSU no Brasil (DE
LAMARE NETO, 2004; CARVALHO, 2006 ). .......................................... 21
Tabela 2.6 - Valores de coeficientes de permeabilidade de RSU na literatura. .......................... 22
Tabela 2.7 - Componentes de um sistema convencional de cobertura de um aterro
Sanitário (GILL et al., 1999). ....................................................................... 38
Tabela 2.8 - Unidades de referência para o potencial da água do solo (PAHL,
2006)............................................................................................................. 48
Tabela 4.1 - Dados iniciais dos ensaios oedométricos com medida direta de sucção............... 115
Tabela 4.2 - Condições iniciais e finais dos corpos de prova nos ensaios triaxiais
com medida direta de sucção realizados. ................................................... 119
Tabela 4.3 - Variação volumétrica do corpo de prova durante a fase de
adensamento. .............................................................................................. 119
Tabela 4.4 - Dados iniciais dos ensaios de coluna realizados. .................................................. 124
Tabela 4.5 - Resultados dos ensaios de coluna realizados. ....................................................... 140
Tabela 4.6 - Potencial de retenção de água e chuva equivalente para uma área
considerada de 0,65 m2e camada capilar com espessura de
22cm. .......................................................................................................... 141
Tabela 4.7 – Tempo para falha da barreira capilar em decorrência da chuva. .......................... 163
Tabela 4.8 - Resultados dos ensaios de barreira capilar experimental. ..................................... 166
xxiii
LISTA DE SÍMBOLOS
A
-
Área
d
-
Diâmetro
h
-
Altura
k
-
Condutividade hidráulica
h
-
Altura
m
-
Massa
n
-
Porosidade
g
-
Aceleração da gravidade
T
-
Temperatura
-
Volume
β
-
Ângulo
ρw
-
Densidade da água
ρ
-
Densidade
σ
-
Tensão
ψ
-
Potencial de água no solo
ψg
-
Potencial gasoso
ψH
-
Potencial hidráulico
ψm
-
Potencial matricial
ψo
-
Potencial osmótico
ψz
-
Potencial gravitacional
W
-
Teor de Umidade
γd
-
Massa específica aparente seca
V
1
CAPÍTULO 1 -
1.1
INTRODUÇÃO
IMPORTÂNCIA DO ESTUDO
A principal preocupação do planeta hoje são as mudanças climáticas que
estão ocorrendo e a eminente escassez de recursos naturais que podem ocorrer devido às
constantes agressões causadas pelos seres humanos ao meio ambiente. Isto preocupa, pois
as perspectivas são sombrias e a tendência é de piorar devido ao crescimento populacional
global desenfreado, a falta de planos e políticas específicos para tratar do assunto,
associado ao pouco investimento (global) em pesquisas, quer sejam para recuperar o que foi
degradado, quer seja para evitar degradações futuras, e a aparente indiferença de muitos
países em relação ao assunto.
No Brasil, estes problemas definitivamente não são menores devido ao
seu tamanho continental e sua condição de “país em desenvolvimento”. Existe uma
profunda carência, especificamente no Brasil, com relação à pesquisa e tecnologia nas áreas
de geração, manejo e disposição final de resíduos.
A geração e destino final dos resíduos sólidos urbanos, atualmente, são
uma das maiores preocupações. Segundo o IBGE (2000) os principais meios de destino
final dos resíduos sólidos urbanos são, na maior parte os lixões e, em menor parte os aterros
sanitários. Mesmo atualmente, esta continua sendo a realidade. O aterro de resíduos gera
um passivo ambiental que dura centenas de anos, mesmo, quando feito segundo critérios
geotécnicos adequados, ainda assim constitui uma alternativa interessante para a disposição
final dos resíduos sólidos urbanos.
Um dos principais problemas em aterros sanitários é o sistema de
cobertura final, que deve ser bem feito a fim de, principalmente, controlar a entrada da água
de chuva no interior do aterro. A infiltração descontrolada de água no interior do aterro
acarreta um aumento significativo na geração de lixiviado, o que provoca aumento do custo
2
com o tratamento deste lixiviado, e pode causar a instabilidade geomecânica de todo o
aterro.
A utilização de solos compactados com baixa permeabilidade é sistema
mais utilizado para a construção da barreira final de cobertura, mas existem outras
alternativas que podem, dependendo da situação, se mostrar mais interessantes.
Uma destas alternativas é a barreira capilar, que é uma tecnologia que
vem sendo cada vez mais estudada. Uma barreira capilar normalmente é construída
utilizando-se solo, este trabalho estuda a construção da barreira capilar utilizando resíduo
sólido urbano (RSU) pré-tratado mecânica e biológicamente. A construção da cobertura
final de um aterro com a tecnologia da barreira capilar composta com RSU pré-tratado
traria benefícios, tais como, aumento do espaço disponível para armazenamento de resíduos
no aterro sanitário e diminuição de custos.
1.2
OBJETIVOS
O presente trabalho tem como objetivo principal avaliar a utilização de
resíduo sólido urbano pré-tratado mecânica e biológicamente como material de construção
de uma barreira capilar, para cobertura final de aterros sanitários.
Como conseqüência do objetivo principal, tem-se como objetivo
secundário avaliar e estudar a utilização de uma barreira capilar como cobertura diária de
um aterro sanitário. Para isto, as propriedades mecânicas do material estudado serão
pesquisadas e avaliadas.
Outro objetivo secundário deste trabalho será o desenvolvimento de
técnicas para medida direta de sucção em ensaios mecânicos clássicos, como os ensaios
oedométrico e triaxial, para se obter parâmetros de resistência para a condição não saturada.
3
1.3
ETAPAS DA PESQUISA
Este trabalho concentrou-se inicialmente na definição do material que
seria utilizado no estudo, e no desenvolvimento de técnicas de ensaios mecânicos para
material não saturado. Paralelamente a isto, dispensou-se esforços no projeto e construção
de equipamentos que possibilitassem a execução de ensaios baseados nas técnicas
desenvolvidas.
Após a definição do material alvo de estudo, passou-se à fase de coleta
de amostras, seguida da avaliação das amostras coletadas. Uma vez definidas as
propriedades físicas da amostra coletada, passou-se para a execução dos ensaios
laboratoriais.
Parte do trabalho foi realizado na Universidade Técnica de
Braunschweig (Alemanha), fruto de parceria na pesquisa de barreiras capilares construída
com resíduos sólidos urbanos, tema que é inédito. Os resultados obtidos na Universidade
Técnica de Braunschweig também serão apresentados neste trabalho.
Após a conclusão dos ensaios laboratoriais, seguiu-se a análise dos
resultados obtidos, conclusões e o preparo do material escrito.
1.4
ORGANIZAÇÃO DA TESE
Este trabalho foi dividido em 7 capítulos, tratando o segundo capítulo de
uma revisão da literatura, que buscou posicionar o leitor sobre a situação atual em relação
ao tema do RSU a nível mundial e nacional. Na revisão da literatura também foram
analisados conceitos e experiências encontradas na literatura sobre os temas de cobertura
final de aterros sanitários e barreiras capilares.
4
O terceiro capítulo expõe os materiais utilizados neste trabalho,
descrevendo o material alvo de estudo e mostrando os equipamentos utilizados para a parte
experimental. A metodologia utilizada para a realização dos ensaios laboratoriais é descrita
neste terceiro capítulo também.
No quarto capítulo são apresentados os resultados obtidos para os
ensaios realizados na Universidade Técnica de Braunschweig (Alemanha), e todos os
resultados experimentais obtidos no laboratório de Geotecnia da COPPE. Neste capítulo,
também é feita a discussão dos resultados experimentais obtidos.
No quinto capítulo, são apresentadas as conclusões do trabalho,
juntamente com as recomendações para trabalhos futuros.
No sexto capítulo, a revisão bibliográfica é apresentada, seguida dos
anexos. Em anexo foram colocados todos os projetos dos equipamentos desenvolvidos e
modificados, calibrações de transdutores e planilhas dos ensaios realizados neste trabalho.
5
CAPÍTULO 2 -
2.1
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS
Os resíduos sólidos, popularmente conhecidos como lixo, são restos
da atividade humana, tidos como imprestáveis, sem valor e que precisam ser “jogados
fora”. Na realidade, este grupo é bastante amplo englobando, além dos materiais no
estado sólido que o termo sugere, também os materiais no estado semi-sólido, tais como
lodos e até líquidos, com particularidades e consistências tais que não seja possível o
seu livre fluir. De acordo com a definição da ABNT em sua norma NBR- 10004/2004,
resíduos sólidos são “resíduos nos estados sólidos e semi-sólidos que resultam de
atividades da comunidade, de origem industrial, doméstica, hospitalar, comercial,
agrícola, de serviços e de varrição. Ficam incluídos nesta definição os lodos
provenientes de sistemas de tratamentos de águas e esgotos, aqueles gerados em
equipamentos e instalações de controle de poluição, bem como determinados líquidos
cujas particularidades tornem inviável o seu lançamento na rede pública de esgotos ou
corpos d’água ou exijam para isto soluções técnicas e economicamente inviáveis em
face a melhor tecnologia disponível”.
Do ponto de vista da Geotecnia, os resíduos podem ser classificados
como materiais com “comportamento de solos” e como materiais com “comportamento
diferente de solos”, segundo as recomendações do GLR – Recommendations
Geotechnic of Landfill (KNOCHENMUS et al., 1998 e KÖNIG & JESSBERGER,
1997).
2.1.1
Classificação dos Resíduos Sólidos Urbanos
Segundo a ABNT norma NBR 10004/2004 os resíduos sólidos
podem ser classificados em:
6
•
Resíduos Classe I – Perigosos: são os chamados resíduos
perigosos por apresentarem periculosidade quanto à inflamabilidade,
reatividade, toxidade, patogenicidade ou corrosividade;
•
Resíduos Classe II – Não Perigosos
•
Resíduos Classe II A – Não Inertes: são os resíduos que não
se enquadram nas classificações de resíduos classe I – Perigosos ou
resíduos de classe II B – Inertes. Podem ter propriedades tais como:
biodegradabilidade, combustibilidade ou solubilidade em água;
•
Resíduos Classe II B – Inertes: são os resíduos que quando
amostrados de uma forma representativa, submetidos a um contato
dinâmico e estático com água destilada ou desionizada, à temperatura
ambiente, não tiveram nenhum não tiveram nenhum de seus constituintes
solubilizados de forma a alterar os padrões de potabilidade da água.
2.1.2
A Disposição dos Resíduos Sólidos Urbanos
O solo é o principal meio de recepção dos RSU e as formas mais
usuais de disposição de RSU são:
•
Lixões ou Vazadouros – são caracterizados pela ausência de
controle dos resíduos depositados quanto ao volume, periculosidade,
classe, etc. Os resíduos ficam depositados sobre o solo natural, a céu
aberto sem nenhum tipo de proteção ao meio ambiente ou à saúde
pública e geralmente não sofrem compactação para redução de volume.
Não é feito controle de entrada de pessoas e animais.
•
Aterro Controlado – a principal diferença desta forma de
disposição para os vazadouros está no fato de haver um controle mínimo
como cobertura de solo sobre os resíduos dispostos, compactação para
redução de volume e restrição de entrada de pessoas e animais. Não estão
7
presentes,
porém,
sistemas
de
controle
ambiental
como
impermeabilização do solo e drenagem do lixiviado e gases produzidos.
•
Aterros Sanitários – são aqueles que possuem elementos
apropriados e técnicas de engenharia aplicadas na disposição dos
resíduos. São constituídos por células de disposição, compactação do
resíduo, cobertura, sistema de drenagem e tratamento do lixiviado e
gases produzidos, impermeabilização de base, instrumentação e
monitoramento geotécnico e ambiental, etc. Os aterros sanitários podem
ser classificados quanto ao tipo de resíduo recebido e métodos de
aterramento. Segundo a ABNT (1997), aterro sanitário é a forma de
disposição de RSU que obedece a critérios de engenharia e normas
operacionais específicas, permitindo o confinamento seguro em termos
de controle de poluição ambiental e proteção à saúde pública.
Métodos de Disposição em Aterros Sanitários
Os principais métodos de disposição em aterros sanitários são: o
método da trincheira, método da área e método da rampa.
O método da área, ou aterro tipo superficial, (Figura 2.1 A) é usado
se a topografia local permitir o recebimento dos resíduos sólidos sem a alteração da
configuração natural do terreno onde será instalado o aterro. Este método é indicado
para uma área inadequada à escavação, que seja plana e onde o lençol freático é muito
superficial. Em alguns casos é necessária a construção de diques de contenção ou valas
de retenção de águas pluviais. Este método tem como desvantagem a necessidade
constante de rebaixamento do lençol freático, necessidade de drenagem de toda a área
antes da construção e necessidade de construção de diques ao longo da linha costeira ou
de rios, para evitar a contaminação das águas pelo lixiviado (MATEUS, 2005).
O método da trincheira, ou vala, (Figura 2.1 B) deve ser utilizado
quando existe uma quantidade adequada de material para a cobertura na área a ser
escavada, o lençol freático não estiver próximo à superfície, e o local escolhido for
8
plano ou tiver pouca inclinação. É um método indicado para pequenas comunidades,
com poucos recursos, mas que tenha equipamentos adequados à operação de um aterro
convencional.
No método da rampa, ou método de preenchimento, (Figura 2.1 C) a
topografia local é aproveitada. O resíduo é disposto em locais como rampas, depressões
e áreas de encostas, desde que, o solo natural apresente boas condições para a escavação
e seja possível sua utilização como cobertura do resíduo. Uma desvantagem deste
método é a constante necessidade de controle da drenagem superficial devido ao fato de
que, normalmente, os resíduos ficam ao longo do caminho natural das águas.
Figura 2.1 - Métodos de disposição de resíduos em aterros sanitários (QUIAN et al.,
2002).
9
2.1.3
Sistema de Cobertura de Aterros Sanitários
Uma dos principais objetivos dos projetos de disposição final de
resíduos é evitar a contaminação do subsolo e da água subterrânea, para tanto, há
necessidade de se controlar e minimizar ao máximo a quantidade de percolado.
Segundo FARIA (2002), todos os métodos de construção de aterros
sanitários diferem na forma de execução, mas a sistemática de acondicionamento do
resíduo é a mesma, consistindo na construção de células sanitárias, que são cobertas
com solo diariamente.
O sistema de cobertura, que pode ser diário, intermediário ou final,
tem a função de proteger a superfície das células do resíduo, controlar o espalhamento
dos resíduos pela ação do vento, evitar a proliferação de vetores, controlar a entrada de
água no corpo do aterro durante a operação e, portanto, reduzir a produção de
percolados, reduzir odores, evitar a presença de catadores, permitir o tráfego de veículos
coletores sobre o aterro, eliminar a queima de resíduos, controlar a saída do biogás,
resistir a processos erosivos e deverá permitir a utilização futura do local.
Segundo BLIGHT et al. (2003), o sistema de cobertura final é um
componente do aterro sanitário e deve prevenir que o resíduo contamine e deve estar em
equilíbrio com o meio ambiente, sendo que, o sistema de cobertura deve requerer o
mínimo de manutenção após o fechamento do aterro sanitário.
A produção de lixiviado resultante do processo de degradação é
normalmente reduzida ao longo do tempo, portanto o fator principal que influencia na
produção de lixiviado são as águas pluviais que se infiltram e se somam à quantidade de
líquidos percolados. Assim sendo, o tipo de cobertura é um fator decisivo para a geração
de lixiviado.
10
2.2
2.2.1
CARACTERÍSTICAS DOS RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS
Propriedades Biológicas dos Resíduos Sólidos Urbanos
As propriedades biológicas dos RSU são regidas em função das
populações microbianas. A biodegradabilidade é a principal propriedade biológica de
interesse sobre o ponto de vista geotécnico. A diminuição da compressibilidade e da
permeabilidade do RSU com o tempo, a perda contínua de massa, ganho de densidade e
geração de gases são parâmetros de grande importância em projetos e operações de
aterros sanitários (OLIVEIRA, 2002).
A
biodegradação
é
influenciada
pela
granulometria,
idade,
composição, teor de umidade, temperatura no aterro, aspectos quantitativos e
qualitativos de nutrientes, pH dos líquidos presentes e densidade e grau de compactação
dos resíduos.
Segundo MARQUES (2001), os aterros sanitários podem ser
entendidos como verdadeiros e heterogêneos reatores biológicos, tendo como principais
componentes de entrada e alimentação, os resíduos sólidos e a água, e como principais
elementos de saída, os líquidos percolados e o biogás.
2.2.2
Propriedades Químicas dos Resíduos Sólidos Urbanos
2.2.2.1 Composição Química
A composição química faz-se importante quando da escolha do
processo de tratamento a ser aplicado aos RSU ou forma de disposição final. São
parâmetros importantes a quantificação dos teores de matéria orgânica, teor de cinzas,
carbono, potássio, fósforo, etc.
11
2.2.2.2 Poder Calorífico
O poder calorífico indica a capacidade potencial de um material
desprender determinada quantidade de calor quando submetido à queima. Este
parâmetro é de fundamental importância para dimensionamento de incineradores.
2.2.2.3 Relação Carbono/Nitrogênio
Esta relação é um indicador do grau de decomposição da matéria
orgânica dos RSU nos processos de tratamento como a compostagem e disposição final.
2.2.2.4 Potencial Hidrogeniônico
O potencial hidrogeniônico (pH) indica o grau de alcalinidade ou
acidez dos RSU. O pH está relacionado com a velocidade de degradação e estabilização
da matéria orgânica na massa de resíduos.
2.2.3
Propriedades Físicas
Composição Física ou Gravimétrica
A composição física, ou gravimétrica, define o percentual de cada
componente presente no resíduo espelhando, geralmente, os níveis de desenvolvimento
econômico, tecnológico, sanitário e cultural da população que o gerou. A Tabela 2.1
apresenta os principais componentes presentes nos RSU, divididos em grupos.
12
Tabela 2.1 - Componentes dos RSU e seus grupos (COMLURB, 2005).
Grupo
Papel
Plástico
Vidro
Orgânico
Metal
Inerte
Outros
Componente
Papel
Papelão
Plástico Duro
Plástico Filme
Vidro Claro
Vidro Escuro
Matéria Orgânica
Agregado Fino
Metal Ferroso
Metal Não Ferroso
Pedra
Louça – Cerâmica
Folha
Madeira
Borracha
Têxteis
Couro
Ossos
Conhecer os elementos que compõem a massa de resíduos e o
percentual de cada material é, também, de particular importância, visto que, este
condiciona o comportamento global do aterro.
Segundo CARVALHO (1999), os RSU são admitidos como
materiais multifásicos constituídos por fase sólida, líquida e gasosa, assim como os
solos. Existe uma variação do percentual das fases com o tempo devido aos processos
de biodegradação que estão relacionados com teor de umidade, conteúdo orgânico do
RSU e condições climáticas. A fase sólida é composta de diversos materiais, os quais
formam um arranjo poroso, com vazios interpartículas e intrapartículas, que podem ou
não estar preenchidos por líquido percolado e/ou biogás e ainda podem estar em
processo de decomposição. Dessa forma, verifica-se que o ponto básico para a
compreensão do comportamento dos maciços de RSU é o conhecimento das interações
existentes entre as três fases e as alterações destas com o tempo.
Algumas diferenças entre os RSU e solos podem ser observadas,
como o fato de a fase sólida dos RSU poder ser dividida em materiais inertes estáveis,
materiais altamente deformáveis e materiais orgânicos biodegradáveis.
13
Os materiais inertes estáveis (vidros, cerâmicas, solos, entulhos, etc.)
apresentam comportamento semelhante aos solos granulares muito heterogêneos,
desenvolvendo forças de atrito entre as partículas. Os materiais altamente deformáveis
(plásticos, papéis, papelões, têxteis, borracha, etc.), além de sua deformabilidade,
comportamento anisotrópico e a possibilidade de absorver ou incorporar fluidos no
interior de sua estrutura, quando submetidos a carregamentos podem sofrer deformações
iniciais com mudança de sua forma original, além da possibilidade de deformações de
natureza viscosa. Já a matéria orgânica biodegradável, passa por transformações físicoquímicas em curto prazo, gerando líquidos e gases (GRlSOLIA & NAPOLEONI, 1996).
O conhecimento da composição física dos RSU em relação aos
percentuais de matéria orgânica e de plásticos/têxteis tem relação direta com a
resistência ao cisalhamento dos resíduos. Os plásticos e têxteis que constituem os
principais componentes fibrosos do resíduo, conferem a estes valores de coesão muitas
vezes elevados, lembrando que esta coesão não tem relação alguma com a definida para
solos argilosos que é devido às forças eletroquímicas de atração de partículas. Já o
percentual de matéria orgânica está diretamente vinculado ao teor de umidade, à
permeabilidade e ao peso específico da massa de resíduo. Teores de umidade mais
elevados remetem a coeficientes de permeabilidade e pesos específicos mais baixos, que
são parâmetros de grande importância em projetos e operações de aterros sanitários.
O percentual de matéria orgânica dos RSU brasileiros varia entre 50
e 60%, que é um valor típicos de países em desenvolvimento. Este teor orgânico
elevado propicia, entre outros fatores, um elevado teor de umidade ao resíduo.
A composição física, ou gravimétrica, dos resíduos tende a se alterar
ao longo do tempo em função da deterioração da matéria orgânica (DE LAMARE
NETO, 2004).
14
2.2.4
Composição Granulométrica
A sistemática da determinação da dimensão e distribuição das
partículas dos RSU é limitada em face da grande heterogeneidade e variedade dos
resíduos não existindo um método padronizado para análise da distribuição do tamanho
das partículas dos RSU (SANTOS & PRESA, 1995). A análise da distribuição do
tamanho das partículas é comumente realizada utilizando-se a análise granulométrica
clássica da mecânica dos solos. Assim, a composição granulométrica dos RSU o
caracteriza como um material predominantemente granular que apresenta elevado
percentual de frações grosseiras (tamanho correspondente a pedregulhos) e com fração
fina inferior a 20% (partículas < 0,075 mm).
Podem ser observado na Figura 2.2, curvas granulométricas de RSU
com idades variando entre 8 meses e 15 anos. Nota-se que o percentual de materiais
com granulação mais fina tende a aumentar com os anos, resultado da biodegradação do
material orgânico.
Estas características granulométricas podem ser acentuadas caso o
sistema de drenagem interna do aterro seja eficiente, ou seja, não havendo acúmulo de
efluentes líquidos e gasosos. Caso a drenagem interna seja ineficiente, ou inexistente, a
dificuldade na eliminação dos efluentes poderá gerar regiões com massas orgânicas
muito moles.
15
Figura 2.2 - Distribuição Granulométrica dos RSU para diferentes idades
(modificada por DE LAMARE NETO, 2004).
2.2.5
Teor de Umidade
O teor de umidade do RSU depende de vários fatores como sua
composição granulométrica inicial, composição gravimétrica, condições climáticas,
procedimentos operacionais, taxa de decomposição biológica e eficiência do sistema de
drenagem de lixiviado e gases.
A determinação da umidade para os RSU é realizada pelos métodos
usuais da geotecnia como uma relação entre massa de água e a massa seca da amostra.
Na determinação do teor de umidade, a temperatura da estufa não deve ser superior a
70°C para evitar a queima de matéria orgânica. Cabe ressaltar que não existe uma
normatização específica para o ensaio da determinação do teor de umidade de amostras
de RSU.
O teor de umidade dos RSU pode ser determinado também com base
no peso úmido da amostra, por meio da relação com a umidade com base seca, como
mostrado na seguinte equação :
16
Wbúmida =
Wbseca
x100
(1 + Wbseca)
( 2.1 )
Em que:
Wbúmida - Teor de umidade em base úmida;
Wbseca - Teor de umidade em base seca;
Maiores percentuais de matéria orgânica correspondem a teores de
umidade mais elevados dos RSU (LANDVA & CLARK, 1990 e KNOCHENMUS et
al., 1998). Cada componente constituinte dos RSU apresenta diferentes valores de
umidade, conforme pode ser observado na Tabela 2.2.
Tabela 2.2 - Umidade dos componentes dos RSU do aterro sanitário Bandeirantes
(CARVALHO, 1999).
Componentes
Metal
Papel
Vidro
Plástico
Borracha
Têxteis
Pedra
Madeira
Mat. Orgânica
Teor de Umidade – W(%)
Massa de água / Massa Seca Massa de água / Massa Úmida
19,6
16,4
74,8
42,8
5,9
5,7
41,5
29,3
24,5
19,6
55,0
35,5
12,6
11,2
69,8
41,1
47,0
32,0
As condições climáticas como índices pluviométricos e a taxa de
evapo-transpiração influem na variação do teor de umidade. Segundo BLIGHT et al.
(1992), para o aterro de Linbro em Johannesburg, África do Sul, os teores de umidade
entre as profundidades de 3,0 a 5,0 m praticamente duplicaram quando comparados aos
valores medidos em outubro de 1988 (cerca de 50%) e novembro de 1990 (cerca de
100%) sendo este último após um período de intensas chuvas. A Figura 2.3 ilustra a
variação do teor de umidade com a profundidade no aterro de Linbro.
17
Figura 2.3 - Teor de Umidade x Profundidade (BLIGHT et al., 1992).
Ensaios realizados no aterro sanitário Bandeirantes, em São Paulo,
por CARVALHO (1999), através de amostras coletadas em 2 furos, a trado, mostraram
os resultados apresentados na Figura 2.4.
Figura 2.4 - Variação do Teor de Umidade dos RSU com a profundidade, no aterro
sanitário dos Bandeirantes, SP (CARVALHO, 1999).
18
2.2.6
Peso Específico
O peso específico representa a relação entre o peso e o volume
unitário na massa de resíduos, sendo que seu valor varia de acordo com a etapa
considerada, ou seja, desde sua geração até o destino final nos aterros, variando também
com o tempo após sua disposição.
Os fatores principais que influenciam o peso específico dos RSU são
a sua composição física, granulométrica, volume da camada de cobertura diária e o grau
de compactação durante a deposição (método executivo do aterro).
O valor do peso específico está diretamente ligado à sua composição
gravimétrica, sendo que quanto maior for a quantidade de componentes leves (papel,
papelão, plásticos, etc), ou quanto menor for à quantidade de matéria orgânica, menor
será seu valor. Observa-se que em áreas de maior poder aquisitivo, com maior consumo
de materiais supérfluos, o peso específico dos RSU é menor quando comparado a áreas
de menor poder aquisitivo, com maior descarte de matéria orgânica. A Tabela 2.3
apresenta valores de peso específico dos RSU de diversas regiões da cidade do Rio de
Janeiro. Vale ressaltar, que os pesos específicos apresentados na Tabela 2.3, foram
obtidos em estações de transferência e/ou logo após a coleta, assim sendo, não são pesos
específicos obtidos diretamente em aterros de RSU.
Como dito, o peso específico é influenciado pela espessura da
camada de cobertura diária e também pelo método executivo do aterro. Valores
crescentes do peso específico com a profundidade, em conseqüência da compressão e
consolidação da massa de resíduo, devido à sobrecarga das camadas superiores, são
observados. WIEMER (1982) e KAVAZANJIAN (1995) demonstraram que o peso
específico pode variar de valores de 6,0 kN/m3, na superfície, até cerca de 12,0 kN/m3 a
profundidades em torno de 40 m, a partir das quais tende a se estabilizar.
19
Tabela 2.3 - Peso Específico dos RSU de diversas regiões da cidade do Rio de Janeiro
(COMLURB, 2005).
PESO
Regiões
ESPECÍFICO
(kN/m3)
AP 1
1,44
AP 2.1
1,35
AP 2.2
1,45
AP 3.1
1,47
AP 3.2
1,44
AP 3.3
1,60
AP 4
1,28
AP 5.1
1,46
AP 5.2
1,54
AP 5.3
1,56
Média
1,45
O grau de compactação é fator preponderante no valor do peso
especifico, podendo-se afirmar que, de uma maneira geral, os valores encontrados
podem variar de 3,0 a 7,0 kN/m3 para resíduos não compactados, até valores de 9,0 a
13,0 kN/m3 quando aplicada uma compactação controlada, utilizando-se tratores de
esteira, ou rolos de compactação apropriados (DE LAMARE NETO, 2004). Na Tabela
2.4 são apresentados valores de peso específico para RSU encontrados na literatura
internacional.
Sabe-se que o valor do peso específico do RSU pode variar devido a
diversos fatores ( idade do resíduo, grau de compactação, classe econômica da área
geradora, economia predominante da área geradora, existência ou não de prétratamento, etc.). No caso da Tabela 2.4 observa-se uma enorme discrepância nos
valores apresentados por OCHS & SHANE (2006), isto se deve a diferença entre as
20
classes econômicas da região geradora onde as amostras foram retiradas. Observa-se
que as amostras para a população de classe econômica mais baixa apresenta um peso
específico mais alto em relação a amostra retirada para uma população de classe
econômica alta. Isto se deve provavelmente a maior quantidade de matéria orgânica
normalmente encontrada nos resíduos de áreas onde predomina população de classe
econômica baixa.
Tabela 2.4 - Valores do peso específico de aterros sanitários de RSU no exterior.
Peso Específico
(kN/m3)
Autor
7,35
OCHS & SHANE (2006)
4,9
1,96
7,64 – 9,51
11,5 – 14,21
BAUER et al. (2006)
9 – 9,51
8,33 – 10,6
Local / Condições
Resíduo fresco / Pop. de baixa
renda.
Resíduo fresco / Pop. de classe
média.
Resíduo fresco / Pop. de alta renda.
