Tipos de camadas de cobertura

Coberturas resistivas

Coberturas especiais

Asfalto, Geosynthetic Clay Liners (GCL)

Evapotranspirativas

2. Camadas de cobertura resistivas

- Barreira de argilacom condutividade hidráulica menor que 10-5cm/s

- Mais escoamento superficial

- Evapotranspiração e armazenamento de água não são considerados

Resíduos classe II (municipais)

Resíduos classe I (perigosos)

Compactação

Curva de Compactação

Po

rosi

dad

e d

imin

ui

Influência da energia de compactação

Ramo seco

Ramo úmidoEfeito da compactação

na estrutura do solo

Efeito da compactação na condutividade hidráulica do solo

Ramo seco

Ramo seco

Ramo úmido

Ramo úmido

Condutividade hidráulica

Solo saturado

Lei de Darcy

ht

LAvolkolog

Lhicomo

t

volAikQouikv

t

t

Coberturas são compactadas no ramo úmido para

diminuir condutividade hidráulica, por isso:

• Dificuldades na construção, controle de compactação, emenda entre camadas, etc.

• Custo

• Fissuras durante ressecamento aumentam condutividade

hidráulica

• Fluxo em condições não-saturadas controlado pela gravidade e

pela sucção matricial líquido pode se mover vertical e/ou

lateralmente

RESTRIÇÕES

• A umidade favorece o alongamento das raízes que podem invadir a

camada barreira. Caldwell and Reith (1993) reportam este tipo de

problema num depósito de rejeitos de urânio em Shiprock, NM, USA

(raízes de ‘summer cypress’ e ‘salt cedar’ na camada de solo

compactado de 2 m de espessura)

• Camadas de solo compactado são susceptíveis à ação de animais

que criam macro-poros (burrowing animals) aumentando a

condutividade hidráulica da camada barreira (Pratt 2000, Bowerman

and Redente 1998, Johnson and Blom 1997, Hakonson 1986).

3. COBERTURAS EVAPOTRANSPIRATIVAS

Neste caso as coberturas funcionam como uma “esponja”que no período

de chuvas absorvem e armazenam o líquido que infiltra para, durante o

período de estiagem, liberar esta água retida por evapotranspiração.

O solo pode ter condutividade hidráulica mais elevada

As condições climáticas são importantes. Estas barreiras são mais

apropriadas em climas áridos e semi-áridos

Barreiras Evapotranspirativas Monolíticas

Coberturas ou barreiras monolíticas são feitas de uma camada única, espessa, de solo com granulometria fina e uma camada de cobertura vegetal.

Solos normalmente utilizados são: siltes arenosos, siltes e siltes argilosos. Eles devem ter boa capacidade de armazenamento de água

A compactação do solo deve ser feita no ramo seco da

curva de compactação. Isto acarreta:

• Menores custos;• Controle de compactação mais fácil;• Menores problemas de fissuras por resecamento;• Maior capacidade inicial de armazenamento de água.

Barreiras Evapotranspirativas Capilares

A presença da camada de solo mais grosso aumenta a capacidade de armazenamento de água da camada de solo mais fino (Stormont and Morris, 1998).

Vantagens (Stormont, 1997):

• A camada acima da barreira capilar armazena mais

água do que sem a barreira;• Esta água adicional favorece o crescimento de

espécies vegetativas, aumentando a transpiração;• A camada barreira pode servir para drenagem de gases

(aterros sanitários)

Balanço Hídrico da Camada de Cobertura

Fluxo em meio não-saturado

Equação de Richards

)1z

)(()(k

z)1

z

h()(k

zz

zh)(k

zt

LEACHM (Hudson and Wagenet, 1992)

UNSAT-H (Fayer and Jones, 1990)

HYDRUS-2D (Simunek et al., 1996)

SOILCOVER (Geo2000, 1997)

Propriedades dos solos

Capacidade de armazenamento de água (a)

a =

Conteúdo de água volumétrico no estado natural–

capacidade de campo

Conteúdo de água volumétrico V

Vw w

Capacidade de

campo

Capacidade de campo conteúdo de água volumétrico a partir do qual inicia a percolação

vertical

Determinação da capacidade de campo

Diretamente

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

10 100 1000 10000 100000

Tempo(s)

Vaz

ão (

cm3 /s

)

