aluno: douglas santos orientador: prof. associado osni josé pejon · orientador: prof. associado...

UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO

ESCOLA DE ENGENHARIA DE SÃO CARLOS

ENGENHARIA AMBIENTAL

ESTUDO DA INFLUÊNCIA DE CONTAMINANTES INORGÂNICOS

NA CONDUTIVIDADE HIDRÁULICA DE LINERS ARGILOSOS

COMPACTADOS

Aluno: Douglas Santos

Orientador: Prof. Associado Osni José Pejon

Monografia apresentada ao curso de

graduação em Engenharia Ambiental da

Escola de Engenharia de São Carlos da

Universidade de São Paulo.

São Carlos, SP

2010

AUTORIZO A REPRODUÇÃO E DIVULGAÇÃO TOTAL OU PARCIAL DESTE TRABALHO, POR QUALQUER MEIO CONVENCIONAL OU ELETRÔNICO, PARA FINS DE ESTUDO E PESQUISA, DESDE QUE CITADA A FONTE.

Ficha catalográfica preparada pela Seção de Tratamento da Informação do Serviço de Biblioteca – EESC/USP

Santos, Douglas S237e Estudo da influência de contaminantes inorgânicos na

condutividade hidráulica de liners argilosos compactados / Douglas Santos ; orientador Osni José Pejon. –- São Carlos, 2010.

Monografia (Graduação em Engenharia Ambiental) --

Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo, 2010.

1. Solo argiloso. 2. Compactação de solos.

3. Permeabilidade do solo. 4. Condutividade hidráulica do solo. 5. Transporte de sedimentos. 6. Poluentes ambientais. I. Titulo.

AGRADECIMENTOS

Agradeço primeiramente à minha família, por ter dado o suporte necessário para

realizar minha graduação.

Agradeço ao professor Osni por toda a atenção e incentivo.

Aos técnicos que ajudaram bastante, especialmente o “Seu” Antônio, o Zé Luiz e o

Oscar.

Ao Marcos por ter fornecido as amostras utilizadas e pela ajuda no laboratório.

A todo o pessoal do Departamento de Geotecnia, aos alunos da Pós e ao professor

Lázaro pelo clima sempre descontraído, sem deixar de lado a excelência.

À Universidade de São Paulo pela oportunidade e ao CNPq pela bolsa concedida.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Mapa da localização dos pontos de coleta das amostras na região de Rio Claro, SP (MUSSO, 2008)........................................................................................................................31

Figura 2 - Permeâmetro.............................................................................................................35Figura 3 - Partes constituintes dos permeâmetros. ...................................................................35

Figura 4 - Prensa mecânica utilizada na compactação das amostras........................................38Figura 5 - Detalhes do êmbolo utilizado na compactação (a) e da placa metálica montada no

permeâmetro (b)........................................................................................................................38Figura 6: Reservatório para a aplicação da solução pressurizada nos permeâmetros...............40

Figura 7 - Painel para controle da pressão aplicada..................................................................41Figura 8 - Reservatório para o Cp1...........................................................................................41

Figura 9 - Frascos de Mariotti...................................................................................................41Figura 10 - Fotômetro de chama da marca Micronal, modelo B262 (SOUZA, 2009).............43

Figura 11 - Condutividade hidráulica do Cp1 com água destilada e com KCl 0,01M.............46Figura 12 - Condutividade hidráulica da Cp4 com e sem a pedra porosa e com a solução de

KCl 0,01M................................................................................................................................47Figura 13 - Condutividade hidráulica do Cp2 com água destilada e com solução de KCl

0,05M........................................................................................................................................49Figura 14 - Curva de chegada do Cp2 em C/C0 por volumes de vazio percolados..................49

Figura 15 - Curva de chegada do Cp2 em C/C0 por dias de ensaio..........................................49Figura 16 - Condutividade hidráulica do Cp5, com e sem pedra porosa, para água destilada e

solução de KCl 0,05M..............................................................................................................50Figura 17 - Curva de chegada do Cp5 em C/C0 por volumes de vazio percolados..................50

Figura 18 - Curva de chegada do Cp5 em C/C0 por dias de ensaio..........................................51Figura 19 - Condutividade hidráulica do Cp3 para água destilada e solução de KCl 0,1M.....51

Figura 20 - Curva de chegada do Cp3 em C/C0 por volumes de vazio percolados..................52Figura 21 - Curva de chegada do Cp3 em C/C0 por dias de ensaio...........................................52

Figura 22 - Condutividade hidráulica do Cp6, com e sem pedra porosa, para água destilada e solução de KCl 0,1M................................................................................................................53

Figura 23 - Curva de chegada do Cp6 em C/C0 por volumes de vazio percolados..................53Figura 24 - Curva de chegada do Cp6 em C/C0 por dias de ensaio..........................................53

Figura 25 - Condutividade hidráulica do Cp7 para água destilada e solução de KCl 0,01M.. .54Figura 26 - Curva de chegada do Cp7 em C/C0 por volumes de vazio percolados..................55

Figura 27 - Curva de chegada do Cp7 em C/C0 por dias de ensaio..........................................55Figura 28 - Condutividade hidráulica do Cp8 para água destilada e solução de KCl 0,05M.. .56

Figura 29 - Curva de chegada do Cp8 em C/C0 por volumes de vazio percolados..................56Figura 30 - Curva de chegada do Cp8 em C/C0 por dias de ensaio..........................................57

Figura 31 - Condutividade hidráulica do Cp9 para água destilada e solução de KCl 0,1M.....58Figura 32 - Curva de chegada do Cp9 em C/C0 por volumes de vazio percolados...................58

Figura 33 - Curva de chegada do Cp9 em C/C0 por dias de ensaio..........................................58

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Granulometria..........................................................................................................33

Tabela 2 - Massa específica seca(ρd), massa específica dos sólidos(ρs) e umidade ótima........33

Tabela 3 - Resultados dos ensaios de expansão livre máximos de cada amostra.....................33

Tabela 4 - Pressão de expansão máxima (kPa).........................................................................33

Tabela 5 - Resultados para os limites de Consistência.............................................................33

Tabela 6 - Adsorção de Azul de Metileno (CTC).....................................................................34

Tabela 7 - Dados dos corpos de prova utilizados......................................................................39

Tabela 8 - Fator de correção Ck em função da temperatura (STACANTI, 1981).....................42

SUMÁRIO

Lista de figuras ............................................................................................................................ 7 Lista de tabelas ............................................................................................................................ 8

Sumário ....................................................................................................................................... 9 Resumo ...................................................................................................................................... 11

Abstract ..................................................................................................................................... 12

1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................... 13 1.1 Objetivos ....................................................................................................................... 14

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ............................................................................................. 15 2.1 Liners argilosos compactados ..................................................................................... 15

2.2 Argilominerais ............................................................................................................... 16 2.3 Compactação de solos ................................................................................................... 18

2.4 Condutividade hidráulica em liners .............................................................................. 19 2.5 Transporte de contaminantes em meio poroso .............................................................. 20

2.5.1 Advecção ............................................................................................................... 20 2.5.2 Dispersão Hidrodinâmica ...................................................................................... 21

2.5.2.1 Dispersão mecânica ....................................................................................... 21 2.5.2.2 Difusão molecular .......................................................................................... 21

2.5.3 Dupla Camada Elétrica .......................................................................................... 22 2.6 Capacidade de troca de cátions ..................................................................................... 24

2.7 Ensaios de Coluna ......................................................................................................... 24 2.8 Batch tests ...................................................................................................................... 27

2.9 Coeficiente de dispersão hidrodinâmica e Fator de retardamento ................................ 28 3 MATERIAIS E MÉTODOS ................................................................................................. 31

3.1 Permeâmetro .................................................................................................................. 34 3.2 Teor de umidade ........................................................................................................... 35

3.3 Compactação da amostra ............................................................................................... 37 3.4 Ensaio de permeabilidade .............................................................................................. 38

3.5 Sistema de Percolação .................................................................................................. 39 3.6 Determinação da condutividade hidráulica e do fator de retardamento ....................... 42

4 RESULTADOS E DISCUSSÃO .......................................................................................... 45 4.1 Corpos de prova 1 e 4 .................................................................................................... 45

4.2 Corpos de prova 2 e 5 ................................................................................................... 48 4.3 Corpos de prova 3 e 6 .................................................................................................... 51

4.4 Corpos de prova 7, 8 e 9 ................................................................................................ 54 5 CONCLUSÃO ...................................................................................................................... 59

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...................................................................................... 61

RESUMO

SANTOS, D. Estudo da influência de contaminantes inorgânicos na condutividade

hidráulica de liners argilosos compactados. 2010. 63f. Monografia – Escola de Engenharia

de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos, 2010.

O objetivo desse trabalho é estudar um solo da região de Rio Claro/SP associado à

Formação Corumbataí, para ser utilizado na construção de liners. A condutividade hidráulica,

a expansibilidade e a capacidade de retardamento do solo compactado foram avaliadas de

acordo com as concentrações iônicas das soluções de KCl percoladas. Os ensaios foram

realizados em nove corpos de prova com duas diferentes amostras de solo, testando três

concentrações diferentes de KCl (0,1M, 0,01M e 0,05M). Em três dos permeâmetros foi

utilizada uma pedra porosa na fase de saturação com água destilada, que foi retirada

posteriormente para permitir a avaliação do comportamento do solo ao expandir-se

livremente. Foi determinada a quantidade de potássio no material percolado para confeccionar

as curvas de chegada do poluente. Concluiu-se que a expansão livre do solo causa um

aumento em sua permeabilidade, e que adição da solução de KCl interferiu muito pouco na

condutividade hidráulica do liner.