Medida de campo
Resíduo Pré-Tratado Mecânica e
Biológicamente
(umidade de 38-40%)
Medida de campo
Resíduo Pré-Tratado Mecânica e
Biológicamente
(umidade de 33-35%)
Medida de campo
Resíduo Pré-Tratado Mecânica e
Biológicamente
(umidade de 38%)
Medida de campo
Resíduo Pré-Tratado Mecânica e
Biológicamente
(umidade de 30%)
Na Tabela 2.5 podem ser observados valores para peso específico de
RSU no Brasil, evidenciando que estes possuem valores semelhantes àqueles fornecidos
pela literatura brasileira.
21
Tabela 2.5 - Valores do peso específico de aterros sanitários de RSU no Brasil (DE
LAMARE NETO, 2004; CARVALHO, 2006 ).
Peso Específico
kN/m3
Autor
KAIMOTO &
CEPOLINA, 1987
BENVENUTO &
CUNHA, 1991
SANTOS & PRESA, 1995
5,0 a 7,0
9,0 a 13,0
10,0
13,0
7,0
10,0
MAHLER & ITURRI,
1998
10,5
CARVALHO, 2006
entre 9,47 e 16,36
entre 9,99 e 11,75
Local/Condições
Resíduos novos não decompostos e
pouco compactados
Resíduos após compactação com
tratores de esteira ou rolo compactador
e após a ocorrência de recalques
Condição drenada
Condição saturada
Resíduos recém lançados
Resíduos após a ocorrência de
recalques
Seção do aterro sanitário do Sítio São
João com 84 m de desnível e 10 meses
de alteamento
lixão da cidade de Paracambi
aterro sanitário de Santo André
Estes valores de peso específico para RSU brasileiro encontrados na
literatura mostram também uma grande variação de valores e, apesar de não se ter
maiores informações a respeito da idade destes resíduos, pode se observar que resíduos
mais novos apresentam menor valor de peso específico, sendo que, à medida que os
resíduos vão ficando mais velhos seus respectivos pesos específicos aumentam, devido
a diminuição das partículas do RSU causada pelos processos naturais de degradação.
Comparando-se a Tabela 2.4 com a Tabela 2.5 verifica-se, apesar da
grande variação e de valores de peso específico baixos encontrados para os RSU
internacionais, que os valores são da mesma ordem de grandeza e tem a tendência de
aumentarem com o envelhecimento do RSU.
2.2.7
Permeabilidade
O coeficiente de permeabilidade do resíduo é um importante
parâmetro de projeto e operação de aterros sanitários, particularmente nos casos de
problemas de estabilidade e migração não controlada de líquido percolado.
22
Para SANTOS & PRESA (1995) os RSU são "livres drenantes"
propensos a se comportarem de modo drenado, ou seja, a não desenvolverem excessos
de poro pressão. Segundo BOSCOV & ABREU (2001), esta teoria é questionável, visto
que, pressões de gás e de lixiviado, de até 170kPa, foram medidas em aterros sanitários
brasileiros. Análises da ruptura do sub-aterro AS-l do aterro de Bandeirantes (SP)
demonstraram que o fator deflagrador do fenômeno foi a elevação da poro pressão
devido ao acúmulo de lixiviado. Fatores ru, de até 0,6 foram admitidos nas retro-análises
para a obtenção de fatores de segurança unitário (BENVENUTO & CUNHA, 1991
apud OLIVEIRA, 2002). O coeficiente ru é utilizado nas análises de equilíbrio limite
agindo como a aplicação de um valor de poro pressão na base de cada fatia
correspondendo ru vezes a tensão total vertical atuante.
A permeabilidade do RSU é influenciada pela sua composição
gravimétrica e pelo grau de compactação da massa de resíduo. Na Tabela 2.6, a seguir, é
observada uma coletânea de resultados de ensaios de permeabilidade encontrados na
literatura nacional e internacional.
Tabela 2.6 - Valores de coeficientes de permeabilidade de RSU na literatura.
Referência
EHRLICH
(1994)
et
al.
MARIANO & JUCÁ
(1998)
DURMUSOGLU et
(2005)
HEISS-ZIEGLER
FEHRER (2003)
CARRUBBA
COSSU (2003)
MUNNICH et
(2005)
MUNNICH et
(2005)
Coeficiente de
Permeabilidade
K (m/s)
8,0
1,0 x 10-5
-
1,89 x 10-8 a
4,15 x 10-6
4,7 x 10-6 a
1,24 x 10-4
8,83 x 10-11 a
1,1 x 10-7
1,0 x 10-8 a
1,0 x 10-4
2,0 x 10-9 a
4,0 x 10-4
6,0 x 10-7 a
2,0 x 10-3
al.
&
&
al.
al.
CARVALHO (1999)
AGUIAR (2001)
Peso
Específico
(kN/m3)
8,0 – 15,0
5,0 x 10-8 a
8,0 x 10-6
-
9,39 x 10-7 a
1,09 x 10-6
Método de
Ensaio
Ensaio in situ em
furo de
sondagem
Ensaio in situ em
furo de
sondagem
Ensaio de Coluna
(Laboratório)
Orientação
Horizontal
Vertical
Vertical
Ensaio Triaxial
Vertical
Ensaio
Oedométrico
Vertical
Laboratório
Vertical
Laboratório
Horizontal
Ensaio in situ.
Infiltração em
furo de
sondagem
Permeâmetro
Guelph
Vertical
23
Verifica-se, observando a Tabela 2.6, que a permeabilidade em RSU
varia de 10-3m/s à 10-11m/s. Os principais fatores que influenciam na variação do
coeficiente de permeabilidade em RSU são a densidade e a idade do resíduo, valendo
observar que a permeabilidade horizontal é maior do que a permeabilidade vertical em
RSU, sendo de 1 a 2 ordens de grandeza maior (MUNNICH et al., 2005). Ainda,
segundo MUNNICH et al. (2005), com o aumento na densidade do RSU há uma
redução na diferença entre a permeabilidade horizontal e a permeabilidade vertical.
2.2.8
Temperatura
Em aterros sanitários de RSU a temperatura varia entre 30º a 60º,
crescendo com a profundidade entre 5,0 a 10,0m, e a partir de 10,0m tende a estabilizar.
Segundo estudos de COUMOULOS et al. (1995) e MARIANO & JUCÁ (1998), a partir
de 5,0 m a temperatura no interior do aterro não é, aparentemente, afetada pelas
variações sazonais da temperatura ambiente (Figura 2.5).
Segundo JUNQUEIRA (2000), as temperaturas no interior da massa
de resíduo são de grande importância principalmente no que se refere à atividade dos
microrganismos que promovem a degradação dos diversos componentes presentes nos
RSU.
Figura 2.5 - Variação da temperatura dos RSU com a profundidade, Aterro da
Muribeca, Recife, (MARIANO & JUCÁ, 1998).
24
2.2.9
Compactação
A variação do peso específico seco dos RSU com o teor de umidade
de compactação, apresenta comportamento semelhante ao encontrado em solos, com
base em análises de um conjunto de curvas de compactação apresentadas por KÖNIG &
JESSBERGER (1997).
GABR & VALERO (1995) ensaiaram resíduos sólidos urbanos com
idade entre 15 e 30 anos utilizando energia do Proctor Normal. Nestes, obtiveram peso
específico seco máximo de 9,3 kN/m3, associado a um teor de umidade ótimo de 31 %.
A saturação completa foi atingida com um teor de umidade de cerca de 70%,
correspondendo a um peso específico seco de aproximadamente de 8,0 kN/m3. A curva
de saturação foi obtida utilizando um peso específico dos grãos igual a 20,0 kN/m3
como apresentado na Figura 2.6.
Figura 2.6 - Curvas de Compactação para diversos resíduos (MARQUES, 2001).
As diferenças entre as curvas de compactação observadas por GABR
& VALERO (1995) e as apresentadas por MARQUES (2001) podem ser explicadas
pela utilização de resíduos antigos, com alta percentagem de materiais particulados em
sua composição e também as limitações de representatividade de ensaios laboratoriais
para os RSU (OLIVEIRA, 2002).
25
2.2.10 Capacidade de campo
A quantidade de água que um perfil de terreno retém, sem considerar
a vegetação e a evaporação, contra a ação da gravidade, após plenamente inundado e
deixado drenar livremente por alguns dias (um a quatro dias). Em condições de campo,
determina o volume máximo, aproximado, de água que um solo bem drenado pode
armazenar por longos períodos sem evapotranspiração, este parâmetro é chamado de
capacidade de campo.
Experimentos em laboratório para a determinação da capacidade de
campo dos RSU foram realizados por BLIGTH et al (1992) e ZORNBERG et al.
(1999). O experimento constou na inundação de uma amostra de resíduo sólido, sendo
permitido o escoamento do excesso de líquido num período de 24 horas. Em seguida,
aplicou-se sobre a amostra uma sobrecarga a pressões crescentes, para as quais a
capacidade de campo foi determinada. Os valores de capacidade de campo encontrados
variaram entre 225%, para resíduo novo com baixa pressão de confinamento, a 55%,
para resíduo velho comprimido a um peso especifico de aproximadamente 10kN/m3.
O valor da capacidade de campo para RSU apresenta uma grande
variação, necessitando assim mais estudos para entender os mecanismos que regulam o
comportamento deste parâmetro em RSU. No entanto, sabe-se que a capacidade de
campo varia com a idade, densidade e composição do RSU.
2.3
MÉTODOS DE PRÉ-TRATAMENTO MECÂNICO BIOLÓGICO DE
RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS
2.3.1
Introdução
O tratamento mecânico consiste em diminuir as dimensões do RSU
através da trituração mecânica, que serve também para homogeneizar a massa que
passará pelo tratamento biológico.
26
O tratamento biológico de resíduos é baseado na biodegradação das
substâncias orgânicas por vários microrganismos. A decomposição durante a
compostagem ocorre na presença de ar (aerobiamente) ou na ausência dele
(anaeróbiamente), e resulta na redução de qualquer matéria orgânica existente.
Recalques significativos da ordem de 20 a 25% da altura do aterro
são observados devido aos processos de degradação biológica, os quais, de forma
desordenada e sem monitoramento podem danificar o sistema de impermeabilização de
base e os sistemas de coleta de gás e de líquidos percolados.
O comportamento, do aterro em termos de recalques e geração de
líquidos e gases, pode ser melhorado significativamente com o processo de prétratamento dos resíduos diminuindo, também, o volume do resíduo a ser disposto em
mais de 60%. O potencial de emissões dos resíduos é drasticamente reduzido com o prétratamento em comparação com resíduos não tratados. As emissões dos resíduos prétratados podem ser controladas e tratadas com baixo custo.
Deve-se ter em mente que apesar do pré-tratamento mecânico
biológico apresentar muitas similaridades com a compostagem, seu objetivo não é
produzir composto (adubo orgânico) para ser utilizado na agricultura ou horticultura,
uma vez que, metais pesados e outras substâncias nocivas, com teores inaceitáveis,
ainda podem estar presentes no final do processo de pré-tratamento mecânico biológico.
Nos aterros de resíduos pré-tratados o objetivo é atingir o máximo de
densidade e uniformidade na compactação, o que pode ser feito facilmente com o
auxílio de máquinas compactadoras ou rolo compressor, como pode se observar através
da Figura 2.7. Ainda se utilizando destes recursos, é possível tomar certos cuidados,
como diminuir o acúmulo de lixiviado através da execução de uma inclinação no aterro,
propiciando assim, uma melhor drenagem superficial, e da utilização de coberturas que
minimizem a percolação de água para dentro do aterro.
27
Figura 2.7 Exemplo de máquinas compactadoras (MÜNNICH, 2006).
2.3.2
Definições
O pré-tratamento mecânico biológico é uma combinação de
processos mecânicos e biológicos utilizados para o tratamento de resíduos, visando à
disposição em aterro sanitário.
O processo mecânico tem como objetivo preparar o resíduo para o
processo biológico. Neste processo são separadas, idealmente, as substâncias que
podem interferir no tratamento biológico tais como metais, vidros, plásticos e baterias,
através de diversos dispositivos como homogeneização, moagem, aglomeração,
classificação,
separação
e
peneiramento.
A
finalidade
da
minimização
e
homogeneização é otimizar a degradação dos resíduos remanescentes através do simples
aumento da superfícies de contato.
O processo biológico estabiliza o resíduo bruto através da degradação
da matéria orgânica existente. O nível de degradação que a fração orgânica pode atingir
28
dependerá da composição do resíduo, do método de tratamento aplicado e da duração do
tratamento.
O resíduo minimizado e homogeneizado mecanicamente é disposto
em leiras que podem permanecer estáticas ou ser revolvidas a cada período de tempo,
com o auxílio de máquinas específicas para este procedimento. Nestas leiras, pode-se
utilizar o processo aeróbico ou anaeróbico de compostagem.
No processo aeróbio a matéria orgânica é degradada liberando de
calor, CO2 e água. A ventilação utilizada pode ser a natural ou com ajuda de dispositivos
aplicados quando da montagem das leiras para se obter uma ventilação ideal desejada
por um processo semelhante a uma chaminé, no qual há uma troca de energia entre a
massa de resíduos da leira e o meio ambiente. Este tipo de processo foi feito no aterro
de São Sebastião, Estado de São Paulo, e pode ser visto através da Figura 2.8.
Na massa de resíduos, durante o processo de degradação há uma
produção de microrganismos, acelerada pela presença abundante de matéria orgânica,
provocando uma elevação de temperatura, o que, devido à busca de equilíbrio com o
meio externo, ocasiona um fluxo praticamente espontâneo de ar através de estruturas de
madeira (palettes), tubos e da própria leira. Ao invés de palettes podem ser empregados
outros meios de apoio da leira os quais também garantem um fluxo de ar. No entanto,
um aspecto importante a ser observado é a umidade que deve ser mantida em um nível
específico, e garantida por uma irrigação descontínua. O controle de umidade periódica
da leira é importante bem como o uso de conceitos de balanço hídrico.
Figura 2.8 – Vista de uma leira de resíduo homogeneizado sendo degradado através
da utilização do processo aeróbico, com utilização de palettes.
29
O processo anaeróbio ocorre na ausência do oxigênio e os resíduos
orgânicos são convertidos em biogás, água e resíduos de digestão. Este processo exige
um monitoramento dos gases gerados, uma vez que ocorre em um ambiente fechado,
havendo predominância da produção de CH4.
2.3.3
Tipos de Pré-tratamento Mecânico Biológico
São vários os tipos de pré-tratamento, alguns destes processos serão
citados e comentados neste item, a fim de ilustrar melhor a origem do material alvo
deste trabalho.
De acordo com a definição da TMB (Tratamento Mecânico
Biológico), o pré-tratamento destina-se principalmente ao gerenciamento adequado dos
resíduos domiciliares, tendo os seguintes objetivos:
ƒ
Separação de diferentes tipos de resíduos para reaproveitamento de
materiais;
ƒ
Enriquecimento do fluxo parcial calorífico para incorporá-lo no
reaproveitamento térmico;
ƒ
Tratamento dos resíduos para disposição final.
Em países desenvolvidos observam-se facilmente os três objetivos,
mas em países em desenvolvimento, geralmente, o segundo item não é observado. No
caso dos países em desenvolvimento, os principais interesses são a melhoria da forma
de disposição dos resíduos e um possível reaproveitamento de materiais.
30
2.3.3.1 Sistema MBA - VAGRON
O processo consiste em separar previamente e manualmente vidro,
pedra e areia que são interessantes para reciclagem. Logo depois o resíduo é distribuído
através do tratamento mecânico em várias frações. A maior parte dele é formada de
ferro e materiais leves como papel e plástico que são levadas e aproveitadas para a
incineração. No final o que resta é levado para o depósito onde é tratado e o resultado é
um material fino e úmido que pode ser utilizado energeticamente ou pode ser usado
como cobertura de aterros sanitários.
LIXO
SEPARAÇÃO
TRATAMENTO MECÂNICO - TRITURAÇÃO
TRATAMENTO BIOLÓGICO EM SISTEMA FECHADO
ONDE HÁ CIRCULAÇ
CIRCULAÇÃO DE AR E RECIRCULAÇÃO
TRATAMENTO BIOLÓGICO DEPOSITANDO
EM LEIRAS AO AR LIVRE
Figura 2.9 - Esquema operacional do sistema VAGRON (FRICKE et al. 1995).
2.3.3.2 Sistema MBA – KIRCHDORF
Este sistema tem como principal elemento componente um separador
que decompõe o resíduo em três frações (pesada, leve e fina), sendo que a fração maior
que 50mm segue para incineração e a fração menor é transformada em adubo, assim,
cerca de 2/3 do material é incinerado. Este processo não requer mão de obra
especializada, porém pode não ser interessante do ponto de vista ambiental.
31
LIXO
CAIXA GRANDE
MINIMIZAÇÃO E HOMOGENIZAÇÃO
RETIRADA DE METAIS (MAGNETO)
SEPARADOR
LEIRA ESPECIAL
FRAÇÃO PESADA E LEVE
FRAÇÃO < 5cm
INCINERAÇÃO
ADUBO
Figura 2.10 - Esquema operacional do sistema KIRCHDORF (FRICKE et al. 1995).
2.3.3.3 Sistema MBA – BASSUM
Este sistema é complexo e requer um extenso número de máquinas
especificamente elaboradas para a separação e processamento. Possui também um forno
de aquecimento que efetua a incineração no próprio local onde o resíduo é tratado sem
precisar se transportado para uma usina específica.
Este processo pode ser utilizado para vários tipos de resíduos, tais
como, resíduos sólidos urbanos, resíduo industrial, resíduos de madeira, resíduos de
construção civil, dentre outros. Para conseguir trabalhar com esta variedade de resíduos,
este processo adota uma separação em três linhas de tratamento, sendo que, a primeira
linha para tratamento de resíduos de grande porte como resíduos industriais e madeiras,
a segunda para resíduos sólidos urbanos e resíduos comerciais e por fim a terceira que
trata de resíduos de consistência pastosa ou de lama.
32
LIXO
LINHA 01
(LIXOS GRANDES,
INDUSTRIAIS,
MADEIRA)
RETIRADA DE PORÇÃO
PERTURBADORA.
TRITURADOR
<4 cm
(FINA)
PENEIRAMENTO
FERMENTAÇÃO
FRAÇÃO < 8cm
FORNO DE
AQUECIMENTO
APROVEITAMENTO
ENERGÉTICO
FRAÇÃO > 8cm
TAMBOR DE
HOMOGENIZAÇÃO
COM ÁGUA.
LINHA 02
(LIXO URBANO
E COMERCIAL)
LINHA 03
(LIXO DE
CONSISTÊNCIA DE
UMA PASTA)
PENEIRAMENTO
ARMAZENAGEM
>4cm e < 8cm
(MÉDIA)
> 8cm
(GROSSO)
LEIRA
PENEIRAMENTO
HOMOGENEIZAÇÃO
ÚMIDA
LEIRA
INCINERAÇÃO
LEIRA
Figura 2.11 - Esquema operacional do sistema BASSUM (FRICKE et al. 1995).
2.3.3.4 Sistema MBA – LINKENBACH
É um sistema simples que conta com a retirada prévia dos materiais
maiores manualmente, um tratamento mecânico baseado na trituração e peneiramento e
um tratamento biológico que se dá através da degradação com o tempo do material
disposto em pilhas. Todo o produto final é disposto em um aterro que é compactado.
33
LIXO
RETIRADA DE PORÇÕES MAIORES MANUALMENTE.
TRATAMENTO MECÂNICO (TRITURADOR, PENEIRA, TAMBOR)
PENEIRAMENTO SEPARANDO EM
FRAÇÃO GROSSA (>100mm) E FRAÇÃO FINA (<100mm)
FRAÇÃO GROSSA
FRAÇÃO FINA
SELEÇÃO MANUAL DE MATERIAL FERROSO
RETIRADA DE FERRO COM IMÃ
MAIS UMA TRITURAÇÃO
TAMBOR DE HOMOGENIZAÇÃO
TAMBOR DE HOMOGENIZAÇÃO
AJUSTE DE UMIDADE COM CHORUME
TRATAMENTO BIOLÓGICO
PRIMEIRA FASE : DEIXAR DEGRADAR EM LOCAL COBERTO
SEGUNDA FASE : DEIXAR DEGRADAR EM LOCAL ABERTO
ATERRO COMPACTADO
Figura 2.12 – Esquema operacional do sistema LINKENBACH (FRICKE et al.
1995).
Este processo pode não ter uma garantia quanto ao controle de gases
e líquidos gerados, não é permitido atualmente na Alemanha.
2.3.3.5 Sistema MBA – FABER-AMBRA RECYCLING
Este processo primeiramente efetua a separação de materiais de
grande porte de modo que não interfiram no tratamento mecânico, que se dá através da
trituração e homogeneização do material. Após esta etapa mecânica o material é
34
disposto em leiras ao ar livre para início do tratamento biológico. Na Figura 2.13 é
possível visualizar as etapas do processo.
Figura 2.13 – (A) Vista do aterro sanitário de São Sebastião com destaque para os
materiais de grande porte separados. (B) Operação de máquina de grande porte em
um dos taludes do aterro. (C) Máquina utilizada no processo mecânico de
homogeneização do resíduo (abertura de sacos plásticos).
A disposição em leiras é feita sobre uma estrutura de madeira
(palettes) acima do nível do solo que permite a entrada do ar por baixo da mesma. A
circulação do ar no interior da leira é garantida por um sistema de tubos perfurados
como se pode observar na Figura 2.14. O controle da umidade é feito através de um
sistema de irrigação.
35
Figura 2.14 – Vista e detalhe do tubo perfurado (“chaminé”) utilizado para
ventilação das leiras de compostagem.
LIXO
RETIRADA DE PORÇÕES MAIORES MANUALMENTE.
TRATAMENTO MECÂNICO
TRITURAÇÃO E HOMOGENEIZAÇÃO DO RESÍDUO
TRATAMENTO BIOLÓGICO
DEGRADAÇÃO EM LOCAL DESCOBERTO
Figura 2.15 – Esquema operacional do sistema FABER AMBRA.
36
2.4
2.4.1
SISTEMAS DE COBERTURA
Introdução
De acordo com BIDLINGMAIER et al. (2001), a cobertura da
superfície do aterro sanitário impede a infiltração da água da precipitação no corpo do
aterro e assim previne e minimiza a produção de lixiviado. Além disso, o sistema de
cobertura superfícial age como um sistema controlado de coleta e descarga da água de
chuva e, se necessário, do gás gerado pelo aterro.
De acordo com SIMON & MÜLLER (2004), o conceito básico para
o projeto de um aterro é o chamado o conceito da multi-barreira. Consiste na
combinação de três barreiras independentes: a barreira geológica (situação hidrológica,
relevância do aqüífero e propriedades do subsolo no local do aterro), as barreiras
técnicas (liners e sistema de cobertura) e o próprio corpo do aterro como uma barreira
(imobilização de substâncias perigosas pelo pré-tratamento do resíduo e por técnicas
apropriadas de disposição).
De acordo com BIDLINGMAIER et al. (2001) os seguintes itens
devem ser considerados ao se construir um sistema de cobertura superficial para um
aterro sanitário:
•
Substâncias agressivas não podem entrar em contato com o
sistema de liners do aterro (gases, condensação de gases e o
ataque por microrganismos).
•
Não deixar que sejam geradas sobrecargas devido à recalques
diferenciais do corpo do aterro os quais podem atingir dimensões
extremamente elevadas especialmente em resíduos não tratados.
37
•
A fim de otimizar o volume do aterro, taludes íngremes são
necessários simultaneamente a garantias de estabilidade.
•
O sistema de liner é exposto à temperaturas flutuantes devido a
decomposição no interior do corpo do aterro e devido ao clima.
•
O sistema de liner tem que ser protegido da penetração de raizes
e da ação de animais.
Nas Figura 2.16A e B é possível observar um exemplo de um sistema
de cobertura convencional de acordo com padrões dos E.U.A. Encontra-se na Tabela 2.7
a descrição de cada componente. Nas Figura 2.17A e B observam-se exemplos de
sistemas de cobertura convencionais, de acordo com padrões europeus.
Figura 2.16 - (A) tipo convencional de barreira de cobertura final de aterros de
resíduos perigosos no EUA (DWYER, 2003) (B) barreira de cobertura final
convencional para aterros de RSU no EUA (DWYER, 2003).
38
Tabela 2.7 - Componentes de um sistema convencional de cobertura de um aterro
Sanitário (GILL et al., 1999).
Camada
Solo de
Cobertura
Dreno
•
•
•
•
•
•
•
Barreira
Função Primária
Controle e pevenção de erosão causada pelo vento
Suporte para vegetação
Armazenar água
Proteção contra ciclos de congelamento e
descongelamento
Remoção rápida de água de chuva
Proteção da Barreira dos danos causados pelo
congelamento-descongelamento
Manter a estabilidade
• Direcionar o gás até os pontos de coleta
Fundação
• Separar a cobertura do resíduo
• Propiciar a correta construção
(regularização)
• Solo
• Brita ou seixos
• Areia e/ou brita
• Geogrelhas
• Geocompostos
•
•
•
•
•
•
• Impedir o fluxo de água
• Controle do fluxo de gás
Dreno de Gás
Composição Típica
de
taludes
Argila compactada
Geomembranas
GCLs
Geocompostos
Areia e/ou brita
Geosintéticos
• Solo
• Geofiltros
Figura 2.17 – Tipo convencional de barreira de cobertura final para aterros de RSU
na Europa (MÜNNICH, 2006).A – Cobertura usada quando não há produção de gás.
B – Cobertura usada quando existe produção de gás.
O sistema de cobertura superficial dos aterros sanitários impede a
infiltração da água de chuva no corpo do aterro. Recentemente muitos estudos sobre
39
este tópico tem sido realizados; na maioria dos casos, a fim de comparar as diferentes
tecnologias, as vantagens e as desvantagens e casos específicos.
Parâmetros tais como a vida útil, a temperatura, a resistência
mecânica, a resistência química e mesmo a resistência ao ataque biológico devem ser
considerados em um projeto de sistema de cobertura. Existem muitas possibilidades e
alguma delas serão apresentadas nos itens a seguir.
2.4.2
Geomembranas de Polietileno de Alta Densidade (HDPE-GM)
De acordo com MÜLLER & JAKOB (2003), a degradação oxidativa
do HDPE-GM, que é o processo relevante do envelhecimento, foi arduamente estudada
e a vida útil foi estimada em, ao menos, cem anos de acordo com os resultados de testes.
Um HDPE-GM corretamente instalado agiria como uma barreira perfeita contra o fluxo
da água ou gás. HDPE-GM é virtualmente impermeável aos compostos de metais
pesados e aos poluentes não orgânicos (cátions e anions em soluções aquosa)
(MÜLLER et al., 1997).
Uma geomembrana torna-se vulnerável ao fluxo de água e de gás
devido a furos ou rasgos que possam ocorrer durante o processo de instalação.
Conseqüentemente, a condutividade hidráulica de uma geomembrana depende do
número e do tamanho dos orifícios que por ventura possam existir, e da permeabilidade
da camada subjacente. O tipo, o tamanho e a freqüência dos furos dependem da robustez
mecânica da geomembrana, do material e da preparação da camada subjacente, da
camada superior e do trabalho humano na movimentação dos materiais, tais como, a
colocação da camada drenante, solo, estruturas de cobertura, resíduo, etc. é essencial
para a garantia de qualidade da construção (SIMON & MÜLLER, 2004).
As falhas neste tipo de sistema de contenção são causadas pelo
serviço de instalação e operação e são impedidas pela utilização de mão de obra
apropriada, pelo eficaz controle de qualidade da construção e pelo correto projeto da
camada de proteção. Conseqüentemente, este tipo de sistema requer um controle e uma
40
mão de obra capacitada, que, em muitos países subdesenvolvidos, devido ao alto custo,
pode ser impraticável.
Estas geomembranas necessitam de proteção apropriada contra danos
quando em contato com materiais de grande granulometria, pontiagudos, ou
sobrecarregados por uma carga estática ou por uma carga dinâmica. Aspectos a longo e
curto prazos têm que ser considerados quando da analise da proteção da geomembrana
para sistemas do liner e sistema de cobertura para aterros sanitários.
2.4.3
Geocomposto Argiloso (GCL)
Os geocompostos argilosos (GCLs) consistem em uma camada do
bentonita imprensada entre duas camadas de geotexteis. A manufatura industrial e o
controle de qualidade dos GCLs são usados para economia de espaço, e como um eficaz
componente permanente alternativo para cobertura de aterros, substituindo a camada de
argila imprensada entre tecido (CCL).
Os problemas mais comuns com relação ao uso por longos períodos
de tempo de GCLs são a formação de trincas devido ao ressecamento, o cisalhamento
ao longo do tempo em taludes íngremes e a penetração de raízes. Descobriu-se que o
comportamento do GCL ressecado é difere da CCL, devido à uma propriedade chamada
de "capacidade de auto-cura". Com uma certa carga sobre GCL a formação das trincas
devido ao ressecamento desaparecerá quando o GCL for umedecido novamente em
virtude da capacidade de “inchamento” da bentonita (HEERTEN, 2002). O grau da
capacidade de “inchamento” depende do tipo da bentonita.
A penetração de raízes somente pode ser evitada com a utilização de
uma camada de revegetação apropriada com uma espessura adequada e/ou pelo controle
da vegetação.
Na Figura 2.18 é possível observar a configuração de uma cobertura
típica que faz uso do GCL.
41
Figura 2.18 – Cobertura típica de aterros sanitários com uso de GCLs .
(FOURMONT & ARAB, 2005).
