Prévia do material em texto
0 SOCIEDADE EDUCACIONAL DE SANTA CATARINA CENTRO UNIVERSITÁRIO SOCIESC - UNISOCIESC JÉSSICA NAZÁRIO MACHADO ANÁLISE DA CAMADA DE COBERTURA UTILIZADA PARA FECHAMENTO TEMPORÁRIO EM ATERRO INDUSTRIAL LOCALIZADO NO MUNICÍPIO DE JOINVILLE Joinville 2018 JÉSSICA NAZÁRIO MACHADO ANÁLISE DA CAMADA DE COBERTURA UTILIZADA PARA FECHAMENTO TEMPORÁRIO EM ATERRO INDUSTRIAL LOCALIZADO NO MUNICÍPIO DE JOINVILLE Trabalho de conclusão apresentado ao curso de Bacharelado de Engenharia Civil do Centro Universitário Sociesc- UNISOCIESC, como requisito para obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil. Orientador: Prof. Me Guilherme de Luca Campos Joinville 2018/1 JÉSSICA NAZÁRIO MACHADO ANÁLISE DA CAMADA DE COBERTURA UTILIZADA PARA FECHAMENTO TEMPORÁRIO EM ATERRO INDUSTRIAL LOCALIZADO NO MUNICÍPIO DE JOINVILLE Este trabalho foi julgado adequado à obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil e aprovado em sua forma final pelo curso de Bacharel em Engenharia Civil do Centro Universitário Sociesc - UNISOCIESC. Joinville, 03 de julho de 2018. _________________________________ Prof. Me Guilherme de Luca Campos (Orientador) _________________________________ Prof. Me Aerton Pereira _________________________________ Engenheira Luciane Herbst Valim AGRADECIMENTOS Primeiramente agradeço a Deus, por tudo em minha vida e principalmente por me dar forças para continuar, quando ela já havia esgotado. Aos meus pais por todo apoio, paciência, compreensão, incentivo e amparo. Não teria chegado até aqui sem a ajuda de vocês. Aos meus colegas de curso que, fizeram parte dessa trajetória, dividindo momentos de descontração, estudos, discussões, experiências e conquistas. Aos amigos fora da faculdade também, eles foram responsáveis por me tirar da rotina, quando eu realmente já não aguentava mais, seja para dar umas risadas ou apenas jogar papo fora. Á empresa Catarinense Engenharia Ambiental, por todo suporte oferecido desde o início da pesquisa. A toda sua equipe operacional Cláudio, Moacir e Luíza, minha gratidão pelo convívio durante todo esse tempo que estive presente na unidade. Aos funcionários do aterro, que ajudaram a implantar as células experimentais. Ao professor Mestre Guilherme de Luca Campos, pela orientação, ensinamentos, competência e apoio. E por fim, as professoras Dra. Márcia Adriana Tomaz e Dra. Michela Steluti Poleti, pelas valiosas contribuições no desenvolvimento dessa pesquisa. Obrigada! RESUMO A infiltração da água da chuva na cobertura do aterro gera um líquido chamado percolado e esse líquido é a principal fonte de poluição e traz um grave risco de contaminação das águas superficiais e principalmente as subterrâneas. A NBR 10.157 não especifica a espessura da camada de cobertura para ser utilizada, apenas exige alguns parâmetros a serem seguidos. O objetivo dessa pesquisa foi avaliar a infiltração da água da chuva em camadas de fechamento com espessuras diferentes, identificar características geotécnicas do material a ser utilizado na camada de fechamento, analisar financeiramente cada célula, verificar o processo construtivo da camada e propor manutenções para minimizar a infiltração da água da chuva no resíduo. A metodologia compreendeu ensaios de laboratório para a caracterização do material utilizado, investigação de campo, com as medições da pluviometria e de infiltração. Com os resultados da pesquisa podemos concluir que a camada de impermeabilização deve ser executada com o maior grau de compactação possível. Uma boa qualidade da compactação irá definir o sucesso da utilização deste sistema de impermeabilização. O monitoramento das células experimentais mostrou-se satisfatório. A célula simulando a berma de 60 cm infiltrou em média 5,10%, a berma de 80 cm infiltrou em média 3,54% e a célula simulando o talude infiltrou 0,68%. Vale ressaltar que quanto maior a intensidade da chuva, maior a taxa de infiltração. Com a caracterização dos materiais pudemos concluir que o material estudado não se trata de uma argila como havíamos deduzido no início, mas sim de um silte arenoso e seu coeficiente de permeabilidade ficou na casa de cm/s. A análise dos custos mostrou que mesmo infiltrando pouco utilizando a cobertura com argila, seu custo se torna elevado, pois seria necessário contratar uma equipe de manutenção. Diante de todas as informações apresentadas, concluiu-se que a camada de 80 cm é a mais adequada, pelo seu percentual de infiltração ser menor. Palavras-chave: Camada de cobertura; Camada de cobertura temporária; Infiltração, Chorume, Aterro Sanitário. ABSTRACT The infiltration of rainwater into the landfill cover generates a liquid called percolated and this liquid is the main source of pollution and carries a serious risk of contamination of surface water and especially underground water. NBR 10.157 does not specify the thickness of the cover layer to be used, it only requires some parameters to be followed. The objective of this research was to evaluate the infiltration of rainwater in layers with different thicknesses, to identify geotechnical characteristics of the material to be used in the closing layer, to analyze each cell financially, to verify the constructive process of the layer and to propose maintenance to minimize the infiltration of rainwater into the waste. The methodology comprised laboratory tests for the characterization of the material used, field investigation, with measurements of pluviometry and infiltration. With the results of the research we could conclude that the waterproofing layer should be executed with the highest degree of compaction possible. A good quality of compaction will define the success of using this waterproofing system. The monitoring of the experimental cells was satisfactory. The cell simulating the 60 cm border infiltrated on average 5.10%, the 80 cm border infiltrated on average 3.54% and the cell simulating the slope infiltrated 0.68%. It is noteworthy that the higher the rainfall intensity, the higher the rate of infiltration. With the characterization of the materials we could conclude that the studied material is not a clay as we had deduced in the beginning, but a sandy silt and its permeability coefficient was in the house of cm / s. The analysis of the costs showed that even infiltrating little using the cover with clay, its cost becomes high, since it would be necessary to hire a maintenance team. In view of all the information presented, it was concluded that the 80 cm layer is the most adequate because its percentage of infiltration is lower. Keywords: Coverage layer; Temporary coverage layer; Infiltration, Slurry, Landfill. LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura 1 - Detalhes das etapas para realização de um aterro sanitário .................... 21 Figura 2 - Esquema ilustrativo do revestimento de fundo ......................................... 23 Figura 3 - Modelo de ancoragem de Geomembrana ................................................. 24 Figura 4 - Sistema de drenagem de chorume ........................................................... 25 Figura 5 – Modelos de drenagem de fundo – A) Drenagem espinha de peixe B) Colchão drenante ...................................................................................................... 26 Figura 6 – Dreno de gás – A) Esquema de um dreno de gás; B) Simulação do dreno de gás em um aterro sanitário ................................................................................... 27 Figura 7 - Queimador de Biogás ...............................................................................42 2.4.2.2 Ensaio de carga variável Um permeâmetro de nível variado é exibido na Figura 12. Geralmente é utilizado para solos finos (CAPUTO, 1988). Figura 12 - Ensaio de permeabilidade com carga variável Piezômetro dh h h2 h1 Pedra porosa Pedra porosa Corpo de prova do solo Fonte: Adaptado Das (2012) Segundo Caputo (1988) e Das (2012) a água de um piezômetro flui através de um solo. A diferença da carga inicial a um tempo t = 0 é registrada e a água pode fluir através da amostra de solo de forma que a diferença de carga final no tempo t = seja , resultando na Eq. 6. ...(6) 2.4.3 Fatores que influenciam a permeabilidade do solo Existem diversos fatores que influenciam o coeficiente de permeabilidade do solo. A seguir serão apresentados os principais fatores descritos na literatura. 43 2.4.3.1 O índice de vazios (e) O coeficiente de permeabilidade é diretamente proporcional ao índice de vazios (e) da amostra, ou seja, quanto maior for o “e” maior será o valor de k (coeficiente de permeabilidade). Quanto mais compacto estiver o solo, menor será sua permeabilidade, pois o tamanho e forma do fluxo serão menores (MARANGON, 2015). 2.4.3.2 A temperatura da água Segundo Marangon (2015) a viscosidade da água depende da temperatura, quanto maior o valor da temperatura da água menor a sua viscosidade e mais facilmente água flui, aumentando o coeficiente de permeabilidade. Este fator tem importância para os ensaios de laboratório. De acordo com a norma NBR 14.545 deve-se corrigir a temperatura para o valor de 20ºC, por intermédio da Eq. 7. ...(7) Sendo: – é a relação entre a viscosidade da água na temperatura de ensaio e a viscosidade da água a 20º C, obtida na Tabela A.18 (Anexo B). – é o coeficiente de permeabilidade referido à temperatura de 20º C, em cm/s. 2.4.3.3 Densidade e viscosidade da água Quanto mais pesada e viscosa for à água maior será a dificuldade com que atravessará os poros do solo (PAZZETTO, 2009). 2.4.3.4 Tipo de solo Segundo Caputo (1988) os solos granulares, como pedregulhos e areias, apresentam maior K. Solos finos, siltes e argilas apresentam menor K, como demostrado na Tabela 5. 44 Tabela 5 - Valores de coeficiente de permeabilidade Fração de solo K (m/s) Argilasé apresentado na Figura 17. Um sulco é aberto no centro da amostra do solo com a ferramenta padrão. Com o uso de um excêntrico operado por manivela, a concha é levantada e cai de uma altura de 10 mm. Figura 17 - Aparelho Casagrande Fonte: Pazzeto (2009) 49 Limite de Liquidez é o teor de umidade necessário para fechar uma distância de 12,7 mm ao longo da parte inferior do sulco após 25 golpes (DAS, 2007). Um exemplo de antes e depois do ensaio estão apresentados na Figura 18 Figura 18 - Amostra do solo antes e depois do ensaio Fonte: Caputo (1988) É difícil ajustar o teor de umidade no solo para atender ao fechamento necessário de 12,7 mm do sulco na amostra de solo em 25 golpes. Sendo assim, são realizados no mínimo três ensaios para o mesmo solo com teores de umidade diferentes e o número de golpes, N, necessário para obter o fechamento entre 15 e 35. O teor de umidade no solo e o respectivo número de golpes são traçados em papel gráfico semi-logarítmico. A relação entre o conteúdo de umidade e log N é aproximada por uma linha reta chamada de curva de fluidez. O teor de umidade correspondente a N = 25, determinado a partir da curva de fluidez, fornece o limite de liquidez do solo. A representação do Limite de Liquidez está apresentada na Figura 19. Figura 19 - Gráfico Limite de Liquidez Fonte: Caputo (1988) 50 Os solos são tanto mais compressíveis (sujeitos a recalques) quanto maior o seu LL. 2.5.2.2 Limite de Plasticidade (LP) O Limite de Plasticidade é definido como o menor teor de umidade com o qual se consegue moldar um cilindro com 3 mm de diâmetro por 10 cm de comprimento, rolando-se o solo com a palma da mão (PINTO,2002). O procedimento é padronizado no Brasil pela NBR 7180. A Figura 20 mostra a execução do ensaio de plasticidade. Figura 20 - Execução ensaio Limite de Plasticidade Fonte: Caputo (1988) Segundo Das (2012) e Caputo (1988) o limite de plasticidade é o limite mais baixo do intervalo plástico do solo. O ensaio de limite de plasticidade é simples e realizado manualmente por rolamentos de uma massa de solo de forma elipsoidal sobre uma placa de vidro despolido. O limite de plasticidade é expresso pela umidade a qual o solo começa a fraturar-se. A diferença numérica entre o limite de liquidez e o limite de plasticidade fornece o índice de plasticidade (IP = LL-LP), utilizado como um dos parâmetros para a classificação dos solos. Quanto maior o valor do IP, mais plástico o solo se apresenta. 51 2.5.3 Ensaio de compactação – Proctor Normal Entende-se por compactação de um solo qualquer redução, mais ou menos rápida, do índice de vazios, por processos mecânicos. Essa redução ocorre em face da expulsão ou compressão do ar dos vazios dos poros. Esse processo resulta em um aumento da massa específica do solo e um aumento da resistência desses materiais devido à maior concentração de partículas sólidas por unidade de volume. Obtém-se ainda uma melhoria nas propriedades de impermeabilidade, implicando numa redução da variação dos teores de umidade (MASSAD, 2003). O Ensaio de Proctor foi padronizado no Brasil pela NBR 7182. Neste ensaio o solo é compactado em um molde com um volume de 944 cm³. O diâmetro do molde é de 101,6 mm. Durante o ensaio de laboratório, o molde é preso a uma chapa de apoio na parte inferior e a uma extensão ou colar no topo. O solo é misturado com várias quantidades de água e, depois, compactado em três camadas iguais por um soquete, que golpeia 25 vezes cada camada. A massa do soquete é de 2,5 kg, e a altura da queda é de 30,5 cm (DAS; 2012 e CAPUTO; 1988). Na Figura 21 é apresentado um esquema do equipamento do ensaio. Figura 21 - Exemplo ensaio Proctor Normal Fonte: Caputo (1988) Em cada ensaio, o peso específico natural de compactação, , pode ser calculado pela Equação 9. 52 ...(9) Onde: : Peso específico; W: Peso do solo compactado no molde : volume no molde Em cada ensaio, o teor de umidade do solo compactado é determinado em laboratório. Com o teor de umidade conhecido, é possível calcular o peso especifico seco. Denomina-se energia de compactação ou esforço de compactação o trabalho executado referido à unidade de volume após a compactação. A energia de compactação é definida pela Equação 10. ...(10) Onde: n: Número de golpes; P: peso do soquete; H: altura de queda; V = volume de solo compactado; N = número de camadas. 2.5.4 Índice de Suporte Califórnia - CBR O CBR, por tradução Índice de Suporte Califórnia (ISC), determina a resistência à penetração de uma amostra saturada compactada segundo o método Proctor, por meio da determinação do Índice Suporte Califórnia e a expansão do solo ensaiado (CAPUTO; 1988). O Índice de Suporte Califórnia (ISC ou CBR - California Bearing Ratio) é a relação, em percentagem, entre a pressão exercida por um pistão de diâmetro padronizado necessária à penetração no solo até determinado ponto (0,1”e 0,2”) e a pressão necessária para que o mesmo pistão penetre a mesma quantidade em solo- 53 padrão de brita graduada. Através do ensaio de CBR é possível conhecer qual será a expansão de um solo sob um pavimento quando este estiver saturado, e fornece indicações da perda de resistência do solo com a saturação. Apesar de ter um caráter empírico, o ensaio de CBR é mundialmente difundido e serve de base para o dimensionamento de pavimentos flexíveis (FURTADO; 2016). 2.5.5 Ensaio de cisalhamento direto A determinação da resistência ao cisalhamento de um solo pode ser feita através de ensaios em campo ou em laboratório. Os ensaios em laboratório, mais usuais, são os ensaios de cisalhamento direto e os ensaios triaxiais, ao passo que os ensaios de campo, mais utilizados, são os ensaios de palheta “Vane-Test ”, sondagens à percussão e cisalhamento direto “In situ” (MACHADO, 1997). Segundo Caputo (1988), o ensaio de cisalhamento direto é o mais antigo procedimento, e baseia-se no critério de Coulomb. O mesmo consiste em determinar, sob uma tensão normal, qual a tensão de cisalhamento capaz de provocar a ruptura de uma amostra de solo, colocada dentro de uma caixa composta de duas partes deslocáveis entre si. A Figura 22 mostra a forma de como são plotados os resultados típicos de ensaios de cisalhamento direto e que, de uma maneira geral, representam o que ocorre num solo ao ser cisalhado. Figura 22 - Ensaio de cisalhamento direto: representação de resultado típico do ensaio Fonte: Pinto (2002) 54 É registrado também, durante o ensaio, a deformação vertical do corpo de prova, a qual indica se houve variação no volume da amostra durante o cisalhamento. Realizando-se ensaios com diversas tensões normais, pode-se plotar num gráfico as tensões de ruptura para cada tensão normal, obtendo-se uma envoltória de resistência, a qual determinará os valores dos parâmetros, ângulo de atrito e coesão do solo em estudo. Para a execução do ensaio é colocada uma amostra de solo em uma caixa de cisalhamento bipartida horizontalmente, conforme Figura 23. Figura 23 - Esquema da caixa de cisalhamento direto Fonte: Pinto (2002) Aplica-se, inicialmente, uma força vertical N. Uma força horizontal T é aplicada na metade inferior da caixa, provocando seu deslocamento. Uma célula de carga instalada na metade superior da caixa vai agir no sentido de impedir o movimento, medindo a força suportada pelo solo. Esse capítulo irá auxiliar na elaboração dos resultados que serão necessários para a realização dessa pesquisa. No capítulo a seguir será apresentadaa metodologia que será utilizada. 55 3 PROCEDIMENTO METODOLÓGICO Este capítulo será apresentado como procedimento metodológico e tem como objetivo responder sobre a problemática apresentada. Descrevendo local de estudo, os procedimentos e equipamentos utilizados nos ensaios de caracterização do solo e descrição das células experimentais que foi realizado durante essa investigação. 3.1 CARACTERIZAÇÃO DA PESQUISA A primeira etapa do trabalho será seguida com a realização de uma pesquisa bibliográfica em literaturas sobre o assunto, uma revisão apoiada em trabalhos acadêmicos, artigos científicos, boletins e normas técnicas que padronizam projetos e operações de um aterro de resíduos, e livros com a abordagem sobre o assunto. Será aplicado o método de pesquisa experimental, onde busca-se informação através de fenômenos que podem ser reproduzidos de maneiras controladas, objetivando a descoberta de fatores que o produzem. Geralmente são feitos por amostragem e os resultados considerados válidos para uma amostra. Na segunda etapa do trabalho será realizado ensaios de laboratório e construção de células experimentais. 