A partir da curva de retenção de água

patm /3 = 33.33 kPa

cc

Determinação da curva de retenção de água

Placa de sucção

Placa de prressão

Papel filtro

Placa de sucção Sucções até 80 kPa

Placa de pressão

Papel Filtro

Curvas de calibração de diferentes lotes do papel filtro Whatman #42

Determinação da Condutividade Hidráulica de Solos Não-Saturados

1.0E-15

1.0E-13

1.0E-11

1.0E-09

1.0E-07

1.0E-05

0 0.5 1 1.5 2

Saturação Efetiva

Co

nd

uti

vid

ade

Hid

ráu

lica

(m

/s)

Condutividade diminui acentuadamente à medida que o solo deixa de estar saturado

No laboratório

No campo

Determinação da

Condutividade Hidráulica de Solos Não-Saturados

Permeâmetros especiais

Indiretamente por meio da curva de retenção de água e da condutividade hidráulica saturada

Infiltrometros especiais

Permeâmetro de Guelph

1.0E-12

1.0E-11

1.0E-10

1.0E-09

1.0E-08

1.0E-07

1.0E-06

1.0E-05

1.0E-04

0.01 0.10 1.00 10.00 100.00 1000.00

Pressure Head (m)

Hyd

rau

lic C

on

du

ctiv

ity

(m/s

)

Guelph 1 Head

Guelph 2 Heads

No campo - Permeâmetro de Guelph

4. EXEMPLOS

Zornberg, LaFountain and Caldwell (2003) – JGGE da ASCE

Projeto camada cobertura Operating Ind., Inc, (OII Superfund site)

Monterey Park (LA) Precipitação média anual 380mm

Comparações CR e CET Estudo paramétrico Projeto CET

(Programa LEACHM)

Cobertura Resistiva

Cobertura Evapotranspirativa

EvTransp, 80.67

ArmAgua, -3.12

EscSup, 21.86

Infiltr, 0.37

EvTransp, 92.46

Infiltr, 1.86

EscSup, 7.8

ArmAgua, -2.3

COMPARAÇÃO

Cobertura ET

Cobertura CR

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0 5 10 15 20 25 30

Tempo (anos)

PC

ET/

PC

R(m

m/m

m)

COMPARAÇÃO

eficientemaiséETcoberturaa1quemenorforseP

P

CR

CET

0.01.02.03.04.05.06.07.08.09.0

0 300 600 900 1200 1500 1800

Espessura da Cobertura ET (mm)

Pe

rco

laç

ão

(%

)

ESTUDO PARAMÉTRICO

0.0

0.3

0.6

0.9

1.2

1.5

1.8

0 300 600 900 1200 1500 1800

Profundidade das Raízes (mm)

Pe

rco

laç

ão

(%

)

ESTUDO PARAMÉTRICO

0

0.4

0.8

1.2

1.6

2

1.0E-08 1.0E-07 1.0E-06 1.0E-05

Condutividade Hidráulica Saturada (m/s)

Per

cola

ção

(%

)

ESTUDO PARAMÉTRICO

010203040506070

0 500 1000 1500 2000 2500

Irrigação (mm/ano)

Per

cola

ção

(%

)

020406080

100120140160180

Jan Fev Mar Abr Maio Jun Jul Ag Set Out Nov Dez

Irrig

ação

(mm

)

EvTransp, 296.41

Arm Água, -0.76

EscSup, 45.62

Infiltr, 22.97

EFEITO DA IRRIGAÇÃO (PRECIPITAÇÃO)

1000 mm/ano

“Water balance measurements and computer simulations of landfill covers”Dwyer, S. F., Ph.D. Thesis, University of New Mexico, USA, 2003.

RCRA Subtitle D Cover (Landfill 1)

RCRA Subtitle C Cover (Landfill 2)

Anisotropic Barrier (Landfill 5)

ET Capillary Barrier (Landfill 4)

GCL Cover (Landfill 3)

ET Monolythic Barrier (Landfill 6)

O experimento foi de maio/1997 a junho de 2002

Usando a infiltração (percolação) para avaliar a performance as

coberturas alternativas funcionaram muito bem.

A cobertura Subtítulo C foi a melhor, porém é a mais cara e difícil de

ser construída.

A cobertura Subtítulo D foi a pior, seguida da com GCL.

Tipo da Cobertura Percolação(mm/ano)

Subtítulo D 1.39

GCL 0.48

Subtítulo C 0.04

Barreira Capilar 0.16

Barreira Anisotrópica 0.04

Barreira ET 0.05