2.4.4
Barreira de Concreto Asfáltico (ACB)
Um sistema de cobertura feito de concreto asfáltico é quase
totalmente impermeável à água e ao gás, muito robusto em relação as solicitações
mecânicas, e o ressecamento é um problema irrelevante. Entretanto, é suscetível ao
ataque químico por hidrocarbonetos e principalmente os concentrados, que podem
virtualmente destruí-lo (MÜLLER et al., 1995). Apresenta somente pequenas
deformações devido à recalques diferenciais, o que é aceitável, mas tensões causadas
devido ao recalque total do sistema de cobertura podem causar problemas.
De acordo com WEAND et al. (1999), as barreiras asfálticas podem
ser usadas no lugar da argila compactada como um componente do aterro, o que pode
ser uma alternativa interessante para aterros localizados em clima árido, onde uma
barreira de argila compactada pode vir a falhar devido ao ressecamento.
Na Figura 2.19é possível observar a configuração de uma cobertura
típica que faz uso de barreira asfáltica.
42
Figura 2.19 – Barreira asfáltica (HAUSER et al, 2001).
2.4.5
Barreira Capilar
WEAND et al. (1999) escreveram que uma barreira capilar consiste
em uma série de camadas, incluindo (de cima para baixo) uma camada de solo fino
sobre uma camada de um material mais grosseiro (por exemplo, areia ou cascalho). A
capacidade de impedir o fluxo de água, neste tipo de camada de cobertura, se dá pela
grande mudança nos tamanhos dos poros entre as camadas de materiais mais finos e
mais grosseiros (Figura 2.20).
A finalidade da barreira capilar é aumentar a capacidade de
armazenamento da água da camada de material mais fino do solo. É particularmente
vantajoso onde os solos com capacidade elevada de retenção de água são inexistentes ou
demasiadamente caros. Sistemas experimentais de barreiras capilares falharam algumas
vezes devido ao acumulo, em demasia, de água sobre barreira. (WEAND et al, 1999).
De acordo com o EPA (2003), sistemas de cobertura capilar podem
também eliminar a necessidade de uma camada separada de coleta de “intrusos
biológicos” e/ou do gás, porque as propriedades e a posição do solo dentro do sistema
43
de cobertura são comparáveis com uma camada típica de coleta de gás em um sistema
convencional de cobertura (Figura 2.20).
Figura 2.20 – Camada de cobertura capilar (WEIß & WITZSCHE, 2005).
2.4.6
Coberturas monolíticas
A EPA (2003) descreve as coberturas monolíticas como uma única
camada do solo de vegetação que retém a água até que a transpiração, através da
vegetação, ou a evaporação da superfície do solo a eliminem. As coberturas monolíticas
são tidas também como coberturas de único volume (Figura 2.21).
44
Figura 2.21 – Cobertura final monolítica (EPA, 2003).
2.4.7
Materiais Minerais Alternativos
THAM et al. (2005) e TRAVAR et al. (2005) estudaram materiais de
construção alternativos, tais como, cinzas, camada de areia e lodo para construir
camadas de cobertura em aterros sanitário, porém, dizem que mais experiências devem
ser feitas para verificar o impacto, a longo prazo, de usar materiais alternativos.
As camadas evapotranspirativas de cobertura (ET) foram propostas
como uma alternativa às barreiras de cobertura tradicionais por MICHAEL et al. (2005).
Eles usaram resíduos de mineração para o substrato de cobertura e uma seleção de
vegetação nativa de sua área de estudo. A pesquisa indicou que há um potencial
significativo do uso do rejeito de mineração para sustentar uma comunidade de
vegetação local com a finalidade de uso como um sistema de cobertura
evapotranspirativo.
De acordo com ANDREAS et al. (2005), o slag (escória) das
indústrias de mineração, por exemplo, poderia ser uma alternativa possível para o uso
em sistemas de cobertura de aterros, se fosse barato e disponível.
45
2.5
BARREIRAS CAPILARES
Há décadas que a preocupação com a questão ambiental vem se
tornando cada vez mais importante nas várias áreas do conhecimento. Na área da
engenharia surgiu a preocupação com a crescente produção de resíduos nos grandes
centros urbanos e os perigos que este resíduos podem acarretar à população e ao meio
ambiente, bem como a questão econômica vinculada à destinação final destes resíduos.
Este fato ocasionou a necessidade da pesquisa e desenvolvimento de técnicas de projeto
mais apuradas e economicamente viáveis tanto para o aumento da vida útil dos aterros
quanto para o controle da lixiviação dos contaminantes.
Em aterros de resíduos a ocorrência de precipitações é um dos fatores
que mais preocupam durante a vida útil do aterro e após seu fechamento, pois o
aumento de água no corpo do aterro significa aumento na geração de lixiviado, o que
por sua vez, gera um ônus devido a necessidade de se tratar, monitorar e conter este
lixiviado. Outro fator importante a ser considerado é a presença excessiva de líquidos no
corpo do aterro, o que pode vir a gerar problemas de estabilidade.
O estudo e o emprego das barreiras capilares sugiram, portanto, para
suprir a necessidade de se controlar a entrada de água e oxigênio no aterro de resíduos
(VIEIRA, 2005), visando a diminuição da geração do lixiviado e diminuição da
produção de contaminantes.
As primeiras coberturas de aterros eram apenas uma camada de argila
com espessura em geral maior do que 60 cm e acima dessa uma camada de solo em
torno de 15 cm com cobertura vegetal (VIEIRA, 2005). As barreiras capilares são
compostas basicamente de dois tipos de materiais, porém, podem ser compostas por
mais de dois materiais objetivando considerar fatores como proteção contra animais,
erosão, gelo e desgelo, ressecamento, entre outros.
De acordo com WEIβ & WITZSCHE (2005), a barreira capilar é um
sistema constituído por dois materiais bem definidos, um com granulometria mais fina
chamado de camada capilar e um com granulometria mais grossa, chamado bloco
46
capilar. Modelos experimentais foram construídos no aterro sanitário de “Am Stempel”
em Marburg e no aterro sanitário “Grix” em Offenbach Main na Alemanha e
monitorados durante dois anos. Nos dois casos uma terceira camada chamada de
camada de balanço hídrico foi também utilizada. Esta camada tem a função de equalizar
a percolação de líquidos na camada capilar, como se vê na Figura 2.22.
Figura 2.22 – Configuração padrão da barreira capilar nos modelos experimentais do
aterro sanitário “Grix” em Offenbach (WEIβ & WITZSCHE, 2005).
WEIβ & WITZSCHE (2005) concluíram que a utilização de
materiais adequados para construção da barreira capilar, bem como da camada de
balanço hídrico, além de um controle eficiente da qualidade de construção o sistema de
barreira capilar, é uma eficiente alternativa para cobertura final de aterros sanitários
apresentando uma eficiência de mais de 99%.
SUZUKI et al. (2005) estudaram três diferentes métodos de
construção de cobertura final de aterros, na cidade de Zaoh, que fica em uma província
no nordeste do Japão, sendo um deles uma barreira capilar. As estruturas utilizadas na
construção das coberturas estudadas por SUZUKI et al. (2005) podem ser observadas na
Figura 2.23.
47
Figura 2.23 – Configuração das camadas de cobertura estudadas por SUZUKI et al.
(2005).
Em todas as três coberturas foi utilizada uma camada de 200 mm de
espessura de uma turfa para proteger a superfície da área experimental. O resultado do
experimento mostrou que a barreira capilar foi eficiente mesmo em um clima úmido
como o do Japão.
2.5.1
Conceito de Potencial
Como não é possível identificar todas as forças resultantes atuando
sobre uma partícula de água nos poros do solo (não homogêneo, não saturado), utilizase a teoria potencial para a descrição da situação energética da água. Neste contexto, o
potencial (ψ) é definido como o trabalho que é necessário para transportar uma unidade
padrão de água de um ponto de referência para outro, à mesma temperatura. Desta
forma, pode-se definir o potencial de água no solo conforme a seguinte expressão :
ψ = m •g • h
( 2.2 )
Onde:
ψ
Potencial da água do solo [kg.m2/s2]
m
Massa de água [kg]
g
Aceleração da terra [m/s2]
48
h
Altura sobre o nível de referência [m]
Pela utilização do conceito de potencial, podem ser descritos todos os
mecanismos de movimentação, tais como infiltração, ascenção capilar e drenagem. Só
existe o fluxo entre locais com diferentes potenciais hidráulicos, com a finalidade de
equalizar este gradiente potencial. Nesta movimentação entre áreas com potencial maior
para locais com menor potencial é liberada energia. Enquanto o sistema não se
encontrar em equilíbrio, isto é, quando ainda existem diferenças de potencial, a água
permanece em movimento.
Como o potencial, na maioria das vezes, é relacionado à uma
determinada unidade física, aceitam-se diversas dimensões, de acordo com a
padronização, para se referenciar o potencial de água no solo (Tabela 2.8).
Tabela 2.8 - Unidades de referência para o potencial da água do solo (PAHL, 2006).
Unidade de
Dimensão
Unidade
Massa m [kg]
ψ = m.g.h/m
m2/s2
Volume V [m3]
ψ = m.g.h/V
N/m2
Pressão
Peso [kg.m/s2]
ψ = m.g.h/m.g
m
Coluna d’água
referência
Grandeza
Geralmente escolhe-se o peso específico como a unidade de
referência.
Na observação do movimento da água, imagina-se um potencial total,
que se compõe dos potenciais parciais das forças que atuam no solo. A equação mais
utilizada é a seguinte:
ψ = ψz + ψm + ψg + ψo
Onde:
ψz = Potencial gravitacional;
49
ψm = Potencial matricial;
ψg = Potencial gasoso;
ψo = Potencial osmótico.
O potencial gravitacional (ψz), corresponde ao trabalho que deve ser
realizado para elevar uma determinada quantidade de água sob influência da gravidade a
um determinado nível de referência. Se for utilizado o peso específico da água, então o
potencial gravitacional aparece como grandeza local z. De acordo com a definição, ψz é
sempre maior que zero, e com isto recebe um sinal positivo. Conseqüentemente, o nível
de referência deve ser sempre escolhido de tal forma que ψz receba valores positivos.
O potencial matricial (ψm) é resultante dos efeitos da substância
sólida (matriz) sobre as partículas da água. As forças condicionadas à matriz, como
absorção e capilaridade, retém a água com mais força quanto menor for o conteúdo de
água do solo. Como este efeito de retenção do potencial matricial é oposto à gravidade,
o ψm recebe um sinal negativo. É também muitas vezes denominado como tensão de
sucção, sendo que neste caso é considerado o valor absoluto, desconsiderando o sinal.
O potencial gasoso (ψg) é gerado por um distúrbio do balanço gasoso,
por exemplo, uma obstrução do trajeto do gás no maciço de solo. Quando a pressão de
ar no solo não estiver em conformidade com a pressão do nível de referência, esta
pressão tem de ser considerada, uma vez que tem influência sobre a água do solo e
influencia o potencial matricial.
O potencial osmótico (ψo) corresponde ao trabalho que deve ser
elaborado para retirar uma unidade de água da matriz do solo através de uma membrana
semi permeável. Esta movimentação é causada pelos íons dissolvidos na água do solo e
suas interdependências com a matriz do solo. O potencial osmótico dependente da
quantidade de sais dissolvidos na água presente no solo.
Para que haja o fluxo de água, a soma do potencial gravitacional e do
potencial matricial é decisiva, criando assim, um potencial hidráulico (ψH).
50
ψH = ψz + ψm
O potencial matricial (ψm) pode ser aferido utilizando-se um
tensiômetro e o potencial gravitacional (ψz) através da medida da distância ao nível de
referência. Como já citado anteriormente, só acontece uma movimentação da água entre
locais com potenciais hidráulicos diferentes, no esforço de equalizar esta diferença de
potencial. Na Figura 2.24 são apresentadas as relações entre os potenciais hidráulicos e
a movimentação de água.
Figura 2.24 - Potencial hidráulico (ψH), potencial matricial (ψm), potencial
gravitacional (ψz) e conteúdo de água em uma coluna d’água (PAHL, 2006).
Na condição de equilíbrio (ψH = 0) as linhas potenciais são retas, e
entra em curso uma distribuição de água, cujo desenvolvimento é normalmente nãolinear e típico do solo, dependendo da distância ao nível de referência (no caso da
figura, o nível d’água).
A infiltração e evapotranspiração causam alterações no potencial de
água no solo. Com evaporação na superfície, a tensão de sucção cai e alcança valores
negativos mais altos. Como o potencial gravitacional permanece constante e é
independente da quantidade de água, o potencial hidráulico cai até alcançar condições
de saturação menores que zero (ψH < 0). Para a equalização ocorre uma ascensão
capilar, ou seja, a água se move contra a força da gravidade.
51
Havendo infiltração da água no solo, por exemplo, em virtude de
precipitações, o potencial matricial aumenta e, conseqüentemente, o potencial hidráulico
também sobe para valores acima de zero (ψH > 0). Isto leva a uma movimentação
descendente até o equilíbrio, ou seja, a água penetra no solo. Fica claro que a matriz do
solo exerce uma força, e a água infiltra-se apenas em função da gravidade. Resumindo,
a movimentação da água em função do potencial hidráulico pode ser apresentada como
segue:
> 0 movimentação descendente da água (infiltração)
ψH = ψz + ψm
= sem movimentação da água
( 2.3 )
< 0 movimentação ascendente da água (ascenção capilar)
2.5.2
Capacidade de Retenção de Água de Solos Compactados
A característica de retenção de água do solo em determinado estado
de compactação varia com a sucção. Essa característica é representada por meio da
curva de retenção de água do solo, que é a relação entre a quantidade de água retida,
representada pelo teor de umidade volumétrico (ou grau de saturação), em função da
sucção. O comportamento do solo durante a infiltração e a evaporação de água será
controlado principalmente por essa característica e pela função de permeabilidade não
saturada. Ambas vão depender da distribuição e geometria dos poros, ou seja, da
estrutura do solo.
Na prática, devido à dificuldade de execução de ensaios para
determinação da permeabilidade do solo no estado não saturado, vem se utilizando cada
vez mais modelos para estimar a função de permeabilidade do solo (e.g. VAN
GENUCHTEN, 1980; WILSON & FREDLUND, 2000; KHIRE et al., 2000). Esses
modelos são baseados na curva de retenção de água do solo e utilizam parâmetros de
ajuste a essa curva. Dentre os parâmetros de ajuste estão: o teor de umidade
volumétrico, correspondente ao valor de sucção em que há entrada de ar do solo devido
à drenagem de água dos poros maiores; o teor de umidade residual, correspondente a
um valor em que há variação de sucção sem que praticamente haja variação do teor de
umidade volumétrica do solo; e o coeficiente de permeabilidade saturado.
52
A umidade de entrada de ar representa o teor de umidade em que há
drenagem devido ao aumento da sucção e conseqüente entrada de ar no solo. A umidade
residual corresponde ao ponto na curva de retenção de água (ponto de inflexão da curva)
em que o teor de umidade volumétrico do solo sofre pouca ou nenhuma variação com o
aumento da sucção. Na Figura 2.25, estão representados os principais parâmetros
obtidos por meio da curva de retenção de água.
Figura 2.25 - Diferentes estados de saturação e principais parâmetros da curva de
retenção de água do solo (VIEIRA, 2005).
Segundo VANAPALLI et al. (1996) existem 3 estágios para perda de
água do solo (Figura 2.25):
ƒ
Zona de efeito de borda, em que os poros do solo estão preenchidos
com água, havendo continuidade dos meniscos de água em contado
com as partículas de solo e/ou agregações. Nessa fase o solo
encontra-se saturado, havendo assim maior área para o fluxo de água.
O coeficiente de permeabilidade será praticamente o mesmo que o do
solo no estado saturado.
ƒ
Zona de transição, em que há desaturação com redução acentuada
do teor de umidade do solo com o acréscimo da sucção, não existindo
53
mais continuidade dos meniscos em contato com as partículas do
solo e/ou agregações. O coeficiente de permeabilidade do solo
dependerá do nível de sucção do solo, já que há uma menor área
disponível para o fluxo de água.
ƒ
Zona residual, em que há uma redução pequena (em relação à da
zona anterior) do teor de umidade do solo para um determinado
acréscimo de sucção. Nessa fase, há o predomínio de forças de
adsorção (e.g. MARINHO & STUERMER, 2000) em detrimento das
forças capilares (caso de solos argilosos) e provavelmente não haverá
praticamente
mais
continuidade
hidráulica.
Nessa
etapa,
a
transferência de água no solo se dará predominantemente por fluxo
de vapor e de forma extremamente lenta. Nessa fase, o líquido perde
a continuidade capilar e torna-se bastante viscoso, podendo
apresentar comportamento de um fluido não newtoniano (ou de
Bingham). Portanto, a validade dos modelos de fluxo nessa fase,
principalmente em solos de alta plasticidade, é questionável, já que a
maioria dos modelos é baseada na validade da teoria capilar e na
equação de Possueille que supõe o comportamento newtoniano dos
fluidos.
VANAPALLI et al. (1996) sugere que para solos argilosos de baixa
plasticidade o início da zona residual é entre 500 a 1500 kPa. Para solos de média a alta
plasticidade, o início desta zona pode ser maior que 1500 kPa, havendo algumas vezes
para esses solos dificuldades na definição do valor residual. Os valores sugeridos por
VANAPALLI et al. (1996) servem, entretanto, só como referência, não devendo ser
tomado como regra. MEERDINK et al. (1996) monitoraram duas barreiras monolíticas
experimentais com camadas superficiais vegetadas, para cobertura de aterro de resíduos
de 30 x 30 m cada, utilizando o método de Time Domain Reflectometry (TDR). As duas
secções apresentavam camada de solo siltoso vegetado de 15 cm. A camada monolítica
de argila apresentava seção de 90 cm e a camada de solo argilo-siltoso apresentava
seção de 60 cm. Os valores de sucção obtidos por MEERDINK et al. (1996) para os
dois solos estudados na interface das camadas foram em torno do residual (1000-3000
kPa). Assim a faixa de sucção para aplicação dos modelos de fluxo em solos não
saturados pode estar restrita a valores de sucções abaixo do encontrado em campo.
54
Nesses casos, é necessário fazer a devida medição da variação do teor de umidade
volumétrica com o tempo, de modo a obterem-se parâmetros mais confiáveis.
A curva de retenção de água e a permeabilidade dos solos estão
diretamente ligadas à estrutura do solo. Os principais fatores que influenciam a forma da
curva de retenção de água e, conseqüentemente, a permeabilidade do solo não saturado
são: mineralogia e percentagem de finos, histerese, energia de compactação, teor de
umidade de moldagem, densidade.
2.5.3
Mineralogia do solo e percentagem de finos
Com o aumento da plasticidade do solo, há um aumento do valor da
sucção de entrada de ar no solo, conseqüentemente da capacidade de retenção de água
(e.g. CÔTÉ et al., 2002). Segundo VIEIRA (2005), quanto maior o índice de
plasticidade dos solos maior o valor da sucção em que há entrada de ar no solo e mais
abatida será a curva de retenção de água. Assim os solos com maiores índices de
plasticidade terão maiores capacidades de armazenagem de água.
Os estudos realizados por VIEIRA (2005) para a determinação da
influência da mineralogia na curva de retenção de água corroboram com a afirmação de
CÔTÉ et al. (2002). Os estudos de CÔTÉ et al. (2002) em misturas de solos arenosos
com solos finos (argilas e siltes) indicam que quando o teor de finos é suficiente para
preencher os vazios de solos granulares (valor crítico) em determinada porosidade, o
tamanho máximo dos poros será controlado pelas partículas mais finas. Portanto, a
entrada de ar será maior nos solos com percentagem de finos suficiente para preencher
os vazios do material mais arenoso. Os autores também observaram que há uma
diminuição da inclinação da curva de retenção com o aumento da superfície específica
(solo mais plástico), conforme esperado.
55
2.5.4
Princípio de Funcionamento das Barreiras Capilares
O movimento e a retenção de água em camadas de solo é similar em
muitos aspectos à ascensão e à retenção de água em tubos capilares. Embora existam
diferenças entre esses dois casos, pode-se entender o funcionamento de barreiras
capilares comparando-as a um sistema de tubos capilares interconectados. Assim, é
conveniente tratar aqui do fenômeno da capilaridade em solos. Esse fenômeno é
baseado em um modelo simplificado em que os vazios do solo são considerados como
um conjunto de tubos capilares interconectados. A simplificação do fenômeno capilar
nos solos facilita bastante a análise e a compreensão da retenção de água em solos e,
conseqüentemente, o princípio de funcionamento das barreiras capilares.
A retenção de água no solo e sua transmissão dependem das forças de
interação entre a água e a parede dos poros do solo (paredes dos tubos capilares) ou dos
grãos de solo. Essas forças são as forças coesivas superficiais e as forças de adsorção.
As forças coesivas superficiais estão relacionadas às ligações moleculares que existem
entre as partículas de água. As forças coesivas atuam com maior intensidade na
superfície da água, onde existem menos partículas interagindo umas com as outras do
que no seu interior, resultando assim em uma tensão superficial. As forças de adsorção
estão associadas à capacidade de atração que a parede do recipiente formada pelos grãos
do solo, exerce nas moléculas de água. Esse sistema de forças tem como resultante uma
força ascendente no capilar, fazendo com que haja uma elevação do nível de água até
alcançar o equilíbrio. A essa ascensão de água dá-se o nome de ascensão capilar ou
efeito de capilaridade. Em outras palavras a capilaridade é o fenômeno de ascensão de
água em uma coluna de pequeno diâmetro devido às forças de absorção e coesão. Na
Figura 2.26, está representado o fenômeno de capilaridade em um tubo capilar de
diâmetro, d.
O tubo capilar está inserido em uma superfície livre de água com
nível em N.A. A água sobe nas paredes do tubo por capilaridade até que haja um
equilíbrio entre as forças capilares e o peso próprio da coluna de água. A altura h, que é
função da tensão superficial da água (σ), do ângulo de contato (β), entre a superfície do
capilar e o menisco de água (ângulo de molhagem), do diâmetro do capilar (d), da
densidade da água (ρw), e da gravidade (g). A altura h é dada por:
56
h=
4σ cosβ
ρ w gd
( 2.4 )
Como haverá um equilíbrio entre as forças capilares de ascensão e o
peso da coluna de água, o capilar será capaz de reter, nessas condições de equilíbrio,
uma quantidade de água equivalente à altura de coluna de água (h). A pressão de água
logo abaixo do menisco capilar é negativa de valor –hρwg, correspondente à pressão de
altura de coluna de água. No solo, essa pressão negativa, de água é conhecida como
sucção.
Figura 2.26 - Distribuição de pressão e retenção de água em um tubo capilar.
Portanto o solo será capaz de reter determinada quantidade de água
por meio de capilaridade. Se os poros do solo forem representados de maneira
simplificada como um conjunto de capilares de diâmetros diferentes, haverá para cada
diâmetro uma capacidade de retenção de água diferente para alturas ou cargas de
pressão diferentes. A soma do volume de água de cada capilar em determinada altura
(sucção) resulta na capacidade de retenção de água do solo nesse nível de carga ou
sucção. Para ilustrar a capacidade de retenção de água do solo, na Figura 2.27 estão
desenhados vários capilares representando os poros do solo. Esses capilares estão
57
abertos na base e no topo, estão sujeitos à pressão atmosférica (pressão de referência,
considerada igual a 0) e têm diâmetros, di, com i variando de 1 a n. Cada capilar tem
livre comunicação um com o outro pela sua base e está inserido na água. Como os
vários capilares possuem diâmetros diferentes, a altura de ascensão capilar é diferente.
Assim, para um poro de diâmetro di a ascensão capilar é a altura hi. Para uma carga de
pressão hi, todos os poros com diâmetro d≤ di estão preenchidos com água. A soma do
volume de água de todos esses poros resulta na capacidade de retenção de água do solo
nesse nível de carga. Nesse caso, para cada valor de carga de pressão hi, com i=1 a n,
tem-se associado uma quantidade de água que é retida pelo solo. A variação da
quantidade de água no solo, dada pelo teor de umidade volumétrico (θ), em função da
carga de pressão ou sucção (h) é representada por uma curva, conhecida como curva de
retenção de água do solo.
Figura 2.27 - Modelo capilar de retenção de água no solo (alterado de IWATA et al..,
1988).
A barreira capilar funciona baseada na capacidade de retenção de
água dos solos. Uma camada de solo mais fino com alta capacidade de retenção é
sobreposta a uma camada de material mais grosso com pequena capacidade de retenção
de água. A camada de material mais grosso é utilizada para que haja quebra hidráulica
entre a camada de material fino e o interior do aterro (e.g. IWATA et al., 1988;
NICHOLSON et al., 1989; MORRIS & STORMONT, 1999). Na Figura 2.28, está
apresentada de maneira ilustrativa a capacidade de retenção de água da barreira capilar.
A água que infiltra na barreira capilar é armazenada ao longo do perfil do solo. A
58
distribuição da água ao longo da camada superior de solo pode ser dividida em três
zonas: zona saturada, zona de transição e zona residual (Figura 2.28). A quantidade e a
distribuição de água em cada zona é representada pela curva de retenção de água do
solo e depende também das propriedades de retenção da camada inferior de material
mais grosso (IWATA et al., 1988).
Figura 2.28 - Capacidade de retenção e distribuição de água em uma barreira
capilar.
A capacidade de retenção de água da camada superior (material mais
fino) será menor devido à carga de pressão imposta pelo potencial matricial da camada
inferior (material granular). Na Figura 2.29, está ilustrado esquematicamente o efeito do
contraste granulométrico na capacidade de retenção de água de um solo. Na Figura,
estão representadas duas camadas de materiais com granulometria distintas, o material
da camada superior (material mais fino) e o da camada inferior (material granular). A
curva de retenção de água para os dois solos também é ilustrada na Figura 2.29. A
camada inferior tem espessura tal que a parte superior dessa camada, no equilíbrio,
encontra-se com teor de umidade volumétrico residual, correspondente a uma sucção
igual a ψ2 res.
Assumindo-se essa sucção como constante em toda a interface das
duas camadas dos diferentes materiais, pode-se fazer uma analogia a um tubo capilar em
que este está submetido, na base, a uma pressão menor que a pressão no topo.
59
Aplicando-se a teoria capilar, o potencial matricial do solo fino (ψ1) será igual a soma
do potencial gravimétrico (Hρwg) com o potencial matricial do solo granular (ψ2 res) em
situação de equilíbrio (ver detalhe na Figura 2.29). Assim, a altura de ascensão capilar
na camada superior será menor por influência do potencial matricial da camada inferior
de solo. Se para cada capilar há a diminuição do volume de água retido (diminuição da
altura), a capacidade de retenção de água da camada de material fino será menor.
Figura 2.29 - Ascensão capilar em poros de diferentes tamanhos formados por
camadas de solos com diferentes curvas granulométricas.
Qualquer quantidade de água, igual ou menor que a capacidade de
retenção de água da camada de solo, ficará “suspensa” por capilaridade na camada de
material mais fino, evitando assim a entrada no interior do aterro. Quando houver um
volume infiltrado de água maior que a capacidade de retenção da camada superior de
solo, o excedente de água será drenado para a camada inferior. A camada inferior, por
suas vez, retém parte ou toda a água de acordo com sua capacidade de retenção. O
restante da água é drenado para o interior do aterro.
Os fenômenos que ocorrem em uma barreira capilar podem ser
divididos em duas partes, sendo o primeiro o fenômeno que ocorre em 1 dimensão e o
segundo, o fenômeno que ocorre em 2 dimensões.
60
2.5.5
Fenômeno Unidimensional – Retenção Capilar
Este é o fenômeno que ocorre em 1 dimensão na barreira capilar.
Ocorre mais especificamente na camada capilar, onde a água percola devido à força da
gravidade e é retida por forças capilares.
Segundo PARENT & CABRAL (2006), existe uma altura na qual a
sucção na camada capilar se torna constante e é a máxima sucção desenvolvida nesta
camada, esta afirmação pode ser melhor entendida observando-se a Figura 2.30.
Figura 2.30 - Perfil de sucção unidimensional de uma barreira capilar.
A altura, a partir da qual a sucção assume um valor constante pode
ser calculado de acordo com a seguinte equação :
ZMAX Ψ CC = γ w × (Ψ CCMAX − Ψ BCMAX )
( 2.5 )
Onde:
ZMAXΨCC = Altura de máxima sucção;
γw = peso específico da água;
ΨCCMAX = Sucção máxima na camada capilar;
ΨBCMAX = Sucção máxima no bloco capilar.
PARENT & CABRAL (2006) ainda propõe um modelo para
determinação do perfil de sucção na camada capilar, onde leva em consideração a
61
velocidade de infiltração e a permeabilidade não saturada do material utilizado como
camada capilar. O modelo proposto segue a seguinte equação :
z(Ψ ) = − ∫
Ψ
0
−1
⎡ q entrada
⎤
⎢ k (Ψ ) − 1⎥ dψ
⎣
⎦
Onde:
z = altura (m);
Ψ = sucção (kPa);
qentrada = velocidade de infiltração de entrada (m/s);
k(Ψ) = permeabilidade não saturada.
2.5.6
Fenômeno Bidimensional - Distância de Falha da Barreira Capilar
Quanto mais água se junta na camada capilar, mais a sucção diminui
e eventualmente a função de barreira pode ser perdida a uma certa distância do topo do
plano inclinado onde a barreira capilar foi construída. A esta distância dá-se o nome de
distância de desvio. Na Figura 2.31 pode ser observado um esquema onde a distância de
desvio é mostrada.
Figura 2.31 – Representação da distância de desvio em uma barreira capilar.