Palavras-chave: Liner argiloso compactado; Ensaios em Coluna ; Permeabilidade; Transporte

de poluentes.

ABSTRACT

SANTOS, D. Study of Influence of inorganic contaminants on hydraulic conductivity of

compacted clayey liners. 2010. 63f. Monograph – Escola de Engenharia de São Carlos,

Universidade de São Paulo, São Carlos, 2010.

The purpose of this work is to study a soil sample from Rio Claro/SP associated with

Corumbataí Formation, to be used in the construction of liners. The hydraulic conductivity,

expansibility and retardation capability of the compacted soil were evaluated according to the

ionic concentrations of KCl solutions percolated. The tests were performed on nine specimens

with two different soil samples testing three different concentrations of KCl (0.1M, 0.01M

and 0.05M). Three of the permeameters had a porous stone at the saturation phase with

distilled water, which was later withdrawn to allow for the evaluation of the soil's behavior as

it expands freely. The amount of potassium in the leachate material was detemined, then the

breakthrough curves of the pollutant were constructed. It was concluded that the free

expansion of the soil causes an increase in its permeability, and that the addition of KCl

solution interfered very little in the hydraulic conductivity of the liner.

Keywords: Compacted clayey liner; Column tests; Permeability; Pollutants transport

13

1 INTRODUÇÃO

A disposição de resíduos sólidos geralmente é realizada na forma de aterros sanitários.

Estes devem apresentar em sua base uma camada selante (ou liner) que funcione como uma

barreira à percolação de poluentes e que ajude a reter os lixiviados de forma a minimizar os

impactos negativos aos recursos hídricos subterrâneos.

Esta barreira pode ser de argila compactada (CCL) ou de geotexteis com bentonita

(GCL), podendo possuir também uma cobertura de geomembrana de polietileno de alta

densidade (HDPE). Os GCL são produtos industrializados e possuem composição conhecida,

portanto é esperado um comportamento mais bem definido em relação à sua condutividade

hidráulica em comparação com os CCL.

Os CCL devem ser estudados caso a caso, uma vez que cada solo possui composição

mineralógica diferente e processos de alteração que variam com o tempo; com o clima e com

a altitude, devendo ser determinadas a sua condutividade hidráulica e a variação na

condutividade de acordo com o contaminante esperado.

Para os ensaios serão utilizados permeâmetros com corpos de prova de solo

compactado a 100% do Proctor Normal utilizando-se duas diferentes amostras já

caracterizadas em estudo prévio.

Os permeâmetros utilizados serão confeccionados de duas maneiras, permitindo a

expansão do solo e sem permitir expansão, a fim de se avaliar como a passagem da solução

salina afeta a permeabilidade do solo considerando o efeito de sua expansão.

Em seguida, será utilizado um sistema de ar comprimido para aplicar uma carga

hidráulica inicial de 20kPa, forçando a passagem da água no corpo de prova até a saturação do

mesmo. Em seguida, a pressão será aumentada para a realização dos ensaios de

14

permeabilidade, primeiramente com água destilada e, em seguida, com as três soluções de

KCl, coletando o percolado para análise da concentração de potássio.

1.1 Objetivos

O objetivo desse trabalho é estudar amostras de solo coletadas na região de Rio

Claro/SP, pertencentes à Formação Corumbataí, para serem utilizadas na construção de

liners. As amostras serão submetidas a ensaios de condutividade hidráulica, avaliando a

influência das variações da concentração iônica das soluções percolantes no comportamento

do solo compactado e no retardamento de poluentes, verificando também os efeitos da

expansão do solo. O poluente a ser estudado será o KCl, na forma de soluções com

concentrações de 0,01M, 0,05M e 0,1M.

15

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1 Liners argilosos compactados

Os Liners argilosos compactados são camadas de solos argilo-arenosos ou areno-

argilosos compactados, com aproximadamente 1m de espessura, e são utilizados para proteger

o solo de contaminações, sendo os pontos críticos de seu estudo a permeabilidade e a

compatibilidade entre a argila presente no solo e o contaminante em questão (ROWE et al.,

1995).

Os liners instalados na base dos depósitos de rejeitos têm como função principal a

redução da condutividade hidráulica, de maneira a evitar a infiltração de poluentes e

contaminação do solo ou do aquífero. Os liners também podem ser utilizados para proteção de

canais, reservatórios, diques, lagoas de tratamento de resíduos, lagoas de rejeito, aterros

sanitários, etc. (LEITE, 1997).

Verificou-se que nos liners de materiais argilosos naturais ocorre fluxo de poluentes

mesmo quando a permeabilidade é quase nula, sendo que, neste caso, a difusão molecular

vem sendo apontada como o principal agente de contaminação, podendo ser a principal causa

do comprometimento da segurança do liner (CROOKS e QUIGLEY, 1984; SHACKELFORD

e DANIEL, 1991a apud LEITE, 1997).

Os materiais naturais para aplicação em liners devem ser retirados preferencialmente

de jazidas próximas ao local de aplicação, para que eles sejam economicamente viáveis

(LEITE, 1997).

Segue uma lista de especificações para a construção desse tipo de liner, de acordo com

os autores Rowe et al. (1995) e Falqhar (1994) apud Boff (1999):

16

• Condutividade hidráulica (K) com valor 10-9m/s ou menor, sem fraturas naturais ou

induzidas pela compactação;

• Apresentar baixa condutividade hidráulica devido à presença de argilominerais, com

um mínimo de 15-20% de partículas menores que 2µm; mais de 50% de partículas

pertencentes às frações silte e argila (não considerando as argilas expansivas) e índice

de plasticidade maior que 7% e atividade coloidal maior que 0,3;

• A barreira deve ser compatível com o líquido percolante, isto é, ele não poderá

aumentar consideravelmente a condutividade hidráulica da mesma;

• A espessura mínima do liner para resíduos domésticos deverá ser de aproximadamente

1m, enquanto que, para um resíduo considerado tóxico o valor exigido é geralmente de

3 a 4 m, podendo chegar a 15m, havendo também sistemas de liners compostos ou

múltiplos.

Leite (1997) cita que as novas legislações ambientais estão gradualmente

determinando o abandono do uso de solos argilosos em estado natural como liners, porque as

características de transporte e atenuação de contaminantes não são bem conhecidas, em

função da heterogeneidade do meio, sendo este um dos motivos para a escolha do liner de

argila compactada.

2.2 Argilominerais

De acordo com Pinto (2002), os feldspatos são minerais que se alteram rapidamente, e

sua decomposição dá origem aos argilominerais, que constituem a fração mais fina dos solos,

geralmente com dimensões inferiores a 0,005 mm. Seu tamanho reduzido e constituição

mineralógica fazem com que o comportamento dessas partículas seja extremamente

diferenciado com relação ao dos grãos de silte e de areia.

17

Uma característica importante dos argilominerais apontada por Yong (2001) é sua

grande área superficial específica, que consiste na razão entre a superfície total de um

conjunto de partículas e a sua massa.

Existem dois tipos de estruturas químicas que constituem os argilominerais: uma

estrutura de tetraedros justapostos num plano, com átomos de silício ligados a quatro átomos

de oxigênio, (SiO2), e outra de octaedros, na qual existem átomos de alumínio circundados

por oxigênio ou hidroxilas [Al(OH)3]. Essas estruturas estão ligadas umas às outras por

átomos de oxigênio pertencentes a ambas (PINTO, 2002).

O mesmo autor afirma que há basicamente dois tipos de estruturas de camada que dão

origem aos grupos de argilominerais mais conhecidos. O primeiro tipo de estrutura, chamado

1:1, cujo exemplo é o grupo das caulinitas, e é formada por uma camada tetraédrica e uma

octaédrica que se encontram firmemente empacotadas com ligações de hidrogênio impedindo

sua separação e permitindo a introdução de água entre elas. Já na estrutura chamada 2:1 o

arranjo octaédrico encontra-se entre duas estruturas do arranjo tetraédrico. Nestes minerais, as

ligações entre as camadas são mais fracas que as ligações entre camadas de caulinita. Os

grupos que apresentam essa estrutura são o das esmectitas e o das ilitas.

O autor ainda afirma que as bordas das partículas argilosas podem apresentar cargas

positivas resultantes da descontinuidade da estrutura molecular, mas íons negativos podem

neutralizar essas cargas. Os cátions são facilmente trocáveis por percolação de soluções

químicas, e o comportamento de uma argila é determinado pelo tipo de cátion presente em sua

composição.

Yong (2001) cita como grupos principais de argilominerais encontrados na natureza as

caulinitas, as ilitas, as cloritas, as esmectitas-vermiculitas e as montmorilonitas.

18

2.3 Compactação de solos

A compactação de um solo consiste na redução de seu volume de vazios obtida ao

expulsar o ar presente no solo, utilizando-se processos manuais ou mecânicos, com o objetivo

de aumentar sua resistência e torná-lo mais estável. Outras características são melhoradas sob

o ponto de vista geotécnico como a permeabilidade; a compressibilidade e a absorção de água

(CAPUTO, 1967 e PINTO, 2002).

Segundo Pinto (2002) e vários outros autores, o início da técnica de compactação é

atribuído ao engenheiro norte americano Ralph R. Proctor, que publicou em 1933 suas

observações sobre a compactação de aterros, mostrando que, para uma dada energia de

compactação (número de golpes desferidos por um soquete em uma amostra confinada em um

molde, ou um certo número de passadas de um equipamento de campo sob o solo), a massa

específica resultante depende do teor de umidade do solo. Ao se compactar um material com

baixo teor de umidade, o atrito entre as partículas é muito elevado, e não se obtém uma

redução significativa dos volumes de vazios, o que é mais facilmente obtido quando o solo

apresenta maior umidade. Caso o teor de umidade seja muito alto, o grau de saturação do solo

será grande o bastante para não permitir a saída do ar presente nos vazios, pois este estará

ocluso, ou seja, envolto por água. Portanto, para cada energia de compactação aplicada existe

uma umidade ótima wot a qual corresponde uma massa específica seca máxima ρd.

