TCC - Uso do permeâmetro tipo Guelph para a obtenção da

UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTOCENTRO TECNOLÓGICO

PROJETO DE GRADUAÇÃO

NATHÁLIA TABACHI BIMBATO

USO DO PERMEÂMETRO TIPO GUELPH PARA A OBTENÇÃO DA PERMEABILIDADE EM UMA ÁREA POTENCIAL PARA IMPLANTAÇÃO DE ATERRO DE

RESÍDUOS SÓLIDOS NÃO PERIGOSOS

VITÓRIA2014




Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Departamento de Engenharia Civil do Centro Tecnológico da Universidade Federal do Espírito Santo, para obtenção do grau de Engenheiro Civil.

Orientador: Prof. Dr. Patrício José Moreira

Pires

VITÓRIA2014




Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Departamento de Engenharia Civil

do Centro Tecnológico da Universidade Federal do Espírito Santo, para obtenção do

grau de Engenheiro Civil.

COMISSÃO EXAMINADORA:

_____________________________________________Prof. Patrício José Moreira PiresUniversidade Federal do Espírito SantoOrientador

_____________________________________________Prof. Romulo Castello Henriques RibeiroUniversidade Federal do Espírito SantoCo-Orientador

_____________________________________________Prof. João Luiz Calmon Nogueira da GamaUniversidade Federal do Espirito SantoExaminador

AGRADECIMENTOS

Agradeço aos meus pais, pelo apoio durante toda minha vida acadêmica até o

presente momento, me incentivando a estudar e a sonhar com as conquistas na

vida.

A minha irmã, pela paciência e ajuda incondicional.

Aos meus amigos, pelo incentivo e apoio ao estudo nas disciplinas do curso de

engenharia civil.

Ao Professor Patrício José Moreira Pires, pela orientação fundamental para

realização deste projeto, pela sua dedicação e tempo dispendidos.

Aos funcionários da empresa Marca Ambiental, pela disponibilidade e atenção

concedidas para realização dos ensaios e esclarecimento de dúvidas.

A todos os professores do curso de Engenharia Civil, por todo conhecimento

transmitido durante o andamento do curso.

A Deus, que me dá a possibilidade de concretizar mais este sonho.

RESUMO

O presente trabalho descreve um ensaio de permeabilidade realizado em uma área

que servirá de subsolo para um aterro sanitário de resíduos sólidos urbanos,

localizado em Cariacica, Espírito Santo. O valor da condutividade hidráulica foi

obtido a partir de um ensaio de infiltração em campo com o Permeâmetro Guelph,

instalado a profundidade de 24 cm. O Permeâmetro Guelph é um permeâmetro de

carga constante que trabalha sob o princípio do tubo de Mariotte. Ele é um

equipamento leve, fácil de ser operado e os ensaios são rápidos. Há um interesse

cada vez maior sobre as características de um aterro sanitário, pois quando os

resíduos são dispostos nele, os impactos ambientais são minimizados. A

permeabilidade é um fator que merece atenção especial em aterros sanitários, visto

que é preciso impedir a infiltração de poluentes no lençol freático e aquíferos

próximos. Os procedimentos de cálculo seguidos neste trabalho utilizam os modelos

teóricos propostos por Reynolds & Elrick (1983) e Reynolds & Elrick (1989). Para o

ponto ensaiado, obteve-se uma condutividade hidráulica saturada de campo = 9,32 x

10-6 cm/s. De acordo com a NBR 13896 (1997), uma camada impermeabilizante

deve ser implantada na base de um aterro sempre que houver predominância no

subsolo de material com condutividade hidráulica superior a 5x10 -6 cm/s. Assim,

levando em consideração apenas essa recomendação, há necessidade de uma

proteção adicional. É preciso destacar, contudo, que uma série de fatores como a

não utilização do líquido percolante real no ensaio, possíveis erros de leitura e

manuseio do equipamento, não representatividade do terreno, podem ter

influenciado o resultado, tornando-o não representativo da situação de campo.

Palavras-chaveAterro sanitário, Condutividade Hidráulica, Permeâmetro Guelph.

ABSTRACT

This project describes a permeability test performed in an area that will serve as a

basement to a landfill for municipal solid waste, located in Cariacica, Espírito Santo.

The value of hydraulic conductivity was obtained from an infiltration field test with

Guelph Permeameter, installed with 24 cm of depth. The Guelph permeameter is a

constant head permeameter and it works under the principle of Mariotte tube. It’s a

lightweight device, it’s easy to operate and the tests are fast. There is an increasing

interest on the landfill characteristics because when waste is disposed therein, the

environmental impacts are minimized. Permeability is a factor that deserves special

attention in landfills because it’s necessary to prevent the infiltration of pollutants in

groundwater and in near aquifers. Thus, this study aimed to understand the

characteristics, mode of operation, theoretical foundations of the Guelph

Permeameter for then use it determining the hydraulic conductivity of the landfill. The

calculation procedures followed in this project use the theoretical models proposed

by Reynolds & Elrick (1983) and Reynolds & Elrick (1989). We have obtained a

hydraulic conductivity = 9.32 x 10-6 cm / s in the tested point. According to NBR

13896 (1997), a waterproofing layer should be located on the base of a landfill where

there is a predominance of material with hydraulic conductivity greater than 5x10 -6 cm

/ s. Thus, considering only this recommendation, there would be necessary an

additional protection. However, there are a number of factors such as not using real

percolating liquid in the test, possible errors in reading and handling the equipment,

not representative site, which may have influenced the result turning it in a non-

representative site situation.

KeywordsLandfill, Hydraulic Conductivity, Guelph Permeameter.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Variação de v em função de i.........................................................18

Figura 2 - Elementos da Rede........................................................................19

Figura 3 - Permeâmetro curvo........................................................................20

Figura 4 - Permeâmetro curvo........................................................................21

Figura 5 - Fluxo através de um elemento.......................................................26

Figura 6 - Permeâmetro de carga constante..................................................28

Figura 7 - Permeâmetro de carga variável.....................................................29

Figura 8 - Ensaio de bombeamento de um poço em uma camada permeável

não confinada.................................................................................................31

Figura 9 - Ensaio de bombeamento de um poço que penetra até a

profundidade total de um aquífero confinado.................................................32

Figura 10 - Piezômetro cravado.....................................................................35

Figura 11 - Piezômetro escavado...................................................................35

Figura 12 - Estrutura de solo residual com micro e macroporos....................38

Figura 13 - Conjunto de tripé..........................................................................41

Figura 14 - Tubo de apoio e ligações de tubo de ar inferior...........................41

Figura 15 - Permeâmetro Guelph...................................................................42

Figura 16 - Bulbo de saturação......................................................................43

Figura 17 - Cinturão verde..............................................................................49

Figura 18 -Guarita..........................................................................................49

Figura 19 - Célula em fase de funcionamento................................................50

Figura 20 - Estação de tratamento do chorume.............................................51

Figura 21 - Impermeabilização de célula........................................................52

Figura 22 - Aplicação do mix de geosintéticos...............................................52

Figura 23 - Drenagem dos gases...................................................................53

Figura 24 - Esquema geral do processo de degradação...............................54

Figura 25 -(a) Escavador de solo. (b) Escavador de classificação. (c) Escova

de preparação do poço...................................................................................56

Figura 26 - Montagem Guelph 1.....................................................................57



Figura 29 - Enchimento dos reservatórios......................................................58

Figura 30 - Posicionamento do permeâmetro................................................59

Figura 31 - Célula do ensaio..........................................................................62

Figura 32 -Solo retirado do poço....................................................................62

Figura 33 - Curva granulométrica...................................................................63

Figura 34 - Relatório Guelph..........................................................................65

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Valores típicos de k para solos saturados ...................................26

Tabela 2 - Classificação dos ensaios para determinação da condutividade

hidráulica em campo .....................................................................................30

Tabela 3 - Estimativa de α*.............................................................................44

Tabela 4 - Ensaio peneiramento....................................................................62

Tabela 5 - Frações de solo.............................................................................63

Tabela 6 - Resumo resultados.......................................................................66

SUMÁRIO

AGRADECIMENTOS.......................................................................................4

RESUMO..........................................................................................................5

LISTA DE FIGURAS........................................................................................7

LISTA DE TABELAS.......................................................................................9

SUMÁRIO.......................................................................................................10

1 INTRODUÇÃO.....................................................................................13

2 OBJETIVO...........................................................................................14

3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA................................................................15

3.1 PERMEABILIDADE..............................................................................15

3.1.1 Equação de Bernoulli..................................................................15

3.1.2 Fluxo unidimensional...................................................................16

3.1.2.1 Lei de Darcy....................................................................16

3.1.3 Fluxo bidimensional.....................................................................18

3.1.3.1 Equação de Laplace.......................................................18

3.1.3.2 Rede de fluxo..................................................................19

3.1.4 Fluxo tridimensional....................................................................25

3.2 Condutividade Hidráulica.....................................................................26

3.2.1 Ensaios de laboratório.................................................................27

3.2.1.1 Permeâmetro de carga constante...................................27

3.2.1.2 Permeâmetro de carga variável......................................28

3.2.2 Ensaios de campo.......................................................................30

3.2.2.1 Bombeamento a partir de poços.....................................30

3.2.2.2 Furos de sondagem........................................................33

3.2.2.3 Piezômetro......................................................................34

3.2.3 Propriedades e interações que influenciam a condutividade

hidráulica..............................................................................................36