A distância de desvio depende principalmente da geometria da
barreira capilar e das propriedades hidráulicas saturadas e não saturadas do material
usado para se construir a barreira capilar (MORRIS & SORMONT, 1999).
62
De acordo com PARENT & CABRAL (2006), a distância de falha de
uma barreira capilar depende da permeabilidade não saturada dos materiais que compõe
a barreira capilar, das espessuras das camadas utilizadas na barreira capilar, da
velocidade de infiltração de entrada e do ângulo de inclinação da barreira.
PARENT & CABRAL (2006), consideram que em havendo uma
infiltração, menor que a condutividade hidráulica saturada do material constituinte da
camada capilar, e esta infiltração seja uniforme em toda a superfície da camada capilar,
parte do liquido percolante ficará retido na camada capilar (por advecção, adsorção e
forças capilares), enquanto parte do liquido será drenado lateralmente e acumulará na
parte mais baixa do plano inclinado, junto a fronteira da camada capilar com o bloco
capilar. Sendo assim, quanto maior a permeabilidade horizontal da camada capilar, mais
facilmente ocorrerá o processo de drenagem lateral do líquido percolado.
Em um ponto crítico da interface da camada capilar e do bloco
capilar, chamado ponto de falha da barreira capilar, as forças capilares não conseguirão
mais reter o líquido acumulado e, inevitavelmente, começará a haver infiltração para o
bloco capilar.
A distância de falha da barreira capilar pode ser escrita como sendo:
L=
Q hMAX
q entrada
Onde:
L = distância de falha da barreira capilar (m);
QhMAX = máximo fluxo horizontal na camada capilar (m2/s);
qentrada = velocidade da infiltração de entrada (m/s).
CABRAL et al. (2007) utilizou com sucesso modelos matemáticos
no dimensionamento da espessura da camada capilar dupla para obter uma dada
distância de desvio, no entanto, toda a modelagem feita teve como base dados obtidos
para solos e modelos desenvolvidos para barreira capilar construída com solo.
63
CAPÍTULO 3.
MATERIAIS E MÉTODOS
Este capítulo terá início descrevendo os materiais utilizados para a
realização dos ensaios, bem como os equipamentos que foram desenvolvidos ou
modificados para os fins pretendidos. Em seguida serão descritos os métodos que foram
utilizados para a realização deste trabalho.
3.1
MATERIAIS
Atualmente, na Alemanha, parte do resíduo sólido urbano que é
destinado para aterros sanitários passa pelo processo de pré-tratamento mecânico
biológico, enquanto que no Brasil este tipo de tecnologia não é empregada, sendo
possível apenas uma comparação com o processo de compostagem, que é realizado em
muitas cidades brasileiras com o único intuito de se produzir adubo orgânico.
Buscando atingir o objetivo principal deste trabalho, que é estudar a
utilização de resíduo sólido urbano pré-tratado mecânica e biologicamente como
barreira capilar em um aterro sanitário, a escolha do material alvo de estudo é de suma
importância.
Uma vez que no Brasil as experiências realizadas com a tecnologia
de pré-tratamento mecânico biológico foram encerradas e não há perspectivas de
implantação de aterros que utilizem a técnica de pré-tratamento, a alternativa é a
utilização de um material oriundo do resíduo sólido urbano que passou por algum tipo
de processo de tratamento similar ao pré-tratamento mecânico biológico. Assim,
decidiu-se utilizar o composto produzido pela COMLURB, na Usina de Tratamento e
Transbordo do Caju, localizada no município do Rio de Janeiro, RJ.
Neste item serão apresentados os materiais utilizados para a
realização dos ensaios. As características do composto utilizado para se construir a
barreira capilar também serão apresentadas.
64
3.1.1
Resíduo Pré-Tratado
O resíduo pré-tratado utilizado sofreu processo de compostagem na
Usina de Tratamento e Transbordo do Caju. Na Usina, o resíduo sólido urbano “in
natura” (Figura 3.1) passa por um processo no qual há uma separação manual com o
auxilio de esteiras, dos materiais com valor comercial (plástico, papelão, garrafas PET,
latas de alumínio, etc.), a exceção dos metais que são separados utilizando imãs. Na
Figura 3.3 é possível ter uma idéia do processo. Em seguida, é feita a homogeneização e
disposição do material não reciclável em leiras de compostagem ao ar livre (Figura 3.2).
O composto obtido então é peneirado e utilizado como adubo. Neste trabalho, o
composto peneirado foi o material estudado.
Figura 3.1 - RSU "in natura" na Usina de Tratamento e Transbordo do Caju.
Alguns ensaios preliminares foram realizados objetivando a
identificação do material a ser estudado. Tais ensaios foram: granulometria, autoaquecimento e determinação de sólidos voláteis.
65
Figura 3.2 - Vista das leiras de compostagem ao ar livre.
Figura 3.3 - Vista da Usina de Tratamento e Transbordo do Caju, Rio de Janeiro.
Foram realizadas duas coletas, sendo a primeira de um composto
com nove meses de idade e a segunda de um composto recém peneirado, com 4 meses
de idade. O local onde foi feita a coleta pode ser observado na Figura 3.4 e o processo
de coleta pode ser observado na Figura 3.5.
66
Figura 3.4 - Pilha de composto recém peneirado na Usina de Tratamento do Cajú.
Figura 3.5 - Vista da coleta de amostra com ajuda de um trator tipo Bobcat.
O ensaio de granulometria seguiu a norma NBR 07181 (1984), para
análise granulométrica de solos.
Com o composto coletado também foi feito o ensaio de autoaquecimento, que consiste em colocar uma dada quantidade de resíduo em um
recipiente térmico e observar, utilizando um termômetro, a variação da temperatura ao
longo do tempo. Este ensaio tem como objetivo verificar a intensidade da atividade
biológica no resíduo.
67
Constatou-se com os resultados dos ensaio de auto-aquecimento que
as temperaturas se mantiveram constantes e próximas a temperatura ambiente , o que
indicou que o composto coletado na Usina de Tratamento do Caju estava estável, ou
mineralizado.
Após os ensaios de auto-aquecimento e granulometria foram
definidas as faixas granulométricas que seriam utilizadas na construção da barreira
capilar experimental. Ficou definido que a granulometria a ser utilizada na camada
capilar seria aquela passante na peneira com malha de 4mm de abertura. Esta decisão
foi tomada baseada nos resultados obtidos por PAHL (2006). Estes resultados serão
apresentados e discutidos em outro capítulo.
A peneira escolhida para separar, o composto que seria utilizado para
construir a camada capilar, foi a de 4mm de abertura, pois é a mais comum encontrada
no mercado da construção civil. O composto separado com a peneira de malha com
abertura de 4mm pode ser visto na Figura 3.6.
Figura 3.6 - Composto com granulometria inferior a 4mm.
A faixa granulométrica do bloco capilar foi definida como sendo
maior do que 4,76mm e menor do que 9,52mm. Esta faixa granulométrica foi definida,
pois é de diâmetro maior do que a faixa granulométrica definida para a camada capilar,
68
porém, não grande o suficiente para que as partículas da camada capilar colmatem o
bloco capilar.
Outro aspecto considerado, porém não decisivo, na escolha da faixa
granulométrica do bloco capilar foi a quantidade de material disponível dentro da faixa
granulométrica desejada. Isto foi avaliado pelo resultado do ensaio de distribuição
granulométrica realizado com a amostra do composto. O resultado do ensaio de
distribuição granulométrica será apresentado mais adiante. O composto com
granulometria entre 4,76 e 9,52mm pode ser observado na Figura 3.7.
Figura 3.7 - Composto com granulometria superior a 4,76mm e igual ou inferior a
9,52mm.
69
3.1.2
Características do Composto Produzido na Usina de Tratamento e
Transbordo do Caju
3.1.2.1 Sólidos Voláteis
O ensaio de sólidos voláteis, feito no composto coletado, seguiu a
norma NBR 13600 (1996), para determinação do teor de matéria orgânica em solos,
uma vez que não existe norma brasileira específica para determinação dos sólidos
voláteis em resíduos. Este ensaio teve por objetivo ter uma noção do teor de matéria
orgânica presente no composto coletado.
O resultado obtido mostrou que a amostra de composto coletado na
Usina de Tratamento do Caju continha um total de 44% de sólidos voláteis, que
corresponde a massa que foi perdida.
3.1.2.2 Ascensão Capilar
Os ensaios de ascensão capilar consistem em colocar o material
particulado em um cilindro e mergulhar sua base em água e em seguida observar a
ascensão da água por capilaridade no material ao longo do tempo.
Vários ensaios de ascensão capilar foram feitos com o intuito de
conhecer melhor o comportamento do material estudado. Utilizou-se um cilindro de
acrílico para moldar o corpo de prova. Foram moldados corpos de prova com composto
de diferentes densidades e diferentes granulometrias.
Observam-se na Figura 3.8 os resultados dos ensaios de ascensão
capilar para as amostras 01 e 02 do composto coletado na usina de tratamento do Caju e
o resultado, para o mesmo ensaio, obtido por PAHL (2006).
Nota-se claramente que a ascensão por capilaridade foi mais
pronunciada para o material de Rethmann (PAHL,2006), possivelmente em virtude de
70
uma maior quantidade de material orgânico e da faixa granulométrica escolhida.
Obviamente, existem outros fatores que influenciam a ascensão capilar, tais como, a
densidade, o teor de umidade, qualidade do tratamento do RSU, etc.
Teste 01 - (0,59-2mm) - Levemente compactado
3
Coluna h
23,5cm - γ =0,51g/cm
inicial
d
Teste 02 - (0,83-2mm) - Levemente compactado
3
Coluna h
26,0cm - γ =0,52g/cm
inicial
d
Teste 03 - (0,83-2mm) -Levemente compactado
3
Coluna h
25,0cm - γ =0,53g/cm
inicial
d
Teste 04 - (menor que 22mm) - Levemente compactado
3
Coluna h
25,0cm - γ =0,39g/cm
inicial
d
Teste 05 - (menor que 10mm) - Levemente compactado
3
Coluna h
25,0cm - γ =0,56g/cm
inicial
d
Altura Média da Coluna (cm)
25
20
15
10
5
Teste 06 - (menor que 10mm com 5% de bentonita)
0
0
10
20
30
40
50
Umidade na Base Úmida (%)
60
3
Compactado - Coluna h
20,0cm - γ =0,86g/cm
inicial
d
Teste 07 - (menor que 10mm) - Compactado
3
Coluna h
25,0cm - γ =0,71g/cm
inicial
d
Rethmann - PAHL (2006)
Figura 3.8 - Ensaios de ascensão capilar realizados no Brasil para as amostras 01 e
02 provenientes da estação de tratamento do Caju juntamente com o realizado por
PAHL (2006) na Alemanha.
71
3.2
MÉTODOS
Neste item, serão apresentados e discutidos a metodologia utilizada
para a realização dos ensaios feitos utilizando o composto da Usina de Tratamento e
Transbordo do Caju.
3.2.1
Teor de Umidade
Em mecânica dos solos, defini-se teor de umidade como sendo a
relação entre o peso da água e o peso dos sólidos, no entanto, no estudo da mecânica
dos resíduos esta definição pode causar problema. Quando se utiliza a definição de teor
de umidade da mecânica dos solos no estudo da mecânica dos resíduos, muito
freqüentemente, o valor da umidade passará de 100%, podendo dificultar a análise dos
resultados. Por este motivo, em geotecnia ambiental, mais especificamente no estudo da
mecânica dos resíduos e no estudo do fluxo de líquido em RSU, defini-se umidade
como sendo:
w=
m água
m total
( 3.1 )
Onde:
w = umidade (%);
mágua = massa de água.
mtotal = massa total (massa seca + massa de água, em gramas);
Desta maneira, o valor da umidade não passará de 100%, tornando
mais fácil a interpretação dos resultados obtidos para RSU. Neste trabalho será estudado
a mecânica de resíduos sólidos, bem como, propriedades físicas e hidráulicas de RSU
tratados e, portanto, o teor de umidade será definido como a relação entre a massa de
água e a massa total.
72
3.2.2
Ensaio de Permeabilidade
A condutividade hidráulica foi determinada em ensaios com carga
constante e variável. Estes ensaios foram realizados segundo o procedimento padrão do
Laboratório de Geotecnia da COPPE para os ensaios de permeabilidade em solos.
Foram realizados ensaios com corpos de prova compactados com diferentes densidades
visando avaliar o coeficiente de permeabilidade em função da densidade do composto
estudado.
Os corpos de prova compactados, com diâmetro de 10,15cm e altura
de 10,15cm, foram colocados para saturação com fluxo ascendente, submersos por no
mínimo 72 horas (Figura 3.9) quando então foi aplicada uma carga hidráulica e foram
realizadas leituras periódicas até que se obtiveram leituras constantes.
Figura 3.9 - Célula para ensaio de permeabilidade, com corpo de prova de resíduo,
submerso em água.
73
3.2.3
Sistema de Aquisição de Dados
O sistema de aquisição de dados montado para este trabalho é
composto de 8 canais de tensão, com um programa dedicado para realizar os
procedimentos necessários do ensaio a ser executado.
O hardware é composto por uma fonte de alimentação (+10Vdc)
estabilizada - que excita os transdutores a serem lidos - uma unidade de aquisição de 8
canais - com resolução de 16 bits - e uma unidade de interface RS232 para comunicação
com o computador.
3.2.4
Tensiômetro para Medida de Sucção
Para realizar medidas de sucção utilizou-se o tensiômetro
desenvolvido na COPPE-UFRJ (2004) e utilizado nas dissertações de mestrado de
PACHECO (2001), DIENE (2004), RIOS (2006) e HUSE (2007). Este tensiômetro é
constituído basicamente de um copo acrílico, um transdutor e uma pedra cerâmica com
alto valor de pressão de entrada de ar (Figura 3.10), sendo que a pedra porosa funciona
como uma interface entre solo, água e sistema de medição. O copo de acrílico tem 3,5
cm de diâmetro e sua altura varia de acordo com o local onde o tensiômetro precisa ser
posicionado. A pedra porosa utilizada tem 2,845 cm de diâmetro e uma altura de 1 cm,
sendo o valor de entrada de ar de 5 bar.
Para se medir a sucção de um dado material (particulado) com o
tensiômetro, deve-se garantir que a água presente em sua estrutura apresente uma
continuidade hidráulica com a água da pedra porosa deste equipamento. O transdutor da
marca Ashcroft foi utilizado, e é composto de um invólucro em aço inoxidável, com
acabamento polido e cabo blindado, com sinal de saída de 1-5 Vcc e alimentação de
10Vcc.
74
Figura 3.10 - Conjunto copo de acrílico e pedra cerâmica de alto valor de pressão de
entrada de ar.
O fornecimento de energia foi garantido através de um cabo
conectado ao corpo do instrumento, que é acoplado a uma fonte de alimentação,
passando a gerar sinais analógicos de saída, que são lidos e armazenados em um
computador.
3.2.5
Ensaios Oedométrico com Medida de Sucção
O ensaio oedométrico com medida de sucção tem como objetivo
compreender o comportamento do resíduo estudado em termos de adensamento e,
principalmente, em termos de sucção quando solicitado por uma carga ao longo do
tempo.
Os ensaios realizados tiveram como base a norma da ABNT NBR
12007, porém, foi acoplado na base da célula de adensamento o tensiômetro
desenvolvido na COPPE-UFRJ (2004).
Na Figura 3.11 observa-se o equipamento que foi adaptado para a
realização dos ensaios oedométricos com medida de sucção.
75
Figura 3.11 - Equipamento adaptado para a realização de ensaios oedométricos com
medida de sucção.
As células de adensamento utilizadas foram do tipo convencional
com drenagem de topo. As prensas de adensamento utilizadas são de fabricação da
Wykeham Farrance com relação do braço de alavanca para aplicação de carga igual a
1:10. A célula de adensamento desmontada pode ser observada na Figura 3.12. O anel
de aço inox e o fixador do anel tem um diâmetro interno de 7,5cm, enquanto que o
cabeçote tem um diâmetro de 7,4 cm e o orifício no centro da célula de adensamento,
por onde o tensiômetro é acoplado, tem um diâmetro de 3,6 cm, sendo que, dois “O”
rings foram colocados na parte interna deste orifício para se evitarem vazamentos
indesejados.
O tensiômetro foi posicionado na base do equipamento em contato
direto com a amostra para garantir a eficácia na medida da sucção ou pressão gerada
durante o decorrer do ensaio. A instalação do tensiômetro pode ser vista em detalhe na
Figura 3.13.
76
Figura 3.12 - Célula de adensamento com suas peças identificadas.
Figura 3.13 - Detalhe da instalação do tensiômetro para medida de sucção no
equipamento para compressão oedométrica.
77
Os corpos de prova para o ensaio de adensamento foram
compactados em anéis de aço inoxidável com 7,5 cm de diâmetro, 2,5 cm de altura e
44,18 cm2 de área. Após a compactação dos corpos de prova estes eram colocados
dentro de sacos plásticos, com o intuito de evitar excessiva perda de umidade, até que se
finalizasse a montagem do tensiômetro. Coletaram-se amostras do material compactado
para a verificação da umidade.
O corpo de acrílico e a pedra porosa do tensiômetro eram colocados
no vácuo, onde permaneciam por um período mínimo de 24 horas. Posteriormente a
aplicação do vácuo e a compactação do corpo de prova, o corpo de acrílico, juntamente
com a pedra porosa, eram acoplados no transdutor, tomando-se o cuidado para que não
fossem geradas pressões excessiva. Todo este procedimento foi realizado com todas as
partes do tensiômetro mergulhadas em água para evitar qualquer entrada de ar. Após a
montagem do tensiômetro, este ficava mergulhado em água para evitar que a pedra
cerâmica perdesse saturação e para permitir a dissipação de qualquer excesso de pressão
gerada pelo processo de montagem.
Após a estabilização da leitura de pressão do tensiômetro, procediase a montagem final do ensaio de adensamento. O tensiômetro era acoplado na célula de
adensamento e o conjunto era colocado na prensa. Durante todo este processo, as
leituras dos valores de pressão lidos pelo tensiômetro eram feitas pelo sistema de
aquisição acoplado a um microcomputador. Após o posicionamento final do conjunto,
nivelava-se o braço de alavanca e iniciava-se os estágios de carregamento.
Os incrementos de estágios de carga mantiveram a razão δσv/δσv=1,
e as tensões adotadas iniciaram em 3,125 kPa até a tensão máxima de 1600 kPa. Os
estágios de carregamento tiveram duração mínima de 24 horas.
Após a fase de carregamento, seguia-se a fase de descarregamento
observando-se a mesma metodologia da fase de carregamento. O descarregamento,
normalmente, foi feito até atingir a tensão de 25 kPa. Após o ensaio, a célula de
adensamento era desmontada e coletavam-se amostras do corpo de prova para
verificação da umidade. O aspecto do material, após o ensaio de adensamento com
medida direta de sucção, pode ser observado na Figura 3.14.
78
Figura 3.14 - Detalhe do corpo de prova após o ensaio de compressão oedométrica
com medida direta de sucção.
79
3.2.6
Ensaio Triaxial Com Medida Direta de Sucção
Neste trabalho, o ensaio triaxial com medida direta de sucção tem
como objetivo estudar o comportamento mecânico incluindo o efeito da sucção para o
resíduo pré-tratado em virtude da falta deste tipo de informação para este material na
literatura. Com estes resultados será possível fazer uma avaliação do comportamento
mecânico do resíduo tratado em relação ao comportamento mecânico do resíduo não
tratado. O ensaio consiste em um equipamento para realização de ensaios triaxiais
convencionais, adaptado para medida automática de sucção utilizando o tensiômetro
desenvolvido na COPPE-UFRJ (2004).
Foi construído um novo suporte para a base da câmara triaxial na
qual o tensiômetro pudesse ser acoplado. A base da câmara triaxial foi furada e um novo
pedestal para o corpo de prova, também furado, foi construído. Desta maneira, o
tensiômetro ficou posicionado em contato direto com a base do corpo de prova. O
esquema de montagem final, com todo o conjunto (câmara, base, suporte e tensiômetro)
colocado no pórtico da prensa triaxial pode ser observado na Figura 3.15.
80
Figura 3.15 - Esquema de montagem final do ensaio triaxial com medida direta de
sucção.
Para aplicar a pressão confinante na câmara triaxial foi utilizado um
controlador automático de pressão da Wykeham Farrance, modelo WF12468 (Figura
3.16). Este controlador tem capacidade para aplicar até 1700 kPa com uma precisão de
+/- 1 kPa, sua capacidade de armazenamento de água é de 200 ml e utiliza um
transdutor externo para fazer o controle da pressão. Este equipamento foi ligado
diretamente na câmara triaxial e a um transdutor de pressão, responsável por medir e
retornar, ao controlador automático, o valor da pressão aplicada.
Para as medidas de variação volumétrica do corpo de prova, durante
o ensaio triaxial com medida direta de sucção, foi utilizado um medidor automático de
variação volumétrica da marca Wykeham Farrance, modelo 17044, com capacidade de
80 cm3 reversíveis. Este medidor automático de variação volumétrica pode ser visto na
Figura 3.17, juntamente com o corpo de prova já montado no interior da câmara triaxial.
81
Figura 3.16 - Vista do microcomputador utilizado para aquisição de dados durante o
ensaio triaxial com medida direta de sucção e do controlador automático de pressão.
Figura 3.17 - Vista do corpo de prova colocado no interior da câmara triaxial e do
medidor automático de variação volumétrica.
82
O esquema de montagem completo do ensaio triaxial com medida
direta de sucção pode ser visto na Figura 3.18.
O procedimento para a realização do ensaio triaxial com medida
direta de sucção tem início com o cálculo e preparação da quantidade necessária de
amostra para compactar o corpo de prova a ser ensaiado. O corpo de prova para o ensaio
triaxial é moldado com 10 cm de diâmetro e 20 cm de altura, tendo um volume inicial
de 1571 cm3. A compactação de todos os corpos de prova para os ensaios triaxiais
foram dinâmicas e foram feitas em 4 camadas, sendo que, após a compactação de uma
camada eram feitas ranhuras no seu topo para receber a próxima camada, procurando
garantir desta maneira, um corpo de prova homogêneo.
Após a compactação do corpo de prova, procedia-se a montagem e
acoplagem do tensiômetro na base da câmara triaxial. Com o tensiômetro já
posicionado, iniciava-se o programa de aquisição de dados, colocava-se o corpo de
prova no interior da câmara triaxial e procedia-se a montagem final.
Figura 3.18 - Esquema de montagem do ensaio triaxial com medida direta de sucção.
83
Com o corpo de prova no interior da câmara triaxial, procedia-se a
colocação de água no interior da câmara, até que esta estivesse cheia por completo.
Após isto ser feito, abriam-se os drenos superior e inferior e deixava-se o corpo de
prova durante 1 dia em repouso para que a sucção se estabiliza-se.
Após a estabilização da sucção, abria-se outro arquivo para aquisição
de dados e procedia-se a fase de adensamento com a aplicação da pressão confinante,
ainda com a drenagem aberta, e deixava-se o corpo de prova mais 1 dia em repouso para
que houvesse a estabilização dos valores da variação volumétrica e da sucção.
Uma vez atingidas à estabilização do valor da variação volumétrica e
da sucção, abria-se um terceiro arquivo para a aquisição de dados e procedia-se a fase
de ruptura. A fase de carregamento durava cerca de 6 horas, quando definia-se a ruptura
com cerca de 20% de deformação e a fase de descarregamento durava cerca de 2 horas.
Após o fim do ensaio, a câmara triaxial era desmontada, expondo-se
o corpo de prova, do qual, eram coletadas amostras do topo, do meio e da base para
determinação do teor de umidade.
Entre a execução dos ensaios, a cerâmica do tensiômetro ficava
imersa em água, sendo que 24 horas antes do início do ensaio colocava-se a cerâmica,
imersa em água destilada, dentro de uma câmara e aplicava-se vácuo, visando garantir a
saturação da cerâmica pela retirada de quaisquer bolhas de ar do interior da mesma.
Para a realização do ensaio triaxial com medida direta de sucção,
primeiramente a umidade da amostra de composto era corrigida para a umidade
desejada e a amostra era homogeneizada. Em seguida, a amostra era separada, pesada e
reservada em sacos plásticos para evitar perda de umidade.
O tensiômetro, para medida de sucção, seguiu o mesmo
procedimento de montagem que foi utilizado para os ensaios oedométricos com medida
direta de sucção. Após a montagem do tensiômetro, este ficava imerso em água para
evitar que a pedra porosa perdesse saturação.
84
Os corpos de prova compactados para a realização do ensaio triaxial
com medida direta de sucção tinham 10 cm de diâmetro por 20 cm de altura. A
compactação do corpo de prova foi feita em 4 camadas, de forma dinâmica, buscando
atingir uma densidade seca desejada, no caso deste trabalho, a densidade seca ótima
obtida com o ensaio de compactação. Utilizou-se um molde tri-partido (Figura 3.19),
um soquete e um martelo para se compactar o corpo de prova.
Figura 3.19 - Vista do molde tri-partido, encamisador e corpo de prova envolto por
um saco plastico para minimizar perda de umidade.
Após a compactação, o corpo de prova era retirado do molde e
colocado sobre uma bancada para aguardar o encaixe do tensiômetro na base da célula
triaxial. Este procedimento era feito relativamente rápido, porém se cobria o corpo de
prova para evitar perda de umidade para a atmosfera (Figura 3.19). Depois da instalação
do tensiômetro na base da célula triaxial, o corpo de prova era colocado na base (Figura
3.20), era posicionada a membrana de borracha e a câmara triaxial era enfim colocada.
Durante todo este processo, os dados do tensiômetro eram continuamente coletados pelo
sistema de aquisição de dados e armazenados por um microcomputador.
85
Figura 3.20 - Vista do corpo de prova colocado sobre a base para ensaio triaxial com
medida de sucção.
Depois da câmara triaxial ser devidamente fechada, procedeu-se o
preenchimento da mesma, com água. Após a câmara triaxial ter sido preenchida com
água, aplicou-se uma pressão confinante para dar início à fase de adensamento do corpo
de prova. Foi permitida a livre drenagem do corpo de prova durante esta fase do
adensamento. Durante esta fase, leituras constantes do tensiômetro e da variação
volumétrica foram feitas e armazenadas em um microcomputador. Esta fase do ensaio
teve duração mínima de 24 horas, tempo suficiente para que houvesse estabilização das
leituras do tensiômetro e da variação volumétrica.
86
Após o fim da fase de adensamento, passou-se para a fase de ruptura,
onde a velocidade de ruptura foi definida como sendo 0,12 mm/minuto, de acordo com
a seguinte equação:
Vruptura =
ε axial × L
100 × t r
( 3.2 )
Onde:
Vruptura = Velocidade de ruptura;
εaxial = Deformação axial estimada na ruptura;
L = Altura do corpo de prova;
tr = tempo para que ocorra a ruptura.
Durante a fase de ruptura do ensaio triaxial com medida direta de
sucção, os dados de carga, deslocamento, variação volumétrica, tempo decorrido do
ensaio e sucção/pressão foram lidos e armazenados em um microcomputador. A livre
drenagem foi permitida durante a ruptura, que durava em média 8 horas (carregamento e
descarregamento).
Foram feitos ensaios triaxiais para tensões confinantes de 100, 200,
300 e 400 kPa. Estas tensões confinantes foram utilizadas visando o estudo da utilização
da barreira capilar construída com RSU tratado como cobertura diária em um aterro
sanitário. Ao todo foram feitos 7 ensaios, sendo que foram aproveitados para este
trabalho somente os resultados de 4 ensaios.
Após o final do ensaio, a câmara triaxial era desmontada e o corpo de
prova retirado da base triaxial. Em todos os ensaios foram retiradas, e levadas à estufa a
55oC, amostras de composto do topo, meio e base do corpo de prova, para cálculo de
umidade.
Após todo este procedimento, para cada uma das tensões confinantes,
procederam-se os cálculos do ensaio, nos quais foram consideradas as calibrações dos
transdutores utilizados, a correção de área devido a deformação do corpo de prova e a
variação volumétrica da câmara triaxial. Todas as calibrações feitas se encontram em
anexo.
87
3.2.7
Ensaio de Retenção Unidimensional
O de retenção unidimensional teve como objetivo principal avaliar o
fenômeno unidimensional que ocorre em barreiras capilares, tentando avaliar o
desempenho do RSU tratado como material componente da barreira capilar. Em outras
palavras, buscou-se avaliar a capacidade de retenção de água de uma barreira capilar
construída com RSU tratado levando em consideração os fenômenos de capilaridade e
absorção.
Para realização deste ensaio, um tubo de plástico com 4,21 cm de
diâmetro interno e 61,5 cm de altura foi preso por uma garra, que por sua vez estava
presa a um suporte. O tubo e o conjunto garra e suporte foi colocado sobre uma balança
com capacidade máxima de 10 kg e resolução de 0,1g. Uma bureta, também presa a um
suporte foi posicionada sobre o tubo plástico, porém sem haver contato com a balança.
O esquema de montagem é apresentado na Figura 3.21. Um recipiente foi colocado sob
a coluna para coletar o liquido resultante de uma possível falha da barreira capilar.
Figura 3.21 - Esquema de montagem do ensaio de retenção unidimensional.
88
O tubo plástico foi marcado de tal maneira que permitisse ensaios
com uma camada capilar de no máximo 50 cm. Sobre a marca, divisa entre a camada
capilar e a barreira capilar, foi feito um orifício onde foi colocado um outro tubo
plástico, com menor diâmetro, visando que este funcionasse como um piezômetro. O
objetivo da colocação deste tudo foi verificar e registrar a possível geração de pressões
positivas na camada capilar.
