estudo do comportamento de barreira capilar em aterros de resíduos

ESTUDO DO COMPORTAMENTO DE BARREIRA CAPILAR EM ATERROS

DE RESÍDUOS

Júlia Righi de Almeida

Dissertação de Mestrado apresentada ao

Programa de Pós-graduação em Engenharia

Civil, COPPE, da Universidade Federal do Rio

de Janeiro, como parte dos requisitos

necessários à obtenção do título de Mestre em

Engenharia Civil.

Orientadores: Cláudio Fernando Mahler

Ronaldo Luis dos Santos Izzo

Rio de Janeiro

Maio de 2011

ESTUDO DO COMPORTAMENTO DE BARREIRA CAPILAR EM ATERROS DE

RESÍDUOS


DISSERTAÇÃO SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DO INSTITUTO ALBERTO

LUIZ COIMBRA DE PÓS-GRADUAÇÃO E PESQUISA DE ENGENHARIA (COPPE)

DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS

REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE MESTRE EM

CIÊNCIAS EM ENGENHARIA CIVIL.

Examinada por:

__________________________________________________

Prof. Cláudio Fernando Mahler, D.Sc.

__________________________________________________

Prof. Ronaldo Luiz dos Santos Izzo, D.Sc.

__________________________________________________

Prof. Roberto Francisco de Azevedo, D.Sc.

__________________________________________________

Prof. Marcio Marangon, D.Sc.

__________________________________________________

Prof. Otto Corrêa Rotunno Filho, Ph.D.

RIO DE JANEIRO, RJ – BRASIL

MAIO DE 2011

iii

Almeida, Júlia Righi de

Estudo do Comportamento de Barreira Capilar em

Aterros de Resíduos/ Júlia Righi de Almeida. – Rio de

Janeiro: UFRJ/COPPE, 2011.

XXIII, 152 p.: il.; 29,7 cm.

Orientador: Claudio Fernando Mahler


Dissertação (mestrado) – UFRJ/ COPPE/ Programa

de Engenharia Civil, 2011.

Referências Bibliográficas: p. 132-138.

1. Resíduos Sólidos Urbanos. 2. Barreira Capilar. 3.

Compostagem. I. Mahler, Claudio Fernando, et al. II.

Universidade Federal do Rio de Janeiro, COPPE,

Programa de Engenharia Civil. III. Título.

iv

Dedico este trabalho aos meus pais Carlos e Tania,

os maiores e melhores exemplos da minha vida.

v

“Our dilemma is that we hate change and love it at the same time; what we really

want is for things to remain the same but get better.”

Sidney J. Harris

“As pessoas têm medo das mudanças. Eu tenho medo que as coisas nunca

mudem”

Chico Buarque

vi

AGRADECIMENTOS

É um privilégio poder fazer parte do seleto grupo de pessoas que tiveram a

oportunidade de concluir uma dissertação de Mestrado. Por esse motivo, gostaria de

expressar os mais sinceros agradecimentos a todos que contribuíram e participaram

direta ou indiretamente da realização deste trabalho. Compartilho com todos vocês o

sonho e a esperança de que novas pesquisas podem mudar para melhor o mundo em

que vivemos. Gostaria de agradecer, em especial, às seguintes pessoas:

Ao meu orientador Claudio Mahler, que desde o início confiou em mim e me

apoiou neste trabalho, sem medir esforços para que eu alcançasse todos os meus

objetivos. Agradeço pela amizade e por ter me oferecido tantas oportunidades durante

o período do Mestrado, que certamente me enriqueceram como profissional e pessoa.

Ao Ronaldo Izzo, pela excelente orientação e acompanhamento de toda a

pesquisa, sempre tão paciente e dedicado. Certamente sem a sua presença, este

trabalho não seria o mesmo. Obrigada por todo o empenho!

Ao corpo técnico do laboratório: Sergio Iorio, Carlinhos, Mauro, João, Diógenes

e Tuninho, meu muito obrigada por toda a atenção e disponibilidade. De forma muito

especial, agradeço ao meu grande amigo Luizão, por todo suporte e ajuda no

laboratório e nas muitas vezes que precisei de sua companhia para ir a campo. Seu

apoio foi imprescindível para a conclusão desta dissertação.

Às amigas Juliana Rose e Adriana Schuler, por sempre estarem prontas a

ajudar no que fosse preciso, oferecendo sua amizade, boa vontade e experiência na

área.

Ao Rafael Villela, aluno de Iniciação Científica, que me acompanhou durante

todo este período. Muito obrigada pelo seu apoio, que foi fundamental desde o início

desta pesquisa.

Às secretárias Márcia, Alice e Soninha; pela amizade e ajuda nas questões

burocráticas, sempre ajudando a solucionar os problemas que surgiam.

Ao setor de Transportes da COPPE, em nome do Sr. Laerte Xavier, por sempre

viabilizar as diversas viagens de carro, caminhão e caminhonete, fazendo de tudo para

que fosse possível o transporte do material proveniente da Usina do Caju para o

laboratório.

Ao João Cláudio Jayme, por permitir a utilização do material da Usina do Caju.

vii

Aos professores do Programa de Engenharia Civil da COPPE/UFRJ pelos

conhecimentos transmitidos.

Aos professores Marcio Marangon e José Homero Soares, pelo apoio dado

desde a graduação. Posso garantir que seus ensinamentos na área de Geotecnia e

Saneamento me incentivaram a chegar ao fim deste trabalho.

Aos professores Roberto Azevedo e Otto Rotunno, por aceitarem o convite de

participar da minha banca de Mestrado.

Ao professor Martinus Theodorus van Genuchten, pelas excelentes aulas

ministradas.

À CAPES, pelo apoio financeiro.

À Sarah e Patrícia, pela ajuda na utilização dos sensores.

Às queridas amigas que o Mestrado me deu de presente: Erika, uma pessoa

incrível, que tive o prazer de dividir quase todos os meus dias dos últimos dois anos.

Jacque, por sempre estar por perto, seja na hora do sufoco, ou do “happy-hour”. E

Yasmim, minha amiga mais sincera (!) e parecida comigo nos gostos musicais e

artísticos. Obrigada pela amizade e apoio durante todo esse período.

Aos queridos companheiros de turma William, Francesco e Mônica. Obrigada

pelos ótimos momentos que passamos juntos, desde a sala de aula até as

comemorações dos nossos aniversários!

À querida e especial amiga Victoria, por todo carinho, preocupação e

momentos divertidos. Também agradeço à Camila e Meyli. Com vocês, nossas idas e

vindas de Niterói para o Fundão certamente foram bem mais divertidas.

Ao Giovani, pelo companheirismo, incentivo e amor.

À minha família, que sempre me apoiou e torceu pelo meu sucesso, em

especial, à tia Cida, que me acolheu durante esses anos em sua casa com tanto

carinho.

Aos meus pais, exemplos maiores de amor e sabedoria, a quem dedico este

trabalho.

Por fim, agradeço a Deus pela possibilidade de realizar mais um sonho na

minha vida.

viii

Resumo da Dissertação apresentada à COPPE/UFRJ como parte dos requisitos

necessários para a obtenção do grau de Mestre em Ciências (M.Sc.)

ESTUDO DO COMPORTAMENTO DE BARREIRA CAPILAR EM ATERROS DE

RESÍDUOS


Maio/2011

Orientador: Claudio Fernando Mahler


Programa: Engenharia Civil

A dificuldade no controle da entrada da água de chuva no interior de um aterro

é um dos fatores que mais preocupam durante sua vida útil e após seu fechamento. A

geração excessiva de lixiviado, além de acarretar gastos no tratamento e

monitoramento, também pode causar instabilidade geomecânica em um aterro de

RSU. Sendo assim, para que esses problemas sejam evitados, ou pelo menos

minimizados, é de fundamental importância que o sistema de cobertura final do aterro

seja feito de maneira adequada.

Um dos meios empregados para se ter certo controle das interações do solo

com a atmosfera é o uso de barreiras capilares. Na maioria dos casos, estas barreiras

são feitas utilizando solos. Porém, muitas vezes não há jazidas próximas ao local,

podendo acarretar grandes gastos com o transporte do material.

Neste trabalho foi feita uma avaliação da utilização do RSU compostado como

material de construção de uma barreira capilar que funcione como cobertura final de

aterros de resíduos. Através de um modelo construído em laboratório, verificou-se o

desempenho das camadas de cobertura a partir dos aspectos climáticos envolvidos.

Além disso, estudos relacionados a simulações numéricas foram realizados utilizando

dois diferentes programas para a comparação de alguns resultados do monitoramento

da barreira capilar.

Descobriu-se que o RSU compostado, utilizado como material de uma barreira

capilar funciona de maneira semelhante àquela construída com solo. Além disso, as

camadas de cobertura desempenharam bem a função de reter a água da chuva

minimizando, portanto, a geração de lixiviado.

ix

Abstract of Dissertation presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfillment of the

requirements for the degree of Master of Science (M.Sc.)

STUDY OF THE BEHAVIOR OF CAPILLARY BARRIER IN LANDFILL WASTE


May/ 2011

Advisor: Claudio Fernando Mahler


Department: Civil Engineering

Difficulty in controlling the entry of rain water within the landfill is one of the

factors that most concern during its lifetime and after its closure. The excessive

generation of leachate, besides causing an increasing in treatment and monitoring

costs, can also contribute with geomechanics instability in a MSW landfill. Thus, to

avoid these problems, or at least minimize them, it is essential that the final cover

system of a landfill be designed and construct in a proper way.

One of the techniques that can be used to control the interaction between the

landfill and the atmosphere is use of capillary barriers. In most cases, these barriers

are made using soils. However, there is often no deposits near the site which may

cause a lot of expenses to transport the material.

This study evaluated the use of composted MSW as construction material of a

capillary barrier that works as a final cover of landfill waste. Using a model constructed

in the laboratory, a monitoring was done to verify the performance of coating layers

from the climatic aspects involved. In addition, studies related to numerical simulations

were conducted using two different programs to compare some results of monitoring

the capillary barrier.

It was find out that, the composted MSW when prepared to be used as capillary

barrier, follow the same principles of a capillary barrier made of soil material. Moreover,

the layers of coverage worked well, retaining rainwater and minimizing the generation

of leachate.

x

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO ...................................................................................................................... 1

1.1 Apresentação .................................................................................................. 1

1.2 Objetivos ......................................................................................................... 2

1.3 Organização da Dissertação ........................................................................... 3

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .................................................................................................. 4

2.1 Resíduos Sólidos Urbanos ............................................................................. 4

2.1.1 Classificação dos Resíduos Sólidos Urbanos ........................................... 4

2.1.1.1Quanto aos riscos potenciais de contaminação do meio .......................... 4

2.1.1.2Quanto à natureza e origem ..................................................................... 5

2.2 Características dos Resíduos Sólidos Urbanos .............................................. 7

2.2.1 Características Físicas .............................................................................. 8

2.2.2 Características Químicas ........................................................................ 10

2.2.3 Características Biológicas ....................................................................... 10

2.3 Disposição final dos Resíduos Sólidos Urbanos .......................................... 11

2.4 Barreiras Capilares ....................................................................................... 13

2.4.1 Princípio de funcionamento e distância de desvio das barreiras capilares 15

2.4.2 Efeito do contraste da dimensão das partículas de solo no desempenho da barreira capilar .................................................................................................. 17

2.5 Fenômeno da Capilaridade ........................................................................... 22

2.6 Capacidade de retenção de água em solos ................................................. 26

2.6.1 Equações de ajuste para a curva característica ..................................... 28

2.6.2 Previsão da condutividade hidráulica a partir da curva característica .... 29

2.6.3 Estado de energia e potencial de água no solo ...................................... 30

2.6.4 Influência do tipo de solo ........................................................................ 31

2.6.5 Influência da compactação e do teor de umidade de moldagem da amostra 33

2.6.6 O fenômeno da histerese ........................................................................ 33

xi

2.6.7 Monitoramento do potencial matricial ..................................................... 34

2.7 Compostagem ............................................................................................... 37

3. MATERIAIS E MÉTODOS .................................................................................................. 39

3.1 Resíduo Compostado ................................................................................... 39

3.1.1 Característica do composto produzido na Usina do Caju ....................... 44

3.1.1.1 Granulometria ........................................................................................ 45

3.1.1.2 Sólidos Voláteis ..................................................................................... 46

3.1.1.3 Curva Característica .............................................................................. 46

3.2 Barreira Capilar Experimental ....................................................................... 50

3.2.1 Construção da caixa utilizada no ensaio da barreira capilar ................... 51

3.2.1.1 Construção dos drenos .......................................................................... 54

3.2.1.2 Testes de carga ..................................................................................... 56

3.2.1.3 Inclinação ............................................................................................... 56

3.2.1.4 Reforço .................................................................................................. 58

3.2.2 Testes Iniciais ......................................................................................... 60

3.2.2.1Funcionamento dos sensores ................................................................. 60

3.2.3 Montagem do experimento ..................................................................... 63

3.2.3.1Construção do Dispositivo de Simulação de Chuva ............................... 72

3.2.3.2Simulação da chuva ................................................................................ 75

3.3 Simulação Numérica ..................................................................................... 80

3.3.1 SEEP/W .................................................................................................. 81

3.3.2 HYDRUS 2D ........................................................................................... 83

4. RESULTADOS .................................................................................................................... 86

4.1 Caracterização do material estudado ........................................................... 86

4.1.1 Granulometria ......................................................................................... 86

4.1.2 Sólidos Voláteis ....................................................................................... 87

4.1.3 Curva Característica ............................................................................... 88

4.2 Simulação da Chuva ..................................................................................... 91

xii

4.2.1 Monitoramento dos Drenos ..................................................................... 94

4.2.1.1Primeiro ensaio ....................................................................................... 94

4.2.1.2 Segundo ensaio ..................................................................................... 99

4.2.1.3Comparação e discussão dos resultados dos ensaios ......................... 103

4.2.2 Monitoramento dos Sensores ............................................................... 106

4.2.2.1Primeiro ensaio ..................................................................................... 106

4.2.2.2Segundo ensaio .................................................................................... 119

4.3 Simulação Numérica ................................................................................... 124

4.3.1 SEEP/W ................................................................................................ 124

4.3.1.1Potencial Matricial ................................................................................. 124

4.3.2 HYDRUS 2D ......................................................................................... 126

4.3.2.1Potencial Matricial ................................................................................. 126

4.3.3 Fluxo de água na caixa ......................................................................... 128

5. CONSIDERAÇÕES FINAIS, CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES PARA FUTUROS

TRABALHOS ............................................................................................................................. 129

5.1 Considerações Finais e Conclusões ........................................................... 129

5.2 Recomendações para futuros trabalhos ..................................................... 130

6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................................. 132

ANEXO A: Tabelas dos volumes coletados no primeiro ensaio em laboratório ....................... 139

ANEXO B: Tabelas dos volumes coletados no segundo ensaio em laboratório ...................... 141

ANEXO C: Parâmetros de Ajuste da Curva Característica (compactada na umidade da caixa)

................................................................................................................................................... 145

ANEXO D: Parâmetros de Ajuste da Curva Característica (compactada na umidade ótima) . 147

ANEXO E: Análise Granulométrica por Peneiramento e Sedimentação (Camada Capilar) .... 149

ANEXO F: Análise Granulométrica por Peneiramento (Camada de Bloqueio Capilar) ............ 151

xiii

LISTA DE FIGURAS

Figura 2.1 – Representação da distância de desvio de uma barreira capilar (IZZO, 2008). ...... 16

Figura 2.2 – Esquema do fluxo ao longo de uma barreira capilar inclinada (modificado de

SMERUD & SELKER, 2001). ...................................................................................................... 17

Figura 2.3 – Desvio capilar teórico fracional x, em função do contraste da dimensão das

partículas de solo, 1

2

λλ

, por 2 modelos (SMERUD & SELKER, 2001). ...................................... 22

Figura 2.4 – Tubos capilares com diferentes raios de curvatura (modificado de VIEIRA, 2005).

..................................................................................................................................................... 23

Figura 2.5 – Fenômeno de ascensão capilar (modificado de VIEIRA, 2005). ............................ 23

Figura 2.6 – Representação da tensão superficial...................................................................... 24

Figura 2.7 – Distribuição de pressão e retenção de água em um tubo capilar (VIEIRA, 2005). 25

Figura 2.8 – Água capilar e de adsorção (modificado de HILLEL, 1980). .................................. 25

Figura 2.9 – (a) Entrada de água em areia seca; (b) Absorção da água; (c)

Deslocamento da água por força capilar; (d) Solo atinge saturação e a água se desloca através

dos poros por força gravitacional (adaptado de MANNING, 1992). ........................................... 26

Figura 2.10 – Diferentes estados de saturação e principais parâmetros da curva de retenção de

água do solo (VIEIRA, 2005). ...................................................................................................... 27

Figura 2.11 – Apresentação de equações de curvas características. ........................................ 29

Figura 2.12 – Curva de retenção típica para diferentes solos (SILVA, 2005). ........................... 32

Figura 2.13 - (a) Variação da curva de retenção devido ao tipo de solo – amostra moldada com

ótimaww p ; (b) - Variação da curva de retenção devido ao tipo de solo – amostra moldada com

ótimaww f (SILVA, 2005). .......................................................................................................... 32

Figura 2.14 – Representação esquemática do efeito da histerese no formato da curva de

retenção de água em um solo sujeito a variações climáticas (VIEIRA, 2005). .......................... 34

Figura 2.15 – Interpretação das leituras realizado pelos sensores GMS. Adaptado

(http://www.tracom.com.br/Irrometer/pdf/watermark.pdf). .......................................................... 35

Figura 2.16 – Sensor de Matriz Granular (GMS). ....................................................................... 36

xiv

Figura 2.17 – Datalogger Watermark, Modelo 900 M, Capacidade para 8 sensores (7 de

potencial matricial e 1 de temperatura). ...................................................................................... 36

Figura 2.18 – Esquema de montagem dos sensores. ................................................................ 37

Figura 3.1 – (a) e (b) RSU in natura na Usina de Tratamento do Caju. ..................................... 39

Figura 3.2 – Vista do processo de separação dos materiais recicláveis na Usina do Caju. (a) e

(b) Garra para coleta do lixo; (c) Esteira utilizada na separação dos recicláveis; (d) Material

reciclável já separado. ................................................................................................................. 40

Figura 3.3 – Vista das leiras de compostagem ao ar livre. ......................................................... 40

Figura 3.4 – (a) e (b) Vista da peneira mecânica na Usina do Caju; (c) Pilha de composto

recém-peneirado; (d) Coleta de amostra para realização de ensaios. ....................................... 41

Figura 3.5 – (a) Detalhe da malha de abertura 7,67 mm; (b) Confecção da peneira utilizada

para peneirar o composto. .......................................................................................................... 41

Figura 3.6 – Detalhe do composto que compõe a camada de bloqueio capilar. ........................ 42

Figura 3.7– Detalhe da malha de abertura de 2,07 mm. ............................................................ 42

Figura 3.8 – Detalhe do composto que compõe a camada capilar. ............................................ 43

Figura 3.9 – (a) Detalhe das bombonas com composto; (b) Auxílio da retroescavadeira para

colocar as bombonas no caminhão. ........................................................................................... 43

Figura 3.10 – (a) Detalhe do munk do caminhão; (b) Detalhe da corda amarrada à bombona e

presa ao munk. ............................................................................................................................ 44

Figura 3.11 – (a) Retirada da bombona do caminhão com auxílio do munk; (b) Transporte da

bombona ao laboratório. ............................................................................................................. 44

Figura 3.12 – Partícula do RSU após passar pelo processo de compostagem (IZZO et al,

2009). .......................................................................................................................................... 45

Figura 3.13 – Resultado do ensaio de compactação para o RSU compostado com

granulometria menor que 4 mm (IZZO, 2008). ........................................................................... 47

Figura 3.14 – Vista do equipamento utilizado no ensaio de determinação da curva de retenção

de água no solo. .......................................................................................................................... 48

Figura 3.15 – Vista da amostra de solo submetida ao ensaio. ................................................... 48

Figura 3.16 – Detalhe da coluna d´água representando os valores de sucção impostos ao

ensaio. ......................................................................................................................................... 49

xv

Figura 3.17 – Detalhe da coluna d´água onde foram feitas as leituras diárias. .......................... 49

Figura 3.18 – (a), (b) e (c) – Etapas da cravação do anel e retirada da amostra para cálculo de

umidade e peso específico. ......................................................................................................... 50

Figura 3.19 – Esquema da caixa (em metros) utilizada no ensaio da barreira capilar

experimental construída com RSU compostado. ........................................................................ 51

Figura 3.20 – (a) Base de madeira reaproveitada para construção da caixa; (b) Base reforçada

com duas peças de madeira e o novo vidro. .............................................................................. 51

Figura 3.21 – (a) Preparação do vidro para o corte; (b) e (c) Corte do vidro para atingir a largura

de 0,60 m. .................................................................................................................................... 52

Figura 3.22 – (a) Detalhe do desenho para posterior furo no vidro; (b) Detalhe do furo para o

dreno da caixa. ............................................................................................................................ 52

Figura 3.23 – (a) Detalhe da colagem feita com silicone; (b) Colocação da placa de vidro; (c)

Vista da caixa parcialmente pronta; (d) Detalhe da cola fixadora em uma das cantoneiras. ..... 53

Figura 3.24 – (a) Detalhe da madeira fixada na borda; (b) Detalhe da madeira fixada na lateral;

(c) Detalhe da cantoneira fixada na lateral; (d) Finalização da construção da caixa. ................ 54

Figura 3.25 – (a) Tubos utilizados para drenagem; (b) Material para envolvimento dos drenos.

