Barreira Capitalar Construída Com Resíduo Pré-Tratado

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cnic

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303Eng Sanit Ambient | v.18 n.4 | out/dez 2013 | 303-312

Barreira capilar construda com resduo pr-tratado mecnica e biologicamente

Capillary barrier constructed with mechanical biological treatment waste

Ronaldo Luis dos Santos IzzoD.Sc. pelo Instituto Alberto Luiz Coimbra de Ps-graduao e Pesquisa de Engenharia (COPPE) da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ)

Rio de Janeiro (RJ), Brasil. Professor de Engenharia Geotcnica da Universidade Tecnolgica Federal do Paran (UTFPR) Curitiba (PR), Brasil.

Cludio Fernando MahlerD.Sc. pelo COPE e Livre Docente pela Faculdade de Sade Pblica da USP. Professor de Engenharia Geotcnica e Coordenador do Grupo de Estudos de Tecnologia de Resduos (GETRES) da UFRJ Rio de Janeiro (RJ), Brasil.

Juliana Lundgren RoseD.Sc. pelo COPPE da UFRJ. Ps-doutoranda em Geotecnia Ambiental e Membro do GETRES da UFRJ Rio de Janeiro (RJ), Brasil.

ResumoO controle da entrada de gua de chuva no interior do aterro de resduos slidos urbanos durante sua construo e aps seu fechamento crucial para manter

o controle da gerao de lixiviado. Este fator pode contribuir para a elevao de gastos com tratamento e monitoramento e para a instabilidade mecnica

do aterro. Por esta razo, o sistema de cobertura final de um aterro de resduos slidos urbanos decisivo ao controle da entrada de gua no mesmo.

Na maioria dos casos, o sistema de cobertura final composto por solo compactado. Frequentemente, um solo adequado para a cobertura no encontrado

nos arredores do aterro; portanto, recursos tm que ser despendidos para o transporte do mesmo at o devido local. Uma alternativa seria a utilizao de

uma barreira capilar construda com resduos pr-tratados mecnica e biologicamente. No entanto, o uso deste material para esta construo ainda no

foi bem estudado, e as diversas variveis envolvidas no funcionamento de uma barreira capilar construda com resduos slidos pr-tratados mecnica e

biologicamente so desconhecidas. O objetivo deste trabalho foi analisar os parmetros envolvidos no funcionamento de uma barreira capilar construda

exclusivamente de resduos slidos urbanos pr-tratados mecnica e biologicamente. Observou-se que este utilizado como material de uma barreira capilar

pode funcionar de maneira equivalente quela construda com solo, sendo boa a sua capacidade de reteno da gua de chuva.

Palavras-chave: resduos slidos urbanos; pr-tratamento mecnico biolgico; geotecnia ambiental.

AbstractThe control of rainwater entry into the municipal solid waste landfill during its construction and after its closure is crucial to keep track of leachate generation.

This is a factor that may contribute to the increase of costs on treatment and monitoring and to the mechanical instability of the landfill. For this reason, the

final cover system of a municipal solid waste landfill is critical for controling the water entering into the landfill. In most cases, the final cover system is made of

compacted soil. Often, suitable soil for landfilling is not found in its surroundings, and resources must be expended in transporting the soil to the landfill site.

An alternative would be to use a capillary barrier constructed with mechanical and biologically pretreated waste. However, the use of this material to construct

capillary barriers has not been studied and several variables involved in the operation of a capillary barrier constructed with municipal solid mechanical and

biologically pretreated waste landfill are unknown. The objective of this study was to analyze the parameters involved in the operation of a capillary barrier built

exclusively solid waste pre-treated mechanically and biologically. It was observed that the MSW MBT used as a capillary barrier material may function similarly

to that constructed with soil, with a good capacity for rain water retention.

Keywords: municipal solid waste landfill; mechanical biological pre-treatment; environmental geotechnic.

Endereo para correspondncia: Ronaldo Luis dos Santos Izzo Rua Deputado Heitor Alencar Furtado, 4.900 81280-340 Curitiba (PR), Brasil E-mail: [email protected] Recebido: 02/03/10 Aceito: 29/07/13 Reg. ABES: 3710

304 Eng Sanit Ambient | v.18 n.4 | out/dez 2013 | 303-312

Izzo, R.L.D.S.; Mahler, C.F.; Rose, J.L.

hidrulica e/ou membranas de polietileno de alta densidade (PEAD),

juntamente com sistemas de drenagem instalados antes e depois dos

sistemas de cobertura. O fenmeno fsico presente em uma barreira

capilar totalmente diferente daquele de um sistema de cobertura

convencional. Alguns autores, como Khire etal. (2000), Vieira (2005),

Wei e Witzsche (2005) e Suzuki etal. (2005), vm estudando aquelas

construdas com solo ou materiais similares, assim como sua aplicao

como sistema de cobertura final em aterros sanitrios.