3.2.3.1 Estado do solo................................................................36

3.2.3.2 Grau de saturação..........................................................36

3.2.3.3 Temperatura....................................................................37

3.2.3.4 Estrutura..........................................................................37

3.2.3.5 Anisotropia......................................................................39

3.3 Permeâmetro de Guelph......................................................................40

3.4 Aterros sanitários.................................................................................47

3.4.1 Definição.....................................................................................47

3.4.2 Critérios para localização............................................................48

3.4.3 Elementos componentes.............................................................48

3.4.4 Dinâmica de funcionamento........................................................51

3.4.4.1 Preparação das células...................................................51

3.4.4.2 Recebimento e disposição dos resíduos........................53

3.4.4.3 Recobrimento..................................................................54

3.4.5 Líquido percolante - Chorume.....................................................54

4 METODOLOGIA..................................................................................56

4.1 Experiências realizadas.......................................................................56

4.1.1 Fundamentos operacionais.........................................................56

4.1.2 Descrição da área de estudo......................................................60

4.1.2.1 Clima e condições meteorológicas.................................60

4.1.2.2 Solos...............................................................................61

4.1.3 Resultados..................................................................................61

5 CONCLUSÕES E SUGESTÕES.........................................................67

5.1 Conclusões...........................................................................................67

5.2 Sugestões............................................................................................68

6 REFERÊNCIAS....................................................................................69

1 INTRODUÇÃO

A disposição de resíduos de maneira inadequada no solo contribui para a poluição e

contaminação do meio ambiente, uma vez que causa um impacto ambiental

negativo no meio biológico, físico e até mesmo socioeconômico e cultural. Os

problemas gerados vão desde a proliferação de vetores de doenças (baratas, ratos,

moscas), até a geração de odores desagradáveis e, principalmente, poluição do solo

e das águas superficiais e subterrâneas pelo líquido percolante gerado.

O aterro sanitário surge como uma técnica que visa dispor os resíduos sólidos no

solo, sem causar danos à saúde pública e a sua segurança, minimizando os

impactos ambientais. A determinação da condutividade hidráulica (k) do solo da

fundação e das camadas de base e de revestimento do aterro é uma das etapas

mais importantes nas investigações geotécnicas que visam projetos de aterros

sanitários, pois ela é a principal propriedade do solo que controla o processo de

infiltração.

De acordo com Stephens (1996), a condutividade hidráulica na zona não saturada

muda em função das propriedades do meio poroso, das características do fluído e

do teor de umidade volumétrica do material.

O valor de k pode ser encontrado de forma direta, através de métodos de campo ou

de laboratório, ou ainda, de forma indireta, através de previsão com modelos

numéricos. Vários são os métodos disponíveis para determinação in situ dessa

propriedade, assim, a escolha de um determinado método dependerá das

características do solo e das condições do local a ser estudado.

13

2 OBJETIVO

Propôs-se neste trabalho determinar o valor da condutividade hidráulica em uma

área que servirá de subsolo para um aterro sanitário de resíduos sólidos urbanos,

localizado em Cariacica, Espírito Santo. Com o resultado obtido, será possível

verificar se o solo em questão atende às recomendações das normas quanto ao

parâmetro permeabilidade. O equipamento empregado no ensaio de campo foi o

Permeâmetro de Guelph e os procedimentos de cálculo seguidos utilizam os

modelos teóricos propostos por Reynolds & Elrick (1983) e Reynolds & Elrick (1989).

14

3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

3.1 PERMEABILIDADE

Frequentemente, a água ocupa a maior parte ou a totalidade dos vazios do solo.

Quando a água é submetida a diferenças de potenciais, ela desloca-se dos pontos

de alta energia para os de baixa energia.

Em Mecânica dos solos, o parâmetro permeabilidade é a propriedade que

caracteriza uma maior ou menor facilidade de percolação da água através dos poros

de determinado solo.

Segundo Pinto (2006), o estudo da percolação da água nos solos é de extrema

importância, pois ela intervém em problemas práticos como no cálculo de vazões, na

análise de recalques e nos estudos de estabilidade.

3.1.1 Equação de Bernoulli

De acordo com a equação de Bernoulli, explicitada abaixo, a carga total de um ponto

na água em movimento pode ser dada pela soma das cargas piezométrica, cinética

e altimétrica.

H=( uγw )+( v s22 g )+he(1)Onde:

H: carga total

u: poropressão

γw: peso específico da água

vs: velocidade de percolação

g: aceleração da gravidade

he: cota do ponto = carga altimétrica

15

O termo vs2/2g, que representa a carga cinética, pode ser desprezado na maioria

dos problemas de percolação de água através dos solos, em vista do pequeno valor

da velocidade.

Assim, no estudo da percolação nos solos, a equação básica é:

H=( uγw )+he (2)

A perda de carga do fluxo entre dois pontos a e b pode, então, ser determinada por:

∆ h=Ha−Hb=(( uaγw )+hea)−(( ubγw )+heb)(3)

O gradiente hidráulico é um número que representa a dissipação de energia por

unidade de peso de fluxo, numa distância L. Ele é expresso pela relação (4).

i=(∆hL )(4)Onde:

i: gradiente hidráulico

∆h: perda de carga do fluxo

L: distância percorrida para perda

3.1.2 Fluxo unidimensional

3.1.2.1 Lei de Darcy

Em 1856, Henry Darcy publicou a lei experimental (5) correlacionando a velocidade

de descarga da água, através de solos saturados, com o gradiente hidráulico.

v=k ×i(5)

Onde:

v: velocidade de descarga

16

k: condutividade hidráulica


Na equação (5), v é a velocidade de descarga da água com base na área da seção

transversal bruta da amostra de solo ensaiada. Porém, a velocidade efetiva da água

através dos espaços vazios do solo é maior que v, pois a área disponível é menor.

Para uma dada vazão Q, é possível relacionar a velocidade de descarga com a

velocidade efetiva (velocidade de percolação), através da equação (6).

Q=v× A=vs× A v (6)

Onde:

Q: vazão


A: área da seção transversal bruta do solo

Av: área de vazios da seção transversal do solo


Aplicando-se os conhecimentos em índices físicos, a equação (6) pode ser reescrita

como:

vs=( vn )(7)Onde:



n: porosidade

A lei de Darcy (5) é válida para condições de fluxo laminar e é aplicável para uma

grande variedade de solos. A figura 1 mostra a variação da velocidade de descarga

em função crescente do gradiente hidráulico. Como pode ser visualizado, na zona

de fluxo laminar a velocidade tem uma relação linear com o gradiente hidráulico.

17

Figura 1 – Variação de v em função de i.

Fonte: DAS, 2013, p.145.

3.1.3 Fluxo bidimensional

3.1.3.1 Equação de Laplace

De acordo com Gerscovich (2011), a equação básica para fluxo laminar

tridimensional em solos é reduzida à Equação de Laplace (equação (8)), após as

considerações e suposições seguintes:

componentes da vazão de água no subsolo somente nas direções x e z;

fluxo estacionário;

solo saturado permanente;

efeitos de capilaridade desprezíveis;

água e esqueleto de partículas sólidas incompressíveis;

solo homogêneo;

condutividade hidráulica constante nas direções x e z;

validade da lei de Darcy;

solo isotrópico em relação à permeabilidade.

(∂¿¿2h)/∂ x2 ¿+(∂2h/∂ z2)=0 (8)

18

3.1.3.2 Rede de fluxo

De acordo com Pinto (2006), o estudo do fluxo bidimensional é simplificado através

de uma representação gráfica dos caminhos percorridos pela água e da

correspondente dissipação de carga. Essa representação é conhecida como rede de

fluxo. Desde que as condições de contorno da região onde ocorre o fluxo sejam

satisfeitas, a rede de fluxo obtida constituirá uma solução particular da equação de

Laplace para este problema específico.

É conveniente que as redes de fluxo bidimensionais sejam traçadas considerando

canais de igual vazão, conhecidas como linhas de fluxo, e zonas de igual perda de

potencial, conhecidas como equipotenciais (ver figura 2). Além disso, a condição

fundamental a ser satisfeita em uma rede de fluxo é a de que todas as interseções

entre linhas de fluxo e equipotenciais ocorram segundo ângulos retos.

A construção gráfica das redes de fluxo é feita por tentativas a partir da definição

das linhas limites, portando requer experiência.

Figura 2 – Elementos da Rede.

Fonte: PINTO, 2006, p.145.

No caso dos permeâmetros curvos (figura 3), as linhas de fluxo são arcos de

círculos concêntricos. Como o comprimento das linhas de fluxo é diferente, os

gradientes hidráulicos também diferem. Através da Lei de Darcy (5), tendo em vista

que a condutividade hidráulica é constante, conclui-se que as velocidades de

19

percolação são variáveis e inferiores junto à superfície externa, local com menores

gradientes hidráulicos (PINTO, 2006).