..................................................................................................................................................... 55

Figura 3.26 – (a) Detalhe do tubo sendo envolvido; (b) Detalhe do arame para fixar a manta no

tubo. ............................................................................................................................................. 55

Figura 3.27 – (a) Dreno acoplado no furo realizado na caixa; (b) Retoques com cola de silicone

para garantir a fixação do dreno. ................................................................................................ 55

Figura 3.28 – (a) e (b) Caixa sendo cheia para verificar possíveis vazamentos. ....................... 56

Figura 3.29 – Desenhos do suporte construído para apoiar a caixa. ......................................... 56

Figura 3.30 – Medidas do suporte construído para apoiar a caixa. ............................................ 57

Figura 3.31 – Detalhe do suporte de ferro construído. ............................................................... 57

Figura 3.32 – (a) Utilização das correntes para o levantamento da caixa; (b) Detalhe da barra

de ferro apoiada na caixa com o gancho acoplado; (c) Apoio da caixa ao suporte de ferro; (d)

Caixa apoiada.............................................................................................................................. 58

Figura 3.33 – (a) Chapa metálica para prender os cabos; (b) Cabo de aço preso à chapa; (c) e

(d) Detalhe da outra extremidade do cabo presa na caixa. ........................................................ 59

Figura 3.34 – (a) e (b) Detalhe dos cabos de aço presos também na lateral da caixa. ............. 59

xvi

Figura 3.35 – Sensores saturando momentos antes da instalação. ........................................... 60

Figura 3.36 – (a) Registrador utilizado no ensaio; (b) Fios conectados e os sensores ainda na

água; (c) Colocação dos sensores na caixa; (d) Posicionamento dos sensores. ...................... 61

Figura 3.37 – Detalhamento dos dados de potencial matricial para o primeiro teste. ................ 62

Figura 3.38 – Detalhamento dos dados de potencial matricial logo após inserção de água no

sistema. ....................................................................................................................................... 62

Figura 3.39 – (a) Bombonas sendo transportadas para o laboratório; (b) Posicionamento da

bombona ao lado da caixa. ......................................................................................................... 63

Figura 3.40 – Detalhes dos furos antes da construção dos drenos. ........................................... 63

Figura 3.41 – (a) e (b) Construção do dreno de fundo e acomodação em brita 0; (c) Colocação

de brita 1 sobre o dreno; (d) Colocação de brita 0 sobre a brita 1. ............................................ 64

Figura 3.42 – (a) Detalhe da brita molhada após colocar água na caixa; (b) Água saindo pelo

dreno mostrando seu bom funcionamento. ................................................................................. 64

Figura 3.43 – (a) Retirada do material das bombonas; (b) e (c) Colocação do material da

camada de bloqueio capilar; (d) Marcação da altura da primeira camada. ................................ 65

Figura 3.44 – (a) e (b) Compactação da camada de bloqueio capilar. ....................................... 65

Figura 3.45 – (a) Detalhe da colocação da manta antes do dreno; (b) Colagem do dreno no furo

intermediário. ............................................................................................................................... 66

Figura 3.46 – (a) e (b) Construção do dreno intermediário. ........................................................ 66

Figura 3.47 – (a) Teste do segundo dreno com água; (b) Água saindo pelo dreno mostrando

seu bom funcionamento. ............................................................................................................. 67

Figura 3.48 – Primeiro sensor instalado na camada de bloqueio capilar. .................................. 67

Figura 3.49 – (a) Início da construção da 2ª camada; (b) Sensores saturando antes da

instalação; (c) Instalação do sensor de temperatura; (d) Material fino colocado na caixa. ........ 68

Figura 3.50 – (a) Instalação do sensor nos 5 primeiros centímetros da camada capilar; (b)

Marcação do posicionamento dos sensores na camada; (c) Disposição dos sensores nas

camadas. ..................................................................................................................................... 68

Figura 3.51 – (a) Instalação dos sensores nos 30 primeiros centímetros da camada capilar; (b)

Material fino cobrindo os sensores; (c) Detalhe dos fios dos sensores na lateral da caixa. ...... 69

Figura 3.52 – Esquema do posicionamento dos sensores na caixa. .......................................... 70

xvii

Figura 3.53 – (a) Posicionamento do último de dreno; (b) Colocação de brita sobre o tubo. .... 71

Figura 3.54 – (a) Teste do funcionamento do dreno; (b) Finalização da construção da camada

capilar. ......................................................................................................................................... 71

Figura 3.55 – (a) e (b) Cobertura de brita ao longo de toda a camada. ..................................... 72

Figura 3.56 – (a) Montagem da base do chuvímetro; (b) Detalhe dos furos para fixação dos

gotejadores. ................................................................................................................................. 72

Figura 3.57 – (a) e (b) Detalhe da fixação com cola dos gotejadores na base. ......................... 73

Figura 3.58 – (a) e (b) Galões preparados para o abastecimento. ............................................. 73

Figura 3.59 – (a) Registros para controle da saída de água dos galões; (b) Bomba utilizada

para levar a água aos gotejadores através da tubulação. .......................................................... 74

Figura 3.60 – (a) Coluna de PVC responsável por manter a pressão do sistema constante; (b)

Ligação dos tubos à coluna. ........................................................................................................ 74

Figura 3.61 – (a) Coluna posicionada no pórtico próximo ao local do ensaio; (b) Detalhe do tubo

de PVC. ....................................................................................................................................... 75

Figura 3.62 – Detalhe dos 3 gotejadores posicionados acima do dreno 1. ................................ 77

Figura 3.63 – (a) Coleta da água para pesagem; (b) Verificação da massa de água para

regulagem dos gotejadores. ........................................................................................................ 78

Figura 3.64 – (a) Base de PVC posicionada ao lado da caixa para testes; (b) Regulagem dos

gotejadores. ................................................................................................................................. 78

Figura 3.65 – (a) Base de PVC presa à caixa para o ensaio; (b) e (c) Vista do chuvímetro. ..... 79

Figura 3.66 – (a) e (b) Detalhe do início da simulação da chuva. .............................................. 79

Figura 3.67 – (a) e (b) Simulação da chuva sobre a barreira. .................................................... 80

Figura 3.68 – Detalhe das camadas que compõem a barreira capilar. ...................................... 82

Figura 3.69 – Condições de contorno utilizadas para as simulações numéricas. ...................... 83

Figura 3.70 – Detalhe das camadas que compõem a barreira capilar. ...................................... 84

Figura 3.71 – Condições de contorno utilizadas para as simulações numéricas. ...................... 85

Figura 4.1– Curva Granulométrica do composto de diâmetro de 2,07 mm. ............................... 86

Figura 4.2– Curva Granulométrica do composto de diâmetro variando entre 7,57 mm e 9,56

mm. .............................................................................................................................................. 87

xviii

Figura 4.3 – Curva Característica do composto compactado na umidade ótima. ...................... 88

Figura 4.4 – Curva Característica do composto compactado na umidade da caixa. ................. 89

Figura 4.5 – Ensaio de permeabilidade a carga constante para a amostra de composto da

Usina do Caju, com três diferentes massas específicas e com granulometria menor que 4 mm

(IZZO, 2008). ............................................................................................................................... 90

Figura 4.6– Permeabilidade não saturada versus Sucção (composto compactado na umidade

ótima). .......................................................................................................................................... 90

Figura 4.7 – Permeabilidade não saturada versus Sucção (composto compactado na umidade

da caixa). ..................................................................................................................................... 91

Figura 4.8 – Esquema de posicionamento dos sensores na caixa. ............................................ 92

Figura 4.9 – Posicionamento dos drenos na caixa. .................................................................... 92

Figura 4.10 – (a) Construção do dreno 3; (b) Construção do dreno 2. ....................................... 93

Figura 4.11 – Dreno 2 posicionado entre a Camada de Bloqueio Capilar e a Camada Capilar. 93

Figura 4.12 – (a) e (b) Detalhe do dreno 1 posicionado acima da Camada Capilar. ................. 93

Figura 4.13 – Volumes parciais de água coletada pelo dreno 1. ................................................ 95

Figura 4.14 – Detalhe da água escoada pelo dreno 1. ............................................................... 95

Figura 4.15 – Volume acumulado de água coletada pelo dreno 1. ............................................ 96

Figura 4.16 – Detalhe dos 3 gotejadores posicionados acima do dreno 1. ................................ 96





Figura 4.21 – Detalhe dos gotejadores vedados para evitar o excesso de água escoada no

dreno 1. ....................................................................................................................................... 99

Figura 4.22 – Volumes parciais de água coletada pelo dreno 1. .............................................. 100

Figura 4.23 – Volume acumulado de água coletada pelo dreno 1. .......................................... 100



xix



Figura 4.28 – (a) Volume acumulado dos drenos no primeiro ensaio, (b) Volume acumulado dos

drenos no segundo ensaio. ....................................................................................................... 103

Figura 4.29 – Posicionamento dos drenos da caixa. ................................................................ 105

Figura 4.30 – Resultados dos sensores dos dias 16/12/2010 a 18/01/2011. ........................... 108

Figura 4.31 – Ordem de saturação dos sensores no primeiro ensaio. ..................................... 109

Figura 4.32 – Resultados dos sensores do dia 19/01/2011. ..................................................... 111



Figura 4.35 – Posicionamento dos sensores 1CC 51 e 2CC 51. ............................................. 116


Figura 4.37 – Posicionamento dos sensores 1CC102 e 2CC102. ........................................... 119

Figura 4.38 – Resultados dos sensores do dia 24/03/2011. ..................................................... 121

Figura 4.39 – Resultados dos sensores do dia 25/03/2011 a 05/04/2011. .............................. 123

Figura 4.40 – (a) Início do ensaio; (b) 70 minutos de ensaio; (c) 139 minutos de ensaio; (d) 324

minutos de ensaio. .................................................................................................................... 125

Figura 4.41 – (a) Momentos antes do ensaio; (b) 70 minutos de ensaio. ................................ 127

Figura 4.42 – (a) Imagem referente a 324 minutos do ensaio; (b) Escala de cores

representando o potencial matricial. ......................................................................................... 127

xx

LISTA DE TABELAS Tabela 2.1 - Variação das composições do lixo em alguns países (Manual de Gerenciamento

Integrado de Resíduos Sólidos (2004)). ....................................................................................... 7

Tabela 2.2 – Valores de coeficientes de permeabilidade em RSU na literatura (modificado de

IZZO, 2008). .................................................................................................................................. 9

Tabela 3.1 – Média mensal de precipitação no município do Rio de Janeiro no ano de 2009

(Fonte: GEORIO). ....................................................................................................................... 75

Tabela 3.2 – Resumo dos parâmetros para cálculo da duração dos ensaios. ........................... 76

Tabela 4.1 – Resumo dos resultados obtidos nos ensaios. ..................................................... 104

Tabela 4.2 – Resumo dos resultados obtidos nos ensaios. ..................................................... 106

Tabela 4.3 – Comportamento dos sensores no primeiro ensaio. ............................................. 107

Tabela 4.4 – Ordem de saturação dos sensores no primeiro ensaio. ...................................... 109




Tabela 4.8 – Ordem de saturação dos sensores no segundo ensaio. ..................................... 119

Tabela 4.9 – Comportamento dos sensores no segundo ensaio. ............................................ 122

Tabela 4.11 – Comparação dos valores de potencial matricial. ............................................... 126

Tabela 4.12 – Comparação dos volumes coletado e retido após 24 horas. ............................. 128

xxi

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas

CEMPRE – Compromisso Empresarial para Reciclagem

CNEM – Comissão Nacional de Energia Nuclear

COMLURB – Companhia Municipal de Limpeza Urbana do Rio de Janeiro

CONAMA – Conselho Nacional de Meio Ambiente

EIA – Estudo de Impacto Ambiental

GMS – Sensores de Matriz Granular

IBAM – Instituto Brasileiro de Administração Municipal

IPT – Instituto de Pesquisas Tecnológicas

NBR – Norma Brasileira

RIMA – Relatório de Impacto Ambiental

RSU – Resíduos Sólidos Urbanos

PVC – Policloreto de vinila

DSC – Dispositivo para Simulação de Chuva

xxii

LISTA DE SÍMBOLOS

q – taxa de infiltração;

sK - condutividade hidráulica saturada;

φ - ângulo de inclinação na interface dos materiais

aψ - pressão de entrada de ar

wψ - pressão de entrada da água

α - coeficiente de validade de função de condutividade hidráulica, utilizado

alternadamente com aψ

1

σ – tensão superficial da interface líquido-ar;

γ – ângulo de contato sólido-líquido

λ – comprimento de escala microscópica característica descrevendo um poro

característico ou o tamanho das partículas de um meio poroso.

L - comprimento

h - altura

Ts – tensão superficial

N.A. – nível da água

α - ângulo de contato

d - diâmetro do capilar

wγ - peso específico da água

g – gravidade

sθ - teor de umidade volumétrica de saturação obtida pelo processo de drenagem

s´θ ′ - teor de umidade volumétrica de saturação obtida pelo processo de umedecimento

rθ - teor de umidade residual

tω – potencial total do solo

xxiii

gω – potencial gravitacional

oω – potencial osmótico

mω – potencial matricial

w – umidade gravimétrica

wótima – umidade ótima

SK - permeabilidade saturada

NSK - permeabilidade não saturada

θ – umidade volumétrica

Sr – grau de saturação

e – índice de vazios

dγ – peso específico seco

n – porosidade

Q – vazão

V – velocidade

A - área

1

1. INTRODUÇÃO

1.1 Apresentação

A destinação final dos resíduos sólidos urbanos (RSU) tem se transformado em

um dos maiores desafios da gestão pública no país, haja vista os impactos ambientais

gerados pelos “lixões” e o grande problema de escassez de áreas para a disposição

final dos resíduos.

Segundo dados do IBGE (2008), 50,8% dos municípios brasileiros utilizam

“lixões” como forma de disposição dos RSU, 22,5% utilizam aterros controlados e

26,7% dispõem os resíduos em aterros sanitários.

A falta de recursos e de visão ambiental impedem que os municípios

gerenciem esses resíduos de maneira correta, acabando por dispô-los em locais

inadequados. A partir dessa ineficiência na gestão dos resíduos sólidos, problemas

como degradação do solo, contaminação dos rios e lençóis freáticos e poluição

atmosférica ocorrem em muitos locais no país.

Conforme estabelecido por critérios normativos, é de extrema importância a

utilização de camadas de base e cobertura para que haja o isolamento dos resíduos,

de forma que seja evitado o ingresso tanto de águas pluviais quanto a percolação de

líquidos lixiviados para o lençol freático.

A dificuldade no controle da entrada da água de chuva no interior de um aterro

é um dos fatores que mais preocupam durante sua vida útil e após seu fechamento. A

geração de lixiviado, além de acarretar gastos no tratamento e monitoramento,

também pode causar instabilidade geomecânica. Sendo assim, para que esses

problemas sejam evitados, ou pelo menos minimizados, é de fundamental importância

que o sistema de cobertura final seja feito de maneira adequada.

Normalmente, para a cobertura final dos aterros sanitários utilizam-se solos

compactados com baixa permeabilidade. Porém, pesquisas com diferentes materiais

vêm apontando alternativas interessantes no que diz respeito a essa questão.

Uma destas alternativas que vem sendo estudada é a barreira capilar, formada

pela disposição de uma camada de solo fino sobre outra camada de solo grosso. Este

tipo de camada de cobertura apresenta capacidade de impedir o fluxo de água no

aterro devido à mudança nos tamanhos dos poros entre as camadas dos dois

2

materiais. Além disso, essa barreira tem como função não impedir o continuado

processo de degradação dos resíduos, podendo reduzir o tempo de devolução da área

do aterro sanitário à população.

No presente trabalho, o material escolhido para a construção dessa barreira

capilar foi o próprio RSU após passar pelo processo de compostagem. Como

geralmente as áreas de aterros sanitários são extensas, esse sistema apresenta como

vantagem a economia de material de empréstimo, tornando-se, portanto, um processo

mais barato e sustentável.

1.2 Objetivos

Este trabalho tem como objetivo principal avaliar a utilização do RSU

compostado como material de construção de uma barreira capilar que funcione como

cobertura final de aterros de resíduos. Através de um monitoramento, pretende-se

verificar o desempenho das camadas de cobertura a partir dos aspectos climáticos

envolvidos.

Os objetivos específicos do trabalho são:

• Avaliar as propriedades do composto através da realização de ensaios

de laboratório;

• Avaliar as características de retenção de líquido do material estudado;

• Realizar o monitoramento do fluxo de água nas camadas da barreira

capilar a partir da simulação de chuva sobre as mesmas;

• Iniciar estudos relacionados a simulações numéricas utilizando os

programas SEEP/W, do pacote GeoStudio e HYDRUS 2D; a partir dos

dados obtidos com o monitoramento em laboratório;

• Verificar a funcionalidade da barreira capilar a partir da análise dos

resultados obtidos no experimento em laboratório e aqueles gerados

pelo programa.

3

1.3 Organização da Dissertação

Esta dissertação está organizada em seis capítulos. O primeiro compõe a

Introdução e uma breve apresentação do trabalho, além dos objetivos gerais e

específicos.

O segundo capítulo trata da Revisão Bibliográfica onde conceitos importantes

relacionados ao tema foram expostos e analisados.

O terceiro capítulo da dissertação expõe os Materiais e Métodos do trabalho.

Neste momento o material estudado é apresentado, assim como suas características.

Além disso, a metodologia dos ensaios de laboratório e da construção do modelo

físico também é apresentada.

No quarto capítulo são apresentados e discutidos todos os resultados obtidos

no ensaio da barreira capilar desenvolvidos no Laboratório de Geotecnia da COPPE.

O quinto capítulo desta dissertação trata da conclusão do trabalho além das

recomendações para futuros estudos.

No sexto capítulo as Referências Bibliográficas são apresentadas e por fim,

são expostos os anexos.

4

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1 Resíduos Sólidos Urbanos

Na linguagem corrente, o termo resíduo é considerado sinônimo de lixo; sendo

lixo todo material inútil cuja existência em um dado meio é tida como nociva, devendo

ser descartado e colocado em lugar público. O lixo passa assim do domínio privado,

como bem de consumo particular, para o domínio público, representando um problema

para toda a sociedade.

2.1.1 Classificação dos Resíduos Sólidos Urbanos

A Associação Brasileira de Normas Técnicas define resíduos sólidos como

“resíduos nos estados sólido e semi-sólido que resultam de atividades da comunidade

de origem: industrial, doméstica, hospitalar, comercial, agrícola, de serviços e de

varrição” (ABNT, 2004).

2.1.1.1Quanto aos riscos potenciais de contaminação do meio

A ABNT classifica ainda os resíduos sólidos quanto aos riscos potenciais ao

meio ambiente:

• Classe I (Perigosos): apresenta periculosidade em função de suas

propriedades físicas, químicas ou infecto-contagiosas, risco à saúde pública ou

ao meio ambiente, caracterizando-se por possuir uma ou mais das seguintes

propriedades: inflamabilidade, corrosividade, reatividade, toxicidade e

patogenicidade ou constar nos anexos A ou B da respectiva NBR.

• Classe II (Não perigosos): compreendem os resíduos de restaurante (restos de

alimentos), sucata de metais ferrosos, sucata de metais não ferrosos, resíduos

de papel, papelão, plásticos polimerizados, borrachas, madeira, materiais

têxteis, minerais não-metálicos, areia de fundição e bagaço de cana;

• Classe II A (Não inertes): aqueles que não se enquadram nas classificações de

resíduos classe I – Perigosos, ou de resíduos de classe II B- Inertes. Os

resíduos classe II A- Não inertes, podem ter propriedades, tais como:

biodegradabilidade, combustibilidade ou solubilidade em água;

• Classe II B – quaisquer resíduos que, quando amostrados de uma forma

representativa, e submetidos a um contato dinâmico e estático com água

5

destilada ou deionizada, à temperatura ambiente, não tiveram nenhum de seus

constituintes solubilizados a concentrações superiores aos padrões de

potabilidade de água, excetuando-se aspecto, cor, turbidez, dureza e sabor,

conforme anexo G da NBR 10004.

2.1.1.2Quanto à natureza e origem

Segundo o Manual de Gerenciamento Integrado de Resíduos Sólidos (2004), a

origem é o principal elemento para a caracterização dos resíduos sólidos. Segundo

este critério, os diferentes tipos de lixo podem ser agrupados em cinco classes, a

saber:

• Lixo doméstico ou residencial: São os resíduos gerados nas atividades diárias

em casas, apartamentos, condomínios e demais edificações residenciais.

• Lixo comercial: São os resíduos gerados em estabelecimentos comerciais,

cujas características dependem da atividade ali desenvolvida.

Nas atividades de limpeza urbana, os tipos "doméstico" e "comercial"

constituem o chamado "lixo domiciliar", que, junto com o lixo público, representam a

maior parcela dos resíduos sólidos produzidos nas cidades.

O grupo de lixo comercial, assim como os entulhos de obras, pode ser dividido

em subgrupos chamados de "pequenos geradores" e "grandes geradores". O

regulamento de limpeza urbana do município poderá definir precisamente os

subgrupos de pequenos e grandes geradores. Pequeno gerador de entulho de obras é

a pessoa física ou jurídica que gera até 1.000kg ou 50 sacos de 30 litros por dia,

enquanto grande gerador de entulho é aquele que gera um volume diário de resíduos

acima disso.

• Lixo público: São os resíduos presentes nos logradouros públicos, em geral

resultantes da natureza, tais como folhas, galhadas, poeira, terra e areia, e

também aqueles descartados irregular e indevidamente pela população, como

entulho, bens considerados inservíveis, papéis, restos de embalagens e

alimentos.

• Lixo domiciliar especial: Grupo que compreende os entulhos de obras, pilhas e

baterias, lâmpadas fluorescentes e pneus. Os entulhos de obra, também

conhecidos como resíduos da construção civil, só estão enquadrados nesta

6

categoria por causa da grande quantidade de sua geração e pela importância

que sua recuperação e reciclagem vêm assumindo no cenário nacional.

• Lixo de fontes especiais: São resíduos que, em função de suas características

peculiares, passam a merecer cuidados especiais em seu manuseio,

acondicionamento, estocagem, transporte ou disposição final. Dentro da classe

de resíduos de fontes especiais, merecem destaque:

- Lixo industrial: São os resíduos gerados pelas atividades industriais.

São muito variados e apresentam características diversificadas, pois estas

dependem do tipo de produto manufaturado. Devem, portanto, ser estudados

caso a caso.

- Lixo radioativo: Assim considerados os resíduos que emitem radiações

acima dos limites permitidos pelas normas ambientais. No Brasil, o manuseio,

acondicionamento e disposição final do lixo radioativo, estão a cargo da

Comissão Nacional de Energia Nuclear – CNEN.

- Lixo de portos, aeroportos e terminais rodoferroviários: Resíduos

gerados tanto nos terminais, como dentro dos navios, aviões e veículos de

transporte. Os resíduos dos portos e aeroportos são decorrentes do consumo

de passageiros em veículos e aeronaves e sua periculosidade está no risco de

transmissão de doenças já erradicadas no país. A transmissão também pode

se dar através de cargas eventualmente contaminadas, tais como animais,

carnes e plantas.

- Lixo agrícola: Formado basicamente pelos restos de embalagens

impregnados com pesticidas e fertilizantes químicos utilizados na agricultura,

que são perigosos. Portanto o manuseio destes resíduos segue as mesmas

rotinas e se utiliza dos mesmos recipientes e processos empregados para os

resíduos industriais Classe I. A falta de fiscalização e de penalidades mais

rigorosas para o manuseio inadequado destes resíduos faz com que sejam

misturados aos resíduos comuns e dispostos nos vazadouros dos municípios,

ou – o que é pior – sejam queimados nas fazendas e sítios mais afastados,

gerando gases tóxicos.

- Resíduos de serviços de saúde: Compreendendo todos os resíduos

gerados nas instituições destinadas à preservação da saúde da população.

7

A composição do lixo urbano acompanha diretamente as modificações

econômicas e as transformações tecnológicas, que vêm influenciando o modo de vida

dos centros urbanos em um ritmo cada vez mais acelerado, o que também

conseqüentemente acaba gerando mais resíduos (ENSINAS, 2003).

O lixo urbano vem apresentando diversas mudanças na sua composição, já que

cada vez mais passa a ser composto por produtos artificiais e muitas embalagens,

fruto de um acelerado aumento do consumo de bens industrializados.

Analisando o grau de industrialização dos países, verifica-se que quanto mais

desenvolvido, maior a quantidade de lixo gerada, uma vez que a população

certamente possui maior poder aquisitivo.

Na Tabela 2.1 a seguir, observa-se a variação das composições do lixo em

alguns países, deduzindo-se que a participação da matéria orgânica tende a se reduzir

nos países mais desenvolvidos ou industrializados, provavelmente em razão da

grande incidência de alimentos semipreparados disponíveis no mercado consumidor.

Tabela 2.1 - Variação das composições do lixo em alguns países (Manual de Gerenciamento Integrado de Resíduos Sólidos (2004)).

Composição gravimétrica do lixo em alguns países (%)

COMPOSTO BRASIL ALEMANHA HOLANDA EUA

Matéria orgânica 65,00 61,20 50,30 35,60

Vidro 3,00 10,40 14,50 8,20

Metal 4,00 3,80 6,70 8,70

Plástico 3,00 5,80 6,00 6,50

Papel 25,00 18,80 22,50 41,00

2.2 Características dos Resíduos Sólidos Urbanos

As características dos RSU podem variar em função de aspectos sociais,

econômicos, culturais, geográficos e climáticos. Sua análise pode ser realizada

segundo suas características físicas, químicas e biológicas.

8

2.2.1 Características Físicas

As principais características físicas dos RSU são:

• Composição gravimétrica: traduz o percentual de cada componente em relação

ao peso total da amostra de lixo analisada. Os componentes mais utilizados na

determinação da composição gravimétrica dos RSU são: papel/papelão;

plásticos; vidros; metais; matéria orgânica e outros.

• Geração per capita: relaciona a quantidade de resíduos urbanos gerada

diariamente e o número de habitantes de determinada região

• Peso específico aparente: é o peso do resíduo solto em função do volume

ocupado livremente, sem qualquer compactação, expresso em kg/ 3m . Sua

determinação é fundamental para o dimensionamento de equipamentos e

instalações.

• Teor de umidade: representa a quantidade de água presente no resíduo,

medida em percentual do seu peso. Este parâmetro se altera em função das

estações do ano e da incidência de chuvas.

• Compressividade: é o grau de compactação ou a redução do volume que uma

massa de lixo pode sofrer quando compactada.

• Composição Granulométrica: a grande heterogeneidade e variedade dos

resíduos fazem com que a determinação da dimensão e distribuição das

partículas de RSU se torne limitada, não existindo um método padrão para sua

análise. Neste caso, a análise da distribuição do tamanho das partículas

comumente se dá através da análise granulométrica clássica da mecânica dos

solos.

• Permeabilidade: o coeficiente de permeabilidade do resíduo é um importante

parâmetro de projeto e operação de aterros sanitários, principalmente no que

diz respeito a problemas de estabilidade e migração não controlada de líquido

percolado. A permeabilidade é influenciada pela sua composição gravimétrica

e também pelo grau de compactação da massa de resíduo. Na Tabela 2.2 a

seguir, observa-se uma coletânea de resultados de ensaios de permeabilidade

encontrados na literatura nacional e internacional.

9

Tabela 2.2 – Valores de coeficientes de permeabilidade em RSU na literatura (modificado de IZZO, 2008).

REFERÊNCIA PESO ESPEC. KN/M³

COEF. PERMEAB

K(M/S) MÉTODO DE ENSAIO ORIENTA

-ÇÃO

EHRLICH et al. (1994) 8,00 1,00 x 10-5

Ensaio in situ em furo de sondagem Horiz.

MARIANO & JUCÁ (1998) - 1,89 x 10-

8 a 4,15 x 10-

6

Ensaio in situ em furo de sondagem Vertical

DURMUSOGLU et al. (2005) - 4,70 x 10-

6 a 1,24 x 10-

4

Ensaio de Coluna (Laboratório) Vertical

HEISS-ZIEGLER & FEHRER (2003) -

8,83 x10-11 a

1,10 x 10-7

Ensaio Triaxial Vertical

CARRUBA & COSSU (2003) - 1,00 x 10-

8 a 1,00 x 10-

4 Ensaio Oedométrico Vertical

MUNNICH et al. (2005) - 2,00 x 10-

9 a 4,00x 10-4

Laboratório Vertical

MUNNICH et al. (2005) 6,00 x 10-

7 a 2,00x 10-3

Laboratório Horiz.

CARVALHO (1999) 8,00 - 15,00

5,00 x 10-8 a

8,00 x 10-6

Ensaio in situ Infiltração em furo de

sondagem Vertical

AGUIAR (2001) - 5,00 x 10-

8 a 1,09 x 10-

6

Permeâmetro Guelph -

IZZO (2008) 5,2 10-2 a 10-

6 À carga constante -

Ao analisar a Tabela anterior é possível perceber que a permeabilidade em

RSU varia de 210− m/s a 1110− m/s. Os principais fatores que influenciam na variação

do coeficiente de permeabilidade em RSU são o peso específico e a idade do resíduo.

