VI Simpósio Ítalo Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental
III-023 – AVALIAÇÃO DA PERMEABILIDADE DA BARREIRA DE PROTEÇÃO
DA FUNDAÇÃO DO ATERRO SANITÁRIO DE PIRAÍ
Elisabeth Ritter(1)
Engenheira Civil pela Escola de Engenharia da UFRGS. Mestre em Engenharia Civil (Geotecnia) pela PUCRio. Doutora em Engenharia Civil (Geotecnia Ambiental) pela COPPE/UFRJ, Professora Adjunta do Depto.
Eng. Sanitária e do Meio Ambiente - FEN/UERJ
João Alberto Ferrreira
D.Sc. em Saúde Pública, M.Sc. em Engenharia Ambiental, Professor Adjunto do Depto. Eng. Sanitária e do
Meio Ambiente - FEN/UERJ
Alexandre Pessoa Dias
Engenheiro Civil com ênfase em Sanitária - UERJ , Especialista em Engenharia Sanitária e Ambiental - UERJ
Alessandra Almeida Dias da Silva
Graduanda em Engenharia Civil com ênfase em Sanitária - UERJ
Endereço(1): Rua General Urquiza, 190 – Leblon, Rio de Janeiro – RJ – CEP. 22431-040 - Brasil - Tel: (21) 25877743 - e-mail: [email protected]
RESUMO
Amostras retiradas do solo utilizado como material de fundação do Aterro Sanitário de Piraí foram
caracterizadas e ensaiadas em laboratório. A medida da permeabilidade foi executada através de ensaio a
carga variável em amostra compactada em permeâmetro de parede rígida. Executaram-se dois ensaios: um
com umidade correspondente ao ramo seco da curva de compactação, e outro no ramo úmido. Os resultados
indicaram valores de permeabilidade no ramo úmido cerca de 40 % menor do que no ramo seco. Ressalta-se a
importância do controle tecnológico das barreiras de proteção quanto ao teor de umidade.
PALAVRAS-CHAVE: Permeabilidade, Barreira de Proteção, Aterro Sanitário
INTRODUÇÃO
A disposição adequada de resíduos sólidos seja de origem urbana ou industrial vem sendo um dos grandes
desafios dentro do Saneamento Básico e Ambiental. De forma geral, a disposição destes resíduos no solo
apresenta-se como uma alternativa bastante eficiente. Entretanto, caso esta disposição seja realizada de forma
inadequada, pode acarretar sérios problemas como a contaminação do solo, das águas subterrâneas e
superficiais, com sérias conseqüências à saúde pública.
No caso específico do Estado do Rio de Janeiro, a grande maioria dos resíduos sólidos gerados pelos
municípios ainda é disposta de forma inadequada, em locais provisórios, sem nenhum cuidado com medidas
controladoras dos possíveis impactos ambientais decorrentes desta prática. Dos 92 municípios do estado,
somente cerca de 10% dos municípios possuem sistemas adequados de disposição de resíduos sólidos
urbanos. Entre eles está o município de Piraí, com o Aterro Sanitário operando desde maio de 2000.
Observa-se, entretanto, que mesmo quando a disposição dos resíduos é feita através de aterros sanitários,
durante a construção dos mesmos, deveria ocorrer um adequado controle da compactação das barreiras de
proteção projetadas para a fundação destes aterros. Sabe-se, porém, que devido à escassez de recursos das
prefeituras de pequenos e médios municípios, e por falta de cultura vigente no assunto, tal controle não é
realizado de forma eficaz, como faz parte da tradição de construção de barragens de terra.
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O objetivo deste trabalho é apresentar resultados de medidas de densidade in situ, de ensaios de compactação
Proctor Normal e valores de coeficiente de permeabilidade a carga variável medidos em laboratório para o
solo de fundação do Aterro de Piraí.
AS CONDIÇÕES DE SUBSOLO E O USO DE SOLOS COMPACTADOS EM BARREIRAS DE
PROTEÇÃO
A norma brasileira NBR- 13896/1997, para aterros de resíduos não perigosos, recomenda no item 4.1.1b
“desejável a existência, no local, de um depósito natural extenso e homogêneo de materiais com coeficiente de
permeabilidade inferior a 10-6 cm/s e uma zona não saturada com espessura superior a 3,00 m”; em outro
ponto define ainda que “entre a superfície inferior do aterro e o mais alto nível do lençol freático deve haver
uma camada natural de espessura mínima de 1,50 m de solo insaturado” e que “o aterro deve ser executado em
áreas onde haja predominância no subsolo de material com coeficiente de permeabilidade inferior a 5x 10-5
cm/s”. Recomenda também que “sempre que as condições hidrogeológicas do local não atenderem às
especificações de 4.1.1.b deve ser implantada uma camada impermeabilizante”.