De acordo com Rowe et al. (2005), a condutividade hidráulica normalmente decresce

de forma acentuada quando o solo é compactado entre 2% e 4% acima da umidade ótima.

Essa queda é atribuída normalmente à existência de estruturas dispersas quando o solo é

compactado na umidade ótima.

19

2.4 Condutividade hidráulica em liners

A propriedade considerada mais importante para o projeto de um liner é a

condutividade hidráulica, cujo valor exato deverá ser avaliado caso a caso, pois depende de

uma série de fatores. A condutividade hidráulica é muitas vezes confundida com o

coeficiente de permeabilidade, pois ambos derivam da equação de Darcy, que trata da

velocidade de fluidos em meios porosos (LEITE, 1997).

Freeze e Cherry (1979) afirmam que os dois termos referem-se a conceitos diferentes,

sendo o primeiro tanto do meio poroso quanto do percolante e o segundo somente do meio

poroso. Seguem as expressões que calculam e correlacionam os dois fatores:

A Lei de Darci pode ser expressa como:

(2.1.1)

(2.1.2)

Onde Q é a vazão percolada; K a condutividade hidráulica; i o gradiente hidráulico e

A a área da seção transversal.

(2.1.3)

Onde C é uma constante de proporcionalidade que considera influências do solo

exceto o diâmetro das partículas, d é o diâmetro do recipiente, ρ é a densidade do fluido, g é a

aceleração da gravidade e μ a viscosidade dinâmica do fluido.

A equação 2.1.5 correlaciona os fatores mencionados.

(2.1.4)

(2.1.5)

k = Cd 2

K=Cd2 ρg

μ

Q=−K . i .a

K=kρg

μ

Q=−K .dhdl

. A

20

As variáveis envolvidas no coeficiente K dos solos segundo Yong et al. (1992) podem

ser divididas em:

i. Variáveis físicas: tamanho das partículas; volume de vazios; geometria dos canais;

método de compactação; grau de saturação; gradientes hidráulicos.

ii. Variáveis químicas: permeabilidade intrínseca e relação entre a composição do

solo e do fluido.

Santos (1987) define três tipos de estruturas presentes nas frações finas dos solos, que

são influentes na condutividade hidráulica dos solos: a microfábrica que é uma estrutura que

admite poucas condições de fluxo e consiste em agregados regulares de grãos com espaços

vazios (menores que 1µm); a minifábrica englobando os agregados e os poros entre eles

(maiores que dezenas de mícrons) e a macrofábrica, que é definida por estruturas porosas ou

macroporos, formadas pelas laminações, fissuras, rachaduras, cavidades de raízes, que são as

principais responsáveis pela permeabilidade dos solos.

2.5 Transporte de contaminantes em meio poroso

De acordo com Oliveira (2002), a movimentação de contaminantes nos meios porosos

é governada por diversos processos químicos e físicos. Quanto aos fenômenos físicos,

destacam-se a advecção e a dispersão hidrodinâmica; dentre os fenômenos químicos, a autora

cita as diversas reações químicas que podem ocorrer entre a solução contaminada e o solo,

podendo implicar em ganho ou perda de massa de soluto para o solo.

2.5.1 Advecção

A advecção consiste no movimento do soluto transportado por um fluxo hidráulico em

meio poroso, no qual a taxa de transporte do soluto se relaciona com a velocidade da água,

21

para o caso de solutos que não interagem com o meio poroso (FREEZE e CHERRY, 1979 e

OLIVEIRA, 2002).

2.5.2 Dispersão Hidrodinâmica

A dispersão hidrodinâmica é o aspecto macroscópico dos íons dissolvidos através

dos poros, responsável pelo seu espalhamento através de uma pluma de poluentes que se

expande na medida em que infiltra no material. A dispersão hidrodinâmica possui duas

componentes: dispersão mecânica e a difusão molecular, sendo a última o principal

mecanismo de contaminação em liners com condutividade hidráulica muito baixa (FREEZE e

CHERRY, 1979 e OLIVEIRA, 2002).

2.5.2.1 Dispersão mecânica

É um processo de mistura mecânica causada pela variação da velocidade do fluido

dentro do meio poroso, tornando a pluma de poluentes cada vez mais dispersa com o passar

do tempo, pois diferentes porções do soluto adquirem velocidades diferentes devido à

heterogeneidade do meio (FREEZE e CHERRY, 1979; ROWE et al., 1995 e OLIVEIRA,

2002).

2.5.2.2 Difusão molecular

Difusão molecular é um processo que depende de gradientes de concentração, e

considera-se o principal processo envolvido em liners de materiais naturais com valor baixo

de condutividade hidráulica K (LEITE ,1999).

Segundo o mesmo autor, trata-se de um processo irreversível, e consiste no

movimento dos íons e moléculas sob a influência da energia cinética na direção do gradiente

de concentração, o que causa uma mistura devido ao movimento aleatório, sendo que a pluma

22

de poluentes move-se das regiões de maior para as de menor concentração, ocorrendo mesmo

na ausência de fluxo hidráulico.

O processo de difusão é menor no solo e em meios porosos em geral devido à presença

de partículas sólidas, pois elas geram tortuosidades nas trajetórias de fluxo. Outros motivos

que podem ser apresentados são: o pequeno volume de fluido para o fluxo (porosidade); a

retenção de íons e moléculas nas superfícies das partículas (retardamento); a biodegradação

de solutos orgânicos, entre outros (FREEZE e CHERRY, 1979; ROWE et al., 1995 e

OLIVEIRA, 2002).

2.5.3 Dupla Camada Elétrica

Definem-se os coloides como macromoléculas e partículas pequenas que não se

assentam facilmente quando em suspensão. Essa suspensão se mantém devido à solvatação

(ligação de íons a moléculas de água) e devido às cargas superficiais superarem as

gravitacionais(LEITE, 1997).

Os coloides incluem argilas, óxidos e hidróxidos de metais, bactérias, vírus, proteínas

e fibras de polpa, e variam de 0,001 a 1 mícron (µm) (LEITE, 1997 op. cit.).

Os coloides podem ser classificados como liofílicos (possuem afinidade com o meio

dispersante) ou liofóbicos (são retidos pelo meio dispersante). Argilas em geral comportam-se

como coloides liofóbicos, sendo que algumas (como exemplo as esmectitas) comportam-se

como liofílicas (LEITE, 1997 op. cit.).

Os coloides hidrofóbicos formam interfaces com a água, enquanto que os hidrofílicos

são cercados por moléculas de água e ligados por forças de atração(LEITE, 1997 op. cit.).

Apesar do comportamento hidrofóbico das argilas, ocorrem reações entre elas e os

líquidos circundantes, nas quais os íons são atraídos por forças eletrostáticas e acumulam-se

23

rente a superfície com sinal contrário, ao mesmo tempo em que os cátions são atraídos para a

solução em equilíbrio devido às forças de difusão.(LEITE, 1997 op. cit.).

A dupla camada difusa é definida como o aumento progressivo na distribuição

atmosférica de cátions em torno da partícula. A dupla camada elétrica é produzida pela

interação entre as cargas opostas da superfície do solo e os íons da solução na interface das

partículas de argila (LEITE, 1997 op. cit.).

A camada de Stern ou Helmholtz é a camada adjacente à superfície dos coloides,

seguida pela camada de Gouy-Chapman (LEITE, 1997 op. cit.).

Young et al. apud Leite (1997) cita um exemplo do aumento do valor de K em argilas

compactadas, em função do aumento da concentração de soluções de NaCl percolantes e

conclui que esse aumento acontece devido à diminuição das forças de repulsão entre as

partículas, pois a concentração de íons Na+ no fluido aumenta.

Segundo Boff (1999), os solos com quantidades elevadas da fração argila tendem a ter

uma menor condutividade hidráulica e, geralmente, maior plasticidade, pois as argilas com

maior plasticidade possuem uma granulometria mais fina, se agregam menos e possuem

duplas camadas maiores, o que faz com que a porosidade do meio diminua.

A plasticidade, de acordo com Santos (1987), é a propriedade que um determinado

sistema possui de se deformar pela aplicação de uma força, mantendo essa deformação

mesmo quando a força é retirada. A plasticidade em argilas é resultante das forças de atração

entre as partículas de argila e a ação lubrificante da água sobre as partículas anisométricas

(moléculas alongadas ou em forma de disco) anelares.

Na construção de liners para aplicações geoambientais, a introdução de material

argiloso a um solo inicialmente arenoso permite sua utilização como liner, pois as partículas

de argila preenchem os espaços vazios entre os grãos maiores, diminuindo o tamanho dos

canais que conduzem o fluido (SANTOS, op. cit.).

24

Ao se utilizar solos arenosos acrescidos de bentonita para utilização em aterros

sanitários podem ocorrer contrações ou mesmo trincas no liner devido à substituição de íons

Na+ por Ca++ na estrutura da montmorilonita (SANTOS, op. cit.).

2.6 Capacidade de troca de cátions

Segundo Freeze e Cherry, (1979) e Oliveira (2002), o fenômeno da adsorção é um dos

principais processos químicos que ocorrem nos solos e afeta a migração de nutrientes e de

contaminantes. O processo consiste na adesão de íons e moléculas do fluido na superfície dos

sólidos, especialmente da fração argila, pois elas possuem uma carga elétrica alta, devido à

sua grande área superficial. Essa adesão ocorre devido às forças de atração decorrentes de

cargas desequilibradas nas superfícies.