Uma barreira capilar um sistema composto por duas camadas

de materiais com granulometrias diferentes. Basicamente, uma com

um material de granulometria mais fino sobre outro grosso. As duas

camadas podem ser construdas com o mesmo ou com materiais di-

ferentes, dependendo das propriedades de cada um a ser utilizado.

Embora as foras ativas em ambos os instrumentos sejam as mes-

mas, o teor de umidade muito diferente na proximidade de seu con-

tato. O teor de umidade volumtrica na camada capilar sempre mais

elevado do que naquela de bloqueio capilar subjacente, de modo que a

permeabilidade hidrulica no saturada na camada capilar mais eleva-

da. Isto significa que um fluxo de gua ainda pode ocorrer, enquanto que

nenhum movimento da gua ocorrer na camada de bloqueio. Para per-

mitir um fluxo livre de gua na camada capilar, uma inclinao mnima

entre 10 a 20 necessria. Na zona de contato entre os dois materiais, a

mudana brusca, entre poros pequenos na camada capilar e mais largos

na de bloqueio, resulta no efeito final que a no passagem de lquidos

para as camadas subjacentes. Somente quando a coluna de gua for sufi-

cientemente grande, ao ponto da presso de gua superar a fora capilar,

ocorrer, ento, a passagem de lquido em uma barreira capilar.

Em suma, seu primeiro efeito a reteno de gua na camada

superior e o segundo, o fluxo livre horizontal da gua na mesma

camada. Por causa destes, a reteno de gua devido diferena no

tamanho dos poros dos dois materiais e permeabilidade no satu-

rada mais elevada da camada capilar, possvel dividir os fenmenos

atuantes em uma barreira capilar entre fenmenos unidimensionais

e bidimensionais. Assim, o primeiro a simples reteno da gua

devido s foras da capilaridad e o bidimensional a drenagem dos

lquidos de um ponto mais elevado a um ponto mais baixo.

Observa-se na Figura 1 o princpio de funcionamento bidimen-

sional da barreira capilar. Quando a precipitao ocorre, a gua alcan-

a a camada capilar e comea a se infiltrar e, ao mesmo tempo, seu

Introduo

Um aterro de resduo slido urbano (RSU) implica em grandes

desafios de logstica, administrao, construo e impacto social, os

quais podem resultar em poluio do meio ambiente quando da falta

de recursos financeiros, formao tcnica dos funcionrios respons-

veis da Prefeitura, ou at mesmo, responsabilidade social ambiental.

Um dos principais elementos da construo de um aterro sanitrio a

camada de cobertura final. Este elemento importante, pois responsvel

pelo controle da entrada de lquidos no interior da massa do aterro sani-

trio. Isso, em consequncia, influi diretamente na gerao de lixiviado,

que, por sua vez, exerce influncia em seus custos de tratamento durante

a operao e aps o fechamento do aterro sanitrio. Neste sentido, papel

semelhante desempenhado tambm pela cobertura diria dos resduos,

que realizada com o intuito de controlar vetores e mau cheiro; cons-

truda com o aterro ainda em operao e no tem o mesmo rigor tcnico

dispensado camada de cobertura final, porm uma das suas vantagens,

assim como esta camada, controlar a entrada de lquidos no aterro.

Normalmente, no Brasil, uma camada de solo compactado com

baixa permeabilidade usada para construir aquelas de coberturas

diria e final, sendo a camada de cobertura final mais espessa e com-

pactada do que as dirias.

A utilizao de solo para estas finalidades de forma econmica

compreende a disponibilidade de jazidas prximas ao aterro sanit-

rio, o que raramente ocorre. Alm disso, solos com tais caractersticas

podem ser considerados como uma matria-prima nobre para ser

utilizado na cobertura de um aterro sanitrio. Existem alternativas

como, por exemplo, barreiras asflticas, com rejeitos de minerao

e capilares feitas com solo. Uma boa soluo seria a possibilidade de

construir a camada de cobertura final usando RSU pr-tratado. Atec-

nologia de barreiras capilares, comumente construdas com solo, se

vale de certas faixas granulomtricas a fim de criar uma hidrulica,

controlando assim a passagem de lquidos. Ao invs de solo, a uti-

lizao de RSU pr-tratado mecnica e biologicamente (PTMB) para

construir uma barreira capilar como cobertura final em um aterro

sanitrio seria uma soluo vantajosa em vrios aspectos.

