Procedimento dos Ensaios

Inicialmente são moldadas amostras indeformadas nas dimensões adequadas à câmara de cada permeâmetro, mais precisamente, diâmetro igual a 3,6 cm e alturas de 10 e 5 cm, para os permeâmetros 1 e 2, respectivamente. Em seguida, os corpos de prova são colocados nas câmaras, com pedras porosas, saturadas, nas extremidades da base e do “top cap” e envolvidos por uma membrana de látex, presa com o-rings na base e no “top cap”.

As mangueiras que ligam as bases do permeâmetros aos medidores de variação de volume e os reservatórios superiores dos próprios medidores são saturados com água destilada e dearada e a câmara é fechada e preenchida com água para aplicar confinamento às amostras.

O modelo teórico assumido como representativo dos mecanismos de transporte envolvidos, está associado à determinação de parâmetros de transporte em meios porosos homogêneos e saturados. Sendo assim, o ensaio começa com uma Fase de Saturação dos corpos de prova. Em seguida, passa-se para uma Fase de Adensamento, para que se possa representar as condições de confinamento de campo e depois, começa a Fase de Percolação, primeiro com água e, posteriormente, com soro.

O critério adotado para considerar as amostras saturadas foi o do Parâmetro ‘B’ de Skempton igual a 1. Assim, a fase de saturação tem duas partes: uma primeira com fluxo e outra sem fluxo, com medidas do Parâmetro ‘B’.

A saturação com fluxo ocorre, em ambos os permeâmetros, sob baixa tensão efetiva, em torno de 10 KPa, durante aproximadamente 3 dias, tempo necessário para expulsar parte do ar contido nos vazios das amostras.

Em seguida o fluxo é interrompido, os registros do topo e da base são fechados, e é aplicado um incremento de pressão confinante. A pressão gerada no interior da amostra, em função desse incremento, é medida com um transdutor conectado ao permeâmetro numa das

ligações da base do corpo de prova; a outra ligação da base permanece fechada. Calcula-se ‘B’ e repete-se o procedimento, aplicando incrementos de pressão confinante e corrigindo a pressão na base até se alcançar ‘B’ igual a 1.

Saturadas as amostras passa-se então para Fase de Adensamento.

Segundo os estudos realizados na elaboração do Memorial Descritivo do Projeto Básico/Executivo do Aterro Sanitário de Sauípe o peso específicos dos resíduos sólidos foi assumido como sendo igual a 0,7 tf/m3. Considerando a parcela correspondente ao solo de cobertura das camadas de resíduos depositados, esse valor passa a ser igual a 1,2 tf/m3.

Ainda segundo as informações contidas nesse documento, a Célula 1, já construída com três patamares, possuirá 4 camadas de 4 metros cada uma, totalizando uma altura máxima igual a 16 metros de resíduos sólidos urbanos e solo de cobertura.

Dessa forma, optou-se por considerar etapas de ensaios com consolidação de 50 KPa correspondente à consolidação de campo quando a segunda célula de lixo estiver com duas camadas de resíduos já depositados, ou seja, aproximadamente 8 metros x 12 KN/m3 x 0,5 (Ko) ≅ 50 KPa, e etapas de ensaio com consolidação de 100 KPa correspondente à um aterro com 16 metros de altura.

Na Fase de Adensamento aumenta-se a tensão confinante até o valor pré-estabelecido da consolidação estipulada, e a pressão na base permanece a mesma do final da Fase de Saturação, com essa válvula aberta e a do topo fechada para que a drenagem ocorra através da ligação da base. Como a base do permeâmetro está ligada ao medidor de variação de volume, a quantidade de água que sai da amostra é aferida pelo transdutor de deslocamento acoplado ao medidor de variação de volume, sendo que, dessa vez o deslocamento do embolo será contrário ao verificado na Fase de Saturação.

Depois que o volume de água que sai da amostra é estabilizado, utiliza-se esse valor para corrigir o volume de vazios da amostra submetida ao novo nível de tensões, uma vez que as Curvas Características do Transporte, ou melhor as ‘Breakthrough Curves’, são traçadas em termos de volume de vazios percolado.

A Fase de Percolação começa com a medida da condutividade hidráulica saturada com água.

Inicialmente regula-se a pressão no topo das amostras para que essa fique igual à pressão na base. Abre-se ambos os registros, da base e do topo e, em seguida, é dado um pequeno incremento na pressão da base. A pressão do topo é decrescida desse mesmo valor, gerando um gradiente de percolação, de valor pré-estabelecido, sob a mesma tensão efetiva média do final da Fase de Adensamento.