• Temperatura: pode variar de 30ºC a 60ºC nos aterros sanitários, podendo

aumentar com a profundidade. Segundo JUNQUEIRA (2000), as temperaturas

no interior da massa de resíduo são de grande importância principalmente no

que se refere à atividade dos microorganismos que promovem a degradação

dos diversos componentes presentes nos RSU.

Segundo MÜLLER (2004), tanto a geração per capita de resíduos quanto a sua

gravimetria, sofrem grandes influências em função da população local e das épocas do

ano, principalmente em cidades com vocação turística, como aquelas localizadas no

litoral, onde, durante a estação de verão, o turismo de “sol e mar” proporciona

aumentos consideráveis na população flutuante e no tipo de resíduos gerados.

10

2.2.2 Características Químicas

O conhecimento das características químicas torna possível selecionar

adequados processos de tratamento e formas de disposição.

O potencial poluidor da matéria orgânica é conhecido através das análises

químicas. Dentre os vários fatores analisados quimicamente, pode-se citar os

seguintes:

• Poder calorífico: indica a capacidade potencial de um material desprender

determinada quantidade de calor quando submetido à queima.

• Potencial hidrogeniônico (pH): indica o teor de acidez ou alcalinidade dos

resíduos. O pH está relacionado com a velocidade de degradação e

estabilização da matéria orgânica na massa de resíduos.

• Composição química: consiste na determinação dos teores de cinzas, matéria

orgânica, carbono, nitrogênio, potássio, cálcio, fósforo, resíduo mineral total,

resíduo mineral solúvel e gorduras.

• Relação carbono/nitrogênio (C: N): indica o grau de decomposição da matéria

orgânica dos RSU nos processos de tratamento como a compostagem e a

disposição final.

2.2.3 Características Biológicas

A caracterização biológica baseia-se no levantamento dos micro-organismos e

agentes patogênicos presentes na massa de resíduos.

Os resíduos orgânicos podem ser metabolizados por vários micro-organismos

decompositores como fungos e bactérias, aeróbios e/ou anaeróbios, cujo

desenvolvimento será determinado pelas condições ambientais existentes durante o

tratamento.

O conhecimento das características biológicas dos resíduos tem sido muito

utilizado no desenvolvimento de inibidores de cheiro e de retardadores/aceleradores

da decomposição da matéria orgânica. Da mesma forma, estão em desenvolvimento

processos de destinação final e de recuperação de áreas degradadas com base nas

características biológicas dos resíduos (Manual de Gerenciamento Integrado de

Resíduos Sólidos, 2004).

11

2.3 Disposição final dos Resíduos Sólidos Urbanos

A situação do manejo de resíduos sólidos no país é preocupante,

principalmente no que diz respeito à questão da disposição final, uma vez que 50,8%

dos municípios brasileiros utilizam lixões como forma de disposição, 22,5% utilizam

aterros controlados e somente 26,7% dispõem os resíduos em aterros sanitários

(IBGE, 2008).

Providências devem ser tomadas para que esse cenário seja modificado e para

que melhores resultados sejam alcançados no que diz respeito ao gerenciamento dos

RSU, principalmente na disposição final.

A escassez de áreas adequadas, que seguem as normas reguladoras, e que ao

mesmo tempo sejam de baixo custo, lançam desafios à Engenharia, sobretudo no que

se deve à otimização da relação custo-benefício. Os projetos de aterros de resíduos

são bastante variados e dependem das condições locais da área de instalação. Um

dos pontos críticos destes projetos e que atua diretamente no bom funcionamento do

aterro é sua cobertura final. A cobertura tem basicamente 4 funções principais: é

responsável pela diminuição da infiltração de água; diminui a proliferação de vetores e

odores; protege contra a ação antrópica; controla o fluxo de gases para a atmosfera

(VIEIRA, 2005).

Uma das dificuldades existentes no trato dessa questão está no fato de que os

resíduos sólidos apresentam um problema particular, pois percorrem um longo

caminho – geração, descarte, coleta, tratamento e disposição final – e envolvem

diversos atores, de modo que o tratamento meramente técnico tem apresentado

resultados pouco animadores (IBAM, 2008).

Segundo o “Manual de Mecanismo de Desenvolvimento Limpo Aplicado a

Resíduos Sólidos” (Ministério do Meio Ambiente/Ministério das Cidades, 2007), o

problema deixa de ser simplesmente uma questão de gerenciamento técnico para

inserir-se em um processo orgânico de gestão participativa, dentro do conceito de

gestão integrada de resíduos sólidos. Ainda de acordo com o Ministério do Meio

Ambiente e das Cidades, a gestão que se propõe envolve a articulação com os

diversos níveis de poder existentes e com os representantes da sociedade civil nas

negociações para a formulação e implementação de políticas públicas, programas e

projetos.

12

A despeito de diversas tecnologias existentes, a disposição final dos resíduos

em aterros é a forma mais utilizada nos dias de hoje, pelo fato de apresentar facilidade

de execução e baixo custo.

Segundo informações do IPT/CEMPRE (2000) os aterros podem ser

classificados em lixões, aterros controlados e aterros sanitários.

Os lixões representam uma forma inadequada de deposição final de resíduos

sólidos municipais, que se caracteriza pela simples descarga sobre o solo, sem

medidas de proteção ao meio ambiente ou à saúde pública.

Os aterros controlados consistem numa técnica de disposição de RSU no solo,

que utiliza alguns princípios de engenharia para confinar os resíduos, cobrindo-os com

uma camada de material inerte na conclusão de cada jornada de trabalho. Geralmente

não dispõe de impermeabilização de base (comprometendo a qualidade das águas

subterrâneas), nem de sistemas de tratamento de percolado ou do biogás gerado.

Devido aos problemas ambientais que causa e aos seus custos de operação, é de

qualidade bastante inferior ao aterro sanitário.

O aterro sanitário de RSU consiste na técnica de disposição sem causar danos

ou riscos à saúde pública e à segurança, minimizando os impactos ambientais.

O comportamento de um aterro sanitário é comparável a de um reator

dinâmico, pois produz, através de reações químicas e biológicas, emissões como o

biogás de aterro, efluentes líquidos e resíduos mineralizados.

Todo aterro, antes de ser implementado, deve obter as licenças exigidas pelos

órgãos ambientais municipais, estaduais ou federais. O Conselho Nacional do Meio

Ambiente (CONAMA) regula, em âmbito nacional, o licenciamento desse tipo de

atividade através das seguintes resoluções

• Resolução CONAMA 01/1986 – define responsabilidades e critérios

para a Avaliação de Impacto Ambiental e define atividades que

necessitam do Estudo de Impacto Ambiental (EIA), bem como do

Relatório de Impacto Ambiental (RIMA).

• Resolução CONAMA 237/1997 – dispõe sobre o sistema de

Licenciamento Ambiental, a regulamentação dos seus aspectos como

estabelecidos pela Política Nacional do Meio Ambiente.

13

• Resolução CONAMA 308/2002 – estabelece as diretrizes do

Licenciamento Ambiental de sistemas de disposição final dos resíduos

sólidos urbanos gerados em municípios de pequeno porte. Assim,

segundo as diretrizes dessas resoluções, devem ser requeridas as

licenças: prévia, instalação e operação.

A nova Política Nacional de Resíduos Sólidos (Lei Federal 12.305/2010)

regulamenta que os municípios brasileiros devem se adequar às exigências no que se

refere aos serviços de limpeza pública. Segundo a lei, será proibido o uso de lixões e

os aterros sanitários legalizados só poderão receber rejeitos, isto é, aquilo que não

pode ser reutilizado. Essas determinações passarão a valer a partir de 2014 e

certamente devem gerar alterações na forma como as prefeituras tratam a questão do

lixo e da reciclagem. Segundo dados do Ministério do Meio Ambiente (2007),

atualmente apenas 3% das cidades brasileiras contam com mecanismos de coleta

seletiva regulamentados.

2.4 Barreiras Capilares

A cobertura final de um aterro sanitário irá variar de acordo com as

características geotécnicas e climatológicas locais do material utilizado na cobertura.

Sendo assim, é de extrema importância que haja conhecimento dessas características

para que a segurança do projeto de cobertura seja atingida. O bom funcionamento em

longo prazo de um aterro de resíduos está diretamente ligado a um sistema de

cobertura eficiente e duradouro.

Segundo IZZO (2008), é fundamental que o sistema de cobertura final seja feito

de maneira adequada para controlar a entrada da água de chuva no interior do aterro.

A ocorrência de precipitações em aterros de resíduos é um dos fatores que mais

preocupam durante sua vida útil e após seu fechamento, pois o aumento de água

significa geração de lixiviado (acarretando em gastos no tratamento e monitoramento)

e pode causar instabilidade geomecânica de todo aterro.

Para mitigar os problemas de lixiviação de água em aterro de resíduos,

primeiramente deve-se pensar numa forma de diminuir a infiltração de água no corpo

do aterro. Um dos meios empregados para se ter certo controle das interações do solo

com a atmosfera é o uso de barreiras capilares.

Esse controle dá-se por intermédio de camadas constituídas de materiais

porosos, apresentando características geotécnicas predeterminadas na fase de

14

projeto. Essas camadas têm a função de diminuir a infiltração, limitando o volume de

entrada de água no aterro. Além do controle de infiltração de água, as barreiras

capilares são utilizadas, em alguns casos, para o controle da entrada de oxigênio em

resíduos. Nestes casos, a barreira capilar diminui a reação dos resíduos com o

oxigênio, evitando a formação de compostos perigosos ao ambiente. As barreiras

capilares servem, assim, para amenizar a variabilidade das interações solo-atmosfera

(VIEIRA, 2005).

As barreiras capilares podem ser construídas de diversas maneiras. Em um

projeto básico, no entanto, ela é formada através da disposição de uma camada de

solo fino (camada capilar), também chamada de camada de armazenamento e

liberação, com alto grau de saturação e baixa condutividade hidráulica, sobre uma

camada de solo grosso (camada de bloqueio capilar). A capacidade de impedir o fluxo

de água, neste tipo de camada de cobertura, se dá pela mudança nos tamanhos dos

poros entre as camadas de materiais mais finos e mais grosseiros. Sendo assim, o

contraste entre os tamanhos das partículas possibilita que ocorram os seguintes

efeitos (KHIRE et al., 2000).

• armazenamento da água infiltrada na camada de solo fino (superior), até que

possa ser removida posteriormente por evaporação ou transpiração;

• desvio lateral da água na camada superficial.

A barreira capilar tende a ser quebrada quando as condutividades hidráulicas

dos dois solos são iguais. Neste momento, inicia-se o fluxo da camada de solo

superior para a camada de solo inferior. Caso a barreira capilar seja mantida durante o

processo de infiltração no solo superior, o solo fino pode armazenar a água que

infiltrou escoando o excesso de água pela drenagem lateral (FURLAN, 2008).

Experimentos com sistemas de barreira capilar têm sido mal sucedidos quando

muita água se acumula sobre a barreira. Deve ser considerado como uma alternativa

que requer cuidadosa seleção de materiais, projeto e construção e deve ser encarada

como um projeto experimental até que o seu desempenho possa ser comprovado

(MORRIS & STORMONT, 1999).

15

2.4.1 Princípio de funcionamento e distância de desvio das barreiras capilares

A aplicação do efeito de barreira capilar vem despertando interesse, sendo

considerado um método alternativo para o isolamento hidráulico dos resíduos

aterrados (SMESRUD & SELKER, 2001).

Pesquisas de campo e análises numéricas realizadas por KHIRE et al. (2000)

sugerem que uma barreira capilar pode ser um componente eficaz em uma cobertura

de aterros.

O funcionamento de uma barreira capilar baseia-se no contraste da

condutividade hidráulica não saturada de camadas de solos superpostas desde que

ambos os materiais estejam na condição não saturada. Para que a barreira capilar

funcione do modo adequado, deve haver uma descontinuidade hidráulica entre o

resíduo aterrado e a cobertura do aterro. Além disso, a eficiência de uma barreira

capilar é verificada quando se mantém um perfil de sucção mínimo necessário à

diminuição do fluxo de água e/ou oxigênio que entrará em contato com o resíduo. (STORMONT & ANDERSON, 1999).

Sob condição não saturada, o solo granular abaixo do solo fino apresenta baixo

teor de umidade volumétrica e, consequentemente, baixa condutividade hidráulica não

saturada que limita o movimento de fluxo de água descendente da camada de solo

fino. A camada de solo mais grosso tem a finalidade de fornecer descontinuidade

hidráulica entre as camadas de resíduo e a de retenção de água. (AUBERTIN et al.,

2006). A camada de solo fino, por sua vez, se comporta como um reservatório onde a

água pode ser armazenada pelas forças capilares e o alto grau de saturação desta

camada de material fino forma uma eficiente barreira contra o fluxo de oxigênio. Essas

camadas ainda podem ser inclinadas de modo que a água infiltrada seja desviada

para um sistema de drenagem.

A distância existente entre o topo da barreira até o ponto em que a água começa

a infiltrar na massa de resíduo é chamada de distância de desvio capilar (CABRAL et

al., 2007).

A Figura 2.1 apresenta um esquema da distância de desvio em uma barreira

capilar.

16

Figura 2.1 – Representação da distância de desvio de uma barreira capilar (IZZO,

2008).

A capacidade de desvio capilar pode ser definida como a quantidade de água

que flui lateralmente, através da interface capilar no ponto de avanço inicial (Figura

2.2).

Segundo SMESRUD & SELKER (2001), ZALAVSKY & SINAI (1981), foram os

primeiros a apresentar uma grande contribuição em termos analíticos para o

comprimento e capacidade de desvio capilar de camadas mais inclinadas das

barreiras capilares. ROSS (1990) obteve resultados semelhantes aos de ZALAVSKY &

SINAI (1981) e expandiu estes resultados desenvolvendo várias expressões práticas

aproximadas. Estas expressões foram melhoradas por STEENHUIS et al. (1991), que

introduziu o conceito de que o fluxo não ocorre até que a pressão da água no solo na

interface dos materiais atinja a pressão de entrada de água no material grosseiro.

Com a aplicação de modelos de retenção de água e de condutividade hidráulica como

o de VAN GENUCHTEN (1980), pesquisas nessa linha vem avançando e

demonstrando boa concordância entre soluções generalizadas e simulações

numéricas de elementos finitos.

17

Figura 2.2 – Esquema do fluxo ao longo de uma barreira capilar inclinada

(modificado de SMERUD & SELKER, 2001).

Na concepção de uma barreira capilar, se a profundidade do material fino se

tornar muito pequena, o desvio capilar é reduzido por causa do caminho do fluxo

confinante entre a superfície e o material grosseiro da camada inferior. Aproximações

analíticas têm sido utilizadas para orientar a seleção de uma apropriada profundidade

do material superior, mas uma profundidade efetiva mínima é geralmente muitas vezes

a carga de entrada de ar do solo fino. Nos solos, esta carga de entrada de ar varia de

aproximadamente 7 cm (no caso de areias) a 125 cm (no caso de argilas) .

(SMESRUD & SELKER, 2001; CABRAL & PARENT, 2006).

2.4.2 Efeito do contraste da dimensão das partículas de solo no desempenho da barreira capilar

A função do material grosseiro em uma barreira capilar é simplesmente impedir

o movimento descendente da água, quebrando a continuidade capilar através da

interface dos materiais. Isto pode ser conseguido com uma camada relativamente

pequena de material de textura mais grossa. Como a quantidade necessária de

material grosseiro é muito menor do que a quantidade de material de cobertura,

normalmente haverá um maior número de fontes disponíveis para estes materiais em

aplicações práticas e um maior número de alternativas para o projeto. Teoricamente, o

desvio capilar é maximizado assim que a pressão de entrada de água do solo

subjacente se aproxima de zero. Deste modo, como o contraste da dimensão das

partículas de solo se torna infinitamente grande, há um incentivo na utilização de

18

materiais muito grosseiros na camada inferior da barreira capilar (SMESRUD &

SELKER, 2001).

Limitações práticas são percebidas na questão da escolha dos materiais de

uma barreira capilar e na estimativa de um grau adequado de contraste entre a

dimensão das partículas dos mesmos. SMESRUD & SELKER (2001), através de uma

análise dimensional, utilizam relações generalizadas entre o desvio capilar e o

contraste na dimensão da partícula de solo em uma barreira capilar com o objetivo de

estimar um grau adequado para esse contraste.

SMESRUD & SELKER (2001), apresentam uma solução analítica para

comprimento de desvio capilar, L, tal como apresentado por STEENHUIS et al. (1991):

( )21

11

1wa

s

qsenK

L ψψαφ

−+= −

(2.1)

Onde:

q – taxa de infiltração;

sK - condutividade hidráulica saturada;

φ - ângulo de inclinação na interface dos materiais

aψ - pressão de entrada de ar

wψ - pressão de entrada da água

α - coeficiente de validade de função de condutividade hidráulica, Gardner (1958), que

muitas vezes é utilizado alternadamente com aψ

1

* O índice 1 é utilizado para representar o solo fino, da camada superior e o índice 2

remete ao solo grosseiro, da camada inferior

A expressão de STEENHUIS et al. (1991) foi escolhida por SMESRUD &

SELKER (2001) por permitir solução direta e também porque uma ligeira variação

desta solução tem sido comprovada experimentalmente para prever o desvio de

comprimento capilar com muita precisão.

19

Com o fim de apresentar a equação (2.1) na forma adimensional, os autores

utilizaram uma abordagem que apresenta uma análise de similitude de carga de

pressão e condutividade hidráulica derivados das equações de Laplace apresentada

para demonstrar a dependência da pressão da água no solo, ψ , sobre o raio efetivo

do poro do solo, r.

rγσψ cos2

=

(2.2)

Onde:

σ – tensão superficial da interface líquido-ar;

γ - ângulo de contato sólido-líquido

Assumindo um fluxo em que a inércia e a turbulência são insignificantes e que

um ângulo de contato líquido-sólido seja constante, a condutividade hidráulica K e a

pressão de água no solo de escalas similares seguem as seguintes relações:

ψλψ =• (2.3)

2λ

KK =•

(2.4)

Onde:

λ – comprimento de escala microscópica característica descrevendo um poro

característico ou o tamanho das partículas de um meio poroso.

* Os termos pontilhados descrevem quantidades adimensionais.

Os pressupostos condicionais de solos semelhantes exigem que os dois solos

que estão sendo comparados sejam homogêneos, tenham a mesma porosidade,

apresentem a mesma granulometria e geometria dos poros e o mesmo ângulo de

contato sólido-líquido. Alguns estudos indicaram que os fatores de escala para a

pressão da água no solo e a condutividade hidráulica não são equivalentes, mas sim

correlacionados uns aos outros.

SMESRUD & SELKER (2001) explicam que apesar de todo o comprimento de

escala geométrica (por exemplo, o tamanho médio dos poros ou o tamanho médio dos

grãos) poder ser escolhido para representar λ , normalmente quem o define é o valor

do D50 (onde 50% do peso das partículas têm diâmetro menor que D50). Esse valor é

escolhido, pois além de ser simples de se obter, é também amplamente divulgado.

20

Para um dado solo, sendo a pressão de entrada de ar 2 vezes maior que a

pressão de entrada da água tem-se:

λψψ ww =• (2.5)

aw ψψ =2 (2.6)

2λψ

ψ aw =• (2.7)

A partir da expressão de STEENHUIS et al. (1991), SMESRUD & SELKER

(2001) apresentam uma expressão que combina o comprimento de desvio capilar com

o conceito de comprimento característico de escala:

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−= ••

2

12

14λλλ

φψq

senKL ws

(2.8)

É possível perceber através da expressão que quando o material inferior se

torna mais grosseiro e a pressão de entrada da água desse material diminui, o

comprimento de desvio é aumentado.

Tomando o limite dessa expressão, ao passo que o material inferior se torna

infinitamente mais grosseiro, a expressão que aparece para o máximo contraste da

dimensão das partículas é:

qsenK

L ws φψλλ

••∞→ = 14

lim2

(2.9)

A fração do comprimento de desvio máximo, x, pode ser calculada através da

razão das expressões (2.6) e (2.7), que é rearranjada para relacionar o contraste na

dimensão das partículas de solo, 1

2

λλ

, à fração de desvio máximo obtido.

x44

1

1

2

−=

λλ

(2.10)

Segundo SMESRUD & SELKER (2001), sendo wψ aproximadamente

equivalente a 2

aψ, define-se a pressão de entrada de água na interface como 2aψ , e a

substitui por 2wψ em (2.1).

21

Aplicando a mesma abordagem de dimensionamento desenvolvido em (2.3) –

(2.9), encontra-se:

x221

1

2

−=

λλ

(2.11)

*que é uma expressão mais conservadora que a (2.10)

As equações (2.10) e (2.11) estão apresentadas na Figura 2.3 para representar

a dependência do desvio capilar da fração teórica como uma função do contraste da

dimensão das partículas do solo. Muitas observações podem ser feitas, a começar

pelo fato de que o desvio capilar começa a aumentar rapidamente com o aumento do

contraste na dimensão das partículas.

Com soluções mais conservadoras, a partir de (2.11), o material de base deve

ser 5 vezes mais grosso do que o material sobrejacente para que se possa obter um

desvio fracional de 90%. Os resultados obtidos em (2.11) são recomendados para

orientação de projeto, já que são baseados em evidências experimentais e são mais

conservadores que os resultados de (2.10). Em ambos os caso, os resultados indicam

que somente o contraste modesto das dimensões das partículas de solo pode atingir

valores próximos do desvio capilar máximo.

A Figura 2.3 também sugere que uma relação de contraste de 1, onde os solos

superiores e inferiores são idênticos, pode resultar em relações de desvio de 50% ou

75%. Percebe-se claramente a contradição com a presunção geral de que não haverá

desvio se não houver contraste na textura do solo. Além de todas as observações

feitas por SMESRUD & SELKER (2001), para solos reais existe um limite prático

superior sobre o grau de contraste da dimensão das partículas que é prudente para o

projeto de uma barreira capilar. Quando o contraste entre as dimensões dessas

partículas é muito grande, partículas de solo fino da camada superior podem migrar

para a camada de solo grosseiro da base comprometendo o efeito de ruptura capilar. Relações altas de contraste também contribuem para a instabilidade de talude em

uma barreira capilar, podendo até reduzir, em longo prazo, a confiabilidade da

barreira. Pode-se concluir, no entanto, que relações de contraste entre partículas

superiores a 5, parecem ser desnecessárias. SMESRUD & SELKER (2001)

recomendam que para uma adequação ao projeto de barreira capilar, o material

utilizado passe por testes, análises de campo e análises numéricas. Dessa forma, as

chances de uma barreira capilar funcionar adequadamente são maiores.

22

Figura 2.3 – Desvio capilar teórico fracional x, em função do contraste da

dimensão das partículas de solo, 1

2

λλ

, por 2 modelos (SMERUD & SELKER,

2001).

2.5 Fenômeno da Capilaridade

O fenômeno de retenção de água em camadas de solo é similar em muitos

aspectos à ascensão e à retenção de água em tubos capilares. Embora existam

diferenças entre esses dois casos, pode-se entender o funcionamento de barreiras

capilares comparando-as a um sistema de tubos capilares interconectados (VIEIRA,

2003).

Sendo assim, é de extrema importância o entendimento do fenômeno de

capilaridade. A simplificação desse fenômeno facilita a análise e compreensão da

retenção de água em solos e consequentemente, o princípio de funcionamento das

barreiras capilares.

Capilaridade ou ascensão capilar é um fenômeno de ascensão de fluidos

através de tubos capilares devido às forças de absorção e coesão. Os vazios de solo

são pequenos e podem ser associados a tubos capilares, ainda que irregulares,como

pode ser visto na Figura 2.4.

23

Figura 2.4 – Tubos capilares com diferentes raios de curvatura (modificado de

VIEIRA, 2005).

Um tubo capilar inserido numa superfície líquida forma um menisco (Figura

2.5), cujo raio de curvatura e altura de ascensão (h) são inversamente proporcionais

ao diâmetro do tubo. A concavidade do menisco em direção ao fluido indica que a

pressão no interior do tubo é inferior à pressão atmosférica. No caso de tubos

cilíndricos o menisco assume uma forma esférica, segundo as relações geométricas

também apresentadas na Figura 2.5.

Figura 2.5 – Fenômeno de ascensão capilar (modificado de VIEIRA, 2005).

Este fenômeno físico é consequência da tensão superficial ( sT ) que ocorre

entre as interfaces líquido-gás. Nesta interface, o líquido se comporta como se

estivesse coberto por uma membrana elástica em um estado de tensão constante.

Este estado de tensão é resultado de um desbalanceamento de forças de atração das

24

moléculas de água presentes na superfície. Enquanto que no interior do líquido as

forças de atração são isotrópicas, na superfície as forças em direção à fase líquida são

maiores do que às ocorrem em direção à fase gasosa, causando uma contração da

superfície do líquido (Figura 2.6).

Figura 2.6 – Representação da tensão superficial.