Quando for necessária uma camada impermeabilizante, esta será composta de um solo compactado. As
propriedades de solos compactados dependem da umidade de compactação dos solos e dos processos de
compactação utilizados, dos quais resultam peso específico seco (ou densidade seca), o grau de saturação e a
estrutura do solo. Estes parâmetros irão influenciar o coeficiente de permeabilidade existente no campo.
Portanto, se estes fatores não forem cuidadosamente verificados, eventualmente pode-se supor que se tenha
um solo com baixa permeabilidade, que é a condição desejada para a barreira de proteção, enquanto que no
campo a permeabilidade existente esteja maior do que a almejada.
A Tabela 1(Terzaghi e Peck, 1967) resume os valores de permeabilidade e sua classificação quanto ao grau de
permeabilidade. Observa-se que coeficientes de permeabilidade menores do que 10-3 cm/s já são considerados
de baixa permeabilidade. As permeabilidades recomendadas pela norma estão classificadas como muito
baixas.
Tabela 1 – Classificação da permeabilidade
Grau de permeabilidade
Alta
Média
Baixa
Muito Baixa
Praticamente Impermeável
Coeficiente de Permeabilidade
cm/s
Acima de 10-1
10-1 a 10-3
10-3 a 10-5
10-5 a 10-7
Menor do que 10-7
Apud Terzaghi e Peck,1967
A curva de compactação do ensaio em laboratório, geralmente Proctor Normal, é definida em um gráfico teor
de umidade (w), em porcentagem, versus peso específico seco (γd) em KN/m2. Define-se nesta curva um teor
de umidade ótimo e um peso específico seco máximo que delimitam o ramo seco da curva, umidades mais
baixas, e o ramo úmido da curva, com umidades mais elevadas. Os coeficientes de permeabilidade ao longo de
uma curva de compactação diferem bastante, sendo que no ramo seco o solo é mais permeável (Lambe, 1976).
Observa-se que para uma mesma umidade, a permeabilidade é tanto menor quanto mais compacto for o solo,
enquanto que para igual peso específico, a permeabilidade diminui com o aumento do teor de umidade. Para o
caso de barreiras protetoras, subjacentes a aterros sanitários, recomenda-se que a compactação seja efetuada
no ramo úmido da curva, ou seja, com umidades elevadas (Pinto, 2000).
O ATERRO SANITÁRIO DE PIRAÍ
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O Aterro de Piraí está situado junto à Rodovia Presidente Dutra, numa área de aproximadamente 50 hectares.
A bacia de contribuição da área faz parte da bacia de um pequeno córrego contribuinte do Rio Cachimbal, este
distante 13 km do Rio Paraíba do Sul. Dados de pluviosidade da região indicam cerca de 1600 mm de chuva
por ano, ocorrendo de forma mais intensa durante os meses do verão. Ao longo de 5 meses por ano a
evaporação é mais intensa do que a precipitação. O Aterro que está operando desde maio de 2000 recebe cerca
de 18 ton/dia. Maiores detalhes do Aterro estão em Ferreira e Ritter. (2000).
As sondagens de reconhecimento da área, realizadas durante a fase de projeto, indicaram como material de
fundação do Aterro de Piraí uma argila arenosa, micácea, com matéria orgânica, com espessuras variando de
2,00 a 9,00 m. Este solo está sobrejacente a uma camada de 1,0 m de solo residual. A profundidade do nível
d’água indicada nas sondagens variava de 0,50 m a 1,50 m. Esta fase de investigação, executada por empresa
contratada pela prefeitura, contemplou também a realização de ensaios de carga variável em laboratório, com
amostras moldadas no permeâmetro, ao lado dos furos de sondagem; os coeficientes de permeabilidade
obtidos variaram de 4,6 x 10-5 cm/s a 3,6 x 10-6 cm/s. Estes resultados definiram a utilização deste solo,
predominante nos taludes adjacentes, como o material a ser compactado para a barreira de proteção,
especificada em projeto com 1,0 m de espessura. Nenhum controle de umidade e peso específico in situ foi
efetuado durante a execução da barreira de impermeabilização.