O procedimento padrão de ensaio foi compactar a camada capilar no
interior do tubo de plástico com uma dada densidade e com uma altura de 25cm.
Posteriormente o bloco capilar era colocado e a coluna, agora contendo a barreira
capilar, era posicionada no suporte, que por sua vez era colocado sobre a balança.
Pequenas pedras foram colocada no topo da camada capilar para evitar que o
gotejamento perfurasse a camada capilar, também, tomou-se o cuidado de retirar, do
material componente do bloco capilar, objetos com dimensões que pudessem impedir a
passagem de água ou que mascarassem os resultados, já que o papel do bloco capilar é
tão somente propiciar a quebra hidráulica entre a camada capilar e o material sobre o
qual a barreira capilar é construída.
Após a colocação do suporte com a camada capilar sobre a balança, a
mesma era zerada e a bureta posicionada sob a coluna. Iniciava-se o cronometro
juntamente com o início do gotejamento sobre o topo da camada capilar. A leitura da
balança e o tempo eram anotados a cada 5 minutos, bem como a distância de avanço da
frente de umedecimento, a partir do topo da camada capilar.
A adição de água era feita, procurando se manter uma variação de 2
gramas a cada 5 minutos, até que a frente de umedecimento atingisse a fronteira entre a
camada capilar e o bloco capilar. Assim que algum sinal de passagem era visualmente
constatado, a adição de água era interrompida. Depois de um período de estabilização
de cerca de 12 horas, a última leitura da balança e tempo eram anotados. Após a última
anotação, a coluna era desmontada, recolhendo-se amostras a cada 5cm da camada
capilar e recolhendo-se todo o material do bloco capilar para se efetuar a determinação
do teor de umidade.
Procurando-se repetir o que foi feito no ensaio oedométrico com
medida direta de sucção e nos ensaios de permeabilidade, foram feitos 3 ensaios com 3
89
densidades diferentes da camada capilar, visando verificar o efeito da densidade no
fenômeno capilar e na capacidade de retenção de água da barreira capilar.
3.2.8
Barreira Capilar Experimental
Este ensaio tem como objetivo simular a construção e o
comportamento de uma barreira capilar em laboratório. Para este experimento utilizouse o mesmo equipamento de AVELAR (2003) e SOARES (2006) que estudaram fluxo
de água em taludes. Esta caixa pode ser observada na Figura 3.22.
Figura 3.22 - Vista lateral da caixa utilizada para a construção da barreira capilar
experimental em laboratório.
As dimensões da caixa utilizada para a construção da barreira capilar
feita com RSU pré-tratado são 1,80 por 0,60m de largura e 0,44m de profundidade. Na
Figura 3.23 pode se observar um esquema da caixa com as respectivas dimensões
indicadas.
90
Figura 3.23 - Esquema da caixa utilizada no ensaio da barreira capilar experimental
construida com RSU pré-tratado.
Para ser possível a coleta da água percolada pela camada capilar,
bloco capilar e por run off, separadamente, utilizou-se somente a porção da caixa que
sofre inclinação. Isto foi feito para que não se causassem danos na caixa utilizada para o
ensaio da barreira experimental. Para isto, uma contenção foi construída e pode ser
observada na Figura 3.24.
A contenção foi construída em plástico para que fosse fácil executar
furos para passar a tubulação dos drenos das diferentes camadas. Depois de ser feita a
furação, foi colocado o tubo dreno e foi vedado com silicone ao redor do tubo, dos dois
lados (interno e externo), para se evitarem vazamentos. Na Figura 3.25 é possível
visualizar a parte interna da caixa, onde o dreno repousa sobre uma manta de PVC e
passa pela contenção, onde procurou-se garantir a vedação. Foi vedado com silicone
todo o contato entre a contenção e a caixa acrílica para, também se evitarem
vazamentos.
91
Figura 3.24 - Vista da contenção construída para permitir o uso somente da parte
desejada da caixa e respectivos drenos para a coleta do run off, camada capilar e
bloco capilar.
Na Figura 3.26 observa-se detalhe do posicionamento do dreno do
bloco capilar. Este dreno foi construído em forma de “T” e sua colocação foi feita junto
a contenção devido a própria construção da caixa de acrílico que impedia que o dreno
fosse posicionado de outra maneira. Isto foi benéfico pois propiciou que a menor
quantidade de liquido possível ficasse retida no interior da caixa.
Detalhes do posicionamento do dreno da camada capilar podem ser
observados na Figura 3.27. A princípio pensou-se em, como no bloco capilar, fazer um
dreno em forma de “T”, porém esta configuração não foi eficaz. Sendo assim, optou-se
por aproveitar o formato em “T” e acrescentar furos junto à contenção e revesti-los com
um geossintético para evitar-se a colmatação do dreno. Esta configuração também
permitiu que a menor quantidade possível de líquido ficasse retida no interior da caixa.
92
Figura 3.25 - Detalhe da instalação dos drenos.
Figura 3.26 - Detalhe da montagem do bloco capilar.
93
Figura 3.27 - Detalhe da construção do deno da camada capilar.
O esquema de montagem da barreira capilar experimental, bem como
a altura da colocação dos drenos são apresentados na Figura 3.28.
Figura 3.28 - Esquema construtivo da barreira capilar experimental.
Para este trabalho, a eficiência total da barreira capilar foi definida
como sendo a porcentagem de água que não passou pela barreira, ou seja, será a
somatória de toda a água que não passou pela barreira capilar dividida pela quantidade
total de água que entrou na barreira capilar. Assim sendo, a eficiência será definida
como :
E=
(VCC + VRO + VRET )
VTOT
× 100(% )
( 3.3 )
94
Onde:
E = Eficiência Total da Barreira Capilar;
VCC = Volume que saiu da Camada Capilar (cm3);
VRO = Volume que saiu por Run Off (cm3);
VRET = Volume que ficou retido no material (cm3);
VTOT = Volume total de precipitação (cm3).
A precipitação foi aplicada na parte superior da camada capilar
atravez dos aspersores posicionados sobre ela. Ressalta-se também, que para os ensaios
realizados, não foi considerada a perda de água devido à evaporação, quer seja durante o
evento da chuva, quer seja após o evento da chuva.
O ensaio da barreira capilar experimental teve como procedimento
padrão o início da marcação do tempo com o início da chuva. A duração da chuva foi
estabelecida em 2 horas para tentar simular uma chuva de nível moderado. Durante o
período da chuva as leituras eram feitas de 10 em 10 minutos. Após o período de 2
horas a chuva era interrompida e as leituras continuavam a ser feitas com intervalos de
10 minutos por cerca de 2 horas e, após este período, com intervalos de 20 minutos por
cerca de 1 a 2 horas. Após este início de ensaio, os recipientes de coleta eram
posicionados e cerca de 20 horas era feito uma nova leitura.
Após um período total de 24 horas (de um dia para o outro)
reiniciava-se a chuva por um mesmo período de 2 horas, voltando a se fazer medidas
com intervalos de 10 minutos. Isto foi feito para se averiguar o que aconteceria com
eficiência da barreira com a recorrência de uma chuva de igual intensidade após um
período de 24 horas
Depois da repetição da chuva inicial eram feitas medidas com
intervalos de 10 minutos, e, posteriormente, com intervalo de 20 minutos. Deixava-se a
barreira “descansar” por cerca de 24 horas e, após este período, mudava-se a inclinação
da barreira e iniciava-se o mesmo procedimento de ensaio. Durante todo o ensaio, uma
95
temperatura média de 25º Celsius foi mantida, visando controlar possíveis diferenças
nos resultados devido á variação de temperatura.
Estabeleceu-se que durante o período de chuva, se faria uma aferição
da quantidade de chuva “precipitada” colocando-se recipientes com área conhecida
sobre a superfície da barreira, os quais coletariam a água da chuva e, posteriormente,
conhecendo-se o volume coletado em cada recipiente era calculado o volume de chuva
por metro quadrado por hora. De posse do volume de chuva estimou-se, para efeito de
cálculos, a quantidade de chuva pela área de barreira capilar por minuto.
A rede de aspersores utilizada para a realização dos ensaios continha,
ao todo, 8 bicos aspersores, sendo que os 2 últimos bicos aspersores foram fechados,
para se minimizar a ocorrência de chuva na área onde a geomembrana de PVC foi
colocada, evitando assim, mascarar os resultados obtidos. Na Figura 3.29 observa-se os
bicos aspersores utilizados, os bicos aspersores fechados e a área onde se considerou
que houve chuva. Assim, foi considerada uma área de 6519 cm2 como sendo a área
onde havia chuva.
Figura 3.29 - Detalhe dos bicos aspersores e da área considerada para cálculo da
chuva.
96
Foram feitos 3 ensaios, com inclinações de 5, 10 e 15 graus, para
camada capilar com composto de granulometria menor de 4 mm e 3 ensaios, com
inclinações de 5, 10 e 15 graus, para camada capilar com granulometria menor do que 2
mm.
Em seguida, mantendo uma inclinação de 20 graus, variou-se o
tempo de chuva aplicada sobre a superfície da camada capilar. A barreira capilar foi
submetida a 2, 1,5 e 1 hora de chuva.
Ainda com a inclinação de 20 graus, para avaliar a diminuição da
velocidade de infiltração sobre a camada capilar, aplicou-se o volume correspondente a
2 horas de chuva, em um período de tempo de 4 horas. Isto foi feito ligando e
desligando os aspersores de 5 em 5 minutos, durante 4 horas.
Todo este procedimento foi feito para uma barreira capilar com
camada capilar medindo 25 cm de altura e bloco capilar medindo 12 cm de altura.
Visando verificar o efeito do aumento da densidade da camada
capilar, impôs-se uma compactação à mesma e repetiu-se a aplicação de chuva com
diferentes tempos. O processo de compactação pode ser observado na Figura 3.30.
Novamente se submeteu a barreira capilar a 2, 1,5 e 1 hora de chuva. Após a
compactação a altura da camada capilar foi reduzida para 16 cm de altura, sendo que o
bloco capilar ficou com os mesmos 12 cm de altura. Para completar o espaço que
sobrou, devido a redução da altura da camada capilar, colocou-se uma camada de RSU
tratado, com partículas menores do que 4 mm, no topo da camada capilar. Isto foi feito
pois, com a quantidade de amostra restante, não seria possível obter a quantidade
suficiente de material com partícula menor do que 2 mm para completar a caixa.
97
Figura 3.30 - Compactação da camada capilar.
Com a caixa completa, colocou-se novamente uma fina camada de
pedra britada sobre a barreira capilar para evita que pingos de água a transpassassem.
Este procedimento pode ser visto na Figura 3.31.
Figura 3.31 - Colocação da camada de brita sobre a barreira capilar compactada.
98
3.2.9
Simulação da Chuva
O ensaio da barreira capilar experimental em laboratório apresentou
alguns desafios para a sua execução. A simulação da chuva foi o maior deles, pois como
não havia condições para a construção de uma camada para balanço hídrico (controle e
distribuição equânime da infiltração) a distribuição por igual da chuva representou um
desafio.
A princípio, colocou-se os aspersores virados em direção da caixa,
porém isto causou um problema sério os aspersores. Devido à pouca altura em relação à
superfície da barreira capilar, os aspersores concentravam a névoa de água em lugares
específicos, causando o umedecimento excessivo de alguns pontos, enquanto outros
continuavam secos. Este fato pode ser observado na Figura 3.32.
A concentração de chuva em determinados pontos foi corrigida
virando-se os aspersores para cima, fazendo com que a névoa de água subisse e depois
caísse por igual na superfície da barreira capilar. Porém isto causou outro problema, a
ocorrência de goteiras devido à concentração de água no tubo dos aspersores. A
formação de gotas pode ser observada na Figura 3.34. Isto foi solucionado, colocandose uma camada fina de pedra sobre o composto para suportar o impacto do gotejamento,
evitando assim, a formação de buracos na barreira capilar.
99
Figura 3.32 - Detalhe da concentração de umidade em pontos específicos causada
pela simulação irregular de chuva.
Outro problema encontrado foi a infiltração de água na interface
acrílico/composto. Isto ocorreu devido a névoa de água se concentrar no acrílico e
escorrer na interface acrílico/composto (Figura 3.33). Este problema foi solucionado
com a instalação de canaletas em toda a borda da área superficial da barreira capilar
(Figura 3.34). Mesmo assim, verificou-se que a canaleta não seria eficaz se ela não
estivesse encostada na superfície da barreira capilar, pois neste caso, continuaria
havendo acúmulo de água no acrílico e conseqüente passagem de águá na interface
acrílico/composto. Por este motivo, a canaleta foi colocada em contato com a superfície
do composto.
100
Figura 3.33 - Detalhe da infiltração de água na interface acrílico/composto.
Figura 3.34 - Detalhe da montagem final do ensaio da barreira capilar experimental,
com os aspersores posicionados para cima, com a canaleta colocada e com uma
camada fina de pedra britada disposta na superfície da barreira capilar.
101
CAPÍTULO 4 - APRESENTAÇÃO
E
DISCUSSÃO
DOS
RESULTADOS
Neste capitulo serão apresentados e discutidos os resultados obtidos
em todos os ensaios realizados, tanto na Alemanha quanto no Brasil, utilizando o
resíduo sólido urbano pré-tratado mecânica e biologicamente e o composto produzido
na usina de tratamento do Caju.
4.1
RESULTADOS OBTIDOS NA ALEMANHA
Os estudos feitos na Alemanha usaram resíduos pré-tratados dos
aterros de Mansie (distrito de Ammerland), Rethmann (empresa alemã que possui um
processo de pré-tratamento para os seus resíduos) e Münster.
4.1.1
Granulometria
Na Figura 4.1 é possível observar o resultado do ensaio de
granulometria para os resíduos de Münster, Mansie e Rethmann. O resíduo de
Rethmann claramente tem mais finos do que os outros dois resíduos, provavelmente
devido ao processo de pré-tratamento. De acordo com MUNNICH (2008), o resíduo de
Rethmann foi colocado dentro de um tambor e triturado com o auxilio de esferas de aço.
102
Es cala Granu lomé tri ca ABNT
arg ila
sil te
areia
méd ia
fina
0. 00 2
0 .2
0.0 6
fin o
g rossa
0 .6
2.0 0
6 .00
ped re gu lho
méd io
20 .00
g ro sso
1 00
90
Münster
Mansie
Rethmann
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0,001
0,01
0,1
1
10
100
diâmetro (mm)
Figura 4.1 - Curva granulométrica para o resíduo pré-tratado mecânica e
biologicamente de Münster, Mansie (MÜNNICH, 2006) e Rethmann (PAHL, 2006).
4.1.2
Sólidos Voláteis
PAHL (2006) realizou o ensaio de sólidos voláteis para os materiais
provenientes de Mansie e Rethmann. O material proveniente de Mansie teve uma perda
de 38,2% e o material proveniente de Rethmann teve uma perda de 42,0%. Estes
resultados mostram que provavelmente o material proveniente de Rethmann tem mais
material orgânico do que o material proveniente de Mansie.
4.1.3
Ascensão Capilar
O processo de ascensão capilar no ensaio realizado por PAHL (2006)
para o material proveniente de Rethmann pode ser observado na Figura 4.2. O resultado
mostra que no período de 24 horas o processo já estava completo e a linha de
umedecimento já havia atingido o topo da amostra de 17cm de altura.
103
Figura 4.2 - Processo de ascensão capilar (PAHL, 2006).
Após o termino do processo de ascensão o corpo de prova foi
dividido em camadas de 5 cm e a umidade de cada camada foi medida. Os resultados
encontrados por PAHL (2006) podem ser observados na Figura 4.3.
Altura da Coluna (cm)
20-30
15-20
5-10
0-5
0,40
0,42
0,44
0,46
0,48
0,50
0,52
0,54
0,56
Umidade (Vol%)
Figura 4.3 - Resultados da umidade em relação a altura do corpo de prova (PAHL,
2006).
4.1.4
Resultados dos Ensaios de Permeabilidade
Foram realizados ensaios de permeabilidade com carga constante
visando estudar a permeabilidade do RSU pré-tratado mecânica e biologicamente.
104
Nas Figura 4.4 e Figura 4.5, pode-se observar os resultados obtidos
para os ensaios de permeabilidade realizados.
Os resultados obtidos mostram que quanto maior a massa específica
menor é a permeabilidade e os resultados obtidos por PAHL (2006) mostram que os
menores valores de permeabilidade foram encontrados para o material de Rethmann.
Münter(0,6 a 2mm d=0,68 g/cm3)
Mansie(0,6 a 2mm d=053 g/cm3)
Mansie(0,6 a 1mm d=0,73 g/cm3)
Münter(0,6 a 1mm d=0,52 g/cm3)
12:00 PM
12:00 AM
12:00 PM
12:00 AM
12:00 PM
Permeabilidade (cm/s)
1,0E+00
1,0E-01
1,0E-02
1,0E-03
Tempo
Figura 4.4 - Resultados obtidos para os ensaios de permeabilidade realizados para os
materiais de Mansie, Münster.
Permeabilidade (cm/s)
1,2E-02
8,0E-03
4,0E-03
0,0E+00
31/8/06
10/9/06
20/9/06
30/9/06
10/10/06
20/10/06
Data da Leitura
Figura 4.5 - Resultados de Permeabilidade do material de Rethmann, com
granulometria maior do que 1 mm e menor do que 2 mm (PAHL, 2006).
105
4.1.5
Ensaio de Sucção
Uma coluna com material proveniente de Mansie foi montada e
instrumentada com 2 tensiômetros e com 3 termômetros com o objetivo de verificar a
variação da sucção em função da variação de temperatura. O esquema de montagem
pode ser observado na Figura 4.6.
Figura 4.6 - Vista do ensaio de sucção realizado com material provenientes de
Mansie nos laboratórios da Universidade Técnica de Braunschweig.
Uma lâmpada foi colocada sobre o corpo de prova com o intuito de
provocar um aumento de temperatura. Os resultados obtidos podem ser observados na
Figura 4.7.
Constatou-se que há grande influencia da temperatura nos valores de
sucção, apesar dos valores obtidos para a sucção terem sido baixos, no máximo 6 kPa.
Isto deveu-se, provavelmente, a granulometria do material estudado (0,6 a 2mm).
106
80
Termômetro do Topo
o
Temperatura ( C)
60
2o Termômetro
40
3o Termômetro
20
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
0
Tensiômetro perto
da base
Pressão (kPa)
-1
-2
-3
-4
Tensiômetro perto
do topo
-5
-6
-7
Tempo (s)
Figura 4.7 - Resultado do ensaio de sucção versus temperatura para o material de
Mansie.
4.1.6
Barreira Capilar em Laboratório
PAHL (2006), em continuação ao estudo iniciado por IZZO (2006)
realizou o teste de uma barreira capilar experimental construída com RSU tratado
proveniente de Rethmann com granulometria entre 1 e 2mm. PAHL (2006) utilizou
RSU tratado tanto para construir a camada capilar quanto para construir o bloco capilar.
Simulando o evento de uma chuva e variando a inclinação da barreira capilar, os
resultados obtidos podem ser vistos na Figura 4.9.
Na Figura 4.8 é possível observar a caixa onde foi montada a barreira
capilar com RSU pré-tratado na Universidade Técnica de Braunschweig.
107
Figura 4.8 - Barreira capilar experimental montada na Universidade Técnica de
Braunschweig.
10
Q Pico de Fluxo (CC)
Q Média do Fluxo Máximo (CC)
Fluxo de Saída [ml/s]
8
Q Média do Fluxo Máximo (CB)
6
4
2
0
0°
4°
8°
10°
Inclinação
14°
18°
Figura 4.9 – Resultado obtido por PAHL (2006) para uma barreira capilar
experimental construída com material oriundo de Rethmann com granulometria
entre 1 e 2mm..
O desempenho da barreira capilar experimental construída por PAHL
(2006) mostrou-se muito bom. No entanto, a observação de fluxo de saída quando da
inclinação a 0º e a respectiva ausência de fluxo pelo bloco capilar evidencia que
provavelmente não houve um cuidado na construção do bloco capilar. Por se tratar de
um ensaio de pequena escala (7,3 x 25 x 85 cm), talvez não tenha havido o cuidado em
se excluir do material utilizado como bloco capilar, partículas com dimensões tais que
pudessem comprometer os resultados. Sendo assim, o bloco capilar, além de propiciar a
quebra hidráulica entre necessária para a ocorrência do fenômeno capilar, funcionou
também como uma barreira física para o fluxo do percolado, descaracterizando assim, o
funcionamento da barreira capilar.
108
Observa-se também, que não houve saída de liquido pelo bloco
capilar em nenhuma das inclinações impostas. Isto é perfeitamente possível, pois
depende das características do material e da velocidade de infiltração de entrada. No
entanto, o crescente acúmulo de liquido na camada capilar leva, inevitavelmente, à falha
da barreira capilar e conseqüente passagem de liquido para o bloco capilar. Sendo
assim, a ausência total de registro de fluxo pelo bloco capilar é no mínimo estranha.
4.2
RESULTADOS OBTIDOS NO BRASIL
Neste item serão apresentados os resultados de ensaios experimentais
obtidos no laboratório de geotecnia da COPPE-UFRJ para o composto coletado na
Usina de Tratamento e Transbordo do Caju. Serão apresentados resultados de ensaios de
compactação, permeabilidade, adensamento com medida de sucção, ensaios triaxiais
com medida de sucção, ensaio de retenção unidimensional e os resultados para uma
barreira capilar experimental construída em laboratório.
4.2.1
Granulometria
Na Figura 4.10 é possível observar o resultado da análise
granulométrica para a primeira e para a segunda amostra coletada na usina de
tratamento do Caju. Em vermelho estão os resultados para a primeira amostra e em
preto os resultados para a segunda amostra.
O material coletado na primeira amostra, como resultado do processo
de compostagem, passou por uma peneira com malha de 10mm. Na segunda
amostragem foram coletados dois materiais, um que passou por uma peneira de 10mm e
outro que passou por uma peneira de 22mm.
109
O primeiro material coletado apresenta uma maior quantidade de
finos. Uma possível explicação para isto é o método de coleta, e o fato de que este
material estave armazenado no pátio da usina de tratamento do Caju por um bom tempo,
assim, a quantidade de pó e areia coletada juntamente com o composto foi alta.
Na segunda coleta realizada, os cuidados foram redobrados, o que
resultou em uma menor quantidade de areia e pó, o que é facilmente observado na
Figura 4.10.
Na Figura 4.11, apresenta-se o aspecto do material coletado em cada
peneira, durante o processo de peneiramento.
Referência - Escala Granulométrica ABNT
Similar
a argila
similar a silte
fina
0.002
0.06
similar a areia
média
0.2
similar a pedregulho
grossa
0.6
fino
2.00
grosso
médio
6.00
20.00
100
porcentagem que passa (%)
90
S01 - T01 10mm
S01 - T02 10mm
S01 - T03 10mm
S02 - T01 10mm
S02 - T02 10mm
S02 - T03 22mm
S02 - T04 22mm
S02 - T05 22mm
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0,001
0,01
0,1
1
10
100
Diâmetro (mm)
Figura 4.10 - Analise granulométrica feita para as amostras 01 e 02 oriundas da
usina de tratamento do Caju.
Figura 4.11 - Aspecto das frações individuais da amostra 02 proveniente da estação
de tratamento do Caju (frações menores do que 10mm).
110
O composto da Usina do Caju, em comparação com o RSU prétratado mecânica e biologicamente estudado por PAHL (2006) mostrou ser mais bem
graduado, o que é uma desvantagem, devido a menor disponibilidade de material das
faixas granulométricas desejadas. Isto seria facilmente corrigido, atuando-se no
processo de produção do composto.
O composto da Usina do Caju, apesar de apresentar praticamente a
mesma quantidade de material orgânico do que o RSU pré-tratado estudado por PAHL
(2006), ainda mostra uma deficiência grave, que é a presença em grande quantidade de
vidro, metais e plástico. A capacidade de retenção de água e a permeabilidade do
composto estão intimamente ligadas com a qualidade do composto (RSU pré-tratado).
Mais uma vez, a solução para o problema passa pelo controle no processo de produção
do composto.
4.2.2
Compactação
O ensaio de compactação seguiu a metodologia da norma NBR 7182
(1986) com energia normal. O resultado é apresentado na Figura 4.12.
Massa Esp. Aparente Seca (g/cm3 )
0,84
0,82
0,80
0,78
0,76
0,74
0,72
0,70
32
34
36
38
40
42
44
46
48
Umidade Média na Base Úmida (%)
Figura 4.12 - Resultado do ensaio de compactação para o RSU pré-tratado mecânica
e biologicamente com granulometria menor do que 4mm.
111
Através do resultado do ensaio de compactação determinou-se uma
umidade ótima de 39,4% (base úmida) e massa específica seca de 0,82 g/cm3. Estes
valores foram utilizados como referência durante todo este trabalho.
Observa-se que foram necessários vários pontos para se obter a curva
de compactação para este material, isto foi devido a grande variabilidade dos resultados
obtidos. O RSU tratado é um material bastante heterogêneo e, devido a este fato, é
esperada uma grande dispersão em resultados obtidos em ensaios realizados com este
tipo de material.
4.2.3
Ensaios de Permeabilidade
Na Figura 4.13 é possível observar o resultado do ensaio de
permeabilidade à carga constante feito para a amostra 01 com grãos entre 0,83 e 2mm e
com uma massa específica seca de 0,52 g/cm3. O resultado mostra valores de
permeabilidade da ordem de 10-2 cm/s, enquanto que a amostra do composto com toda a
sua faixa granulométrica apresentou permeabilidade da ordem de 10-6 cm/s, mostrando a
forte influência da poeira e areia coletados juntamente com o composto.
Coeficiente de Permeabilidade (cm/s)
1,0e+0
1,0e-1
1,0e-2
1,0e-3
0
2
4
6
8
10
12
Tempo (horas)
Figura 4.13 - Ensaio de permeabilidade à carga constante para a amostra 01 da
Usina do Caju, granulometria de 0,83 a 2mm.
112
Para a segunda amostragem feita, e por praticidade, decidiu-se
ensaiar o composto passante em uma peneira de malha com abertura de 4 mm. Sendo
assim, toda faixa entre 4 mm e 0 mm foi usada. Com isto, obteve-se 3 vantagens de
ordem prática : aumento da quantidade de material para ensaio, diminuição no tempo
necessário para se peneirar o material e peneira com malha disponível comercialmente.
Os resultados para os ensaios de permeabilidade com o composto da
Usina do Caju, passante na peneira 4mm e com 3 diferentes massas específicas são
apresentados na Figura 4.14.
Coeficiente de Permeabilidade (cm/s)
1,00e-2
y = 2,36387e
R² = 0,92389
1,00e-3
60% da Massa
Específica Ótima
80% da Massa
Específica Ótima
Massa Específica Ótima
-16,94983x
1,00e-4
1,00e-5
1,00e-6
1,00e-7
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
3
Massa Específica Seca (g/cm )
Figura 4.14 - Ensaio de permeabilidade à carga constante para a amostra de
composto da Usina do Caju, com três diferentes massas específicas e com
granulometria menor do que 4mm.
O valor do coeficiente de permeabilidade encontrado para o
composto com granulometria menor do que 4 mm é compatível com os valores
encontrados na literatura para RSU. Ainda, os valores do coeficiente de permeabilidade
encontrados foram cerca de uma ordem de grandeza menores que os encontrados para o
material utilizado por PAHL (2006)
Apesar de ser um material relativamente estável, ainda existem
resquícios de atividade biológica ocorrendo. Por este motivo, os resultados mostram
113
uma leve variação de uma leitura para outra, variação esta, também encontrada nos
resultados de PAHL (2006) e nos resultados obtidos na Alemanha.
Aparentemente, esta pequena geração de gás é comum para o RSU
que passou por pré-tratamento similar ao pré-tratamento aplicado no composto utilizado
para este estudo. Este fato faz com que seja necessária uma atenção maior durante a
execução de ensaios de permeabilidade, pois os gases produzidos podem afetar os
resultados. A verificação constante da existência de acumulo de gases na tubulação e a
retirada dos mesmos devem garantir a qualidade dos resultados.
4.2.4
Capacidade de Campo
Ao final do ensaio de permeabilidade para o material da amostra 01
com granulometria de 0,83 à 2mm, deixou-se o corpo de prova drenar até que não saísse
mais água e, então, determinou-se o teor de umidade, que foi de 52,3% (base úmida).
Pode-se visualizar o processo na Figura 4.15.
Figura 4.15 - Determinação da capacidade de campo.
No final de cada ensaio de permeabilidade, para o composto com
granulometria menor do que 4 mm, foi determinada a capacidade de campo. O corpo de
prova com massa específica de 0,492 g/cm3 (Grau de Compactação de 60%) apresentou
uma capacidade de campo de 56,0%. O corpo de prova com massa específica de 0,656
g/cm3 (Grau de Compactação de 80%) apresentou uma capacidade de campo de 48,3%.
114
O corpo de prova com massa específica de 0,82 g/cm3 (Grau de Compactação de 100%)
apresentou uma capacidade de campo de 46,8%.
Com os resultados da capacidade de campo para os três corpos de
Capacidade de Campo (%) - Base Úmida
prova com massas específicas diferentes, foi possível traçar o gráfico da Figura 4.16.
58
Y = 42,78.X
56
-0,361
R² = 0,92
54
52
50
48
46
44
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
3
Massa Específica Seca (g/cm )
Figura 4.16 - Capacidade de Campo versus Massa Específica Seca para o composto
com granulometria menor do que 4 mm com diferentes massas específicas.
