III ESCOAMENTO SUPERFICIAL E A INFILTRAÇÃO EM SOLOS DE COBERTURA (ARENO SILTOSO E ARENOSO) USADOS EM ATERROS SANITÁRIOS

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1 III ESCOAMENTO SUPERFICIAL E A INFILTRAÇÃO EM SOLOS DE COBERTURA (ARENO SILTOSO E ARENOSO) USADOS EM ATERROS SANITÁRIOS Ioana Nicoleta Firta (1) Engenheira Hidráulica, pela Universidade Técnica de Timisoara, Faculdade de Hidráulica e Engenharia Ambiental de Timisoara, Romênia, doutoranda em Engenharia Ambiental na Área de Resíduos Sólidos na UFSC. ioana@ens.ufsc.br Felipe Gustavo Trennepohl (2) Acadêmico do curso de Engenharia Sanitária Ambiental da Universidade Federal de Santa Catarina - UFSC. Bolsista de Iniciação Cientifica pelo cnpq no Laboratório de Pesquisas em Resíduos Sólidos - LARESO da UFSC. fpousis@yahoo.com.br Gisele de Souza (3) Engenheira Sanitarista pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC). Mestre em Engenharia Ambiental pela UFSC. gsouza@ens.ufsc.br Armando Borges de Castilhos Júnior (4) Engenheiro Sanitarista, UFSC, Doutor em Gestão e Tratamento de Resíduos Sólidos Urbanos e Industriais, INSA de Lyon, França, Supervisor do Laboratório de Pesquisas em Resíduos Sólidos LARESO. Professor Adjunto IV do Departamento de Engenharia Sanitária Ambiental da UFSC..borges@ens.ufsc.br Endereço (1) : Campus Universitário CP. 476, Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental, Laboratório de Resíduos Sólidos, Universidade Federal de Santa Catarina Bairro Trindade, CEP: , Florianópolis - SC Tel: (48) , FAX: (48) ioana@ens.ufsc.br RESUMO Na interação formada pelo solo e a atmosfera existe uma quantidade de água que entra e sai deste sistema. A entrada de água é representada pela água de precipitação e a saída pelas perdas de evaporação, infiltração e escoamento superficial. Uma parte da água de entrada fica armazenada no solo e está sempre numa permanente variação. O estudo da contabilização da água de entrada e saída do sistema é denominado de balanço hídrico e é de grande importância na área de agricultura, de irrigação e de aterros sanitários. Neste sentido, o presente estudo procura a analisar o balanço hídrico para dois tipos de solo utilizados como solo de cobertura em aterros sanitários. Como na prática esses parâmetros são muito difíceis de se determinar e medir em campo, optou-se por um estudo em escala piloto onde os parâmetros como infiltração e escoamento superficial são diretamente medidos. O monitoramento foi realizado durante 19 meses com inicio em outubro de 2003 até abril de 2004 e os resultados permitiram realizar uma avaliação do comportamento dos solos escolhidos nas condições climáticas ocorridas. PALAVRAS-CHAVE: Escoamento Superficial, Infiltração, Aterro Sanitário. INTRODUÇÃO A problemática da produção de resíduos sólidos é enfrentada pela sociedade de maneira geral e está diretamente relacionada com o crescimento populacional, com padrões de consumo da sociedade, bem como a intensidade de industrialização, fatores principais que regem a origem e a geração dos resíduos sólidos. Neste sentido, em face desta problemática da geração dos resíduos sólidos, verifica-se que é importante aplicar estratégias de gerenciamento no que tange à redução dos resíduos sólidos, bem como no que se refere à valorização/reaproveitamento destes materiais. Igualmente, existe uma necessidade premente de desenvolvimento e aperfeiçoamento das técnicas de tratamento e disposição final destes resíduos, à exemplo da técnica de aterro sanitário. Efetivamente, a pratica mais utilizada para a disposição dos resíduos sólidos é o aterro sanitário, caracterizado pela simplicidade de execução e baixo custo. A técnica de aterros sanitários prevê a disposição de uma ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 1