A troca de cátions ocorre nos solos quando íons de carga positiva - provenientes de

contaminantes ou sais dissolvidos na água existente nos poros - são atraídos pela superfície

dos materiais argilosos para neutralizar as cargas negativas presentes na superfície das argilas.

Capacidade de troca de cátions (CTC) é um parâmetro que indica a quantidade de cátions

adsorvidos no solo em miliequivalentes para neutralizar 100g de argila (YONG et al., 2001 e

ROWE et al., 1995).

2.7 Ensaios de Coluna

Yong et al. (1992) afirmam que os ensaios de coluna simulam a interação de um fluido

com um meio qualquer, tendo como aplicação relevante no presente trabalho definir como um

fluido contaminante se comporta no solo. O termo ensaios de coluna refere-se a diversos

tipos de ensaios que simulam a percolação ou o contato de fluidos com diferentes materiais,

com o objetivo de se estudar o comportamento do meio em relação ao fluido.

25

Dentre as aplicações do ensaio os autores citam o estudo da adsorção e atenuação dos

contaminantes; estimativa do número de volumes de vazios necessários para a percolação

total de um contaminante; a obtenção de informações necessárias para a obtenção dos

parâmetros de retardamento utilizados nos modelos de transporte de contaminantes e dos

parâmetros de difusão e dispersão molecular que controlam a migração de contaminantes no

solo.

De acordo com Daniel (1994), existem basicamente dois tipos de colunas para testar a

condutividade hidráulica de amostras de solo:

i. Permeâmetros de parede rígida

O permeâmetro de parede rígida consiste em uma caixa ou um tubo rígido contendo o

corpo de prova em seu interior. O tubo é quase sempre circular e feito de metal (latão, aço

galvanizado, aço inoxidável ou alumínio), plástico (cloreto de polivinila (PVC) ou acrílico) ou

vidro. O fluido é percolado de forma axial no corpo de prova, podendo ser de baixo para cima

ou de cima para baixo, sendo que o fluxo de baixo para cima é utilizado quando se deseja

eliminar bolhas de ar aprisionadas, tomando o cuidado de não liquefazer ou desestruturar a

amostra.

Dentre as vantagens de se utilizar esse tipo de permeâmetro, o autor cita a facilidade

de operação e construção do equipamento; seu baixo custo e a ampla possibilidade de escolha

de materiais a serem utilizados em sua construção, bem como do tipo de material que pode ser

testado. Dentre as desvantagens temos a possibilidade de escoamento lateral indesejado (que

sempre ocorre no caso de encolhimento da amostra); a ausência de controle sob o escoamento

horizontal e tempo de ensaio muito longo para amostras de materiais com baixa condutividade

hidráulica.

26

ii. Permeâmetro de parede flexível

Nesse tipo de permeâmetro o corpo de prova fica confinado entre duas pedras porosas

fechadas por caps na parte de cima e na parte de baixo, cercado por uma membrana de látex

na sua lateral. É recomendado que se tenha duas aberturas na parte de cima e uma na parte de

baixo para a retirada do ar.

As vantagens apontadas para esse equipamento são: a possibilidade de se aplicar uma

pressão negativa para saturação, o que auxilia na remoção do ar confinado e tempo de ensaio

menor para amostras de materiais com baixa condutividade hidráulica. As principais

desvantagens desse tipo de permeâmetro são: alto custo do equipamento; necessidade de 3

pontos de aplicação de pressão; problemas de compatibilidade química da membrana com a

solução estudada; operação e manutenção mais complicada em relação aos permeâmetros de

parede rígida.

Quanto ao controle da admissão de solução nos permeâmetros, o autor cita três tipos

de sistema: pressão constante; pressão variável e fluxo constante.

O sistema à pressão constante funciona aplicando-se uma certa pressão influente e

mede-se o fluxo efluente. Existem vários modos de garantir a pressão contante: utilizando um

reservatório grande o bastante para que a variação da coluna d'água durante o ensaio seja

desprezível; utilizando um reservatório com alimentação constante contendo um ladrão ou

utilizando um frasco de Mariotti (Figura 9), que mantém uma pressão constante, exceto no

momento em que a bolha de ar se forma no tubo aberto à pressão atmosférica (autor

considera a variação existente desprezível para esse tipo de ensaio). Esse método é mais

conveniente para solos com condutividade hidráulica acima de 1,0 x 10-5 m/s. As vantagens

desse sistema são: é simples calcular a condutividade hidráulica; a manutenção de uma

pressão constante dentro do corpo de prova, que tem a vantagem de garantir que seu volume

27

não varie, pois a variação da pressão d'água faz com que bolhas de ar alterem seu volume e o

volume da amostra.

No processo à pressão variável o nível d'água no reservatório influente ou no efluente

(ou ambos) varia durante o ensaio. O método é adequado para solos com condutividade

hidráulica menor que 10-9 m/s. A principal vantagem desse tipo de configuração é a facilidade

de montagem do equipamento em comparação ao de pressão constante. Porém, esse processo

possui algumas limitações como: a formação de bolhas de ar devido à queda na capacidade de

retenção de ar dissolvido, que é proporcional à queda de pressão em permeâmetros com

parede flexível e a queda de pressão do fluido percolado, que pode causar consolidação do

solo com consequente diminuição do volume de vazios de forma significante para amostras

muito compactadas.

A configuração mais complexa é a de fluxo constante, pois depende de um sistema

mais caro de controle de fluxo, porém com a vantagem de ser mais automatizado. Nesse

sistema a solução influente é bombeada com fluxo constante, sendo avaliada a perda de carga

na amostra em tempo real por meio de um transdutor de pressão diferencial controlado por um

computador. Outra vantagem do sistema é a maior velocidade de saturação da amostra, o que

diminui o tempo de ensaio. A desvantagem do sistema, além do já mencionado alto custo, é a

possibilidade de se aplicar um gradiente hidráulico extremamente alto no caso do fluxo ser

muito grande, podendo comprometer a amostra.

2.8 Batch tests

Outro tipo de método de obtenção de parâmetros de atenuação de contaminantes é o

teste de equilíbrio em lote (batch test). O método consiste basicamente na suspensão e

agitação do solo em soluções contaminantes com proporções variadas, até que o equilíbrio

físico-químico se estabeleça . As vantagens desse tipo de teste consistem na simplicidade do

28

equipamento utilizado, na facilidade de execução do ensaio e na rapidez de obtenção de

resultados. Pode-se citar como desvantagem do método em relação aos ensaios de coluna o

maior contato entre as partículas e a solução, que faz esse ensaio diferir muito das condições

reais de campo devido ao fato de se superestimar da capacidade de retenção de poluentes do

solo estudado (YONG et al., 1992 e ROWE et al., 1995).

2.9 Coeficiente de dispersão hidrodinâmica e Fator de retardamento

De acordo com o trabalho de Paraguassú et al. (2002), e conforme explicado

anteriormente, os ensaios de coluna consistem, de modo geral, na percolação de soluções de

concentração conhecida em corpos de prova contendo solo em estado natural ou compactado.

A solução percolada é então analisada por comparação com a concentração aplicada a fim de

construir a curva de chegada do poluente, a para obter os parâmetros de transporte relativos ao

material e ao soluto.

As curvas de chegada são construídas plotando-se na ordenada a razão entre a

concentração do efluente, C, e a concentração dos influentes, C0 (inicial); e na abscissa o valor

do número de volumes de vazio percolado, Vv, ou o tempo de percolação, t, até que o

equilíbrio seja atingido, ou seja, C/C0=1 (SHAKELFORD, 1994).

Parâmetros como o Coeficiente de dispersão hidrodinâmica, Dh, e o fator de

retardamento, Rd, podem ser estimados por ajustes de curvas teóricas (soluções analíticas) aos

dados experimentais. O Fator de retardamento, Rd, é um número adimensional e indica a

habilidade de um determinado material para absorver solutos durante o transporte, e quanto

maior esse fator, maior a capacidade de adsorção do solo para aquela espécie química.

(SHAKELFORD, op. cit.).

Freeze e Cherry (1979) e Shakelford (1994) descrevem as maneiras de calcular o Rd

sendo a equação (2.9.1) a forma usual.

29

(2.9.1)

Onde V(C=0,5C0) é o volume de fluido percolado quando a concentração do poluente

atinge 50% da concentração inicial e Vv é o equivalente em volume de vazios (ou volume de

poros) percolado.

Shakelford (1994) afirma que para fluxos muito baixos, como no caso de solos

argilosos compactados, deve-se calcular o Rd através de considerações sobre o balanço de

massa limitado pela área da seção transversal A e o comprimento L de uma coluna finita,

empregando-se as equações (2.9.2) ou (2.9.3):

(2.9.2)

O mesmo autor demonstrou que o Rd pode ser calculado a partir da equação (2.9.3)

que estabelece o balanço líquido de massa na coluna e representa a integral acima da curva de

chegada, porém, para utilizar essa metodologia, é necessário que os incrementos de Vv

coletados sejam da ordem de 0,25 Vv.

(2.9.3)

O coeficiente de dispersão hidrodinâmica Dh é obtido pela seguinte solução analítica

(SHAKELFORD, 1994):

(2.9.4)

Onde C0 é a concentração inicial [ML-3], C é a concentração do efluente, L o

comprimento do corpo de prova, v a velocidade linear média do líquido percolante, t o tempo,

v∫0

t

[ C0−C ] dt = Rd∫0

L

C r [ x,t ] dx

Rd =V [ C=0,5C0 ]

Vv

∫0

∞

[1−C T C0

] dt = Rd

CC0

=12 [erfc L−vt

2Dh t exp vLDh erfc L+vt

2Dh t ]

30

Dh o coeficiente de dispersão hidrodinâmica [L²T-1], v é a velocidade de fluxo e erfc o erro

complementar da função.