O tubo capilar está inserido em uma superfície livre de água com nível em

“N.A.”. A água sobe nas paredes do tubo por capilaridade até que haja um equilíbrio

entre as forças capilares e o peso próprio da coluna de água. A altura, h, que é função

da tensão superficial da água ( sT ), do ângulo de contato (α ), entre a superfície do

capilar e o menisco de água (ângulo de molhagem), do diâmetro do capilar (d), da

densidade da água ( wγ ), e da gravidade (g), é dada por:

gdT

hw

s

γαcos4

=

Como haverá um equilíbrio entre as forças capilares de ascensão e o peso da

coluna de água, o capilar será capaz de reter, nessas condições de equilíbrio, uma

quantidade de água equivalente à altura de coluna de água, h. A pressão de água logo

abaixo do menisco capilar é negativa de valor –h wγ g, correspondente à pressão de

altura de coluna de água. No solo, essa pressão negativa de água é conhecida como

sucção.

A Figura 2.7 a seguir representa a distribuição de pressão de água em um tubo

capilar.

(2.12)

25

Figura 2.7 – Distribuição de pressão e retenção de água em um tubo capilar

(VIEIRA, 2005).

Inicialmente a sucção foi atribuída somente às forças capilares.

Posteriormente, verificou-se que as forças de adsorção também contribuíam para

existência de pressões negativas. Tanto as forças capilares quanto as de adsorção

atraem as partículas, resultando numa pressão abaixo da atmosférica.

Figura 2.8 – Água capilar e de adsorção (modificado de HILLEL, 1980).

Nos solos, a altura de ascensão capilar depende do diâmetro dos vazios. Como

estes são de dimensões muito variadas, a superfície superior de ascensão não fica

bem caracterizada, sendo possível que bolhas de ar fiquem enclausuradas no interior

do solo. Ainda assim, existe uma altura máxima de ascensão capilar que depende da

ordem de grandeza do tamanho representativo dos vazios do solo. Em areias a altura

de ascensão capilar é da ordem de centímetros, enquanto que em terrenos argilosos,

esta pode atingir dezenas de metros.

Segundo VIEIRA (2005), se os poros do solo forem representados de maneira

simplificada como um conjunto de capilares de diâmetros diferentes, haverá para cada

diâmetro uma capacidade de retenção de água diferente para alturas ou cargas de

pressão diferentes. A soma do volume de água de cada capilar em determinada altura

resulta na capacidade de retenção de água do solo nesse nível de carga ou sucção.

26

2.6 Capacidade de retenção de água em solos

A capacidade de retenção da água é representada por meio da curva de

retenção de água do solo, ou curva característica, que é a relação entre a quantidade

de água retida, representada pelo teor de umidade volumétrico (ou grau de saturação),

em função da sucção. O comportamento do solo durante a infiltração e a evaporação

de água será controlado principalmente por essa característica e pela permeabilidade

não saturada (VIEIRA, 2005).

No momento em que a água entra no solo, uma porção dela é estocada nos

menores poros enquanto a parcela contida nos macroporos é drenada mais facilmente

para o perfil por ação da gravidade (MANNING, 1992). Em solo seco, quando há

entrada de água, inicialmente as forças capilares atraem e aprisionam a água nos

poros do solo. À medida que o solo torna-se saturado, as forças capilares deixam de

atuar sendo substituída pela força gravitacional. O processo é sintetizado e ilustrado

por MANNING (1992), como pode ser visto na Figura 2.9 a seguir:

Figura 2.9 – (a) Entrada de água em areia seca; (b) Absorção da água; (c) Deslocamento da água por força capilar; (d) Solo atinge saturação e a água se desloca através dos poros por força gravitacional (adaptado de MANNING,

1992).

27

Modelos como o de VAN GENUCTHEN (1980) e o de WILSON e FREDLUND

(2000), vem sendo cada vez mais utilizados, já que na prática, muitas dificuldades

surgem na execução de ensaios para a determinação da permeabilidade do solo no

estado não saturado. Esses modelos são baseados na curva de retenção de água no

solo e utilizam parâmetros de ajuste a essa curva.

A curva de retenção apresenta pontos que merecem destaque. Segundo SILVA

(2005), esses parâmetros podem ser definidos como:

• :sθ teor de umidade volumétrica de saturação obtida pelo processo de

drenagem;

• :'sθ teor de umidade volumétrica de saturação obtida pelo processo de

umedecimento;

• ( ss'θθ − ): conteúdo de ar residual entre os processos de drenagem e

umedecimento;

• :rθ teor de umidade volumétrica residual, no qual o efeito da sucção para

causar uma drenagem adicional da fase líquida diminui e a remoção da água

requer a migração do vapor;

A Figura 2.10 apresenta um gráfico com os diferentes estados de saturação e

os principais parâmetros da curva de retenção de água do solo.

Figura 2.10 – Diferentes estados de saturação e principais parâmetros da curva

de retenção de água do solo (VIEIRA, 2005).

28

A curva de retenção pode ser dividida em três estágios de drenagem (SILVA,

2005):

• Zona de efeito de borda ou efeito limite: ocorre até o valor de entrada de ar e é

onde praticamente todos os poros estão preenchidos de água;

• Zona de transição: ocorre entre a pressão de entrada de ar e o ponto de início

da umidade residual. Neste estágio o fluxo de água é em fase líquida quando a

sucção aplicada aumenta e o solo é drenado com o aumento da sucção;

• Zona residual: a continuidade da água nos vazios é bastante reduzida e

descontínua e acréscimos adicionais na sucção levam a pequenas mudanças

no grau de saturação do solo (VANAPALLI et al., 1996).

2.6.1 Equações de ajuste para a curva característica

Os dados obtidos através do ensaio para traçar a curva característica do solo

são uma série de pontos desconectados que compõe uma curva a ser ajustada. Uma

gama variada de equações de ajuste para tais curvas características podem ser

utilizadas para representar os dados obtidos a partir de ensaios laboratoriais. Estas

equações extrapolam e interpolam os dados onde estes não existem

experimentalmente (BORGES, 2010).

Na Figura 2.11 a seguir, são apresentadas 14 diferentes equações de ajuste

para a curva característica propostas por diversos autores. As equações apresentam

de dois a quatro parâmetros, e quanto maior o número de parâmetros, maior sua

flexibilidade e capacidade de ajuste. Considerando a disponibilidade dos parâmetros

para realizar o ajuste, adotou-se neste trabalho a equação de VAN

GENUCHTEN(1980).

29

Figura 2.11 – Apresentação de equações de curvas características.

2.6.2 Previsão da condutividade hidráulica a partir da curva característica

Vários modelos foram propostos na literatura para representar ou prever o

coeficiente de permeabilidade de um solo não saturado ( NSK ). No caso deste

trabalho, a permeabilidade foi encontrada utilizando a curva característica e a

permeabilidade saturada ( SK ). O modelo utilizado foi o proposto por VAN

GENUCHTEN (1980) que aplica a equação da curva característica apresentada pelo

mesmo autor (Figura 2.11, equação 5) dentro da integral descrita no modelo de

MUALEM (1986).

30

Usando a hipótese de que m=1-1/n e a partir da integral do modelo de

MUALEM (1986) para previsão de NSK , VAN GENUCHTEN (1980) deriva uma

expressão analítica para previsão da função permeabilidade não saturada (equação

2.13).

2.6.3 Estado de energia e potencial de água no solo

A água no solo pode conter energia em diferentes quantidades e formas.

Segundo REICHARDT (1990), o estado de energia da água é a característica mais

importante dos solos depois da umidade. Quanto menor a energia do corpo, maior a

sua estabilidade, havendo uma busca espontânea por estados mais estáveis. A água

obedece a esta tendência universal e move-se no sentido de diminuição de sua

energia.

Duas formas principais de energia são reconhecidas pela Física Clássica:

cinética e potencial. Em função da baixa velocidade de locomoção dos fluidos no solo,

a energia cinética para este processo é desprezível. Já a energia potencial, que o

corpo possui em virtude de sua posição em campos de força e da condição interna da

água, é a que de fato contribui para essa movimentação (HILLEL, 1980). Conhecendo

os potenciais da água em diferentes pontos do solo, pode-se determinar sua tendência

de movimento através da diferença deles.

O potencial total do solo (Ψt) é constituído pela soma dos diferentes campos

de forças, responsáveis pelos fenômenos ligados à interação entre a matriz do

solo e a água, sendo estas: força da gravidade (Ψg, potencial gravitacional), da

atração da matriz do solo pela água (Ψm, potencial matricial), da presença de solos

(Ψo – potencial osmótico) e outras de menor importância (REICHARDT, 1990).

A estocagem de água no solo ocorre quando existe uma força de retenção

contra a gravidade. Assim, para a movimentação e retenção o potencial matricial e o

gravitacional podem ser considerados como mais atuantes, podendo ser isolados. A

água é retida no solo por forças de atração bastante elevadas estabelecidas entre as

moléculas de água e as partículas do solo. Nos poros mais estreitos, a retenção pode

2.13

31

ser maior devido à atuação das forças de capilaridade e adsorção da matriz dos solos,

as quais se interagem formando o potencial de pressão negativa (tensão ou sucção)

entre as partículas do solo (HILLEL, 1980).

Tratando-se de solos saturados, a energia é nula, assim como o potencial

matricial (Ψm = 0). Neste caso, não há interface água-ar, já que os poros estarão

completamente preenchidos com água. A interface água-ar só será gerada após a

drenagem, quando o ar voltar a atuar. Quanto mais seco é o solo, mais negativa é

a energia e o potencial matricial (Ψm ≠ 0).

Muitos fatores podem interferir na capacidade de retenção de água de um solo.

Como exemplo pode-se citar a estrutura do solo, teor de umidade inicial ou de

moldagem, índice de vazios, tipo do solo, textura, mineralogia, histórico de tensões e

método de compactação e histerese. Segundo SILVA (2005), estes fatores podem

interferir na forma da curva de retenção de diferentes maneiras, cada um se

sobressaindo ao outro, dependendo do tipo de solo. Amostras de um solo particular,

apesar de ter a mesma textura e mineralogia, podem exibir diferentes curvas de

retenção se forem preparadas com diferentes umidades e possuírem diferentes

histórico de tensões. Como resultado, o comportamento também será diferente.

2.6.4 Influência do tipo de solo

O solo tem uma relação (sucção versus umidade) característica. É possível

notar, por exemplo, que uma pequena variação da sucção responde por uma maior

variação de umidade em solos arenosos do que em solos argilosos, os quais

necessitam de amplas variações de sucção para modificar sensivelmente o valor da

umidade wθ . Além disso, o decréscimo do tamanho dos grãos leva a um aumento no

valor da pressão de entrada de ar e suaviza a inclinação da curva (BARBOUR, 1998).

A Figura 2.12 mostra essa variação:

32

Figura 2.12 – Curva de retenção típica para diferentes solos (SILVA, 2005).

Geralmente, a posição relativa da curva de retenção obedece à ordem da

plasticidade do solo, podendo ser um indicativo da fração argila presente na amostra.

Segundo SILVA (2005), quanto maior a fração argila, maior será a quantidade de água

retida sob um mesmo valor de sucção. É possível verificar esse comportamento na

Figura 2.13.

Figura 2.13 - (a) Variação da curva de retenção devido ao tipo de solo – amostra

moldada com ótimaww p ; (b) - Variação da curva de retenção devido ao tipo de

solo – amostra moldada com ótimaww f (SILVA, 2005).

33

2.6.5 Influência da compactação e do teor de umidade de moldagem da amostra

Quanto maior a energia de compactação, menor é o tamanho dos poros em um

solo. Sabendo que a partir do decréscimo do tamanho dos poros a sucção tende a

aumentar, a curva de retenção atinge os valores superiores do gráfico além de causar

um aumento da pressão de entrada do ar.

VANAPALLI et al. (1996) apresentam diversos resultados de ensaios para

obtenção da curva de retenção de amostras de um mesmo solo, porém moldadas sob

diferentes teores de umidade iniciais. Os autores explicam que os solos mais secos

são controlados pela macro-estrutura e os mais úmidos pela micro-estrutura, sendo a

última mais resistente à drenagem, o que gera sucções mais altas. Sendo assim, a

curva de retenção das amostras inicialmente mais úmidas apresentará inclinações

relativamente mais suaves quando comparadas com as amostras moldadas com

umidades abaixo da ótima.

A estrutura de um solo compactado abaixo do teor de umidade ótima será mais

floculada e com agregações mais espaçadas do que para o mesmo solo moldado com

um teor de umidade igual ou maior que o teor de umidade ótima. Nessa umidade, há

formação de estrutura com macros e micro-poros. Para solos moldados com teor de

umidade acima do teor de umidade ótima, o solo apresenta estrutura mais dispersa

com menores quantidades de agregações e menor espaço entre elas, havendo assim

a predominância de microporos. Essa variação na estrutura devido ao teor de

umidade de água de moldagem influencia diretamente a capacidade de retenção de

água do solo (VIEIRA, 2005).

2.6.6 O fenômeno da histerese

O fenômeno da histerese influencia na forma da curva de retenção de água no

solo. É experimentalmente comprovado, que a trajetória de umedecimento e secagem

provoca uma histerese na curva característica de sucção. De maneira geral, a

quantidade de água liberada pelo solo no processo de secagem é superior a retida no

processo de umedecimento. Este fenômeno pode estar associado a diversas causas,

dentre elas: ao ar aprisionado nos vazios do solo e à geometria não uniforme dos

poros, durante o processo de umedecimento; à estrutura do solo e à mudança de

direção do movimento de água no solo. (BENESSIUTI & PEIXOTO, 2009).

34

Na Figura 2.14 se apresenta um esquema da variação no formato da curva de

retenção de água do solo sujeito a variações climáticas. A verificação feita em

laboratório comumente se estende para uma condição de “completo” umedecimento

ou secagem (pontos A até E), entretanto, no campo, essa condição pode não ser

representativa. Por exemplo, se um solo compactado com teor de umidade

volumétrico em B for submetido à secagem (evaporação de água), a sua trajetória

será BC via 1. No caso desse mesmo solo apresentar teor de umidade em C, e, ao

contrário do anterior, for submetido ao umedecimento (infiltração de água), a trajetória

a ser seguida será CB via 2. Caso o solo seja submetido a uma maior evaporação de

água, o caminho a ser seguido, a partir de B, poderia ser BCD, via 1. Essa última

trajetória poderia ser invertida caso houvesse infiltração de água, ou seja, a curva de

retenção de água do solo passaria a seguir uma outra trajetória DFB, via 2, devido ao

efeito de histerese na molhagem. Portanto o formato da curva de retenção dependerá

da duração e intensidade dos ciclos de molhagem e secagem, consequentemente das

condições climáticas de campo.

Figura 2.14 – Representação esquemática do efeito da histerese no formato da curva de retenção de água em um solo sujeito a variações climáticas (VIEIRA,

2005).

2.6.7 Monitoramento do potencial matricial

O instrumento mais utilizado para aferir o potencial matricial do solo, seja

em laboratório ou mesmo em condições de campo, é o tensiômetro. Esse

instrumento fornece de forma direta o potencial ou a tensão de água no solo, e de

forma indireta, a umidade. O tensiômetro consiste de uma cápsula porosa (parte

sensível do equipamento) saturada em água, instalada dentro do solo e conectada

a um manômetro.

35

O princípio de funcionamento do tensiômetro baseia-se na formação do

equilíbrio entre a solução do solo e a água contida no interior do aparelho. O equilíbrio

ocorre quando a cápsula porosa entra em contato com o solo e a água do tensiômetro

entra em contato com a água do solo. Caso a água do solo esteja sob tensão, ela

exerce uma sucção sobre o instrumento, retirando água deste, fazendo com que a

pressão interna diminua. Como o instrumento é vedado, ocorre a formação do vácuo,

e a leitura dessa pressão negativa fornece o potencial matricial da água no solo

(COELHO & TEIXEIRA, 2004).

Existem diversos tipos de tensiômetros sendo utilizados atualmente. Alguns

exemplos que podem ser citados são os tensiômetros de manômetro de mercúrio,

digital, de ponteiro, de equivalência e finalmente os sensores de matriz granular,

conhecidos como GMS. Este último foi o tipo escolhido para o trabalho.

Os sensores de matriz granular (GMS) foram desenvolvidos com o objetivo de

auxiliar o processo de irrigação, aumentando a produtividade das culturas agrícolas, a

partir do controle indireto da umidade do solo. As leituras do medidor indicam a tensão

com que a água encontra-se retida pelo arranjo das partículas do solo (LAWALL,

2010). A leitura é apresentada em cbar (centibar) que equivale a centésima parte de 1

bar. Cada centibar equivale a 1 kPa (kiloPascal) ou aproximadamente 0,1 mca (metro

de coluna de água).

Em geral, as leituras desse instrumento podem ser interpretadas da

seguinte forma:

Figura 2.15 – Interpretação das leituras realizado pelos sensores GMS. Adaptado

(http://www.tracom.com.br/Irrometer/pdf/watermark.pdf).

36

Segundo SHOCK et al. (1998), os sensores GMS operam com base no

princípio da resistência elétrica, similarmente a blocos de gesso. Os eletrodos no

interior do sensor são embutidos em material granular sob uma camada de gesso que

é revestida pelo mesmo material granular. Este, por sua vez, é encoberto por um

tecido e uma tela metálica, através dos quais a água entra e sai do sensor. O gesso

dissolvido na água é um condutor razoável de eletricidade. Assim, quando o sensor

contém umidade, a corrente elétrica flui facilmente entre seus eletrodos. Quanto maior

a umidade do solo, maior o teor de água no interior do sensor; e à medida que o solo

seca, o sensor também perde água, fazendo com que a resistência ao fluxo de

eletricidade aumente.

Os sensores GMS são acoplados diretamente a um datalogger, onde ocorre

um registro automático dos dados em intervalos escolhidos pelo usuário. Intervalos

estes que podem variar de minutos a horas. Nas Figuras 2.16, 2.17 e 2.18 a seguir é

possível visualizar os sensores, o datalogger e seu esquema de montagem.

Figura 2.16 – Sensor de Matriz Granular (GMS).

Figura 2.17 – Datalogger Watermark, Modelo 900 M, Capacidade para 8

sensores (7 de potencial matricial e 1 de temperatura).

37

Figura 2.18 – Esquema de montagem dos sensores.

2.7 Compostagem

A geração de resíduos, como resultado da atividade humana nos seus vários

campos de atuação, é inevitável. No entanto, o que se percebe é um aumento

significativo na geração dos resíduos ao longo dos tempos.

No cenário mundial atual, fazer com que o meio ambiente conviva em harmonia

com o desenvolvimento não é uma tarefa fácil. Porém, cada vez mais, o mercado vem

exigindo das indústrias maior adaptação aos modelos ambientais emergentes.

Como resposta a essa tendência, a preocupação ambiental com as formas

inadequadas de disposição de resíduos vem aumentando. Abordagens inovadoras no

gerenciamento dos resíduos vêm sendo desenvolvidas, visando a preservação do

planeta para as gerações futuras.

Os métodos tradicionais conhecidos de disposição dos resíduos vêm abrindo

espaço, mesmo que aos poucos, para uma nova forma de gerenciamento que enfatiza

a necessidade de ação, primeiramente na fonte geradora.

Porém, mesmo que o consumo seja reduzido e o lixo seja reaproveitado ou

reciclado, um resíduo final restará. Tratar um resíduo pressupõe modificar suas

características físicas, químicas e biológicas, sua composição e/ou suas propriedades,

38

em condições controladas, buscando a obtenção de um composto menos nocivo ao

ambiente e/ou a diminuição das quantidades a serem finalmente dispostas. O

tratamento de resíduos é uma etapa fundamental na atual tendência gerencial dos

resíduos sólidos (MAHLER, 2002).

O que se conhece hoje são, principalmente, formas de tratamentos físicos, com

destaque para a incineração. Porém, tratamentos biológicos como a compostagem

começam a ganhar espaço.

Segundo MAHLER (2002), a compostagem pode ser definida como uma

decomposição aeróbia controlada de substratos orgânicos em condições que

permitem atingir temperaturas suficientemente elevadas para o crescimento de micro-

organismos termofílicos. O aumento de temperatura surge como resultado da

liberação de calor na degradação microbiológica dos substratos. O resultado deste

processo é um produto relativamente estabilizado a que se dá o nome de composto.

39

3. MATERIAIS E MÉTODOS O material utilizado neste trabalho é o RSU que passou pelo processo de

compostagem aeróbia. Esse material é produzido pela COMLURB (Companhia

Municipal de Limpeza Urbana), na Usina de Tratamento e Transbordo do Caju,

localizada no município do Rio de Janeiro. Neste capítulo serão apresentadas as

características do composto que serviu de base para a construção da barreira capilar e

a metodologia do trabalho.

3.1 Resíduo Compostado

O resíduo utilizado, proveniente da Usina de Tratamento e Transbordo do Caju,

passa por um processo de compostagem aeróbia. Na Usina, o RSU in natura (Figura

3.1) passa por um processo de separação manual com o auxílio de esteiras, dos

materiais com valor comercial (plástico, papelão, garrafas PET, latas de alumínio,

etc.). Na Figura 3.2 é possível visualizar o processo de separação.

Figura 3.1 – (a) e (b) RSU in natura na Usina de Tratamento do Caju.

40

Figura 3.2 – Vista do processo de separação dos materiais recicláveis na Usina do Caju. (a) e (b) Garra para coleta do lixo; (c) Esteira utilizada na separação dos

recicláveis; (d) Material reciclável já separado.

A disposição do material não reciclável é feita em leiras de compostagem ao ar

livre, como pode ser visto na Figura 3.3. Após alguns meses dispostos nessas leiras, o

material segue para o peneiramento, dando origem ao composto.

Figura 3.3 – Vista das leiras de compostagem ao ar livre.

41

Para a construção da barreira capilar estudada, foi necessário trabalhar com

dois diâmetros diferentes desse composto, já que, por definição, uma barreira capilar

se compõe de duas camadas (uma camada fina sobreposta em outra mais grosseira).

A Usina do Caju possui uma peneira mecânica, onde o resíduo compostado é

peneirado, ficando com uma granulometria menor que 9,56 mm (Figura 3.4). Para

compor a camada de bloqueio capilar, confeccionou-se uma peneira de abertura de

7,67 mm, como pode ser visto na Figura 3.5. O material retido nessa peneira deu

origem à camada mais grosseira da barreira capilar, em que seus grãos variaram de

7,67 mm a 9,56 mm (Figura 3.6).

Figura 3.4 – (a) e (b) Vista da peneira mecânica na Usina do Caju; (c) Pilha de

composto recém-peneirado; (d) Coleta de amostra para realização de ensaios.

Figura 3.5 – (a) Detalhe da malha de abertura 7,67 mm; (b) Confecção da peneira

utilizada para peneirar o composto.

42

Figura 3.6 – Detalhe do composto que compõe a camada de bloqueio capilar.

A escolha da faixa granulométrica da camada de bloqueio capilar entre 7,67

mm e 9,56 mm foi definida porque apresenta diâmetro maior do que a faixa da camada

capilar, porém, não grande o suficiente para que as partículas da camada capilar

comaltem a camada de bloqueio capilar. A camada capilar é composta pelo material

passante em uma peneira de malha 2,07 mm (Figuras 3.7 e 3.8). Esses valores estão

sendo adotados com base na conclusão de alguns autores como SMESRUD &

SELKER (2001) que afirmam que quando o contraste entre as dimensões dessas

partículas é muito grande, partículas de solo fino da camada superior podem migrar

para a camada de solo grosseiro da base comprometendo o efeito de ruptura capilar.

Além disso, esses autores acreditam serem desnecessárias relações de contraste

entre partículas superiores a cinco.

Porém, vale ressaltar que a maioria dos estudos realizados são relacionados a

solos como argilas e areias, com propriedades físicas e mecânicas diferentes das do

composto orgânico. Sendo assim, não se pode afirmar que o comportamento do

material ora estudado será o mesmo.

Figura 3.7– Detalhe da malha de abertura de 2,07 mm.

43

Figura 3.8 – Detalhe do composto que compõe a camada capilar.

Após o composto ter sido peneirado na Usina do Caju, foi realizado seu

transporte ao laboratório. Como se tratava de um volume muito grande optou-se por

transportá-lo em bombonas plásticas de 200 litros com tampa. Para que todas as

bombonas fossem levadas à Usina e depois voltassem ao laboratório foram

necessárias aproximadamente 10 viagens utilizando um caminhão e uma pick up.

O composto relativo à camada de bloqueio capilar pesava aproximadamente

400 Kg e o da camada capilar em torno de 600 Kg. Na Figura abaixo observa-se o

momento da colocação das bombonas no caminhão, na Usina do Caju.

Figura 3.9 – (a) Detalhe das bombonas com composto; (b) Auxílio da

retroescavadeira para colocar as bombonas no caminhão.

44

Depois de colocado no caminhão, o material foi transportado ao laboratório de

Geotecnia da COPPE, onde foi dado início às análises e ensaios. Foi necessária a

utilização do munk para se descarregar o material dos veículos de transporte, devido

ao elevado peso das bombonas, como pode ser visto nas Figuras 3.10 e 3.11.

Figura 3.10 – (a) Detalhe do munk do caminhão; (b) Detalhe da corda amarrada à

bombona e presa ao munk.

Figura 3.11 – (a) Retirada da bombona do caminhão com auxílio do munk; (b)

Transporte da bombona ao laboratório.