Objetivo

O presente trabalho teve como objetivo principal avaliar a apli-

cao de RSU PTMB como material de construo de uma barreira

capilar para ser utilizada como cobertura final de aterros sanitrios,

investigando os parmetros envolvidos em seu funcionamento.

Funcionamento de uma barreira capilar

O objetivo de um sistema de cobertura minimizar o volume de

gua que se infiltra no aterro e atinge as camadas subjacentes. Isto , em

geral, atingido por meio da seleo de solos com baixa condutividade

CHUVA

Distncia de Falha de Barreira Capilar

CamadaCapilar

Camada deBloqueioCapilar

Figura 1 Representao da distncia de falha em uma barreira capilar.


Barreira capilar construda com resduos slidos urbanos

excesso comea a fluir lateralmente. Em algum momento, a camada

capilar atinge sua capacidade mxima de reteno da gua e, assim,

a presso torna-se positiva e o efeito capilar da ascenso desaparece.

Consequentemente, a gua est livre para passar e alcanar o bloco ca-

pilar. Cabral etal. (2007) estudaram uma maneira de prever a chamada

distncia de desvio em uma barreira capilar construda com subprodu-

tos de processos de retirada de tinta (DBP), em um experimento mon-

tado em um aterro sanitrio em Quebec, no Canad. Acomplexidade

dos fenmenos faz com que sua predio fique muito difcil, mesmo

quando o material de construo da barreira capilar um solo.

A heterogeneidade de tal RSU tratado mecnica e biologicamente

o grande problema para projetar uma barreira capilar construda de

RSU PTMB. A composio do material e sua compactao tm uma

influncia nos parmetros como permeabilidade saturada e no satura-

da, porosidade, distribuio granulomtrica e estabilidade da partcula,

capacidade de campo etc. Esse fato introduz um grande nmero de

variveis. Em relao mudana de tamanho da partcula, quando o

RSU tratado usado essencialmente composto por material oriundo de

matria orgnica, sem, ou quase sem, nenhuma partcula de plstico,

vidro, madeira ou rochas, as mudanas na distribuio granulomtrica

se processam de forma mais rpida. Estas podem ser mais drsticas de-

vido quebra mecnica das partculas de origem orgnica causadas, por

exemplo, pela manipulao excessiva do material, pela aplicao da car-

ga ou pela decomposio natural devido ao processo de intemperismo.

Metodologia

Para alcanar o objetivo da pesquisa, a anlise granulomtrica, o

coeficiente de permeabilidade e a capacidade de campo do RSU PTMB

foram obtidos por meio dos ensaios de laboratrio. Posteriormente,

com o intuito de avaliar as variveis envolvidas no comportamento

da barreira capilar proposta, realizou-se um ensaio unidimensional e

construiu-se uma barreira capilar experimental em laboratrio.

Resduo slido urbano pr-tratado mecnica e biologicamente

Mesmo aps um tratamento como o PTMB ou a compostagem, o

RSU continua sendo um material muito heterogneo. A distribuio

granulomtrica e o aspecto das partculas das diferentes faixas granu-

lomtricas do que foi estudado podem ser observados na Figura2.

A amostra coletada foi pr-peneirada, no local de coleta, com pe-

neiras de malha com abertura de 10 (S02-T01 e S02-T02) e 22 mm

(S02-T03, S02-T04 e S02-T05).

Em laboratrio, o RSU PTMB passou pelo mesmo processo.

Foram reservados para os ensaios os instrumentos que passaram

na peneira com abertura de 4 mm e aquele retido na peneira com

9,52 mm (Figura3). Sabe-se que, com o pr-tratamento do RSU, a

distribuio granulomtrica, a configurao das partculas e as suas

Escaa Granulomtrica ABNT

Dimetro (mm)

12,7 mm 9,52 mm 6,3 mm 4,8 mm 2,0 mm

1,2 mm 0,6 mm 0,25 mm 0,15 mm



propriedades sofrem grandes mudanas. Na Figura 4 possivel ob-

servar uma partcula do RSU PTMB, na qual existe metal com matria

orgnica e substncia mineral aderida superfcie do metal, indi-

cando que a partcula resultante uma espcie de combinao dos

elementos do RSU original.