Como dito anteriormente, o ideal é que as redes de fluxo sejam traçadas

considerando canais de igual vazão. Assim, já que a velocidade junto à superfície

externa é menor, é necessário que os canais próximos a ela sejam mais largos do

que os canais junto à superfície interna (PINTO, 2006).

As distâncias entre as linhas equipotenciais serão variáveis também. Para

determinar o afastamento entre essas linhas, deve-se dividir o comprimento da linha

de fluxo em questão pela quantidade de equipotenciais.

Figura 3 – Permeâmetro curvo.


A figura 4 ilustra uma rede de fluxo correspondente à percolação sob uma

pranchada penetrante numa camada de areia. Observa-se que diferentemente da

rede correspondente ao permeâmetro curvo, os canais de fluxo possuem

espessuras variáveis ao longo de seus desenvolvimentos (PINTO, 2006).

Desse modo, para que a vazão seja constante, a velocidade tem de ser maior

quando o canal se estreita. Além disso, para manter a perda de potencial constante

de uma linha equipotencial para a outra, o espaçamento entre as linhas deve

diminuir.

20

Figura 4 – Rede de fluxo sob pranchada.


A rede de fluxo permite a estimativa da vazão, poropressões e, consequentemente,

gradientes hidráulicos.

Vazão

Se a razão entre as dimensões médias das malhas de uma rede de fluxo for

constante, a vazão que ocorre nos vários canais de fluxo desta rede também será

constante e igual a Q. Assim, se a rede possui nf canais de fluxo, a vazão total por

unidade de comprimento na direção perpendicular a página(considerando figura 4)

será igual a:

Q =nf ×Q(9)

Onde:

Q`: vazão total por unidade de comprimento

nf: número de canais de fluxo

Q: vazão em um canal de fluxo

Ainda, se a razão entre as dimensões médias das malhas de uma rede de fluxo for

constante, a perda de carga entre duas equipotenciais adjacentes quaisquer

também será constante e igual a:

∆ h=∆Hnq

(10)

21

Onde:

∆h: perda de carga entre duas equipotenciais adjacentes

∆H: diferença de carga total que provoca percolação

nq: número de faixas de perda de potencial

Considerando um elemento qualquer da rede, como o visto na figura 2, pela Lei de

Darcy, tem-se que a vazão por esse elemento vale:

Q=k×( ∆hl )×b(11)Onde:

Q: vazão em um canal de fluxo



l: distância entre duas equipotenciais adjacentes

b: distância entre duas linhas de fluxo adjacentes

Levando-se a equação (10) em (11) e substituindo-se em (9), tem-se que a vazão

total por unidade de comprimento é:

Q=k×∆ H ×( bl )×( nfnq )(12)Onde:

Q: vazão total por unidade de comprimento




b: distância entre duas linhas de fluxo adjacentes


22


Como b=l, para a malha de “quadrados”, tem-se:

Q=k×∆ H ×( nfnq )(13)Onde:

Q: vazão total por unidade de comprimento





Gradiente hidráulico

O gradiente hidráulico em uma malha qualquer da rede fluxo é calculado através da

equação (14). Se a distância entre as equipotenciais for variável ao longo da linha de

fluxo, é importante notar que o gradiente varia de ponto para ponto.

i=∆hl

(14)

Onde:




Poropressão

A poropressão em qualquer ponto de uma região de fluxo é obtida através da

equação (15).

23

u=hp×γw(15)

Onde:

u: poropressão

hp: carga piezométrica


Reorganizando a equação (2), tem-se que:

hp=H−he(16)

Onde:

hp: carga piezométrica

H: carga total

he: carga altimétrica

A carga total em cada equipotencial é facilmente encontrada desde que a perda de

carga seja constante entre as equipotenciais adjacentes. Estabelecendo o

referencial em uma posição qualquer, a carga total na equipotencial de entrada é

obtida de acordo com as condições de contorno. Então, os valores das cargas totais

nas equipotenciais subsequentes serão sempre iguais ao valor de carga total

anterior menos a perda de carga constante e igual a ∆h.

Assim, para finalmente encontrar o valor da poropressão em um ponto qualquer,

basta que o valor da carga total neste ponto seja calculado e que a carga de

elevação seja conhecida.

u=γw (H−he )(17)

Onde:

u: poropressão


H: carga total

24

he: carga altimétrica

3.1.4 Fluxo tridimensional

Segundo Gerscovich (2011), encontra-se a equação básica para fluxo laminar

tridimensional em solos homogêneos (equação (18)), após as considerações e

suposições seguintes:

a diferença entre o volume de água que entra e o volume que sai do elemento

de solo por unidade de tempo é igual à variação de volume de água por

unidade de tempo no interior do elemento de solo;

validade da lei de Darcy;

gradiente hidráulico negativo, pois a perda de carga total diminui com o

aumento do caminho de percolação;

condutividade hidráulica constante nas direções x, y, z;

volume de sólidos constante.

k x∂2h

∂ x2+k y∂

2h∂ y2

+kz∂

2h∂ z2

=( 11+e )(e ∂S∂t +S ∂e∂ t )(18)

Onde:

Kx,ky,kz: condutividade hidráulica

h: perda de carga total

x,y,z: direções (ver figura 5)

e: índice de vazios

S: grau de saturação

t: tempo

A figura 5 ilustra o elemento de solo homogêneo com dimensões dx, dy e dz, através

do qual a água flui em regime laminar.

25

Figura 5 – Fluxo através de um elemento.


3.2 CONDUTIVIDADE HIDRÁULICA

O valor da condutividade hidráulica altera muito entre solos distintos. Alguns valores

típicos para solos saturados são apresentados na tabela 1.

Tabela 1: Valores típicos de k para solos saturados.

Fonte: DAS, 2013, p.147.

A condutividade hidráulica pode ser obtida de forma direta, através de métodos de

campo ou de laboratório, ou ainda, de forma indireta, através de previsão com

modelos numéricos. A equação (19), desenvolvida por Taylor em 1948, é um

exemplo de método indireto para obtenção de k.

k=D2×( γwμ )×( e3

1+e )×C (19)

Onde:

26


D: diâmetro de uma esfera equivalente ao tamanho dos grãos do solo

γw: peso específico do líquido

μ: viscosidade do líquido


C: coeficiente de forma

3.2.1 Ensaios de laboratório

Dois tipos de ensaios laboratoriais padrão são empregados para determinar a

condutividade hidráulica do solo: o ensaio de carga constante e o ensaio de carga

variável.

O ensaio de carga constante é principalmente utilizado para areias e solos arenosos.

Por outro lado, o de carga variável é usado para solos argilosos, visto que

quantidades de água muito pequenas atravessam a amostra (VARGAS, 1978).

Em ambos os ensaios, admite-se que a água percola através do solo em regime de

escoamento laminar.

3.2.1.1 Permeâmetro de carga constante

O arranjo típico desse tipo de ensaio é ilustrado na figura 6. Segundo a NBR 13292

(1995), com as válvulas abertas, deve-se aguardar até que a diferença de cargas

entre a entrada e saída de água se estabilize. Então, deve-se medir e registrar a

carga, a temperatura e o volume de água percolado em determinado tempo. O valor

de k pode ser calculado através da Lei de Darcy.

Q=A×v ×t=A× (k× i )×t=A×(k×( hL ))×t(20)Onde:

27

Q: volume de água coletada

A: área da seção transversal do corpo de prova


t: tempo de coleta

h: diferenças nos níveis dos tubos manométricos

L: comprimento do solo

Reescrevendo a equação (20), tem-se:

k=( Q×LA×h×t )(21)

Figura 6: Permeâmetro de carga constante.

Fonte: DAS, 2013, p.149.

3.2.1.2 Permeâmetro de carga variável

Um típico ensaio de permeabilidade com carga variável é esquematizado na figura

7. Neste ensaio, deve-se registrar a carga inicial h1 a um tempo t=0 e, após a água

fluir através da amostra de solo, a carga final h2 no tempo t=t2. Efetuam-se, também,

medidas da temperatura da água coletada em um recipiente colocado ao lado do

permeâmetro.

A NBR 14545:2000 prescreve os métodos completos para realização deste ensaio.

28

A equação para o cálculo da condutividade hidráulica é:

k=( a× LA×t )× ln( h1h2 )(22)Onde:


a: área da seção transversal do tubo onde a variação de carga é medida

A: área da seção transversal do corpo de prova

t: intervalo de tempo

h1 e h2: carga inicial e final, respectivamente

L: comprimento do solo

Figura 7: Permeâmetro de carga variável.

Fonte: DAS, 2013, p.150.

A principal vantagem da realização de ensaios em laboratório é o controle das

condições do ensaio, possibilitando a realização de uma série de simulações.

Contudo, a qualidade dos resultados de ensaios laboratoriais depende muito da

qualidade e representatividade das amostras. Além disso, muitas vezes os

resultados obtidos nestes ensaios não representam com fidelidade algumas das

características do maciço, essenciais para a previsão do seu comportamento

(GIACHETI et al., 2000).