3.2 AMBIENTE DA PESQUISA O estudo foi desenvolvido em um aterro industrial localizado no município de Joinville que fica na região norte do estado de Santa Catarina no bairro denominado Zona Industrial Norte, em detalhe sua localização é apresentada na Figura 24. 56 Figura 24- Localização da área de estudo Fonte: Adaptado Vector (2017) O município de Joinville tem uma área de 1.126,11 km², é a maior cidade do estado, com 577.077 habitantes (IBGE 2017). É polo industrial do estado de Santa Catarina, concentra grande parte da atividade econômica na indústria com destaque para os setores metalmecânico, têxtil, plástico, metalúrgico, químico e farmacêutico. (PMJ, 2017). O Produto Interno Bruto de Joinville também é um dos maiores do país, em torno de R$24.570.851,00 por ano (IBGE 2017). O relevo do município é formado por três grandes partições topográficas, sendo elas: a planície costeira, a leste; a escarpa da Serra do Mar, na porção central, e o planalto, a oeste. O setor correspondente ao planalto compreende uma área onde predominam pequenas cristas e morros de topos convexos, vales em “V” e simétricos, e cotas que variam entre 780 e 960 m (OLIVEIRA, 2006). 3.2.1 Caracterização do clima da área de estudo O clima da cidade é do tipo úmido a superúmido, mesotérmico, com pequenos períodos de estiagem. A umidade relativa média anual do ar é de 76,04%. (CIDADE EM DADOS, 2017). A distribuição média anual de precipitação é maior na região nordeste do Estado, próximo ao município de Garuva, que faz divisa com a cidade em estudo, onde são encontrados valores superiores a 2.700 mm (PANDOLFO et al., 2002). Entretanto, Mello et al. (2013) relata que o pluviômetro 57 Estrada dos Morros, localizado próximo ao rio Piraí, em Joinville (SC), registra uma média anual de 3.004,7 mm, representando uma série de 23 anos de dados, de 1987 a 2009, ou seja, existem valores específicos de precipitação que ultrapassam os 2.900 mm registrados no Atlas Climatológico de Santa Catarina mostrado na Figura 25. Sendo assim, observa-se que a área de estudo está localizada na parte mais escura do mapa. Figura 25 - Mapa de pluviosidade de Santa Catarina Fonte: Mello (2015) 3.2.2 Área de estudo O aterro industrial de Joinville atende principalmente as indústrias do norte catarinense do seguimento metalmecânico e recebe resíduos industriais Classe I (perigosos) e Classe II. A Estação de Tratamento de Efluentes, também é considerada uma tecnologia, pois recebe efluentes de terceiros para realizar o tratamento. As instalações do aterro industrial contam com uma área total de 52 hectares. O aterro Classe I é disposto nas células de numeração 1 a 14, com uma 58 área total de 25.013,00 m² e o aterro Classe II é disposto nas células de numeração 1 a 9, com uma área total de 82.021,05 m². Tanto o aterro Classe I como o Classe II, possuem áreas disponíveis para ampliação e construção de novas células. O local onde será realizado o estudo foi inaugurado em 2002 com projeção de operação prevista até 2050. São recebidas em média 1000 toneladas diárias e até os dias atuais já foram depositados cerca de 2,3 milhões de toneladas de resíduo desde o início da sua operação. Segundo a Licença Ambiental aprovada são apresentados os itens julgados importantes para a execução dessa pesquisa quanto à impermeabilização inferior dos aterros Classe I e Classe II. Aterro Classe I: solo compactado, argila compactada (k=1x cm/s) com no mínimo 1,5 m de espessura, geomembrana PEAD (2,0 mm) e geotêxtil de separação (200 g/cm²) e instalação do dreno testemunho; Aterro Classe II: solo compactado, camada de aterro para nivelamento (Máximo 3,0 m), argila compactada (k=1x cm/s) com no mínimo 1,0 m de espessura, geomembrana PEAD (2,0 mm). A mesma Licença Ambiental não impõe condicionante referente à cobertura do aterro, apenas comenta que a cobertura vegetal dos taludes das células concluídas deve ser mantida, de forma a proteger o solo de erosões e ruptura nos taludes. Atualmente o fechamento da cobertura temporária é realizado com uma camada de argila na berma e no talude de 30 e 60 cm respectivamente. Na superfície superior é utilizada uma manta de sacrifício (geomembrana de PEAD 0,8 mm), com o intuito de selar o aterro. Na Figura 26 está localizado o aterro em estudo. 59 Figura 26 - Caracterização do local de estudo Fonte: Vector (2017) 3.3 ETAPAS DA PESQUISA Na Figura 27, é apresentado um esquema das principais etapas da pesquisa e desenvolvimento do processo metodológico. Figura 27 - Fluxograma do Processo Metodológico Fonte: A autora (2018) Classe II Classe I Jazida 60 Conforme o fluxograma do processo metodológico apresentado na Figura 27 na etapa número 1 foi elaborado o referencial teórico dessa pesquisa, fundamentando a importância do sistema de cobertura de um aterro, que corresponde a principal fonte na geração de percolado. No item número 2 foram realizados os ensaios de laboratório, que consistem na caracterização do tipo de solo a ser utilizado na cobertura de fechamento. Dentre esses ensaios que foram realizados são: análise granulométrica e determinação dos limites de Atterberg. Posteriormente foram realizados ensaios de laboratório para verificar a eficiência da argila em estudo, dentre esses ensaios serão: ensaio de compactação (Proctor Normal), ensaio CBR (Índice de Suporte Califórnia), determinação do coeficiente de permeabilidade do solo (k) e ensaio de cisalhamento direto. Os ensaios foram realizados no laboratório da empresa Geoforma localizado no município de Joinville. As amostras de solo foram coletadas dia 7 de novembro de 2017 e dado início aos ensaios de laboratório. No item número 3 foram construídas as células experimentais a fim de verificar a infiltração em cada tipo de camada construída e também verificar as relações entre o clima e as propriedades do solo. Na Figura 28 está exibido o projeto e a disposição das mesmas. Figura 28 - Disposição das células experimentais Área total = 50 m² Área total = 50 m² Pluviômetro Área total = 50 m² Talude com 60 cm Camada com 80 cm Camada com 60 cm Reservatório Declividade 1% Declividade 1% 5 1 0 1 0 1 0 5 5 Reservatório Reservatório Fonte: A autora (2018) 61 O projeto conta com 3 células ao total, duas células de 60 cm e 80 cm respectivamente simulando a berma e uma célula de 60 cm simulando o talude. Seu detalhe é mostrado na Figura 29. Figura 29 - Detalhe de cada célula experimental Fonte: A autora (2018) No item número 4 foram registrados os dados pluviométricos e medido o volume de água infiltrada em cada célula experimental,além da vistoria visual do comportamento das células ao longo dos ciclos climáticos. O monitoramento aconteceu todos os dias pela manhã no período de 02 de janeiro de 2018 até 31 de abril de 2018, excluindo sábados e domingos. No item número 5 foi realizada a análise dos resultados dos ensaios de laboratório e também foi analisado a pluviometria do período analisado com a quantidade de água percolada em cada camada. No item número 6 foi elaborado a conclusão do trabalho juntamente com os resultados obtidos. Esse capítulo foi descrito com as informações obtidas a partir da análise dos resultados. 3.4 MÉTODOS Para obter os resultados necessários dessa pesquisa, foram realizados ensaios de laboratório com o objetivo de identificar, caracterizar e determinar as principais propriedades dos solos que ocorreram na área de estudo. Para dar início aos os ensaios, dia 01/11/2017 foram coletadas amostras deformadas da jazida com aproximadamente 15 kg, retiradas em 3 pontos diferentes, para serem submetidas aos processos de caracterização geotécnica. Na Figura 30 é apresentado o momento em que foi realizado a coleta. Todos os 62 materiais foram levados ao laboratório de solos da empresa Geoforma Engenharia Ltda que foi contratada para a realização dos ensaios de laboratório. Figura 30 - Coleta da amostra de solo Fonte: Geoforma (2017) 3.4.1 Ensaios de caracterização do solo Os ensaios para caracterização do tipo de solo foram realizados a partir de amostras deformadas e correspondem aos ensaios: análise granulométrica por peneiramento e sedimentação (NBR 7.181/84), limite de liquidez (NBR 6.459/84), limite de plasticidade (NBR 7.180/84), ensaio de compactação (NBR 7.182/86). Para verificar a eficiência da argila foram realizados a partir de amostras moldadas em laboratório na umidade ótima e correspondem aos ensaios: ensaio CBR (NBR 9.895/87), determinação do coeficiente de permeabilidade (14.545/00) e ensaio de cisalhamento (ASTM D3080/03). 63 3.4.1.1 Análise granulométrica Esse ensaio foi realizado conforme a NBR 7.181. Ele determina o tamanho das partículas presentes em uma amostra e através da curva granulométrica foi possível diferenciar o material em argiloso ou arenoso. Para a execução desse ensaio foi usado os seguintes equipamentos: balança, almofariz e mão de gral, cápsulas de alumínio, estufa, jogo de peneiras, agitador de peneiras, proveta graduada, densímetro graduado, termômetro e cronômetro. Para a preparação das amostras foi realizado conforma a NBR 6.457 e primeiramente foi secado ao ar uma quantidade de solo maior do que aquela que foi utilizada no ensaio e será desmanchado os torrões e homogeneízado o material. Para separar a quantidade de material necessária, foi realizado o quarteamento manualmente. Posteriormente, foi pesado a amostras de solo seco ao ar e peneirado o material na #10 (2,0mm). O material retido na #10 (2,0mm) é utilizado no peneiramento grosso do solo. O material que passa na #10 foi separado 120g para realizar o peneiramento fino, 70g para o ensaio de sedimentação e 100g para determinar a densidade real das partículas e teor de umidade do solo. Neste ensaio de peneiramento o material grosso retido na peneira número 10 (2,0 mm), foi lavado para retirar todas as partículas de material fino. O mesmo processo foi realizado para o material fino, retido na peneira de número 200 (0,075mm). Em seguida as amostras restantes nas peneiras serão secas em estufa na temperatura de ± 105º C. Estando as amostras do material grosso e fino completamente secas, foram realizados os peneiramentos. A distribuição granulométrica do solo foi obtida por meio das peneiras de diâmetro 50, 38, 29, 25, 9,5 e 4,8 mm, onde todo o processo de agitação foi feita através de um misturador por 10 minutos até verificar a completa passagem dos diferentes tamanhos de grãos, anotando o peso retido acumulado nas respectivas malhas. Para o peneiramento fino a amostra foi passada nas peneiras de diâmetro 1,2, 0,6, 0,42, 0,25, 0,15 e 0,075 mm. 64 3.4.1.2 Limite de liquidez (LL) Esse ensaio foi realizado conforme a NBR 6.459. Para o ensaio de Limite de Liquidez foi utilizado o aparelho de Casagrande que consiste em um prato de latão, em forma de concha, sobre um suporte de madeira. O ensaio de Limite de Liquidez foi realizado colocando uma porção do solo passante na peneira 40 (0,42 mm), em um recipiente adicionando-se água até que este tornou-se uma pasta homogênea. Em seguida, esta mistura foi colocada no aparelho de Casagrande e realizado o ensaio de acordo com a NBR 6459/84. Foi repetida essa etapa 5 vezes. A umidade foi determinada através do número de golpes. De cada etapa foi retirada uma cápsula com uma parcela da mistura e levada à estufa para a determinação da umidade. Para a realização das etapas o número de golpes deverá ficar entre os valores correspondentes a cada uma delas. Sabendo-se o valor da umidade em cada etapa, será traçado um gráfico, onde será analisado o número de golpes x umidade. O valor de LL é determinado pela umidade correspondente a 25 golpes. 3.4.1.3 Limite de Plasticidade (LP) Esse ensaio foi realizado conforme a NBR 7.180. Para esse ensaio o solo estava na umidade adequada para o desenvolvimento dos movimentos de rolamento, sob uma placa de vidro despolida, na qual se obteve uma forma cilíndrica. 3.4.1.4 Ensaio de Compactação Esse ensaio foi realizado conforme a NBR 7.182 e ele serviu para obtenção da umidade ótima necessária para a moldagem dos corpos de prova. O ensaio de compactação foi realizado na energia de compactação Proctor Normal em um cilindro pequeno e sem reuso do material. Para este ensaio foi separado cinco amostras de cerca de 2 kg de solo em estado natural, seco ao ar e destorroado, passante na peneira 4,8 mm. Foi adicionado 150 ml de água na primeira amostra homogeneizando, posteriormente foi repetido o mesmo processo por mais quatro vezes, acrescentando 150 ml a cada 65 ensaio. Depois de acrescentada a água e de homogeneizada, as amostras do solo foram retiradas e levadas à estufa e obtido a real umidade do material. Os corpos de prova foram moldados em 3 camadas com 26 golpes cada utilizando um soquete de 2,5 kg caindo a uma altura de 30 cm. Posteriormente, foi pesado o material ainda no cilindro e descontado o peso do cilindro sendo determinado então o peso úmido. Com os valores de peso específico seco e umidade, que foram obtidos no ensaio, traçamos a curva de compactação, da qual foi determinado o peso específico seco máximo e a umidade ótima. 3.4.1.5 Índice de Suporte Califórnia (CBR) Esse ensaio foi realizado conforme a NBR 9.895 e ele representa a capacidade de um solo comparado com a resistência a penetração de uma haste de cinco centímetros de diâmetro. Para esse ensaio foi utilizado cilindro e soquete grande, nas três energias: normal, intermediaria e modificada, respectivamente: 12, 26 e 55 golpes por camada, num total de cinco camadas. Esta norma prescreve o método para determinar o valor do ISC e da expansão dos solos em laboratório, utilizando amostras deformadas, não reusadas, de material que passa na peneira de 19 mm, com um mínimo de 5 corpos-de-prova. As amostras foram compactadas de acordo com os resultados do ensaio de compactação. Depois de compactados os moldes foram pesados e levados para a imersão em água por quatro dias, com um extensômetro, para a medição da expansão. Após o termino da imersão, o corpo-de- prova foi levado para o ensaio de penetração em uma prensa. A partir deste ensaio foi possível traçar a curva de pressão aplicada pelo pistão x penetração do pistão. 3.4.1.6 Determinação do coeficiente de permeabilidade (k) O ensaio de permeabilidade com carga variável foi realizado conforme a NBR 14.545 com amostras indeformadase moldadas em laboratório. Este ensaio é mais utilizado para solos finos e ele serviu para determinar o coeficiente de condutividade hidráulica (k). O permeâmetro de carga variável que foi utilizado no ensaio está indicado na Figura 31A e 31B. 66 Depois de saturada, a amostra foi devidamente acondicionada em um permeâmetro. Para o processo de saturação a amostra foi submetida a um fluxo ascendente de água durante um período aproximadamente de 1 dia. As leituras da variação da altura da coluna de água foram registradas ao longo do tempo. O valor do coeficiente de permeabilidade do solo é obtido com a Equação 6, apresentado no item 2.4.2.2 do referencial teórico e corrigido para a temperatura de 20ºC com a Equação 11. ....(11) Onde: - coeficiente de permeabilidade na temperatura padrão 20ºC; – coeficiente de permeabilidade na temperatura do ensaio; - viscosidade da água na temperatura de ensaio; – viscosidade da água na temperatura padrão. Em virtude da baixa permeabilidade de alguns solos, o fluxo de água através do solo pôde ser auxiliado com a aplicação de vácuo na extremidade final da amostra, para permitir a realização do ensaio. Desta forma, foi aumentada a carga hidráulica aplicada sobre a amostra. Figura 31 – Equipamento para determinação do coeficiente (k) – A) Permeâmetro de carga variável; B) Bureta graduada Fonte: A autora (2018) 67 3.4.1.7 Ensaio de cisalhamento direto O ensaio de cisalhamento direto foi realizado conforme a norma ASTM D3080/2003 com amostras indeformadas moldadas em laboratório. Com esse ensaio podemos determinar os parâmetros de resistência ao cisalhamento do solo, sob uma tensão normal e tensão de cisalhamento , que provoca uma ruptura no corpo de prova. São três etapas para a realização desse ensaio: montagem do corpo de prova, aplicação da carga vertical e cisalhamento. O equipamento consiste numa caixa metálica bipartida, ou seja, uma metade superior e outra inferior, preenchida com o material a ser cisalhado. Ligado o equipamento e posicionado o corpo de prova, o mesmo foi inicialmente submetido à uma tensão vertical, tal processo é chamado de etapa de adensamento. Após a etapa de adensamento, a caixa sofreu a aplicação de um deslocamento horizontal na sua parte inferior e com velocidade uniforme. Tal aplicação resultou em um deslocamento relativo entre ambas as metades e consequentemente o cisalhamento do corpo de prova 3.5 DESCRIÇÃO DA COBERTURA DAS CÉLULAS EXPERIMENTIAIS A execução das células experimentais teve início em agosto de 2017. Após definido a área onde seria instalado as células experimentais, foi feita a limpeza e terraplanagem do local, escavando cada lagoa de acordo com a profundidade definida em projeto com caimento para o centro das lagoas conforme Figura 32A e 32B. Em seguida foi instalado a geomembrana de PEAD de 2,0 mm, soldado um tubo de PEAD com Ø160 mm conforme é mostrado na Figura 32C. O intuído é impermeabilizar as células e conseguir captar toda água decorrente da infiltração das camadas e direcionar até o reservatório onde será feito o monitoramento. Posteriormente foi assentada uma camada de 10 cm de brita número 1 e instalada uma camada de geotêxtil conforme é mostrado na Figura 32D, com a função de impedir que a argila se misture com a brita. Por último, foi coletada a argila do local de estudo, que se encontra na jazida dentro das dependências da 68 empresa e dado início a compactação das células conforme é apresentado na Figura 32E. Para o espalhamento do material e compactação da cobertura foi utilizada apenas a esteira da escavadeira Kmatsau 160, não havendo controle de compactação e umidade no momento da execução. As Figuras 32F, 32G E 32H mostram as células finalizadas. Na Figura 32H é possível observar onde está instalado o pluviômetro e parte dos reservatórios onde eram coletadas as informações. 