Tal combinao de diferentes materiais na composio das part-

culas do composto ocasiona um comportamento diferente do que o

esperado para um solo, sendo um resultado da interao de diversos

processos, dos quais os mais importantes so a fragmentao mec-

nica, a atividade microbiolgica e os processos qumicos. Comocon-

sequncia, o composto apresenta grandes diferenas em relao

porosidade e ao formato das partculas, quando comparado a um

solo. Essas diferenas afetam propriedades, tais como permeabilidade

de gases e lquidos, adensamento, teor de umidade e comportamento

mecnico, o que justifica os esforos de autores como Staub et al.

(2009), Mnnich etal. (2009) e Zardava etal. (2009) em entender

tais mudanas nas caractersticas deste material.

A agregao de material orgnico com partculas minerais tam-

bm ocorre, como pode ser observado na Figura 5. Neste caso, ela

Matria Orgnica Fissuras

Resina Metal

50 x 200 x 500 x

Figura 4 Imagem de microscopia ptica de uma partcula de resduo slido urbano pr-tratado mecnica e biologicamente.

Rocha

Fissuras

Matria Orgnica

Fissuras

50 x 500 x 1000 x

Figura 5 Imagem de microscopia ptica de uma partcula mineral encontrada em resduo slido urbano pr-tratado mecnica e biologicamente ampliada 50, 500 e 1.000 vezes.

apresenta pequenas fissuras, devido sua constituio ou fragmen-

tao mecnica, as quais, juntamente com outras evidncias, levam

a crer que o RSU tratado possui uma macro e uma microporosidade.

Esta microporosidade pode ser entendida como a porosidade da pr-

pria partcula e os vazios das aglomeraes de matria orgnica.

Ensaio de permeabilidade

Ensaios de permeabilidade saturada carga constante foram rea-

lizados a fim investigar a variao do coeficiente da permeabilidade

em funo da variao da massa especfica seca do RSU tratado.

Os corpos de prova para a realizao dos ensaios de permeabilidade

foram moldados na umidade tima, com variaes apenas nas massas

especficas secas, a saber: dois com 60 e 80% do valor da massa espec-

fica tima, respectivamente, e um terceiro no mesmo tipo. Essasvaria-

es nas densidades tiveram por finalidade analisar diferentes condies

nas quais o material estivesse no estado fofo, medianamente compacto

e compacto, respectivamente. Os corpos de prova foram moldados em

cilindros de dimetro de 10,15 cm e altura de 10,15 cm.



Capacidade de campo

Ao final de cada ensaio de permeabilidade, retirou-se o cilindro

contendo o corpo de prova de dentro dgua. Este cilindro era dei-

xado em cima da bancada para que a gua excedente drenasse por

um determinado perodo, que era determinado pela quantidade de

gua que escoava do corpo de prova. O lquido era coletado em uma

proveta para que houvesse monitoramento do volume de gua exce-

dente. Quando esta vazo fosse menor do que 0,01 mL.s-1, o cilindro

era desmontado e amostras do material eram retiradas para a verifi-

cao da umidade correspondente capacidade de campo (ROCHA

& AZEVEDO, 2008). Seis amostras foram coletadas, sendo duas do

topo, duas do meio e duas da base do corpo de prova.

Para a determinao da capacidade de campo, utilizou-se a se-

guinte relao, apresentada pela da Equao 1:

( ) ait

+

=

1 (1)

onde, a capacidade de campo; d representa a massa especfica

seca (g.m-3); a a massa especfica da gua (g.m-3); indica a

umidade de campo; d a massa especfica seca (g.m-3); t a massa

especfica total (g.m-3) e i, umidade inicial.

Ensaio unidimensinal

O fenmeno unidimensional que ocorre em uma barreira capilar

pode ser explicado como a simples reteno dos lquidos por ca-

pilaridade na barreira. Isto permite a evaporao do lquido retido

aps uma chuva, por exemplo, durante um perodo, sendo tambm

a razo pela qual a barreira capilar considerada uma camada evapo-

transpirativa de cobertura.

Para a realizao deste ensaio, um tubo de plstico com 4,21 cm

de dimetro interno e 61,5 cm de altura foi preso por uma garra, que

por sua vez estava ligada a um suporte montado sobre uma balana,

e uma bureta foi colocada na parte superior da coluna para simular

um evento de chuva (Figura 6). A velocidade da entrada de gua foi

imposta como constante e muito lenta, a uma taxa de aproximada-

mente 10-5m.s-1. Neste ensaio, a coluna foi montada com trs valores

diferentes de massa especfica seca para construir a camada capilar.

Permitiu-se que a gua infiltrasse na camada capilar at que a

mesma alcanasse a camada de bloqueio e uma passagem de gua

fosse observada. Quando isto ocorria, o fluxo de gua era ento in-

terrompido e a coluna desmontada, sendo o teor de umidade do RSU

PTMB medido a cada 5 cm.