2 camada de solo de cobertura após cada camada de lixo, operação repetida até se chega na capacidade final do aterro, onde após é colocada uma camada final impermeável. Neste sentido, o solo de cobertura tem as seguintes funções dentro do aterro: Controlar a infiltração de água no interior do aterro, de maneira a que a produção de líquido percolado seja mínima; Controlar a liberação dos gases do aterro; Representar uma proteção para saúde pública através da separação física entre a massa de resíduos sólidos e o meio ambiente. O tipo mais comum de revestimento de solo compactado é o construído a partir de solo de ocorrência natural, que contém significativa quantidade de argila, ou seja, solos classificados como CL (solo argiloso de baixa plasticidade), CH (solo argiloso de alta plasticidade) ou SC (solo areno-argiloso) no sistema de classificação unificado (ASTM D-2487). Tipos de solos próprios para revestimentos minerais incluem solos residuais ou transportados. Rochas altamente intemperizadas, como argilitos e lamitos, podem ser empregadas como revestimentos minerais, desde que convenientemente processadas. Os materiais são escavados de locais denominados caixas de empréstimo, os quais podem ser usados diretamente sem processamento ou podem ser processados para alterar o conteúdo d água, desagregar pedaços maiores de material ou remover partículas de maior diâmetro (Castilhos, 2003). Camadas de cobertura compactadas usadas em sistemas de cobertura finais devem ser os mais maleáveis possíveis (para acomodar diferentes adensamentos) e devem ser resistentem a rachaduras caso o clima da região submeta o material a variações de umidade ocasionando retrações. Misturas de argila e areia são materiais ideais devido à resistência ao encolhimento e quebra por retração. Argilas comerciais, bentonitas, são indicadas para misturas com outros materiais (solos naturais, resíduos), como objetivo de alcançar um menor coeficiente hidráulico contribuindo para uma melhor performance na aplicação de coberturas de aterros. O estudo do comportamento hídrico de solos de cobertura de aterros sanitários permite uma quantificação mais precisa da geração de líquidos percolados, e as analises do potencial de água nos solos de cobertura são conhecidas como análises de balanço hídrico. Muitas pesquisas são realizadas com o objetivo de compreender as relações entre os diversos fatores que influenciam a geração de líquido percolado em aterros sanitários. Grande parte destas só obtém resultados significativos ao longo prazo, e com grande demanda de dados de campo e recursos. Através da presente pesquisa, se procura medir e monitorar em escala reduzida, parâmetros como infiltração e escoamento superficial de dois tipos de solos utilizados na pratica como material de cobertura em aterros sanitários. OBJETIVOS Monitorar o escoamento superficial e a infiltração em solos de cobertura (solo areno siltoso e arenoso); Observar as variações do escoamento superficial e da infiltração devidas ao tipo de solo; Analisar o comportamento hídrico em aterros sanitários através dos mecanismos envolvidos nas camadas de cobertura. MATERIAIS E MÉTODOS No presente trabalho foram analisados dois tipos de solos de cobertura: um solo areno siltoso e um arenoso, para quais foram monitorados dois parâmetros: infiltração e escoamento superficial. O monitoramento do escoamento superficial e da infiltração em solos foi realizado diariamente no piloto experimental apresentado na FIG. 1. A construção do piloto consiste em dois compartimentos, um para cada tipo de solo. Nas extremidades, os compartimentos são previstos com um reservatório que tem a função de ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 2