3.1.1 Característica do composto produzido na Usina do Caju

O RSU, mesmo após passar pelo processo de compostagem ainda se

apresenta como um material bastante heterogêneo. Além da matéria orgânica, o

45

composto pode apresentar em sua composição pequenas frações de papel, metais,

madeira, minerais, entre outros.

Na Figura 3.12 é apresentada uma imagem microscópica de uma partícula de

RSU após passar pelo processo de compostagem. Esta partícula é resultado de uma

combinação de elementos originais presentes no RSU.

Segundo IZZO et al. (2009), o material formado a partir do resultado desta

combinação de elementos, apresenta grandes diferenças em relação ao solo no que

diz respeito ao formato e distribuição de tamanho dos poros. Estas diferenças podem

afetar a permeabilidade, o teor de umidade e o comportamento mecânico do material.

Figura 3.12 – Partícula do RSU após passar pelo processo de compostagem

(IZZO et al, 2009).

É possível perceber que o material está aglutinado, porém, a ligação entre eles

não é forte, o que faz com que as partículas se desmanchem com facilidade, seja

através da ação do tempo ou após um esforço mecânico.

Para a determinação das características do composto coletado foram

realizados alguns ensaios. Vale ressaltar que este material não possui normas

específicas para sua caracterização. Sendo assim, todas as análises feitas foram

baseadas nas normas existentes para solo, e seus resultados serão apresentados no

Capítulo 4.

3.1.1.1 Granulometria

Neste trabalho foi realizada uma análise granulométrica tanto do material fino

quanto do material grosso, seguindo a norma NBR 07181 (1984).

46

3.1.1.2 Sólidos Voláteis

O ensaio de determinação de sólidos voláteis, feito de acordo com a norma

NBR 13600 (1996), determinou o teor de matéria orgânica no composto.

3.1.1.3 Curva Característica

Outro ensaio de extrema importância para a avaliação do material é o de

caracterização da curva de retenção de água ou curva característica de água no solo.

A relação entre o teor de umidade e a sucção do solo é uma característica do solo não

saturado. Esta relação pode ser representada graficamente e descreve uma trajetória

diferente em função da secagem ou umedecimento do solo (SOTO 2004).

Segundo BONDER (2008), a curva de retenção é a relação entre a quantidade

de água e a sucção do solo. A quantidade de água pode ser representada pela

umidade gravimétrica (w), umidade volumétrica (θ ) ou pelo grau de saturação (Sr). O

valor de Sr, θ e w estão relacionados entre si através das seguintes correlações:

nSr

eeSr

⋅=+⋅

=1

θ (3.1)

w

d wγ

γθ

⋅= (3.2)

Onde:

e - índice de vazios

dγ - peso específico seco

wγ - peso específico da água

n - porosidade

Duas curvas características foram obtidas utilizando o composto de

granulometria fina, ou seja, o material que compõe a camada capilar. A primeira foi

realizada com o material compactado na umidade ótima. Já a segunda curva, foi

construída através da moldagem de uma amostra retirada da própria caixa onde o

ensaio ocorreu.

47

O primeiro ensaio realizado para determinação da curva de retenção desse

material foi iniciado com o umedecimento de uma amostra do composto de 245,68 g.

Essa amostra foi compactada e colocada em um anel de diâmetro de 7,10 cm e altura

de 3,15 cm.

Através do resultado do ensaio de compactação realizado por IZZO (2008),

determinou-se uma umidade ótima de 39,40% (base úmida) e massa específica seca

de 0,82 g/cm³. Estes valores foram utilizados como referência para a construção da

primeira curva característica.

Na Figura 3.13 abaixo é possível visualizar a curva de compactação do RSU

compostado.

Figura 3.13 – Resultado do ensaio de compactação para o RSU compostado com granulometria menor que 4 mm (IZZO, 2008).

Segundo IZZO (2008), foram necessários vários pontos para se obter a curva

de compactação. Como o material é heterogêneo, é esperada uma grande dispersão

nos resultados obtidos.

O equipamento utilizado para o ensaio foi a Câmara de Pressão de Fredlund. É

um aparelho de simples funcionamento utilizado para obter a curva característica de

solos não saturados. O dispositivo permite que sejam aplicadas succções matriciais

que podem variar de 0 a 1500 kPa. Alguns acessórios pertecentes ao aparelho são de

48

grande importância para montar o sistema, como por exemplo, a placa de cerâmica

porosa, que serve de base para a colocação da amostra de solo.

Figura 3.14 – Vista do equipamento utilizado no ensaio de determinação da

curva de retenção de água no solo.

Figura 3.15 – Vista da amostra de solo submetida ao ensaio.

Após a colocação da amostra no equipamento, o ensaio foi iniciado e a

amostra foi submetida a uma sucção de 1 kPa. A cada valor de sucção, leituras diárias

foram realizadas para verificar o aumento ou a diminuição na coluna d´água. Quando

os valores dessa leitura tiveram uma variação menor ou igual a 1, outro valor de

sucção era imposto e novamente começavam-se as leituras.

49

Neste primeiro ensaio, a pressão imposta variou de 1 kPa a 800 kPa. Após sua

finalização, foi construída a curva característica que será apresentada no próximo

capítulo.

Figura 3.16 – Detalhe da coluna d´água representando os valores de sucção impostos ao ensaio.

Figura 3.17 – Detalhe da coluna d´água onde foram feitas as leituras diárias.

Para a construção da segunda curva característica, uma amostra foi retirada

após a compactação do material na caixa. Com os dados da massa específica seca

(0,63 g/cm³) e do teor de umidade do material (28,2%), foi possível calcular seu grau

de compactação (aproximadamente 76%). Na Figura abaixo é possível visualizar o

momento da retirada da amostra da caixa.

50

Figura 3.18 – (a), (b) e (c) – Etapas da cravação do anel e retirada da amostra

para cálculo de umidade e peso específico.

O segundo ensaio para determinação da curva de retenção foi iniciado com o

umedecimento de uma amostra do composto de 108,71 g. Essa amostra foi

compactada e colocada em um anel de diâmetro de 7,10 cm e altura de 3,15 cm.

Neste segundo ensaio, a pressão imposta no equipamento variou de 5 kPa a

400 kPa.

3.2 Barreira Capilar Experimental

Este ensaio teve como objetivo analisar o comportamento de uma barreira

capilar construída em laboratório. Para este experimento utilizou-se uma caixa para

receber o RSU compostado. As dimensões da caixa (em metros) são demonstradas

na Figura 3.19 a seguir.

51

Figura 3.19 – Esquema da caixa (em metros) utilizada no ensaio da barreira

capilar experimental construída com RSU compostado.

3.2.1 Construção da caixa utilizada no ensaio da barreira capilar

A caixa foi confeccionada a partir de placas de vidro de espessura de 20 mm. A

partir de uma caixa já existente, algumas alterações foram feitas para que se

chegasse ao modelo atual. A altura e o comprimento foram mantidos, porém, foram

realizados cortes nos vidros para que a largura da caixa atingisse 0,60 m e tornasse

mais viável o experimento. Depois de montada, a caixa foi submetida a uma

inclinação, que será mostrada mais adiante.

Para a construção da caixa, uma base de madeira já existente foi reforçada

para suportar o peso do resíduo colocado. Foi necessário remover o vidro da base,

que estava quebrado e colocar um novo. Além disso, duas peças de madeira também

foram presas na base da caixa e cobertas por um isopor, servindo de isolamento entre

elas e o novo vidro, como pode ser visto na Figura 3.20.

Figura 3.20 – (a) Base de madeira reaproveitada para construção da caixa; (b)

Base reforçada com duas peças de madeira e o novo vidro.

52

Com a base recuperada, foram realizados os cortes das placas de vidro e os

furos que funcionaram como drenos na caixa. Nas Figuras 3.21 e 3.22 é possível

visualizar as etapas desse processo

Figura 3.21 – (a) Preparação do vidro para o corte; (b) e (c) Corte do vidro para

atingir a largura de 0,60 m.

Figura 3.22 – (a) Detalhe do desenho para posterior furo no vidro; (b) Detalhe do

furo para o dreno da caixa.

53

Após finalizar o corte e os furos, as placas de vidro foram coladas com silicone,

dando a conformação final da caixa, como pode ser visto na Figura 3.23.

Figura 3.23 – (a) Detalhe da colagem feita com silicone; (b) Colocação da placa de vidro; (c) Vista da caixa parcialmente pronta; (d) Detalhe da cola fixadora em

uma das cantoneiras.

Concluída a montagem da caixa, alguns reforços foram feitos como a

colocação de peças de madeira em suas bordas, para evitar que a caixa escorregasse

no momento em que fosse submetida a uma inclinação. Além disso, cantoneiras foram

fixadas nas laterais da caixa dando maior estabilidade ao conjunto.

54

Figura 3.24 – (a) Detalhe da madeira fixada na borda; (b) Detalhe da madeira

fixada na lateral; (c) Detalhe da cantoneira fixada na lateral; (d) Finalização da construção da caixa.

3.2.1.1 Construção dos drenos

Os drenos da caixa tiveram um papel de suma importância no ensaio. Foi

através deles que a água proveniente da simulação da chuva foi coletada. Nas Figuras

a seguir é possível visualizar seu processo construtivo:

55

Figura 3.25 – (a) Tubos utilizados para drenagem; (b) Material para envolvimento

dos drenos.

Figura 3.26 – (a) Detalhe do tubo sendo envolvido; (b) Detalhe do arame para

fixar a manta no tubo.

Figura 3.27 – (a) Dreno acoplado no furo realizado na caixa; (b) Retoques com

cola de silicone para garantir a fixação do dreno.

56

3.2.1.2 Testes de carga

Antes de dar início ao monitoramento, foi realizado um teste para avaliar as

condições da caixa. Com uma mangueira, a caixa recebeu uma grande quantidade de

água a fim de observar se havia algum vazamento que pudesse atrapalhar a

realização do ensaio. Como nenhum problema foi constatado, foi dado início aos

ensaios.

Figura 3.28 – (a) e (b) Caixa sendo cheia para verificar possíveis vazamentos.

3.2.1.3 Inclinação

A caixa utilizada para a construção da barreira capilar foi submetida a uma

inclinação de 20º. Para isso, foi construído um suporte sobre o qual a caixa foi

apoiada.

Figura 3.29 – Desenhos do suporte construído para apoiar a caixa.

57

Figura 3.30 – Medidas do suporte construído para apoiar a caixa.

Figura 3.31 – Detalhe do suporte de ferro construído.

Para possibilitar o levantamento da caixa a fim de apoiá-la no suporte, foi

necessária a utilização de um pórtico devido ao peso da mesma. Na Figura 3.32 a

seguir é mostrado o passo a passo desse levantamento.

58

Figura 3.32 – (a) Utilização das correntes para o levantamento da caixa; (b)

Detalhe da barra de ferro apoiada na caixa com o gancho acoplado; (c) Apoio da caixa ao suporte de ferro; (d) Caixa apoiada.

3.2.1.4 Reforço

Após inclinar a caixa, percebeu-se a necessidade de reforçá-la, já que para o

ensaio foi colocado grande quantidade de material em seu interior. Para isso,

utilizaram-se cabos de aço, como pode ser visto nas Figuras 3.33 e 3.34.

59

Figura 3.33 – (a) Chapa metálica para prender os cabos; (b) Cabo de aço preso à

chapa; (c) e (d) Detalhe da outra extremidade do cabo presa na caixa.

Figura 3.34 – (a) e (b) Detalhe dos cabos de aço presos também na lateral da

caixa.

60

3.2.2 Testes Iniciais

Como dito anteriormente, o experimento tentou simular o funcionamento de um

aterro sanitário no que diz respeito à eficiência de sua cobertura final, formada pelo

próprio composto. Foram utilizados para este monitoramento um conjunto de 8

sensores (7 de potencial matricial e 1 de temperatura) acoplados a um registrador

próprio. Esses sensores foram colocados em posições estratégicas para que fosse

possível monitorar pontos importantes da cobertura.

Antes de dar início à montagem propriamente dita, foi necessário realizar

alguns testes para certificar se os sensores estavam funcionando corretamente. Como

o material utilizado no experimento tinha um volume muito grande, uma vez instalado,

seria inviável retirar os sensores do local. Sendo assim, utilizou-se uma caixa menor,

com menos quantidade de composto.

3.2.2.1Funcionamento dos sensores

Vale ressaltar que para o correto funcionamento dos sensores foi feita uma

saturação dos mesmos. Eles passaram por um processo de molhagem e secagem

durante 3 dias.

Figura 3.35 – Sensores saturando momentos antes da instalação.

Depois de finalizado o processo, os sensores, completamente saturados, foram

instalados numa caixa menor para o primeiro teste.

61

Figura 3.36 – (a) Registrador utilizado no ensaio; (b) Fios conectados e os

sensores ainda na água; (c) Colocação dos sensores na caixa; (d) Posicionamento dos sensores.

Os sensores foram posicionados aleatoriamente no composto apenas para a

verificação de seu funcionamento. Nesses testes foi possível comprovar que estavam

funcionando de maneira adequada. Na Figura 3.37 é apresentado o gráfico gerado

através dos dados do equipamento. O eixo das abscissas representa a variável tempo

e o das ordenadas o potencial matricial. Uma vez instalados no composto, os

sensores, completamente saturados, começaram a perder água para o solo. Essa

perda de água gerou uma sucção e foi apresentada nos gráficos gerados a partir de

suas leituras.

62

Figura 3.37 – Detalhamento dos dados de potencial matricial para o primeiro teste.

Para o caso deste teste, os valores foram programados para serem registrados

de 15 em 15 minutos durante 4 dias. Ao final, houve um acúmulo de 390 leituras,

sempre com o potencial matricial em ascensão, o que mostra que não estava havendo

acréscimo de água.

Após esta primeira fase, optou-se por inserir água no sistema para avaliar seu

comportamento. Como esperado, os valores do potencial começaram a diminuir, o que

mostra que os sensores pararam de perder água para o solo e começaram a absorvê-

la, como pode ser visto na Figura 3.38.

Figura 3.38 – Detalhamento dos dados de potencial matricial logo após inserção

de água no sistema.

63

Uma questão importante a ser analisada é a profundidade em que os sensores

são colocados. Os sensores mais próximos da superfície reagiram primeiro ao

estímulo da inserção da água. Logicamente, aqueles instalados a maiores

profundidades demoraram mais a sinalizar uma queda de potencial.

3.2.3 Montagem do experimento

Depois de testar os sensores e verificar seu funcionamento, foi dado início à

montagem definitiva da caixa.

O primeiro passo foi o transporte das bombonas para o laboratório. O material

nela contido foi colocado dentro da caixa para a realização do ensaio.

Figura 3.39 – (a) Bombonas sendo transportadas para o laboratório; (b)

Posicionamento da bombona ao lado da caixa.

Antes de começar a encher a caixa com o material das bombonas, o dreno de

fundo foi construído. Esse processo pode ser visto nas Figuras 3.40 e 3.41.

Figura 3.40 – Detalhes dos furos antes da construção dos drenos.

64

Figura 3.41 – (a) e (b) Construção do dreno de fundo e acomodação em brita 0; (c) Colocação de brita 1 sobre o dreno; (d) Colocação de brita 0 sobre a brita 1.

Logo após a confecção do dreno de fundo foi realizado um teste para verificar o

seu funcionamento antes de dar continuidade à montagem da caixa.

Figura 3.42 – (a) Detalhe da brita molhada após colocar água na caixa; (b) Água

saindo pelo dreno mostrando seu bom funcionamento.

65

Testado o primeiro dreno, foi dado início à colocação da primeira camada da

barreira capilar. Tratava-se da camada com material mais grosseiro, colocada até

atingir a altura de 35 cm.

Figura 3.43 – (a) Retirada do material das bombonas; (b) e (c) Colocação do material da camada de bloqueio capilar; (d) Marcação da altura da primeira

camada.

Ao passo que a camada foi aumentando, realizou-se uma compactação do

material para melhor acomodação do mesmo.

Figura 3.44 – (a) e (b) Compactação da camada de bloqueio capilar.

66

Depois de terminada a construção da camada de granulometria mais grossa e

de ter a altura de 35 cm atingida, o segundo dreno foi construído.

Figura 3.45 – (a) Detalhe da colocação da manta antes do dreno; (b) Colagem do

dreno no furo intermediário.

Após a colagem do tubo, a construção do dreno foi finalizada com a colocação

da brita.

Figura 3.46 – (a) e (b) Construção do dreno intermediário.

Assim como o primeiro dreno, o segundo também foi testado antes de dar

continuidade à montagem do experimento. O teste foi feito da mesma forma que o

anterior, inserindo água para verificar o seu funcionamento.

67

Figura 3.47 – (a) Teste do segundo dreno com água; (b) Água saindo pelo dreno

mostrando seu bom funcionamento.

Ao finalizar a primeira camada, o primeiro sensor foi instalado. Optou-se por

posicioná-lo no meio da caixa.

Figura 3.48 – Primeiro sensor instalado na camada de bloqueio capilar.

Depois de construída a primeira camada e com o funcionamento do dreno

testado, deu-se início à colocação do material de granulometria mais fina, a camada

capilar. Essa camada atingiu uma altura de 50 cm e foi a que recebeu o maior número

de sensores, porém, em alturas diferentes. As Figuras a seguir mostram algumas

etapas da construção da segunda camada.

68

Figura 3.49 – (a) Início da construção da 2ª camada; (b) Sensores saturando

antes da instalação; (c) Instalação do sensor de temperatura; (d) Material fino colocado na caixa.

Figura 3.50 – (a) Instalação do sensor nos 5 primeiros centímetros da camada

capilar; (b) Marcação do posicionamento dos sensores na camada; (c) Disposição dos sensores nas camadas.

69

Na Figura 3.50 (c) mostrada anteriormente, é possível visualizar a disposição

dos sensores ao longo das camadas. A seta rosa, no canto inferior esquerdo

representa o sensor de temperatura, posicionado próximo ao dreno. A seta vermelha,

no canto superior esquerdo indica o primeiro sensor de potencial matricial instalado na

camada de bloqueio capilar no meio da caixa. Os outros 3 sensores, representados

pelas setas amarelas, foram instalados na camada capilar, a aproximadamente 5 cm

de altura e colocados a 51 cm, 102 cm e 153 cm respectivamente ao longo da caixa.

Após a instalação dos 3 sensores na camada capilar, continuou-se enchendo a

caixa a fim de atingir uma altura de 30 cm, onde mais 3 sensores foram colocados

seguindo a mesma lógica do posicionamento anterior.

Figura 3.51 – (a) Instalação dos sensores nos 30 primeiros centímetros da

camada capilar; (b) Material fino cobrindo os sensores; (c) Detalhe dos fios dos sensores na lateral da caixa.

70

Através do esquema representado na Figura 3.52 é possível entender melhor a

instalação.

Figura 3.52 – Esquema do posicionamento dos sensores na caixa.

O primeiro sensor instalado, representado pela sigla BC81, se encontra na

camada de bloqueio capilar (camada mais grosseira) a 81 cm da lateral esquerda da

caixa.

Os sensores denominados 1CC51, 1CC102 e 1CC153 são aqueles instalados

nos primeiros 5 cm da camada capilar e situados respectivamente a 51 cm, 102 cm e

153 cm ao longo da caixa.

Já aqueles de nomenclatura 2CC51, 2CC102 e 2CC153, foram posicionados

30 cm acima da primeira fileira de sensores, ainda na camada capilar.

O sensor de temperatura foi instalado a 30 cm da lateral direita da caixa.

Finalizado o processo da montagem da caixa, foi necessário retirar uma

amostra do material (Figura 3.17). Através de sua curva característica foi possível

fazer uma correlação da umidade em cada ponto.

Na Figura 3.53 é mostrado o posicionamento do último dreno construído na

caixa.

71

Figura 3.53 – (a) Posicionamento do último de dreno; (b) Colocação de brita sobre o tubo.

Após a construção do último dreno, testes foram realizados para verificar o seu

funcionamento, e posteriormente, uma cobertura de brita foi feita ao longo de toda a

caixa. Essas etapas são visualizadas nas Figuras 3.54 e 3.55.

Figura 3.54 – (a) Teste do funcionamento do dreno; (b) Finalização da construção da camada capilar.

72

Figura 3.55 – (a) e (b) Cobertura de brita ao longo de toda a camada.

3.2.3.1Construção do Dispositivo de Simulação de Chuva

Para dar início ao ensaio, foi construído um dispositivo para simulação de

chuva (DSC). O material utilizado para construir sua estrutura foi PVC e gotejadores

de plástico de vazões reguláveis foram acoplados aos tubos.

O processo de montagem pode ser visto nas Figuras 3.56 e 3.57.

Figura 3.56 – (a) Montagem da base do chuvímetro; (b) Detalhe dos furos para fixação dos gotejadores.

73

Figura 3.57 – (a) e (b) Detalhe da fixação com cola dos gotejadores na base.

Depois de construído o DSC, realizou-se alguns testes para comprovar o seu

funcionamento e acurácia. Para que isso fosse possível, um sistema de abastecimento

de água foi montado para que a água chegasse aos gotejadores.

Três galões de água, com capacidade de aproximadamente 20L cada um,

foram utilizados para abastecer o sistema, como pode ser visto na Figura a seguir:

Figura 3.58 – (a) e (b) Galões preparados para o abastecimento.

O sistema consistiu numa tubulação que levou a água dos galões aos

gotejadores. Este mecanismo se tornou possível com o auxílio de uma bomba

peristáltica. Além disso, a saída de água dos galões foi controlada por registros.

74

Figura 3.59 – (a) Registros para controle da saída de água dos galões; (b) Bomba utilizada para levar a água aos gotejadores através da tubulação.

A água, antes de chegar aos gotejadores, passou por uma coluna de PVC

localizada na parte superior do pórtico existente no local. Essa coluna teve como

função manter a pressão do sistema constante.

Figura 3.60 – (a) Coluna de PVC responsável por manter a pressão do sistema constante; (b) Ligação dos tubos à coluna.

75

Figura 3.61 – (a) Coluna posicionada no pórtico próximo ao local do ensaio; (b) Detalhe do tubo de PVC.

Depois de montado o sistema de abastecimento de água, os gotejadores foram

testados para garantir que todos tivessem a mesma vazão.

3.2.3.2Simulação da chuva

Para calcular a quantidade de água que foi inserida no sistema, dados

meteorológicos foram analisados a fim de tentar aproximar o sistema à realidade.

Através do site da prefeitura do Rio de Janeiro foi possível calcular o valor da média

mensal de precipitação na cidade em 2009. Com este valor definido, deram-se início

aos testes.

Tabela 3.1 – Média mensal de precipitação no município do Rio de Janeiro no ano de 2009 (Fonte: GEORIO).

LOCAL PRECIPITAÇÃO (L/M²)

Vidigal 106,47 Urca 106,92

Rocinha 165,75 Tijuca 164,32

Santa Tereza 134,38 Copacabana 115,78

Grajau 150,13 I.Governador 138,02

Penha 114,65 Madureira 114,05

Iraja 128,55 Bangu 112,50

76

Piedade 120,98 Tanque 130,86 Saúde 112,73

Jd. Botânico 149,38 Itanhangá 142,87

Cidade de Deus 117,87 Rio Centro 130,07 Guaratiba 115,22 Gercinó 125,65

Santa Cruz 120,08 Cachambi 142,55 Anchieta 131,35

Grota Funda 142,58 Campo Grande 103,40

Sepetiba 138,30 Sumaré 265,65

Mendanha 187,02 Itauna 104,95

MÉDIA MENSAL 133,72

Com base no valor da média mensal de precipitação no município do Rio de

Janeiro, foi calculado que, por semana, há uma precipitação média de 36 L/m². Esse

valor foi utilizado como base para o ensaio.

O ensaio da simulação de chuva na barreira foi repetido por 2 vezes e seu

tempo de duração foi calculado a partir dos seguintes parâmetros, resumidos na

Tabela a seguir:

Tabela 3.2 – Resumo dos parâmetros para cálculo da duração dos ensaios.

ENSAIO ÁREA DE INFLUÊNCIA DA

CAIXA (M²)

VELOCIDADE DA ÁGUA

(M/S)

VOL. DE ÁGUA INSERIDA NO SISTEMA (L)

VELOCIDADE DA ÁGUA DE CADA

GOTEJADOR (ML/MIN)

1 1,20 510− 43,20 24,00 2 1,06 4,25 x 610− 39,00 10,00

Os volumes de água inseridos em cada ensaio foram calculados através da

multiplicação da área de influência da caixa pela precipitação média. A área de

influência do segundo ensaio foi menor, pois se optou por desconsiderar a vazão dos

3 gotejadores que estavam posicionados logo acima do dreno 1.

77

Figura 3.62 – Detalhe dos 3 gotejadores posicionados acima do dreno 1.

Para o cálculo do tempo de duração do primeiro ensaio, foi adotada uma

velocidade de percolação de 510− m/s. Neste caso chegou-se a conclusão que era

necessário 1 hora para que toda a água fosse inserida no sistema.

Para o segundo ensaio, algumas mudanças foram feitas. Optou-se por diminuir

a velocidade de entrada de água na caixa, baseado nos resultados obtidos na primeira

simulação. Sendo assim, foi imposta uma vazão de 10 mL em cada gotejador por

minuto, o que resultou em um valor de 4,25 x 610− m/s de velocidade.