69 Figura 32 – Células experimentais – A) Localização das amostras; B) Início da Terraplanagem e escavação para a construção das células; C) Instalação da Geomembrana; D) Instalação da camada drenante; E) Instalação do Geotêxtil e início da disposição da argila; F) Células experimentais devidamente compactadas; G) Células finalizadas; H) Células finalizadas Fonte: A autora (2018) 70 4 RESULTADOS E DISCUSSÕES Neste capítulo serão apresentados os resultados obtidos a partir do monitoramento das células experimentais realizados nos meses de janeiro, fevereiro, março e abril de 2018, resultado dos ensaios de caracterização do solo, a análise dos custos de cada célula experimental, especificações do processo construtivo da camada de fechamento e recomendações do sistema de drenagem. 4.1 MONITORAMENTO DAS CÉLULAS EXPERIMENTAIS Os dados foram coletados diariamente do período de 02 de janeiro até 30 de abril de 2018, excluindo sábados, domingos e feriados. Na fase de monitoramento das células, eram coletados os dados da pluviometria e o volume de água infiltrado de acordo com sua respectiva célula experimental. O dado coletado na segunda-feira era referente ao acumulado de sexta, sábado e domingo que antecedia a data da coleta. Na Tabela 6 é apresentado um resumo de cada período com os dados pluviométricos e a quantidade de água infiltrada em cada espessura da célula experimental. Tabela 6 – Resumo da pluviometria e da quantidade de água infiltrada em cada camada Data Pluviometria Camada 60 cm Camada 80 cm Talude 60 cm (mm) (litros) (litros) (litros) 02 a 31/01/18 630,00 2.089,9 1.584,5 385,60 01 a 28/02/18 187,50 374,22 278,69 90,09 01 a 31/03/18 237,5 885,10 491,00 29,7 01 a 30/04/18 123,00 326,70 198,00 14,85 TOTAL 1.178,00 3.675,87 2.552,22 520,25 Fonte: A autora (2018) 4.1.1 Monitoramento das camadas- Janeiro de 2018 Na Tabela 7 é apresentado os dados coletados referente ao mês de Janeiro de 2018. Nesses dados são encontrados a quantidade de água da chuva que infiltrou em cada célula experimental, juntamente com a pluviometria que incidiu sobre a área. 71 Tabela 7 – Valores de pluviometria e quantidade de água infiltrada - JANEIRO Data Pluviometria Camada 60 cm Camada 80 cm Talude 60 cm (mm) (litros) (litros) (litros) 02/01/2018 10,0 24,75 16,83 2,97 03/01/2018 0,0 0,0 0,0 0,0 04/01/2018 0,0 0,0 0,0 0,0 05/01/2018 18,0 29,7 19,8 4,95 06/01/2018 07/01/2018 08/01/2018 0,0 0,0 0,0 0,0 09/01/2018 12,0 21,78 14,85 1,98 10/01/2018 16,0 24,75 19,8 3,46 11/01/2018 32,0 103,95 74,25 9,9 12/01/2018 109,0 504,9 366,3 79,2 13/01/2018 14/01/2018 15/01/2018 26,0 59,4 39,6 9,9 16/01/2018 230,0 920,7 752,4 212,85 17/01/2018 22,0 54,45 36,63 7,92 18/01/2018 4,0 9,9 6,43 0,0 19/01/2018 30,0 99,0 71,28 8,91 20/01/2018 21/01/2018 22/01/2018 24,0 56,43 38,61 9,9 23/01/2018 12,0 21,78 14,85 3,96 24/01/2018 44,0 84,15 64,35 29,7 25/01/2018 5,0 11,8 6,93 0,0 26/01/2018 14,0 23,76 16,83 0,0 27/01/2018 28/01/2018 29/01/2018 12,0 19,8 14,85 0,0 30/01/2018 8,0 15,84 9,9 0,0 31/01/2018 2,0 2,97 0,0 0,0 TOTAL 630,00 2.089,14 1584,5 385,60 Fonte: A autora (2018) Com os dados da pluviometria e a área de cada célula experimental, pôde- se fazer uma relação com o volume infiltrado, definindo uma porcentagem de infiltração para cada célula de acordo com os dias em que ocorria chuvas. Esse dado é apresentado no Gráfico 1. 72 Gráfico 1 - Porcentagem de água infiltrada na célula experimental – Janeiro Fonte: A autora (2018) Janeiro é um mês em que ocorre altos índices pluviométricos, como por exemplo no referido mês choveu 630 mm. Dando um destaque para o dia 16 de janeiro que choveu 230 mm em apenas algumas horas. Observou-se também, que quanto maior aintensidade da chuva em menor intervalo de tempo, maior era sua taxa de infiltração, ficando este valor acima da média encontrada comparando com os outros dias. 4.1.2 Monitoramento das camadas- Fevereiro de 2018 Na Tabela 8 é apresentado os dados coletados referente ao mês de Fevereiro de 2018. Nesses dados são encontrados a quantidade de água da chuva que infiltrou em cada célula experimental, juntamente com a pluviometria que incidiu sobre a área. 73 Tabela 8 – Valores de pluviometria e quantidade de água infiltrado - FEVEREIRO Data Pluviometria Camada 60 cm Camada 80 cm Talude 60 cm (mm) (litros) (litros) (litros) 01/02/2018 0,0 0,0 0,0 0,0 02/02/2018 2,0 4,95 3,46 0,0 03/02/2018 04/02/2018 05/02/2018 1,0 1,98 0,99 0,0 06/02/2018 0,0 0,0 0,0 0,0 07/02/2018 0,0 0,0 0,0 0,0 08/02/2018 0,0 0,0 0,0 0,0 09/02/2018 58,0 103,95 77,22 29,7 10/02/2018 11/02/2018 12/02/2018 22,0 54,45 44,55 14,85 13/02/2018 7,0 19,8 14,85 0,0 14/02/2018 3,0 5,94 4,95 0,0 15/02/2018 7,0 19,8 14,85 0,0 16/02/2018 0,0 0,0 0,0 0,0 17/02/2018 18/02/2018 19/02/2018 2,0 4,95 2,97 0,0 20/02/2018 0,0 0,0 0,0 0,0 21/02/2018 25,0 44,55 29,7 15,84 22/02/2018 45,0 84,15 64,35 29,7 23/02/2018 4,5 4,95 3,46 0,0 24/02/2018 25/02/2018 26/02/2018 0,0 0,0 0,0 0,0 27/02/2018 7,0 14,85 10,89 0,0 28/02/2018 4,0 9,9 6,43 0,0 TOTAL 187,50 374,22 278,69 90,09 Fonte: A autora (2018) No Gráfico 2 é apresentado a relação entre a quantidade de água da chuva com a quantidade de água infiltrada. 74 Gráfico 2 - Porcentagem de água infiltrada na célula experimental – Fevereiro Fonte: A autora (2018) Fevereiro foi um mês que choveu pouco e de acordo com o dado coletado teve uma pluviometria de 187,5 mm. Não ocorrendo nenhuma chuva fora do normal. Dia 22 de fevereiro foi o que registrou a maior pluviometria, cerca de 44 milímetros. Não ocorrendo também nenhum dado muito acima da média registrado. 4.1.3 Monitoramento das camadas- Março de 2018 Na Tabela 9 é apresentado os dados coletados referente ao mês de Março de 2018. Nesses dados são encontrados a quantidade de água da chuva que infiltrou em cada célula experimental, juntamente com a pluviometria que incidiu sobre a área. 75 Tabela 9 – Valores de pluviometria e quantidade de água infiltrado - MARÇO Data Pluviometria Camada 60 cm Camada 80 cm Talude 60 cm (mm) (litros) (litros) (litros) 01/03/2018 2,5 5,94 1,98 0,0 02/03/2018 29,0 59,4 24,75 1,98 03/03/2018 04/03/2018 05/03/2018 5,0 9,9 6,93 0,0 06/03/2018 10,0 29,7 19,8 0,0 07/03/2018 1,0 1,98 0,0 0,0 08/03/2018 0,0 0,0 0,0 0,0 09/03/2018 0,0 0,0 0,0 0,0 10/03/2018 11/03/2018 12/03/2018 0,0 0,0 0,0 0,0 13/03/2018 0,0 0,0 49,5 0,0 14/03/2018 33,0 67,32 16,83 2,97 15/03/2018 8,0 27,72 0,0 0,0 16/03/2018 3,0 4,95 29,7 0,0 17/03/2018 18/03/2018 19/03/2018 16,0 39,6 49,5 4,95 20/03/2018 22,0 59,4 0,0 5,94 21/03/2018 0,0 0,0 0,0 0,0 22/03/2018 0,0 0,0 0,0 0,0 23/03/2018 20,0 99,0 79,2 0,99 24/03/2018 25/03/2018 26/03/2018 33,0 227,7 99,0 3,96 27/03/2018 5,0 14,85 9,9 2,97 28/03/2018 10,0 34,65 24,75 3,96 29/03/2018 3,0 4,95 0,0 0,0 30/03/2018 37,0 198,0 79,2 1,98 31/03/2018 TOTAL 237,5 885,1 491,0 29,7 Fonte: A autora (2018) No Gráfico 3 é apresentado a relação entre a quantidade de água da chuva com a quantidade de água infiltrada. 76 Gráfico 3 - Porcentagem de água infiltrada na célula experimental – Março Fonte: A autora (2018) Março foi um mês que choveu dentro da média, cerca de 237,5 mm. A porcentagem de infiltração foi um pouco maior nos dias em que a intensidade da chuva ocorreu em um curto intervalo de tempo, como por exemplo dia 26 de março que choveu 33 mm e infiltrou cerca de 13,8%, mais que o dobro da média registrada nos outros dias. 4.1.4 Monitoramento das camadas- Abril de 2018 Na Tabela 10 é apresentado os dados coletados referente ao mês de Março de 2018. Nesses dados são encontrados a quantidade de água da chuva que infiltrou em cada célula experimental, juntamente com a pluviometria que incidiu sobre a área. 77 Tabela 10 – Valores de pluviometria e quantidade de água infiltrado - ABRIL Data Pluviometria Camada 60 cm Camada 80 cm Talude 60 cm (mm) (litros) (litros) (litros) 01/04/2018 0,0 0,0 0,0 0,0 02/04/2018 0,0 0,0 0,0 0,0 03/04/2018 10,0 19,8 14,85 0,99 04/04/2018 66,0 168,3 79,2 5,94 05/04/2018 0,0 0,0 0,0 0,0 06/04/2018 0,0 0,0 0,0 0,0 07/04/2018 08/04/2018 09/04/2018 0,0 0,0 0,0 0,0 10/04/2018 0,0 0,0 0,0 0,0 11/04/2018 0,0 0,0 0,0 0,0 12/04/2018 0,0 0,0 0,0 0,0 13/04/2018 17,0 49,5 39,6 1,98 14/04/2018 15/04/2018 16/04/2018 9,0 19,8 14,85 0,99 17/04/2018 21,0 69,3 49,5 4,95 18/04/2018 0,0 0,0 0,0 0,0 19/04/2018 0,0 0,0 0,0 0,0 20/04/2018 0,0 0,0 0,0 0,0 21/04/2018 22/04/2018 23/04/2018 0,0 0,0 0,0 0,0 24/04/2018 0,0 0,0 0,0 0,0 25/04/2018 0,0 0,0 0,0 0,0 26/04/2018 0,0 0,0 0,0 0,0 27/04/2018 0,0 0,0 0,0 0,0 28/04/2018 29/04/2018 30/04/2018 0,0 0,0 0,0 0,0 TOTAL 123,00 326,70 198,00 14,85 Fonte: A autora (2018) No Gráfico 4 é apresentado a relação entre a quantidade de água da chuva com a quantidade de água infiltrada. 78 Gráfico 4 - Porcentagem de água infiltrada na célula experimental – Abril Fonte: A autora (2018) Abril foi um mês que choveu pouco, cerca de 123 mm durante o mês todo. Teve 23 dias sem chuva e o único dado um pouco acima da média foi dia 17 de abril que infiltrou cerca de 6,60% da sua pluviometria de 21 mm. 4.1.5 Média do monitoramento das camadas A partir dos resultados coletados, fez-se uma média de cada mês sobre a quantidade infiltrada em relação com a pluviometria apenas dos dias em que ocorreu chuva. Os dados encontrados estão apresentados na Tabela 11. Tabela 11 - Média mensal das infiltrações Mês Células Janeiro Fevereiro Março Abril Média Final Berma 60 cm 4,75 % 4,34% 6,12% 5,18% 5,10% Berma 80 cm 3,42% 3,08% 4,04% 3,61% 3,54% Talude 60 cm 0,77% 1,24% 0,43% 0,26% 0,68% Fonte: A autora (2018) 79 De acordo com os resultados obtidos em campo, concluiu-se que na camada de berma de 60 cm infiltra em torno de 5,10%, na camada de berma de 80 cm infiltra em torno de 3,54% e na camada de talude de 60 cm, infiltra em torno de 0,68%. Para um resultado mais preciso, o ideal seria fazer esse acompanhamento durante um período mais prolongado ao longo dos ciclos climáticos para se ter um resultado mais preciso. 4.2 CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS UTILIZADOS NA COBERTURA Para a caracterização e classificação do solo utilizado, serão apresentados os resultados dos seguintes ensaios: análise granulométrica por peneiramento e sedimentação, limite de liquidez, limite de plasticidade, ensaio de compactação. Os procedimentos adotados seguiram suas respectivas normas da ABNT, conforme já foi descrito no item 3.4.1 desse trabalho. Em seguida serão apresentados os ensaios CBR, determinação do coeficiente de permeabilidade (k) e ensaio de cisalhamento. Na Tabela 12 é apresentado um resumo dos resultados dos ensaios de laboratório. 80 Tabela 12 - Planilha resumo dos ensaios DESCRIÇÃO AM01 Silte arenoso variegado (vermelho) com caulim G R A N U L O M E R IA Pedregulho grosso (%) 0,00 Pedregulho médio(%) 0,80 Pedregulho fino (%) 1,00 Areia Grossa (%) 6,64 Areia Média (%) 19,56 Areia Fina (%) 30,00 Silte (%) 42,00 Argila (%) 0,00 Densidade dos grãos (G) 2,672 LL 42 LP 28 IP 14 P R O C T O R N O R M A L Massa Esp. Máx. Seca 1,590 Umidade Ótima (%) 21,33 Expansão (%) – r.seco 2,03 Expansão (%) – 1,61 Expansão (%) – r.úmido 0,59 ISC – r. seco 3,30 ISC (%) – 5,70 ISC – r. úmido 2,60 C IS A L H D e fo rm . Coesão – c (KN/m²) 0,0 Ângulo de atrito – f(º) 30,0Coef. Permeabilidade – k (cm/s) 1,53 x Fonte: Geoforma (2017) Toda a análise dos ensaios de laboratório realizados encontram-se no anexo A dessa pesquisa. 81 4.3 ANÁLISE DOS CUSTOS DE CADA CÉLULA Com o resultado das infiltrações das células experimentais foi possível realizar um orçamento para comparativo das camadas utilizando o material estudado. Foram adotadas as soluções: Solução 1 (praticada atualmente): 30 cm de berma, 60 cm talude e Geomembrana de PEAD 0,8 mm; Solução 2: 60 cm de berma, 60 cm de talude e grama; Solução 3: 80 cm de berma, 60 cm talude e grama. Para compor os valores, foi elaborada uma planilha para calcular o custo de cada solução. Essa planilha pode ser utilizada em outros aterros para verificar qual método é mais econômico. Vale ressaltar que é necessário um estudo do solo para identificar o tipo de material disponível em cada aterro, pois a diferença pode alterar os resultados das infiltrações encontrados. São necessários algumas informações e preços da região para compor os valores. Esses itens estão apresentados a seguir: a) Média anual pluviométrica (mm); b) Área do aterro em berma (m²); c) Área do aterro em talude (m²); d) Tamanho da frente de serviço – Classe I (m²); e) Tamanho da frente de serviço – Classe II (m²); f) Custo tratamento do chorume (m³); g) Custo Caminhão (hora); h) Custo escavadeira (hora); i) Custo de servente (diária); j) Custo da grama (m²); k) Custo canaleta (m); l) Custo Geomembrana 0,8 mm (m²); m) Custo Instalação Geomembrana (m²); n) Velocidade que o caminhão trafega carregado (km/h); o) Volume de carga de cada caminhão (m³); p) Distância média da jazida até área de cobertura (m); q) Volume da concha da escavadeira (m³); r) Quantidade de caminhões (unid.); 82 Na Tabela 13 são apresentados os resultados para o aterro em estudo. Para preencher a planilha apenas é necessário preencher as células que estão em amarelo. Tabela 13 - Dados do aterro DADOS ATERRO Informações Unid. Dados Média Anual pluviométrica (mm) mm 2.800,00 Area do aterro em Berma (m²) m² 43.459,44 Área do aterro em Talude (m²) m² 53.850,27 Tamanho médio frente de serviço - Classe I m² 500,00 Tamanho médio frente de serviço - Classe II m² 1.500,00 Volume chuva frente de serviço m³ 5.600,00 Volume de chuva berma m³ 121.686,43 Volume chuva talude m³ 150.780,76 CUSTOS Custo tratamento do chorume m³ R$ 35,00 Custo Caminhão h R$ 95,00 Custo escavadeira h R$ 190,00 Custo de servente diária R$ 198,64 Custo da grama m² R$ 6,00 Custo canaleta m R$ 16,80 Custo Geomembrana 0,8 mm m² R$ 7,70 Custo Instalação Geomembrana m² R$ 1,10 DADOS PARA CÁLCULAR A PRODUTIVIDADE DA COBERTURA Velocidade que o caminhão trafega carregado km/h 10,00 Volume de carga de cada caminhão m³ 10,00 Distância média da jazida até área de cobertura m 1.000,00 Volume da concha da escavadeira m³ 1,00 Quantidade de caminhões Unid 2,00 Tempo para carregar caminhao min 2,50 Tempo de viagem até local da cobertura min 6,00 Tempo para manobrar e descarregar caminhao min 2,00 Tempo de viagem volta min 6,00 Tempo total de viagem (cada caminhão) min 16,50 Nº de viagens por hora hora 3,64 Volume carregado por hora m³ 72,73 Volume considerando o fator de empolamento m³ 50,91 SOLUÇÃO 1: 30 CM BERMA + 60 CM TALUDE + GEOMEMBRANA Berma (m) 5,00 Valor de X (m) 11,31 Talude (m) 5,00 Área (m²) 113,13 SOLUÇÃO 2: 60 CM BERMA + 60 CM TALUDE Valor de X (m) 8,48 Área (m²) 84,85 SOLUÇÃO 3: 80 CM BERMA + 60 CM TALUDE Valor de X (m) 7,27 Área (m²) 72,73 Fonte: A autora (2018) 83 Para o cálculo da produtividade da área, foi simulado berma e talude, ambas com 5 metros de largura. Na Tabela 14 é apresentado o custo para execução e o custo para tratamento do chorume com o método de cobertura praticado atualmente. Lembrando que usando esse método, apenas a frente de serviço contribui para a geração de percolado. Tabela 14 - Solução 1 - Praticada atualmente SOLUÇÃO 1: 30 CM BERMA + 60 CM TALUDE + GEOMEMBRANA C u s to F ix o Caminhão R$ 190,00 Escavadeira R$ 285,00 Área 113,13 Geomembrana R$ 995,56 Mão de obra 3,00 R$ 66,21 Total (m²) R$ 13,58 C u s to V a ri a d o Volume chuva frente de serviço (m³) 5.600,00 Custo tratamento do chorume R$ 196.000,00 Total (m²) R$ 2,01 CUSTO TOTAL M² R$ 15,60 Fonte: A autora (2018) Observou-se que esse método tem um custo fixo de R$ 13,58 por m² e um custo variado de R$ 2,01 por m², ficando um valor total de R$ 15,60 por m². Na Tabela 15 é apresentado uma das soluções estudadas. Com berma e talude com 60 cm de espessura. Tabela 15 - Solução 2 - Camada de 60 cm SOLUÇÃO 2: 60 CM BERMA + 60 CM TALUDE C u s to F ix o Caminhão R$ 190,00 Escavadeira R$ 285,00 Área 84,85 Grama (m²) R$ 509,09 Canaleta R$ 142,55 Equipe de Manutenção 6,49 R$ 136,95 Total (m²) R$ 14,89 Infiltração Infiltração berma 0,0510 6.206,01 Infiltração talude 0,0680 10.253,09 Custo Variado Volume chuva frente de serviço (m³) 5.600,00 Volume total infiltrado (m³) 22.059,10 Custo do tratamento chorume m² R$ 772.068,48 Total (m²) R$ 7,93 CUSTO TOTAL M² R$ 22,83 Fonte: A autora (2018) 84 Observou-se que esse método tem um custo fixo de R$ 14,89 por m² e um custo variado de R$ 7,93 por m², ficando um valor total de R$ 22,83 por m². Na Tabela 16 é apresentada a solução com berma de 80 cm e talude com 60 cm de espessura. Tabela 16 - Solução 3 - Camada de 80 cm berma e 60 cm talude SOLUÇÃO 3: 80 CM BERMA + 60 CM TALUDE C u s to F ix o Caminhão R$ 190,00 Escavadeira R$ 285,00 Área 72,73 Grama (m²) R$ 436,36 Canaleta R$ 122,18 Equipe de Manutenção 6,49 R$ 143,18 Total (m²) R$ 16,18 Infiltração Infiltração berma 0,0354 1.538,46 Infiltração talude 0,0068 1.025,31 Custo Variado Volume chuva frente de serviço (m³) 5.600,00 Volume total infiltrado (m³) 8.163,77 Custo do tratamento chorume m² R$ 285.732,07 Total (m²) R$ 2,94 CUSTO TOTAL M² R$ 19,12 Fonte: A autora (2018) Observou-se que esse método tem um custo fixo de R$ 16,18 por m² e um custo variado de R$ 2,94 por m², ficando um valor total de R$ 19,12 por m². A seguir, é apresentado no Gráfico 5 um resumo dos custos das soluções orçadas. Gráfico 5 – Comparativo das coberturas Fonte: A autora (2018) R$ 15,60 R$ 22,83 R$ 19,12 R$ - R$ 5,00 R$ 10,00 R$ 15,00 R$ 20,00 R$ 25,00 1 Comparativo das coberturas Geomembrana Camada 60 cm Camada 80 cm 85 4.4 ESPECIFICAÇÕES DO PROCESSO CONSTRUTIVO DA CAMADA DE FECHAMENTO A camada de impermeabilização superficial deverá ser executada com solo local compactado de forma a atingir o maior grau de compactação possível. Destaca-se que uma boa qualidade da compactação irá definir o sucesso da utilização deste sistema de impermeabilização. 4.4.1 Características geotécnicas mínimas do solo O solo da camada de fechamento deverá conter o maior teor de argila possível e isento de matéria orgânica, pedras e pedregulhos. A qualidade da compactação está diretamente associada ao volume de água que irá infiltrar. Observa-se que no que diz respeito à infiltração, a medida que não se consegue uma qualidade adequada de compactação a espessura da camada de fechamentodeverá ser aumentada. 4.5 RECOMENDAÇÕES DO SISTEMA DE DRENAGEM O principal ponto para a estabilidade e o sucesso da camada de fechamento do talude está na eficiência do sistema de drenagem. Quanto menor for à quantidade de água que escoar sobre o solo menor será a erosão e a infiltração. Desta forma, canaletas deverão ser construídas em cada berma ao pé do talude e as águas pluviais deverão ser conduzidas para fora do maciço e direcionadas para o sistema de drenagem do aterro. A berma deverá ter inclinação no sentido da crista do patamar, para o pé do talude conforme é apresentado na Figura 33. 