3 acumular o escoamento superficial. Para assegurar a estabilidade do solo e evitar perdas do mesmo, dentro do reservatório existe uma grade metálica perfurada vestida numa camada de geotêxtil. O piloto é exposto às condições atmosféricas naturais e para evitar a entrada da precipitação foi previsto um telhado metálico montado numa certa inclinação na estrutura do piloto. FIGURA 1 Vista lateral do piloto experimental e detalhes construtivos Telhado Janelas de acrílico Cada compartimento é previsto nas suas extremidades com uma janela de acrílico que permitem visualizar os fenômenos que ocorrem dentro da camada. Para os dois tipos de solos foram realizados ensaios de permeabilidade, determinação da umidade ótima e determinação da curva granulométrica. A umidade ótima apresenta uma extrema importância para o processo de compactação dos solos nos compartimentos do piloto. FIGURA 2 Ensaio de compactação para os solos 1,74 1,65 1,73 1,72 1,64 Massa Específica Aparenta do Solo Seco ( g/cm³) 1,71 1,70 1,69 1,68 1,67 1,66 1,65 1,64 Solo areno siltoso Massa Específica Aparenta do Solo Seco ( g/cm³) 1,63 1,62 1,61 1,60 Solo arenoso 1,63 0,00% 2,00% 4,00% 6,00% 8,00% 10,00% 12,00% 14,00% 16,00% 18,00% 20,00% Teor de Umidade 1,59 10,00% 20,00% 30,00% Teor de Umidade M.E.A. Máxima do Solo Seco ( g/cm³ ) 1,73 Umidade Ótima: 14,4% M.E.A. Máxima do Solo Seco ( g/cm³ ) 1,66 Umidade Ótima: 19,0% Os solos foram compactados manualmente nos compartimentos do piloto, na umidade ótima obtida nos ensaios laboratoriais. Na Fig. 3 apresenta-se uma vista dos dois compartimentos com o solo já compactado. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 3

4 Figura 3 Compactação dos solos Solo areno siltoso Permeabilidade K = 2,27 x10-6 cm/s Solo arenoso Permeabilidade K = 6,19 x10-6 cm/s Os volumes correspondentes à infiltração e escoamento superficial são acumulados em caixas separadas com capacidade de 78 litros cada uma. Para a quantificação dos volumes utiliza-se um jarro graduado, com volume total de 2 litros e uma garrafa com capacidade de 3,7 litros, sem graduação, auxiliando nos dias de maior precipitação. Outro parâmetro medido no local é a precipitação. A precipitação é medida através de um pluviômetro instalado nas proximidades do experimento. RESULTADOS OBTIDOS Os resultados do monitoramento realizado, referente aos parâmetros anteriormente descritos são apresentados na tabela seguinte: Tabela 1: Entrada e saída de água no sistema solo-atmosfera no piloto experimental Solo areno siltoso Solo arenoso Precipitação E s c. S u p. In filtra ç ã o E s c. S u p. In filtra ç ã o Data (m m ) (m m ) (m m ) (m m ) (m m ) o u t/0 3 3,7 9 0,5 2 0,1 9 0,0 7 0,3 3 n o v /0 3 6,1 6 1,3 6 0,5 3 1,0 5 1,2 9 d e z /0 3 5,7 7 4,0 7 1,2 1 0,9 5 1,4 1 jan/04 8,99 2,10 2,22 2,56 2,04 fev/04 3,66 1,03 0,46 0,44 0,44 mar/04 8,25 1,81 0,94 1,33 0,77 a b r/0 4 4,6 8 0,7 1 0,9 2 0,8 0 0,8 8 mai/04 7,47 2,76 2,90 3,74 2,60 jun/04 2,16 1,07 1,52 1,29 1,56 jul/04 2,43 0,60 0,50 0,78 0,40 ago/04 2,19 0,00 0,00 0,00 0,00 s e t/0 4 2,9 5 0,7 6 0,1 6 0,1 6 0,4 9 o u t/0 4 4,4 5 0,9 5 0,6 5 0,5 4 0,4 5 n o v /0 4 3,3 1 0,6 4 0,8 2 0,4 1 0,7 4 d e z /0 4 5,1 8 1,0 0 3,5 0 0,8 2 0,9 4 ja n /0 5 6,6 0,7 1 0,7 4 0,3 9 0,5 2 fev/05 5,19 1,34 1,06 1,02 1,08 mar/05 4,38 1,47 0,72 0,22 1,69 a b r/0 5 5,6 3 1,5 5 0,7 6 0,5 7 0,8 0 Total 93,24 24,45 19,82 17,16 18,42 Os gráficos seguintes apresentam resultados do monitoramento da infiltração e escoamento superficial no período de 25 de setembro de 2003 ate 27 de abril de 2005, para os dois tipos de solos. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 4