O tempo de duração de cada ensaio foi calculado através da fórmula da vazão:

Q = V x A (3.3)

Em que:

Q – Vazão

V – Velocidade

A – Área

Para a regulagem dos gotejadores, coletou-se a água de cada um deles

durante um minuto, para que fosse possível atingir 24mL no primeiro ensaio e 10 mL

no segundo. Depois de coletada, a água foi pesada para verificação de sua massa.

Neste caso, se o valor fosse maior ou menor que o volume estipulado, o registro era

fechado ou aberto. Este procedimento foi feito para cada um dos 30 gotejadores.

78

Figura 3.63 – (a) Coleta da água para pesagem; (b) Verificação da massa de água para regulagem dos gotejadores.

A base de PVC foi colocada ao lado da caixa, procurando manter a inclinação

da mesma. Enquanto a água chegava aos tubos com o auxílio da bomba, os

gotejadores iam sendo regulados. Na Figura 3.64 é possível visualizar essa etapa.

Figura 3.64 – (a) Base de PVC posicionada ao lado da caixa para testes; (b) Regulagem dos gotejadores.

Com os gotejadores regulados e com o DSC na posição correta, foi dado início

aos ensaios. Nas Figuras 3.65, 3.66 e 3.67 são mostradas as etapas finais da

montagem e de acerto da posição dos gotejadores.

79

Figura 3.65 – (a) Base de PVC presa à caixa para o ensaio; (b) e (c) Vista do chuvímetro.

Figura 3.66 – (a) e (b) Detalhe do início da simulação da chuva.

80

Figura 3.67 – (a) e (b) Simulação da chuva sobre a barreira.

A partir do momento que o ensaio foi iniciado, os drenos começaram a ser

monitorados, além dos sensores, que já estavam em funcionamento desde a

colocação do material na caixa. Os resultados do monitoramento serão apresentados

no Capítulo 4.

3.3 Simulação Numérica

A modelagem numérica tem sido uma ferramenta bastante utilizada para avaliar

os fatores que podem interferir no projeto de barreiras capilares. Porém, há uma

grande dificuldade ao se representar adequadamente condições iniciais e de contorno

do problema a ser estudado. Entre essas condições estão: as climáticas, as de

saturação inicial da barreira, as medidas de valores do coeficiente de permeabilidade e

a curva de retenção de água.

No caso deste trabalho, as dificuldades em realizar simulações numéricas se

tornaram ainda maior por se tratar de um material extremamente heterogêneo e

carente de parâmetros técnicos, já que pouco se sabe a respeito do comportamento

do RSU compostado, visto a escassez de trabalhos e estudos relativos a este assunto.

Por esse motivo, foram realizadas algumas considerações iniciais a respeito das

simulações numéricas, avaliando a viabilidade de utilização de programas como o

SEEP/W e o HYDRUS 2D para modelar o fluxo de água na barreira capilar construída.

81

Dessa maneira, o trabalho se mostra como uma forma de contribuição para se

alavancar estudos dessa natureza.

Em laboratório, dois ensaios foram realizados para testar a eficiência da barreira

capilar. O segundo apresentou melhores resultados, e por esse motivo, optou-se por

utilizá-lo como base para as simulações numéricas.

A seguir, será apresentada a metodologia utilizada em cada programa para que

fosse possível realizar as simulações.

Inicialmente, construiu-se um modelo fiel às características do experimento em

laboratório. Foi realizada a discretização, que envolve a definição de geometria,

distância, área e volume, e em seguida, a definição das propriedades do material e

das condições de contorno. No que diz respeito à camada de bloqueio capilar, em

alguns momentos foram adotados parâmetros similares a de um solo arenoso para

que a modelagem fosse realizada.

As simulações numéricas realizadas neste trabalho foram feitas com o intuito de

comparar os resultados fornecidos pelo programa com aqueles obtidos no

monitoramento em laboratório. Vale ressaltar que o programa permite a realização de

diversas análises, porém, no presente trabalho, apenas os seguintes resultados foram

comparados:

• Valores de pressão em pontos estratégicos da caixa;

• Comportamento do fluxo de água na caixa.

3.3.1 SEEP/W

O SEEP/W (GeoStudio, 2004) é um programa computacional que tem como

base o método dos elementos finitos para modelar o movimento de água e a

distribuição de poropressões. O programa pode ser aplicado a meios saturados e não

saturados e considera as condições transientes do meio.

O programa apresenta diferentes métodos que podem ser utilizados para

prever funções de condutividade hidráulica não saturada, seja medindo ou estimando

o teor de umidade volumétrico e a condutividade hidráulica saturada. O método

escolhido para a simulação foi o de VAN GENUCTHEN (1980), que propôs uma

equação que descreve a condutividade hidráulica em função do potencial matricial.

82

Definição da Malha 2D

A malha de elementos finitos utilizada contém 1468 nós e 2749 elementos,

sendo cada elemento do tipo triangular. Na Figura 3.68 é possível visualizar a malha.

Propriedades dos Materiais:

Para iniciar a simulação, foram definidas as propriedades dos materiais da

camada capilar e da camada de bloqueio capilar. Além das dimensões de cada

camada, foram inseridos no programa dados referentes às curvas granulométricas,

características e de permeabilidade, construídas neste trabalho. Na Figura 3.68

também é possível observar as camadas que compõem a barreira capilar.

Figura 3.68 – Detalhe das camadas que compõem a barreira capilar.

Condições de Contorno:

Como já foi dito anteriormente, a escolha das condições de contorno não é

uma tarefa simples. Dependendo da maneira como essa questão é tratada, os

resultados podem sofrer fortes variações.

Para a definição destas condições, procurou-se manter todas as características

da caixa no ensaio realizado em laboratório.

Para os drenos 1, 2 e 3, adotou-se pressão igual a zero, simulando a abertura

da caixa. No dreno situado entre o bloco e a camada capilar é possível perceber que

existe uma parte sem malha para funcionar como a manta que foi utilizada na

montagem do modelo físico.

83

Com relação às demais condições de contorno, foram consideradas que nas

laterais e na base da caixa a vazão seria igual a zero, ou seja, não existe fluxo. No

topo, a vazão considerada é a da chuva simulada para o ensaio de interesse. Na

Figura 3.69 é possível visualizar essas condições.

Figura 3.69 – Condições de contorno utilizadas para as simulações numéricas.

O volume de água de chuva inserido no programa foi o mesmo daquele

simulado no segundo ensaio em laboratório. Porém, neste caso, foi preciso calcular a

vazão do ensaio, visto que o programa só aceita esta forma de entrada. Para isso,

levou-se em consideração o tempo de duração do ensaio, que foi de

aproximadamente 5 horas, e a área da caixa.

A partir da realização da simulação, procurou-se fazer comparações com

alguns resultados obtidos no segundo ensaio em laboratório.

3.3.2 HYDRUS 2D

O programa HYDRUS 2D (SIMUNEK et al., 2006) é um modelo de elementos

finitos que simula o movimento de água, calor e solutos. O programa resolve

numericamente a equação de Richards para fluxo de água em meios saturados e não

saturados.

O HYDRUS 2D inclui diversos modelos para a descrição das propriedades

hidráulicas: van Genuchten (1980), Brooks e Corey (1964) e van Genuchten

84

modificado por Vogel e Cislerova (1988). Neste trabalho é utilizado o modelo de van

Genuchten.

Definição da Malha 2D

A malha de elementos finitos utilizada contém 1233 nós e 2500 elementos,

sendo cada elemento do tipo triangular. Na Figura 3.70 é apresentada esta malha.

Propriedades dos Materiais:

Para iniciar a simulação, foram definidas as propriedades dos materiais da

camada capilar e da camada de bloqueio capilar. Diferentemente do SEEP/W, neste

caso não foram inseridas as curvas características e granulométricas e sim,

propriedades conhecidas do material como sua permeabilidade e alguns parâmetros

utilizados no ajuste das curvas características.

Na Figura 3.70 é possível observar a delimitação das camadas da barreira

capilar.

Figura 3.70 – Detalhe das camadas que compõem a barreira capilar.

85

Condições de Contorno:

Para a definição destas condições, procurou-se manter as características da

caixa no ensaio realizado em laboratório.

Para os drenos, adotou-se a condição “Seepage Face”, simulando a abertura

da caixa. Com relação às demais condições de contorno, foram consideradas que nas

laterais e na base da caixa a condição de fluxo seria igual a zero: “No flux”. No topo, a

vazão considerada é a da chuva simulada para o segundo ensaio realizado em

laboratório, e a condição de contorno utilizada foi “Atmospheric Boundary”.

Na Figura 3.71 é possível visualizar essas condições.

Figura 3.71 – Condições de contorno utilizadas para as simulações numéricas.

Os resultados obtidos nas simulações e suas comparações com o

monitoramento em laboratórios estão apresentados no Capítulo 4.

86

4. RESULTADOS Para entender melhor a composição do material estudado, alguns ensaios

foram realizados com as duas granulometrias que compõem a barreira capilar.

4.1 Caracterização do material estudado

4.1.1 Granulometria

A Figura 4.1 apresenta o resultado do ensaio de granulometria do composto

para o material de diâmetro menor ou igual a 2,07 mm. Percebe-se a presença de

material fino em detrimento do mais grosseiro.

Figura 4.1– Curva Granulométrica do composto de diâmetro de 2,07 mm.

Na Figura 4.2 é apresentada a Curva Granulométrica do material de diâmetro

variando entre 7,67 mm a 9,56 mm. Neste caso, o material grosseiro é mais presente.

87

Figura 4.2– Curva Granulométrica do composto de diâmetro variando entre 7,57 mm e 9,56 mm.

Na ausência de normas específicas para o material estudado, o ensaio de

Granulometria baseou-se na mesma norma técnica utilizada para solos. Por conta

disso, as divisões na parte superior do gráfico foram alteradas. Assim, o que se

desejou indicar é que o material ensaiado, apesar de não ser um solo, tem suas

partículas com dimensões similares às frações que compõem o solo.

4.1.2 Sólidos Voláteis

Observa-se a partir dos resultados do ensaio que a amostra de composto

coletado apresentou um total de 16,01% de sólidos voláteis para o composto de

granulometria inferior a 2,07 mm e 15,64% para o material de diâmetro entre 7,57 mm

e 9,56 mm.

88

Porém, vale ressaltar que a porcentagem calculada não representa com

exatidão a matéria orgânica volatizada. Estes valores são considerados apenas

indicativos, uma vez que incluídos nos sólidos volatizados pode haver plástico, papel e

até mesmo metais, visto a heterogeneidade do material.

4.1.3 Curva Característica

A determinação da curva característica foi fundamental para entender o

comportamento do material no que diz respeito à sua capacidade de armazenar água

quando submetido a diferentes valores de sucção.

De posse dos valores de sucção e umidade, a curva foi ajustada através da

equação de van Genuchten (1980), já explicitada na Figura 2.11.

Nos gráficos a seguir, os retângulos brancos representam os pontos obtidos

através da câmara de pressão (Fredlund, SWCC). A curva, em preto, representa o

ajuste desses pontos.

Figura 4.3 – Curva Característica do composto compactado na umidade ótima.

89

Figura 4.4 – Curva Característica do composto compactado na umidade da caixa.

Através da curva característica do material (Figura 4.4), foi possível fazer uma

correlação e identificar o teor de umidade em determinados pontos da caixa. Analisou-

se que os valores de potencial matricial obtidos pelos sensores durante o

monitoramento dos ensaios não ultrapassaram 20 kPa. Sendo assim, pelo menos nas

áreas próximas aos sensores, o teor de umidade ficou acima de 60% durante todo o

monitoramento.

Fazendo a mesma comparação com as simulações numéricas nos dois

programas utilizados, também se observou que em grande parte dos momentos

analisados, o teor de umidade ficou acima de 60%.

No ensaio da curva característica, foi possível medir valores de sucção altos,

diferentemente do que aconteceu com os sensores na caixa. Além dos métodos de

medidas de sucção serem diferentes, acredita-se que dois fenômenos podem ter

acontecido: uma macro-sucção pode ter sido registrada pelos sensores e uma micro-

sucção pode não ter sido medida por eles.

O tamanho dos poros determina o potencial de água nele retido e,

consequentemente, a sucção necessária para esvaziá-lo. Quanto maior o tamanho do

poro, menor será a sucção a ser aplicada para retirar a água. Como os sensores têm

que estar em contato direto com o material, percebemos que não se consegue medir

determinados valores devido aos microporos presentes no composto.

Além das curvas características, gráficos de permeabilidade não saturada em

função da sucção também foram construídos. Para isso, foi necessário conhecer o

coeficiente de permeabilidade do material. Por se tratar do composto da usina do Caju,

90

esses valores foram aproveitados do ensaio feito por IZZO (2008), apresentado na

Figura 4.5 seguir.

Figura 4.5 – Ensaio de permeabilidade a carga constante para a amostra de composto da Usina do Caju, com três diferentes massas específicas e com

granulometria menor que 4 mm (IZZO, 2008).

As amostras ensaiadas apresentaram massas específicas diferentes e através

da correlação feita no gráfico da Figura 4.51, foi possível encontrar os coeficientes de

permeabilidade referentes a cada ensaio.

Nas Figuras 4.6 e 4.7 é possível visualizar os gráficos de permeabilidade não

saturada versus sucção para os ensaios realizados.

Figura 4.6– Permeabilidade não saturada versus Sucção (composto compactado

na umidade ótima).

91

Figura 4.7 – Permeabilidade não saturada versus Sucção (composto compactado na umidade da caixa).

O armazenamento de água no solo influenciou significantemente na

permeabilidade.

4.2 Simulação da Chuva

Duas simulações de chuva foram realizadas com o propósito de avaliar o fluxo

da água e a capacidade de retenção da barreira capilar construída em laboratório.

Essas análises foram feitas a partir do comportamento dos sensores posicionados na

caixa e da saída de água através dos drenos. As Figuras 4.8, 4.9, 4.10, 4.11 e 4.12

mostram o esquema de posicionamento desses sensores e os locais onde os drenos

foram instalados.

92

Figura 4.8 – Esquema de posicionamento dos sensores na caixa.

Figura 4.9 – Posicionamento dos drenos na caixa.

93

Figura 4.10 – (a) Construção do dreno 3; (b) Construção do dreno 2.

Figura 4.11 – Dreno 2 posicionado entre a Camada de Bloqueio Capilar e a

Camada Capilar.

Figura 4.12 – (a) e (b) Detalhe do dreno 1 posicionado acima da Camada

Capilar.

94

Como é possível perceber através das Figuras 4.10, 4.11 e 4.12 mostradas

anteriormente, o dreno 3 foi construído exatamente na base da caixa, antes que o

composto de granulometria mais grossa tivesse sido inserido. O dreno 2 foi

posicionado na interface da camada capilar e da camada de bloqueio capilar. Já o

dreno 1 foi posicionado imediatamente acima da camada capilar e funcionou

principalmente para captar a água do run-off.

4.2.1 Monitoramento dos Drenos

4.2.1.1Primeiro ensaio

No dia do primeiro ensaio, 43,20 litros de água destilada foram inseridos na

caixa através dos 30 gotejadores. A simulação da chuva teve início às 14 horas e 50

minutos do dia 19/01/2011 e se encerrou às 16 horas e 11 minutos do mesmo dia.

Porém, o monitoramento da saída de água dos drenos se deu até 8 horas e 40

minutos do dia seguinte.

Com este monitoramento foi possível analisar diversas questões importantes,

principalmente no que diz respeito à retenção de água da barreira capilar. A seguir

serão apresentados alguns gráficos que possibilitam um melhor entendimento do

funcionamento do sistema neste primeiro ensaio.

É possível afirmar que a água coletada pelo dreno 1 é a parcela

correspondente ao run-off, que representa o volume de água que não chegou a infiltrar

no material depositado na caixa. Além disso, uma parcela desse volume chegou a ser

descartada pelo fato de 3 gotejadores estarem localizados bem acima do dreno 1, o

que certamente mascarou os resultados. Para corrigir essa falha, foi feito o cálculo de

quanto de água deixaria de entrar se os 3 gotejadores fossem tampados. O valor

desse volume foi diminuído do volume total e chegou-se ao resultado final de 9,49 L

coletados pelo dreno 1. Vale ressaltar que, para os ensaios realizados, não foi

considerada a perda de água devido à evaporação.

O gráfico da Figura 4.13 representa a quantidade de água coletada pelo dreno

1 em um determinado intervalo de tempo. São mostrados, portanto, os volumes

parciais de água durante todo o período de monitoramento do ensaio.

95

Figura 4.13 – Volumes parciais de água coletada pelo dreno 1.

Na Figura 4.14 a seguir é mostrado o momento em que a água começou a

escoar pelo dreno 1.

Figura 4.14 – Detalhe da água escoada pelo dreno 1.

O gráfico da Figura 4.15 apresenta o volume acumulado de água durante o

ensaio. Como é possível visualizar, 9,48 litros de água escoaram pelo dreno 1 ao final

do monitoramento.

96

Figura 4.15 – Volume acumulado de água coletada pelo dreno 1.

Na Figura 4.16 está indicada a posição dos 3 gotejadores que tiveram sua

vazão desconsiderada pelo fato de estarem posicionados logo acima do dreno 1.

Figura 4.16 – Detalhe dos 3 gotejadores posicionados acima do dreno 1.

O dreno 2, localizado na interface entre a camada de bloqueio capilar e a

camada capilar praticamente não coletou água nesta primeira simulação. O maior

volume parcial foi de 0,05 litros, como pode ser verificado no gráfico da Figura 4.17.

97


Em relação ao volume acumulado, o dreno 2 coletou apenas 0,15 litros, como

pode ser visto no gráfico apresentado na Figura 4.18 a seguir.


Á água coletada pelo dreno 3, representa o volume que passou pela barreira,

ou seja, a quantidade de água que a camada não foi capaz de reter. Através dos

98

gráficos das Figuras 4.19 e 4.20 é possível visualizar os volumes parciais e

acumulados deste dreno.



99

4.2.1.2 Segundo ensaio

No segundo ensaio, optou-se por diminuir o volume de chuva inserido no

sistema. Os 43,20 litros de água destilada foram substituídos por 39,00 litros nesse

segundo momento. A velocidade de cálculo também foi menor, uma vez que se

percebeu que na primeira simulação a água alcançou caminhos preferenciais, o que

não foi interessante para a retenção de água na barreira.

A simulação da chuva teve início às 10 horas e 44 minutos do dia 24/03/2011 e

se encerrou às 16 horas e 7 minutos do mesmo dia. Porém, o monitoramento da saída

de água dos drenos se deu até 10 horas e 54 minutos do dia seguinte.

Com a alteração de alguns parâmetros, notou-se um melhor desempenho da

barreira capilar. A seguir, serão apresentadas algumas Figuras contendo os gráficos

de resultados de saída de água nos drenos.

Como dito anteriormente, os 3 gotejadores posicionados logo acima do

primeiro dreno mascararam resultados de saída de água no primeiro ensaio, sendo

necessário recalcular o volume coletado. Para que não houvesse nenhum tipo de

problema nesta segunda simulação, optou-se por fechar os 3 gotejadores. A Figura

4.21 ilustra esse momento.

Figura 4.21 – Detalhe dos gotejadores vedados para evitar o excesso de água

escoada no dreno 1.

Na Figura 4.22 é possível visualizar os volumes parciais de água coletada pelo

dreno 1.

100


Percebe-se que o maior volume parcial coletado foi de aproximadamente 0,60

litros enquanto do primeiro monitoramento foi de 2 litros.

A Figura 4.23 mostra um gráfico com o volume acumulado de água coletada.

Apesar dos gotejadores posicionados sobre o dreno 1 terem sido tampados,

aproximadamente 13 litros de água escoaram por ele.


101

O dreno 2 funcionou de forma bastante diferente no segundo ensaio. Ao

contrário da primeira simulação, onde o máximo volume parcial coletado foi de apenas

0,05 litros, neste segundo momento, o dreno chegou a coletar 0,50 litros em um dado

intervalo.


No que diz respeito ao volume acumulado, aproximadamente 2,5 litros

escoaram pelo dreno 2, volume muito maior que o verificado no primeiro ensaio.


102

O dreno 3 também teve um diferente comportamento na segunda simulação de

chuva. Como pode ser visto nas Figuras 4.26 e 4.27, o volume de água infiltrado na

barreira foi muito menor neste segundo ensaio.



103

4.2.1.3Comparação e discussão dos resultados dos ensaios

Na Figura 4.28 são mostrados os gráficos dos volumes coletados pelos drenos

nos ensaios. Além disso, serão apresentadas Tabelas com resumos dos resultados

obtidos pelo monitoramento a partir das simulações da chuva.

0,002,004,006,008,0010,0012,0014,00

0min

10min

20min

30min

38min

48min

58min

68min

78min

95min

105m

in

115m

in

135m

in

1060

min

Volum

e (L)

Drenos 1, 2 e 3 (acumulado)

Dreno 1

Dreno 2

Dreno 3

(a)

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

0min

50min

65min

80min

95min

110m

in

130m

in

160m

in

190m

in

220m

in

250m

in

280m

in

310m

in

340m

in

370m

in

400m

in

430m

in

460m

in

490m

in

1440

min

Título do Eixo

Drenos 1, 2 e 3 (acumulado)

Dreno 1

Dreno 2

Dreno 3

(b)

Figura 4.28 – (a) Volume acumulado dos drenos no primeiro ensaio, (b) Volume acumulado dos drenos no segundo ensaio.

É possível perceber através dos gráficos acima apresentados que a barreira

capilar foi mais eficiente no segundo ensaio.

Vale ressaltar que o volume de água coletado pelo dreno 2 expressa a parcela

de chuva que a camada capilar conseguiu reter. Em contrapartida, se a água chega

104

até o fim da barreira capilar e passa a ser captada pelo dreno 3, isso mostra que

houve infiltração e constata-se que a barreira não foi eficiente.

No primeiro ensaio, apenas 0,15 litros escoaram pelo dreno 2, fazendo com

que grande parte do volume de água inserido através da simulação de chuva tenha

atingido a base da caixa (local que teoricamente o resíduo se encontra). Por conta

disso, 7,94 litros de água foram acumulados no dreno 3.

O segundo ensaio apresentou resultados mais satisfatórios no que diz respeito

à retenção de água da barreira capilar. O dreno 2, situado na interface da camada

capilar e da camada de bloqueio capilar, acumulou 2,66 litros de água e

consequentemente o volume captado pelo dreno 3 foi muito menor. Apenas 2,56 litros

infiltraram na camada de bloqueio capilar. Esse resultado se torna importante no ponto

de vista da geração de lixiviado. Quanto menos água atinge o resíduo, menor o

volume que é gerado desse líquido.

Na Tabela 4.1 abaixo é possível comparar o comportamento dos drenos 2 e 3.

Observa-se que o dreno 2 coletou mais água no segundo ensaio, mostrando um

acréscimo de aproximadamente 168% na capacidade de retenção de água da

barreira. Já o dreno 3 mostrou que, por ter coletado menos água no segundo ensaio, a

infiltração na barreira capilar diminuiu em 210% de um ensaio para o outro.

Tabela 4.1 – Resumo dos resultados obtidos nos ensaios.

Dreno 2 Dreno 3 1º

Ensaio 2º

Ensaio 1º

Ensaio 2º

Ensaio 0,15L 2,66L 7,94L 2,56L Aumento de 168% Diminuição de 210%

O dreno 1, por sua vez, apresentou maior volume acumulado no segundo

ensaio, mesmo tendo 3 de seus gotejadores tampados. Como a velocidade da

segunda simulação foi muito menor, não houve acúmulo de água na superfície da

camada capilar e a água permeou o material sem se infiltrar mais profundamente.

Na Figura 4.29 a seguir, o posicionamento dos drenos na caixa é apresentado.

105

Figura 4.29 – Posicionamento dos drenos da caixa.

Para este trabalho, a eficiência total da barreira capilar foi definida como sendo

o somatório de toda a água que não passou pela barreira capilar dividido pelo volume

de água inserido no sistema.

Assim sendo, a eficiência será obtida a partir da seguinte equação:

( )

(%)10021 ×++

=total

retido

VVVV

E (4.1)

Onde:

E – Eficiência Total da Barreira Capilar

1V - Volume escoado pelo dreno 1 (L)

2V - Volume escoada pelo dreno 2 (L)

retidoV - Volume que ficou retido no material (L)

totalV - Volume total de precipitação (L)

106

A Tabela 4.2 abaixo apresenta um resumo dos dois ensaios para melhor

compreensão dos resultados. No segundo ensaio, a barreira capilar apresentou uma

eficiência total de 93,44%, enquanto que no primeiro foi de 81,62%. A principal causa

apontada para se ter alcançado uma maior eficiência no segundo ensaio, foi a

diminuição da velocidade de entrada da água no sistema.

Tabela 4.2 – Resumo dos resultados obtidos nos ensaios. Ensaio Tempo

de chuva (min)

Tempo de monitoramento

(min)

Volume de

chuva (L)

Volume coletado

pelo dreno 1

(L)

Volume coletado

pelo dreno 2

(L)

Volume coletado

pelo dreno 3

(L)

Volume retido

no material

(L)

Eficiência Total (%)

1 81 1070 43,20 9,49 0,15 7,94 25,62 81,62 2 323 1450 39,00 13,15 2,66 2,56 20,63 93,44

4.2.2 Monitoramento dos Sensores

4.2.2.1Primeiro ensaio

Desde o momento em que o material foi inserido na caixa, os sensores foram

instalados e imediatamente começaram a leitura dos valores de potencial matricial e

temperatura.