29

3.2.2 Ensaios de campo

A classificação dos ensaios de campo para determinação da condutividade

hidráulica pode ser função de vários parâmetros. Na tabela 2, é possível visualizar

alguns desses parâmetros, como a metodologia de prospecção empregada no

campo, a maneira de realização e a pressão aplicada.

Nos ensaios em porções não saturadas dos solos, admite-se apenas a injeção de

água no solo, ou seja, a realização do ensaio de carga. Por outro lado, em porções

saturadas dos solos, permite-se tanto a retirada quanto a injeção de água no solo

(OLIVEIRA E CORRÊA, 1996).

Tabela 2: Classificação dos ensaios para determinação da condutividade hidráulica em campo.

Fonte: OLIVEIRA E CORRÊA, 1996.

Alguns desses ensaios são descritos a seguir:

3.2.2.1 Bombeamento a partir de poços

Trata-se de um ensaio de grande uso para a determinação da permeabilidade in situ

de camadas de areia e pedregulho, situados abaixo do nível freático (CAPUTO,

1988).

30

De acordo com Das (2013), durante o ensaio deve-se bombear a água a uma taxa

constante para fora do poço de ensaio. Deve-se, também, escavar poços

testemunhas a diferentes distâncias radiais do poço de ensaio. A partir do momento

em que o nível da água nos poços se torna constante, a vazão de água do solo para

dentro do poço, que é igual à vazão de bombeamento, pode ser expressa por:

Q=k×(dydx )×2×π ×x × y (23)

Separando as variáveis e integrando, tem-se:

k=( Q× ln ( x2x1 )π × ( y22− y1

2 ) )(24)A figura 8 mostra o principio no qual se baseia o ensaio. As variáveis x1,x2,y1 e y2,

também são representadas.

Figura 8: Ensaio de bombeamento de um poço em uma camada permeável não confinada.

31

Fonte: Produzido pela autora

A condutividade hidráulica média de um aquífero confinado também pode ser

determinada pela realização do ensaio de bombeamento. Nesse caso, como a água

possui apenas a possibilidade de entrar no poço através do aquífero de espessura

H, a condutividade na direção do fluxo assume a seguinte forma (DAS, 2013):

k=( Q× ln( x2x1 )2×H × ( y2− y1) )(25)

A figura 9 mostra o principio no qual se baseia o ensaio. As variáveis x1, x2, y1, y2 e

H também são representadas.

Figura 9: Ensaio de bombeamento de um poço que penetra até a profundidade total de um aquífero confinado.

Fonte: Produzido pela autora

32

O custo para realização do ensaio de bombeamento é consideravelmente alto e,

portanto, devem-se preceder investigações que estabeleçam a natureza geral das

formações.

3.2.2.2 Furos de sondagem

Trata-se de um ensaio no qual se determina a permeabilidade de solos e rochas

injetando-se ou bombeando-se água através de perfurações executadas durante a

fase de investigação. Segundo Davilla1, a utilização deste método requer cuidados,

pois sua aplicação prática está sujeita a uma série de inconsistências, tais como a

falta de precisão nas medidas dos elementos geométricos e o amolgamento do solo

devido à perfuração (informação verbal). Além disso, Lima, citado por Santos (2004),

adverte que as fórmulas deduzidas para o cálculo da condutividade hidráulica são

aplicáveis somente em casos específicos. Assim, é necessário muito cuidado para

não utilizar fórmulas em ensaios cujas condições não se enquadram na formulação

proposta.

Estes ensaios podem ser de carga variável ou de carga constante.

Carga variável

No ensaio de carga variável, o nível de água é alterado para uma posição

denominada inicial. Essa posição pode ser estabelecida através da introdução de

água (ensaio de rebaixamento) ou da retirada de água (ensaio de recuperação). No

decorrer do ensaio, há uma tendência do nível de água retornar à posição inicial.

Deve-se acompanhar, portanto, a velocidade para uma determinada variação da

carga (OLIVEIRA E CORRÊA, 1996).

Carga constante

33

No ensaio de carga constante, o nível de água pode ser mantido constante através

da introdução de água (ensaio de infiltração) ou da retirada de água (ensaio de

___________________

1DAVILLA,C. Permeabilidade dos solos. [S.I.:s.n.], 2008. Disponível em: <ftp://ftp.ifes.edu.br/cursos/Transportes/CelioDavilla/Solos/Literatura complementar/Notas de aula/unidade_6.pdf>. Acesso em: 10 fev. 2014.

bombeamento). Na primeira situação, deve-se medir a vazão injetada para manter o

nível constante. Já para o caso de retirada de água, deve-se medir a vazão

bombeada (OLIVEIRA E CORRÊA, 1996).

3.2.2.3 Piezômetro

Os ensaios conduzidos em piezômetros podem ser do tipo slug test. Nesse tipo de

ensaio, o nível de água no piezômetro pode aumentar ou diminuir,

instantaneamente, pela adição ou remoção de água ou pela adição ou remoção de

um sólido cilíndrico. A estabilização desse nível pode ser tão rápida, que muitas

vezes só é possível acompanhá-lo através de transdutores de pressão (OLIVA;

KIANG; CAETANO-CHANG, 2005). O resultado do monitoramento da posição do

nível da água é uma curva de rebaixamento ou recuperação desse nível com o

tempo. Assim, de posse das características geométricas do poço e dos parâmetros

extraídos da curva obtida, pode-se calcular o valor da condutividade hidráulica

(DAWSON; JONATHAN, 1991, apud OLIVA; KIANG; CAETANO-CHANG, 2005).

A condutividade hidráulica pode ser calculada através de vários métodos.

A equação básica para a determinação da condutividade hidráulica a partir de

resultados de ensaios com piezômetros foi apresentada por Hvorslev, 1951, e

correspondia à condição do solo abaixo do nível de água. Para utilizá-la, é preciso

conhecer a relação entre a carga hidráulica aplicada no interior do furo e a vazão

medida durante o ensaio, e, ainda, o fator de forma da ponteira. O fator de forma

depende da geometria do piezômetro e do tipo de ensaio (com aplicação de carga

hidráulica constante ou variável) (PINTO, 2005).

34

De acordo com Tavenas et al., citado por Pinto(2005), existem dois tipos de

piezômetros amplamente utilizados, são eles:

Piezômetro cravado

Este piezômetro é composto por uma ponteira metálica e um elemento poroso unido

a um tubo de água. Este tipo de ensaio não deve ser utilizado para solos argilosos,

uma vez que no momento da cravação ocorre uma pertubação e colmatação na

estrutura do solo. A figura 10 mostra o esquema de um piezômetro cravado.

Figura 10: Piezômetro cravado.


Piezômetro escavado

A execução de um ensaio de condutividade hidráulica com piezômetro escavado

(figura 11) requer basicamente: tubos de PVC, bentonita para a execução do selo,

areia para execução do filtro, bureta graduada para a medição do volume de água

infiltrado e, ainda, trados e hastes para a execução do furo de sondagem.

Figura 11: Piezômetro escavado.

35

Fonte: PINTO, 2005, p.41.3.2.3 Propriedades e interações que influenciam a condutividade hidráulica

De acordo com Stephens (1996), a condutividade hidráulica na zona não saturada

muda em função das propriedades do meio poroso, das características do fluído e

do teor de umidade volumétrica do material.

3.2.3.1 Estado do solo

Quanto maior o índice de vazios, isto é, quanto mais fofo o solo, mais permeável ele

é. Caso o valor da condutividade hidráulica, k, seja conhecido para certo solo com

índice de vazios e, pode-se calcular k para outro e através da equação (26) (mais

utilizada para areias) (PINTO, 2006).

( k1k2 )=(e13

1+e1e23

1+e2)(26)

Onde:



36

3.2.3.2 Grau de saturação

A condutividade hidráulica de um solo não saturado é menor do que se ele estivesse

totalmente saturado. Essa diferença ocorre, pois as bolhas de ar, contidas pela

tensão superficial da água, criam obstáculos ao fluxo de água (PINTO, 2006).

3.2.3.3 Temperatura

Como pode ser observado na equação (19), o peso específico, γw, e a viscosidade

do líquido percolante, μ, influenciam na condutividade hidráulica, k.

Segundo Prevedello (1996), citado por Cunha (2006, p. 21), a variação do parâmetro

γw com a temperatura é muito pequena, tendo pouca influencia na condutividade

hidráulica. Entretanto, a viscosidade decresce sensivelmente com o aumento da

temperatura.

Dessa forma, quanto maior for a temperatura, menor a viscosidade da água e,

portanto, mais facilmente ela escoa pelos vazios do solo com correspondente

aumento de k.

De acordo com Youngs (1991), mencionado por Cunha (2006, p. 21), a

condutividade hidráulica varia aproximadamente 3% para cada 1°C de alteração na

temperatura.

Convencionou-se então, em vista da uniformidade, adotar a condutividade referida à

água na temperatura de 20° Celsius, o que se faz pela seguinte equação:

k 20=k ×( μμ20 )(27)Onde:


μ: viscosidade do líquido percolante

37

3.2.3.4 Estrutura

A disposição relativa dos grãos também influi na permeabilidade de um solo.