O autor ainda afirma que para determinar o Dh, deve-se escolher um ponto qualquer da

curva de chegada, exceto o ponto onde C/C0= 0,5 sendo o resultado teoricamente o mesmo

para qualquer ponto escolhido.

O KCl, mais especificamente o íon K+, foi escolhido para esse estudo porque faz parte

de um grupo de metais chamados macro componentes, que são os íons de Sódio (Na+), Cálcio

(Ca2+), Potássio (K+), Magnésio (Mg2+), Sulfato (SO42-), Cloreto (Cl-) e Ácido Carbônico

(HCO3-), e que representam mais de 90% dos sólidos dissolvidos nas águas naturais, e

aparecem, em sua maioria, nos padrões de qualidade da água potável, e suas concentrações no

chorume geralmente excedem significativamente os padrões (FREEZE e CHERRY, 1979;

ALMEIDA, T. L., 2005).

31

3 MATERIAIS E MÉTODOS

O material utilizado foi coletado na região de Rio Claro-SP no trabalho de Musso

(2008) e pertence à Formação Corumbataí. Para esse estudo foram utilizadas as amostras 2 e

3, coletadas nos pontos 1 e 2 respectivamente (Figura 1).

A Formação Corumbataí aflora desde o divisor de águas dos rios Tietê e Piracicaba

para norte, até próximo ao limite de São Paulo com Minas Gerais e foi originada no período

Permiano Superior. Ela é formada por folhelhos, argilitos e siltitos, arenitos finos e médios e

calcários. Na região de estudo, sua característica principal é a coloração vermelho arroxeado.

A Formação apresenta espessura geralmente menor do que 150m, reduzindo-se para norte, até

se anular no limite com Minas Gerais onde se recobre em discordância pela Formação

Pirambóia (CINTRA, 1993).

Figura 1 - Mapa da localização dos pontos de coleta das amostras na região de Rio Claro, SP (MUSSO, 2008).

32

A caracterização das amostras foi feita no trabalho de Marrara (2006), exceto a

mineralogia que foi obtida no trabalho de Musso (2008) por difração de raios-X e análise

térmica diferencial (ATD) segundo os critérios de Grim (1953) e Mackenzie (1957).

Para a caracterização foram utilizadas as normas da ABNT iniciando com o preparo da

amostra: coleta e secagem do material, desagregação e quarteação (ABNT NBR 6457),

seguida dos ensaios de limite de liquidez e limite de plasticidade (ABNT NBR 6489 e 7180),

granulometria (ABNT NBR 7181), massa específica dos sólidos (ABNT NBR 6508), e o

ensaio de Proctor normal (ABNT NBR 7182). A CTC foi determinada de acordo com o

método de adsorção de azul de metileno descrito por Pejon (1992).

Além dos ensaios de caracterização do material, Marrara (2006) realizou ensaios de

pressão de expansão e de expansão livre, para avaliar a influência do KCl na expansão dos

solos das amostras estudadas. Ambos os ensaios foram realizados com água destilada e com

soluções de KCl com concentrações 0,01M; 0,05M e 0,1M.

O ensaio de pressão de expansão foi realizado com uma prensa mecânica universal a

qual foi montado um sistema com um compartimento de acrílico contendo o corpo de prova

com uma amostra compactada estaticamente a 100% do Proctor Normal, envolto por um anel

metálico, com placas porosas em cima e embaixo, ao qual são ligados dois extensômetros

para medir a expansão da amostra após a adição de água ou solução. A prensa foi utilizada

para aplicar uma pré-carga de 25kPa (que no caso é equivalente a 113N), inundando o corpo

de prova com água, e, em seguida, com cada uma das soluções. Os resultados obtidos foram

registrados automaticamente por um computador ligado ao sistema.

Para o ensaio de expansão livre, foi montado um sistema parecido, porém, ao invés da

pedra porosa foi adicionada uma placa de vidro na parte superior do corpo de prova ligada ao

extensômetro. Não foi aplicada nenhuma carga, e o ensaio teve duração de um dia,

registrando-se apenas as deformações.

33

Os resultados da caracterização das amostras e dos ensaios de expansão obtidos pelos

autores citados anteriormente são apresentados nas tabelas de 1 a 6:

Tabela 1 - Granulometria

Amostra Areia (%) Silte (%) Argila (%)

2 53 29 183 12 32 56

Tabela 2 - Massa específica seca(ρd), massa específica dos sólidos(ρs) e umidade ótima

Amostra ρd(g/cm3) ρs(g/cm3) Wot

2 1,80 2.69 16,03 1,54 2.69 24,2

Tabela 3 - Resultados dos ensaios de expansão livre máximos de cada amostra

Expansão livre (%)

Amostra H2O KCl (0.01M) KCl (0.05M) KCl (0.10M)

2 17,76 16,13 18,74 19,323 12,26 14,84 30,89 27,26

Tabela 4 - Pressão de expansão máxima (kPa)

Amostra H2O KCl (0.01M) KCl (0.05M) KCl (0.10M)

2 35 58 32 123 124 48 70 123

Tabela 5 - Resultados para os limites de Consistência

Amostra Limite Plástico (%) Limite Líquido (%) Índice Plástico (%)2 24 38 143 42 74 31

Tabela 6 - Adsorção de Azul de Metileno (CTC)

Amostra CTC solo(cmol/kg) VB CTC argila (cmol/kg)

2 12.4 4.0 51.53 21.1 6.7 40.6

34

A amostra 2 provém de um siltito lilás a roxo claro empastilhada, tendo sido

verificado através de reação em frio com HCl da rocha a existência de cimento carbonático,

com resultados de mineralogia pela ATD correspondendo a interestratificados vermiculita-

biotita ou a saponita-clorita, porém, foi verificada a presença de calcita, que pode mascarar a

identificação de um possível pico de esmectita ou vermiculita. Já a amostra 3 provém de um

solo argiloso roxo a vermelho, desenvolvido sob rocha de cor lilás e possui mineralogia

determinada por ATD de illita e caulinita. Observa-se que a amostra 2 possui menor

quantidade de argila, porém uma CTC maior, indicando a presença de argilominerais mais

ativos (MUSSO, 2008).

3.1 Permeâmetro

O equipamento utilizado, de parede rígida, foi confeccionado com duas placas

plásticas perfuradas ligadas uma a outra com auxílio de quatro tirantes metálicos presos por

porcas de latão (Figuras 2 e 3). Um tubo de PVC acomoda o corpo de prova e possui sulcos

aos quais foram adicionados dois anéis O’Ring para vedação(Figura 3). Ao corpo de prova

foram adicionadas duas malhas de aço de abertura #400(≈ 0.04cm) no topo e na base para

impedir a perda de material.

As placas possuem furação com bocais plásticos para ligar os tubos de silicone, e na

inferior há ranhuras para garantir o escoamento do fluido até a saída central conforme mostra

a Figura 3.

35

Figura 2 - Permeâmetro.

Figura 3 - Partes constituintes dos permeâmetros.

3.2 Teor de umidade

O primeiro ensaio realizado nessa etapa foi o ensaio de determinação do teor de

umidade, cujo objetivo é determinar a relação entre as massas de água e de sólidos da

amostra.

O procedimento consiste em pesar cápsulas de alumínio, depois acrescentar a amostra

de solo numa quantidade superior a 20g ou equivalente à tara da cápsula, se menor, e pesar

em uma balança com precisão de duas casas decimais.

1- Bases plásticas com tirantes metálicos

2- tubo de PVC 2”

3- Borboletas

4- Malha #400

5- Anéis O’Ring

6- Ranhuras (detalhe)

Placa de plástico

Tirante metálico

Proveta graduada

bocal

Mangueira de silicone

Saída do reservatório

6 --1

-2

-3

5-

-4

36

As cápsulas, três para cada amostra de solo, são colocadas em uma estufa com

temperatura entre 105 ± 5ºC por no mínimo 12 horas, no caso de materiais argilosos, para que

toda a água evapore.

Depois que as cápsulas são retiradas da estufa, elas são colocadas fechadas no

dessecador até atingirem a temperatura ambiente sem absorver umidade do ar. Segue-se a

determinação da massa do conjunto sólidos + cápsula. Calcula-se o teor de umidade com a

fórmula 3.2.1 (NOGUEIRA, 1995):

(3.2.1)

Onde Mw = M (solo+cápsula) – M (sólidos+cápsula) Ms = M(sólidos + cápsula) – Mc

O teor de umidade é expresso em porcentagem com uma casa decimal e é a média

aritmética dos valores que não se afastem mais do que 5% do valor médio calculado.

As amostras de solo geralmente não se apresentam com o teor de umidade desejado,

ou seja, a umidade ótima (wot) calculada no ensaio de Proctor Normal. Para alcançar a

umidade desejada deve-se proceder a sua correção. Seguem as fórmulas utilizadas para a

alteração do teor de umidade (NOGUEIRA, 1995):

(3.2.2)

(3.2.3)

(3.2.4)

Onde M0 é a massa de solo inicial (g); Mf a massa de solo final(g); W0 a umidade inicial

(g); Wf a umidade desejada (g); ΔV o volume de água a acrescentar (g/cm3); ρ a massa

específica do solo; ρd a massa específica seca do solo e ρw a massa específica da água (foi

adotado 1g/cm³).

w =M w

M s

M f −M 0=ΔM w = M s [W f−W 0]

ΔV=M s ΔW

ρw

ρd=ρ

1 +w

37

Calculado o ΔV, deve-se acrescentar a água destilada aos poucos, homogeneizando a

amostra e passando-a por uma peneira comum. A amostra é então acondicionada dentro de

duas camadas de sacos plásticos bem fechados em uma câmara úmida por 24 horas para que a

umidade se torne uniforme em toda a amostra. Faz-se novamente o ensaio de teor de umidade

para verificar se a umidade desejada foi atingida.