Barreira capilar experimental

A fim de analisar as variveis envolvidas no processo de funciona-

mento de uma barreira capilar construda com o RSU tratado, um modelo

em escala de laboratrio foi construdo e submetido a diferentes condi-

es de trabalho. O modelo, suas dimenses e detalhes do sistema de

asperso utilizado para simular chuva podem ser observados na Figura 7.

As dimenses da caixa utilizada para montar a barreira capilar com

RSU pr-tratado so 1,80 por 0,60 m de largura e 0,44 m de profundidade.

Os ensaios realizados neste modelo em escala de laboratrio fo-

ram conduzidos de forma a variar apenas um nico elemento durante

uma srie. O primeiro parmetro estudado foi a inclinao da bar-

reira capilar e sua influncia na quantidade de lquido coletada pela

drenagem da camada capilar e naquela retida.

Foram realizados trs ensaios, com inclinaes de 5, 10 e 15,

para camada capilar com composto de granulometria menor de

4mm e trs outros, com 5, 10 e 15, para camada capilar com granu-

lometria menor do que 2 mm.

Em seguida, mantendo uma inclinao de 20, variou-se o tempo

de chuva aplicada sobre a superfcie da camada capilar. A barreira

capilar foi submetida a 2, 1,5 e 1 hora de tal fenmeno.

Ainda com a inclinao de 20, para avaliar a diminuio da ve-

locidade de infiltrao sobre a camada capilar, aplicou-se o volume

correspondente a duas horas de chuva, em um perodo de quatro

horas. Isto foi realizado ligando e desligando os aspersores de cinco

em cinco minutos, por quatro horas.

Bureta

Tuboplstico

Piezmetro

Recipientede coleta

Balana

Marca divisriaentre camada

capilar e a camada de

Ploqueio capilar

Figura 6 Esquema de montagem do ensaio para estudar a reteno unidimensional de lquidos em uma barreira capilar feita com resduo slido urbano pr-tratado mecnica e biologicamente.



Todo o procedimento foi realizado para uma barreira capilar com ca-

mada capilar medindo 25 cm de altura e bloco capilar com 12 cm de altura.

Visando verificar o efeito do aumento do grau de compactao da

camada capilar, imps-se uma compactao manual mesma, cuja

massa especfica seca passou de 0,55 para 0,70 g.cm-3. Posteriormente,

repetiu-se a aplicao de chuva em diferentes tempos.

Aps a compactao, a altura da camada capilar foi reduzida para

16 cm de altura, sendo que o bloco capilar ficou com os mesmos 12cm.

Para completar o espao que sobrou, devido reduo da altura da ca-

mada capilar, colocou-se outra de RSU tratado, com partculas menores

do que 4 mm, em seu topo. Optou-se por esta soluo, pois no haveria

quantidade suficiente de material com partcula menor do que 2 mm se

fosse realizado um peneiramento. Vale ressaltar que todo o material uti-

lizado originrio da mesma amostra coletada no incio desta pesquisa.

Resultados

Compactao

Para se definir os parmetros utilizados com os experimentos

com a barreira capilar construda com RSU PTMB, foram realizados

ensaios de compactao, permeabilidade e capacidade de campo.

Pela anlise da curva de compactao, realizada com energia de

compactao normal (Figura 8), determinou-se que a massa especfi-

ca aparente seca mxima para este material de 0,818 g.cm-3 e que a

umidade tima (base mida) de 39,4%.

Observa-se na Figura 8 certa disperso dos valores obtidos nos

ensaios de compactao (Proctor normal) com este RSU PTMB.

Ensaio de permeabilidade

Os resultados dos ensaios de permeabilidade carga constante, em

funo da massa especfica seca, podem ser observados na Figura9.

Os valores encontrados para o coeficiente de permeabilidade do RSU

PTMB estudado neste trabalho so similares aqueles encontrados por

Staub etal. (2009), que apresentaram resultados com densidades dife-

rentes. Staub etal. (2009) encontraram coeficientes de permeabilidade

de 7*10-3 a 1*10-4 cm.s-1 para uma massa especfica seca de 0,36 a

0,53 g.cm-3, enquanto que, para o RSU PTMB estudado, os valores

ficaram entre 4*10-4 e 1,8*10-6 cm.s-1, para uma massa especfica seca

entre 0,49 a 0,82g.cm-3. Geralmente, o mesmo fenmeno observado,

ou seja, com o aumento da massa especfica o volume de vazios dimi-

nui e, consequentemente, restringe a passagem do lquido pelo meio.