Os resultados indicam que quanto maior a massa específica seca do
composto com dimensão de partícula equivalente a 4 mm, menor será a capacidade de
campo e menor será o coeficiente de permeabilidade. Isto se deve a grande redução do
volume de vazios causada pelo aumento da massa específica seca, no entanto, o
aumento da massa específica seca deve ocasionar um aumento do valor da máxima
sucção que o material pode atingir, melhorando assim o fenômeno da ascenção capilar,
o que pode ser vantajoso considerando o fenômeno unidimensional da barreira capilar.
Quanto ao fenômeno bidimensional que ocorre nas barreiras
capilares, o aumento da massa específica pode vir a ser um problema, pois de acordo
com MÜNNICH et al. (2005), a permeabilidade horizontal em RSU é maior que a
permeabilidade vertical e o aumento da massa específica causa uma redução na
115
diferença entre a permeabilidade vertical e horizontal. Sendo assim, a distância de falha
da barreira capilar pode diminuir, ocasionando a passagem do lixiviado em pontos
indesejados.
4.2.5
Ensaio de Adensamento com Medida de Sucção
Foram feitos ensaios com corpos de prova com diferentes massas
específicas secas, os dados iniciais dos ensaios realizados podem ser vistos na Tabela
4.1.
Na Figura 4.17 são apresentados os resultados de deslocamento
versus a raiz quadrada do tempo dos ensaios, de adensamento com medida direta de
sucção e do ensaio de adensamento convencional, realizados.
Tabela 4.1 - Dados iniciais dos ensaios oedométricos com medida direta de sucção.
CP
Condição
Grau de
Compactação
(%)
8
7
6
9
Não Saturado
Não Saturado
Não Saturado
Saturado
60
80
100
100
e0
Massa Úmida
do CP
(g)
winicial
3,14
2,10
1,55
1,24
83,20
109,30
135,30
102,98
39,00
-------
Massa
Específica
Seca
3
(g/cm )
0,46
0,61
0,79
0,85
Os valores da umidade inicial das amostras 7, 6 e 9 da Tabela 4.1
foram perdidos devido a um problema ocorrido na estufa onde as amostras foram
colocadas para secar.
Na Figura 4.18 são apresentados os resultados de sucção/pressão para
os ensaios de adensamento realizados com diferentes massas específicas.
116
0
-2
Deslocamento (mm)
-4
-6
-8
-10
Massa Específica e Umidade Ótima
80% da Massa Específica Ótima
60% da Massa Específica Ótima
Massa Específica e Umidade Ótima
(Saturado)
-12
-14
0
200
400
Tempo
600
800
1000
(min1/2 )
Figura 4.17 - Gráfico deslocamento versus raiz quadrada do tempo. Composto com
granulometria menor do que 4mm.
Massa
Especifica
e Umidade
Ótimas
Densidade
e Umidade
Ótima
200
80%
Massa
Especifica
Ótima
80%dada
Densidade
Ótima
80%
Massa
Especifica
Ótima
60%dada
Densidade
Ótima
Sucção (kPa)
150
100
50
0
-50
-100
0
200
400
Tempo
600
(min1/2 )
800
1000
Figura 4.18 - Pressão versus raiz quadrada do tempo. Composto com granulometria
menor do que 4mm.
Os resultados de deformação específica versus tensão vertical são
apresentados na Figura 4.19. Nota-se um claro aumento da deformação com a
diminuição da massa específica, o que era de se esperar.
117
A variação do índice de vazios para os ensaios oedométricos com
medida direta de sucção e ensaios oedométrico convencional, são apresentados na
Figura 4.20. Os valores do índice de vazios tem uma variação maior para massas
específicas menores, este resultados corroboram com os resultados obtidos para a
deformação específica.
Massa Específica e Umidade Ótimas
80% da Massa Específica Ótima
60% da Massa Específica Ótima
Massa Específica e Umidade Ótimas
(Saturado)
Deformação Específica (%)
0
10
20
30
40
50
60
1
10
100
1000
10000
Tensão Vertical (kPa)
Figura 4.19 - Deformação específica x tensão vertical aplicada. Composto com
granulometria menor do que 4mm.
3,5
Massa Específica e Umidade Ótimas
80% da Massa Específica Ótima
60% da Massa Específica Ótima
Massa Específica e Umidade Ótimas
(Saturado)
Índice de Vazios, e
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
1
10
100
1000
10000
Tensão Vertica (kPa)
Figura 4.20 - Índice de vazios versus tensão vertical aplicada. Composto com
granulometria menor do que 4mm.
118
A magnitude das deformações observadas para o composto da Usina
do Caju são muito maiores do que aqueles observados, por exemplo, para um solo
utilizado como cobertura em um aterro de resíduos da cidade do Rio de Janeiro (vide
Anexo, item A.6), sendo que, a diferença pode chegar a 35%.
Em comparação com os resultados de deformações obtidos, para
RSU pré-tratado, por CARRUBBA e COSSU (2003), que foram da ordem de 50% para
uma tensão vertical de 400 kPa, os resultados obtidos para o composto da Usina do Caju
foram similares, apresentando uma deformação vertical de 22, 31 e 45% para uma
massa específica seca de 0,49 , 0,65 e 0,82 g/cm3, respectivamente. Sendo assim,
construindo-se uma barreira capilar com este tipo de material, seu comportamento, em
termos de deformação, seria semelhante ao comportamento do RSU, o que traria alguns
benefícios, como a redução de formação de trincas.
119
4.2.6
Ensaio Triaxial com Medida Direta de Sucção
Neste item serão apresentados os resultados dos ensaios triaxiais com
medida direta de sucção. O composto utilizado para compactar os corpos de prova foi
aquele menor do que 4 mm.
Na Tabela 4.2 são apresentadas as condições iniciais e finais dos 4
corpos de prova compactados para a realização dos ensaios triaxiais com medida direta
de sucção.
Tabela 4.2 - Condições iniciais e finais dos corpos de prova nos ensaios triaxiais com
medida direta de sucção realizados.
Ensaio
CP5
CP2
CP3
CP4
hinicial
Φinicial
Ainicial
V0
(cm)
(cm)
20,65
20,05
20,05
20,05
10,10
10,00
10,02
10,02
(cm2)
80,12
78,54
78,85
78,85
(cm3)
1654,45
1574,72
1581,03
1581,03
w inicial
(base úmida)
(%)
33,80
34,45
34,51
36,92
w final
γ inicial
γs inicial
σ3
(g/cm3)
1,22
1,28
1,29
1,28
(g/cm3)
0,81
0,84
0,84
0,81
(kPa)
(%)
100
200
300
400
32,23
33,38
-31,36
(base úmida)
Na Tabela 4.3 são apresentados os valores da variação volumétrica
ocorrida durante a fase de adensamento dos corpos de prova compactados.
Observa-se na Figura 4.21 os resultados dos ensaios triaxiais com
medida direta de sucção para os 4 corpos de prova compactados com o composto da
Usina do Caju. Os gráficos da tensão desvio, sucção/pressão e variação volumétrica
versus a deformação específica podem ser observados.
Tabela 4.3 - Variação volumétrica do corpo de prova durante a fase de adensamento.
CP
Variação Volumétrica na
Fase de Adensamento
3
(cm )
Variação Volumétrica em
Relação ao Volume Inicial
(%)
5
2
3
4
217,84
73,81
91,04
127,18
13,17
4,69
5,76
8,04
120
Os corpos de prova não apresentaram uma superfície de ruptura
definida, sendo que todos os corpos de prova apresentaram um aspecto típico de barril
(Figura 4.22).
800
Tensão Desvio (kPa), σd
A
600
400
200
0
Poro Pressão durante a ruptura (kPa), urup
0
5
80
10
15
20
Deformação Específica (%), ε
25
30
B
σ3= 100 kPa
60
σ3= 200 kPa
40
σ3= 300 kPa
σ3= 400 kPa
20
0
0
5
10
15
20
Deformação Específica (%), ε
25
30
Variação Volumétrica Específica (%)
0
C
-20
-40
-60
-80
-100
-120
-140
0
5
10
15
20
Deformação Específica (%), ε
25
30
Figura 4.21 - Resultados do ensaio triaxial com medida direta de sucção realizado
com tensões confinantes de 100, 200, 300 e 400 kPa. Tensão desvio x Deformação
específica (A). Poro pressão x Deformação específica (B). Variação Volumétrica x
Deformação específica.
121
Figura 4.22 - Aspecto padrão do corpo de prova após o ensaio triaxial com medida
direta de sucção.
A envoltória de resistência, em termos de tensões totais, para os
ensaios triaxiais realizados, é apresentada na Figura 4.23. A envoltória de resistência em
termos de tensões efetivas é apresentada na Figura 4.24.
Tensão Cisalhante (kPa), τ
800
φ = 25,8o
600
400
c = 67 kPa
200
0
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
Tensão (kPa), σd
Figura 4.23 - Envoltória de resistência em termos de tensões totais obtida para ensaio
triaxial com medida direta de sucção em composto compactado na massa específica
ótima com granulometria menor do que 4 mm.
122
A envoltória da Figura 4.24, foi obtida subtraindo os valores obtidos,
para sucção, pelo tensiômetro do resultado das tensões totais. Isto foi feito, pois o
tensiômetro utilizado fornece o valor de sucção de forma direta. Assim, de fato, se
obtém como resultado o valor da poropressão, positiva para pressão e negativa para
sucção.
800
Tensão Cisalhante (kPa), τ
φ =30o
600
400
c = 52 kPa
200
0
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
Tensão (kPa), σd
Figura 4.24 - Envoltória de resistência em termos de tensões efetivas obtida para
ensaio triaxial com medida direta de sucção em composto compactado na massa
específica ótima com granulometria menor do que 4 mm
Utilizando o mesmo princípio de análise, o gráfico q versus p e p’,
para todos os ensaios triaxiais realizados, é apresentado na Figura 4.25.
123
σ3= 100 kPa
300
σ3= 200 kPa
200
σ3= 300 kPa
σ3= 400 kPa
(σ 1
- σ3)/2 - (kPa)
400
100
0
0
200
(σ 1
400
600
800
1000
+ σ3)/2 ; (σ1'+σ3')/2 - (kPa)
Figura 4.25 - Gráfico q x p,p' para ensaio triaxial com medida direta de sucção.
CARVALHO (1999) obteve resultados de ensaios triaxiais para RSU
sem tratamento e na umidade natural, onde o intercepto de coesão teve uma variação de
42 e 60 kPa e ângulo de atrito interno teve uma variação de 21º a 27º. Comparando os
resultados obtidos, neste trabalho, para o composto com granulometria menor do que
4mm constata-se que os valores são similares, apesar do composto não contar com o
efeito fibra, presente nos RSU em virtude da alta quantidade de plásticos presente neste
tipo de material. O efeito fibra foi estudado por DE LAMARE NETO (2004),
BORGATTO (2006) e CALLE (2007).
124
4.2.7
Ensaio de Retenção Unidimensional
Foram realizados ao todo 3 ensaios de coluna, com 3 massas
específicas diferentes. Seguindo o exemplo dos ensaios de adensamento com medida de
sucção realizados, a camada capilar foi compactada dentro da coluna com massas
específicas secas de 0,82, 0,66 e 0,57 g/cm3.
Os dados iniciais dos ensaios de coluna realizados são apresentados
na Tabela 4.4.
Tabela 4.4 - Dados iniciais dos ensaios de coluna realizados.
Ensaio
Massa
Volume de
Específica
Vazios Inicial
Seca
3
1
2
3
g/cm
0,82
0,66
0,57
3
cm
197,98
227,98
244,10
Massa
Inicial
w inicial
Massa de
Água
Inicial
Massa
Seca
g
340,12
241,35
262,68
%
16,10
15,76
24,76
g
54,75
40,04
65,03
g
285,37
214,06
197,65
4.2.7.1 Primeiro Ensaio de Retenção Unidimensional
Definiu-se que a velocidade de infiltração seria a menor possível para
possibilitar o maior desempenho possível do fenômeno unidimensional da barreira
capilar. Na Figura 4.26 é apresentada a velocidade de infiltração versus o tempo
decorrido de ensaio. Esta velocidade foi calculada, para cada instante, dividindo-se o
volume de liquido percolado pelo tempo e, em seguida, dividindo o produto desta
divisão pela área da coluna.
Observa-se que na Figura 4.26 o gráfico apresenta uma interrupção,
isto ocorreu devido ao acumulo de água no topo da camada capilar, acumulo este
125
indesejado. Então, interrompeu-se por alguns instantes a entrada de liquido na coluna e,
portanto, resultando em uma velocidade de infiltração igual a zero.
Velocidade de Infiltração (m/s)
1e-4
1e-5
1e-6
1e-7
0
100
200
300
400
500
600
Tempo (min)
Figura 4.26 - Velocidade de infiltração no topo da camada capilar do ensaio de
retenção unidimensional 1.
Na Figura 4.27, apresenta-se o desenvolvimento da frente de
umedecimento ao longo do tempo. O volume de água percolado através da coluna foi de
132 ml e o tempo total de ensaio foi de 26 horas e 13 minutos.
Na Figura 4.28 é apresentado o gráfico da posição da frente de
umedecimento, tendo como referência o topo da camada capilar, versus o tempo
decorrido de ensaio. As medidas foram feitas de maneira visual e procurando, sempre,
fazer o registro do valor médio observado. A linha tracejada nesta figura é uma tentativa
de se representar o valor médio da frente de umedecimento em função do tempo.
126
Figura 4.27 - Frente de umedecimento e tempos do ensaio 1.
127
Frente de Umedecimento (cm)
0
5
10
15
20
25
30
0
100
200
300
400
500
600
Tempo (min)
Figura 4.28 - Frente de umedecimento versus tempo (Ensaio de Retenção
Unidimensional 1).
A umidade inicial (base úmida), para este primeiro ensaio, foi de
16,1%, para uma massa inicial de 340,1 g. Assim sendo, de início haviam 54,75g de
água já presentes na camada capilar. Na Figura 4.29, é apresentado o volume de água
colocado na camada capilar versus o tempo de ensaio, levando em conta os 54,75g já
presentes na camada capilar. Mostra-se, com as linhas tracejadas desta figura, que após
se adicionar 185,1g de água e decorridos 490 minutos de ensaio, a frente de
umedecimento atingiu o limiar entre a camada capilar e o bloco capilar.
PONTO EM QUE A FRENTE DE UMEDECIMENTO
ATINGIU O BLOCO CAPILAR
3
Volume Percolado (cm )
200
150
100
50
0
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
Tempo (min)
Figura 4.29 - Volume de água percolada em relação ao tempo de ensaio (Ensaio de
Retenção Unidimensional 1).
128
A partir da Figura 4.29, conhecendo-se o volume inicial de água na
camada capilar e conhecendo-se o volume de vazios inicial, traçou-se o gráfico da
porcentagem de volume de vazios ocupado versus o tempo decorrido de ensaio, que está
apresentado na Figura 4.30. Ressalta-se que um volume de água equivalente a 94,3% do
100
80
PONTO EM QUE A FRENTE DE UMEDECIMENTO
ATINGIU O BLOCO CAPILAR
Total do Volume de Vazios Ocupado (%)
volume de vazios foi colocado antes de que houvesse a falha da barreira capilar.
60
40
20
0
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
Tempo (min)
Figura 4.30 - Total do volume de vazios ocupado versus o tempo decorrido de ensaio
(Ensaio de Retenção Unidimensional 1).
Ao final do ensaio, amostras foram retiradas a cada 5 centímetros
para determinação do teor de umidade. Todo o material do bloco capilar também foi
coletado para determinação do seu teor de umidade. Na Figura 4.31, apresentam-se os
valores de umidade versus a altura da barreira capilar, tendo como referência o topo da
camada capilar. A teor de umidade médio da camada capilar foi de 38,8%, enquanto o
teor de umidade do bloco capilar ficou em 22%.
Com base nestes resultados é possível calcular que um volume de
3
180,52 cm de água ficou retido na camada capilar e a massa total final foi de 465,89g,
neste primeiro ensaio, onde a camada capilar foi compactada com massa específica seca
de 0,82 g/cm3
129
A perda de água por evaporação foi de 0,4g, sendo este valor
calculado como sendo o peso de água colocado (132g) subtraído do do peso final
(131,6g). Nada foi coletado no recipiente colocado sob a coluna.
Figura 4.31 - Teor de Umidade (base úmida) versus altura da coluna no ensaio 1.
4.2.7.2 Segundo Ensaio de Retenção Unidimensional
Na Figura 4.32, esta apresentado o resultado da velocidade de
infiltração no topo da camada capilar, versus o tempo, para a camada capilar
compactada com uma massa específica seca de 0,66 g/cm3. A queda na velocidade de
infiltração deveu-se a um defeito na válvula responsável por controlar a entrada de água
na coluna. Assim que o problema foi constatado a velocidade de infiltração foi
corrigida, ficando com um valor médio de 5,27 x 10-6 m/s.
130
Velocidade de Infiltração (m/s)
1e-4
1e-5
1e-6
1e-7
0
100
200
300
400
Tempo (min)
Figura 4.32 – Velocidade de Infiltração no topo da camada capilar do ensaio 2.
Na Figura 4.33 observa-se a evolução da frente de umedecimento em
relação ao tempo de ensaio. O volume de água percolado através da coluna foi de 130
ml e o tempo total de ensaio foi de 21 horas e 40 minutos. Nota-se, pela Figura 4.33,
que existe uma desigualdade da frente de umedecimento neste ensaio, isto se deveu a
uma pequena inclinação sofrida pela coluna durante o ensaio.
Na Figura 4.34, é apresentado o gráfico da distância da frente de
umedecimento (valor médio) versus o tempo de ensaio. Observa-se nesta figura, que o
evento da diminuição da velocidade de infiltração, ocorrida devido a falha de um dos
equipamentos do ensaio, ficou evidente até mesmo pela observação visual da frente de
umedecimento e, após a correção do problema, a frente de umedecimento avançou de
maneira constante no tempo. A linha tracejada, nesta figura, é uma tentativa de se
expressar o comportamento médio da frente de umedecimento em relação ao tempo.
131
Figura 4.33 - Frente de umedecimento e tempos do ensaio 2.
132
Frente de Umedecimento (cm)
0
5
10
15
20
25
30
0
100
200
300
400
Tempo (min)
Figura 4.34 - Frente de umedecimento versus tempo (Ensaio de Retenção
Unidimensional 2).
A umidade inicial (base úmida), para este segundo ensaio, foi de
15,8%, para uma massa inicial de 254,1 g. Assim sendo, de início havia 40,04g de água
já presentes na camada capilar, valor este, próximo do volume de água no início do
primeiro ensaio. Na Figura 4.35, é apresentado o volume de água colocado na camada
capilar versus o tempo de ensaio, levando em conta os 40,04g já presentes na camada
capilar. Quer se mostrar, com as linhas tracejadas desta figura, que após se adicionar
162,94g de água e decorridos 291,83 minutos de ensaio, a frente de umedecimento
alcançou a fronteira entre camada capilar e o bloco capilar.
180
140
PONTO EM QUE A FRENTE DE UMEDECIMENTO
ATINGIU O BLOCO CAPILAR
3
Volume Percolado (cm )
160
120
100
80
60
40
20
0
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
Tempo (min)
Figura 4.35 – Volume de água percolada em relação ao tempo de ensaio (Ensaio de
Retenção Unidimensional 2).
133
A partir da Figura 4.35, conhecendo-se o volume inicial de água na
camada capilar e conhecendo-se o volume de vazios inicial, traçou-se o gráfico da
porcentagem de volume de vazios ocupado versus o tempo decorrido de ensaio, que está
apresentado na Figura 4.36. Ressalta-se que um volume de água equivalente a 71,5% do
100
80
PONTO EM QUE A FRENTE DE UMEDECIMENTO
ATINGIU O BLOCO CAPILAR
Total do Volume de Vazios Ocupado (%)
volume de vazios foi colocada antes da falha da barreira capilar.
60
40
20
0
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
Tempo (min)
Figura 4.36 - Total do volume de vazios ocupado versus o tempo decorrido de ensaio
(Ensaio de Retenção Unidimensional 2).
Neste segundo ensaio houve passagem clara de líquido para o bloco
capilar, ou seja, houve falha evidente da barreira capilar, no entanto, não o suficiente
para ser coletado no recipiente colocado abaixo da coluna.
Ao final do ensaio, amostras foram retiradas a cada 5 centímetros
para determinação do teor de umidade. Todo o material do bloco capilar também foi
coletado para determinação do seu teor de umidade. Na Figura 4.37, apresentam-se os
valores de umidade versus a altura da barreira capilar, tendo como referência o topo da
camada capilar. O teor de umidade médio da camada capilar foi de 40,4%, enquanto o
teor de umidade do bloco capilar ficou em 27,3%. O valor do teor de umidade do bloco
capilar foi maior do que no primeiro ensaio devido a clara passagem de líquido para o
bloco capilar.
134
Figura 4.37 - Teor de Umidade (base úmida) versus altura da coluna no ensaio 2.
Com os resultados apresentado na Figura 4.37 é possível calcular que
um volume de 145,24 cm3 de água ficou retido na camada capilar, que ficou com uma
massa total final de 465,89g.
A perda de água por evaporação foi de 6,1g, sendo este valor
calculado como sendo o peso de água colocado (130g) subtraído do peso final (123,9g).
Nada foi coletado no recipiente colocado sob a coluna.
4.2.7.3 Terceiro Ensaio de Retenção Unidimensional
Na Figura 4.38, está apresentado o resultado da velocidade de
infiltração no topo da camada capilar, versus o tempo, para a camada capilar
compactada com uma massa específica seca de 0,57 g/cm3. Observa-se que a velocidade
135
de infiltração 4,70
10-6 m/s, bem próxima da velocidade dos outros dois ensaios
x
anteriores.
Velocidade de Infiltração (m/s)
1e-4
1e-5
1e-6
1e-7
0
100
200
300
400
Tempo (min)
Figura 4.38 - Velocidade de Infiltração no topo da camada capilar do ensaio 3.
Na Figura 4.39, observa-se a evolução da frente de umedecimento em
relação ao tempo de ensaio. O volume de água percolado através da coluna foi de 125
ml e o tempo total de ensaio foi de 22 horas e 30 minutos. Nota-se, que neste ensaio a
passagem de líquido para o bloco capilar ocorreu mais rapidamente do que nos outros
ensaios e de forma abrupta.
Na Figura 4.40, é apresentado o gráfico da distância da frente de
umedecimento (valor médio) versus o tempo de ensaio. Observa-se que com 90 minutos
decorridos do inicio do ensaio, a frente de umedecimento chegou a fronteira entre a
camada capilar e o bloco capilar, havendo assim a passagem de liquido para o bloco
capilar e caracterizando a falha da barreira capilar. Observa-se, também, que com 300
minutos decorridos do início do ensaio, o liquido que passou para o bloco capilar foi
suficiente para chegar ao recipiente de coleta posicionado sob a coluna de ensaio.
136
Figura 4.39 - Frente de umedecimento e tempos do ensaio 3.
137
Frente de Umedecimento (cm)
0
5
10
15
20
25
30
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
Tempo (min)
Figura 4.40 - Frente de umedecimento versus tempo (Ensaio de Retenção
Unidimensional 3).
A umidade inicial (base úmida), para este segundo ensaio, foi de
24,8%, para uma massa inicial de 197,64 g. Assim sendo, de início havia 65,03g de
água já presentes na camada capilar, valor este, próximo do volume de água no início do
primeiro ensaio. Na Figura 4.41, é apresentado o volume de água colocado na camada
capilar versus o tempo de ensaio, levando em conta os 65,03g já presentes na camada
capilar. Quer se mostrar, com as linhas tracejadas desta figura, que após se adicionar
33,6g de água e decorridos 90 minutos de ensaio, a frente de umedecimento alcançou a
fronteira entre camada capilar e o bloco capilar.
150
100
PONTO EM QUE A FRENTE
DE UMEDECIMENTO
ATINGIU O BLOCO CAPILAR
3
Volume Percolado (cm )
200
50
0
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
Tempo (min)
Figura 4.41 - Volume de água percolada em relação ao tempo de ensaio (Ensaio de
Retenção Unidimensional 3).
138
A partir da Figura 4.41, conhecendo-se o volume inicial de água na
camada capilar e conhecendo-se o volume de vazios inicial, traçou-se o gráfico da
porcentagem de volume de vazios ocupado versus o tempo decorrido de ensaio, que está
apresentado na Figura 4.42. Ressalta-se que um volume de água equivalente a 40,4% do
100
80
60
40
PONTO EM QUE A FRENTE
DE UMEDECIMENTO
ATINGIU O BLOCO CAPILAR
Total do Volume de Vazios Ocupado (%)
volume de vazios, foi adicionada antes que houvesse a falha da barreira capilar.
20
0
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
Tempo (min)
Figura 4.42 - Total do volume de vazios ocupado versus o tempo decorrido de ensaio
(Ensaio de Retenção Unidimensional 3).
Neste terceiro ensaio houve passagem de líquido para o bloco capilar
bem mais rápida do que nos ensaios anteriores. Além disso, a passagem ocorreu de
forma abrupta. Este foi o único dos ensaios em que se coletou liquido no recipiente
colocado abaixo da coluna.
Ao final do ensaio, novamente, amostras foram retiradas a cada 5
centímetros para determinação do teor de umidade. Todo o material do bloco capilar
também foi coletado para determinação do seu teor de umidade. Na Figura 4.43,
apresentam-se os valores de umidade versus a altura da barreira capilar, tendo como
referencia o topo da camada capilar. O teor de umidade médio encontrado na camada
capilar foi de 40,4%, enquanto o teor de umidade do bloco capilar ficou em 42,1%. O
valor do teor de umidade do bloco capilar foi maior do que nos ensaios anteriores,
ficando inclusive maior do que na própria camada capilar. Isto se deveu a grande
139
passagem de liquido para o bloco capilar, o que não ocorreu nos outros ensaios
realizados.
Figura 4.43 - Teor de Umidade (base úmida) versus altura da coluna no ensaio 3.
Com os resultados apresentado na Figura 4.42 é possível calcular que
um volume de 133,93 cm3 de água ficou retido na camada capilar, que ficou com uma
massa total final de 331,58g.
A perda de água por evaporação foi de 3,6g, sendo este valor
calculado como sendo o peso de água colocado (125g) subtraído do peso final (121,4g).
Um total de 20,53g de água foi coletado no recipiente colocado sob a coluna.
140
4.2.7.4 Resultados Finais e Considerações Sobre o Ensaio de Retenção
Unidimensional
Na Tabela 4.5, está apresentado o resumo dos resultados obtidos com
os ensaios de coluna realizados. Observa-se claramente que quanto maior a massa
específica da camada capilar construída com RSU tratado, mais água ela é capaz de
reter. Isto se deve ao aumento das forças capilares.
Tabela 4.5 - Resultados dos ensaios de coluna realizados.
Ensaio
1
2
3
Volume
Massa
Específica de Vazios
Seca
Inicial
g/cm3
0,82
0,66
0,57
cm3
197,98
227,98
244,10
w inicial
w final
(médio)
Massa de
Água
Retida
Total do Volume
de Vazios
Ocupado por
Água
g
%
%
g
%
285,37
214,06
197,65
16,1
15,8
24,8
38,7
40,4
40,4
180,52
145,24
133,93
91,2
63,7
54,9
Massa
Seca
Considerando a menor das massas específicas como sendo a simples
colocação do RSU tratado como camada capilar, sem que haja qualquer forma de
compactação, o simples fato de compactar o material até que este atinja uma massa
específica seca de 0,82 g/cm3 (massa específica seca ótima), ocasiona um aumento de
25,8% na quantidade de água que o RSU tratado consegue reter.
Para ilustrar o potencial de retenção de água, das configurações
estudadas, tomando uma área de 0,65 m2, que é bem próxima da área da caixa onde foi
montada a barreira capilar experimental e cujos resultados são apresentados a seguir, e
considerando uma camada capilar com 22 cm de espessura, se pode calcular o volume
de água que seria retida e, o equivalente em chuva para gerar o volume calculado. Os
resultados destes cálculos podem ser observados na Tabela 4.6.
141
Tabela 4.6 - Potencial de retenção de água e chuva equivalente para uma área
considerada de 0,65 m2e camada capilar com espessura de 22cm.
Massa
Específica
Seca
3
g/cm
0,82
0,66
0,57
Área
Considerada
2
m
0,65
0,65
0,65
Água
Retida
Chuva
Equivalente
l
74,17
59,68
55,03
mm
114,12
91,82
84,67
Ressalta-se, que a retenção do volume de água calculado só ocorreria
sob condições ideais, ou seja, com a mesma massa específica da camada capilar que foi
estudada e com uma chuva com intensidade fraca e de longa duração. A velocidade de
infiltração para os ensaios realizados foi da ordem de 1x10-6 m/s.
142
4.2.8
Barreira Capilar Experimental
Neste item serão apresentados os resultados dos ensaios realizados
com a barreira experimental construída em laboratório. Foram feitos ensaios para 2
faixas granulométricas diferentes da camada capilar, a princípio, camada capilar com
granulometria menor do que 4 mm e, posteriormente, camada capilar com
granulometria menor do que 2 mm. Em seguida serão discutidos os resultados obtidos e
as dificuldades encontradas para a realização dos ensaios.