Através do conjunto de gráficos apresentados na Figura 4.30, é possível

perceber que no primeiro dia de monitoramento, todos os sensores, com exceção do

de temperatura, iniciaram suas leituras em 0 (zero), o que mostra que estavam

completamente saturados. A partir da instalação, a água do tensiômetro entrou em

contato com a água do solo e esta exerceu uma sucção sobre o instrumento, retirando

água deste e fazendo com que sua pressão interna diminuísse. Como o instrumento é

vedado, ocorreu a formação do vácuo e a leitura dessa pressão negativa forneceu o

potencial matricial da água no solo. As leituras do medidor indicaram a tensão (medida

em kPa) com que a água encontrava-se retida pelo arranjo das partículas do solo.

Os gráficos da Figura 4.30 mostram o comportamento dos sensores do dia

16/12/2010 (quando a montagem da caixa foi finalizada) até o dia 19/01/2011,

momentos antes de acontecer a primeira simulação de chuva. Como os sensores

entraram completamente saturados na caixa, foi necessário esperar um período para

que os mesmos começassem a fornecer o potencial matricial.

Durante este período não houve acréscimo de água, portanto, como previsto, a

partir da instalação dos sensores, o potencial matricial saiu do 0 (zero) chegando a

atingir valores acima de 10 kPa já no segundo dia de monitoramento. Esses valores

107

variaram de sensor para sensor. Momentos antes do acréscimo de água, o valor

máximo de potencial matricial atingido foi de 19 kPa, referente ao sensor BC81 e o

valor mínimo foi de 7 kPa, correspondente ao sensor 1CC153.

Na Tabela 4.3 abaixo é apresentado um resumo do comportamento dos

sensores neste período.

Tabela 4.3 – Comportamento dos sensores no primeiro ensaio. Resultados dos sensores no primeiro ensaio

Sensores Dia 16/12/2010 Dia 19/01/2011

BC81 0 kPa 19 kPa 1CC51 0 kPa 13 kPa

1CC102 0 kPa 12 kPa 1CC153 0 kPa 7 kPa 2CC51 0 kPa 13 KPa

2CC102 0 kPa 11 kPa 2CC153 0 kPa 8 kPa

Em relação à temperatura, a variação se deu em um intervalo de Co28 a

Co33 . Porém, momentos antes da simulação da chuva, o valor registrado foi de

Co29 .

A Figura 4.30 a seguir mostra os gráficos com o comportamento dos sensores

durante este período.

108

Figura 4.30 – Resultados dos sensores dos dias 16/12/2010 a 18/01/2011.

109

O próximo conjunto de gráficos apresentado na Figura 4.32, é referente ao

monitoramento do dia 19/01/2010 a partir das 14 horas e 50 minutos, quando foi dado

início à simulação de chuva.

É possível entender o fluxo de água, analisando a ordem de saturação dos

sensores, como pode ser visto na Tabela abaixo.

Tabela 4.4 – Ordem de saturação dos sensores no primeiro ensaio.

Comportamento dos sensores no primeiro ensaio Ordem de saturação Tempo que levou para saturar

1CC153 24 minutos 2CC102 36 minutos 1CC102 60 minutos 2CC153 66 minutos

BC81 69 minutos 1CC51 não saturou nesse período

2CC51 não saturou nesse período

A Figura 4.31 identifica a ordem de saturação. Entende-se que, devido à

inclinação de 20º, a água chegou mais rapidamente aos sensores posicionados na

parte mais baixa da caixa. Em contrapartida, a água teve mais dificuldade de alcançar

os sensores ilustrados na parte direita da Figura.

Figura 4.31 – Ordem de saturação dos sensores no primeiro ensaio.

110

É possível perceber no conjunto de gráficos da Figura 4.32 que durante o

primeiro dia de monitoramento, após a entrada de água, os sensores 1CC51 e 2CC51

não apresentaram mudanças no seu potencial matricial, mantendo-se em 13 KPa.

Constata-se também a pequena variação de temperatura durante o primeiro dia de

monitoramento. Os valores ficaram entre Co27 e Co29 .

111

Figura 4.32 – Resultados dos sensores do dia 19/01/2011.

112

Os próximos gráficos a serem apresentados se referem ao monitoramento dos

dias 20/01/2011 a 02/02/2011 e são apresentados na Figura 4.33.

É possível notar que os sensores de nomenclatura 1CC153, 2CC102, 1CC102,

2CC153 e BC81 permaneceram saturados. Os sensores 2CC51 e 1CC51

apresentaram uma queda de potencial matricial neste período. O primeiro passou de

11 kPa para 6 kPa no dia 02/02/2011. Já o sensor 1CC51 que apresentava um

potencial matricial de 13 kPa no dia 20/01/11, chegou a 11 kPa em 02/02/2011. Isso

mostra que a água inserida no composto, aos poucos, foi chegando aos sensores.

Na Tabela 4.5 é apresentado um resumo do comportamento dos sensores

neste período.


Sensores Dia 20/01/2011 Dia 02/02/2011

BC81 0 kPa 0 kPa 1CC51 13 kPa 11 kPa*

1CC102 0 kPa 0 kPa 1CC153 0 kPa 0 kPa 2CC51 11 kPa 6 kPa*


* Não saturou

Em relação ao sensor de temperatura, o gráfico apresentou valores que

variaram entre Co28 e Co32 .

Na Figura 4.33 se apresenta os resultados referentes a este monitoramento.

113


114

Na Figura 4.34 é apresentado o quarto conjunto de gráficos referente ao

período do dia 02/02/2011 a 16/02/2011. Percebe-se que dos 5 sensores já saturados,

2 deles ainda permanecem nesta condição. São eles: 1CC102 e 1CC153.

Os sensores nomeados BC81, 2CC102 e 2CC153, começaram a perder água

para o solo no dia 10/02/2011 e, consequentemente, seu potencial matricial saiu do 0

(zero). Já no dia 16/02/2011, seus valores de pressão eram respectivamente 8 KPa, 4

KPa e 3 KPa.

É possível perceber que no período apresentado pelos gráficos a seguir, os

sensores 2CC 51 e 1CC51 ainda não saturaram, e no dia 16/02/2011 seus potenciais

matriciais eram de 9 KPa e 11 KPa respectivamente.


neste período.


Sensores Dia 02/02/2011 Dia 16/02/2011




* Não saturou

A temperatura medida pelo sensor variou entre Co30 e Co32 .

Os gráficos referentes a este monitoramento são apresentados na Figura 4.34.

115


116

Os gráficos que serão apresentados na Figura 4.36 são referentes ao período

dos dias 16/02/2011 a 23/02/2011.

O sensor 1CC102 saiu do estado de saturação atingindo a pressão de 4 KPa

no dia 23/02/2011. Já os sensores denominados BC81, 2CC102 e 2CC153,

continuaram perdendo água para o solo, ou seja, seus potenciais matriciais

continuaram aumentando, atingindo valores de 11 KPa, 10 KPa e 9 KPa

respectivamente.

Até o dia 23/02/2011 os sensores 1CC51 e 2CC51 ainda não haviam saturado.

Isso pode ser explicado pelo fato de estarem posicionados na parte mais alta da caixa,

e como esta sofreu uma inclinação, a água passou a escoar e demorou mais para

infiltrar no local onde se encontram estes sensores.

Figura 4.35 – Posicionamento dos sensores 1CC 51 e 2CC 51.

Na Tabela 4.7 abaixo, é apresentado um resumo do comportamento dos

sensores neste período.


Sensores Dia 16/02/2011 Dia 23/02/2011




* Não saturou

117

Ainda no conjunto de gráficos que se segue, constata-se a variação de

temperatura entre 27ºC e 32ºC.

Na Figura 4.36 se apresentam os gráficos referentes a este monitoramento.

118


119

4.2.2.2Segundo ensaio

No dia 24/03/2011 às 10 horas e 44 minutos, foi dado início à segunda

simulação de chuva. Dessa vez, o tempo de duração do ensaio foi maior devido à

diminuição da velocidade de entrada de água no sistema.

É possível notar que os únicos sensores que saturaram no primeiro dia foram

os de nomenclatura 1CC102 e 2CC102. Além disso, o tempo de saturação também foi

muito maior quando comparado ao primeiro ensaio. Com a velocidade mais baixa, a

água demorou mais para infiltrar, e consequentemente, demorou mais tempo para

atingir os sensores e saturá-los. A Tabela 4.8 abaixo apresenta a ordem de saturação

dos sensores.

Tabela 4.8 – Ordem de saturação dos sensores no segundo ensaio.

Comportamento dos sensores no segundo ensaio Ordem de saturação Tempo que levou para saturar

1CC102 139 minutos 2CC102 324 minutos

BC81 Não saturou (11 kPa)

1CC51 Não saturou (10 kPa)

1CC153 - 2CC51 Não saturou (12 kPa)

2CC153 Não saturou (9 kPa)

A Figura 4.37 ilustra a posição dos sensores que saturaram logo no primeiro

dia de monitoramento, após a segunda simulação de chuva.

Figura 4.37 – Posicionamento dos sensores 1CC102 e 2CC102.

120

O sensor 1CC153 foi o primeiro a saturar no primeiro ensaio, mas no segundo,

ele não foi analisado, já que sua leitura não saiu do 0 (zero).

O sensor de temperatura marcava 28ºC antes de começar o segundo ensaio.

No final do primeiro dia de monitoramento este valor caiu para 27ºC.

Na Figura 4.38 é apresentado o conjunto de gráficos referentes ao

monitoramento dos sensores no primeiro dia deste segundo ensaio.

121

Figura 4.38 – Resultados dos sensores do dia 24/03/2011.

122

Os resultados apresentados na Figura 4.39 são referentes ao período dos dias

25/03/2011 a 05/04/2011.

Os sensores 1CC102 e 2CC102 permaneceram saturados. Já o sensor

2CC153 que no dia 25/03/2011 apresentava 9 KPa de potencial matricial, saturou no

fim do intervalo de monitoramento.

Já os sensores 1CC51, 2CC51 e BC81 até este momento não haviam

saturado. Igualmente ocorreu no primeiro ensaio, essa questão pode ser explicada

pelo fato de estarem posicionados na parte mais alta da caixa. Além disso, como a

segunda simulação de chuva teve uma duração 4 vezes maior que a primeira,

acredita-se que estes sensores saturem em algumas semanas, porém, esses dados

não estarão presentes no trabalho.


neste período.

Tabela 4.9 – Comportamento dos sensores no segundo ensaio. Resultados dos sensores no primeiro ensaio

Sensores Dia 25/03/2011 Dia 05/04/2011

BC81 11 kPa 10 kPa* 1CC51 10 kPa 10 kPa*

1CC102 0 kPa 0 kPa 1CC153 - - 2CC51 12 kPa 12 kPa*


* Não saturou

Ainda no conjunto de gráficos que se segue, constata-se a variação de

temperatura entre 27ºC e 29ºC.

Na Figura 4.39 são apresentados os gráficos referentes a este monitoramento.

123

Figura 4.39 – Resultados dos sensores do dia 25/03/2011 a 05/04/2011.

124

4.3 Simulação Numérica

A partir da metodologia apresentada para a utilização dos programas, algumas

simulações foram realizadas a fim de se obter comparações com os resultados do

monitoramento do segundo ensaio realizado em laboratório.

Como já foi dito anteriormente, estas simulações numéricas possibilitam

diversas análises interessantes, porém, optou-se por verificar apenas as questões

ligadas à pressão e ao fluxo da água na barreira capilar.

A seguir, serão apresentados os resultados obtidos em cada um dos

programas.

4.3.1 SEEP/W

Através das simulações numéricas realizadas no SEEP/W, percebeu- se que o

material já estava bastante úmido antes mesmo que a segunda chuva fosse simulada

sobre ele. O monitoramento foi realizado desde o início da chuva até

aproximadamente 24 horas após o seu término.

4.3.1.1Potencial Matricial

Os resultados apresentados a seguir dizem respeito ao potencial matricial.

Para que fosse possível realizar algumas comparações da simulação numérica com o

monitoramento em laboratório, foram escolhidos alguns intervalos de tempo no

programa.

No segundo ensaio realizado, o tempo de chuva foi de aproximadamente 320

minutos e os sensores 1CC102 e 2CC102 saturaram no período de 24 horas. Os

intervalos de tempo escolhidos para comparação representam momentos importantes,

como por exemplo, os instantes em que cada sensor saturou na caixa.

Na Figura 4.40 a seguir, é possível observar alguns desses momentos.

.

125

Figura 4.40 – (a) Início do ensaio; (b) 70 minutos de ensaio; (c) 139 minutos de

ensaio; (d) 324 minutos de ensaio.

De acordo com a Figura 4.40(a), os maiores valores do potencial matricial se

concentram nas áreas representadas em verde e amarelo. Esse resultado se justifica,

pois no início da simulação da chuva a água ainda não tinha atingido completamente o

material. Em contrapartida, a cor rosa predominante no topo da caixa representa

valores baixos de pressão, o que sugere que a água já tinha começado a se infiltrar

neste local.

Na Figura 4.40(b), 70 minutos se passaram do início do ensaio. É possível

perceber que a área em amarelo deu lugar às áreas em rosa. Isso mostra que a água

infiltrou no local fazendo com que o potencial matricial diminuísse.

A Figura 4.40(c) representa o momento em que a simulação atingiu 139

minutos. Nesse momento, segundo a leitura dos sensores no ensaio em laboratório, o

sensor denominado 1CC102 estava saturando. Na área referente à localização deste

sensor (ilustrada por um ponto preto), os valores do potencial matricial estão bastante

baixos, o que indica que esta área está realmente próxima a saturação.

A Figura 4.40(d) corresponde à imagem referente a 324 minutos do início da

chuva. Nesse momento, segundo monitoramento em laboratório, o sensor 2CC102

estava saturado. O ponto preto mostra a área onde este sensor está localizado,

mostrando que, segundo a simulação, esta região está praticamente saturada, devido

Pressão

126

aos baixos valores de potencial matricial, que pode ser interpretado pela região estar

predominantemente na cor rosa.

Tanto nas Figuras 4.40(c) e 4.40(d), observa-se que as áreas em amarelo,

verde e azul claro (maiores valores de pressão) se concentraram na parte superior

esquerda da caixa. Essa questão pode ser explicada, pois essa região foi a que teve

menos contato com a água. Devido à inclinação da caixa, a água escoou mais

facilmente, tendo, portanto, dificuldade de infiltrar nesse local. Por este motivo, os

sensores 1CC51 e 2CC51 ainda não haviam saturado nesse momento. Eles estão

localizados nas áreas verdes e azuis representadas na caixa.

É possível perceber também, que antes mesmo da simulação da chuva

acontecer (Figura 4.40(a)), o material próximo à base da caixa já se apresentava

bastante úmido. Isso pode explicado pelo fato de ter havido um ensaio anterior a este,

onde aproximadamente 25 litros de água ficaram retidos no material.

Ao comparar os valores do potencial matricial entre as simulações numéricas e

o monitoramento em laboratório têm-se os seguintes valores:

Tabela 4.11 – Comparação dos valores de potencial matricial.

Valores do Potencial Matricial Local Tempo de

Ensaio Sensores na

caixa Simulação Numérica

SEEP/W 1CC102 139 minutos 0,00 kPa 1,10 kPa 2CC102 324 minutos 0,00 kPa 1,95 kPa

4.3.2 HYDRUS 2D

A simulação realizada no programa HYDRUS 2D, assim como no SEEP/W,

possibilitou fazer uma comparação com o potencial matricial registrado pelos sensores

na caixa.

4.3.2.1Potencial Matricial

Como já foi dito anteriormente, a chuva simulada no segundo ensaio em

laboratório teve uma duração de aproximadamente 320 minutos.

Na Figura 4.41 observam-se alguns momentos em que foram realizadas as

comparações da simulação com o ensaio em laboratório.

127

Figura 4.41 – (a) Momentos antes do ensaio; (b) 70 minutos de ensaio.

Na Figura 4.41(a) é representado o momento anterior ao início da simulação de

chuva. Como é possível perceber através da escala de cores na Figura 4.42(b), os

valores do potencial matricial neste momento, variaram entre 5,21 kPa e 15,41 kPa.

Isso mostra que o material já apresentava uma umidade muito alta em alguns pontos,

antes mesmo de ser dado início ao segundo ensaio. Além disso, observa-se que a

área mais próxima da saturação, representada em amarelo, esta próxima de um dos

drenos.

Já na Figura 4.41(b), 70 minutos se passaram do início do ensaio. Nota-se que

a parte superior da caixa, representada pela cor vermelha, apresenta-se praticamente

saturada, com valores de potencial matricial entre 0,61 kPa e 2,30 kPa.

A Figura 4.42 a seguir, corresponde à imagem referente a 324 minutos do

início da chuva. Neste momento, segundo monitoramento em laboratório, os sensores

2CC102 e 1CC102 já estavam saturados. É possível perceber pela Figura que grande

parte do material da caixa neste instante está próximo da saturação, com valores de

potencial matricial variando entre 0,61 kPa e 8,12 kPa.

Figura 4.42 – (a) Imagem referente a 324 minutos do ensaio; (b) Escala de cores representando o potencial matricial.

128

4.3.3 Fluxo de água na caixa

A partir dos três monitoramentos realizados (laboratório, SEEP/W e HYDRUS

2D, procurou-se uma maneira de comparar os resultados relativos ao fluxo de água. A

forma encontrada para analisar esta questão foi verificando o volume que escoou

pelos drenos e o volume que permaneceu dentro da caixa, ou seja, retido no material.

Comparando o fluxo de água na caixa a partir das simulações numéricas nos

dois programas, diferenças foram percebidas em relação aos resultados obtidos em

laboratório. Apesar de terem sido construídas curvas características e granulométricas

deste material, os programas utilizados possibilitam análises em solos, portanto, o

ajuste da curva característica é feito com as limitações estipuladas para um solo.

Como o material utilizado é o RSU compostado, a adoção de alguns parâmetros pode

ter influenciado na permeabilidade não saturada, e consequentemente na velocidade

de infiltração da água e sua saída pelos drenos, e por isso, ter provocado diferenças

nos resultados analisados.

Os resultados encontrados estão apresentados na Tabela 4.12 a seguir:

Tabela 4.12 – Comparação dos volumes coletado e retido após 24 horas.

Resultados após 24 horas de monitoramento Laboratório (2º Ensaio) SEEP HYDRUS

Volume de Água Coletado (%) 47,11 32,99 21,76

Volume de Água Retido (%) 52,89 67,01 78,24

129

5. CONSIDERAÇÕES FINAIS, CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES PARA FUTUROS TRABALHOS

Neste capítulo serão apresentadas as considerações finais e as principais

conclusões obtidas a partir dos resultados. Ao final, serão feitas algumas

recomendações para a continuidade do trabalho.

5.1 Considerações Finais e Conclusões

O objetivo principal deste trabalho foi avaliar a utilização do RSU compostado

como material de construção de uma barreira capilar para sua utilização como camada

de cobertura em aterros sanitários. Para isso, foi construído um modelo físico em

laboratório para monitorar o seu desempenho a partir dos aspectos climáticos. Para

complementar, procedeu-se um estudo inicial quanto a modelagens numéricas dos

fenômenos envolvidos, utilizando os programas SEEP/W, do pacote GeoStudio e

HYDRUS 2D.

Posto isso, serão apresentadas algumas considerações finais e as principais

conclusões obtidas neste estudo:

• O composto se apresentou como um material de difícil caracterização. Seu

comportamento atípico pode ser explicado pela forma, estrutura e

heterogeneidade de suas partículas, além da sua composição. Apesar de ter

a matéria orgânica como base, pequenos pedaços de vidro, plástico e metal

podem compor as partículas do material. Além disso, é comum que seja

adicionado ao produto da compostagem, resíduos provenientes da varrição de

ruas e poda de árvores, o que compreende, na composição granulométrica, as

frações média e grossa do composto. Esses pedaços de madeira têm uma

microporosidade, característica deste tipo de material, que não ocorre nas

partículas de solos de granulometria semelhante, e sua capacidade de

armazenar água quando submetidos a diferentes condições de umidade é

muito grande.

• A retenção de água pela barreira capilar construída com RSU compostado

depende, principalmente, da velocidade de infiltração da água.

• Conforme esperado, a barreira capilar apresentou melhores resultados no

segundo. Apesar do volume de chuva ter sido praticamente igual nos dois

ensaios, a velocidade de infiltração foi muito menor e apenas 7% da água que

130

entrou na barreira capilar atingiu o dreno da base, e a barreira capilar

apresentou uma eficiência de 93%.

• O fato do composto já estar umedecido devido à primeira simulação de chuva,

poderia ter contribuído para que a água formasse caminhos preferenciais.

Porém, ainda assim, percebeu-se um melhor desempenho da barreira capilar

no segundo ensaio.

• Os sensores utilizados neste trabalho foram de grande importância, pois

possibilitaram a análise do potencial matricial no composto. De acordo com a

ordem de saturação dos sensores a partir da chuva simulada, foi possível

entender melhor o fluxo da água na caixa construída em laboratório e comparar

com os resultados obtidos pelas simulações.

• As simulações numéricas realizadas com os programas SEEP/W e HYDRUS

2D, refletiram de forma satisfatória os resultados obtidos em laboratório, no que

diz respeito ao potencial matricial em diferentes momentos do ensaio. Porém,

ao se avaliar o fluxo de água na caixa, algumas divergências foram

constatadas entre as análises. Chegou-se à conclusão, que a falta de um

conhecimento mais profundo do material estudado (composto), além da sua

heterogeneidade levaram a dificuldades na adoção de parâmetros e de um

modelo mais representativo de seu comportamento e de uma melhor

modelagem numérica como um todo.

• A barreira capilar construída com RSU compostado pareceu atender às

necessidades esperadas, já que seu comportamento foi bem parecido com o

de barreiras capilares construídas apenas com solo. Pode-se considerar como

uma opção viável para ser utilizado como cobertura final de aterros sanitários,

apresentando como principal vantagem a redução da utilização de solo de

áreas de empréstimo, tornando o processo de construção da camada de

cobertura mais barato e sustentável. Além disso, o RSU compostado, assim

como materiais já empregados para cobertura final, também permitem o

controle da geração de lixiviado e a expansão da vida útil do aterro.

5.2 Recomendações para futuros trabalhos

Apesar do avanço propiciado através deste trabalho em relação a barreiras

capilares construídas com RSU compostado, ainda há muito para se entender e

discutir a respeito dos parâmetros relacionados à retenção de água e permeabilidade

131

em RSU compostado. Ainda há pouca pesquisa e estudos com esse tipo de material,

e o melhor entendimento de alguns parâmetros poderia levar à definição de uma

metodologia para dimensionamento deste tipo de barreira capilar. Sendo assim, para

que esta técnica se torne, de fato, uma solução viável e de baixo custo, é de extrema

importância que novos estudos sejam feitos para que possibilite um avanço maior no

assunto.

A seguir, serão expostas algumas recomendações para futuros trabalhos:

• Estudo do comportamento mecânico do RSU compostado a fim de obter

parâmetros para otimização de projetos de aterros sanitários.

• Estudo aprofundado em relação à espessura ideal para um desempenho

desejado de uma camada capilar construída com RSU compostado.

• Determinação da distância de falha em barreiras capilares construídas com

RSU compostado.

• Estudo da relação custo-benefício da utilização do RSU compostado para

coberturas finais e diárias em um aterro sanitário.

• Realizações de ensaios in situ, de forma que a eficiência da barreira capilar

seja testada perante condições ambientais naturais.

• Realização de simulações numéricas com diferentes modelos e análises mais

aprofundadas, a fim de compreender melhor o comportamento do sistema

como um todo.