Capacidade de campo

Os resultados da capacidade de campo em relao massa espe-

cfica seca do RSU tratado, que foram obtidos a posteriori dos ensaios

de permeabilidade, podem ser observados na Figura 10.

1,80 m

0,44 m

1 - Dreno da Camada deBloqueio Capilar

23 cm

14 cm

3

2

1

25 cm

15 cm

2 - Dreno da Camada Capilar2 - Dreno do Run Off

Figura 7 Modelo em escala de laboratrio para estudar as variveis envolvidas no processo de funcionamento de uma barreira capilar construda com resduo slido urbano pr-tratado mecnica e biologicamente.

Umidade Mdia na Base mida (%)

32 34 36 38 40 42 44 46 48

Mas

sa E

spec

ca

Apa

rent

e S

eca

(g.c

m-3)

0,70

0,72

0,74

0,76

0,78

0,80

0,82

0,84

Composto 4 mm

Figura 8 Ensaio de compactao realizado com resduo slido urbano pr-tratado mecnica e biologicamente com partculas menores do que 4 mm.

Aspersores

Fechados

reaConsiderada



De acordo com os resultados, a capacidade de campo diminui

com o aumento da massa especfica seca. Este resultado era esperado

j que o aumento da massa especfica causa uma diminuio do vo-

lume de vazios, reduzindo o volume disponvel para reter lquidos.

Ensaio unidimensinal

Os resultados dos ensaios unidimensionais podem ser observados

na Figura 11. O volume de vazios na camada capilar compactada com

100% do grau de compactao foi cerca de 18% menor do que aquela

com 60%. Por outro lado, como apresentado na Tabela 1, a massa

de gua retida pela camada capilar com um grau de compactao de

100% foi aproximadamente 35% mais elevada do que aquela com

60%. Isto significa que, embora o volume inicial de vazios na barreira

capilar com 100% do grau de compactao seja menor, a capacidade

de reteno de gua aumenta devido ao efeito da capilaridade e, no

final, o volume de vazios ocupado pela gua maior, sendo a capaci-

dade de reteno da gua por volume de RSU tratado maior.

Pela anlise dos resultados obtidos e considerando uma rea de 1 m2

de uma barreira capilar construda com RSU PTMB, uma altura de 25 cm

e com um grau de compactao de 100%, a quantidade de gua que esta

barreira capilar poderia reter seria equivalente a uma chuva de 129,7 mm.

Barreira capilar experimental

Os resultados dos ensaios realizados com a barreira capilar expe-

rimental podem ser observados nas Figuras 12 a 14. Eles apresentam

uma grande disperso, muito provavelmente devido ao material em

si, mas apesar disso, possvel observar tendncias de comportamen-

to, as quais so explicitadas pelas retas traadas nas Figuras 12 a 14.

Desse modo, observa-se, na Figura 12, que com o aumento da inclina-

o, mais lquido escoado lateralmente e, consequentemente, mais

lquido coletado por meio da drenagem da camada capilar. Por outro

lado, com o aumento da inclinao, menos lquido retido na camada

capilar por causa do efeito de drenagem lateral.

Outro parmetro estudado foi a variao da massa especfica seca,

ou seja, do grau de compactao da camada capilar. Os resultados

desta srie de ensaios podem ser observados na Figura 13.

Novamente, possvel inferir que quanto maior a massa especfi-

ca seca, menor a quantidade de gua coletada pelo dreno da camada

capilar devido permeabilidade no saturada horizontal ser reduzida

com a compactao do material. Em relao quantidade de gua

retida na camada capilar, esta ser maior com o aumento da massa

especfica seca, devido ao efeito da capilaridade. Esse fenmeno foi

tambm observado nos resultados dos ensaios unidimensionais.

Alm da inclinao e da massa especfica seca da barreira capi-

lar, outra importante varivel a intensidade de chuva. Na Figura

14 apresentada a variao da intensidade de chuva em funo

da gua coletada pelo dreno da camada capilar e da gua coletada

pelo dreno da camada de bloqueio capilar para o teste em escala

de laboratrio conduzido. Apesar do nmero reduzido de ensaios

e da sua relativa elevada disperso, possvel ter um vislumbre da

diminuio do volume de gua retido pela camada capilar devi-

do elevao da intensidade de chuva. Tal fato ocorre porque o

aumento do volume de gua que alcana a camada capilar fora

o surgimento de caminhos preferenciais de fluxo, impedindo que

a gua seja homogeneamente distribuda no material da barrei-

ra capilar, causando uma reduo do que retido pela camada

Massa Especca Seca (g.cm-3)0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9C

oec

ient

e de

Per

mea

bilid

ade

(cm

.s-1)

1,00e-7

1,00e-6

1,00e-5

1,00e-4

1,00e-3

1,00e-2

60% da Massa Especca tima80% da Massa Especca timaMassa Especca tima

Y=2,36387e-16,94983x

R=0,92389

Figura 9 Ensaio de permeabilidade carga constante realizado com resduo slido urbano pr-tratado mecnica e biologicamente com partculas menores do que 4 mm.