4.2.8.1 Resultados dos Ensaios com Variação do Ângulo de Inclinação
Para as duas faixas granulométricas obtiveram-se resultados para 3
diferentes inclinações, 5, 10 e 20 graus. Na Figura 4.44, são apresentados os resultados
de vazão de chuva (A); volume total de chuva, volume total de lixiviado que passou
pelas camadas e volume total de run off (B); vazão do lixiviado que passou pelas
camadas e vazão do run-off (C); e por último, eficiência da barreira capilar (D); na
inclinação de 20 graus para composto com granulometria menor do que 4 mm. Ainda,
na Figura 4.44 (C), observa-se que o tempo decorrido para que houvesse a falha da
barreira capilar foi de 90 min para a primeira chuva e 70 minutos para a segunda chuva.
Na Figura 4.45, são apresentados os resultados de vazão da chuva
(A); volume total de chuva, volume total de lixiviado que passou pelas camadas e
volume total de run off (B); vazão do lixiviado que passou pelas camadas e vazão do
run-off (C); e por último, eficiência da barreira capilar (D); na inclinação de 10 graus
para composto com granulometria menor do que 4 mm. Ainda, na Figura 4.45 (C),
observa-se que o tempo decorrido para que houvesse a falha da barreira capilar foi de
100 min para a primeira chuva e 90 minutos para a segunda chuva.
Na Figura 4.46, são apresentados os resultados de vazão da chuva
(A); volume total de chuva, volume total de lixiviado que passou pelas camadas e
volume total de run off (B); vazão do lixiviado que passou pelas camadas e vazão do
run-off (C); e por último, eficiência da barreira capilar (D); na inclinação de 5 graus
para composto com granulometria menor do que 4 mm. Ainda, na Figura 4.46 (C),
143
observa-se que o tempo decorrido para que houvesse a falha da barreira capilar foi de
140 min para a primeira chuva e 90 minutos para a segunda chuva.
Vazão - Chuva (ml/min)
200
180
160
140
120
100
80
60
(A)
40
20
0
0
2000
4000
6000
8000
Tempo (minutos)
Volume Total (ml)
50000
Chuva
Camada Capilar
Bloco Capilar
Run Off
40000
30000
20000
(B)
10000
0
0
2000
4000
6000
Tempo (minutos)
Camada Capilar
Bloco Capilar
Run Off
120
70 min
Vazão (ml/min)
100
80
8000
90 min
60
40
(C)
20
0
0
2000
4000
6000
8000
Tempo (minutos)
Eficiência (%)
100
80
60
40
20
(D)
0
0
2000
4000
6000
8000
Tempo (minutos)
Figura 4.44 - Ensaio da barreira capilar experimental com inclinação de 20º.
Composto da camada capilar menor do que 4mm e composto do bloco capilar com
granulometria menor do que 9,52mm e maior do que 4,72mm.
144
Vazão - Chuva (ml/min)
300
250
200
150
100
(A)
50
0
0
2000
4000
6000
8000
Tempo (minutos)
Volume Total (ml)
70000
Chuva
Camada Capilar
Bloco Capilar
Run Off
60000
50000
40000
30000
(B)
20000
10000
0
0
2000
4000
6000
Tempo (minutos)
Camada Capilar
Bloco Capilar
Run Off
120
100 min
Vazão (ml/min)
100
8000
90 min
80
60
40
(C)
20
0
0
2000
4000
6000
8000
Tempo (minutos)
Eficiência (%)
100
80
60
40
20
(D)
0
0
2000
4000
6000
8000
Tempo (minutos)
Figura 4.45 - Ensaio da barreira capilar experimental com inclinação de 10º.
Composto da camada capilar menor do que 4mm e composto do bloco capilar com
granulometria menor do que 9,52mm e maior do que 4,72mm.
145
Vazão - Chuva (ml/min)
140
120
100
80
60
40
(A)
20
0
0
2000
4000
6000
8000
Tempo (minutos)
Volume Total (ml)
35000
Chuva
Camada Capilar
Bloco Capilar
Run Off
30000
25000
20000
15000
(B)
10000
5000
0
0
2000
4000
6000
Tempo (minutos)
Camada Capilar
Bloco Capilar
Run Off
100
Vazão (ml/min)
90 min
80
8000
140 min
60
40
(C)
20
0
0
2000
4000
6000
8000
Tempo (minutos)
Eficiência (%)
100
80
60
40
20
(D)
0
0
2000
4000
6000
8000
Tempo (minutos)
Figura 4.46 - Ensaio da barreira capilar experimental com inclinação de 5º.
Composto da camada capilar menor do que 4mm e composto do bloco capilar com
granulometria menor do que 9,52mm e maior do que 4,72mm.
146
Na Figura 4.47, são apresentados os resultados de vazão da chuva
(A); volume total de chuva, volume total de lixiviado que passou pelas camadas e
volume total de run off (B); vazão do lixiviado que passou pelas camadas e vazão do
run-off (C); e por último, eficiência da barreira capilar (D); na inclinação de 5 graus
para composto com granulometria menor do que 2 mm. Ainda, na Figura 4.47 (C),
observa-se que o tempo decorrido para que houvesse a falha da barreira capilar foi de
110 min para a primeira chuva e 50 minutos para a segunda chuva.
Na Figura 4.48, são apresentados os resultados de vazão da chuva
(A); volume total de chuva, volume total de lixiviado que passou pelas camadas e
volume total de run off (B); vazão do lixiviado que passou pelas camadas e vazão do
run-off (C); e por último, eficiência da barreira capilar (D); na inclinação de 10 graus
para composto com granulometria menor do que 2 mm. Ainda, na Figura 4.48 (C),
observa-se que o tempo decorrido para que houvesse a falha da barreira capilar foi de 70
min para a primeira chuva e 70 minutos para a segunda chuva.
Na Figura 4.49, são apresentados os resultados de vazão da chuva
(A); volume total de chuva, volume total de lixiviado que passou pelas camadas e
volume total de run off (B); vazão do lixiviado que passou pelas camadas e vazão do
run-off (C); e por último, eficiência da barreira capilar (D); na inclinação de 20 graus
para composto com granulometria menor do que 2 mm. Ainda, na Figura 4.49 (C),
observa-se que o tempo decorrido para que houvesse a falha da barreira capilar foi de
110 min para a primeira chuva e 100 minutos para a segunda chuva.
Decidiu-se repetir o ensaio com inclinação de 5 graus, visando
verificar-se a efetiva ausência de fluxo através do dreno da camada capilar. Os
resultados da repetição deste ensaio são apresentados na Figura 4.50 (A), Figura 4.50B,
Figura 4.50C e Figura 4.50D, onde os gráficos de vazão da chuva; volume total (chuva,
lixiviado que passou pelas camadas e de run off), vazão (do lixiviado que passou pelas
camadas e do run-off) e eficiência total da barreira capilar, respectivamente. Ainda, na
Figura 4.50 (C), observa-se que o tempo decorrido para que houvesse a falha da barreira
capilar foi de 120 min para a primeira chuva e 80 minutos para a segunda chuva.
147
Vazão - Chuva (ml/min)
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
(A)
0
0
1000
50000
Volume Total (ml)
2000
3000
4000
Tempo (minutos)
Chuva
Camada Capilar
Bloco Capilar
Run Off
40000
30000
20000
10000
(B)
0
0
1000
2000
3000
Tempo (minutos)
Camada Capilar
Bloco Capilar
Run Off
100
50 min
Vazão (ml/min)
110 min
4000
80
60
40
20
(C)
0
0
1000
2000
3000
4000
Tempo (minutos)
Eficiência Total (%)
100
80
60
40
20
(D)
0
0
1000
2000
3000
4000
Tempo (minutos)
Figura 4.47 - Ensaio da barreira capilar experimental com inclinação de 5º.
Composto da camada capilar menor do que 2mm e composto do bloco capilar com
granulometria menor do que 9,52mm e maior do que 4,72mm.
148
Vazão - Chuva (ml/min)
200
180
160
140
120
100
80
60
40
(A)
20
0
0
1000
50000
Volume Total (ml)
2000
3000
4000
Tempo (minutos)
Chuva
Camada Capilar
Bloco Capilar
Run Off
40000
30000
20000
(B)
10000
0
0
1000
2000
3000
Tempo (minutos)
Camada Capilar
Bloco Capilar
Run Off
100
Vazão (ml/min)
70 min
4000
70 min
80
60
40
(C)
20
0
0
1000
2000
3000
4000
Tempo (minutos)
Eficiência Total (%)
100
80
60
40
(D)
20
0
0
1000
2000
3000
4000
Tempo (minutos)
Figura 4.48 - Ensaio da barreira capilar experimental com inclinação de 10º.
Composto da camada capilar menor do que 2mm e composto do bloco capilar com
granulometria menor do que 9,52mm e maior do que 4,72mm
149
Vazão - Chuva (ml/min)
200
150
100
50
(A)
0
0
1000
50000
Volume Total (ml)
2000
3000
4000
Tempo (minutos)
Chuva
Camada Capilar
Bloco Capilar
Run Off
40000
30000
20000
(B)
10000
0
0
1000
2000
3000
Tempo (minutos)
Camada Capilar
Bloco Capilar
Run Off
100
Vazão (ml/min)
110 min
4000
100 min
80
60
40
(C)
20
0
0
1000
2000
3000
4000
Tempo (minutos)
Eficiência Total (%)
100
80
60
40
(D)
20
0
0
1000
2000
3000
4000
Tempo (minutos)
Figura 4.49 - Ensaio da barreira capilar experimental com inclinação de 20º.
Composto da camada capilar menor do que 2mm e composto do bloco capilar com
granulometria menor do que 9,52mm e maior do que 4,72mm.
150
Vazão - Chuva (ml/min)
250
200
150
100
50
(A)
0
0
1000
60000
Volume Total (ml)
2000
3000
4000
Tempo (minutos)
Chuva
Camada Capilar
Bloco Capilar
Run Off
50000
40000
30000
20000
10000
(B)
0
0
1000
2000
3000
Tempo (minutos)
120
Vazão (ml/min)
Camada Capilar
Bloco Capilar
Run Off
80 min
120 min
100
4000
80
60
40
20
(C)
0
0
1000
2000
3000
4000
Tempo (minutos)
Eficiência Total (%)
100
80
60
40
20
(D)
0
0
1000
2000
3000
4000
Tempo (minutos)
Figura 4.50 – Repetição do ensaio da barreira capilar experimental com inclinação
de 5º. Composto da camada capilar menor do que 2mm e composto do bloco capilar
com granulometria menor do que 9,52mm e maior do que 4,72mm.
151
4.2.8.2 Resultados dos Ensaios com Variação do Tempo de Chuva
Após a investigação da variação no ângulo de inclinação, a caixa
contendo a barreira capilar experimental foi inclinada a um ângulo de 20 graus em
relação a horizontal e mantida fixa nesta posição. A inclinação de 20 graus foi escolhida
pois verificou-se que com esta inclinação a saída de liquido através do dreno da camada
capilar era maior, o que indica um melhor desempenho do fenômeno bidimensional que
ocorre em barreiras capilares. Nesta etapa, a variação do tempo de chuva e a variação da
velocidade de infiltração foram estudadas.
Na Figura 4.51, são apresentados os resultados de vazão da chuva
(A); volume total de chuva, volume total de lixiviado que passou pelas camadas e
volume total de run off (B); vazão do lixiviado que passou pelas camadas e vazão do
run-off (C); e por último, eficiência da barreira capilar (D); para uma chuva com
duração de 2 horas. Ainda, na Figura 4.51 (C), observa-se que o tempo decorrido para
que houvesse a falha da barreira capilar foi de 120 min.
Já na Figura 4.52, são apresentados os resultados obtidos para uma
chuva com duração de 1 hora e meia. Os resultados de vazão da chuva (A); volume total
de chuva, volume total de lixiviado que passou pelas camadas e volume total de run off
(B); vazão do lixiviado que passou pelas camadas e vazão do run-off (C); e por último,
eficiência da barreira capilar (D); são apresentados. Ainda, na Figura 4.52 (C), observase que o tempo decorrido para que houvesse a falha da barreira capilar foi de 120 min.
Na Figura 4.53, são apresentados os resultados de vazão da chuva
(A); volume total de chuva, volume total de lixiviado que passou pelas camadas e
volume total de run off (B); vazão do lixiviado que passou pelas camadas e vazão do
run-off (C); e por último, eficiência da barreira capilar (D); para uma chuva com
152
duração de 1 hora. Ainda, na Figura 4.53 (C), observa-se que o tempo decorrido para
que houvesse a falha da barreira capilar foi de 170 min
Na Figura 4.54, são apresentados os resultados de vazão da chuva
(A); volume total de chuva, volume total de lixiviado que passou pelas camadas e
volume total de run off (B); vazão do lixiviado que passou pelas camadas e vazão do
run-off (C); e por último, eficiência da barreira capilar (D); para uma chuva intermitente
com duração de 4 horas. Neste caso o volume de chuva foi similar às chuvas com
duração de 2 horas, porém deu-se durante 4 horas. O objetivo deste procedimento foi
diminuir a velocidade de infiltração no topo da camada capilar. Ainda, na Figura 4.54
(C), observa-se que o tempo decorrido para que houvesse a falha da barreira capilar foi
de 180 min
153
Vazão - Chuva (ml/min)
180
160
140
120
100
80
60
40
20
(A)
0
0
500
1000
25000
Volume Total (ml)
1500
2000
2500
3000
Tempo (minutos)
Chuva
Camada Capilar
Bloco Capilar
Run Off
20000
15000
10000
5000
(B)
0
0
500
1000
1500
2000
2500
Tempo (minutos)
Camada Capilar
Bloco Capilar
Run Off
40
120 min
Vazão (ml/min)
3000
30
20
10
(C)
0
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
Tempo (minutos)
Eficiência Total (%)
100
80
60
40
20
(D)
0
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
Tempo (minutos)
Figura 4.51 - Ensaio da barreira capilar experimental com inclinação de 20º.
Composto da camada capilar menor do que 2mm e composto do bloco capilar com
granulometria menor do que 9,52mm e maior do que 4,72mm (2 horas de chuva).
154
Vazão - Chuva (ml/min)
160
140
120
100
80
60
40
20
(A)
0
0
500
1000
2000
2500
3000
Tempo (minutos)
14000
Volume Total (ml)
1500
Chuva
Camada Capilar
Bloco Capilar
Run Off
12000
10000
8000
6000
4000
2000
(B)
0
0
500
1000
1500
2000
2500
Tempo (minutos)
14
Camada Capilar
Bloco Capilar
Run Off
120 min
12
Vazão (ml/min)
3000
10
8
6
4
(C)
2
0
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
Tempo (minutos)
Eficiência Total (%)
100
80
60
40
20
(D)
0
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
Tempo (minutos)
Figura 4.52 - Ensaio da barreira capilar experimental com inclinação de 20º.
Composto da camada capilar menor do que 2mm e composto do bloco capilar com
granulometria menor do que 9,52mm e maior do que 4,72mm (1,5 horas de chuva).
155
Vazão - Chuva (ml/min)
180
160
140
120
100
80
60
40
20
(A)
0
0
1000
3000
4000
Tempo (minutos)
10000
Volume Total (ml)
2000
Chuva
Camada Capilar
Bloco Capilar
Run Off
8000
6000
4000
2000
(B)
0
0
1000
2000
3000
Tempo (minutos)
Camada Capilar
Bloco Capilar
Run Off
5
170 min
Vazão (ml/min)
4000
4
3
2
1
(C)
0
0
1000
2000
3000
4000
Tempo (minutos)
Eficiência Total (%)
100
80
60
40
20
(D)
0
0
1000
2000
3000
4000
Tempo (minutos)
Figura 4.53 - Ensaio da barreira capilar experimental com inclinação de 20º.
Composto da camada capilar menor do que 2mm e composto do bloco capilar com
granulometria menor do que 9,52mm e maior do que 4,72mm (1 hora de chuva).
156
Vazão - Chuva (ml/min)
100
80
60
40
20
(A)
0
0
500
25000
Volume Total (ml)
1000
1500
2000
Tempo (minutos)
Chuva
Camada Capilar
Bloco Capilar
Run Off
20000
15000
10000
5000
(B)
0
0
500
1000
1500
Tempo (minutos)
Camada Capilar
Bloco Capilar
Run Off
35
180 min
30
Vazão (ml/min)
2000
25
20
15
10
(C)
5
0
0
500
1000
1500
2000
Tempo (minutos)
Eficiência Total (%)
100
80
60
40
20
(D)
0
0
500
1000
1500
2000
Tempo (minutos)
Figura 4.54 - Ensaio da barreira capilar experimental com inclinação de 20º.
Composto da camada capilar menor do que 2mm e composto do bloco capilar com
granulometria menor do que 9,52mm e maior do que 4,72mm (4 horas de chuva chuva intermitente).
157
4.2.8.3 Resultados dos Ensaios com Camada Capilar Compactada
Nesta etapa, a camada capilar foi compactada utilizando uma marreta
e um soquete. Este procedimento foi realizado para avaliar o desempenho da barreira
capilar com o aumento da massa específica da camada capilar. Após a compactação,
impôs-se novamente chuvas com duração de 2, 1,5 e 1 hora.
Como o processo de compactação e rearranjo da barreira capilar, não
se impôs chuva na barreira capilar durante vários dias e, assim, o RSU tratado perdeu
umidade, ficando mais seco do que os outros ensaios feitos até então. Assim um ensaio
foi feito para umedecer novamente a camada capilar e deixá-la nas mesmas condições
dos ensaios anteriores.
Na Figura 4.55, são apresentados os resultados de vazão da chuva
(A); volume total de chuva, volume total de lixiviado que passou pelas camadas e
volume total de run off (B); vazão do lixiviado que passou pelas camadas e vazão do
run-off (C); e por último, eficiência da barreira capilar (D); para a barreira capilar com
RSU tratado mais seco, compactada e para uma chuva com duração de 2 horas. Ainda,
na Figura 4.55 (C), observa-se que o tempo decorrido para que houvesse a falha da
barreira capilar foi de 140 min.
Estabelecidas as condições dos ensaios anteriores, uma chuva de 2
horas foi novamente imposta à barreira capilar. Na Figura 4.56, são apresentados os
resultados de vazão da chuva (A); volume total de chuva, volume total de lixiviado que
passou pelas camadas e volume total de run off (B); vazão do lixiviado que passou pelas
camadas e vazão do run-off (C); e por último, eficiência da barreira capilar (D); para a
barreira capilar compactada e para uma chuva com duração de 2 horas. Ainda, na Figura
4.56 (C), observa-se que o tempo decorrido para que houvesse a falha da barreira capilar
foi de 100 min.
158
Na Figura 4.57, são apresentados os resultados de vazão da chuva
(A); volume total de chuva, volume total de lixiviado que passou pelas camadas e
volume total de run off (B); vazão do lixiviado que passou pelas camadas e vazão do
run-off (C); e por último, eficiência da barreira capilar (D); para a barreira capilar
compactada e para uma chuva com duração de 1 hora e meia. Ainda, na Figura 4.57 (C),
observa-se que o tempo decorrido para que houvesse a falha da barreira capilar foi de 90
min.
Na Figura 4.58, são apresentados os resultados de vazão da chuva
(A); volume total de chuva, volume total de lixiviado que passou pelas camadas e
volume total de run off (B); vazão do lixiviado que passou pelas camadas e vazão do
run-off (C); e por último, eficiência da barreira capilar (D); para a barreira capilar
compactada e para uma chuva com duração de 1 hora. Ainda, na Figura 4.58 (C),
observa-se que o tempo decorrido para que houvesse a falha da barreira capilar foi de 60
min.
159
Vazão - Chuva (ml/min)
100
80
60
40
20
(A)
0
0
500
1000
2000
2500
3000
Tempo (minutos)
12000
Volume Total (ml)
1500
Chuva
Camada Capilar
Bloco Capilar
Run Off
10000
8000
6000
4000
2000
(B)
0
0
500
1000
1500
2000
2500
Tempo (minutos)
Camada Capilar
Bloco Capilar
Run Off
1,6
140 min
Vazão (ml/min)
1,4
3000
1,2
1,0
0,8
0,6
0,4
(C)
0,2
0,0
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
Tempo (minutos)
Eficiência Total (%)
100
80
60
40
20
(D)
0
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
Tempo (minutos)
Figura 4.55 - Ensaio da barreira capilar experimental com inclinação de 20º.
Composto da camada capilar menor do que 2mm e composto do bloco capilar com
granulometria menor do que 9,52mm e maior do que 4,72mm (2 horas de chuva –
material compactado e mais seco).
160
Vazão - Chuva (ml/min)
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
(A)
0
0
500
1000
25000
Volume Total (ml)
1500
2000
2500
3000
Tempo (minutos)
Chuva
Camada Capilar
Bloco Capilar
Run Off
20000
15000
10000
5000
(B)
0
0
500
1000
1500
2000
2500
Tempo (minutos)
Camada Capilar
Bloco Capilar
Run Off
50
100 min
Vazão (ml/min)
3000
40
30
20
10
(C)
0
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
Tempo (minutos)
Eficiência Total (%)
100
80
60
40
20
(D)
0
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
Tempo (minutos)
Figura 4.56 - Ensaio da barreira capilar experimental com inclinação de 20º.
Composto da camada capilar menor do que 2mm e composto do bloco capilar com
granulometria menor do que 9,52mm e maior do que 4,72mm (2 horas de chuva –
material compactado).
161
Vazão - Chuva (ml/min)
300
250
200
150
100
50
(A)
0
0
500
1000
1500
25000
Volume Total (ml)
2000
2500
3000
3500
4000
4500
Tempo (minutos)
Chuva
Camada Capilar
Bloco Capilar
Run Off
20000
15000
10000
5000
(B)
0
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
Tempo (minutos)
Camada Capilar
Bloco Capilar
Run Off
35
90 min
Vazão (ml/min)
30
4500
25
20
15
10
(C)
5
0
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
Tempo (minutos)
Eficiência Total (%)
100
80
60
40
20
(D)
0
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
Tempo (minutos)
Figura 4.57 - Ensaio da barreira capilar experimental com inclinação de 20º.
Composto da camada capilar menor do que 2mm e composto do bloco capilar com
granulometria menor do que 9,52mm e maior do que 4,72mm (1,5 horas de chuva –
material compactado).
162
Vazão - Chuva (ml/min)
200
150
100
50
0
(A)
0
500
1000
12000
Volume Total (ml)
1500
2000
2500
3000
Tempo (minutos)
Chuva
Camada Capilar
Bloco Capilar
Run Off
10000
8000
6000
4000
2000
(B)
0
0
500
1000
1500
2000
2500
Tempo (minutos)
Vazão (ml/min)
4
3000
Camada Capilar
Bloco Capilar
Run Off
60 min
3
2
1
(C)
0
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
Tempo (minutos)
Eficiência Total (%)
100
80
60
40
20
(D)
0
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
Tempo (minutos)
Figura 4.58 - Ensaio da barreira capilar experimental com inclinação de 20º.
Composto da camada capilar menor do que 2mm e composto do bloco capilar com
granulometria menor do que 9,52mm e maior do que 4,72mm (1 hora de chuva –
material compactado).
163
Na Tabela 4.7, apresenta-se a relação dos ensaios realizados com os
respectivos tempos em que houve o início da passagem de água pela barreira capilar,
configurando a falha da barreira capilar.
Tabela 4.7 – Tempo para falha da barreira capilar em decorrência da chuva.
Ensaio
Inclinação da
Barreira
Capilar
(graus)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
20
10
5
5
10
20
5
20
20
20
20
20
20
20
5
Diâmetro das
Tempo
Partícular da
de
Camada
Chuva
Capilar
(horas)
(mm)
4
4
4
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
1,5
1
4
2
2
1,5
1
Condição da
Camada Capilar
padrão
padrão
padrão
padrão
padrão
padrão
padrão
padrão
padrão
padrão
padrão
Compactado/Seco
Compactado
Compactado
Compactado
Intencidade Média
da 1ª Chuva
(mm/hora)
Tempo para
Falha da
Barreira
Capilar 1ª
Chuva
(min)
Tempo para
Falha da
Barreira
Capilar 2ª
Chuva
(min)
14,2
21,6
11,8
16,4
16,6
16,8
16,8
14,7
12,9
14,3
8,0
8,4
16,0
22,2
17,4
90
100
140
110
70
110
120
120
120
170
180
140
100
90
60
70
90
90
50
70
100
80
---------
Observa-se, que em média a barreira capilar resistiu pouco menos de
2 horas antes que houvesse a passagem de líquidos, sendo que, o maior tempo de
resistência foi o do ensaio 11, onde a intensidade da chuva foi menor.
164
4.2.8.4 Acompanhamento da Sucção
Decidiu-se, colocar uma pedra cerâmica com alto valor de entrada de
ar (15 bar), com altura de 1 cm e diâmetro de 1,6 cm, a aproximadamente 10 cm de
profundidade na camada capilar e a cerca de 90 cm do pé da caixa, com o objetivo de
verificar o comportamento em termos de sucção dessa camada. Na Figura 4.59, é
apresentado o tensiômetro construído para acompanhar o comportamento da sucção
durante os ensaios realizados com a barreira capilar experimental.
Figura 4.59 - Tensiômetro utilizado para acompanhar o comportamento da sucção
durante os ensaios com a barreira capilar experimental.
Na Figura 4.60, observa-se o resultado da variação de sucção na
camada capilar durante os ensaios 13, 14 e 15. Observa-se no início uma pequena
sucção positiva, ou seja pressão, isto foi devido a montagem do tensiômetro. Em
seguida a cerâmica começa a entrar em equilíbrio com o meio e os valores de sucção
começam a baixar até o advento da chuva simulada, quando a sucção começa
novamente a diminuir devido ao aumento da umidade da camada capilar.
Durante os ensaios, é possível observar que houveram variações
bruscas de leituras de sucção entre os eventos da simulação de chuva. Atribui-se estas
165
variações ao acionamento do ar condicionado do laboratório onde a barreira
experimental estava montada.
-2
CHUVA
-1
CHUVA
Pedra retirada da caixa
e mergulhada na água.
CHUVA
0
Sucção (kPa)
1
Ensaio 13
16/06/08 - 18/06/08
2
Ensaio 15
20/06/08 - 22/06/08
Ensaio 14
18/06/08 - 20/06/08
3
4
5
6
7
ar condicionado
8
ar condicionado
ar condicionado
9
0
48
96
144
192
240
Tempo (horas)
Figura 4.60 - Acompanhamento do comportamento da sucção a uma profundidade de
10 cm do topo da camada capilar, durante os ensaios 13, 14 e 15.
Nota-se pela Figura 4.60, que as condições de sucção no início de
cada ensaio foram as mesmas, cerca de 7,47 kPa de sucção antes do início da chuva e
cerca de no mínimo 4,53 kPa de sucção após a chuva, o que indica que a umidade
também foi a mesma no início de cada ensaio, cerca de 40,9% antes do início da chuva
e cerca de 45,6% de umidade (em média) depois da chuva.
Devido à decisão de se alterar o menos possível a estrutura da
barreira capilar durante a realização dos ensaios, não foi possível coletar amostras para a
determinação do teor de umidade em todas as etapas do ensaio, assim uma análise mais
precisa da sucção em função do teor de umidade ficou comprometida no ensaio da
barreira capilar experimental. Inclusive, devido a esta decisão, a determinação da massa
específica seca foi realizada somente 2 vezes, sendo a primeira feita no fim do ciclo de
ensaios com a camada capilar não compactada e a segunda feita depois do último ensaio
realizado e antes desmontagem da barreira capilar.
166
4.2.8.5 Discussão dos Resultados Obtidos com a Barreira Capilar Experimental
Levando em consideração apenas o evento de uma chuva para cada
situação imposta à barreira capilar e tomando sempre a última leitura após o evento da
chuva, tem-se na Tabela 4.8 os resultados de todos os ensaios feitos com a barreira
capilar experimental construída.
Volume Retido na Camada
Capilar
Volume Coletado pelo Dreno
da Camada Capilar
Volume Coletado pelo Dreno
da Barreira Capilar
Volume Coletado por
Run Off
0,55
18463,94
8950,86
3715,57
5725,54
71,97
69,0
1400
padrão
0,55
28215,72 16466,45
1827,64
9921,63
0,00
64,8
2,13
1530
padrão
0,55
15344,13
8868,96
3,52
6471,65
0,00
57,8
2,97
1574
padrão
0,55
21384,88 18421,38
0,00
2963,50
0,00
86,1
2
3,01
1380
padrão
0,55
21683,42
9743,14
4594,88
7345,40
0,00
66,1
graus
horas
ml/s
minutos
1
4
25
20
2
2,56
1740
2
4
25
10
2
3,92
3
4
25
5
2
4
2
25
5
2
5
2
25
10
Ensaio
cm
Eficiencia Total
Volume de Chuva
%
padrão
mm
Condição Inicial
cm3
Tempo Decorrido
cm3
Vazão de Chuva
cm3
Tempo de Chuva
cm3
Inclinação
cm3
Altura da Camada Capilar
g/cm3
Diâmetro das Partículas da
Camada Capilar
Massa Específica Seca
Tabela 4.8 - Resultados dos ensaios de barreira capilar experimental.
