A metodologia proposta para avaliação da durabilidade de geomembranas de PEAD inseridas em sistemas de barreiras de depósitos de rejeitos de mineração potencialmente contaminantes inclui a análise conjunta de resultados de ensaios mecânicos e térmicos para amostras expostas aos rejeitos no chamado ‘mostruário de desempenho’.
Nesta abordagem, as seguintes propriedades-índices foram consideradas: - tensão de escoamento na direção longitudinal;
- deformação correspondente à tensão de escoamento na direção longitudinal; - tensão de escoamento na direção transversal;
- deformação correspondente à tensão de escoamento na direção transversal; - resistência ao rasgo (direção longitudinal e transversal);
109 - temperaturas de fusão e de degradação; - tempos de oxidação.
As variações medidas para todas estas propriedades-índices ao longo do período de observação desta pesquisa estão sistematizadas na Tabela 6.34, correlacionadas com os valores obtidos para a amostra de referência (não exposta aos rejeitos de zinco estocados no Depósito Murici da Unidade VMZ - Três Marias).
Tabela 6.34 – Resultados dos Ensaios Realizados – Síntese Geral
Ensaio /Amostras Referência 1 mês 2 meses 3 meses 6 meses 9 meses 12 meses
Tensão Escoamento Longitudinal (MPa) 17,2 17,7 16,72 17,34 17,44 17,26 17,1 % degradação 2,9 -2,8 0,8 1,4 0,35 -0,6 Deformação Longitudinal (%) 19,00 18,66 19,61 19 19,04 17,72 19,24 % degradação -1,8 3,2 0,0 0,2 -6,7 1,3 Tensão Escoamento Transversal (MPa) 18,79 19,77 17,48 20,13 18,88 18,04 18,61 % degradação 5,2 -7,0 7,1 0,5 -4,0 -1,0 Deformação Transversal (%) 15,21 14,2 14,85 13,71 14,19 14,2 14,67 % degradação -6,6 -2,4 -9,9 -6,71 -6,6 -3,6 Rasgo Longitudinal (N) 228 214,4 253,35 241,2 230,95 212,7 232,8 % degradação -6,0 11,1 5,8 1,3 -6,7 2,1 Rasgo Transversal (N) 250,6 242,85 227,65 277,3 227,25 250,25 255,6 % degradação -3,1 -9,2 10,7 -9,3 -0,1 2,0 Puncionamento (N) 684,7 698,8 665,3 685,5 722,1 655,8 656,4 % degradação 2,1 -2,8 0,1 5,46 -4,2 -4,1 Temperatura de Fusão (˚C) 133,61 133,14 131,24 133,61 133,14 132,19 133,14 % degradação -0,35 -1,77 0,0 -0,35 -1,06 -0,35 Temperatura de Degradação (˚C) 268,69 269,63 267,27 270,11 267,74 267,74 269,16 % degradação 0,35 -0,53 0,53 -0,35 -0,35 0,17 Tempo de Oxidação OIT (min) 19,02 16,23 28,26 12,42 7,05 21,86 7,73 % degradação -14,67 48,58 -34,70 -62,93 14,93 -59,36
110
À exceção dos tempos de oxidação, cujas variações mostraram-se bastante discrepantes, todos os demais ensaios são potencialmente indicados para o monitoramento proposto, com índices de correlação compatíveis e aceitáveis. A representatividade do controle é pouco conclusiva para períodos inferiores a 12 meses, como verificado pela alternância ora positiva, ora negativa, das medições, independentemente do prazo maior das amostras expostas aos rejeitos.
Estes resultados demonstram que tais variações estão ainda dentro do domínio de variação das próprias características estruturais das geomembranas de PEAD, demandando, portanto, prazos suficientemente mais longos para que possam ser efetivamente adotados como parâmetros de controle do projeto.
111
CAPÍTULO
7
CONCLUSÕES E ESTUDOS COMPLEMENTARES
7.1 – CONSIDERAÇÕES FINAISO escopo desse projeto de pesquisa, iniciado a partir das realidades de um estudo de caso de um depósito de rejeitos de mineração, consistiu em estabelecer procedimentos de controle e monitoramento do desempenho de geomembranas de PEAD confinadas em um depósito de rejeitos de zinco da Unidade VMZ implantada no município de Três Marias/MG.