3.3 Compactação da amostra

No presente estudo foi utilizado um método de compactação estático, utilizando uma

uma prensa mecânica(Figura 4) com um embolo confeccionado em plástico(Figura 5a) de

diâmetro suficiente para permitir sua passagem sem folga pelo tubo de PVC que acondiciona

o corpo de prova.

A amostra foi compactada diretamente na base do permeâmetro, ao qual foi adicionada

uma placa metálica(Figura 5b) que prende suas partes constituintes, garantindo que o anel

O’Ring esteja comprimido durante todo o processo.

A compactação foi realizada em duas camadas, cada uma com metade da massa de

solo calculada, sendo que, após a compactação da primeira camada, foram realizadas

ranhuras na superfície do solo com o auxílio de uma faca para garantir uma maior agregação

entre as camadas.

Para determinar a altura que o solo compactado deveria ocupar dentro do tubo de PVC

de forma a garantir a compactação equivalente a 100% do Proctor Normal, foi utilizada a

massa específica seca (ρd) e a umidade da amostra, com o cuidado de não exceder em ±1% a

umidade ótima (wot). Conhecida a massa específica da amostra e o volume do corpo de prova,

determinou-se a massa de solo a ser acrescentada para compactar na altura preestabelecida.

Os permeâmetros que acondicionam os corpos de prova 4, 5 e 6 foram confeccionados

com o tubo de PVC possuindo uma altura maior para acondicionar uma pedra porosa a ser

colocada sobre o solo compactado. A pedra porosa tem a função de preencher a porção do

38

tubo de PVC que permitirá a expansão livre do corpo de prova, seguida de uma malha de aço

de abertura #400 mesh para proteger a interface solo - pedra porosa.

As pedras porosas foram confeccionadas com uma proporção de 90% de areia, contida

no intervalo de diâmetro correspondente às peneiras de abertura #16 e #30; e 10% de adesivo

epóxi com tempo de secagem de 24 horas.

Figura 4 - Prensa mecânica utilizada na compactação das amostras.

Figura 5a

Figura 5b

Figura 5 - Detalhes do êmbolo utilizado na compactação (a) e da placa metálica montada no permeâmetro (b).

3.4 Ensaio de permeabilidade

O ensaio tem como objetivo determinar a condutividade hidráulica (k), e no caso desse

estudo, determinar também a variação de k devido à passagem de soluções de cloreto de

potássio (KCl) com concentrações de 0,01M, 0,05M e 0,1M. Também será avaliada sua

pistãocontrole

motor

39

variação no caso onde se permitiu a expansão do solo comparando as amostras antes e depois

da expansão.

Os permeâmetros foram montados e instalados em um equipamento que utiliza ar

comprimido para a aplicação de carga hidráulica inicial equivalente à 20kPa, com o objetivo

de saturar os corpos de prova utilizando água destilada. O fluxo d'água primeiramente entra

pela base do permeâmetro, para evitar que haja caminhos preferenciais na passagem da água e

permitir a saída do ar presente nos vazios do solo.

Após a obtenção de alguns valores de k optou-se por utilizar pressões diferentes para

cada permeâmetro (Tabela 7) na tentativa de uniformizar o volume efluente. Os corpos de

prova que possuem pedra porosa são o Cp 4; o Cp5 e o Cp6.

Tabela 7 - Dados dos corpos de prova utilizados

Corpo de Prova

AmostraAltura do

permeâmetro(cm)

Altura do solo(cm)

Diâmetro(cm)

Volume deSolo(cm³)

Volume devazios(cm³)

Pressão Aplicada

(kPa)

1 3 2,96 2,45 5,34 54,90 23,5 80

2 3 2,96 2,45 5,35 54,90 23,5 50

3 3 2,98 2,45 5,35 54,90 23,5 50

4 3 3,93 2,42 5,34 54,20 23,2 50

5 3 3,98 2,42 5,33 54,00 23,1 50

6 3 3,94 2,42 5,35 54,40 23,3 50

7 2 2,95 2,45 5,34 54,90 18,2 50

8 2 2,95 2,45 5,30 54,05 17,9 13

9 2 2,96 2,45 5,31 54,26 18,0 13

3.5 Sistema de Percolação

O sistema de percolação consiste em um conjunto de tubos de ar comprimido, cuja

pressão é controlada pelo painel mostrado na Figura 7.

40

Saindo do painel (Figura 7) o ar comprimido é injetado em uma bexiga de material

flexível montada dentro de um tubo de acrílico contendo água destilada, o qual é ligado por

mangueiras de silicone a outros 3 reservatórios confeccionados de forma análoga (Figura 6).

As bexigas do reservatório da Figura 6 têm em seu interior água destilada durante a

etapa de saturação dos corpos de prova e do cálculo do k, sendo depois substituída por cada

uma das 3 soluções de KCl (0,01M; 0,05M e 0,1M) na segunda etapa do ensaio.

Para o permeâmetro que contém o Cp1 foi confeccionado um novo reservatório de

solução isolado desse sistema devido à necessidade de aplicação de uma pressão maior para

que o volume do efluente coletado fosse compatível com o dos outros permeâmetros. O

sistema foi montado da mesma forma que os anteriores, porém com uma bexiga de acrílico

recebendo o ar comprimido e a solução armazenada entre a bexiga e a parede do reservatório

(Figura 8).

Os copos de prova 8 e 9 também foram isolados do sistema após ter sido verificado

uma velocidade de percolação maior e, portanto, a necessidade de se aplicar uma pressão

menor. Para isso, foram confeccionados 2 Frascos de Mariotti reutilizando 2 garrafas PET

com a função manter a pressão constante (Figura 9).

Cada um dos reservatórios possui uma saída com bocais dos quais saem tubos de

silicone para um grupo de permeâmetros (Figura 6).

Tubulação de ar comprimido

Bexiga flexível

Bocal para saída de mangueiras de silicone

Figura 6: Reservatório para a aplicação da solução pressurizada nos permeâmetros.

41

Figura 8 - Reservatório para o Cp1

Figura 9 - Frascos de Mariotti.

Tubulação de ar

Bexiga acrílica (interna)

Saídas das mangueiras de silicone

Tubos plásticos abertos

Figura 7 - Painel para controle da pressão aplicada.

Manômetros utilizados

42

3.6 Determinação da condutividade hidráulica e do fator de retardamento

Stancati et al. (1981) apresenta a seguinte fórmula para cálculo do k:

(3.5.1)

Onde V é o volume coletado (cm³); H a altura do corpo de prova (m); A a área do

corpo de prova (cm²); L a altura de carga (constante durante o ensaio); T o tempo (s).

A temperatura padrão para obtenção do k é 20°C, porém, a sala utilizada para ensaio

possui uma temperatura média controlada variando entre 22 e 23°C e por isso foi utilizado um

fator de correção(Ck) apresentado por Stancati et al. (1981) conforme a Tabela 8.

Tabela 8 - Fator de correção Ck em função da temperatura (STANCATI et al., 1981)

TºC Ck TºC Ck TºC Ck TºC Ck

7 1,416 13 1,195 19 1,025 25 0,887

8 1,375 14 1,165 20 1,000 26 0,867

9 1,336 15 1,135 21 0,975 27 0,847

10 1,298 16 1,106 22 0,952 28 0,829

11 1,263 17 1,078 23 0,930 29 0,811

12 1,228 18 1,051 24 0,908 30 0,793

A concentração C de potássio do efluente foi medida em um fotômetro de chama

(Figura 10) na unidade ppm (partes por milhão) que foi convertida para mg/L à razão de

1ppm = 1mg/L, a fim de se obter homogeneidade de unidades. A solução influente (inserida

inicialmente) ou C0 foi convertida de 0,01M; 0,05M e 0,1M para 390,9mg/L; 1954,5mg/L e

3909mg/L respectivamente.

Como explicado anteriormente, os permeâmetros 4; 5 e 6 foram confeccionados com

uma altura maior que a efetivamente ocupada pelo corpo de prova. Esse espaço corresponde

a, no mínimo, 10% a mais em relação à altura original do corpo de prova, calculado a partir da

Tabela 3, para garantir que sua expansão seja equivalente à do ensaio de expansão livre.

k =V⋅H

A⋅L⋅T

43

A expansão é impedida inicialmente pela presença de uma pedra porosa, retirada após

a saturação do corpo de prova e a obtenção de alguns valores de condutividade hidráulica com

água destilada.

As pressões aplicadas para atingir a carga hidráulica desejada foram ajustadas de

acordo com a necessidade, porém evitou-se utilizar pressões diferentes para um mesmo Cp

entre as etapas do ensaio: primeiro com água destilada e depois com solução de KCl.

Figura 10 - Fotômetro de chama da marca Micronal, modelo B262 (SOUZA, 2009).

45

4 RESULTADOS E DISCUSSÃO

Os resultados do ensaio de permeabilidade estão apresentados na forma de gráficos

que mostram a variação da condutividade hidráulica pelo tempo para cada corpo de prova

(Cp). Os corpos de prova Cp1, Cp2 e Cp3 serão comparados respectivamente com os corpos

de prova Cp4, Cp5 e Cp6, pois contém a mesma amostra de solo e concentrações iguais de

solução influente.