5 Figura 4 Escoamento superficial e da infiltração para o solo areno siltoso Solo Areno Siltoso 90,00 Parâmetros (mm) 75,00 60,00 45,00 30,00 15,00 0,00 25/09/03 03/01/04 12/04/04 21/07/04 29/10/04 06/02/05 Precipitação (mm) Evaporação (mm) Escoamento Superficial (mm) Tempo (dias) Inflitração (mm) Figura 5 Escoamento superficial e da infiltração para arenoso Solo Arenoso 90,00 Parâmetros (mm) 75,00 60,00 45,00 30,00 15,00 0,00 25/09/03 03/01/04 12/04/04 21/07/04 29/10/04 06/02/05 Precipitação (mm) Evaporação (mm) Tempo (dias) Escoamento superficial (mm) Infiltração (mm) Os dados de precipitação neste período são apresentados no gráfico da FIG.6, a seguir: Figura 6 Precipitação 120,00 Precipitação 100,00 80,00 60,00 40,00 20,00 0,00 16/09/03 25/12/03 03/04/04 12/07/04 20/10/04 28/01/ 05 08/ 05/ 05 Tempo (dias) Precipitação (mm) ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 5

6 CONCLUSÕES Os resultados da medição do escoamento superficial e da infiltração nos dois tipos de solos de cobertura escolhidos confirmaram as expectativas iniciais, mostrando que o solo mais permeável (arenoso) apresenta mais infiltração e menor escoamento superficial e o solo menos permeável (areno siltoso) apresenta menos infiltração e maior escoamento superficial. Através da contabilização de entradas e saídas de quantidades de água nos solos estudados no período de 19 meses foi concluído: 26,22% da precipitação escoa superficialmente e 21,26% infiltra no solo areno siltoso; 18,40% da precipitação escoa superficialmente e 19,76% infiltra no solo arenoso. O solo mais permeável apresentou um coeficiente de permeabilidade de K = 6,19 x 10-6 cm/s e o solo menos permeável um coeficiente de K = 2,27 x 10-6 cm/s. Dentro das normas brasileiras não existem especificações sobre os valores do coeficiente de permeabilidade dos solos de cobertura, mas geralmente na prática se exige um valor menor de 10-4 cm/s. Os resultados foram de acordo com os testes de permeabilidade realizados no laboratório e as expectativas dos processos ocorreram de maneira similar ao que ocorre na prática. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. CASTILHOS, A. B. J., LANGE, L. C., GOMES, L. P., PESSIN, N. Resíduos Sólidos Urbanos: Aterro sustentável para municípios de pequeno porte. Programa de Pesquisa em Saneamento básico PROSAB 3. ABES, Rio de Janeiro, CETESB. Resíduos Sólidos Industriais. Companhia de Tecnologia e Saneamento Ambiental, São Paulo, 2a ed CORREA SOBRINHO, N. L. C., AZEVEDO, R. F. Considerações sobre o funcionamento do Sistema de Cobertura do Balanço Hídrico de Aterros Sanitários. 4 Congresso Brasileiro de Geotécnica Ambiental, São Jose de Campos, SP, p , KOERNER, R. M., DANIEL, D. E. Final Covers for Solid Waste Landfills and Abandoned Dumps. American Society of Civil Engineers, ISBN , LU, J. C. S., EICHENBERG, B., & STEARNS, R. J. Leachate from Municipal Landfills, Production and Management. Pollution Technology Review. New Jersey: Noyes Publications, n. 119, 1981 ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 6