86 Figura 33 - Exemplo de conformação do talude Fonte: A autora (2018) Estas canaletas deverão ser confeccionadas com manta de geomembrana ou geocomposto com cimento, moldadas in loco e confeccionadas de modo que a água adentre com facilidade nas mesmas. Devido aos processos erosivos e as deformações que irão ocorrer, principalmente em função da decomposição do resíduo ao longo do tempo, é fundamental a manutenção permanente destas canaletas. 4.5.1 Recomendações de manutenção para minimizar a infiltração Conforme demonstrado ao longo desse relatório é inevitável o surgimento de trincas, fissuras e erosão na camada de fechamento em decorrência tanto das deformações do maciço de resíduos quanto das condições climáticas. Neste sentido é fundamental manter um plano de manutenção nos taludes para minimizar a infiltração no resíduo e o aumento do percolado. As manutenções devem ser feitas periodicamente com vistas a recompor a camada de fechamento nos pontos críticos e recuperar possíveis canaletas que estejam danificadas, tomando o cuidado para que a inclinação direcione corretamente as águas para fora do maciço e conduza até o sistema de drenagem do aterro. 87 5 CONSIDERAÇÕES FINAIS Com o que diz respeito a camada de cobertura em aterros, o Brasil ainda não dispõe de uma regulamentação sobre espessura, tipo de material ou sobre as taxas de infiltração das águas. O principal objetivo da presente pesquisa, tem a premissa de avaliar o desempenho de diferentes espessuras de camadas de cobertura quanto a infiltração das águas pluviais. A pesquisa foi realizada com três camadas de cobertura instalada nas células experimentais do Aterro Industrial de Joinville/SC, que contribuiu para responder essas questões, com o enfoque na média de infiltração em cada espessura da célula experimental. Com relação à infiltração das camadas, a célula de 80 cm apresentou menor infiltração, média de 3,54% quando comparado com a camada de 60 cm, média de 5,10%. O escoamento superficial ajudou na baixa infiltração do talude que apresentou uma média de infiltração de 0,68%. A porcentagem de infiltração na camada de 60 cm variou de 0 a 13,80%, a camada de 80 cm variou de 0 a 6,72% e a camada do talude variou de 0 a 1,45%. Foi verificado que quanto maior a intensidade da chuva, maior era a taxa de infiltração. Com a análise dos custos das células, foi possível verificar que mesmo infiltrando pouco na cobertura, seu custo ainda é maior do que a solução praticada atualmente. Esse fato se deve porque a solução estudada demandará de uma equipe de manutenção fixa, aumentando os custos no geral. Um sistema de drenagem adequado deverá ser implantado a fim de reduzir a água que escoa sobre os taludes. Este sistema deverá ser composto de canaletas no pé de cada talude e as águas pluviais transportadas para fora do maciço. As bermas deverão ter inclinação de maneira que a água escoe diretamente para as canaletas. Existem algumas formas de construir as canaletas, a de cimento é a mais conhecida, ou também com geomembrana moldada in loco, que é muito utilizado em aterros. É de fundamental importância a manutenção dessas canaletas, devido aos processos erosivos e deformações que irão ocorrer. O material ensaiado possui coeficiente de permeabilidade de cm/s em condições de umidade ótima e densidade máxima. Desta forma uma boa qualidade da compactação da camada de fechamento irá minimizar os problemas de infiltração, no entanto, atenção especial deverá ser dada as trincas, fissuras e 88 erosão que irão surgir devendo ser colocado em prática o plano de manutenção dos taludes. 5.1 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS Dar continuidade nas medições das camadas de infiltração por um período mais prolongado, para verificar sua eficiência ao longo dos ciclos climáticos. Em caso de chuvas intensas, fazer novos estudos com leituras feitas a cada hora para uma maior precisão. Fazer uma análise da estabilidade do talude utilizando os ensaios de laboratório que foram realizados. Os ensaios foram executados em uma amostra compactada na umidade ótima, atingindo a densidade máxima do material. Em campo, dificilmente esta condição será atendida devido à falta de suporte de aterro do resíduo, sendo assim, novos ensaios devem ser realizados e amostras indeformadas de solo que simulem as condições de campo. 89 REFERÊNCIAS ABNT - Associação Brasileira De Normas Técnicas. NBR 6.457 – Amostras de Solo- Preparação para ensaios de compactação e ensaios de caracterização. p. 1–9, 1986. ABNT - Associação Brasileira De Normas Técnicas. NBR 6.459 – Solo- Determinação do Limite de Liquidez. p. 1–6, 1984. ABNT - Associação Brasileira De Normas Técnicas. NBR 7.180 – Solo - Determinação do Limite de Plasticidade. p. 1–3, 1984. ABNT - Associação Brasileira De Normas Técnicas. NBR 7.181 – Solo - Análise Granulométrica. p. 1–13, 1984. ABNT - Associação Brasileira De Normas Técnicas. NBR 7.182 – Solo- Ensaio de Compactação, 1986. ABNT - Associação Brasileira De Normas Técnicas. NBR 8.419 - Apresentação de projetos de aterros sanitários de resíduos sólidos urbanos. p. 1–7, 1992. ABNT - Associação Brasileira De Normas Técnicas. NBR 9.895 – Solo – Índice de Suporte Califórnia. p. 1–14, 1987. ABNT - Associação Brasileira De Normas Técnicas. NBR 10.004 - Resíduos sólidos - Classificação. p. 7–18, 2004. ABNT - Associação Brasileira De Normas Técnicas. NBR 10.157 - Aterros de resíduos perigosos - Critérios para projeto , implantação e operação. p. 13, 1987. ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 13.896 - Aterros de resíduos não perigosos - Critérios para projeto, implantação e operação. p. 12, 1997. 90 ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 14.545 - Solo - Determinação do coeficiente de permeabilidade de solos argilosos a carga variável. p. 1 - 12, 2000. ALMEIDA, F.T.R.; SANTOS, G. O.; SILVA, R.A.C.; GOMES, C.C. Caracterização física do solo utilizado em camadas de cobertura no aterro sanitário de Cauicaia- Ceará. In.: V Congresso de Pesquisa e Inovação da Rede Norte Nordeste de Educação Tecnológica CONNEPI, Alagoas, 2010. ALMEIDA, J. R. de; IZZO, R. L. dos S.; MAHLER, C. F. O uso de composto como alternativa de cobertura de aterros. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE GEOTECNIA AMBIENTAL, 7., SIMPÓSIO BRASILEIRO DE GEOSSINTÉTICOS, 6., 2011, Belo Horizonte. Anais... Belo Horizonte: REGEO/Geossintéticos, 2011. ANDREOLI, C. V. A. F. D. N. Resíduos sólidos: Origem, classificação e soluções para destinação final adequada. p. 531–552, 2015. AUTOSUSTENTÁVEL, Aterros sanitários e incineradores. Disponível em: . Acesso em 13 de novembro de 2017. BACELAR, H. A. D. M. Tratamento de lixiviados produzidos em aterro de resíduos sólidos urbanos por meio de evaporação forçada. Dissertação de Mestrado. Universidade Federal do Rio de Janeiro, 2010. BAGCHI, A. Design of Landfills and Integrated Solid Waste Management. 3º ed. John Wiley & Sons, Inc., New Jersey, 2004. 696 p. BARTEL, Agitadores. Disponível em: .Acesso em 10 de junho de 2018. BIZARRETA, J. C. O.; DE CAMPOS, T. M. P. Caracterização do lodo de uma estação de tratamento de chorume visando seu emprego em coberturas finais de aterros sanitários. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE GEOTECNIA AMBIENTAL, 7., SIMPÓSIO BRASILEIRO DE GEOSSINTÉTICOS, 6., 2011, Belo Horizonte. Anais.. Belo Horizonte: REGEO/Geossintéticos, 2011. 91 BOSCOV, M. E. G. Geotecnia Ambiental. Oficida de ed. São Paulo, 2008. BRASIL. Lei n. 12.305. Política Nacional de Resíduos Sólidos. 3a Edição ed, 2010. CAPUTO, Homero Pinto. Mecânica dos Solos e Suas Aplicações. Rio de Janeiro: LTC, 6ª edição, 1988. CARVALHO, M. F. Comportamento mecânico de resíduos sólidos urbanos. Tese de Doutorado. Universidade de São Paulo, 1999. CATAPRETA, C. A. A.; SIMÕES, G. F.; SILVEIRA, R. M. B. Execução de camada de cobertura final de aterros sanitários de grande porte – estudo de caso do aterro sanitário de Belo Horizonte. In: Congresso Brasileiro De Geotecnia AmbientaL, Belo Horizonte, 2011. CORSINI, R. Saneamento - Drenagem de aterros sanitários. Disponível em: Acesso em 19 de Novembro de 2017. D’ALMEIDA, M. L. O.; VILHENA, A. Lixo municipal: manual de gerenciamento integrado. 2.ed. São Paulo, 2000. 370p. DANIEL, D. E. Summary Review of Construction Quality Control for Compacted Soil Liners. In: Waste Containment Systems; Construction, Regulation, and Performance. Geotechnical Special Publication, New York, 1990, pp. 175- 189. DAS, Braja M. Fundamentos de Engenharia Geotécnica. São Paulo: Thomson, 2012. DISPROTEC (2017); Drenagem Horizontal (Colchão Drenante). Disponível em . Acesso 18 de outubro de 2017. 92 EL-FADEL, M., BOU ZEID, E., CHAHINE, W. & ALAYLI, B. Temporal Variation Leachate Quality from Pre-Sorted and Baled Municipal Solid Waste with High Organic and Moisture Content. Waste Management. 2002, p. 269-282. FERRARI, A. A. P. Viabilidade da utilização de silte compactado como material de impermeabilização em aterros de resíduos. Dissertação de Mestrado em Engenharia Civil. Universidade de São Paulo, São Paulo 2005. FORGIE, D., Selection of the Most Appropriate Leachate Treatment Methods. Part 1 A Review of Potential Biological Leachate Treatment Methods. Water Pollution Research in Canada, 1988. FURTADO, A. Notas de aula - Mecânica dos Solos I (Ensaios de Laboratório). Universidade Unisociesc, 2016. GOLVEIA, N. Resíduos sólidos urbanos: impactos socioambientais e perspectiva de manejo sustentável com inclusão social. Ciência & Saúde Coletiva, 2012, p. 1503–1510. GOMES, L. P.; MARTINS, F. B. Projeto, implantação e operação de aterros sustentáveis de resíduos sólidos urbanos para municípios de pequeno porte. Rio de Janeiro, 2003. p.51-105. GONÇALVES, M. C. L. D. S. S. L. F. Resíduos sólidos urbanos: e seus impactos socioambientais. São Paulo, 2012. GUIZELINI, A. P. Estudo do comportamento hidromecânico de solos visando a construção de sistemas de cobertura alternativos para aterros sanitários. Dissertação de Mestrado em Engenharia Civil. Universidade Federal do Paraná, 2011. HAMADA, J. & MATSUNAGA, I.Concepção do Sistema de Tratamento de Chorume para o Aterro Sanitário de Ilhéus – BA. IX SILUBESA - Simpósio Luso- Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental, Porto Seguro. 2000. 93 ISLAM, J.; SINGHAL, N. A one-dimensional resctive multicomponent landfill leachate transport model. Environmental Modelling & Software, 2002. IWAI, C. K. Tratamento de chorume através de percolação em solos empregados como material de cobertura de aterros para resíduos sólidos urbanos. Dissertação de Mestrado. Universidade Estadual Paulista, 2005. JOINVILLE CIDADE EM DADOS. Secretaria de planejamento urbano e desenvolvimento sustentável, 2017. KAIMOTO, L. S. A.; LEITE, E. F.; COELHO, M. G. Considerações sobre aproveitamento de biogás em aterro sanitário. Simpósio Internacional De Tecnologias De Tratamento De Resíduos Sólidos, Rio De Janeiro, 2006. LANGE, L. C.; AMARAL, M. C. S. (2009) Geração e Características do Lixiviado. Estudos de Caracterização e Tratabilidade de lixiviados de aterros sanitários para as condições brasileiras. Rio de Janeiro, 2009, p 358. LANGE; L. C.; GOMES, L. P.; CASTILHOS JUNIOR, A. B.; RITTER E.; MORAES, C. A. M.; SIMÕES, G. F. PRIM, E. C. C.; FERREIRA, C. F. A.; SILVA, F. V. B.; COELHO, H. M. G.; BOFF, R. D. Processos Construtivos de Aterros Sanitários: Ênfase no Estudo de Camadas de Cobertura como Mecanismo de Controle da Geração de Lixiviado. Gerenciamento de Resíduos Sólidos Urbanos com ênfase na proteção de corpos d'água: prevenção, geração e tratamento de lixiviados de aterros sanitários. Rio de Janeiro, 2006, p.109–208. LOPES, R. L. Infiltração de água e emissão de metano em camadas de cobertura de aterros de resíduos sólidoS. Tese de Doutorado. Universidade Federal de Pernambuco, 2011. MACHADO, S. L. MACHADO, M. F. Mecânica dos Solos II: conceitos básicos. Salvador, 1997. MANSOR, M. T. C. . et al. Resíduos sólidos, 2010. 94 MARANGON, M. Notas de aula 1 - Hidráulica dos solos. 2015, p. 4–26. MARIANO, M. O. H.; Avaliação da retenção de gases em camadas de cobertura de aterro de resíduos sólido. Dissertação de Doutorado em Engenharia Civil. Universidade Federal de Pernambuco. Pernanbuco. 2008, p: 232, 243. MASSAD, Faiçal. OBRAS DE TERRA: Curso Básico de Geotecnia. São Paulo: Oficina de Textos, 2003.170 p.il. McBean, E.A., Rovers, F.A., Farquhar, G.J., (1995) Solid Waste Landfill Engineering and Design. Prentice Hall, 1995, p. 521. METCALF & EDDY., Inc., Wasterwater Engineering – Treatment Disposal Reuse. McGraw- Hill International Editions,.,1991.Third Edition,1334 pages. 1991. MELLO, Y. DE. Distribuição de precipitação no município de joinville (sc) e sua relação com a incidência de leptospirose. Dissertação de Mestrado. Universidade da região de Joinville, 2015. NASCIMENTO, J. C. F. DO. Comportamento mecânico de resíduos sólidos urbanos. Dissertação de Mestrado em Geotecnia, Universidade de São Paulo, 2007. NOTAS DE AULA IFJF. Planejamento e gestão de RSU. Disponível em Acesso 15 de outubro de 2017. OLIVEIRA, F. A. de. Estudo do aporte sedimentar em suspensão na baía da babitonga sob a ótica da geomorfologia. Tese de Doutorado, Universidade de São Paulo, 2006. PANDOLFO, C.; BRAGA, H.J.; SILVA JÚNIOR, V.P.; MASSIGNAN, A.M.; PEREIRA, E.S.;THOMÉ, V.M.R; VALCI, F.V. Atlas climatológico do Estado de Santa Catarina. Florianópolis: Epagri, 2002. 95 PAZZETTO, M. B. Estudo Da Permeabilidade de Solos Argilosos Disponíveis Para Recuperação De Áreas Degradadas Pela Mineração De Carvão No Sul De Santa Catarina. Trabalho de Conclusão de Curso. Universidade do Extremo Sul Catarinense, 2009. PEREIRA, A.V.R.P., Indicador para avaliação de desempenho de aterros de resíduos sólidos. Dissertação de Mestrado em Engenharia Ambiental e Sanitária, Universidade Federal de Santa Catarina, 2005. PIMENTEL, F. J. G. Aproveitamento de lodo de estação de tratamento de esgoto em camada de cobertura de aterro sanitário. Dissertação de Mestrado. Universidade Federal de Santa Catarina, 2012. PINTO, Carlos de Sousa. Curso Básico de Mecânica dos Solos. 2.ed São Paulo:Oficina de Textos,2002. 353 p.il. QASIM, S.R., CHIANG, W. Sanitary Landfill Leachate – generation, control and treatment. Technomic Publishing Co., 1994. QIAN, X.; KOERNER, R. M.; GRAY, D. H. Geotechnical Aspects of a Landfill Design and Construction. Upper Saddle River, New Jersey, USA: Prentice-Hall, Inc.,2002 REICHERT, G.A. Manual. Projeto, operação e monitoramento de aterros sanitários., 2007. ROCCA, A.C.; IACOVONE, A. M. M. B.; BARROTI, A. J.; et al. Resíduos Sólidos Industriais. São Paulo, 1993. 233 p. SANTOS, C. R. et al. Panorama dos resíduos sólidos no Brasil. São Paulo, 2014. SEBRAE-MS. Gestão de resíduos sólidos uma oportunidade para o desenvolvimento municipal e para as micro e pequenas empresas. 2012. 96 SOBRINHO, N. L. C. Uma análise do balanço hídrico do aterro sanitário de Presidente Prudente. Dissertação de Mestrado em Engenharia Civil. Universidade Federal de Viçosa. Minas Gerais, 2000. SOUZA, G. DE. Monitoramento de parâmetros qualitativos e quantitativos de líquidos percolados de aterros sanitários – estudo em piloto experimental. Dissertação de Mestrado. Universidade Federal de Santa Catarina, 2005. TCHOBANOGLOUS, G., THEISEN, H., VIRGIL, S., Integrated Solid Waste Management: Engineering Principles and Mangement Issues. McGraw-Hill, International Edition. 1993, 978. TEIXEIRA, P.F.; Oxidação biológica do metano em coberturas de aterros de resíduos sólidos urbanos: dinâmica do processo e aspectos geotécnicos. Tese de Doutorado. Universidade de São Paulo, 2008,168p. VARGAS, Milton. Introdução à Mecânica dos Solos. São Paulo: McGraw-Hill do Brasil, 1977. 509 p. VIEIRA. A. M (2005) Estudo de barreiras capilares como Cobertura final de aterro de resíduos. Tese de Doutorado. Universidade Federal de São Paulo. 