No caso de solos residuais e de solos compactados, por exemplo, existem

aglomerações de partículas argilosas que se arranjam de modo a formar vazios de

maiores dimensões, como pode ser visto na figura 12. Assim, em virtude dos

macroporos de sua estrutura, a água percola com maior facilidade nestes solos

(PINTO, 2006).

Figura 12: Estrutura de solo residual com micro e macroporos.


A superfície das partículas de argila é, normalmente, carregada negativamente.

Cátions intercambiáveis como o Ca2+, Mg2+, Na+ e K+ balanceiam essa carga

negativa, no caso de argilas secas (DAS, 2013). De acordo com Pinto (2006, p.

18), “Quando a água se encontra em contato com as partículas argilosas, as

moléculas orientam-se em relação a elas e aos íons que circundam as partículas. Os

íons afastam-se das partículas e ficam circundados por moléculas de água”. Essa

configuração é chamada de dupla camada difusa.

As características da dupla camada dependem da valência dos íons presentes na

água, da concentração eletrolítica, da temperatura e da constante dielétrica do meio

38

(PINTO, 2006). A equação (28) permite avaliar a influência de algumas variáveis

sobre a espessura da dupla camada (Aguiar, 2001).

1K

=(ε0×D×k×T2×n0×e

2×v2)1 /2

(28)

Onde:

1/K: espessura da dupla camada

ε0: permissividade do vácuo (8,8542 x 10-12 C2J-1m-1)

D: constante dielétrica do fluido

k: constante de Boltzman

T: temperatura

n0: concentração iônica

e: carga eletrônica

v: valência catiônica

Através da equação (28), é possível observar que solos percolados por líquidos

contendo cátions monovalentes, como Na+, K+, entre outros, exibem duplas camadas

mais espessas do que os percolados por líquidos com cátions polivalentes, como o

Ca2+, Mg2+ e outros. Além disso, soluções com alta concentração iônica apresentam

uma menor espessura da dupla camada.

Segundo Aguiar (2001), quanto mais espessa for a dupla camada, mais estreito será

o caminho para a solução e, por conseguinte, menor será condutividade hidráulica.

A constante dielétrica do fluido também exerce uma influência significativa sobre o

fluxo no solo. Quanto maior o valor de D, menor será o valor da condutividade

hidráulica.

3.2.3.5 Anisotropia

39

Usualmente, o solo não é isotrópico em relação à permeabilidade. Em solos

sedimentares e em solos compactados, as diversas camadas podem apresentar

permeabilidades diferentes e, ainda, as partículas possuem uma tendência de se

posicionarem com suas maiores dimensões orientadas na posição horizontal. Isso

faz com que esses solos habitualmente apresentem maiores condutividades

hidráulicas na direção horizontal do que na vertical ( PINTO, 2006).

3.3 PERMEÂMETRO DE GUELPH

O Permeâmetro Guelph é um permeâmetro de furo e de carga hidráulica constante

que mede a condutividade hidráulica saturada de campo acima do lençol freático.

Ele foi desenvolvido por Reynolds & Elrick (1983) e, posteriormente, aperfeiçoado

pelos mesmos na University of Guelph, Canadá (RIBEIRO;PEREIRA; IWASHITA,

2009).

De acordo com as Instruções Operacionais do Permeâmetro Guelph, fornecido pela

Contenco, devido às melhorias práticas incorporadas na operação do Permeâmetro

Guelph e a análise avançada que a teoria fornece, ele é idealmente apropriado para

aplicações envolvendo o projeto e o monitoramento de sistemas de irrigação,

sistemas de drenagem, canais, reservatórios, aterros sanitários, sistemas de

reservatórios sépticos, estudos e pesquisas de solo e hidrológicas, entre outros.

Algumas das vantagens deste equipamento são: leveza do aparelho, facilidade de

operação e rapidez dos ensaios.

O Manual do Permeâmetro Guelph divide o equipamento em quatro seções básicas.

São elas:

conjunto de tripé;

tubo de apoio e ligações de tubo de ar inferior;

conjunto de reservatório;

escala de cabeça do poço e ligações do tubo de ar superior.

40

O conjunto de tripé, ilustrado na figura 13, é constituído por uma base de tripé com

bucha de tripé, luva de aperto e três pernas de tripé destacáveis.

Figura 13: Conjunto de tripé.

Fonte: Instruções Operacionais – Permeâmetro Guelph Modelo I-1034 L, Contenco, p.05.

O tubo de apoio suporta o conjunto de reservatório sobre a abertura do poço e

conduz água do reservatório até a ponta de saída de água. A ponta de entrada de ar

é acoplada ao fundo do tubo inferior e é utilizada para regular a altura da cabeça de

poço. Quando a ponta de entrada de ar está completamente posicionada contra a

arruela de restrição de ar, o ar não pode se mover para cima do tubo de apoio e,

portando, não ocorre nenhum fluxo de água para fora do reservatório. A figura 14

exibe o esquema desses itens.

Figura 14: Tubo de apoio e ligações de tubo de ar inferior.

41

Fonte: Instruções Operacionais – Permeâmetro Guelph Modelo I-1034 L, Contenco, p.06.

O conjunto de reservatório, visualizado na figura 15, é constituído por um

reservatório interno com escala graduada e um reservatório externo. O conjunto

fornece o meio para o armazenamento de água e para medir a taxa de fluxo de

saída enquanto o permeâmetro está em uso. Através da válvula dos reservatórios,

pode-se optar pela utilização dos dois reservatórios ou apenas do interno. Esta

escolha depende se o ensaio será realizado em solos de alta ou baixa

permeabilidade, respectivamente.

Figura 15: Permeâmetro Guelph.

42

Fonte: SANTOS, 2004, p.58.

Por fim, o tubo com escala graduada permite realizar a leitura da altura de carga do

poço. Esse item também pode ser visto na figura 10.

O Permeâmetro Guelph trabalha sob o princípio do tubo de Mariotte. Após a

execução de uma abertura de poço cilíndrica, uma carga constante no furo deve ser

estabelecida e mantida no nível do fundo do tubo de ar. À medida que o nível de

água no reservatório diminui, um vácuo é criado no espaço acima da água. O vácuo

pode apenas ser aliviado quando o ar da pressão atmosférica ambiente entra pela

parte superior do tubo de ar, sai da ponta de entrada de ar e sobe, então, para a

parte superior do reservatório. Desta forma, sempre que o nível de água no poço

começa a afastar-se da ponta de entrada de ar, bolhas de ar emergem da ponta e

ascendem para o reservatório. O vácuo é assim parcialmente aliviado e a água

proveniente do reservatório restabelece o nível de água no poço. Ainda, o tamanho

da abertura e a geometria da ponta de entrada de ar controlam o tamanho das

43

bolhas de ar e impedem que o nível de água no poço flutue (INSTRUÇÕES

OPERACIONAIS : PERMEÂMETRO GUELPH MODELO I-1034 L).

Após determinado tempo, que dependerá, dentre outros fatores, da umidade

antecedente do solo e da sua textura, um bulbo em torno do furo estará saturado

(ver figura 16) e, então, o fluxo externo de água do poço torna-se constante. Este

valor de fluxo é empregado no cálculo da condutividade hidráulica (AGUIAR, 2001).

Figura 16: Bulbo de saturação.

Fonte: AGUIAR, 2001, p.25.

Durante o ensaio, geralmente, não se consegue expulsar completamente o ar dos

vazios do solo e, portanto, a saturação total não é atingida. O que se alcança é a

chamada saturação de campo, que não chega a ser um inconveniente, já que os

processos naturais e artificiais de infiltração resultam na captura de ar no solo.

A condutividade hidráulica saturada de campo pode ser obtida por meio de

diferentes métodos de cálculo. Quando se utiliza o método de uma cabeça, proposto

por Reynolds & Elrick (1989), a análise de descarga estável de um poço considera

todas as forças que colaboram para o fluxo de água tridimensional dentro dos solos:

o impulso hidráulico de água para dentro do solo, o impulso gravitacional de líquido

para fora através do fundo do poço e o “impulso” de capilaridade de água fora do

poço para dentro do solo adjacente (INSTRUÇÕES OPERACIONAIS:

PERMEÂMETRO GUELPH MODELO I-1034 L).

As fórmulas e procedimentos desse método estão abaixo explicitados.

Inicialmente, o parâmetro da extensão capilar macroscópica, α*, deve ser

determinado para cada locação onde será realizado o ensaio. Deve-se utilizar para

tanto, os valores encontrados na tabela 3, sugeridos por ELRICK et al.(1989). O

44

parâmetro α* representa a relação da gravidade com as forças de capilaridade

durante a infiltração.

Tabela 3: Estimativa de α*.

Fonte: Instruções Operacionais do Permeâmetro Guelph modelo I-1034 L, Contenco, p.47.

De acordo com Zang et al. (1998) citado pelas Instruções Operacionais do

Permeâmetro Guelph, o fator de forma do bulbo, C, pode ser obtido através das

equações empíricas (29), (30) e (31).