A situação de Piraí atende a recomendação da norma em termos de valor do coeficiente de permeabilidade do
solo de fundação, pois este valor varia de 4,6 x 10-5 cm/s a 3,6 x 10-6 cm/s, portanto menor do que 5 x 10-5
cm/s. Por outro lado, possivelmente somente em uma região específica do Aterro, a camada insaturada, sem
contar a barreira de proteção, é de 0,5 m de espessura. Uma camada de 1,0 m de solo compactado foi
especificada no projeto, tendo sido executada subjacente a um sistema de drenagem do chorume (vide Ferreira
et al, 2001), garantindo assim uma distância mínima de 1,5m entre a superfície inferior do Aterro e o mais alto
nível de lençol freático.
ESTUDOS EXPERIMENTAIS
A decisão de investigar melhor as condições do solo de fundação do Aterro de Piraí surgiu após o início de
um projeto de pesquisa, que está em andamento, sobre tratamento de chorume em pequenos e médios
municípios, financiado pelo RHAE/CNPq, do qual os autores fazem parte. Como o aterro já vinha operando
há alguns meses, não foi possível a retirada de um bloco indeformado da fundação do Aterro, pois toda a
primeira célula de deposição dos resíduos domiciliares já estava coberta. No entanto, optou-se por pesquisar o
solo local, dos taludes adjacente, utilizado como material da barreira de proteção. Foram coletadas amostras
deformadas para caracterizar o solo e fazer ensaio de compactação. De modo a se verificar as condições
naturais, foi retirado um bloco no talude natural, junto à célula que está recebendo resíduos.
A Tabela 2 resume os dados de caracterização da amostra: limites de Atterberg, Limite de Liquidez (LL) e
Limite de Plasticidade (LP) e densidade dos grãos (γs). A Figura 1 apresenta a curva granulométrica do
material. Verifica-se que o solo apresenta cerca de 48% de areia, 34% de argila e 18% de silte, predominando
assim a granulação fina. O índice de plasticidade é de 24,4. Este solo é classificado pela carta de plasticidade
como CL. O índice de atividade deste solo é de 0,89, que é uma atividade normal. O teor de umidade e o peso
específico natural (wnat e γnat ) foram determinados a partir de amostra do bloco indeformado. Os ensaios
foram efetuados no Laboratório de mecânica dos Solos da faculdade de Engenharia da UERJ.
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Tabela 2 – Caracterização do solo local
LL
LP
γs
wnat
γnat
47,6 %
23,%
26,3 KN/m2
15,05%
19,54 KN/m2
Figura 1 – Curva Granulométrica
1
Peneiras
200
100
100
50
40
4
30
3/8"
2"
10,0000
50
Percentagem Passando
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0,0001
0,0010
0,0750,1000
0,0100
1,0000
100,0000
Aberturas (mm)
Argila
Silte
Areia
Fina
Pedregulho
Média
A curva de compactação obtida com energia Proctor Normal está apresentada na figura 2. O teor de umidade
ótimo (wot) e densidade seca máxima (γd max) são respectivamente 17,1% e 16,9 KN/m2. Verifica-se que a
condição natural do solo, com 15% de teor de umidade natural e 19,5 KN/m2 de peso específico natural vide
(Tabela 2), que dará um peso específico seco de 16,96 KN/m2, está acima do ramo seco da curva de
compactação.
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Figura 2 – Curva de Compactação Proctor Normal
17.00
P eso E s pec ífic o S ec o (k N/m 2 )
16.80
16.60
16.40
16.20
16.00
15.80
15.60
15.40
15.20
15.00
12.5
13.5
14.5
15.5
16.5
17.5
18.5
19.5
20.5
21.5
22.5
Um idade (% )
Os ensaios de permeabilidade a carga variável foram executados em permeâmetro de parede rígida. As
amostras foram compactadas com energia Proctor Normal no cilindro de compactação, posteriormente
extraídas deste cilindro, e cravadas no permeâmetro. Executaram-se dois ensaios: um no ramo seco e outro no
ramo úmido da curva de compactação. Os ensaios seguiram a norma NBR 14545, que recomenda que em
amostras de solo compactado os grãos de areia e pedregulho com diâmetro maior do que 2 mm sejam
removidos.