287p. 97 ANEXO A ENSAIOS DE LABORATÓRIO PARA CARACTERIZAÇÃO DO SOLO A.1. ANÁLISE GRANULOMÉTRICA COM SEDIMENTAÇÃO – NBR 7181 O material disposto na jazida trata-se de um silte arenoso variegado (Vermelho) com caulim. Na Tabela A.1 é demonstrado os dados adquiridos após o ensaio de peneiramento e sedimentação. Tabela A.1 - Análise granulométrica com sedimentação - NBR 7181 Fonte: Geoforma (2017) Com a realização do ensaio foi constatado que 42 % do material é caracterizado como silte, 30 % como areia fina, 19,56 % como areia média e 6,64 % Pol. mm 1000 25.000 0,00 0,00 100,00 903,13 19.000 0,00 0,00 100,00 16,28 3/8'' 9.520 0,00 0,00 100,00 70,23 4 4.760 3,54 3,54 99,61 10 2.000 12,74 16,28 98,20 19 70 98 8,03 7,81 8,39 Pol. mm 32,48 32,65 26,57 16 1,190 0,42 0,42 97,55 30,07 30,22 24,77 30 0,590 3,86 4,28 91,56 2,41 2,43 1,8 40 0,420 3,72 8,00 85,79 22,04 22,41 16,38 60 0,290 5,57 13,57 77,15 10,93 10,84 10,99 100 0,149 6,04 19,61 67,78 200 0,074 5,93 25,54 58,59 1 09:10:00 1 Data Hora Tempo (s) Temp (ºC) Leitura Id Alt. Queda (cm) Ø grão % em suspensão 08/11/2017 09:10:30 30 22,00 1,0270 1,0088 12,52 0,066 45,11 08/11/2017 09:11:00 60 22,00 1,0234 1,0088 13,59 0,048 36,19 08/11/2017 09:12:00 120 22,00 1,0206 1,0088 13,71 0,035 29,25 08/11/2017 09:14:00 240 22,00 1,0179 1,0088 13,42 0,024 22,55 08/11/2017 09:18:00 480 22,00 1,0168 1,0088 13,62 0,017 19,83 08/11/2017 09:25:00 900 22,00 1,0150 1,0088 13,96 0,013 15,37 08/11/2017 09:40:00 1800 22,50 1,0133 1,0087 14,28 0,009 11,53 08/11/2017 10:10:00 3600 23,00 1,0118 1,0085 14,56 0,060 8,18 08/11/2017 11:10:00 7200 23,00 1,0105 1,0085 14,80 0,005 4,96 08/11/2017 13:10:00 14400 24,00 1,0093 1,0082 15,02 0,003 2,73 08/11/2017 17:10:00 28800 24,50 1,0074 1,0081 15,38 0,002 - 09/11/2017 09:10:00 86400 23,00 1,0056 1,0085 15,71 0,001 - Peneiramento Grosso Análise Granulométrica 10,92 Peneiras Tara (g) Tara + Solo + Água (g) Tara + Solo (g) Massa Água (g) Massa Solo (g) Umidade (%) Massa total da Amostra Seca ao Ar (Mt): Massa total da Amostra Seca (Ms): Massa de Material Seco Retino na 2,0 mm (MI): Massa de Material ao Ar que passa na 2,0 mm (Mh): Umidade Higroscópica Umidade média (%) Peneiras Retido (g) Acululado (g) % que passa Cápsula nº 9,72E-06 Retido (g) Acululado (g) % que passa Peneiramento Fino Ensaio de Sedimentação Densímetro nº: Proveta nº: Viscosidade 9,72E-06 Data Inicial: Hora Inicial: 08/11/2017 9,51E-06 9,30E-06 9,21E-06 9,51E-06 9,72E-06 9,72E-06 9,72E-06 9,72E-06 9,61E-06 9,51E-06 98 como areia grossa. Contendo também em sua composição 1% de pedregulho fino e 0,80% de pedregulho médio. O Gráfico A.1 mostra a curva granulométrica do ensaio da análise granulométrica realizado com o material disposto na jazida. Gráfico A.1 - Curva granulométrica da camada da célula experimental Fonte: Geoforma (2017) A.2. MASSA ESPECÍFICA REAL DOS GRÃOS – “G” – NBR 6508 Tabela A.2 - Densidade dos grãos – NBR 6508 G Picnômetro Nº 1 2 3 4 5 Massa Solo + Água (g) 50,02 50,02 50,02 50,02 50,02 Massa Solo Seco (g) (Ws) 45,41 45,41 45,41 45,41 45,41 Massa Pic + Solo + Água (g) (W2) 809,27 798,71 796,38 804,45 803,27 Massa Pic + Água (g) (W1) 780,62 770,28 768,01 776 774,8 Temperatura (ºC) 24 24 24 24 24 Massa espec. da água na temp. do ensaio 0,9973 0,9973 0,9973 0,9973 0,9973 Massa esp. dos grãos - (g/cm³) 2,702 2,667 2,658 2,67 2,674 Massa esp. dos grãos médio - (g/cm³) 2,667 G (médio) 2,672 Fonte: Geoforma (2017) 99 Tabela A.3 - Umidade higroscópica Cápsula nº 78 82 92 Tara (g) 8,17 7,95 7,81 Tara + Solo + Água (g) 23,65 26,92 26,13 Tara + Solo (g) 22,25 25,17 24,41 Massa Água (g) 1,4 1,75 1,72 Massa Solo (g) 14,08 17,22 16,60 Umidade (%) 9,94 10,16 10,36 Umidade média (%) 10,16 Fonte: Geoforma (2017) A.3. DETERMINAÇÃO DOS LIMITES DE PLASTICIDADE (NBR7180) E LIQUIDEZ (NBR6459) Tabela A.4 - Limite de Liquidez - NBR 6459 e Limite de Plasticidade NBR 7180 LIMITE DE LIQUIDEZ Cápsula nº 23 97 66 98 81 Cápsula + Solo úmido (g) 14,71 17,05 16,09 16,39 16,38 Cápsula + Solo Seco (g) 12,88 14,66 13,74 14,00 13,82 Massa da Cápsula (g) 8,10 8,57 8,03 8,36 8,06 Massa da Água (g) 1,83 2,39 2,35 2,39 2,56 Massa do Solo Seco (g) 4,78 6,09 5,71 5,64 5,76 Teor de Umidade (%) 38,28 39,24 41,16 42,38 44,44 Número de Golpes 55 45 35 25 15 LIMITE DE PLASTICIDADE Cápsula nº 100 102 103 107 109 Cápsula + Solo úmido (g) 16,95 16,60 16,48 16,76 16,75 Cápsula + Solo Seco (g) 16,08 15,77 15,73 15,96 15,91 Massa da Cápsula (g) 13,04 12,77 12,99 13,12 12,89 Massa da Água (g) 0,87 0,83 0,75 0,80 0,84 Massa do Solo Seco (g) 3,04 3,00 2,74 2,84 3,02 Teor de Umidade (%) 28,62 27,67 27,37 28,17 27,81 Fonte: Geoforma (2017) Tabela A.5 - Resumo ensaios limites de liquidez e plasticidade LL LP IP 42 28 14 Fonte: Geoforma (2017) 100 Gráfico A.2 – Limite de Liquidez Fonte: Geoforma (2017) A.4. ENSAIO DE COMPACTAÇÃO – NBR 7182 Tabela A.6 – Compactação e Teor de Umidade (%) COMPACTAÇÃO Cilindro nº 13 1 2 9 11 Massa do Cilindro (g) 5162,00 5340,00 5352,00 4582,00 5546,00 Volume do Cilindro (cm³) 21120,00 2107,00 2103,00 2103,00 2099,00 Massa do Cilindro + Solo Úmido (g) 8729,00 9220,00 9408,00 8574,00 9492,00 Massa do Solo Úmido (g) 3567,00 3880,00 4056,00 3992,00 3946,00 Massa Esp. Aparente Úmida (g/cm³) 1,689 1,841 1,929 1,898 1,880 TEOR DE UMIDADE Cápsula nº 91 30 41 58 72 Massa da Cápsula + Solo Úmido (g) 120,01 115,53 107,39 102,01 98,72 Massa da Cápsula + Solo Seco (g) 108,25 102,26 93,61 87,70 83,86 Massa da Cápsula (g) 29,09 28,73 28,99 39,38 28,72 Massa da Água (g) 11,760 13,270 13,780 14,310 14,860 Massa do Solo Seco (g) 79,160 73,530 64,620 58,320 55,140 Teor de Umidade (%) 14,856 18,047 21,325 24,537 26,950 Massa Esp. Aparente Seca (g/cm³) 1,470 1,560 1,590 1,524 1,481 Fonte: Geoforma (2017) 101 Gráfico A.3 - Curva de Compactação Fonte: Geoforma (2017) Massa Específica Aparente Seca Máxima (g/cm³): 1,590 Umidade Ótima (%): 21,33 A.4. ENSAIO ISC – NBR 9895 Tabela A.7 - Expansão ISC Ponto 1 Ponto 2 Ponto 3 Cilindro 1 2 9 Alt. Inic. (mm) 115 115 115 Data Hora Leitura Dif. Leit. Exp (%) Leitura Dif. Leit. Exp (%) Leitura Dif. Leit. Exp (%) 16/11 14:00 1,00 0,00 0,00 1,00 0,0030 Figura 8 - Camada de cobertura final de um aterro sanitário .................................... 34 Figura 9 - Balanço Hídrico em um aterro sanitário .................................................... 38 Figura 10 - Modelo experimental de Darcy ............................................................... 39 Figura 11 - Ensaio de permeabilidade de carga constante ....................................... 41 Figura 12 - Ensaio de permeabilidade com carga variável ........................................ 42 Figura 13 – Exemplo de curva granulométrica .......................................................... 44 Figura 14 - Modelo de agitador ................................................................................. 45 Figura 15 - Esquema Representativo de sedimentação ............................................ 47 Figura 16 - Limites de Atterberg ................................................................................ 48 Figura 17 - Aparelho Casagrande ............................................................................. 48 Figura 18 - Amostra do solo antes e depois do ensaio ............................................. 49 Figura 19 - Gráfico Limite de Liquidez ....................................................................... 49 Figura 20 - Execução ensaio Limite de Plasticidade ................................................. 50 Figura 21 - Exemplo ensaio Proctor Normal.............................................................. 51 Figura 22 - Ensaio de cisalhamento direto: representação de resultado típico do ensaio ........................................................................................................................ 53 Figura 23 - Esquema da caixa de cisalhamento direto .............................................. 54 Figura 24- Localização da área de estudo ................................................................ 56 Figura 25 - Mapa de pluviosidade de Santa Catarina ............................................... 57 Figura 26 - Caracterização do local de estudo .......................................................... 59 Figura 27 - Fluxograma do Processo Metodológico .................................................. 59 Figura 28 - Disposição das células experimentais .................................................... 60 Figura 29 - Detalhe de cada célula experimental ...................................................... 61 Figura 30 - Coleta da amostra de solo ...................................................................... 62 Figura 31 – Equipamento para determinação do coeficiente (k) – A) Permeâmetro de carga variável; B) Bureta graduada ........................................................................... 66 Figura 32 – Células experimentais – A) Localização das amostras; B) Início da Terraplanagem e escavação para a construção das células; C) Instalação da Geomembrana; D) Instalação da camada drenante; E) Instalação do Geotêxtil e início da disposição da argila; F) Células experimentais devidamente compactadas; G) Células finalizadas; H) Células finalizadas ........................................................... 69 Figura 33 - Exemplo de conformação do talude ........................................................ 86 LISTA DE GRÁFICOS Gráfico 1 - Porcentagem de água infiltrada na célula experimental – Janeiro .......... 72 Gráfico 2 - Porcentagem de água infiltrada na célula experimental – Fevereiro ....... 74 Gráfico 3 - Porcentagem de água infiltrada na célula experimental – Março ............ 76 Gráfico 4 - Porcentagem de água infiltrada na célula experimental – Abril ............... 78 LISTA DE TABELAS Tabela 1 - Quantidade de Resíduos Sólidos Urbanos Gerado.................................. 17 Tabela 2 – Classificação Conama ............................................................................. 18 Tabela 3 - Relação entre percentual de municípios brasileiros e respectivo destino final dos resíduos entre 1989 a 2008 ........................................................................ 19 Tabela 4 - Processos representativos para tratamento de águas residuais, inclusive o chorume .................................................................................................................... 29 Tabela 5 - Valores de coeficiente de permeabilidade ................................................ 44 Tabela 6 – Resumo da pluviometria e da quantidade de água infiltrada em cada camada ..................................................................................................................... 70 Tabela 7 – Valores de pluviometria e quantidade de água infiltrada - JANEIRO ...... 71 Tabela 8 – Valores de pluviometria e quantidade de água infiltrado - FEVEREIRO . 73 Tabela 9 – Valores de pluviometria e quantidade de água infiltrado - MARÇO......... 75 Tabela 10 – Valores de pluviometria e quantidade de água infiltrado - ABRIL ......... 77 Tabela 11 - Média mensal das infiltrações ................................................................ 78 Tabela 12 - Planilha resumo dos ensaios ................................................................. 80 Tabela 13 - Dados do aterro...................................................................................... 82 Tabela 14 - Solução 1 - Praticada atualmente .......................................................... 83 Tabela 15 - Solução 2 - Camada de 60 cm ............................................................... 83 Tabela 16 - Solução 3 - Camada de 80 cm berma e 60 cm talude ........................... 84 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ........................................................................................... 13 1.1 OBJETIVO GERAL ..................................................................................... 14 1.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS ...................................................................... 14 1.3 JUSTIFICATIVA ......................................................................................... 14 1.4 DELIMITAÇÃO DO TEMA .......................................................................... 15 1.5 ESTRUTURA DO TRABALHO ................................................................... 15 2 REFERENCIAL TEÓRICO ......................................................................... 16 2.1 RESÍDUOS SÓLIDOS ................................................................................ 16 2.1.1 Classificação ............................................................................................. 17 2.1.2 Técnicas de aterramento de resíduos sólidos ....................................... 19 2.1.2.1 Lançamento a Céu Aberto ou “Lixão” ......................................................... 19 2.1.2.2 Aterro controlado ........................................................................................ 20 2.1.2.3 Aterro Sanitário ou Industrial ...................................................................... 20 2.2 PROJETO DE ATERRO DE RESÍDUOS ................................................... 22 2.2.1 Revestimento de fundo ............................................................................ 22 2.2.1.1 Impermeabilização ..................................................................................... 23 2.2.1.2 Drenagem de chorume ............................................................................... 25 2.2.1.3 Drenagem de gases ................................................................................... 26 2.2.2 Tratamento de chorume ........................................................................... 27 2.2.3 Tratamento de gases ................................................................................ 29 2.2.4 Sistemas de cobertura do aterro ............................................................. 30 2.2.4.1 Camada de cobertura0,00 1,00 0,00 0,00 17/11 14:00 3,29 2,29 1,99 2,83 1,83 1,59 1,68 0,68 0,59 20/11 14:00 3,33 2,33 2,03 2,85 1,85 1,61 1,68 0,68 0,59 Fonte: Geoforma (2017) Tabela A.8 - Penetração ISC PEN. (mm) t (min) Anel (mm^10³) Pressão Calc. (Mpa) ISC (%) Anel (mm^10³) Pressão Calc. (Mpa) ISC (%) Anel (mm^10³) Pressão Calc. (Mpa) ISC (%) 0,00 0,00 0 0,00 0 0,00 0 0,00 0,63 0,50 5 0,05 6 0,06 3 0,03 1,27 1,00 10 0,11 15 0,16 6 0,06 1,90 1,50 14 0,15 23 0,25 9 0,10 2,54 2,00 18 0,19 2,8 30 0,32 4,7 12 0,13 1,9 3,81 3,00 25 0,27 43 0,46 18 0,19 5,08 4,00 32 0,34 3,3 55 0,59 5,7 25 0,27 2,6 7,62 6,00 48 0,52 74 0,79 37 0,40 10,16 8,00 61 0,65 92 0,99 47 0,50 12,70 10,00 75 0,80 108 1,16 57 0,61 Fonte: Geoforma (2017) 102 Gráfico A.4 - Índice Suporte Califórnia Fonte: Geoforma (2017) A.5. ENSAIO DE PERMEABILIDADE EM AMOSTRA COMPACTADA – NBR 14545 = 169,00 + 815,79 cm O (vácuo) = 984,79 cm = 166,30 + 815,79 cm O (vácuo) = 982,09 cm - = 1.800 segundos = 163,40 + 815,79 cm O (vácuo) = 979,19 cm - = 1.800 segundos = 158,40 + 815,79 cm O (vácuo) = 974,19 cm - = 1.800 segundos = 155,00 + 815,79 cm O (vácuo) = 970,79 cm - = 1.800 segundos = 151,30 + 815,79 cm O (vácuo) = 967,09 cm - = 1.800 segundos = 147,50 + 815,79 cm O (vácuo) = 96329 cm - = 1.800 segundos A.6. ENSAIO DE CISALHAMENTO DIRETO – ASTM D3080 Relatório utilizando Pressão Normal Inicial (KN/m²): 49,55 Tabela A.9 - Características Molde Cortante Altura (cm) 2,00 Área (cm²) 26,52 Massa anel + solo (g) 227,27 Lado (cm) 5,15 Vol. (cm³) 53,05 Massa solo (g) 101,30 Massa do anel (g) 125,97 Massa Específica (g/cm³) 1,91 Fonte: Geoforma 103 Tabela A.10 - Teor de Umidade UMIDADE INICIAL UMIDADE FINAL Nº Cápsula 2 67 93 8 40 95 Tara (g) 7,95 8,08 8,10 7,97 8,30 8,22 Solo + água + tara (g) 29,05 28,19 28,54 28,12 29,89 28,86 Solo + tara (g) 25,17 24,43 24,78 23,53 24,98 24,33 Água (g) 3,88 3,76 3,76 4,59 4,91 4,53 Solo seco (g) 17,22 16,35 16,68 15,56 16,68 16,11 Teor de Umidade (%) 22,53 23,00 22,54 29,50 29,44 28,12 22,69 29,02 Fonte: Geoforma (2017) Tabela A.11 - Cisalhamento Leitura Extensô- metro Horizontal (mm) Leitura Extensô- metro Vertical (mm) Leitura Anel de Carga Desloca- mento Horizontal (mm) Desloca- mento Vertical (mm) Carga (N) Área Corrigida (cm²) Tensão Cisalhante (KN/m²) 0,000 5,638 1,700 0,0000 0,0000 0,00 26,52 0,00 0,023 5,634 1,701 0,0230 -0,0040 2,87 26,51 1,08 0,044 5,632 1,702 0,0440 -0,0060 5,74 26,50 2,16 0,090 5,628 1,703 0,0900 -0,0100 8,60 26,48 3,25 0,131 5,626 1,704 0,1310 -0,0120 11,47 26,46 4,34 0,177 5,622 1,706 0,1770 -0,0160 17,21 26,43 6,51 0,269 5,618 1,708 0,2690 -0,0200 22,94 26,38 8,70 0,361 5,612 1,710 0,3610 -0,0260 28,68 26,34 10,89 0,545 5,608 1,711 0,5450 -0,0300 31,55 26,24 12,02 0,732 5,604 1,713 0,7320 -0,0340 37,29 26,15 14,26 0,906 5,604 1,717 0,9060 -0,0340 48,76 26,06 18,71 1,353 5,604 1,719 1,3530 -0,0340 54,49 25,83 21,10 1,805 5,604 1,723 1,8050 -0,0340 65,97 25,59 25,78 2,253 5,602 1,726 2,2530 -0,0360 74,57 25,36 29,40 2,721 5,595 1,727 2,7210 -0,0430 77,44 25,12 30,83 3,187 5,579 1,725 3,1870 -0,0590 71,70 24,88 28,82 3,610 5,554 1,722 3,6100 -0,0840 63,10 24,66 25,58 4,075 5,530 1,721 4,0750 -0,1080 60,23 24,42 24,66 4,529 5,505 1,721 4,5290 -0,1330 60,23 24,19 24,90 4,995 5,485 1,721 4,9950 -0,1530 60,23 23,95 25,15 Fonte: Geoforma (2017) Relatório utilizando Pressão Normal Inicial (KN/m²): 98,21 Tabela A.12 - Características Molde Cortante Altura (cm) 2,00 Área (cm²) 26,52 Massa anel + solo (g) 225,66 Lado (cm) 5,15 Vol. (cm³) 53,05 Massa solo (g) 99,69 Massa do anel (g) 125,97 Massa Específica (g/cm³) 1,88 Fonte: Geoforma 104 Tabela A.13 - Teor de Umidade UMIDADE INICIAL UMIDADE FINAL Nº Cápsula 25 38 60 44 74 87 Tara (g) 7,72 8,02 7,94 7,97 8,24 7,91 Solo + água + tara (g) 27,61 27,61 29,94 29,78 28,76 26,05 Solo + tara (g) 24,04 24,14 26,06 24,90 24,31 22,04 Água (g) 3,57 3,47 3,88 4,88 4,45 4,01 Solo seco (g) 16,32 16,12 18,12 16,93 16,07 14,13 Teor de Umidade (%) 21,88 21,53 21,41 28,82 27,69 28,38 21,60 28,30 Fonte: Geoforma (2017) Tabela A.14 - Cisalhamento Leitura Extensô- metro Horizontal (mm) Leitura Extensô- metro Vertical (mm) Leitura Anel de Carga Desloca- mento Horizontal (mm) Desloca- mento Vertical (mm) Carga (N) Área Corrigida (cm²) Tensão Cisalhante (KN/m²) 0,000 6,151 1,700 0,0000 0,0000 0,00 26,52 0,00 0,024 6,149 1,701 0,0240 -0,0020 2,87 26,51 1,08 0,048 6,143 1,703 0,0480 -0,0080 8,60 26,50 3,25 0,088 6,137 1,708 0,0880 -0,0140 22,94 26,48 8,67 0,132 6,129 1,710 0,1320 -0,0220 28,68 26,45 10,84 0,172 6,121 1,711 0,1720 -0,0300 31,55 26,43 11,94 0,259 6,106 1,715 0,2590 -0,0450 43,02 26,39 16,30 0,350 6,097 1,719 0,3500 -0,0540 54,49 26,34 20,69 0,526 6,078 1,721 0,5260 -0,0730 60,23 26,25 22,94 0,708 6,068 1,725 0,7080 -0,0830 71,70 26,16 27,41 0,905 6,053 1,728 0,9050 -0,0980 80,31 26,06 30,82 1,351 6,030 1,733 1,3510 -0,1210 94,65 25,83 36,65 1,821 6,016 1,737 1,8210 -0,1350 106,12 25,58 41,48 2,269 6,004 1,738 2,2690 -0,1470 108,99 25,35 42,99 2,712 5,993 1,739 2,7120 -0,1580 111,86 25,13 44,52 3,185 5,981 1,740 3,1850 -0,1700 114,72 24,88 46,11 3,706 5,968 1,740 3,7060 -0,1830 114,72 24,61 46,61 4,078 5,959 1,740 4,0780 -0,1920 114,72 24,42 46,98 4,490 5,944 1,739 4,4900 -0,2070 111,86 24,21 46,20 4,973 5,932 1,739 4,9730 -0,2190 111,86 23,96 46,68 Fonte: Geoforma (2017) Relatório utilizando Pressão Normal Inicial (KN/m²): 198,37 Tabela A.15 - Características Molde Cortante Altura (cm) 2,00 Área (cm²) 26,52 Massa anel + solo (g) 226,53 Lado (cm) 5,15 Vol. (cm³) 53,05 Massa solo (g) 100,56 Massa do anel (g) 125,97 Massa Específica (g/cm³) 1,90 Fonte: Geoforma 105 Tabela A.16 - Teor de Umidade UMIDADE INICIAL UMIDADE FINAL Nº Cápsula 9 10 23 15 46 89 Tara (g) 8,39 7,83 8,11 8,17 8,14 7,97 Solo + água + tara (g) 27,11 27,01 26,03 26,32 25,26 27,38 Solo + tara (g) 23,76 23,61 22,84 22,24 21,72 23,18 Água (g) 3,35 3,40 3,19 4,08 3,54 4,20 Solo seco (g) 15,37 15,78 14,73 14,07 13,58 15,21 Teor de Umidade (%) 21,80 21,55 21,66 29,00 26,07 27,61 21,67 27,56 Fonte: Geoforma (2017) Tabela A.17 - Cisalhamento Leitura Extensô- metro Horizontal (mm) Leitura Extensô- metro Vertical (mm) Leitura Anel de Carga Desloca- mento Horizontal (mm) Desloca- mento Vertical (mm) Carga (N) Área Corrigida (cm²) Tensão Cisalhante (KN/m²) 0,000 4,833 1,700 0,0000 0,0000 0,00 26,52 0,00 0,021 4,830 1,704 0,0210 -0,0030 11,47 26,51 4,33 0,042 4,828 1,709 0,0420 -0,0050 25,81 26,50 9,74 0,084 4,826 1,714 0,0840 -0,0070 40,15 26,48 15,16 0,128 4,822 1,720 0,1280 -0,0110 57,36 26,46 21,68 0,173 4,820 1,724 0,1730 -0,0130 68,83 26,43 26,04 0,255 4,815 1,731 0,2550 -0,0180 88,97 26,39 33,69 0,329 4,810 1,739 0,3290 -0,0230 111,86 26,35 42,45 0,502 4,800 1,750 0,5020 -0,0330 143,41 26,26 54,60 0,680 4,790 1,759 0,6800 -0,0430 169,22 26,17 64,66 0,865 4,780 1,764 0,8650 -0,0530 183,56 26,08 70,39 1,335 4,760 1,779 1,3350 -0,0730 226,58 25,83 87,70 1,758 4,752 1,791 1,7580 -0,0810 261,00 25,62 101,88 2,271 4,752 1,794 2,2710 -0,0810 269,60 25,35 106,34 2,672 4,752 1,798 2,6720 -0,0810 281,07 25,15 111,77 3,187 4,749 1,798 3,1870 -0,0840 281,07 24,88 112,97 3,603 4,745 1,798 3,6030 -0,0880 281,07 24,67 113,95 4,068 4,741 1,794 4,0680 -0,0920 269,60 24,43 110,37 4,498 4,732 1,792 4,4980 -0,1010 263,87 24,21 109,01 4,948 4,722 1,790 4,9480 -0,1110 258,13 23,97 107,67 Fonte: Geoforma (2017) 106 GráficoA.5 - Tensão x Deslocamento Fonte: Geoforma (2017) Gráfico A.6 - Deslocamento vertical x Deslocamento horizontal Fonte: Geoforma (2017) 107 Gráfico A.7 - Deslocamento vertical x Tempo Fonte: Geoforma (2017) Gráfico A.8 - Ensaio de cisalhamento direto Fonte: Geoforma (2017) 108 ANEXO B Tabela A.18 - Relação entre a viscosidade da água na temperatura do ensaio e a viscosidade da água a 20º C ( ) Temperatura ºC 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 8 1,374 1,370 1,366 1,362 1,358 1,354 1,352 1,348 1,344 1,34 9 1,336 1,332 1,328 1,325 1,321 1,318 1,314 1,310 1,306 1,302 10 1,298 1,294 1,292 1,288 1,284 1,281 1,277 1,273 1,269 1,266 11 1,262 1,259 1,256 1,252 1,249 1,245 1,241 1,238 1,234 1,23 12 1,227 1,224 1,221 1,218 1,215 1,211 1,208 1,205 1,202 1,198 13 1,195 1,192 1,189 1,186 1,183 1,18 1,177 1,174 1,17 1,167 14 1,165 1,162 1,159 1,156 1,153 1,15 1,147 1,144 1,141 1,138 15 1,135 1,132 1,129 1,126 1,123 1,121 1,118 1,115 1,112 1,109 16 1,106 1,103 1,100 1,098 1,095 1,092 1,089 1,086 1,084 1,081 17 1,078 1,075 1,073 1,07 1,067 1,064 1,062 1,059 1,056 1,054 18 1,051 1,048 1,046 1,043 1,041 1,038 1,035 1,033 1,030 1,028 19 1,025 1,0123 1,02 1,018 1,015 1,013 1,010 1,008 1,005 1,003 20 1,000 0,998 0,995 0,993 0,991 0,989 0,986 0,984 0,982 0,979 21 0,975 0,973 0,971 0,968 0,966 0,964 0,961 0,959 0,957 0,954 22 0,952 0,950 0,948 0,945 0,943 0,941 0,939 0,937 0,934 0,932 23 0,930 0,928 0,926 0,923 0,921 0,919 0,917 0,915 0,912 0,910 24 0,908 0,906 0,904 0,902 0,900 0,898 0,895 0,893 0,891 0,889 25 0,887 0,885 0,883 0,881 0,879 0,877 0,87 0,873 0,871 0,869 26 0,867 0,865 0,863 0,861 0,859 0,857 0,855 0,853 0,851 0,849 27 0,847 0,845 0,843 0,841 0,839 0,838 0,836 0,834 0,832 0,83 28 0,828 0,826 0,825 0,823 0,821 0,820 0,818 0,816 0,814 0,813 29 0,811 0,809 0,807 0,806 0,804 0,802 0,800 0,798 0,797 0,795 30 0,793 0,791 0,789 0,788 0,786 0,784 0,782 0,78 0,779 0,777 31 0,776 0,775 0,773 0,772 0,770 0,768 0,767 0,765 0,763 0,762 Fonte: NBR 14.545 (1984)diária ....................................................................... 