6
2
25
20
2
3,04
1455
padrão
0,55
21902,55 10754,59
3924,60
7223,36
0,00
67,0
7
2
25
5
2
3,04
1425
padrão
0,55
21888,24 12765,23
0,00
9123,01
0,00
58,3
8
2
25
20
2
2,66
2680
padrão
0,55
19165,68
9779,13
1789,62
7596,93
0,00
60,4
9
2
25
20
1,5
2,34
2750
padrão
0,55
12635,11
5893,08
1068,44
5673,59
0,00
55,1
10
2
25
20
1
2,6
1737
padrão
0,55
9354,17
5480,82
683,70
3189,65
0,00
65,9
11
2
25
20
4
1,45
1661
padrão
0,55
20827,07 12664,52
1277,51
6885,04
0,00
66,9
12
2
16
20
2
1,53
2800
seco
0,70
11001,99
8549,94
270,39
2181,66
0,00
80,2
13
2
16
20
2
2,9
2635
padrão
0,70
20845,76 12679,92
605,50
7560,34
0,00
63,7
14
2
16
20
1,5
4,02
4118
padrão
0,70
21694,62 13605,96
1063,67
7024,99
0,00
67,6
15
2
16
20
1
3,15
2590
padrão
0,70
11335,45
1165,61
4272,99
0,00
62,3
5896,85
Variação da Inclinação
Com base na Tabela 4.8, tomando os dados dos ensaios 1, 2, 3, 4, 5,
6, 7 e 8, em que somente houve variação do ângulo de inclinação com a horizontal da
barreira capilar, é possível traçar o gráfico da Figura 4.61, onde observa-se o volume
coletado pelo dreno da camada capilar em relação ao ângulo de inclinação com a
horizontal. Observa-se que há um aumento do volume coletado com o aumento do
167
ângulo de inclinação, isto se deve ao aumento da atuação do fenômeno bidimensional
com o aumento da inclinação.
Volume Coletado pelo Dreno
da Camada Capilar (ml)
5000
4000
3000
2000
1000
0
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
Ângulo de Inclinação com a Horizontal (graus)
Figura 4.61 - Volume coletado pelo dreno da camada capilar versus ângulo de
inclinação com a horizontal da barreira capilar.
Ainda, em relação à variação da inclinação, tomando os mesmos
ensaios podem ser traçados os gráficos da Figura 4.62 e da Figura 4.63. Ressalta-se na
Figura 4.62 a diminuição do volume de líquido que ficou retido na camada capilar em
função do aumento da inclinação. Este comportamento já era esperado, pois com o
aumento do volume de liquido saindo pelo dreno da camada capilar, naturalmente,
menos liquido ficou retido nos vazios da camada capilar. Este resultado corrobora com
o preconizado por ROSS (1990) e por PARENT e CABRAL (2006) para barreiras
capilares construídas com solo.
Na Figura 4.63, constata-se que o aumento do ângulo de inclinação
com a horizontal pouco influenciou no volume de liquido coletado pelo dreno do bloco
capilar. Isto ocorreu, pois a retenção e a capacidade de drenagem são propriedades do
material que constitui a barreira capilar, sendo assim, uma vez atingido o volume
máximo de liquido que o bloco capilar pode reter (fenômeno unidimensional) ou
superada a distância de falha da barreira capilar (fenômeno bidimensional), o excedente
de líquido passará para o bloco capilar ocasionando a falha da barreira capilar. Assim,
168
todos os ensaios analisados aqui tiveram, em relação à capacidade de retenção da
Volume Retido na Camada Capilar (ml)
barreira capilar, um “excedente” apresentando pouca variação entre eles.
20000
18000
16000
14000
12000
10000
8000
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
Ângulo de Inclinação com a Horizontal (graus)
Figura 4.62 - Volume retido na camada capilar versus angulo de inclinação com a
horizontal da barreira capilar.
Volume Coletado pelo Dreno
do Bloco Capilar (ml)
12000
10000
8000
6000
4000
2000
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
Ângulo de Inclinação com a Horizontal (graus)
Figura 4.63 - Volume coletado pelo dreno da barreira capilar versus angulo de
inclinação com a horizontal da barreira capilar.
169
Variação do Diâmetro Máximo das Partículas da Camada Capilar
Tomando-se os resultados dos ensaios 1, 6 e 8, na Tabela 4.8, é
possível avaliar o efeito da granulometria da camada capilar no desempenho da barreira
capilar. Na Figura 4.64, é apresenta-se a relação, entre o volume de liquido coletado
pelo dreno da camada capilar e o diâmetro máximo das partículas da camada capilar,
para os resultados obtidos nestes ensaios. Ressalta-se, que teoricamente o esperado era o
aumento do volume de líquido coletado pela camada capilar com o aumento do
diâmetro máximo das partículas da camada capilar. Na Figura 4.64, observa-se que
existe uma tendência do aumento do volume de líquido coletado com o aumento do
Volume pelo Dreno da Camada Capilar (ml)
tamanho das partículas da camada capilar, mas os resultados não são conclusivos.
4500
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
Diâmetro Máximo das Partículas da Camada Capilar (mm)
Figura 4.64 - Volume de liquido coletado pelo dreno da camada capilar versus o
diâmetro máximo das partículas da camada capilar.
O aumento do volume de liquido coletado pelo dreno da camada
capilar devido ao aumento do diâmetro máximo das partículas da camada capilar era
esperado, pois, pelo simples fato da diminuição do diâmetro das partículas da camada
capilar há uma diminuição da permeabilidade horizontal. Segundo ROSS (1990), a
distância de falha da barreira capilar depende da permeabilidade horizontal não saturada
do material constituinte da camada capilar. Assim, quanto menor a permeabilidade
horizontal do material da camada capilar, menor será a distância de falha e,
conseqüentemente, menos líquido será coletado pelo dreno da camada capilar.
170
Apesar de ROSS (1990) ter postulado a dependência da distância de
falha em relação à permeabilidade horizontal não saturada, em especial para solos,
verifica-se um indício desta dependência também quando o material constituinte da
barreira é o material estudado neste trabalho. Vale comentar que, a diminuição do
liquido coletado pelo dreno da camada capilar seria de pequena ordem, pois caso
houvesse uma diminuição de grande ordem na permeabilidade horizontal do material da
camada capilar, provavelmente a distância de falha da barreira iria diminuir de tal
maneira que o liquido não mais atingiria o dreno da camada capilar, cessando por
completo a saída de líquido pelo dreno da camada capilar.
Ainda, analisando-se os mesmos ensaios 1, 6 e 8, apresenta-se na
Figura 4.65 a relação entre o volume de líquido coletado pelo dreno do bloco capilar e o
tamanho máximo das partículas constituintes da camada capilar. Observa-se que,
justamente pela maior dificuldade que o liquido tem para se deslocar horizontalmente,
há um maior acumulo de líquido, o que ocasiona a falha da barreira capilar, gerando um
volume maior coletado no dreno do bloco capilar dos ensaios onde o diâmetro máximo
Volume pelo Dreno do Bloco Capilar (ml)
das partículas é inferior a 2 milímetros.
8000
7500
7000
6500
6000
5500
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
Diâmetro Máximo das Partículas da Camada Capilar (mm)
Figura 4.65 - Volume de liquido coletado pelo dreno do bloco capilar versus o
diâmetro máximo das partículas da camada capilar.
171
Conseqüentemente a diminuição da drenagem lateral do liquido, a
barreira capilar passa a ter como principal fenômeno atuante, o fenômeno
unidimensional, que depende da retenção por capilaridade. Sabe-se que, quanto menor o
diâmetro das partículas de um meio particulado, menor será o diâmetro equivalente dos
espaços vazios entre as partículas e, conseqüentemente, maior será a atuação do
fenômeno da ascensão capilar. Sendo assim, observa-se na Figura 4.66, onde esta
apresentado o resultado do volume de liquido retido na camada capilar em função do
diâmetro máximo das partículas da camada capilar, que se verifica uma diminuição do
volume retido com o aumento do diâmetro máximo das partículas. Este resultado
confirma que o comportamento do RSU tratado é coerente com o comportamento de um
meio particulado.
Volume Retido na Camada Capilar (ml)
Variação no Diâmetro das Partículas da CC
11000
10800
10600
10400
10200
10000
9800
9600
9400
9200
9000
8800
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
Diâmetro Máximo das Partículas da Camada Capilar (mm)
Figura 4.66 - Volume de liquido retido na capilar versus o diâmetro máximo das
partículas da camada capilar.
Variação da Massa Específica Seca
Comparando os ensaios 6, 8 e 13, é possível avaliar o efeito do
aumento da massa específica sobre o comportamento da barreira capilar. Assim como a
redução do diâmetro máximo das partículas, o aumento da massa específica causa uma
conseqüente diminuição do coeficiente de permeabilidade do RSU tratado. Isto foi
172
verificado com os resultados dos ensaios de permeabilidade realizados para o RSU
tratado estudado. Porém, no ensaio de permeabilidade realizado, foi verificada a
variação do coeficiente de permeabilidade vertical em função da massa específica do
RSU tratado. Sabe-se, no entanto, com os estudos de autores como MÜNNICH at al.
(2005) que o coeficiente de permeabilidade horizontal é reduzido também, com o
aumento da massa específica.
Na Figura 4.67, é apresentada a relação entre os resultados do
volume de liquido coletado pelo dreno da camada capilar e da massa específica no RSU
tratado utilizado para se construir a camada capilar. Observa-se que com o aumento da
massa específica, o volume coletado no dreno da camada capilar também diminui. Isto
já era esperado, pois novamente, a redução do coeficiente de permeabilidade horizontal
causa a redução da capacidade de drenagem lateral da barreira capilar.
Volume Coletado pelo Dreno
da Camada Capilar (ml)
5000
4000
3000
2000
1000
0
0,45
0,50
0,55
0,60
0,65
0,70
0,75
Massa Específica Seca da Camada Capilar (g/cm3)
Figura 4.67 - Volume de liquido coletado pelo dreno da camada capilar versus a
massa específica seca do RSU tratado utilizado na camada capilar.
Há um aumento da capacidade de ascensão capilar com o aumento da
massa específica, novamente, porque os poros do RSU tratado, equivalentes ao diâmetro
de um tubo capilar, são diminuídos com o aumento da massa específica. Assim, a
camada capilar mais compacta, pode reter mais liquido do que uma camada capilar
173
menos compacta. Constata-se na Figura 4.68, que nos ensaio analisados o aumento de
retenção de liquido devido ao aumento da massa específica realmente ocorre. O
resultado, novamente, é o aumento da concentração de liquido que, eventualmente irá
Volume Retido na Camada Capilar (ml)
levar à falha da barreira capilar.
13000
12500
12000
11500
11000
10500
10000
9500
0,45
0,50
0,55
0,60
0,65
0,70
0,75
Massa Específica Seca da Camada Capilar (g/cm3)
Figura 4.68 - Volume de liquido retido na camada capilar versus a massa específica
seca do RSU tratado utilizado na camada capilar.
Variação da Vazão de Chuva
Com a visível deficiência para promover a drenagem lateral do
liquido, decidiu-se avaliar a variação da velocidade de infiltração. Como o equipamento
aspersor, utilizado para simular a chuva, não oferecia a possibilidade de uma regulagem
precisa da vazão de saída, contornou-se este problema ligando e desligando o
equipamento pelo tempo necessário que simulasse a chuva com uma vazão desejada.
Analisando os resultados dos ensaios 6, 8 e 11, é possível avaliar a
variação da vazão de chuva sobre a camada capilar. Na Figura 4.69, apresenta-se a
relação entre o volume de liquido retido na camada capilar e a vazão de chuva. Observase que o volume de liquido retido aumenta com a diminuição da vazão de chuva.
174
O ensaio de retenção unidimensional realizado, mostrou que com
uma vazão de chuva mais baixa do que a inicial utilizada nos ensaios da barreira capilar
experimental, a camada capilar pode reter mais líquido nos seus poros, devido somente
ao fenômeno unidimensional que ocorre em barreiras capilares.
Tanto o volume de liquido coletado pelo dreno da camada capilar,
quanto o volume de liquido coletado pelo dreno do bloco capilar, aumentaram com o
Volume Retido na Camada Capilar (ml)
aumento da vazão de chuva. Na Figura 4.70, estes resultados são apresentados.
13000
12500
12000
11500
11000
10500
10000
9500
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
Vazão de Chuva (ml/s)
Figura 4.69 - Volume de liquido retido na camada capilar versus a vazão de chuva.
O aumento do liquido coletado pelos drenos, tanto da camada capilar
quanto do bloco capilar, pode ser explicado devido a ocorrência de vários fatores.
Dentre estes fatores, se pode citar a pouca espessura da camada capilar estudada (25 a
12cm), o que não favorece a drenagem lateral dos líquidos.
175
8000
Col 9 vs Col 10
Volume Coletado (ml)
7000
Volume Coletado
pela Camada Capilar
Volume Coletado
pelo Bloco Capilar
6000
5000
Col 16 vs Col 17
Col 19 vs Col 20
4000
3000
2000
1000
0
1,2
1,4
1,6
1,8
2,0
2,2
2,4
2,6
2,8
3,0
3,2
Vazão de Chuva (ml/s)
Figura 4.70 - Volume de liquido coletada pelo dreno da camada capilar e volume de
liquido coletado pelo dreno do bloco capilar versus a vazão de chuva.
A espessura da camada capilar utilizada foi a máxima espessura que
a caixa inclinável, onde a barreira capilar experimental foi construída, permitia. Além
disso, uma maior compactação da camada capilar iria requerer uma maior quantidade de
amostra do RSU tratado utilizado, o que simplesmente não seria possível.
Outro fator que contribuiu, foi a irregularidade da chuva simulada,
que apesar dos esforços no sentido de representar o mais fielmente possível uma chuva
real, sempre esbarrou nas dificuldades práticas de fazê-lo. A falta da possibilidade de
controle da vazão de chuva e a conseqüente falta de um controle rigoroso da velocidade
de infiltração levam ao sub-aproveitamento da capacidade de retenção da camada
capilar e ao sub-aproveitamento da capacidade de drenagem lateral de líquidos através
da camada capilar.
176
CAPÍTULO 5 -
5.1
CONCLUSÕES
CONCLUSÕES RELATIVAS AOS ENSAIOS COM MEDIDA DIRETA DE
SUCÇÃO
Os ensaios com medida direta de sucção se mostraram eficientes e de
fácil execução. As adaptações necessárias nos equipamentos convencionais são simples.
Estes ensaios reproduzem melhor a realidade, sem impor condições
específicas e, por este motivo, devem representar melhor o comportamento não saturado
de materiais granulares.
A obtenção dos parâmetros na condição não saturada é simplificada
com a medida direta de sucção, pois, a introdução de um tensiômetro fornece valores
reais da sucção de forma direta, desta maneira, possibilitando a análise dos resultados
simplesmente utilizando a medida feita pelo tensiômetro como uma pressão,
naturalmente negativa.
5.2
CONCLUSÕES RELATIVAS AOS ENSAIOS REALIZADOS
O valor do coeficiente de permeabilidade vertical do composto
estudado obedece a um padrão bem definido de comportamento em relação a variação
da massa específica aparente seca. Os valores encontrados para o coeficiente de
permeabilidade do composto são coerentes com os valores encontrados na literatura.
O adensamento do RSU pré-tratado parece sofrer influência da massa
específica e da umidade, ou seja, quanto menos denso e quanto mais úmido, maiores
serão os recalques.
177
Os parâmetros de resistência obtidos com os ensaios triaxiais com
medida direta de sucção para RSU pré-tratado, são menores do que os parâmetros de
resistência obtidos, na literatura, para RSU. No entanto, não há incompatibilidade entre
o comportamento mecânico do RSU pré-tratado e do RSU.
5.3
CONCLUSÕES RELATIVAS À BARREIRA CAPILAR CONSTRUÍDA
COM RSU PRÉ-TRATADO MECÂNICA E BIOLOGICAMENTE
A retenção de água pela barreira capilar construída com RSU prétratado mecânica e biologicamente depende do diâmetro máximo das partículas da
camada capilar, da velocidade de infiltração e do ângulo de inclinação da barreira
capilar com a horizontal.
Dentre estas condições que influem fortemente sobre o desempenho
da barreira capilar construída com RSU pré-tratado, destacam-se o ângulo de inclinação
e a velocidade de infiltração.
A velocidade de infiltração é uma condição determinante no
desempenho da barreira capilar construída com RSU pré-tratado mecânica e
biologicamente, pois influi diretamente no fenômeno unidimensional e, principalmente,
influi de forma intensa no fenômeno bidimensional, que ocorrem em barreiras capilares.
A barreira capilar construída com RSU pré-tratado parece respeitar
todos os preceitos determinados para uma barreira capilar construída apenas com solo,
no entanto, uma afirmação conclusiva ainda não é possível.
O fenômeno unidimensional, ou seja, a retenção de água por
capilaridade e absorção foi o principal fenômeno atuando nos ensaios de coluna e nos
ensaios da barreira capilar experimental. O RSU pré-tratado mecânica e biologicamente
pode chegar a reter o equivalente a mais de 60% do seu peso seco.
A barreira capilar construída com RSU pré-tratado mecânica e
biologicamente, é uma opção viável para ser utilizada em aterros sanitários, devido as
178
suas vantagens em relação ao controle da geração de lixiviado, a utilização do próprio
RSU para tratar o RSU e o aumento da vida útil do aterro sanitário, pois o RSU prétratado ocupa menos volume do que o RSU in natura.
Alem de todas as vantagens, a barreira capilar construída com RSU
pré-tratado pode ser uma ferramenta de controle da umidade que chega até o RSU. O
dimensionamento da barreira capilar construída com RSU pré-tratado pode deixar com
que apenas uma dada quantidade de água, aceitável, passe para o interior do aterro,
permitindo assim que os processos biológicos continuem ocorrendo no interior do
aterro, sem ocasionar uma elevada produção de lixiviado e garantindo a geração de gás
para um possível aproveitamento energético.
5.4
CONCLUSÕES RELATIVAS AO USO DA BARREIRA CAPILAR COMO
COBERTURA DIÁRIA EM ATERROS SANITÁRIOS
A utilização da barreira capilar construída com o próprio RSU para
cobertura diária do resíduo pode ser viável, no entanto, o que é possível se afirmar até o
momento é que, se utilizada uma barreira capilar como cobertura diária, esta melhoraria
o controle do acúmulo de líquidos no interior do maciço de resíduos.
O RSU pré-tratado é um material mais homogêneo que o RSU sem
tratamento, com partículas menores e não está sujeito a grandes mudanças físicas.
O RSU pré-tratado pode sofrer grandes deformações, quase da
mesma magnitude do que o RSU sem tratamento e, por este motivo, se for usado no
meio do maciço de RSU sem tratamento, deverá acompanhar as deformações que por
ventura ocorram no aterro sanitário.
Em termos do comportamento mecânico, o ângulo de atrito interno e
coesão do RSU pré-tratado são menores do que os do RSU sem tratamento e na
umidade natural.
179
5.5
SUGESTÕES PARA FUTUROS TRABALHOS
A continuação do estudo da barreira capilar construída com RSU prétratado mecânica e biologicamente é de suma importância, pois pode representar uma
solução viável, de baixo custo e que represente um aumento na vida útil dos aterros
sanitários. Muito se avançou com este trabalho, porém, ainda há muito para se entender
a respeito dos parâmetros que regem o fenômeno da capilaridade, tanto em solos como
em RSU pré-tratado. O melhor entendimento destes parâmetros pode levar a definição
de uma metodologia para dimensionamento deste tipo de barreira, que siga certos
requisitos de projeto pré-estabelecidos (ex. espessura da camada em função da distância
de falha da barreira capilar).
Assim sendo, sugere-se os seguintes estudos :
• Determinação da distância de falha em barreiras capilares
construídas com RSU pré-tratado.
• Estudo da espessura ideal para um desempenho desejado de uma
camada capilar construída com RSU pré-tratado.
• Estudo e desenvolvimento de uma técnica de pré-tratamento
adequada a realidade Brasileira.
• Estudo da relação custo benefício do pré-tratamento do resíduo
sólido urbano.
• Estudo do comportamento mecânico dos resíduos sólidos urbanos
e de resíduos pré-tratados, visando obter parâmetros para
otimização de projetos de aterros sanitários.
• Obtenção de parâmetros de resistência com a utilização de medida
direta de sucção.
• O papel da geotecnia ambiental no desenvolvimento de
tecnologias que criem mecanismos para o desenvolvimento limpo
e sustentável.
180
CAPÍTULO 6 -
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193
ANEXOS
194
A.1 - PROPRIEDADES DO COMPOSTO ESTUDADO
Composto Novo (22mm) - Cajú
N. da Capsula
Tara
Amostra + Tara (w)
Amostra + Tara (s)
Mufla
1
57,32
80,5
79,86
70,33
2
61,74
84,64
83,97
73,48
SV (%)
42,28
47,19
Teor Metéria Orgânica
NBR 13600/1996
42,28
47,19
Média
44,73
Figura A. 1 - Resultado do ensaio para determinação de sólidos voláteis.
DENSIDADE REAL DOS GRÃOS
0
PICNÔMETRO N
0
TEMPERATURA DA ÁGUA E SOLO ( C)
0
CÁPSULA N
PICNÔMETRO + SOLOSECO
PICNÔMETRO
PICNÔMETRO + ÁGUA
PICNÔMETRO + SOLO + ÁGUA
I
T
II
III
25
25
25
WW
161
104,02
607,16
174,30
117,24
615,76
148,78
91,37
599,65
W WS
634,07
643,00
627,05
SOLO SECO (g)
ÁGUA DESLOCADA (W S + W W - W WS)
WS
56,98
57,06
57,41
FATOR DE CORREÇÃO
DENSIDADE REAL DOS GRÃOS
W S . K / (W S + W W - W WS)
K
GS
30,07
0,9971
1,889
29,82
0,9971
1,908
30,01
0,9971
1,907
MÉDIA
1,902
DETERMINAÇÃO DA UMIDADE
0
CÁPSULA N
CÁPSULA + SOLO UMIDO
CÁPSULA + SOLO SECO
ÁGUA
CÁPSULA
SOLO SECO
UMIDADE (%)
COPPE/UFRJ
ALUNO: RONALDO
MESTRADO:
RECEBIDO EM __/__/__
WW
WS
W
PROGRAMA DE ENGENHARIA CIVIL
LAB. DE GEOTECNIA - CARACTERIZAÇÃO
AMOSTRA:
COMPOSTO
RESP. SETOR:
OPERADOR: LCARLOS
DATA:
REG.LAB.
26/06/2007
Figura A. 2 - Resultado do ensaio para determinação da densidade real dos grãos
(Picnômetro).
195
A.2 - CALIBRAÇÕES
Os transdutores de pressão utilizado no tensiômetro, transdutores de
deslocamento (LVDT) do ensaio de adensamento e a variação volumétrica da câmara
triaxial foram calibrados antes do início dos ensaios. Os resultados das calibrações feitas
podem ser observadas na Figura A. 3, Figura A. 4 e Erro! Fonte de referência não
encontrada..
Calibração do Transdutor de Pressão ASHCROFT - K1 - 0 a 150 PSI - N.Série CO7 134866
Pressão
kPa
0
10,56
25
50
100
200
300
547
300
200
100
50
25
10,56
0
1º Ciclo
Carga / Descarga
109,89
115,57
120,99
131,24
152,66
193,8
235,1
339,06
235,28
194,24
152,77
131,37
121,11
115,68
110,01
Pressão
kPa
0
10,56
25
50
100
200
300
547
300
200
100
50
25
10,56
0
2º Ciclo
Carga / Descarga
110,03
115,67
120,1
131,33
152,72
193,84
235,2
339,05
235,32
194,23
152,81
131,4
121,14
115,72
110,03
Pressão 3º Ciclo
kPa
Carga / Descarga
0
110,03
10,56
115,65
25
121,06
50
131,29
100
152,67
200
193,67
300
235,14
547
338,73
300
235,28
200
194,04
100
152,77
50
131,35
25
121,11
10,56
115,68
0
110
1º Ciclo
2º Ciclo
600
y = 2,398x - 265,18
R² = 1
500
y = 2,3966x - 264,89
R² = 1
500
400
400
300
300
kPa
kPa
600
200
100
200
100
0
0
-100 0
100
200
300
400
Milivolts
-100
0
100
200
300
400
Milivolts
3º Ciclo
600
y = 2,4013x - 265,7
R² = 1
500
kPa
400
300
200
100
0
-100
0
100
200
300
400
Milivolts
Figura A. 3 - Calibração do transdutor de pressão utilizado no tensiômetro do ensaio
oedométrico com medida direta de sucção.
196
Calibração do LVDT
Desloc.
mm
20,295
19
17
15
12,5
11
10
9,54
10
11
12,5
15
17
19
20,295
Pressão
kPa
20,295
19
17
15
12,5
11
10
9,54
10
11
12,5
15
17
19
20,295
1º Ciclo
Carga / Descarga
0,62
-5,81
-16,16
-26,49
-39,39
-47,15
-52,35
-55,45
-52,35
-47,13
-39,39
-26,44
-16,1
-5,79
0,63
Pressão
kPa
20,295
19
17
15
12,5
11
10
9,54
10
11
12,5
15
17
19
20,295
2º Ciclo
Carga / Descarga
0,63
-5,8
-16,15
-26,49
-39,38
-47,2
-52,36
-55,46
-52,33
-47,15
-39,39
-26,44
-16,1
-5,77
0,63
1º Ciclo
2º Ciclo
25
y = 0,1933x + 20,133
R² = 0,9999
25
y = 0,1932x + 20,131
R² = 0,9999
20
20
15
kPa
kPa
15
10
10
5
5
0
-60
-50
-40
-30
3º Ciclo
Carga / Descarga
0,63
-5,79
-16,14
-26,49
-39,42
-47,15
-52,35
-55,46
-52,38
-47,13
-39,38
-26,43
-16,1
-5,77
0,63
-20
-10
0
0
10
-60
-50
-40
Milivolts
-30
-20
-10
0
10
Milivolts
3º Ciclo
25
y = 0,1932x + 20,13
R² = 0,9999
20
kPa
15
10
5
0
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
Milivolts
Figura A. 4 - Calibração do LVDT utilizado no ensaio de adensamento com medida
direta de sucção.
197
35
y = 0,00000004x 3 - 0,00003756x 2 + 0,07172654x + 0,04383940
R² = 0,99959347
) 30
m
c
( 25
e
m
u
l 20
o
V
e
d 15
o
ã
ç
a
ir 10
a
V
5
3
0
0
100
200
300
400
500
600
Pressão (kPa)
Figura A.1 – Calibração da variação volumétrica da câmara Triaxial.
A.3 - DETALHES DO ENSAIO DE ADENSAMENTO
Os ensaios de adensamento respeitaram a seqüência de cargas da Tabela
A. 1. O tensiômetro utilizado no ensaio de adensamento e no ensaio triaxial, teve seu copo
de acrílico respeitando as dimensões da Figura A. 5 e utilizou um transdutor da marca
Ashcroft modelo K1.
198
Tabela A. 1 - Tabela de carregamentos utilizada para o ensaio oedométrico com medida
direta de sucção.
Tabela de Carregamento
kPa
Kgf
acumulado
Kgf
adicionado
3,125
6,25
12,5
25
50
100
200
400
800
1600
0,141
0,282
0,564
1,128
2,256
4,512
9,024
18,048
36,096
72,192
0,141
0,141
0,282
0,564
1,128
2,256
4,512
9,024
18,048
36,096
De acordo com
Transdutor
De acordo com
Transdutor
Figura A. 5 - Dimensões dos copos de acrílicos construídos para os tensiômetros
utilizados nos ensaios triaxial e oedométrico.
199
A.4 - ENSAIOS E MATERIAIS UTILIZADOS NA ALEMANHA
Na Universidade Técnica de Braunschweig (Alemanha), foram feitos
ensaios com resíduos pré-tratados mecânica e biologicamente de três diferentes locais. O
aspecto do matéria proveniente de Mansie (cidade alemã da região de Niedersachsen) pode
ser observado na Figura A. 6. O aspecto do material oriundo de Münster (cidade alemã da
região de North Rhine-Westphalia) pode ser observado na Figura A. 7.
Uma barreira capilar experimental de pequenas dimensões foi
construída, também, na Universidade Técnica de Braunschweig. Detalhes desta barreira
experimental podem ser vistos na Figura A. 8.
Figura A. 6 - Aspecto do material proveniente de Mansie (IZZO,2006).
200
Figura A. 7 - Aspecto do material proveniente de Münster (IZZO,2006).
Figura A. 8 - Teste em laboratório de barreira capilar feita com resíduo sólido urbano
pré-tratado mecânica e biologicamente feito na UT Braunschweig (IZZO, 2006).
201
A.5 - BARREIRA CAPILAR EXPERIMENTAL
Após os ensaios da barreira capilar experimental realizados, onde a
camada capilar foi construída com o composto passante na peneira de 4 mm, o material foi
retirado da caixa e peneirado com um peneira de malha com abertura de 2 mm. A retirada
de material da caixa, ainda úmido, pode ser observado na Figura A. 9. O processo de
secagem pode ser observado na Figura A. 10 e o peneiramento pode ser visto na Figura A.
11.
Figura A. 9 - Retirada do material da Caixa para ser seco e peneirado.
202
Figura A. 10 – Processo de secagem do composto.
Figura A. 11 - Composto sendo peneirado.
203
A.6 - ENSAIO DE ADENSAMENTO OEDOMÉTRICO
Ensaios oedométricos foram feitos para um solo argiloso proveniente de
Belford Roxo, que é utilizado para cobertura em um aterro de resíduos sólidos urbanos, e
comparado com os resultados de ensaios oedométricos feitos com composto. Os resultados
podem ser observados na Figura A. 12.
1,8
ïndice de Vazios, e
1,6
1,4
1,2
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
1
10
100
1000
Tensão Vertical (kPa)
10000
Deformação Específica (%)
0
Composto (1-4mm) - Não Saturado
Composto (1-4mm) Saturado
Solo de Belford Roxo - Não Saturado
Solo de Belford Roxo - Saturado
10
20
30
40
50
0
200 400 600 800 10001200140016001800
Tensão Vertical (kPa)
Figura A. 12 - Comparação entre os resultados do ensaio de adensamento para o
composto e para um solo argiloso de Belford Roxo (RJ).