C1=

Ha

2,074+0,093×(Ha )

0,754

(29)

C2=

Ha

1,992+0,091×(Ha )

0,683

(30)

C3=

Ha

2,081+0,121×(Ha )

0,672

(31)

Onde:

C1: fator de forma quando α* ≥ 0,12 cm−1

C2: fator de forma quando α* = 0,04 cm−1

45

C3: fator de forma quando α* = 0,01 cm−1

H: Cabeça de água no poço

a: Raio do poço

Quando se deseja determinar a condutividade hidráulica com um nível maior de

precisão, o ensaio é realizado com duas cabeças de água no poço, H1 e H2,

seguindo os métodos de cálculo desenvolvidos por Reynolds e Elrick (1983).

A taxa de queda estável, R, é a taxa de queda de água no reservatório que

permaneceu aproximadamente constante em três intervalos de tempo consecutivos

de medição. As taxas estáveis RH1 e RH2 são utilizadas para determinar as vazões

QH1 e QH2, através das fórmulas abaixo explicitadas.

QH1=X ×RH1ouQH1=Y ×RH 1(32)

Onde:

QH1: Vazão para a cabeça de água no poço H1

X: Área da seção transversal dos reservatórios combinados

Y: Área da seção transversal do reservatório interno

RH1: Taxa estável para a cabeça de água no poço H1

QH2=X ×RH 2ouQH2=Y × RH 2(33)

Onde:

QH2: Vazão para a cabeça de água no poço H2

X: Área da seção transversal dos reservatórios combinados

Y: Área da seção transversal do reservatório interno

RH2: Taxa estável para a cabeça de água no poço H2

A condutividade saturada de campo será, então:

k fs=G2×QH 2−G1×QH1(34 )

46

Onde:

G1=( H2×CH1

π × (2×H 1×H2× (H 2−H1 )+a2× (H1×CH 2−H2×CH 1 )) )(35)

G2=( H 1×CH 2

π × (2× H1×H 2× (H2−H1 )+a2× (H1×CH 2−H2×CH 1 ) ) )(36)

O potencial de fluxo matricial, Φm, é o indicador da habilidade do solo em retirar a

água por capilaridade de uma seção transversal (SANTOS, 2004). Ele pode ser

calculado através da equação (37).

Φm=G3×QH1−G 4×QH 2(37)

Onde:

G3=( (2×H22+a2×C H2)×CH 1

2×π × (2× H1×H 2× (H2−H1 )+a2× (H1×CH 2−H2×CH 1 ) ) )(38)

G4=( (2×H 12+a2×CH 1)×CH 2

2×π × (2×H1×H2× (H 2−H1 )+a2× (H1×CH 2−H2×CH 1 )))(39)

Segundo Scotter (1982) citado por Santos (2004, p.66), o valor calculado de α* pode

ser encontrado através da fórmula (40).

α∗¿ (K fs

Φm)(40)

Se forem obtidos valores negativos de α* ou fora da faixa impraticável de 0,01 ≤ α*≤

0,05 cm−1, deve-se realizar uma análise de uma cabeça para cada uma das duas

47

cabeças e os valores encontrados para Kfs e Φm devem ser rateados. Seguem as

fórmulas propostas por Elrick et al. (1989) para análise de uma cabeça.

K fs=( C×Q

2×π×H 2+π ×a2×C+2×π×(Hα¿ ))(41)

Φm=( C ×Q(2×π×H 2+π ×a2×C )×α ¿+2×π×H )(42)

3.4 ATERROS SANITÁRIOS

3.4.1 Definição

Segundo a NBR 8419 (1992, p. 01), um aterro sanitário de resíduos sólidos urbanos

é:

Uma técnica de disposição de resíduos sólidos no solo, sem causar danos à saúde pública e à sua segurança, minimizando os impactos ambientais, método este que utiliza princípios de engenharia para confinar os resíduos sólidos à menor área possível, cobrindo-os com uma camada de terra na conclusão de cada jornada de trabalho ou intervalos menores, se for necessário.

3.4.2 Critérios para localização

Para escolher o local mais apropriado para a construção de um aterro de resíduos

sólidos urbanos não perigosos, é preciso avaliar as possibilidades de impacto local e

sobre a área de influência do empreendimento, procurando medidas para mitigá-las.

48

A NBR 13896(1997) destaca algumas considerações técnicas que devem ser feitas

para avaliar a adequabilidade de um local. Alguns exemplos são:

não executar o aterro em áreas sujeitas a inundações em períodos de

recorrência de 100 anos;

camada natural mínima de 1,50m de solo insaturado entre o nível mais alto

de lençol freático e a superfície inferior do aterro (o desejável é que esta

camada tenha espessura superior a 3,0m);

predominância no subsolo de material com condutividade hidráulica inferior a

5x10-5 cm/s(o desejável é que a condutividade hidráulica seja inferior a 5x10 -6

cm/s);

distância mínima de 200m entre o aterro e qualquer recurso hídrico.

Outros aspectos como a área disponível e a vida útil do aterro influem diretamente

no custo para implantação desse e, portanto, na viabilidade econômica da iniciativa.

Aconselha-se a construção de aterros com vida útil de no mínimo 10 anos.

A anuência da população é, também, muito importante e deve ser maximizada.

Recomenda-se uma distância superior a 500m entre os núcleos populacionais e o

aterro.

3.4.3 Elementos componentes

Segundo Lanza e Carvalho (2006), os principais itens de infraestrutura necessários

a um aterro sanitário são:

Sinalização - Placas indicativas das unidades e advertência nos locais de

risco;

Isolamento - Cerca em todo o perímetro da área em operação para dificultar o

ingresso de pessoas não autorizadas e animais. Um portão de entrada, com

controle de acesso, completa o isolamento;

Cinturão Verde - Cerca viva, formada por arbustos e árvores nativas, no

perímetro da instalação, utilizada quando se exige melhor estética do local e a

dispersão o cheiro proveniente do lixo;

49

Figura 17 – Cinturão verde.

Fonte: Acervo Pessoal.

Acessos - Vias externas e internas construídas e mantidas de forma que seja

possível utilizá-las em segurança sob quaisquer condições climáticas;

Guarita - Local onde são realizados a recepção, inspeção e o controle da

entrada e saída de veículos no aterro;

Figura 18 – Guarita.

Fonte: Acervo Pessoal.

Balança - A balança é utilizada para a pesagem dos veículos coletores.

Dessa forma, é possível controlar o volume de resíduos dispostos diariamente

no aterro, além de facilitar a remuneração dos serviços prestados em aterros

empreitados;

Iluminação, Força, Comunicação e Abastecimento de água - É necessário

que haja no aterro uma ligação com a rede de energia para o uso dos

equipamentos como compressores e bombas e, também, para que ações de

emergência possam ser realizadas mesmo no período noturno. Além disso,

50

deve haver um sistema de comunicação interno e externo através da ligação

à rede de telefonia fixa, móvel ou rádio. Não menos importante, é a ligação

com a rede pública de abastecimento de água tratada, ou ainda, outro modo

de abastecimento para suprir as instalações de apoio;

Instalações de apoio - O aterro deve conter instalações como sanitários,

vestiários, refeitório, copa e escritório;

Área de disposição dos resíduos - Deve ser realizado um trabalho preliminar

de impermeabilização e de drenagem de águas pluviais, chorume e gases

nas áreas em que serão dispostos os resíduos;

Figura 19 – Célula em fase de funcionamento.

Fonte: Empresa Marca Ambiental.

Instrumentos para monitoramento - O monitoramento para avaliação das

obras de captação dos percolados, das obras de drenagem das águas

superficiais e do sistema de queima dos gases deve continuar mesmo após a

conclusão das células. Para isso, são utilizados equipamentos e técnicas de

controle como os poços de monitoramento de águas subterrâneas,

piezômetros, medidores de vazão e inclinômetros;

Sistema de tratamento do líquido percolado - Deve ser projetado um sistema

que trate os líquidos percolados do aterro de modo que os efluentes

respeitem os padrões de lançamento e garantam a qualidade do corpo

receptor.

51

Figura 20 – Estação de tratamento do chorume.


3.4.4 Dinâmica de funcionamento

3.4.4.1 Preparação das células

Como já mencionado anteriormente, é necessário realizar um trabalho de

impermeabilização e de drenagem de águas pluviais, chorume e gases antes de

dispor os resíduos sólidos nas células.

Uma camada impermeabilizante deve ser implantada sempre que a camada natural

de solo insaturado entre o nível mais alto de lençol freático e a superfície inferior do

aterro tiver espessura inferior a 3,0m ou houver predominância no subsolo de

material com condutividade hidráulica superior a 5x10-6 cm/s (NBR 13896,1997).

A impermeabilização tem como objetivo impedir a infiltração de poluentes no lençol

freático e aquíferos próximos. Assim, para garantir tão função, ela deve ser

estanque, ser durável, ter resistência mecânica, ser resistente a intempéries e ser

compatível com os resíduos a serem aterrados. Além disso, é importante que a

camada impermeabilizante seja instalada cobrindo toda a área de contato com o

solo. Normalmente, são empregadas geomembranas sintéticas ou argilas

compactadas para tal posto.