31 2.2.4.2 Camada de cobertura intermediária ou temporária .................................... 32 2.2.4.3 Camadas de cobertura final ........................................................................ 33 2.2.4.4 Camada de cobertura alternativa ............................................................... 35 2.3 INFILTRAÇÃO DA ÁGUA E GERAÇÃO DE CHORUME ........................... 37 2.4 PERMEABILIDADE DOS SOLOS .............................................................. 38 2.4.1 Lei de Darcy .............................................................................................. 39 2.4.2 Determinação do coeficiente de permeabilidade .................................. 40 2.4.2.1 Ensaio de carga constante ......................................................................... 41 2.4.2.2 Ensaio de carga variável ............................................................................ 42 2.4.3 Fatores que influenciam a permeabilidade do solo .............................. 42 2.4.3.1 O índice de vazios (e) ................................................................................. 43 2.4.3.2 A temperatura da água ............................................................................... 43 2.4.3.3 Densidade e viscosidade da água .............................................................. 43 2.4.3.4 Tipo de solo ................................................................................................ 43 2.5 ENSAIOS DE LABORATÓRIO PARA CARACTERIZAÇÃO DO SOLO ..... 44 2.5.1 Análise granulométrica do solo .............................................................. 44 2.5.1.1 Ensaio de Peneiramento ............................................................................ 45 2.5.1.2 Ensaio de Sedimentação ............................................................................ 46 2.5.2 Índices de consistência (Limites de Atterberg) ..................................... 47 2.5.2.1 Limite de Liquidez (LL) ............................................................................... 48 2.5.2.2 Limite de Plasticidade (LP) ......................................................................... 50 2.5.3 Ensaio de compactação – Proctor Normal ............................................. 51 2.5.4 Índice de Suporte Califórnia - CBR ......................................................... 52 2.5.5 Ensaio de cisalhamento direto ................................................................ 53 3 PROCEDIMENTO METODOLÓGICO ....................................................... 55 3.1 CARACTERIZAÇÃO DA PESQUISA ......................................................... 55 3.2 AMBIENTE DA PESQUISA ........................................................................ 55 3.2.1 Caracterização do clima da área de estudo ........................................... 56 3.2.2 Área de estudo .......................................................................................... 57 3.3 ETAPAS DA PESQUISA ............................................................................ 59 3.4 MÉTODOS ................................................................................................. 61 3.4.1 Ensaios de caracterização do solo ......................................................... 62 3.4.1.1 Análise granulométrica ............................................................................... 63 3.4.1.2 Limite de liquidez (LL) ................................................................................ 64 3.4.1.3 Limite de Plasticidade (LP) ......................................................................... 64 3.4.1.4 Ensaio de Compactação............................................................................. 64 3.4.1.5 Índice de Suporte Califórnia (CBR) ............................................................ 65 3.4.1.6 Determinação do coeficiente de permeabilidade (k) ................................... 65 3.4.1.7 Ensaio de cisalhamento direto .................................................................... 67 3.5 DESCRIÇÃO DA COBERTURA DAS CÉLULAS EXPERIMENTIAIS ........ 67 4 RESULTADOS E DISCUSSÕES ............................................................... 70 4.1 MONITORAMENTO DAS CÉLULAS EXPERIMENTAIS ............................ 70 4.1.1 Monitoramento das camadas- Janeiro de 2018 ..................................... 70 4.1.2 Monitoramento das camadas- Fevereiro de 2018 .................................. 72 4.1.3 Monitoramento das camadas- Março de 2018 ....................................... 74 4.1.4 Monitoramento das camadas- Abril de 2018 .......................................... 76 4.1.5 Média do monitoramento das camadas.................................................. 78 4.2 CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS UTILIZADOS NA COBERTURA .. 79 4.3 ANÁLISE DOS CUSTOS DE CADA CÉLULA ............................................ 81 4.4 ESPECIFICAÇÕES DO PROCESSO CONSTRUTIVO DA CAMADA DE FECHAMENTO ......................................................................................................... 85 4.4.1 Características geotécnicas mínimas do solo ....................................... 85 4.5 RECOMENDAÇÕES DO SISTEMA DE DRENAGEM ............................... 85 4.5.1 Recomendações de manutenção para minimizar a infiltração ............. 86 5 CONSIDERAÇÕES FINAIS ....................................................................... 87 5.1 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS .......................................... 88 REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 89 ANEXO A .................................................................................................................. 97 ANEXO B ................................................................................................................ 108 13 1 INTRODUÇÃO Qualquer prática humana tem como consequência formação de resíduos sólidos. A quantidade de resíduo gerada está diretamente relacionada com o crescimento populacional e o desenvolvimento da indústria. Parte desses resíduos são reciclados e reaproveitados em diversos campos. Os materiais que não tem mais aplicação útil são encaminhados para um destino apropriado, cuja técnica mais utilizada para concentração desses materiais é o aterro sanitário (SOUZA, 2005). A população vem alterando constantemente seu modo de consumo de acordo com a urbanização, crescimento populacional e desenvolvimento econômico e tecnológico. Além do acréscimo na quantidade, os resíduos atualmente passaram a englobar em sua composição elementos sintéticos, aumentando as preocupações com doenças, alterações climáticas, poluição ambiental e escassez de recursos naturais, que são perigosos aos ecossistemas e à saúde humana (GOLVEIA e PIMENTEL, 2012). A infiltração da água da chuva na cobertura do aterro e a umidade presente no resíduo geram um líquido chamado de percolado, chorume ou ainda lixiviado. O chorume é a principal fonte de poluição em aterros, que é gerado através da percolação da água da chuva que infiltra sobre o maciço, carregando os produtos da decomposição biológica e elementos minerais em degradação. Esse efluente traz um grave risco de contaminação para as águas superficiais e principalmente para as águas subterrâneas (SOUZA, 2005). A NBR 10.157 não especifica a espessura a ser utilizada para fechamento do maciço, apenas exige que deva ser construído de forma a minimizar a infiltração de água para dentro do maciço, exigir pouca manutenção, e possuir um coeficiente de permeabilidade inferior ao solo natural da área do aterro (ABNT, 1987). As variações climáticas e ambientais sobre o material de cobertura, com o passar do tempo, influenciam nas taxas de infiltração daágua. Isso ocorre devido ao aumento ou diminuição de umidade, que alteram as características do material, na proporção de água e ar nos vazios do solo e dessa forma abrindo trincas ou vazios para que ocorra o fluxo de água. Em regiões de climas úmidos os altos índices pluviométricos incluindo também a redução da evapotranspiração, convertem em uma quantidade maior de infiltração de água através do sistema de cobertura (LOPES, 2011). 14 Diante da problemática apresentada, tem-se o seguinte questionamento: Qual espessura a ser utilizada no fechamento do maciço minimizará a infiltração de água da chuva? 1.1 OBJETIVO GERAL Avaliar o desempenho de diferentes espessuras de camadas de cobertura quanto à infiltração de líquidos, em um Aterro Industrial localizado no município de Joinville. 1.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS a) Analisar a infiltração de água em cada tipo de camada de cobertura construída na célula experimental, comparando as taxas de infiltração com a espessura da camada e seu comportamento ao longo de ciclos climáticos; b) Identificar características geotécnicas do material a ser utilizado na camada de fechamento, através de ensaios; c) Analisar financeiramente de cada célula experimental; d) Analisar o processo construtivo da camada; e) Propor manutenções para minimizar a infiltração de água da chuva no resíduo. 1.3 JUSTIFICATIVA Os aterros sanitários e industriais são um processo para a disposição final do resíduo no solo, que é seguido conforme critérios técnicos e normas específicas, que necessitam de um confinamento seguro em termos de controle de poluição ambiental e proteção à saúde pública. Para ter um bom desempenho, um aterro deve seguir critérios para projeto, construção e operação, conforme a NBR 10.157, que basicamente é composto por impermeabilização de base, cobertura diária, cobertura de fechamento, drenagem para águas pluviais, drenagem de gases e tratamento de percolados (GUIZELINI, 2011). Desta forma, é primordial uma análise da espessura da camada de cobertura por um período prolongado, a fim de verificar relações entre o clima e as 15 propriedades do solo, de modo a se obter critérios para a escolha do material utilizado no estudo, adequando a realidade da localidade e os custos de instalação e manutenção, de forma a reduzir os impactos ambientais e garantir que não haja infiltração no aterro industrial em estudo. 1.4 DELIMITAÇÃO DO TEMA Analisar o desempenho da espessura de solo utilizada na cobertura de fechamento temporário do aterro industrial de Joinville, a fim de reduzir o volume de chorume decorrente das águas pluviais. 1.5 ESTRUTURA DO TRABALHO O presente trabalho está dividido em quatro capítulos, a fim de proporcionar entendimento ao leitor sobre o tema abordado. No primeiro capítulo é realizada uma introdução ao tema, apresentando uma visão geral da pesquisa e dos seus objetivos. Esse capítulo descreve sucintamente a importância do tema escolhido e também elenca as principais tarefas desenvolvidas para concluir essa pesquisa. O segundo capítulo é composto por referencial teórico do trabalho, onde aborda-se questões importantes para embasar a pesquisa que será realizada em campo e auxiliar na conclusão dos resultados esperados. No terceiro capítulo são descritas as Metodologias que serão utilizadas para o desenvolvimento do trabalho, seguido pelo quarto capítulo onde serão apresentados os resultados esperados desse trabalho e quinto capítulo é composto pela conclusão. E por fim, o trabalho possui as referências bibliográficas utilizadas ao longo do desenvolvimento dessa pesquisa. 16 2 REFERENCIAL TEÓRICO Este capítulo contextualiza e apresenta uma breve revisão da literatura quanto à problemática dos Resíduos Sólidos, onde aborda os tópicos que possibilitam a visualização sobre os conceitos e classificação dos resíduos sólidos e também aborda todo o processo que compõem um projeto de um aterro industrial. É dado destaque ao processo construtivo das camadas de cobertura do aterro. 2.1 RESÍDUOS SÓLIDOS O desenvolvimento constante dos grandes centros, o progresso da indústria e a variação do nível de renda da população, vêm provocando uma aceleração na geração de lixo. A palavra lixo em português vem do latim lix que significa cinzas, porém esse termo que é resultante das mais diversas atividades é chamado de Resíduos Sólidos Urbanos. Tornando um termo muito amplo abrangendo além de materiais do estado sólido, também os materiais do estado semi-sólido, como os lodos e líquidos (NASCIMENTO, 2007). Resíduo sólido urbano é toda matéria gerada das atividades de origem industrial, doméstica, hospitalar, comercial, agrícola, de varrição entre outras e podem ser utilizadas como matéria-prima (ZANTA e FERREIRA, 2003). Segundo a NBR 10.004/2004, no item 3.1 os resíduos sólidos são definidos como: “ Resíduos nos estados sólido e semi-sólido, que resultam de atividades de origem industrial, doméstica, hospitalar, comercial, agrícola, de serviços e de varrição. Ficam incluídos nesta definição os lodos provenientes de sistemas de tratamento de água, 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 de água, ou exijam para isso soluções técnica e economicamente inviáveis em face à melhor tecnologia disponível. ”(ABNT, 2004) Segundo dados da Associação Brasileira de Empresas de Limpeza Pública e Resíduos Especiais (ABRELPE), pesquisa realizada em 2014, é gerado diariamente no Brasil cerca de 215.799 toneladas de resíduos referente a atividade doméstica em residências e limpeza urbana (SANTOS, 2014). 17 A Tabela 1 apresenta uma comparação entre os dados referente aos anos 2013 e 2014 sobre a quantidade de Resíduo Sólidos Urbanos (RSU) gerados e revela um acréscimo de 0,021 referente ao índice (kg/hab/dia). Tabela 1 - Quantidade de Resíduos Sólidos Urbanos Gerado Regiões 2013 2014 RSU Gerado (t/dia) Índice (kg/hab/dia) População Total RSU Gerado (t/dia) Índice (kg/hab/dia) Norte 15.169 0,892 17.261.983 15.413 0,893 Nordeste 53.465 0,958 56.186.190 55.177 0,982 Centro-Oeste 16.636 1,110 15.219.608 16.948 1,114 Sudeste 102.088 1,209 85.115.623 105.431 1,239 Sul 21.922 0,761 29.016.114 22.328 0,770 Brasil 209.280 1,041 202.799.518 215.297 1,062 Fonte: Pesquisa ABRELPE e IBGE (2014) Diante da Tabela 1 apresentada anteriormente, observou-se que com base no índice, a região sudeste é a que mais gera resíduos sólidos urbanos, seguida pela região centro-oeste. A região que menos gera resíduo é a região sul. 2.1.1 Classificação A NBR 10.004 (ABNT, 2004), especifica que no item 4.2 os resíduos sólidos são classificados em: a) Resíduos Classe I: são os resíduos os resíduos perigosos que apresentam critérios de periculosidade estabelecido pela norma quanto a inflamabilidade, corrosividade, reatividade, toxicidade, patogenicidade. Estão incluídos nessa categoria: latas de tinta, materiais contaminados com óleo, filtro de óleo, resíduos de saia provenientes de tratamento térmico de metais, etc. b) Resíduos Classe II A: são os resíduos não perigosos e não inertes, podem apresentar propriedades como: biodegradabilidade, combustibilidade ou solubilidade em água. Estão incluídos nessa categoria: resíduo orgânico, lodo do sistema de tratamento de água, vidros, varreduras, papelão, etc. c) Resíduos Classe II B: são os resíduos não perigosos e inertes, eles não sofrem alteração em sua composição. Estão incluídos nessa categoria: entulhos, sucata de aço e ferro. 18 Apesar dos resíduos de construção civil ser considerados como resíduos Classe II B (inertes), possuem algumas resoluções específicas: a) ResoluçãoCONAMA n.º 307/2002:Estabelece diretrizes, critérios e procedimentos para a gestão dos resíduos da construção civil; b) Resolução CONAMA n.