O empreendimento possui um longo histórico de problemas ambientais, agravados em função da localização do mesmo nas vizinhanças do Rio São Francisco e da própria cidade. Neste sentido, a empresa, mediante acordo geral firmado com os órgãos ambientais, optou pela implantação de um novo depósito de rejeitos de grande porte, utilizando as melhores técnicas disponíveis em termos da escolha do local, sistemáticas de operação e controle de campo e, no aspecto mais diretamente ligado a este trabalho, por sistemas de barreiras conjugando camadas de argilas compactadas e geossintéticos. Neste sentido, uma premissa de controle operacional do depósito de rejeitos incluiu obviamente a avaliação do desempenho das geomembranas de PEAD, de 1,5mm de espessura, utilizadas como interfaces de estanqueidade ao longo do fundo e dos taludes laterais do depósito. A questão primária que se impõe, portanto, tem foco na aferição da durabilidade das geomembranas em ambientes tão agressivos e a evolução de potenciais susceptibilidades das mesmas à exposição contínua aos rejeitos depositados. Considerando-se as características e dimensões do projeto e as condições de longo prazo de um monitoramento dessa natureza, a metodologia proposta baseou-se nas seguintes proposições gerais:
112
(i) Procedimentos para exposição e coleta das amostras de geomembrana aos rejeitos de mineração;
(ii) Definição de propriedades-índices características para a correlação dos resultados entre as amostras expostas e as amostras de referência (não expostas aos rejeitos);
(iii) Adoção de metodologias de ensaios relativamente simples e disponíveis para aplicações práticas;
(iv) Possibilidade de adoção posterior no âmbito da própria empresa de mineração, pela imposição óbvia dos longos períodos de monitoramento. Tais proposições resultaram na implantação do ‘mostruário de desempenho’ para a exposição e coleta de amostras expostas aos rejeitos de zinco e na adoção de ensaios de laboratório centrados na determinação de propriedades mecânicas e térmicas das amostras expostas, a diferentes períodos de tempo e correlacionadas às das amostras de referência (não expostas).
7.2 – CONCLUSÕES
As principais conclusões relativas à metodologia proposta e aplicada ao estudo de caso avaliado podem ser sistematizadas da seguinte forma:
• O ‘mostruário de desempenho’ atendeu, de forma simples e efetiva, as premissas de uma coleta continuada e garantiu a submersão das amostras nos rejeitos de zinco ao longo da evolução do reservatório e foram submetidas, portanto, à ação exclusiva de degradação pelos potenciais efeitos deletérios dos próprios rejeitos (garantindo-se ainda a não exposição das amostras a radiações UV pelo encapsulamento do mostruário, particularmente na fase inicial do lançamento dos rejeitos);
• Na coleta das amostras, realizadas nos seguintes intervalos de tempo: 1 mês, 2 meses, 3 meses, 6 meses, 9 meses e um ano (limite do tempo de observação da presente pesquisa), a representatividade da amostragem foi garantida pela
113
adoção sistemática dos mesmos procedimentos para a sua remoção do pórtico, acondicionamento, proteção e encaminhamento para o laboratório;
• A infraestrutura disponível no país atende e viabiliza de forma adequada, em termos práticos e não apenas de pesquisa, os procedimentos experimentais propostos na presente metodologia, baseados em ensaios para determinação de propriedades mecânicas e térmicas de geomembranas de PEAD;
• À exceção dos tempos de oxidação (técnica OIT), cujas variações mostraram-se bastante discrepantes, todos os demais ensaios são potencialmente indicados para o monitoramento proposto, com índices de correlação compatíveis e aceitáveis;
• Em relação aos ensaios mecânicos, as propriedades-índices propostas como referência, e que se mostraram relevantes, foram as seguintes:
- tensão de escoamento na direção longitudinal; deformação correspondente à tensão de escoamento na direção longitudinal; tensão de escoamento na direção transversal e deformação correspondente à tensão de escoamento na direção transversal; obtidas em ensaios simples de tração (corpos de prova para controle de qualidade em forma de halteres); - resistências ao rasgo, correspondentes às direções longitudinal e transversal, obtidas em ensaios convencionais de rasgo;
- resistências ao puncionamento, obtidas em ensaios de puncionamento efetuado por uma haste metálica através de um cilindro vazado com 45mm de diâmetro.