52

Figura 21 – Impermeabilização de célula.


Figura 22 – Aplicação do mix de geosintéticos.

Fonte: KOERNER,1998.

De acordo com a NBR 13896 (1997), as estruturas para drenagem de águas pluviais

devem ser dimensionadas para drenar uma chuva de pico com período de retorno

de cinco anos. Estes dispositivos para drenagem são importantes, pois a drenagem

ineficiente das águas pluviais pode resultar em um aumento no volume de chorume

gerado, devido à maior infiltração de água no maciço do aterro, contribuindo para a

instabilidade do mesmo.

O sistema de drenagem do chorume deve ser instalado imediatamente acima da

impermeabilização. Ele deve ser construído com um material quimicamente

resistente ao resíduo e ao liquido percolado e, ainda, ser resistente a pressões da

estrutura total do aterro.

53

O sistema de drenagem dos gases pode ser interligado à drenagem do chorume. A

queima dos gases deve ocorrer imediatamente após o início de sua produção, de forma a evitar que a sua dispersão pelo aterro contamine a atmosfera (LANZA; CARVALHO, 2006).

Figura 23 – Drenagem dos gases.

Fonte: Acervo pessoal

3.4.4.2 Recebimento e disposição dos resíduos

Inicialmente, os veículos coletores são recepcionados na guarita do aterro sanitário.

Nessa etapa são realizadas a vistoria e a pesagem desses veículos, que já devem

ter cadastro e identificação prévios. O aterro deve ter um funcionário responsável

por verificar e registrar a origem, a natureza e a classe dos resíduos e orientar os

motoristas acerca da unidade na qual o descarregamento deve ocorrer.

O caminhão deve, então, descarregar os resíduos na área de disposição delimitada

pela equipe de topografia. Com um equipamento adequado, os resíduos são

espalhados e compactados até que seja verificado visualmente que o incremento do

número de passadas não gera nenhuma redução significativa no volume aparente

da camada.

3.4.4.3 Recobrimento

Cobertura Diária – Ao término de cada jornada de trabalho, uma camada de terra ou

de material inerte deve ser disposta sobre os resíduos compactados a fim de evitar a

54

disseminação de odores desagradáveis, proliferação de vetores e impedir que os

resíduos sejam arrastados pelo vento (LANZA E CARVALHO, 2006).

Cobertura Final – Quando a capacidade da plataforma do aterro se esgota, uma

camada de argila compactada (espessura definida no projeto) deve ser disposta

sobre as superfícies que ficarão expostas permanentemente. Após realizar o

recobrimento, gramíneas devem ser plantadas nos taludes definitivos para protegê-

los contra a erosão (LANZA E CARVALHO, 2006).

3.4.5 Líquido percolante - Chorume

Os resíduos sólidos urbanos acumulados continuamente em aterros sanitários

formam uma mistura com grande variedade química. Sob a influência de agentes

naturais, como a chuva e microrganismos, essa mistura sofre evoluções complexas,

constituídas pela superposição de mecanismos físicos, químicos e biológicos. O

esquema da figura 24 resume os fenômenos que provocam a degradação dos

resíduos e acarretam o carreamento pela água de moléculas diversas, as quais

originam os vetores de poluição (CASTILHOS JUNIOR et al., 2003).

Figura 24 – Esquema geral do processo de degradação.

Fonte: CASTILHOS JUNIOR et al., 2003, p.20.

Diversos fatores influenciam a composição dos chorumes como a idade do aterro, a

composição dos resíduos dispostos, as condições climáticas e a altura da camada

de resíduo. Apesar da composição ser muito variável, algumas características são

marcantes nos chorumes: a presença de sais de sódio, cálcio e potássio; compostos

Degradação

dos resíduos sólidos urbanos em aterro sanitário

Fenômenos de dissolução dos elementos minerais presentes nos resíduos

Bioconversão da matéria orgânica em formas solúveis

Carreamento pela água de percolação das finas partículas e do material solúvel.

55

orgânicos; compostos amoniacais (GIORDANO; BARBOSA FILHO; CARVALHO,

2011).

4 METODOLOGIA

O estudo de caso contempla a realização de um ensaio de campo, utilizando o

Permeâmetro de Guelph (Modelo I – 1034 L), para determinar a condutividade

56

hidráulica em uma área que servirá de subsolo para um aterro de resíduos sólidos

urbanos da empresa Marca Ambiental.

4.1 EXPERIÊNCIAS REALIZADAS

4.1.1 Fundamentos operacionais

Para medir a condutividade hidráulica através dos métodos mencionados no tópico

do Permeâmetro de Guelph, devem-se seguir os passos abaixo listados (fornecidos

no manual do equipamento).

1. Avaliar a locação em relação a topografia, aspectos gerais do solo, aplicação

desejada e selecionar um número e a localização de áreas que são

representativas dos solos sendo estudados. Em cada locação, deve-se utilizar

a tabela 3 para determinar o valor adequado para α*;

2. Fazer um furo com a profundidade e diâmetro desejados. Os instrumentos

necessários para escavação e preparação de uma abertura de poço,

ilustrados na figura 25, estão incluídos no Kit de Permeâmetro de Guelph;

Figura 25 – (a) Escavador de solo. (b) Escavador de classificação. (c) Escova de preparação do poço.

Fonte: Acervo pessoal.3. Montar o tripé;

4. Conectar o tubo de ar inferior ao tubo de ar central na base do reservatório

usando o acoplamento de tubo de ar, conforme mostra a figura 26;

Figura 26 – Montagem Guelph 1.

57

Fonte: Acervo pessoal.

5. Deslizar a bucha do tripé para fora do tubo de apoio. Em seguida, deslizar o

tubo de apoio sobre o tubo de ar e conectá-lo firmemente ao fundo da base

do reservatório, como ilustra a figura 27;



6. Rebaixar o tubo de apoio para o tripé, conforme figura 28;


58


7. Remover o plugue de enchimento na tampa do reservatório e ajustar a válvula

do reservatório girando-a no sentido anti-horário três voltas

aproximadamente. Despejar, então, água dentro do recesso na tampa do topo

do reservatório, como ilustra a figura 29. Após o enchimento, recolocar o

plugue de enchimento. É prudente verificar se não há vazamento nas roscas

e ligações;

Figura 29 – Enchimento dos reservatórios.


59

8. Centralizar o tripé sobre a abertura do poço e, lentamente, abaixar o

permeâmetro, de forma que o tubo de apoio entre na abertura do poço. Essa

situação é visualizada na figura 30;

Figura 30 – Posicionamento do permeâmetro.


9. Levantar lentamente a ponta de entrada de ar até que a primeira altura de

pressão, que será mantida no interior do furo, seja atingida. A leitura da altura

é feita na borda inferior do indicador de altura de poço, com o auxilio de uma

escala graduada;

10. Com base na avaliação da locação, optar pela utilização de ambos os

reservatórios ou apenas do reservatório interno. Se a opção for apenas o

reservatório interno, girar a válvula no sentido horário até a mesma encostar-

se à base do reservatório para fechá-la;

11.Observar e registrar, em intervalos de tempo regulares, o nível de água no

reservatório. Utilizar a escala impressa no tubo do reservatório interno para

fazer essas leituras;

12.Quando a taxa de queda de água no reservatório for constante em três

intervalos de tempo consecutivos, a taxa de queda estável é atingida e a

primeira etapa do ensaio se encerra;

13. Sem mexer no permeâmetro, levantar lentamente a ponta de entrada de ar

até que a segunda altura de pressão, que será mantida no interior do furo,

seja atingida;

14.Quando a taxa de queda de água no reservatório for constante em três

intervalos de tempo consecutivos, a taxa de queda estável é atingida e pode-

se parar o ensaio.

60

4.1.2 Descrição da área de estudo

A Marca Ambiental está no mercado capixaba desde 1995 - primeiro aterro sanitário

privado do Espírito Santo - e é referência na gestão de resíduos sólidos. Os serviços

prestados pela empresa incluem: coleta, transporte, tratamentos e destinação final

dos resíduos sólidos.

A sua central de tratamento, localizada na BR 101 – km 282 em Nova Rosa da

Penha, Cariacica, Espírito Santo, possui uma área superior a 200 hectares e está

apta e licenciada a receber resíduos Classes I e II.

Seguem abaixo algumas características geomorfológicas da região do

empreendimento, extraídas do EIA-RIMA da CTR Marca Ambiental.

4.1.2.1 Clima e condições meteorológicas

Os principais centros de pressão que atuam sobre a região litorânea do Espírito

Santo, onde se situa o empreendimento, são o anticiclone semifixo do Atlântico Sul e

o anticiclone Polar móvel. As frentes frias dificilmente atingem o litoral capixaba

durante a primavera e o verão, atingindo-o durante o inverno.

O verão caracteriza-se pela predominância de efeitos locais como a convecção e as

chuvas e sistemas de ventos causados e condicionados pelo aquecimento diurno.

No inverno, porém, ocorre um predomínio do tempo associado à passagem de

sucessivas frentes frias.