º 348/2004:inclui o amianto na lista de resíduos perigosos. Possuindo a seguinte classificação conforme a Tabela 2: Tabela 2 – Classificação Conama C o n a m a n º 3 0 7 Classe A São resíduos reutilizáveis ou recicláveis como agregados. Estão inclusos nessa categoria: restos de construção, demolição, reformas e reparos de pavimentação ou edificações como também daqueles provenientes da fabricação ou demolição de peças pré- moldadas em concreto. Classe B São os resíduos recicláveis para outras destinações. Estão inclusos nessa categoria: plásticos, papéis, papelões, metais, madeiras, embalagens vazias de tintas. Classe C São os resíduos para os quais não foram desenvolvidas tecnologias ou aplicações economicamente viáveis que permitam a sua reciclagem ou recuperação. Estão inclusos nessa categoria: Gesso, estopas, isopor, lixas, mantas asfáltica, massas de vidro, sacos de cimento e tubos de poliuretano. C o n a m a n º 3 4 8 Classe D São os resíduos perigosos oriundos do processo de construção ou demolições prejudiciais a saúde. Estão inclusos nessa categoria Ex: tintas, solventes, óleos, resíduos de clínicas radiológicas, latas e sobras de aditivos e desmoldantes, telhas e outros materiais de amianto, tintas e sobras de material de pintura. Fonte: Conama (2002 e 2004) Com relação aos resíduos sólidos industriais, a Política Nacional de Resíduos Sólidos (Lei nº 12.305/2010) prevê obrigações para o setor produtivo. De acordo com a PNRS a gestão e gerenciamento de resíduos sólidos, deve observar a seguinte ordem de prioridade: não geração, redução, reutilização, reciclagem, tratamento dos resíduos sólidos e disposição final ambientalmente adequada dos rejeitos. (BRASIL, 2010) 19 2.1.2 Técnicas de aterramento de resíduos sólidos Dentro de uma perspectiva mais ampla no que diz respeito ao gerenciamento dos resíduos sólidos urbanos, a destinação final, é a última fase a ser realizada com relação aos procedimentos que envolvem esses materiais. Nesse conceito, a implantação de sistemas voltados para a redução da produção de resíduos, posteriormente reciclagem , são medidas de extrema importância para minimizar os problemas que envolvem a disposição final dos resíduos sólidos urbanos. Um desses problemas é, por exemplo, a obtenção de novas áreas para a implantação de novos aterros (NASCIMENTO, 2007). No Brasil, diversas cidades ainda não destinam adequadamente seus resíduos sólidos. A Tabela 3 apresenta a Pesquisa Nacional de Saneamento Básico (PNSB) realizada em 2008 e divulgado em 2010 pelo Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE), indicando que 50,8% dos municípios destinam seus resíduos para um lixão e 22,5% para um aterro controlado. Porém, esse percentual vem reduzindo gradualmente e cada vez mais cidades têm atualizado seu processo de gestão, incorporando programas de coleta seletiva e uma forma de disposição final de resíduos mais apropriada, através da construção de aterros sanitários. Tabela 3 - Relação entre percentual de municípios brasileiros e respectivo destino final dos resíduos entre 1989 a 2008 Ano Lixões Aterro Controlado Aterro Sanitário 1989 88,2 % 9,6% 1,1% 2000 72,3% 22,3% 17,3% 2008 50,8% 22,5% 27,7% Fonte: IBGE (2010) Na Tabela 3 é possível visualizar esta evolução, principalmente com relação aos aterros sanitários, que era uma solução adotada por 1,1% dos municípios em 1989, mas progrediu para 27,7% em 2008. 2.1.2.1 Lançamento a Céu Aberto ou “Lixão” É uma forma de destinação final de resíduos sólidos urbanos, onde esses resíduos sólidos são lançados sobre o solo, sem qualquer medida de proteção ao 20 meio ambiente ou a saúde pública. São depositados sobre o solo natural sem receber qualquer tipo de trabalho mecânico para reduzir seu volume. Não existe qualquer tipo de controle sobre o grau de periculosidade e o tipo de resíduo depositado (IWAI, 2005). A única regra utilizada para a escolha do terreno a ser utilizado na disposição final dos resíduos, é a distância dos grandes centros urbanos, para não causar impressões negativas com a população. Nessa forma de disposição, facilita a proliferação de vetores (moscas, ratos e mosquitos), geração de odores e a contaminação do solo e das águas subterrâneas e superficiais, pela infiltração do chorume, que é gerado pela decomposição dos resíduos (NASCIMENTO, 2007). 2.1.2.2 Aterro controlado É uma forma de destinação final de resíduos sólidos urbanos, onde são adotadas algumas precauções tecnológicas durante o desenvolvimento do aterro. Nela é feita a cobertura dos resíduos com argila, aumentando a segurança do sistema e minimizando os riscos contra a saúde pública e impactos ambientais, não dispondo de área impermeabilizada, nem de tratamento do chorume ou coleta e queima de biogás (ANDREOLI, 2015). Embora seja uma técnica mais recomendada do que o lançamento a céu aberto, ela ainda não substitui o aterro sanitário. É uma solução para municípios pequenos, onde a arrecadação não seja suficiente para contratar uma empresa especializada na operação de aterros sanitários (IWAI, 2005 e NASCIMENTO, 2007). 2.1.2.3 Aterro Sanitário ou Industrial O aterro sanitário é considerado a forma mais adequada de destinação final dos resíduos, ela consiste na compactação dos resíduos sólidos em camadas. O solo é impermeabilizado, o chorume coletado e destinado para uma estação de tratamento onde recebe seu devido fim, evitando a contaminação das águas subterrâneas. O gás metano que é gerado em virtude da decomposição anaeróbia da matéria orgânica no interior do aterro, geralmente é queimado, mas também pode ser utilizado em estações com biodigestor na geração de energia elétrica (IWAI, 2005 e SEBRAE-MS, 2012). 21 A norma da NBR 8419 (ABNT, 1992), define aterro sanitário no item 3.2 em: “Técnica de disposição de resíduos sólidos urbanos 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 e reduzi-los ao menor volume permissível, cobrindo-os com uma camada de terra na conclusão de cada jornada de trabalho, ou a intervalos menores, se necessário.” Para instalação de um aterro sanitário, devem-se seguir algumas técnicas operacionais como: possuir sistema de impermeabilização do solo, sistema de coleta e drenagem de líquidos e gases, divisão em células, compactação dos resíduos, cobertura, estação de tratamento de chorume, monitoramento geotécnico e ambiental (ANDREOLI, 2015). Na Figura 1 é possível visualizar as diversas etapas de um aterro sanitário durante sua construção até seu encerramento, em seguida é apresentado um resumo dessas 10 etapas. Figura 1 - Detalhes das etapas para realização de um aterro sanitário Fonte: Adaptado Autosustentável (2012) 1) Preparação do aterro por meio de escavação do terreno; 2) Compactação do fundo do aterro, colocação de manta de polietileno para impermeabilização e de camada de brita para condução do chorume e do biogás; 3) Instalação de calhas para conduzir o chorume até a lagoa de acumulação; 22 4) Cercamento do aterro para não permitir a entrada de pessoas ou animais; 5) Instalação de calhas verticais para condução do biogás à superfície; 6) Compactação das camadas de RSU com separação destas a cada 5 metros de altura; 7) Criação de um sistema de tratamento do chorume no próprio aterro. Pode-se também prever o transporte deste efluente da lagoa de acumulação para uma estação fora do aterro; 8) Controle de todo o resíduo depositado no aterro (fonte geradora, transporte, volume, idade e o localexato do depósito); 9) Encerramento do aterro, com a finalização do recebimento de RSU; 10) Construção de áreas verdes em toda sua extensão, dando continuidade ao tratamento do chorume e do biogás por aproximadamente 15 anos. 2.2 PROJETO DE ATERRO DE RESÍDUOS A seguir será apresentado um breve resumo sobre o revestimento de fundo, impermeabilização, drenagem do chorume, drenagem de gases e tipos de camadas de cobertura. 2.2.1 Revestimento de fundo Boscov (2008) afirma que o revestimento de fundo do aterro tem a função de impedir a passagem do chorume para o solo natural da área onde foi instalado o aterro e evitar a contaminação do lençol freático. É composto basicamente por camadas de impermeabilização e drenagem. A Figura 2 apresenta um esquema ilustrativo de um revestimento de fundo. 23 Figura 2 - Esquema ilustrativo do revestimento de fundo Fonte: adaptado Boscov (2008) O revestimento de base da Figura 2 é composto das seguintes camadas: a) Terreno natural nivelado b) Camada de argila compactada com coeficiente de permeabilidade menor ou igual a 1 x m/s com 1 metro de espessura; c) Geomembrana de PEAD d) Camada de proteção da Geomembrana, de geotêxtil; e) Camada drenante de percolado, de material granular (pedra rachão); f) Camada de separação e filtração, de solo de granulometria intermediária entre a dos resíduos e a da camada drenante. 2.2.1.1 Impermeabilização O sistema de impermeabilização está associado com os liners e são indicadas como barreiras impermeabilizantes empregadas para impedir que o chorume infiltre no subsolo e contaminem o lençol freático. Para Carvalho (1999) os liners consistem em dispositivos empregados quando se deseja reter ao máximo possível do chorume. Resíduos Camada de separação e filtração Camada de drenagem do chorume Camada de proteção (geotêxtil) Geomembrana de PEAD 2,0 mm Camada impermeável de argila Terreno natural 24 A instalação desta camada começa com a retirada da vegetação, rochas ou qualquer outro material através da terraplanagem deixando o terreno no greide definido pelo projeto. Uma vez feita a terraplanagem, inicia-se a construção da camada de impermeabilização. A argila é espalhada no local, homogeneizada e compactada com a utilização de rolos compactadores pé de carneiro. A compactação da argila deve ser feita na umidade ótima e as camadas não devem ser superiores a 25 cm de espessura. Se a argila estiver muito úmida deverá ser feito o gradeamento afim de acelerar sua secagem e quando a argila estiver abaixo da umidade ótima, deverá ser feita a aplicação de água limpa com o auxílio de um caminhão pipa (BOSCOV, 2008 e MANSOR et al., 2010). Mansor et al. (2010) ainda comenta que para a instalação da Geomembrana a superfície de argila deve estar seca, lisa e livre de torrões de argila, pedras ou qualquer outro material que possa perfurá-la. De modo a evitar o escorregamento ou ação do vento sobre a geomembrana, ela deverá ser ancorada nas bordas conforme é mostrado na Figura 3. A canaleta de ancoragem deverá ser escavada de acordo com as dimensões previstas no projeto e o reaterro deverá ser feito cuidadosamente para evitar danos a geomembrana. Figura 3 - Modelo de ancoragem de Geomembrana Fonte: Adaptado Reichert (2007) Boscov (2008) e Mansor et al (2010) afirmam que o objetivo de proteger a geomembrana de danos que possam ser causados pela colocação do sistema de drenagem (rachão), uma camada de proteção mecânica deverá ser colocada sobre a geomembrana. Esta camada, com cerca de 20 a 30 cm de espessura, poderá ser de qualquer solo, não sendo necessário que seja argila, uma vez que sua função não é impermeabilizante, mas de proteção. ≥ 60 cm ≥ 30 cm Geomembrana PEAD 2,0 mm Reaterro 25 2.2.1.2 Drenagem de chorume O sistema de drenagem do chorume consiste em uma camada de material granular de alta permeabilidade, como brita, protegida por uma camada de filtração, geralmente areia ou geotêxtil. Dentro da camada de material granular é colocada uma tubulação perfurada, o material é físico e quimicamente resistente ao tipo de resíduo disposto, como por exemplo, PEAD (Polietileno de alta densidade). As tubulações conduzem o chorume até um reservatório, onde é encaminhado para o tratamento através da gravidade ou também poderá ser conduzido através de bombeamento (BOSCOV, 2008). Na Figura 4, é apresentado o sistema de drenagem de chorume sobre o sistema de impermeabilização da base do aterro. Figura 4 - Sistema de drenagem de chorume Fonte: Corsini (2014) Existe a possibilidade da drenagem a ser instalada ter o formato espinha de peixe ou ser do tipo colchão drenante conforme é apresentado na Figura 5A e também o sistema de colchão drenante conforme é apresentado na Figura 5B. 26 Figura 5 – Modelos de drenagem de fundo – A) Drenagem espinha de peixe B) Colchão drenante A) B) Fonte: A)Notas de aula IFJF (2013); B) Disprotec (2017) O sistema de espinha de peixe é vantajoso por seu custo ser menor, porém é menos eficiente quando comparado com o colchão drenante. (MANSOR et al., 2010). 2.2.1.3 Drenagem de gases Mariano (2008), Boscov (2008) e Mansor et al., (2010) comentam que outro poluente gerado devido a decomposição dos resíduos sólidos são os gases. Esses gases cuja composição consiste basicamente em metano e gás carbônico, contribuem para o agravamento do efeito estufa e precisam ser drenados e tratados adequadamente. O sistema de drenagem de gases de um aterro compreende drenos verticais e camadas horizontais interligados. As camadas horizontais fazem parte da cobertura e podem ser constituídas de areia, geotêxteis espessos, geomalhas e geocompostos para drenagem. Os drenos verticais atravessam todo o perfil do aterro, desde o revestimento de fundo até a superfície do aterro, e são construídos com tubos de concreto verticais perfurados envoltos por materiais granulares. Na Figura 6A é apresentada a saída do dreno de gás na superfície do aterro e na Figura 6B encontra-se um esquema ilustrativo da instalação do dreno de gás em uma célula (BOSCOV, 2008). 27 Figura 6 – Dreno de gás – A) Esquema de um dreno de gás; B) Simulação do dreno de gás em um aterro sanitário A) B) Fonte: Notas de aula IFJF (2013); Ferrari (2005) Ao atingir a superfície do aterro, os gases podem ser queimados em através de um aparelho conhecido como queimador especial com controle das emissões ou ser utilizados para geração de energia elétrica através de biodigestores (BOSCOV, 2008). 2.2.2 Tratamento de chorume O tratamento do chorume gerado em aterros, sejam eles sanitários ou industriais, é de extrema importância pois ele é um grande contribuinte para os impactos ambientais e está relacionado com a infiltração descontrolada do chorume ao ambiente e acarreta na contaminação do solo, dos recursos hídricos superficiais e subterrâneos (ISLAM e SINGHAL, 2002). É interessante observar que as características do chorume variam conforme a idade do aterro, a quantidade de massa de resíduo que é depositada no aterro, grau de compactação e principalmente pela quantidade de água que infiltra sobre a camada de cobertura, que alteram o chorume qualitativamente e quantitativamente. Substâncias perigosas encontradas juntamente na massa de resíduo aterrado podem acarretar problemas ambientais mais graves se o chorume não receber seu devido tratamento (QASIM e CHIANG, 1994) Segundo Hamada e Matsunaga (2000), não se deve considerar apenas uma solução para seu tratamento, devido à cadeia de constituintes existentes no chorume e as variações do aumento da área exposta. Forgie (1988) sugere um critério para decidir entre os processos. Quando o chorume apresentar DQO elevada 28 acima de 10.000 mg/l, baixa concentraçãode nitrogênio amoniacal e uma relação entre a DBO/DQO entre 0,4 e 0,8 e uma concentração significativa de ácidos graxos voláteis com baixo peso molecular, o tratamento pode ser efetuado por ambos os processos, anaeróbio e aeróbio. O tratamento do chorume recorre a processos normalmente empregados nos tratamentos de águas residuais. Uma vez que a característica do chorume coletado varia bastante nos diversos casos, um bom número de opções pode ser empregado para tratamento. Na Tabela 4 são apresentados os principais processos de tratamento, tanto físico-químico e biológico utilizados para o tratamento de águas residuais, inclusive o chorume. 29 Tabela 4 - Processos representativos para tratamento de águas residuais, inclusive o chorume PROCESSO DE TRATAMENTO APLICAÇÃO OBSERVAÇÕES Processos biológicos Lodos ativados Remoção de componentes orgânicos Necessita de decantador Lagoas aeradas Remoção de componentes orgânicos Similar ao de lodos ativados, porém sem decantador (somente para pequenas vazões) Sistemas baseados em películas biológicas Remoção de componentes orgânicos Mais indicado para efluentes industriais Sistemas anaeróbios (lagoas e reatores) Remoção de componentes orgânicos Baixo consumo de enérgica e produção de lodo; em climas muito frio requer aquecimento; risco de instabilidade, principalmente na partida Nitrificação/ desnitrificação Remoção de nitrogênio Dependendo do sistema pode ser aplicado conjuntamente aos sistemas de remoção de componentes orgânicos Processos químicos Neutralização Controle de pH Aplicação limitada Precipitação Remoção de metais e alguns anions Gera lodo que deve ser disposto como resíduo perigoso Oxidação Remoção de componentes orgânicos Mais indicado para águas residuárias diluídas e o uso pode gerar hidrocarbonetos clorados Oxidação com vapor saturado Remoção de compostos orgânicos Custoso Operações físicas Sedimentação/flotação Remoção de sólidos suspensos Aplicação limitada se aplicado isoladamente, porém pode ser útil em conjunto com outros processos Filtração Remoção de sólidos suspensos Útil somente no refinamento do processo “Air Stripping” Remoção de amônia ou compostos orgânicos voláteis Necessita de equipamentos para controle de poluição atmosférica Adorção Remoção de compostos inorgânicos dissolvidos Útil somente no refinamento do processo Evaporação Quando a descarga de chorume não é permitida Resulta em lodo que pode ser perigoso e pode ser custoso em regiões não áridas Troca iônica Remoção de compostos inorgânicos dissolvidos Útil somente no refinamento do processo Fonte: adaptado Metcalf e Eddy (1991) Diante da composição variável do chorume é evidente a dificuldade de trata- lo de forma correta. 2.2.3 Tratamento de gases Depois de drenado o biogás é encaminhado para o tratamento. A forma mais usual e barata de trata-lo é fazendo sua queima através de um Flare, como é 30 mostrado na Figura 7, pois dessa maneira diminui-se o efeito poluidor causado por ele na atmosfera. O gás gerado também pode ser utilizado para geração de energia elétrica com o aproveitamento do Biogás, porém para realizar esse tratamento, é necessário um alto investimento nos maquinários (BOSCOV, 2008 e MANSOR et al., 2010). Figura 7 - Queimador de Biogás Fonte: Combustec (2017) 2.2.4 Sistemas de cobertura do aterro No Brasil, a maioria dos aterros utilizam uma camada homogênea de argila compactada para fazer o fechamento da cobertura do aterro. Esses materiais geralmente são os mais utilizados devido as suas características de baixa permeabilidade à água e ao baixo custo do material, principalmente quando as jazidas se encontram junto a área do aterro ou em regiões próximas (MARIANO, 2008). Segundo a NBR 10.157 o sistema de cobertura deve minimizar a infiltração da água na célula, exigir pouca manutenção, não estar sujeita a erosão, acomodar assentamento sem fratura e possuir um coeficiente de permeabilidade inferior ao solo natural da área do aterro (ABNT, 1987). O principal objetivo da camada de cobertura é impedir a infiltração da água da chuva para o interior do maciço, e também ser capaz de controlar as emissões de biogás, sendo a permeabilidade um dos principais parâmetros que fornecerá informações sobre o comportamento da camada de cobertura ao longo do tempo (LOPES, 2011). 