Em seguida são apresentadas as curvas de chegada para cada Cp, em C/C0 por

volumes de vazio e em C/C0 por dias de ensaio, para que se possa visualizar corretamente a

relação entre o valor do k obtido e a respectiva concentração de potássio do efluente em cada

corpo de prova.

O Fator de Retardamento Rd não pôde ser determinado, pois devido à dinâmica do

trabalho de Iniciação Científica, as coletas não foram realizadas com a regularidade exigida,

que deveria ter sido de uma coleta a cada 0,25 Vv.

4.1 Corpos de prova 1 e 4

O gráfico apresentados na Figura 11 mostra os resultados do ensaio de condutividade

hidráulica (k) para o Cp1 com água destilada e com a adição de solução 0,01M, à uma pressão

de 80KPa.

Inicialmente o valor de k era aproximadamente 5x10-12 m/s e após 24 dias de ensaio, o

valor obtido sofreu um aumento significativo, e os valores seguintes passaram a ser próximos

a 2,5x10-11 m/s, praticamente não se alterando durante os 12 dias que se seguiram.

Esse súbito aumento pode ser explicado pela possível existência de bolhas de ar

confinadas na amostra que posteriormente foram expelidas, após o que, os valores obtidos

46

passaram a expressar o valor real do k.

Após 36 dias de ensaio, houve um acidente no laboratório, e a mangueira que

alimentava o permeâmetro 1 foi desconectada, permanecendo por dois dias nessa condição, e

em seguida, o sistema foi restabelecido. Os valores inicialmente obtidos após o acidente

estavam coerentes com os anteriores, e por isso foi acrescentada a solução de KCl 0,01M

treze dias depois da remontagem.

Após a adição da solução, o valor do k passou a ser por volta de 4x10-11 m/s com uma

pequena tendência à sua diminuição. Passados 14 dias, com apenas 4% da concentração de

potássio no efluente, o corpo de prova passou 7 dias praticamente sem expelir solução,

posteriormente foram registrados valores de k da ordem de 6x10-13 m/s, claramente incorretos,

o que indica que o CP1 estava comprometido. Não foi possível traçar a curva de chegada pois

a concentração de potássio no efluente foi menor que 10% da inicial.

O Cp4, cujo gráfico é apresentados na Figura 12, possui a mesma amostra de solo

utilizada no Cp1, diferindo deste por possuir uma pedra porosa que impede sua expansão no

inicio dos ensaios e que foi retirada para permitir a expansão livre e pela pressão aplicada,

que foi de 50 KPa.

0 50 100 150 200 250 300

0,00E+00

1,00E-11

2,00E-11

3,00E-11

4,00E-11

5,00E-11

6,00E-11

Condutividade Hidráulica Cp1

dias

Con

duti

vida

de H

idrá

ulic

a (m

/s) após adição de solução KCl 0,01M

Figura 11 - Condutividade hidráulica do Cp1 com água destilada e com KCl 0,01M.

47

No ensaio com água destilada e com a presença da pedra porosa, os valores iniciais de

k foram de aproximadamente 8x10-11 m/s, apresentando grande variabilidade, mas com uma

tendência de diminuição, assumindo valores próximos de 1,8x10-11 m/s.

Após a retirada da pedra porosa, o comportamento foi parecido, com valores iniciais

em torno de 8x10-11 m/s, sofrendo diminuição até chegar a um valor de 2x10-11 m/s após 52

dias de ensaio.

Após a adição de KCl 0,01M os valores de k pararam de sofrer variação,

permanecendo praticamente constantes com valores próximos a 6,5x10-12 m/s nos primeiros

150 dias de ensaio, após o que, os valores sofrem um pequeno aumento, e passam a variar em

torno de 8,5x10-12 m/s. Não se pode atribuir esse aumento à influência do contaminante com

segurança, pois até esse momento o efluente continha apenas 7% da concentração inicial da

solução.

Aos 188 dias de ensaio houve um problema com o equipamento de pressão, que

passou a ser normalizado apenas 17 dias depois, porém, a mangueira não foi desconectada,

impedindo uma possível entrada de ar. Passado esse tempo os valores de k obtidos voltaram a

variar em torno de 6,5x10-12 m/s.

O volume efluente coletado diariamente foi de aproximadamente 0,2mL, que

representa o menor valor possível de ser lido na proveta utilizada, o que pode ter sido um

fator de erros na determinação do k. O C/C0 máximo obtido foi 0,2 e, portanto, também não

foi possível a obtenção da curva de chegada.

Figura 12 - Condutividade hidráulica da Cp4 com e sem a pedra porosa e com a solução de KCl 0,01M

0 50 100 150 200 250 300

0,00E+00

2,00E-11

4,00E-11

6,00E-11

8,00E-11

1,00E-10

1,20E-10


diasCo

nd

uiti

vid

ad

e H

idrá

ulic

a (

m/s

) sem pedra porosa

com pedra porosa

após adição de solução KCl 0,01M

48

Não foi possível fazer uma comparação adequada entre os dois corpos de prova com

relação ao comportamento do k, quando se permite ou não a expansão do solo, devido aos

valores de k muito baixos e ao reduzido volume de efluente coletado.


A Figura 13 mostra os valores de k para o Cp2, ao qual foi aplicada uma pressão de 50

kPa. Logo após o período de saturação com água destilada, os valores de k obtidos foram por

volta de 1x10-10 m/s e passaram a diminuir continuamente até estabilizar em aproximadamente

7x10-12 m/s.

Após a adição da solução de KCl 0,05M, a permeabilidade aumenta nas medições

iniciais e logo se estabiliza em valores entre 4x10-12 m/s e 6x10-12 m/s, quando passa a diminuir

novamente até aproximadamente 120 dias de ensaio, quando a concentração de potássio no

efluente era equivalente a aproximadamente 15% da solução inicial.

De 120 dias até 170 dias de ensaio o k obtido era de aproximadamente 4x10-12 m/s, e a

partir desse momento, a pressão foi aumentada para 100kPa, a fim de acelerar o ensaio.

Quando a nova pressão foi aplicada, foram realizadas três medições de k, resultando

em valores um pouco acima dos observados anteriormente, que foram decrescendo até voltar

a se estabilizar em valores entre 3x10-12 m/s e 4x10-12 m/s. As Figuras 14 e 15 mostram as

curvas de chegada do Cp2 em C/C0 por volumes de vazios e C/C0 por dias de ensaio, e

mostram que seria necessário mais tempo para que a concentração obtida no efluente fosse

igual à concentração aplicada inicialmente, determinando o final do ensaio. Para esse corpo de

prova o valor máximo obtido para C/C0 foi de 0,6.

49

Figura 13 - Condutividade hidráulica do Cp2 com água destilada e com solução de KCl 0,05M

0 50 100 150 200 250 300

0,00E+00

2,00E-11

4,00E-11

6,00E-11

8,00E-11

1,00E-10

1,20E-10


dias

Co

nd

utiv

ida

de

Hid

ráu

lica

(m

/s)


Figura 15 - Curva de chegada do Cp2 em C/C0 por dias de ensaio

54 104 154 204 254 304

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

Curva de chegada Cp2(KCl 0,05M)

dias

C/C

0

Figura 14 - Curva de chegada do Cp2 em C/C0 por volumes de vazio percolados

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

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70


volume de vazios

C/C

0

50

O Cp5, cujo gráfico de condutividade hidráulica é apresentado na Figura 16, com

pressão aplicada de 50 kPa, apresentou valores iniciais de k na fase em que não se permitiu

expansão por volta de 6x10-11 m/s, que é aproximadamente 10 vezes maior em comparação a

obtida para o Cp2, passando, após a fase de expansão livre, para aproximadamente

2x10-10 m/s, com valores de permeabilidade diminuindo até aproximadamente 1,2x10-10 m/s.

Com a aplicação da solução, houve um pequeno aumento dos valores médios de k

para 1,5x10-10 m/s, que seguiram dessa forma até o final do ensaio, quando a concentração do

efluente era igual à da solução influente (Figuras 17 e 18), mostrando que a solução aplicada

pouco influiu na condutividade hidráulica nesse caso.

Figura 17 - Curva de chegada do Cp5 em C/C0 por volumes de vazio percolados

0 5 10 15 20 25 30

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00


volume de vazios

C/C

0

Figura 16 - Condutividade hidráulica do Cp5, com e sem pedra porosa, para água destilada e solução de KCl 0,05M.

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

0,00E+00

5,00E-11

1,00E-10

1,50E-10

2,00E-10

2,50E-10

3,00E-10


dias

Co

nd

utiv

ida

de

Hid

ráu

lica

(m

/s)


com pedra porosa

sem pedra porosa

51


O Cp3 no ensaio com água destilada (Figura 19), começa com sua condutividade

hidráulica próxima a 1x10-10 m/s, com os valores decrescendo acentuadamente até estabilizar

em aproximadamente 4x10-12 m/s.

Após a adição da solução de KCl 0,1M o valor de k sofre ligeiro aumento, até o valor

máximo de 3,46x10-11 m/s aos 82 dias de ensaio, com o valor de C/C0 = 0,1 (Figuras 20 e 21).

A partir de então o k se estabiliza entre 1x10-11 m/s e 2x10-11 m/s até completar 164 dias de

ensaio, quando o C/C0 obtido foi de 0,26 e a pressão aplicada passou a ser de 100 kPa. Depois

de efetuada a mudança de pressão para 100kPa, para acelerar o final do ensaio, os valores de

k obtidos passaram a sofrer mais variação, porém com tendência a aumentar seu valor,

terminando o ensaio com um valor de 2,9x10-11 m/s, e C/C0= 1(Figuras 20 e 21).