Ao longo dos ensaios os volumes de entrada do fluido nas amostras são lidos no decorrer do tempo através dos transdutores de deslocamento acoplados ao medidores de variação de volume, as seções transversais dos corpos de prova são conhecidas, medidas no momento da moldagem dos mesmos, e os gradientes de percolação são calculados a partir da diferença das pressões do topo e da base, lidas pelos transdutores de pressão, e pelos comprimentos das amostras, também conhecidos.

De posse desses valores e a partir da Equação de Fluxo de Darcy: Q = KiA (vazão = condutividade hidráulica saturada x gradiente de percolação x seção tranversal de fluxo), calcula-se a condutividade hidráulica saturada com água, a qual foi monitorada ao longo do tempo. Podem ser traçados gráficos da condutividade versus o intervalo de tempo que se desejar medir.

Optou-se por monitorar a percolação com água durante 4 a 5 dias a fim de se verificar possíveis tendências com o decorrer do tempo. Quando água destilada é usada como fluido

permeante em um solo argiloso natural, os sais solúveis são lixiviados da amostra, fazendo com que a concentração eletrolítica do fluido nos poros do solo decresça, causando uma expansão da ‘camada dupla’ e uma tendência das partículas da argila a dispersar, resultando, usualmente, em uma diminuição da condutividade hidráulica (Elbachá, 1989).

Além disso, pretendia-se também comparar as condutividades medidas de acordo com os gradientes de percolação utilizados. O gradiente de percolação pode provocar o carreamento de partículas do solo, as quais podem assumir dois comportamentos: ou, após desprender-se do solo, estas entopem os vazios da pedra porosa, diminuindo a condutividade hidráulica medida com o passar do tempo, ou são continuamente carreadas, aumentando os espaços vazios entre os grãos do solo e, portanto, aumentando a condutividade hidráulica.

Em seguida, passa-se para percolação com soro. O ensaio é interrompido e substitui-se toda a água das mangueiras, dos reservatórios superiores dos medidores de variação de volume e do sistema de distribuição de água/soro pela solução contendo a substância contaminante, numa concentração inicial conhecida.

Os registros da tensão confinante, pressão na base e pressão no topo de ambos os corpos de prova são então abertos com os mesmos valores de pressão da percolação anterior e procede-se às leituras de volume de entrada e saída das amostras e cálculo dos gradientes de percolação ao longo do tempo, da mesma forma que se fez com a percolação com água.

Quando a bureta atinge o volume de soro de coleta (0,5 volume de vazios da amostra), o efluente é recolhido e acidificado, para preservação do fluido coletado, em frascos próprios para coleta, e submetido a análise química para determinação de sua concentração. Dessa forma, obtém-se a variação da concentração efluente com o passar do tempo. Antes da acidificação dos volumes coletados, é medido o pH e a condutividade elétrica dos mesmos.

A percolação com soro e as coletas de efluente duram até que se obtenha a concentração efluente do contaminante igual a, no mínimo, metade da concentração inicial, para que assim, com a Curva Característica do Transporte traçada, possa se calcular o Fator de Retardamento e, posteriormente, os demais parâmetros de transporte, conforme já descrito no capítulo 2.

Também na percolação com a solução contaminada foi monitorado o coeficiente de permeabilidade, a fim de se verificar possíveis tendências de variação ao longo do tempo. No contato da substância contaminante com as partículas do solo pode haver ‘Troca Iônica’, retraindo ou expandindo a ‘Camada Dupla’ de cátions ao redor da partícula de argila e, consequentemente, aumentando ou diminuindo os espaços vazios entre os grãos do solo.

Havendo retração da camada dupla devido à troca iônica, aumentam os espaços vazios entre os grãos e portanto, aumenta a condutividade hidráulica. Se houver expansão da camada dupla, analogamente, ocorrerá a diminuição da condutividade hidráulica.

4.3 Ensaios de Equilíbrio em Lote

4.3.1 Descrição do equipamento

O ensaio de Equilíbrio em Lote, conforme já mencionado anteriormente, consiste em colocar, em um recipiente fechado, uma certa quantidade de solo com uma solução contendo uma substância contaminante, numa concentração inicial conhecida. Essa mistura deve, então, ser agitada para que as partículas sólidas permaneçam em suspensão na solução, disponibilizando toda sua área superficial ao contato com o líquido, durante um tempo mínimo para que ocorram as reações químicas envolvendo a retenção do contaminante.