31 Entre as principais características geotécnicas que podem influenciar na permeabilidade do solo e devem ser observadas durante a execução das camadas de cobertura, podemos citar: umidade de compactação, estrutura do solo, grau de saturação, sucção do solo e conteúdo volumétrico de ar, dentre outros fatores (DANIEL, 1990; VIEIRA, 2005, TEIXEIRA, 2008, MARIANO, 2008). 2.2.4.1 Camada de cobertura diária Segundo McBean; Rovers; Farquhar (1995) camada de cobertura diária é a atividade diária empreendida no final de cada jornada ou quando for necessário, tem como as principais funções: a) Minimizar a infiltração da água pluvial no maciço dos resíduos; b) Evitar o espalhamento de resíduos pela ação dos ventos; c) Ajudar a reduzir a exalação de odores; d) Bloquear o contato de aves e vetores de doença com os resíduos; e) Tornar possível a operação e o acesso de veículos à frente de serviço; f) Ajudar a prevenir incêndios; g) Diminuir o choque visual. Uma espessura de solo de 15 cm é suficiente para suprir as funções básicas para operações em coberturas diárias (Mc BEAN; ROVERS; FARQUHAR,1995), segundo (JARAMILLO, 1991 apud LANGE et al., 2006) esse valor poderá variar entre 10 e 20 cm. No Brasil a NBR 8.419 (ABNT, 1992) e NBR 13.896 (ABNT, 1997) que tratam dos aspectos operacionais e construtivos de aterros sanitários, não especificam a espessura desta camada. A camada de cobertura diária é muito questionada, pois ela diminui o volume disponível de resíduos e consequentemente a vida útil do aterro, assim quando mais espessa foi a camada de cobertura diária, maior será essa perda que pode chegar até 20% do volume total do aterro (ENGECORPS 1996 apud CARVALHO, 1999). 32 2.2.4.2 Camada de cobertura intermediária ou temporária As coberturas intermediárias têm basicamente a mesma função que as coberturas diárias, usualmente são mais espessas, entre 20 e 40 cm, e são utilizadas em áreas que estão ou ficarão inativas por período prolongado. É necessário que seja feito o cobrimento dos resíduos com a menor espessura possível, a fim de não comprometer a volume útil do aterro. De acordo com D’Almeida e Vilhena (2000) a camada intermediária é aplicável quando o tempo inativo é mais que um mês, Mc Bean, Rovers e Farquhar (1995) consideram a aplicação para período maior que um ano. A compactação e o espalhamento do material podem ser executados utilizando trator de esteira, em pequenos aterros pode-se recorrer à retroescavadeira ou então proceder para a cobertura manual (REICHERT, 2007). Reichert (2007) afirma ainda que a origem do material que será utilizado na cobertura é de grande importância dentro de um projeto de aterro, devido à grande quantidade de material ao longo da sua vida útil. Em alguns casos esse material poderá ser obtido a partir das escavações para a construção das novas células, o que seria o ideal, porém o volume do material disponível é limitado e jazidas próximas deverão ser previstas. Esse caso implica em maiores custos de transporte e pelo próprio material, além de tudo essa jazida devem ser alvo de licenciamento ambiental. Rocca et al. (1993) afirma que o uso de uma camada homogênea de argila compactada é muito usado em aterros sanitários em função das suas propriedades, porém para um solo argiloso ser considerado adequado como impermeabilização em aterros tanto em camada de fundo como em coberturas, deverá atender as seguintescaracterísticas: a) Ser classificado como CL, CH, SC ou OH, segundo sistema unificado de classificação do solo (ASTM D287-00); b) Apresentar uma porcentagem maior que 30% de partículas passando pela peneira nº 200 da ASTM (conforme NBR 7184/84); c) Limite de Liquidez (LL) maior ou igual a 30% (conforme NBR 6459); d) Índice de Plasticidade (IP) maior ou igual a 15 (conforme NBR 7180/84); e) Coeficiente de permeabilidade (k) inferior a cm/s quando compactado. 33 Rocca et al (1993) ainda comenta que o principal parâmetro considerado nas coberturas é a permeabilidade, pois o solo com baixo coeficiente de permeabilidade (k) reduz as possibilidades de contaminação do lençol freático. Quanto maior o percentual de argilas, menos permeável será o solo. Outro parâmetro importante relativo ao comportamento de camadas de aterros é a resistência ao cisalhamento em função das solicitações, cargas pontuais, mudanças de temperatura e ao próprio peso dos resíduos, acarretando no aparecimento de possíveis deslizamentos ou rachaduras no solo. O aparecimento das fissuras é um resultado dos ciclos climáticos de estiagem e chuva, como também a penetração das raízes de vegetação. Elas abrem caminho para a entrada de fluxo de líquidos e gases, aumentando a permeabilidade em 3 casas, passando de para cm/s (JESSBERGER; STONE, 1991 apud MARIANO, 2008). A escolha do tipo de vegetação adequada para camada é muito importante, pois pode ajudar a evitar problemas de erosão e contração do solo, mas como citado anteriormente, pode aumentar a condutividade hidráulica. Por esse fato, a camada de vegetação deverá ser resistente e também não possuir raízes que penetrem na camada impermeabilizante final (REICHERT, 2007). 2.2.4.3 Camadas de cobertura final A camada de cobertura final de um aterro deve ser composto por um sistema de impermeabilização que tem a finalidade de isolar os resíduos dispostos para evitar a geração de percolado, a atração de vetores e a saída de gases para a atmosfera. Devem também possuir baixa permeabilidade, resistência a ação do tempo (MARIANO, 2008; REICHERT, 2007, MANSOR et al., 2010). Segundo McBean et al. (1995), as funções principais da cobertura final são: a) Proporcionar o escoamento da água superficial e proteger a cobertura de erosões; b) Atuar como uma capa de baixa permeabilidade que reduz a infiltração das águas superficiais na massa de resíduos e consequentemente impacta na geração de chorume; c) Reter a umidade para o crescimento da vegetação; d) Reduzir ou aumentar a migração de gases do aterro, dependendo dos objetivos do projeto; 34 e) Adequar a área e os seus contornos de acordo com a sua futura utilização; f) Fornecer uma base para o estabelecimento de uma cobertura de solo adequada. Segundo a NBR 10.157 a cobertura final deve ter um coeficiente de permeabilidade inferior ao solo natural da área de aterro, a norma não especifica a espessura de camada (ABNT, 1987). Já os autores Qasim e Chiang (1994), explicam que a cobertura final possui de 3% a 5% de inclinação de 0,5 m a 1 m de espessura e pode ser composta por uma ou mais camadas com diferentes funções. Grande parte dos aterros executa uma camada homogênea de argila compactada (PEREIRA, 2005). Porém alguns autores como Gomes e Martins (2003) recomendam a utilização de solo argilo- arenoso, por apresentar menor fissuração por secagem em relação aos solos com teores de argila mais elevados. Há diversos arranjos possíveis para a camada final de cobertura, os quais são construídos de acordo com as características meteorológicas do local, os objetivos e os recursos disponíveis. No entanto, os componentes de uma cobertura final normalmente apresentado pela literatura são estes apresentados na Figura 8. Figura 8 - Camada de cobertura final de um aterro sanitário Argila Resíduo Geomembrana Camada de drenagem Geotêxil Solo vegetal Cobertura Vegetal Fonte: Adaptado de Bagchi (2004) 35 a) Cobertura vegetal: é necessário estabelecer algumas espécies de plantas/vegetação que não possuam raízes profundas e que se adaptem durante todo o ciclo climático do ano (QIAN; KOERNER; GRAY, 2002); b) Solo vegetal: também conhecida como camada superficial ou camada de controle de erosão. Deve ter pelo menos 15 cm e normalmente é feita de solo fértil para na parte superior ser plantada a vegetação, das quais não podem ter raízes profundas. Esse tipo de cobertura minimiza a ocorrência da erosão, promove transpiração da água de volta a atmosfera, diminui o impacto da chuva, diminui a velocidade dos ventos sobre a superfície do solo (QIAN; KOERNER; GRAY, 2002); c) Geotêxtil: serve como uma camada de proteção, filtração e evita que o solo se misture com a camada de drenagem (D’ALMEIDA; VILHENA, 2000); d) Camada de drenagem: Se situa abaixo do geotêxtil e acima da Geomembrana que serve como impermeabilizante. Sua função é remover a água que penetra sobre a cobertura para: minimizar a infiltração, manter a estabilidade dos taludes e permitir camada superior de absorver e reter água adicional. Segundo Qian, Koerner e Gray (2002), a camada deve ter pelo menos 30 cm de espessura e inclinação mínima de 4%; e) Geomembrana: tem a função de impermeabilizar a camada de drenagem para que não ocorra a infiltração de água para a camada de argila impermeabilizada abaixo (QIAN; KOERNER; GRAY, 2002); f) Argila compactada: é a principal camada para fornecer proteção contra a infiltração da água. Ela também evita que os gases do aterro sejam lançados para a atmosfera e ela poderá ser feita de argila compactada ou argila geossintética. Deve possuir pelo menos 45 cm de espessura (QIAN; KOERNER; GRAY, 2002). 2.2.4.4 Camada de cobertura alternativa O lodo originado na estação de tratamento, após ser compactado, pode ser aplicado como camada de cobertura de aterro. Bizarreta e De Campos (2011) afirmam que a composição essencialmente de silte apresenta após 30 horas de secagem coeficiente de permeabilidade 1,5 x cm/s. Esse sistema apresenta-se 36 vantajoso devido o lodo não ser suscetível à formação de trincas e inibir a passagem do gás metano pela cobertura propiciando melhor utilização do gás. Resíduos de construção são uma forma de reaproveitamento ao serem utilizados como cobertura de aterros, sua disposição minimiza o contato direto dos resíduos com a área externa. Os resíduos de construção apontam uma compactação próxima de 90%, e coeficiente de permeabilidade de 2,3 x a 5,9 x cm/s e umidade dentro dos valores esperados. Sua vantagem é a redução do custo final da obra pois com a implantação desse tipo de cobertura, reduz o custo de impermeabilização, sendo que este material pode estar disponível no próprio aterro, ou ainda ser facilmente disponibilizados por construtoras e obras próximas sem custos adicionais. Ainda que esse sistema de cobertura possibilite a entrada de uma fração de água pluvial, a alta permeabilidade contribui para que os líquidos percolem mais facilmente pelo maciço sem gerar bolsões desses líquidos entre as camadas de resíduos (CATAPRETA, SIMÕES e SILVEIRA, 2011). Outra forma alternativa para coberturas é a utilização de barreiras capilares. Esse sistema é composto de materiais porosos, formado por uma camada de material fino e outra camada de material grosso, um exemplo para esse sistema é a utilização de materiais oriundos de resíduos sólidos urbanos produzidos pela compostagem. Esse sistema tem a finalidade de minimizar a infiltração de água da chuva pela diferença entre os tamanhos das partículas, proporcionando a armazenagem da água infiltrada na camada de solo fino, até haver a remoção por evaporação ou coletada em sistemas de drenagem. Estudos realizados pelos autores verificaram que esse sistema apresenta rendimento, para as condições de estudo osautores verificaram acúmulo de 81,6% a 93,4% do volume total de água (ALMEIDA; IZZO; MAHLER, 2011). Camadas com solos compactados apresentam maior permeabilidade do que camadas de solos executados com geossintéticos ou a combinação de solo e geomembrana, porém atuam como uma barreira impermeabilizante que protege a cobertura, para esse sistema é necessário o levantamento de dados do solo, a determinação do limite de liquidez e plasticidade, verificação da composição granulométrica e ensaios de massa específica. Com os dados das características físicas do solo, pode-se melhorar o desempenho aumentando a espessura de camada ou melhorando a compactação (ALMEIDA et al., 2010). 37 Almeida et al. (2010) ainda comenta que ao utilizar camada de cobertura composta (argila + geomembrana) é necessário a instalação um sistema de drenagem horizontal de biogás, com espessura de15 a 20 cm. A função do dreno é captar os gases gerados pela decomposição de resíduos e conduzi-los aos drenos verticais. Sem a utilização dos drenos horizontais, a pressão do gás pode causar ruptura, elevação na camada de cobertura, ou até instabilidade geotécnica do aterro. 2.3 INFILTRAÇÃO DA ÁGUA E GERAÇÃO DE CHORUME Os aterros geralmente são preenchidos em camadas de resíduos, intercaladas com camadas intermediárias de solo. Esse método de construção em camadas e da presença da cobertura intermediária e final resulta em características de fluxo diferentes no movimento de líquidos e infiltração de água no aterro (GONÇALVES, 2012). O fator determinante na geração de chorume em um aterro sanitário é a quantidade das águas pluviais que infiltram, enquanto o fator determinante das características físicas, químicas e microbiológicas do chorume dependem das características dos resíduos sólidos aterrados (LANGE e AMARAL, 2009). De acordo com os autores El-Fadel et al. (2002) o processo da geração do chorume é influenciado por vários fatores, que podem ser divididos em: a) Fatores que contribuem diretamente com a umidade do aterro (chuva, águas subterrâneas, conteúdo de umidade inicial, recirculação, codisposição de resíduos líquidos e a decomposição do mesmo); b) Fatores que afetam o lixiviado ou a distribuição de umidade dentro do aterro (idade do lixo, pré-tratamento, recalque, material utilizado na parede lateral do aterro, compactação, permeabilidade, tamanhos das partículas, densidade, vegetação, cobertura, geração e transporte de calor e gás). Nem toda água que cai sobre a superfície do aterro se converte em chorume, pois parte dessa água que atinge o aterro escoa superficialmente sobre a cobertura, chamado de escoamento superficial e parte volta à atmosfera através da evapotranspiração e o restante dessa água pode se armazenar na camada de cobertura ou infiltrar e alcançar a massa de resíduos (BOSCOV, 2008). A Figura 9 indica uma representação das camadas e o balanço hídrico de um aterro sanitário. 38 Figura 9 - Balanço Hídrico em um aterro sanitário Fonte: Adaptado de Sobrinho (2000) Boscov (2008) afirma que os principais fatores que contribuem na geração de chorume são a disponibilidade de água, as características da cobertura (solo, vegetação, declividade, presença de geomembrana, camada de drenagem, etc.), as características dos resíduos e os sistemas de impermeabilização e drenagem do aterro. Ainda Bascov (2008) diz que atualmente, existem diversos programas computacionais que servem para estimar a produção de chorume, que levam e consideração o Métodos do Balanço Hídrico e Método Suíço. Alguns dos programas são: Help, Unsath-H, Bowahals, Moduelo, SoilCover, Hydrus etc. 2.4 PERMEABILIDADE DOS SOLOS A permeabilidade é uma propriedade que o solo tem de permitir o escoamento da água através dos seus vazios através do seu meio poroso. A sua avaliação é feita através do “coeficiente de permeabilidade”. É chamado de permeabilidade a maior ou menor facilidade com que a percolação de água ocorre através de um determinado solo (CAPUTO, 1988). 39 Os solos são permeáveis em função da existência de vazios pelos quais a água pode fluir de pontos de alta energia para pontos de baixa energia (DAS, 2012). A água livre escoa entre os grãos, se a mesma estiver exposta a um potencial hidráulico haverá o fenômeno do escoamento da água através do solo (VARGAS, 1977). O conhecimento do valor da permeabilidade é muito relevante em algumas obras de engenharia, principalmente, na estimativa da vazão que percolará pelo meio do maciço e da fundação em barragens de terra, em obras de drenagem, rebaixamento do nível d’água, adensamento, etc (CAPUTO, 1988) 2.4.1 Lei de Darcy Caputo (1988) e Das (2012) afirmam que a determinação do coeficiente de permeabilidade (k) é baseada na lei experimental do engenheiro francês Henry Darcy proposta em 1856. Darcy realizou um experimento com um arranjo similar ao mostrado na Figura 10 para estudar as propriedades do fluxo de água através de uma camada de filtro de areia. Figura 10 - Modelo experimental de Darcy Fonte: adaptado Caputo (1988) Este experimento verificou diversos fatores geométricos, indicados na Figura 12 e deram origem a equação de Darcy (Eq. 1). 40 ...(1) Onde: Q - vazão; k - coeficiente de permeabilidade; h - carga dissipada na percolação; L - distância na qual a carga é dissipada A - área do permeâmetro. A relação é chamada de gradiente hidráulico, expresso pela letra i. Então a Lei de Darcy assume o formato, conforme Eq. 2. ...(2) A vazão dividida pela área indica a velocidade com que a água sai da areia. Esta velocidade é chamada de velocidade de percolação. A lei de Darcy é válida somente para os casos de fluxo laminar. Sendo apresentado na Eq. 3. ...(3) Na última expressão, se compreende que o coeficiente de permeabilidade indica a velocidade de percolação da água quando o gradiente é igual a um. Ele usualmente é calculado em m/s e, como para os solos seu valor é muito baixo, é expresso pelo produto de um número inferior a 10 por uma potência de 10 (PAZZETTO, 2009). 2.4.2 Determinação do coeficiente de permeabilidade Segundo Caputo (1988) e Das (2012) são utilizados dois ensaios de laboratório para determinar a condutividade hidráulica de um solo: ensaio de carga constante e ensaio de carga variável. A seguir será apresentada uma breve descrição de cada um. 41 2.4.2.1 Ensaio de carga constante Um permeâmetro de nível constante é exibido na Figura 11. Geralmente é utilizado para solos granulares (CAPUTO, 1988). Figura 11 - Ensaio de permeabilidade de carga constante L h Pedra porosa Pedra porosa Corpo de prova do solo Frasco graduado Fonte: Adaptado Das (2012) Segundo Caputo (1988) e Das (2012) nesse tipo de ensaio, o coeficiente k é determinado medindo a quantidade de água, mantida a nível constante, que atravessa em um determinado tempo t uma amostra de solo de seção A e altura L conhecidas. A quantidade de água que atravessa a amostra é recolhida em um recipiente graduado, onde é medida através da Eq. 4, onde o h é o desnível entre a superfície de entrada de água e a superfície de saída. Essa representação é medida através da Eq. 5. ...(4) ...(5)