132

6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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139

ANEXO A: Tabelas dos volumes coletados no primeiro ensaio

em laboratório

Hora início Intervalo

Parcial (L)

Acumulado (L) Hora

início Intervalo Parcial

(L) Acumulado

(L) Dreno 1 Dreno 1 Dreno 2 Dreno 2

14h50 0min 0,00 0,00 14h50 0min 0,00 0,00 14h55 5min 0,00 0,00 14h55 5min 0,00 0,00 15h00 10min 0,00 0,00 15h00 10min 0,00 0,00 15h01 11min 0,94 0,94 15h01 11min 0,00 0,00 15h10 20min 2,08 3,02 15h10 20min 0,00 0,00 15h15 25min 0,51 3,53 15h15 25min 0,00 0,00 15h20 30min 0,88 4,41 15h20 30min 0,00 0,00 15h23 33min 0,54 4,95 15h23 33min 0,00 0,00 15h28 38min 0,54 5,49 15h28 38min 0,00 0,00 15h33 43min 0,46 5,95 15h33 43min 0,00 0,00 15h38 48min 0,41 6,36 15h38 48min 0,00 0,00 15h43 53min 0,42 6,78 15h43 53min 0,05 0,05 15h48 58min 0,39 7,17 15h48 58min 0,00 0,05 15h53 63min 0,39 7,56 15h53 63min 0,00 0,05 15h58 68min 0,36 7,92 15h58 68min 0,00 0,05 16h03 73min 0,36 8,28 16h03 73min 0,00 0,05 16h08 78min 0,38 8,66 16h08 78min 0,00 0,05 16h20 90min 0,14 8,80 16h20 90min 0,00 0,05 16h25 95min 0,09 8,89 16h25 95min 0,00 0,05 16h30 100min 0,05 8,94 16h30 100min 0,00 0,05 16h35 105min 0,05 8,99 16h35 105min 0,00 0,05 16h40 110min 0,04 9,02 16h40 110min 0,00 0,05 16h45 115min 0,04 9,06 16h45 115min 0,05 0,10 16h55 125min 0,04 9,09 16h55 125min 0,00 0,10 17h05 135min 0,04 9,13 17h05 135min 0,00 0,10 17h58 188min 0,04 9,17 17h58 188min 0,05 0,15 08h30 1060min 0,32 9,49 08h30 1060min 0,00 0,15 08h40 1070min 0,00 9,49 08h40 1070min 0,00 0,15

140


Parcial (L)

Acumulado (L)

Dreno 3 Dreno 3 14h50 0min 0,00 0,00 14h55 5min 0,00 0,00 15h00 10min 0,00 0,00 15h01 11min 0,00 0,00 15h10 20min 0,00 0,00 15h15 25min 0,00 0,00 15h20 30min 0,00 0,00 15h23 33min 0,00 0,00 15h28 38min 0,00 0,00 15h33 43min 0,45 0,45 15h38 48min 0,40 0,85 15h43 53min 0,10 0,95 15h48 58min 0,05 1,00 15h53 63min 0,50 1,50 15h58 68min 0,45 1,95 16h03 73min 0,28 2,23 16h08 78min 0,83 3,06 16h20 90min 0,50 3,56 16h25 95min 0,51 4,07 16h30 100min 0,37 4,44 16h35 105min 0,24 4,68 16h40 110min 0,30 4,98 16h45 115min 0,31 5,29 16h55 125min 0,31 5,60 17h05 135min 0,39 6,00 17h58 188min 0,38 6,38 18h10 200min 0,77 7,15 18h20 210min 0,60 7,74 08h30 1060min 0,20 7,94 08h40 1070min 0,00 7,94

141

ANEXO B: Tabelas dos volumes coletados no segundo ensaio em laboratório


Parcial (L)

Acumulado (L) Hora

início Intervalo Parcial

(L) Acumulado

(L) Dreno 1 Dreno 1 Dreno 2 Dreno 2

10h44 0min 0,00 0,00 10h44 0min 0,00 0,00 10h49 5min 0,00 0,00 10h46 2min 0,00 0,00 10h54 10min 0,00 0,00 10h51 7min 0,00 0,00 10h59 15min 0,00 0,00 10h56 12min 0,00 0,00 11h04 20min 0,00 0,00 11h01 17min 0,00 0,00 11h09 25min 0,00 0,00 11h06 22min 0,00 0,00 11h14 30min 0,00 0,00 11h11 27min 0,00 0,00 11h19 35min 0,00 0,00 11h16 32min 0,00 0,00 11h24 40min 0,00 0,00 11h21 37min 0,00 0,00 11h29 45min 0,00 0,00 11h26 42min 0,00 0,00 11h34 50min 0,00 0,00 11h31 47min 0,00 0,00 11h39 55min 0,00 0,00 11h36 52min 0,00 0,00 11h44 60min 0,11 0,11 11h41 57min 0,00 0,00 11h49 65min 0,31 0,43 11h46 59min 0,00 0,00 11h54 70min 0,32 0,75 11h51 67min 0,00 0,00 11h59 75min 0,31 1,05 11h56 72min 0,00 0,00 12h04 80min 0,34 1,39 12h01 77min 0,00 0,00 12h09 85min 0,29 1,68 12h06 82min 0,00 0,00 12h14 90min 0,28 1,97 12h11 87min 0,00 0,00 12h19 95min 0,26 2,22 12h16 92min 0,00 0,00 12h24 100min 0,24 2,46 12h21 97min 0,00 0,00 12h29 105min 0,22 2,68 12h26 102min 0,00 0,00 12h34 110min 0,21 2,89 12h31 107min 0,00 0,00 12h39 115min 0,20 3,09 12h36 112min 0,00 0,00 12h44 120min 0,20 3,28 12h41 117min 0,00 0,00 12h54 130min 0,38 3,67 12h46 122min 0,00 0,00 13h04 140min 0,39 4,06 12h56 132min 0,00 0,00 13h14 150min 0,48 4,54 13h06 142min 0,00 0,00 13h24 160min 0,58 5,12 13h16 152min 0,00 0,00 13h34 170min 0,55 5,67 13h26 162min 0,00 0,00 13h44 180min 0,62 6,29 13h36 172min 0,00 0,00 13h54 190min 0,59 6,89 13h46 182min 0,00 0,00 14h04 200min 0,56 7,45 13h56 192min 0,00 0,00 14h14 210min 0,54 7,98 14h06 202min 0,00 0,00 14h24 220min 0,52 8,50 14h16 212min 0,03 0,03

142

Hora Início Intervalo

Parcial (L)

Acumulado (L)

Dreno 1 Dreno 1 14h34 230min 0,50 8,99 14h44 240min 0,48 9,47 14h54 250min 0,45 9,92 15h04 260min 0,44 10,36 15h14 270min 0,42 10,79 15h24 280min 0,33 11,12 15h34 290min 0,39 11,51 15h44 300min 0,39 11,89 15h54 310min 0,39 12,28 16h04 320min 0,40 12,69 16h14 330min 0,30 12,99 16h24 340min 0,13 13,12 16h34 350min 0,03 13,15 16h44 360min 0,00 13,15 16h54 370min 0,00 13,15 17h04 380min 0,00 13,15 17h14 390min 0,00 13,15 17h24 400min 0,00 13,15 17h34 410min 0,00 13,15 17h44 420min 0,00 13,15 17h54 430min 0,00 13,15 18h04 440min 0,00 13,15 18h14 450min 0,00 13,15 18h24 460min 0,00 13,15 18h34 470min 0,00 13,15 18h44 480min 0,00 13,15 18h54 490min 0,00 13,15 19h04 500min 0,00 13,15 19h14 510min 0,00 13,15 10h44 1440min 0,00 13,15 10h54 1450min 0,00 13,15


Parcial (L)

Acumulado (L)

Dreno 2 Dreno 2 14h26 222min 0,03 0,06 14h36 232min 0,03 0,09 14h46 242min 0,04 0,13 14h56 252min 0,04 0,17 15h06 262min 0,05 0,21 15h16 272min 0,05 0,27 15h26 282min 0,06 0,32 15h36 292min 0,07 0,39 15h45 301min 0,07 0,46 15h56 312min 0,08 0,54 16h06 322min 0,10 0,64 16h16 332min 0,10 0,75 16h26 342min 0,10 0,85 16h36 352min 0,10 0,95 16h46 362min 0,10 1,05 16h56 372min 0,10 1,14 17h06 382min 0,09 1,24 17h16 392min 0,09 1,33 17h26 402min 0,09 1,41 17h36 412min 0,08 1,49 17h46 422min 0,08 1,57 17h56 432min 0,08 1,65 18h06 442min 0,07 1,72 18h16 452min 0,07 1,79 18h26 462min 0,07 1,86 18h36 472min 0,07 1,93 18h46 482min 0,05 1,98 18h56 492min 0,06 2,04 19h06 502min 0,05 2,09 19h16 512min 0,06 2,15 10h44 1440min 0,51 2,66 10h54 1450min 0,00 2,66

143


Parcial (L)

Acumulado (L)

Dreno 3 Dreno 3 10h44 0min 0,00 0,00 10h54 10min 0,00 0,00 10h59 15min 0,00 0,00 11h04 20min 0,00 0,00 11h09 25min 0,00 0,00 11h14 30min 0,00 0,00 11h19 35min 0,00 0,00 11h24 40min 0,00 0,00 11h29 45min 0,00 0,00 11h34 50min 0,00 0,00 11h39 55min 0,00 0,00 11h44 60min 0,00 0,00 11h49 65min 0,00 0,00 11h54 70min 0,00 0,00 11h59 75min 0,00 0,00 12h04 80min 0,00 0,00 12h09 85min 0,00 0,00 12h14 90min 0,00 0,00 12h19 95min 0,00 0,00 12h24 100min 0,00 0,00 12h29 105min 0,00 0,00 12h34 110min 0,00 0,00 12h39 115min 0,00 0,00 12h44 120min 0,00 0,00 12h54 130min 0,00 0,00 13h04 140min 0,00 0,00 13h14 150min 0,00 0,00 13h24 160min 0,00 0,00 13h34 170min 0,00 0,00 13h44 180min 0,00 0,00 13h54 190min 0,00 0,00 14h04 200min 0,00 0,00 14h14 210min 0,00 0,00 14h24 220min 0,00 0,00 14h34 230min 0,00 0,00 14h44 240min 0,00 0,00 14h54 260min 0,00 0,00 15h04 270min 0,00 0,00 15h14 280min 0,00 0,00 15h24 290min 0,00 0,00 15h34 300min 0,00 0,00 15h44 310min 0,00 0,00

144


Parcial (L)

Acumulado (L)

Dreno 3 Dreno 3 15h46 312min 0,00 0,00 16h06 332min 0,00 0,00 16h16 342min 0,00 0,00 16h26 352min 0,00 0,00 16h36 362min 0,00 0,00 16h46 371min 0,02 0,00 16h56 382min 0,13 0,15 17h06 392min 0,13 0,28 17h16 402min 0,13 0,40 17h26 412min 0,12 0,52 17h36 422min 0,11 0,63 17h46 432min 0,10 0,73 17h56 452min 0,09 0,82 18h06 462min 0,08 0,91 18h16 472min 0,08 0,99 18h26 482min 0,08 1,06 18h36 492min 0,06 1,12 18h46 502min 0,06 1,19 18h56 512min 0,06 1,25 10h44 1440min 1,31 2,56 10h54 1450min 0,00 2,56

145

ANEXO C: Parâmetros de Ajuste da Curva Característica (compactada na umidade da caixa)

Parâmetros de Ajuste da Curva por van Genuchten θs θr θ Ө α n m ksat

0,63 0,003 0,4 0,633 0,0011 0,9 2,98 1,00E-06

Curva Característica Condut. Hidráulica

Sucção Ө θ (%) k

relativo k

NãoSat.

1 0,99 62,60 0,99677 9,97E-07

1,5 0,99 62,42 0,99535 9,95E-07

2 0,99 62,25 0,99399 9,94E-07

2,5 0,99 62,08 0,99266 9,93E-07

3 0,98 61,92 0,99136 9,91E-07

3,5 0,98 61,76 0,99008 9,90E-07

4 0,98 61,61 0,98882 9,89E-07

4,5 0,98 61,45 0,98759 9,88E-07

5 0,97 61,30 0,98637 9,86E-07

5,5 0,97 61,15 0,98516 9,85E-07

5,6 0,97 61,12 0,98492 9,85E-07

10 0,95 59,88 0,97480 9,75E-07

20 0,91 57,35 0,95378 9,54E-07

30 0,87 55,07 0,93446 9,34E-07

40 0,84 52,99 0,91632 9,16E-07

50 0,81 51,05 0,89910 8,99E-07

100 0,68 43,05 0,82268 8,23E-07

150 0,58 36,94 0,75731 7,57E-07

200 0,51 32,09 0,69968 7,00E-07

250 0,44 28,16 0,64812 6,48E-07

300 0,39 24,91 0,60159 6,02E-07

350 0,35 22,19 0,55938 5,59E-07

400 0,31 19,89 0,52096 5,21E-07

500 0,25 16,23 0,45378 4,54E-07

600 0,21 13,47 0,39735 3,97E-07

700 0,18 11,35 0,34964 3,50E-07

800 0,15 9,69 0,30906 3,09E-07

900 0,13 8,35 0,27438 2,74E-07

1000 0,11 7,27 0,24459 2,45E-07

1100 0,10 6,39 0,21887 2,19E-07

1200 0,09 5,65 0,19658 1,97E-07

1400 0,07 4,51 0,16018 1,60E-07

146



relativo k

NãoSat.

1600 0,05 3,68 0,13213 1,32E-07

1800 0,04 3,07 0,11020 1,10E-07

2000 0,04 2,60 0,09283 9,28E-08

2200 0,03 2,23 0,07889 7,89E-08

2400 0,03 1,94 0,06759 6,76E-08

2600 0,02 1,71 0,05833 5,83E-08

2800 0,02 1,52 0,05068 5,07E-08

3000 0,02 1,36 0,04430 4,43E-08

3200 0,01 1,23 0,03894 3,89E-08

3400 0,01 1,12 0,03440 3,44E-08

3600 0,01 1,03 0,03054 3,05E-08

4000 0,01 0,89 0,02439 2,44E-08

5000 0,01 0,66 0,01479 1,48E-08

6000 0,00 0,54 0,00962 9,62E-09

7000 0,00 0,47 0,00659 6,59E-09

8000 0,00 0,42 0,00471 4,71E-09

9000 0,00 0,39 0,00348 3,48E-09

10000 0,00 0,37 0,00264 2,64E-09

20000 0,00 0,31 0,00039 3,89E-10

30000 0,00 0,30 0,00012 1,20E-10

40000 0,00 0,30 0,00005 5,12E-11

50000 0,00 0,30 0,00003 2,62E-11

60000 0,00 0,30 0,00002 1,51E-11

70000 0,00 0,30 0,00001 9,46E-12

80000 0,00 0,30 0,00001 6,30E-12

90000 0,00 0,30 0,00000 4,39E-12

100000 0,00 0,30 0,00000 3,18E-12

200000 0,00 0,30 0,00000 3,74E-13

300000 0,00 0,30 0,00000 1,06E-13

400000 0,00 0,30 0,00000 4,32E-14

500000 0,00 0,30 0,00000 2,15E-14

600000 0,00 0,30 0,00000 1,22E-14

700000 0,00 0,30 0,00000 7,52E-15

800000 0,00 0,30 0,00000 4,95E-15

900000 0,00 0,30 0,00000 3,42E-15

1000000 0,00 0,30 0,00000 2,46E-15

147

ANEXO D: Parâmetros de Ajuste da Curva Característica (compactada na umidade ótima)

Parâmetros de Ajuste da Curva por van Genuchten θs θr θ Ө α n m ksat

0,536 0,001 0,3 0,559 0,0014 0,7 2,98 1,35E-08



relativo k

NãoSat.

1 0,97 52,06 0,98550 1,33E-08

1,5 0,96 51,57 0,98081 1,32E-08

2 0,95 51,13 0,97661 1,32E-08

2,5 0,95 50,73 0,97275 1,31E-08

3 0,94 50,35 0,96913 1,31E-08

3,5 0,93 50 0,96571 1,30E-08

4 0,93 49,66 0,96245 1,30E-08

4,5 0,92 49,34 0,95932 1,29E-08

5 0,91 49,03 0,95632 1,29E-08

5,5 0,91 48,74 0,95341 1,28E-08

5,6 0,91 48,68 0,95285 1,28E-08

10 0,87 46,44 0,93051 1,25E-08

20 0,79 42,61 0,89064 1,20E-08

30 0,74 39,67 0,85839 1,16E-08

40 0,69 37,24 0,83053 1,12E-08

50 0,66 35,16 0,80568 1,09E-08

100 0,52 27,78 0,70778 9,54E-09

150 0,43 23,04 0,63459 8,55E-09

200 0,37 19,65 0,57558 7,76E-09

250 0,32 17,07 0,52625 7,09E-09

300 0,28 15,05 0,48409 6,52E-09

350 0,25 13,41 0,44749 6,03E-09

400 0,22 12,06 0,41536 5,60E-09

500 0,18 9,97 0,36153 4,87E-09

600 0,16 8,42 0,31818 4,29E-09

700 0,13 7,23 0,28257 3,81E-09

800 0,12 6,3 0,25286 3,41E-09

900 0,10 5,55 0,22774 3,07E-09

1000 0,09 4,94 0,20629 2,78E-09

1100 0,08 4,43 0,18779 2,53E-09

1200 0,07 3,99 0,17172 2,31E-09

1400 0,06 3,31 0,14525 1,96E-09

148



relativo k

NãoSat.

1600 0,05 2,80 0,12450 1,68E-09

1800 0,04 2,41 0,10791 1,45E-09

2000 0,04 2,10 0,09442 1,27E-09

2200 0,03 1,85 0,08329 1,12E-09

2400 0,03 1,64 0,07401 9,97E-10

2600 0,03 1,47 0,06619 8,92E-10

2800 0,02 1,33 0,05952 8,02E-10

3000 0,02 1,21 0,05380 7,25E-10

3200 0,02 1,10 0,04886 6,58E-10

3400 0,02 1,01 0,04455 6,00E-10

3600 0,02 0,93 0,04078 5,50E-10

4000 0,01 0,81 0,03452 4,65E-10

5000 0,01 0,59 0,02390 3,22E-10

6000 0,01 0,46 0,01744 2,35E-10

7000 0,01 0,38 0,01323 1,78E-10

8000 0,00 0,32 0,01035 1,39E-10

9000 0,00 0,28 0,00829 1,12E-10

10000 0,00 0,25 0,00678 9,13E-11

20000 0,00 0,14 0,00167 2,25E-11

30000 0,00 0,12 0,00070 9,41E-12

40000 0,00 0,11 0,00037 4,99E-12

50000 0,00 0,11 0,00022 3,03E-12

60000 0,00 0,10 0,00015 2,00E-12

70000 0,00 0,10 0,00010 1,41E-12

80000 0,00 0,10 0,00008 1,04E-12

90000 0,00 0,10 0,00006 7,89E-13

100000 0,00 0,10 0,00005 6,18E-13

200000 0,00 0,10 0,00001 1,21E-13

300000 0,00 0,10 0,00000 4,62E-14

400000 0,00 0,10 0,00000 2,32E-14

500000 0,00 0,10 0,00000 1,36E-14

600000 0,00 0,10 0,00000 8,77E-15

700000 0,00 0,10 0,00000 6,05E-15

800000 0,00 0,10 0,00000 4,38E-15

900000 0,00 0,10 0,00000 3,30E-15

1000000 0,00 0,10 0,00000 2,56E-15

149

ANEXO E: Análise Granulométrica por Peneiramento e Sedimentação (Camada Capilar)

Amostra: COMPOSTO Prof.: Claudio Mahler Local: Usina do Caju

Aluno(a): Julia Righi Operador: Luiz Almeida Visto: Data: 22/9/2010

Umidade Higroscópica Densidade Real dos Grãos

Cápsula nº 28 17 33 Temperatura (ºC) 24 Amostra total úmida (g) 1809,80 Peso Cápsula (g) 13,48 13,66 13,67 Picnômetro nº 1 2 8

Retida acumulada nº 10 (g) 0,00 Cápsula e solo úmido (g) 88,80 78,48 93,39 Picnômetro (g) 74,39 82,60 80,41 Passando nº 10 úmida (g) 1809,80 Cápsula e solo seco (g) 63,79 56,73 66,91 Pic + Solo Seco (g) 124,84 133,12 126,12 Passando nº 10 seca (g) 1206,67 Água (g) 25,01 21,75 26,48 Pic + Água (g) 323,38 338,00 345,14 Água (g) 603,13 Solo seco (g) 50,31 43,07 53,24 Pic + Solo + Água (g) 350,95 365,55 370,05 Amostra total seca (g) 1206,67 Umidade higroscópica (%) 49,71 50,50 49,74 Solo Seco (g) 50,45 50,52 45,71 Média h (%) 49,983 Fator de Correção (K) 0,9973

OBS.: Fc = 100/(100+w) 0,6667 Densidade Real (Gs) 2,199 2,193 2,192 Média 2,195

PENEIRAMENTO DA AMOSTRA TOTAL

Peneira nº Material retido % que passa da

amostra total Peneira (mm) Peso acumulado (g) % amostra total % acumulada

1 1/2 pol 0,00 0,00 0,00 100,00 38,1 1 pol 0,00 0,00 0,00 100,00 25,4

3/4 pol 0,00 0,00 0,00 100,00 19,1 3/8 pol 0,00 0,00 0,00 100,00 9,5 Nº 4 0,00 0,00 0,00 100,00 4,8 Nº 8 0,00 0,00 0,00 100,00 2,36

Nº 10 0,00 0,00 0,00 100,00 2,0

150

PENEIRAMENTO DA AMOSTRA PARCIAL Amostra parcial úmida (g): 120,00 Amostra parcial seca (g): 80,01

Peneira nº Material retido % passa

amost. parc.

% passa amost. total

Peneira (mm) Peso acumulado (g) % amostra parcial % acumulada

20 8,09 10,11 10,11 89,89 89,89 0,85 30 14,42 7,91 18,02 81,98 81,98 0,60 40 22,75 10,41 28,43 71,57 71,57 0,42 60 33,26 13,14 41,57 58,43 58,43 0,25

100 40,41 8,94 50,51 49,49 49,49 0,15 200 44,65 5,30 55,81 44,19 44,19 0,074

SEDIMENTAÇÃO Massa específica real ( g/cm3): 2,195

Densímetro Nº COPPE 1

Seção da proveta (cm2): 28,77

Data Tempo (min)

Leitura do Densímetro Temperatura ºC

Leitura em Meio Dispersor

Leitura Corrigida

Viscosida (g.s/cm2)

Altura de queda(cm) Diâmetro (mm)

% amost.

total 0,5 1,0145 24 1,0017 0,0128 9,34E-06 14,59 0,0828 29,43 1 1,0140 24 1,0017 0,0123 9,34E-06 14,69 0,0587 28,28 2 1,0133 24 1,0017 0,0116 9,34E-06 14,83 0,0417 26,68 5 1,0085 24 1,0017 0,0068 9,34E-06 14,47 0,0261 15,68 10 1,0070 24 1,0017 0,0053 9,34E-06 14,77 0,0186 12,24 20 1,0060 24 1,0017 0,0043 9,34E-06 14,97 0,0133 9,95 40 1,0038 24 1,0017 0,0021 9,34E-06 15,40 0,0095 4,90 80 1,0020 24 1,0017 0,0003 9,34E-06 15,76 0,0068 0,78 240 1,0019 24 1,0017 0,0002 9,34E-06 15,78 0,0039 0,55 1440 1,0000 24 1,0000 0,0000 9,34E-06 16,15 0,0016 0,00

151

ANEXO F: Análise Granulométrica por Peneiramento (Camada de Bloqueio Capilar)

Amostra: COMPOSTO Prof.: Claudio Mahler Local: Usina do Caju

Aluno(a): Julia Righi Operador: Luiz Almeida Visto: Data: 1/2/2011

Umidade Higroscópica Densidade Real dos Grãos

Cápsula nº 208 8 64 Temperatura (ºC) 22 Amostra total úmida (g) 3891,90 Peso Cápsula (g) 43,71 36,89 18,29 Picnômetro nº 3 12 4 Retida acumulada nº 10

(g) 2188,55 Cápsula e solo úmido (g) 217,01 138,65 59,46 Picnômetro (g) 79,43 81,54 83,17 Passando nº 10 úmida (g) 1703,35 Cápsula e solo seco (g) 197,76 127,71 54,57 Pic + Solo Seco (g) 129,86 132,57 134,65 Passando nº 10 seca (g) 1511,76 Água (g) 19,25 10,94 4,89 Pic + Água (g) 343,90 344,40 348,40

Água (g) 191,59 Solo seco (g) 154,05 90,82 36,28 Pic + Solo + Água

(g) 364,65 366,60 371,00 Amostra total seca (g) 3700,31 Umidade higroscópica (%) 12,50 12,05 13,48 Solo Seco (g) 50,43 51,03 51,48

Média h (%) 12,673 Fator de Correção

(K) 0,9978

OBS.: Fc = 100/(100+w) 0,8875 Densidade Real (Gs) 1,695 1,766 1,779 Média 1,747

PENEIRAMENTO DA AMOSTRA TOTAL

Peneira nº Material retido % que passa da

amostra total Peneira (mm) Peso acumulado (g) % amostra total % acumulada

1 1/2 pol 0,00 0,00 0,00 100,00 38,1 1 pol 0,00 0,00 0,00 100,00 25,4

3/4 pol 0,00 0,00 0,00 100,00 19,1 3/8 pol 1531,99 39,36 39,36 60,64 9,5 Nº 4 1860,27 8,43 47,80 52,20 4,8 Nº 8 2057,24 5,06 52,86 47,14 2,36

Nº 10 2188,55 3,37 56,23 43,77 2,0

152

PENEIRAMENTO DA AMOSTRA PARCIAL Amostra parcial úmida (g): 158,23 Amostra parcial seca (g): 140,43

Peneira nº Material retido %

passa amost. parc.

% passa amost. total Peneira (mm) Peso acumulado (g) % amostra parcial % acumulada

20 55,89 39,80 39,80 60,20 26,35 0,85 30 85,86 21,34 61,14 38,86 17,01 0,60 40 102,42 11,79 72,93 27,07 11,85 0,42 60 119,53 12,18 85,12 14,88 6,51 0,25

100 125,81 4,47 89,59 10,41 4,56 0,15 200 126,58 0,55 90,14 9,86 4,32 0,074

estudo do comportamento de barreira capilar em aterros de resíduos

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