Capacidade de Campo

Massa Especca Seca (g.cm-3)

0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

Cap

acid

ade

de C

ampo

(%) -

Bas

e

mid

a

44

46

48

50

52

54

56

58

Y=42,78.X-0,361

R=0,92

Figura 10 Capacidade de campo obtido para resduo slido urbano pr-tratado mecnica e biologicamente aps ensaio de permeabilidade saturada carga constante.



Tabela 1 Resultados dos ensaios unidimensionais realizados para uma barreira capilar construda com resduo slido pr-tratado mecnica e biologicamente.

EnsaioMassa

Especfica SecaVolume de

Vazios InicialMassa Seca w inicial w final (mdio)

Massa de gua Retida

Total do Volume de Vazios Ocupado por gua

g.cm-3 cm3 g % % g %

1 0,82 197,98 285,37 16,1 38,7 180,52 91,2

2 0,66 227,98 214,06 15,8 40,4 145,24 63,7

3 0,57 244,10 197,65 24,8 40,4 133,93 54,9

Teor de Umidade (%)

Altu

ra (c

m)

Altu

ra (c

m)

0

0 10 20 30 40 50 60

5

10

15

20

25

30

35

(A)

Teor

de

Um

idad

e (B

S) M

dio

- 40

,39%

Teor de Umidade (%)

0

0 10 20 30 40 50 60

5

10

15

20

25

30

35

(B)

Teor

de

Um

idad

e (B

S) M

dio

- 40

,42%

Altu

ra (c

m)

Teor de Umidade (%)

0

0 10 20 30 40 50 60

5

10

15

20

25

30

35

(C)

Teor

de

Um

idad

e (B

S) M

dio

- 38

,75%

Figura 11 Resultado dos ensaios unidimensionais em barreira capilar moldada com resduo slido urbano pr-tratado mecnica e biologicamente, com graus de compactao de 60 (A), 80 (B) e 100% (C).

4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

Volu

me

Col

etad

o pe

lo D

reno

da

Cam

ada

Cap

ilar (

mL)

0

1000

2000

3000

4000

5000

ngulo de Inclinao com a Horizontal (Graus) ngulo de Inclinao com a Horizontal (Graus)

4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

Volu

me

Ret

ido

pela

Cam

ada

Cap

ilar (

mL)

8000

10000

12000

14000

16000

18000

20000

Figura 12 Resultados dos ensaios de influncia da inclinao no modelo de escala de laboratrio de uma barreira capilar feita de resduo slido urbano pr-tratado mecnica e biologicamente.

A B



Massa Especca Seca da Camada Capilar (g.cm-3)

0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75

Volu

me

Col

etad

o pe

lo D

reno

da

Cam

ada

Cap

ilar (

mL)

0

1000

2000

3000

4000

5000

Massa Especca Seca da Camada Capilar (g.cm-3)

0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75Vo

lum

e R

etid

o pe

la C

amad

a C

apila

r (m

L)

9500

10000

10500

11000

11500

12000

12500

13000

Figura 13 Influncia de variao da massa especfica no modelo de escala de laboratrio de uma barreira capilar feita de resduo slido urbano pr-tratado mecnica e biologicamente.

A B

Figura 14 Intensidade da chuva versus volume de gua retido pela camada capilar e o volume de gua coletado pelos drenos das camadas capilar e bloqueio capilar.

Intensidade da Chuva (mL.s-1)

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5

Volu

me

Ret

ido

pela

Cam

ada

Cap

ilar (

mL)

9500

10000

10500

11000

11500

12000

12500

13000

1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 3,2

Volu

me

Col

etad

o (m

L)

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

Volume coletado pelacamada capilar

Volume coletado pelacamada de bloqueiocapilar

Intensidade da Chuva (mL.s-1)

A B



Referncias

CABRAL, A.; EL-GHABI, B.; PARENT, S..; MARINEAU, L. (2007) Design and Performance of a Double Capillary Barrier Cover Placed in a MSW Landfill in Quebec, Canada. In: Proceedings Sardinia 2007, Eleventh International Waste Management and Landfill Symposium, CISA publisher, S. Margherita di Pula, Cagliari, Italy; 1-5 October.