Assim, pode-se caracterizar o verão como a estação que apresenta os maiores

índices de precipitação, temperatura média e insolação.

Na área de influência, a precipitação anual média de longo termo (1931 a 1996) é de

1315 mm, ocorrendo a maior média mensal no mês de dezembro (196,6 mm) e a

menor média mensal no mês de agosto (51,2 mm). Quanto à temperatura do ar, a

análise dos dados para o mesmo período mostra que a temperatura média anual de

longo termo é de 24,3 °C, ocorrendo as maiores médias mensais nos meses de

61

fevereiro (26,6°C) e março (26,2°C) e a menor temperatura média mensal no mês de

julho (21,5°C).

4.1.2.2 Solos

Na área do empreendimento, verificou-se a ocorrência de solos Latossolo Vermelho-

Amarelo Podzólico álico. São normalmente muito profundos, com maior

diferenciação entre os horizontes A, B e C e com transições entre os sub horizontes

difusas e graduais, acentuadamente a bem drenados. São desenvolvidos na maior

parte da área sobre as rochas pré-cambrianas, Gnaisses Kinzigitos (Complexo

Paraíba do Sul) e, numa menor incidência sobre os sedimentos terciários do Grupo

Barreiras. Apresentam horizonte A de cor bruno-claro-acizentado, com médio teor de

matéria orgânica e uma moderada quantidade de areia sobre a camada adensada

de argila, verificada em profundidade variada, normalmente entre 10 a 25 cm de

profundidade; duro, muito friável, plástico e pegajoso; transição gradual e plana. O

horizonte B é de cor vermelho-amarelado, muito argiloso; muito duro, friável, plástico

e pegajoso.

4.1.3 Resultados

O ensaio foi realizado no dia onze de abril de 2014. No local escolhido para

realização do ensaio, figura 30, o serviço de compactação do solo da fundação do

aterro já havia sido realizado.

Figura 31 – Célula do ensaio.


62

Após a execução do furo, coletou-se o solo retirado do interior do poço (figura 32)

para realização do ensaio de granulometria por peneiramento.

Figura 32 – Solo retirado do poço.


Seguiram-se os passos descritos na NBR 7181 (1984) para realização desse ensaio.

Os resultados obtidos estão representados nas tabelas 4 e 5 e na figura 33.

Tabela 4 – Ensaio peneiramento.

Peneira Abertura (mm)

Massa Retida (g) % Retida

% Retida Acumulad

a

% que Passa

- 9,500 0 0,00 0,00 100,004 4,750 1,01 0,28 0,28 99,7210 2,000 9,27 2,57 2,85 97,1516 1,180 15,09 4,18 7,03 80,4930 0,600 15,73 4,36 11,39 63,1240 0,425 5,09 1,41 12,80 57,5060 0,250 6,57 1,82 14,62 50,25

100 0,150 4,08 1,13 15,75 45,74200 0,075 5,3 1,47 17,22 39,89

Fundo 298,8 82,78 100,00 0,00Total 360,94

Fonte: Produzido pela própria autora.

63

Tabela 5 – Frações de solo.

Pedregulho % passa P76mm (100) - % passa P4(99.72) = 0.28 %;Areia % passa P4 (99.72) - % passa P200(39.89) = 59.83 %;

Areia Grossa % passa P4 (99.72) - % passa P10(97.15) = 2.57 %;Areia Média % passa P10 (97.15) - % passa P40(57.50) = 39.65 %;Areia Fina % passa P40 (57.50) - % passa P200(39.89) = 17.61 %;

Finos( Silte e Argila) % passa P200 = 39.89 %.


Figura 33 – Curva granulométrica.


De acordo com as observações feitas em campo, apoiadas por consultas à literatura

e pela realização do ensaio de granulometria, elegeu-se para o solo em estudo, α* =

0,04 cm-1(Tabela 03).

O ensaio para determinar a condutividade hidráulica decorreu de acordo com os

passos descritos no tópico de Fundamentos Operacionais do Permeâmetro Guelph.

O furo realizado possuía diâmetro igual a 7,5 cm e profundidade de 24 cm.

Foi utilizada água natural para o enchimento dos reservatórios e, com base na

avaliação da locação, optou-se pela utilização apenas do reservatório interno

(Y=2,14 cm²).

64

Aplicaram-se, respectivamente, cargas hidráulicas de 5 cm e 10 cm no interior do

poço.

As leituras do nível de água no reservatório, bem como os intervalos de tempo entre

as mesmas, foram inseridos juntamente com os dados acima citados em uma

planilha desenvolvida pelo professor doutor Patrício José Moreira Pires. Essa

planilha utiliza as fórmulas propostas por Reynolds & Elrick (1983) e Reynolds &

Elrick (1989), já mencionadas no tópico referente ao Permeâmetro de Guelph, para

encontrar os valores da condutividade hidráulica e do potencial de fluxo matricial do

solo analisado. A figura 34 é o relatório gerado pela planilha.

Após análise dos resultados fornecidos, observa-se que foi sugerida a utilização do

método de uma cabeça (método 2), desenvolvido por Reynolds e Elrick (1989). Isso

aconteceu, pois foi encontrado um valor negativo para a condutividade hidráulica ao

utilizar, inicialmente, o método de duas cabeças de água no poço (método 1),

desenvolvido por Reynolds e Elrick (1983). Assim, realizou-se uma análise de uma

cabeça para cada uma das duas cabeças e os valores encontrados para Kfs e Φm

foram rateados. A tabela 6 mostra os valores encontrados em cada análise e o

resultado final.

65

Figura 34 – Relatório Guelph.


66

Tabela 6 – Resumo resultados.

Análise de cabeça única: Primeira cabeça aplicadaPrimeira cabeça aplicada 5 cm

α* 4.00 E-02 cm-1Condutividade hidráulica(kfs1) 1.30 E-05 cm/s

Potencial de fluxo matricial(Φm1) 3.25 E-04 cm³/s

Análise de cabeça única: Segunda cabeça aplicada

Segunda cabeça aplicada 10 cmα* 4.00 E-02 cm-1

Condutividade hidráulica(kfs2) 5.63 E-06 cm/sPotencial de fluxo matricial(Φm2) 1.41 E-04 cm³/s

Valores médios de análise de cabeça únicaCondutividade hidráulica saturada em

campo(kfs) 9.32 E-06 cm/s

Potencial de fluxo matricial médio(Φm) 2.33 E-04 cm³/s


67

5 CONCLUSÕES E SUGESTÕES

5.1 CONCLUSÕES

O Permeâmetro Guelph demonstrou ser um instrumento muito útil ao estudo

envolvendo o projeto de aterros sanitários devido a sua facilidade e praticidade de

transporte e operação, a rapidez na execução dos ensaios e a análise avançada que

a teoria fornece. Além disso, por ser um ensaio de campo, um volume muito maior

de solo pode ser analisado. Ainda, segundo Pinto (2005), os ensaios in situ tem

como vantagem a eliminação dos problemas com amolgamento das amostras

indeformadas e a dificuldade de amostragem para solos arenosos.

Como dito anteriormente, ao utilizar o método de duas cabeças de água no poço, foi

encontrado um valor negativo para a condutividade hidráulica. De acordo com Soto,

Chang e Vilar (2009, p.138) “[...]Philip (1985), Amoozegar (1989), entre outros,

sugerem que esses resultados são causados pela heterogeneidade ou

macroporosidade no meio poroso, resultando em características de fluxo diferentes,

entre um e outro estágio de medição”.

Foi utilizado, então, para obtenção da condutividade hidráulica saturada e do

potencial matricial de fluxo, o método de uma cabeça. Foi feita uma análise de uma

cabeça para cada uma das duas cabeças e os valores encontrados para Kfs e Φm

foram rateados.

Para o ponto ensaiado, obteve-se uma condutividade hidráulica saturada de campo

= 9,32 x 10-6 cm/s. A NBR 13896 (1997) profere que uma camada impermeabilizante

deve ser implantada na base de um aterro sempre que houver predominância no

subsolo de material com condutividade hidráulica superior a 5x10 -6 cm/s. Desse

modo, levando em consideração apenas essa recomendação, haveria necessidade

de uma proteção adicional.

68

5.2 SUGESTÕES

Sugere-se que seja utilizado como líquido percolante, nos ensaios de

permeabilidade, uma amostra do chorume do aterro sanitário estudado. Como

mencionado em tópico anterior deste trabalho, existem vários fatores que

influenciam na condutividade hidráulica, e as características do fluído percolante são

um deles.

Ainda, seria interessante realizar um estudo para determinar qual o número de

pontos ensaiados necessários para a representatividade do terreno, visto que não

existe uma norma que oriente acerca dessa quantidade.

Por fim, seria conveniente traçar uma relação dos resultados obtidos no ensaio de

campo com o Permeâmetro Guelph com os ensaios de laboratório, visto que até a

presente data o aterro estudado realizava ensaios em laboratório para determinação

da condutividade hidráulica dos solos das células.

69

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Documents

TCC - Uso do permeâmetro tipo Guelph para a obtenção da