Figura 19 - Condutividade hidráulica do Cp3 para água destilada e solução de KCl 0,1M.

0 50 100 150 200 250

0,00E+00

2,00E-11

4,00E-11

6,00E-11

8,00E-11

1,00E-10

1,20E-10

1,40E-10

1,60E-10


dias

Co

nd

utiv

ida

de

Hid

ráu

lica

(m

/s)

Figura 18 - Curva de chegada do Cp5 em C/C0 por dias de ensaio

56 76 96 116 136 156 176

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00


dias

C/C

0


52

O Cp6 (Figura 22), com pressão de 50kPa, no ensaio com a pedra porosa, o k obtido

foi de aproximadamente 8x10-11 m/s, estável pelos 16 dias de ensaio.

Após esse período, aos 18 dias de ensaio, houve um problema no equipamento que

interrompeu seu funcionamento por 17 dias. Após o equipamento voltar a operar, a pedra

porosa foi retirada e o valor de k obtido foi de 1,05x10-9m/s, que foi decrescendo, se

estabilizando em aproximadamente 4,49x10-10 m/s.

Após a adição de solução KCl 0,1M com 56 dias de ensaio, foi verificado um ligeiro

aumento inicial de k para 6x10-10 m/s, que foi decrescendo até o valor de 4,83x10-10 m/s aos

73 dias de ensaio, com C/C0 = 0,93 (Figuras 23 e 24), ou seja, com o ensaio praticamente

concluído. Até o final do ensaio foi verificada uma variabilidade nos dados, com a formação

de um pico de 7,54x10-10m/s aos 83 dias, quando então o k se estabiliza em valores próximos

a 6,5x10-10 m/s.

Figura 21 - Curva de chegada do Cp3 em C/C0 por dias de ensaio.

56 76 96 116 136 156 176 196 216 236 256

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00


dias

C/C

0

Figura 20 - Curva de chegada do Cp3 em C/C0 por volumes de vazio percolados.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00


volume de vazios

C/C

0

53

Figura 22 - Condutividade hidráulica do Cp6, com e sem pedra porosa, para água destilada e solução de KCl 0,1M.

0 20 40 60 80 100 120

0,00E+00

2,00E-10

4,00E-10

6,00E-10

8,00E-10

1,00E-09

1,20E-09

1,40E-09


diasCo

nd

utiv

ida

de

Hid

ráu

lica

(m

/s)


com pedra porosa

sem pedra porosa


0 5 10 15 20 25 30

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1


volume de vazios

C/C

0


56 61 66 71 76 81 86 91

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1


dias

C/C

0

54

4.4 Corpos de prova 7, 8 e 9

Os corpos de prova 7, 8 e 9 foram feitos com a mesma amostra de solo, a amostra 2, e

seus permeâmetros foram confeccionados sem permitir a expansão do solo.

No ensaio com água destilada, o Cp7 (Figura 25) apresentou inicialmente um k de

aproximadamente 3x10-10 m/s, decrescendo até 30 dias de ensaio, quando foi obtido o valor de

7,72x10-11 m/s, e nos dias seguintes o valor praticamente se estabilizou, sofrendo ligeira queda

até atingir valores próximos a 4,5x10-11 m/s.

Após a adição de KCl 0,01M aos 56 dias de ensaio, os primeiros valores de k obtidos

foram um pouco maiores em relação aos obtidos com água destilada, variando entre 6,2x10-11

m/s e 8x10-11 m/s. Os valores se mantiveram dentro dessa faixa até os 87 dias de ensaio, com

C/C0 = 0,14 (Figuras 26 e 27) quando os valores de k passam a variar muito pouco por volta

de 6,5x10-11 m/s até os 173 dias de ensaio quando aumenta a variabilidade dos valores de k

obtidos, com valores médios ainda por volta de 6,5x10-11 m/s com C/C0 = 0,32 seguindo nessa

variação até o final do ensaio. A pressão aplicada a partir de 151 dias de ensaio foi de 100 kPa

para aumentar a velocidade do ensaio, porém o valor máximo de C/C0 foi de 0,64.


0 50 100 150 200 250

0,00E+00

5,00E-11

1,00E-10

1,50E-10

2,00E-10

2,50E-10

3,00E-10

3,50E-10

4,00E-10


dias

Co

nd

utiv

ida

de

Hid

ráu

lica


55

O Cp8 (Figura 28) e o Cp9 (Figura 31) utilizaram duas pressões diferentes, sendo

10,5 kPa durante os 16 primeiros dias de ensaio, e após esse período foram montados dois

Frascos de Mariotti para aplicar uma pressão de 13kPa.

Os valores de k obtidos no ensaio com água destilada do Cp8 (Figura 28), logo após a

fase de saturação, eram de aproximadamente 1x10-9m/s e foram diminuindo até serem

completados 10 dias de ensaio, quando o valor obtido foi de k= 7,42x10-10m/s. Passados 16

dias de ensaio a pressão aplicada foi alterada para 13kPa, para aumentar o volume de solução

coletada, e os valores de k obtidos mantiveram a tendência de diminuição até 30 dias de

ensaio, quando começaram a variar em valores próximos a 2,5x10-10m/s.

Figura 27 - Curva de chegada do Cp7 em C/C0

por dias de ensaio.

56 106 156 206 256 306

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

Curva de Chegada Cp7(KCl 0,01M)

dias

C/C

0

Figura 26 - Curva de chegada do Cp7 em C/C0

por volumes de vazio percolados.

0 5 10 15 20 25 30

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

Curva de Chegada Cp7(KCl 0,01M)

volume de vaziosC

/C0

56

Após 56 dias, foi adicionada a solução de KCl 0,05M, e os primeiros valores de k

obtidos foram um pouco maiores que os anteriores, por volta de 5x10-10m/s. Esses valores

foram diminuindo gradativamente até aproximadamente 1,8x10-10m/s com 99 dias de ensaio e

C/C0= 0,4 (Figuras 29 e 30), ou seja, com aproximadamente metade da concentração da

solução influente sendo coletada. Os próximos valores de k obtidos seguiram a tendência de

queda, até o valor de 1,45x10-10m/s com 144 dias de ensaio e C/C0= 0,78.

Com 155 dias de ensaio, e C/C0= 0,8 o k sofreu uma grande diminuição, para

8,76x10-11m/s, variando até o final do ensaio entre 5x10-11m/s e 1x10-10m/s.


0 5 10 15 20 25 30

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00


volume de vazios

C/C

0


0 50 100 150 200 250

0,00E+00

2,00E-10

4,00E-10

6,00E-10

8,00E-10

1,00E-09

1,20E-09


dias

Co

nd

utiv

ida

de

Hid

ráu

lica

(m

/s)


57

A Figura 31 apresenta os valores de condutividade hidráulica para o Cp9, onde pode-

se verificar que condutividade hidráulica durante a fase de saturação apresentou três

diferentes configurações. Nos primeiros 10 dias, o k apresentou constante diminuição nos

seus valores, que variaram entre 6,24x10-10m/s e 7,9x10-10m/s.

Nos 26 dias que se seguiram foi observada uma grande variabilidade nos dados

obtidos, entre 1,53x10-9m/s e 9,39x10-10m/s, que foram determinados logo após a pressão ter

sido alterada para 13kPa.

Passado esse tempo, a tendência à queda nos valores de k observada nos primeiros 10

dias de ensaio se confirmou, até que os valores se estabilizaram entre 1,5 e 2,0x10-10m/s.

Aos 56 dias de ensaio foi adicionada a solução de KCl 0,1M e se observou um

imediato aumento do k em relação à água destilada, passando de 1,84x10-10m/s para

4,46x10-10m/s. Durante os 17 dias seguintes, foi observada uma queda acentuada nos valores

de k, até que se fosse atingido C/C0= 0,11 (Figuras 32 e 33), quando se observa um período de

estabilidade com ligeira queda até quase o final do ensaio, com k= 1,59x10 -10m/s e 142 dias.

Passados 161 dias, com C/C0= 0,84, ou seja, com quase toda a solução influente interagindo

com o solo, observa-se uma nova diminuição da permeabilidade, para valores muito baixos,


56 76 96 116 136 156 176 196 216 236 256

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00


dias

C/C

0

58

da ordem de 5x10-11m/s até os 186 dias de ensaio, porém, aos 171 dias o valor de C/C 0 era de

0,98 e o ensaio já estava praticamente concluído.


56 76 96 116 136 156 176 196

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00


dias

C/C

0


0 2 4 6 8 10 12 14 16

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00


volume de vazios

C/C

0


0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

0,00E+00

2,50E-10

5,00E-10

7,50E-10

1,00E-09

1,25E-09

1,50E-09

1,75E-09


dias

Co

nd

utiv

ida

de

Hid

ráu

lica

(m

/s)


59

5 CONCLUSÃO

A condutividade hidráulica mostrou-se pouco alterada após a adição de KCl, com

ligeiro aumento em alguns corpos de prova. A partir desse resultado pode-se concluir que a

adição de KCl afeta muito pouco a condutividade hidráulica do liner.

A expansão livre do solo aumentou a sua permeabilidade em quase uma ordem de

grandeza, mas ainda assim se situa dentro da faixa de permeabilidade aceitável para uso em

liners.

Pelos valores de permeabilidade obtidos, pode-se dizer que as amostras estudadas

apresentam características adequadas para a construção de liners considerando a influência do

KCl.

61

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aluno: douglas santos orientador: prof. associado osni josé pejon · orientador: prof. associado...

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