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STAUB, M.; GALIETTI, B.; OXARANGO, L.; KHIRE, M.V.; GOURC, J.P. (2009) Porosity and Hydraulic Conductivity of MSW Using Laboratory Scale Tests. In: Third International Workshop Hydro-Physico-Mechanics of Landfills, Braunschweig, Germany, 10-13 March, Paper 21, 10 p.

SUZUKI, M.; IMAI, J.; SAITA, Y.; NISHIGAKI, M. (2005) Substantiations and Analysis for the Capping With the Capillary Barriers. In: Proceedings Sardinia 2005, Tenth International Waste Management and Landfill Symposium, S. Margherita di Pula, Cagliari, Italy; 3-7 October.

VIEIRA, A.M. (2005) Estudo de Barreiras Capilares Comocobertura Final de Aterro de Resduos. Tese (Doutorado), Escola Politcnica da Universidade de So Paulo, So Paulo, Brasil, 265 p.

WEI, J.; WITZSCHE, A. (2005) Results of the Efficiency of the Capillary Barrier System at the Landfill Grix Offenbach-Germany. In: Proceedings Sardinia 2005, Tenth International Waste Management and Landfill Symposium, S. Margherita di Pula, Cagliari, Italy; 3-7 October.

ZARDAVA, K.; POWRIE, W.; WHITE, J. (2009) The Determination of the Moisture Retention Characteristics of Waste Materials Using Vertical Drainage Experiments. In: Third International Workshop Hydro-Physico-Mechanics of Landfills, Braunschweig, Germany, 10-13 March, Paper 23, 10 p.

capilar. Deuma maneira anloga, o aumento do volume de gua

coletado pelas camadas capilar e de bloqueio pode ser explicado.

Assim, neste ensaio em particular, quanto mais gua passou pelos

caminhos preferenciais, menos ficou retida na camada capilar e

mais foi coletada pelos sistemas de drenagem, sendo que o maior

aumento da coleta de gua foi pelo sistema de drenagem da cama-

da de bloqueio capilar.

A capacidade de reteno da barreira capilar construda com

RSU PTMB, para as condies estudadas, no foi comparvelaos

99% de reteno observada por Wei e Witzsche (2005) ou

aos100% deKrisdani etal. (2005) em barreiras capilares expe-

rimentais que foram construdas com solo em aterros sanitrios

da Alemanha. Tal fato se deve s diferenas dos materiais utili-

zados para construir a barreira capilar (solo residual, no caso de

KRISDANI etal., 2005) e na intensidade pluviomtrica sobre as

barreras capilares, que no caso deste trabalho foi superior. Alm

disso, vale comentar que a camada capilar utilizada por Wei e

Witzsche (2005) foi construda com uma espessura de 40 cm,

enquanto a barreira estudada neste trabalho tinha 25 cm de es-

pessura (Figura 7).

Por fim, alguns autores como Wei e Witzsche (2005) e Cabral

etal. (2007) recomendam uma camada denominada de balano h-

drico acima da capilar, o que no caso particular da barreira capilar de

RSU PTMB pode ser bastante interessante.

Concluses

Os ensaios conduzidos neste trabalho propiciaram identificar as

variveis que esto envolvidas em uma barreira capilar construda

com RSU PTMB, tendo havido, contudo, certa disperso dos resulta-

dos, devido natureza do material e, talvez, em funo do mecanismo

responsvel por simular a chuva. Este mecanismo no permitiu um

bom controle da intensidade e da distribuio da chuva, fatores estes

relevantes para o estudo de uma barreira capilar de material de PTMB.

A inclinao e o grau de compactao so os parmetros que in-

fluenciam a eficincia da barreira capilar. Do mesmo modo, o fen-

meno unidimensional, ou simples reteno, parece ser o mais signifi-

cativo que atua em uma barreira capilar construda com RSU PTMB,

em detrimento ao bidimensional.

O controle da taxa de infiltrao de gua em uma barreira capilar

muito importante na implementao de um sistema de barreira ca-

pilar na cobertura de aterros.

Aquela desenvolvida neste estudo uma opo vivel para ser

usada em um aterro sanitrio, devido possibilidade de controle da

infiltrao da gua e ao fato de usar o RSU tratado e no o solo para

construir os sistemas de cobertura em um aterro sanitrio, o que

pode acarretar em economia financeira para a obra. Alm disso, o uso

do RSU PTMB pode representar um ganho significativo no volume

disponvel para armazenamento de RSU no aterro sanitrio.

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Barreira Capitalar Construída Com Resíduo Pré-Tratado