Posteriormente deve ser feita a separação entre as fases sólida e líquida para que o líquido possa ser analisado e determinada a concentração final, ou de equilíbrio, do elemento

em questão. A massa do contaminante sorvida pelo solo é obtida pela diferença entre a concentração inicial na solução e a concentração de equilíbrio.

O equipamento utilizado na agitação das amostras, compostas pela mistura solo-solução, foi um Agitador da marca FANEM, modelo 258. Este possui uma haste com garra onde é colocado um becker contendo a mistura. O becker, vedado, permanece suspenso sobre um imã que ao girar faz com que uma barra magnética teflonada, inserida neste becker, também comece a girar, agitando a amostra.

A foto 4.5 mostra o equipamento descrito, montado, e com uma amostra sendo agitada.

Fotografia 4.5 – Mistura solo-solução contaminante colocada em um becker, vedado, de 100 mL no Agitador utilizado nos ensaios de Equilíbrio em Lote

Já a separação das fases sólida e líquida foi realizada através do método da filtração à vácuo. Para tal, foi utilizada uma bomba de vácuo, um frasco de Kitasato de vidro, um funil de Buchner de porcelana e o papel filtro da marca WHATMAN, modelo 42, conforme mostrado na foto 4.6, a seguir.

Fotografia 4.6 - Bomba de vácuo ligada ao frasco de Kitasato, com funil de Buchner e papel filtro circular, utilizados na Filtração das amostras dos Ensaios de Equilíbrio em Lote

4.3.2 Procedimento dos Ensaios

Para proceder os ensaios de equilíbrio em lote foi consultada a norma da Agencia Americana de Proteção Ambiental – USEPA de 1991.

A proporção solo:solução adotada nos ensaios foi a mínima, segundo a norma da USEPA, de 1:4, de forma que, a massa de solo, seco ao ar e passante na peneira 10 (2mm de abertura), utilizada foi de 12,50 gramas para 50 mL de solução contaminante. Vale ressaltar que a massa de solo realmente utilizada foi corrigida em função da umidade das amostras, ou seja, utilizou-se a massa úmida. Sendo assim, a massa de solo referida anteriormente, 12,50g, corresponde à massa exclusivamente de solo, e a massa realmente utilizada foi a massa úmida, igual a 12,50 x [ 1 + umidade(%) ] gramas.

O tempo de agitação necessário para que ocorressem as reações químicas entre as partículas do solo e o contaminante, dissolvido em solução, foi adotado com base em especificação da USEPA, igual a 24 horas, intervalo comumente utilizado

Após definida a proporção solo:solução contaminante e o tempo de agitação das misturas, foram selecionadas as concentrações iniciais para cada amostra e o número de amostras a serem ensaiadas. Em seguida, foram preparadas as soluções e pesada a porção de solo para realização do primeiro ensaio.

A mistura solo-solução é colocada num becker de 100 mL juntamente com uma barra magnética que deverá começar a girar quando o Agitador for ligado. O becker deve ser vedado para evitar a entrada de algum corpo estranho na solução e também para preservar a mistura, garantindo que nenhuma gota da solução ou partícula sólida irá sair do becker durante o ensaio. Como vedação foi utilizada uma lâmina plástica presa com auxílio de um elástico de borracha.

Posteriormente, o becker é preso à garra da haste do Agitador e este é ligado. A agitação prossegue durante 24 horas conforme mencionado anteriormente e em seguida o Agitador é desligado, mede-se a temperatura da solução, com um termômetro, e o pH, com um pHmêtro e só então a amostra é filtrada no papel filtro de malha 0,45 µm, colocado no funil de Buchner sobre o frasco de Kitasato.

A bomba aplica o vácuo no interior do frasco de Kitasato durante aproximadamente 1 hora, em seguida, o líquido é passado para um frasco próprio de coleta e são determinadas a condutividade elétrica, através de um condutivímetro, e a concentração de equilíbrio, através da análise por absorção atômica.

A massa sorvida do contaminante utilizado, no caso o Zinco, nas partículas do solo é obtida pela diferença entre a concentração inicial de zinco na solução e a concentração de equilíbrio medida no líquido após a filtração.

Foram realizados 6 ensaios de equilíbrio em lote para cada um dos solos, arenoso e argiloso, e os valores obtidos para massa de Zinco sorvida nas partículas de solo foram plotados em função das correspondentes concentrações de equilíbrio.

CAPÍTULO 5