Os valores de permeabilidade (k) obtidos estão apresentados na Tabela 3, indicando o teor de umidade inicial
(w), referente à umidade de compactação, peso específico seco (γd) e índice de vazios (e).
Tabela 3 – Resultados dos Ensaios de Permeabilidade
w (%)
γd (KN/m2)
e
k (cm/s)
RAMO SECO
10,04
17,33
0,53
2,07x 10-4
RAMO ÚMIDO
22,33
15,84
0,67
7,68x 10-5
As amostras foram moldadas nas condições extremas da curva de compactação. Os resultados do valor de
coeficiente de permeabilidade indicaram a diminuição do valor do coeficiente de permeabilidade na amostra
moldada no ramo úmido, confirmando as referências anteriores, a partir da teoria. Ressalta-se que o valor do
coeficiente de permeabilidade no ramo úmido da curva é cerca de 40% do valor da permeabilidade no ramo
seco. Observa-se ainda que os valores do índice de vazios (e) das duas amostras apresentam uma diferença de
cerca de 25%, quando seriam desejáveis valores praticamente coincidentes, pois apresentariam a mesma
condição de vazios no solo, com teores de umidade diferentes. No entanto, há uma dificuldade em se obter
amostras compactadas reproduzindo a mesma condição de vazios, e esta diferença obtida de 25% pode ser
considerada irrelevante, pois os valores da permeabilidade indicaram uma diferença de mais do dobro.
Os resultados obtidos ressaltam a importância do controle de umidade de compactação no campo, onde são
necessárias a verificação e manutenção do teor de umidade, que estará garantindo uma situação mais favorável
para as barreiras de proteção, em termos de valor de permeabilidade.
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Ensaios de permeabilidade moldados em torno da umidade ótima também foram efetuados utilizando água e
chorume, e indicaram valores de permeabilidade menores com o chorume (Ferreira et al, 2001).
CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES
Os ensaios de permeabilidade foram realizados em amostras compactadas no ramo seco e úmido da energia
Proctor Normal. O valor obtido para o ramo úmido foi cerca de 40% do valor para o ramo seco. Este resultado
confirma a importância de se indicar o material de barreira de proteção sempre compactado no ramo úmido da
curva, pois nesta situação a permeabilidade será significativamente menor. Os resultados obtidos indicaram
que se houvesse um controle da compactação no campo, os solos utilizados poderiam estar numa condição
mais favorável para garantir uma melhor impermeabilização da fundação. Nesse sentido, o controle
tecnológico na execução das barreiras de proteção de aterros sanitários é perfeitamente justificável e viável
sob o ponto de vista de custo/benefício.
Por outro lado, na situação do Aterro de Piraí, como os valores determinados estão no limiar de um valor
aceitável, e considerando as condições vigentes no aterro, em que a quantidade de chorume gerado é pequena,
e existe um sistema de coleta deste chorume, possivelmente a probabilidade de ocorrer uma percolação do
chorume gerado através da fundação é bastante remota.
AGRADECIMENTOS
O presente trabalho foi realizado com o apoio do CNPq, dentro do programa CNPq/Rhae. Agradecemos a
colaboração do prof. Rogério Feijó do Laboratório de Mecânica dos Solos da Faculdade de Engenharia da
UERJ.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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LAMBE,T. e WHITMAN, R. Mecânica De Suelos. Editorial Limusa. México. 1976.
FERREIRA, J.A. e RITTER,E. Viability of Sanitary Landfill for Municipalities of Small and Medium
Size in Developing Countries – a Brazilian Experience – International Symposium on Sanitary and
Environmental Enginnering. Trento. Vol III, pg.155-160. 2000
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FERREIRA, J.A., GIORDANO, G., RITTER,E. e ROSSO, T.C., CAMPOS, J.C. e LIMA, P.Z.M.
Uma revisão das técnicas de tratamento de chorume e a realidade do Estado do Rio de Janeiro. 21o
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Vol.1 – III-108. 2001
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FERREIRA, J.A, RITTER,E. ROSSO, T.C. e DIAS, A.P. Leachate permeability study of compacted
soil barrier for Pirai’s Sanitary Landfill. Sardinia 2001 8th International Waste Management and Landfill
Symposium. Proceddings Vol III p. 143-148. 2001
5.
PINTO, C.S. Curso Básico de Mecânica dos Solos. Oficina de Textos. São Paulo. 2000
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