• O equipamento utilizado para realização de todos estes ensaios é o mesmo, o que favorece muito a adoção desta série de ensaios para aferição do comportamento mecânico de diferentes amostras de geomembrana;
• Em relação aos ensaios baseados em técnicas térmicas, as propriedades-índices propostas como referência, e que se mostraram relevantes, foram as seguintes:
114
- temperaturas de fusão e de degradação das amostras ensaiadas, obtidas por meio dos ensaios de Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC); - tempos de oxidação, obtidos pela técnica OIT.
• Aparentemente, é pouco confiável as prescrições normativas em relação à fixação de valores mínimos de OIT para geomembranas (norma GRI GM13, por exemplo); estes parâmetros mostraram-se muito inconsistentes no âmbito do presente estudo;
• A representatividade do controle é pouco conclusiva para períodos inferiores a 12 meses, como verificado pela alternância ora positiva, ora negativa, das medições, independentemente do prazo maior das amostras expostas aos rejeitos;
• Estes resultados demonstram que tais variações estão ainda dentro do domínio de variação das próprias características estruturais das geomembranas de PEAD, demandando, portanto, prazos suficientemente mais longos para que possam ser efetivamente adotados como parâmetros de controle do projeto.
7.3 – ESTUDOS COMPLEMENTARES
A principal recomendação decorrente dos estudos realizados é a sua óbvia continuidade, no âmbito dos procedimentos pré-estabelecidos, para amostras coletadas após exposição aos rejeitos de zinco por períodos de 2 anos, 5 anos, 10 anos e ao final de vida útil do reservatório, sob os cuidados e responsabilidades da própria empresa de mineração. Estes resultados permitirão análises do desempenho geotécnico de geomembranas de PEAD em reservatórios de rejeitos potencialmente contaminantes por longos períodos, propiciando dados e observações muito relevantes, em face do caráter incipiente destes estudos na literatura técnica especializada (particularmente no Brasil).
115
Outro estudo proposto seria a investigação da técnica OIT à luz da degradação dos aditivos presentes em geomembranas de PEAD, particularmente compostos plastificantes e antioxidantes. Ensaios de laboratório aplicando essa técnica para condições bastante específicas (como ensaios em estufas, com ou sem circulação de ar ou em câmaras com exposição severa das amostras a radiações UV) parecem não reproduzir adequadamente as condições reais de campo para interfaces expostas a rejeitos.
Outro estudo particularmente relevante diz respeito ao comportamento de emendas de geomembranas em campo. Embora existam diferentes proposições de procedimentos para a sua adequada execução em campo e uma série de testes de controle em relação à estanqueidade destas feições, o fato concreto é que as emendas de painéis constitui um elemento-chave de extrema relevância prática e causa quase generalizada de problemas em aplicações de geomembranas em sistemas de barreiras de depósitos de rejeitos.
116
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ABNT (2004). Norma NBR 10.004: Resíduos Sólidos – Classificação. Associação Brasileira de Normas Técnicas, ABNT.
ABNT (1987). Norma NBR 10.157: Aterro para Resíduos Perigosos – Critérios para Projeto, Construção e Operação. Associação Brasileira de Normas Técnicas, ABNT.
ABNT NBR ISO 10318 (2013): Geossintéticos – Termos e Definições. Associação Brasileira de Normas Técnicas, ABNT.
ASTM D413 − 98 (2007). Standard Test Methods for Rubber Property – Adhesion to Flexible Substrate.
ASTM D638 (1984) Standard Test Methods of Tensile Properties of Plastics.
ASTM D882 (2012) Standard Test Method for Tensile Properties of Thin Plastic Sheeting.
ASTM D1004 (2007) Standard Test Method for Tear Resistance (Graves Tear) of Plastic Film and Sheeting.
ASTM D1424 - 09 (2013) Standard Test Method for Tearing Strength of Fabrics by Falling-Pendulum (Elmendorf-Type) Apparatus
ASTM D3083 (1989) Standard Specification for Flexible Poly (Vinyl Chloride) Plastic Sheeting for Pond, Canal, and Reservoir Lining.
ASTM D3895 (2007) Standard Test Method for Oxidative-Induction Time of Polyolefins by Differential Scanning Calorimetry.
ASTM D4437 − 08 (2013) Standard Practice for Non-destructive Testing (NDT) for Determining the Integrity of Seams Used in Joining Flexible Polymeric Sheet Geomembranes.
ASTM D4533 (2011) Standard Test Method for Trapezoid Tearing Strenght of Geotextiles
117
ASTM D4595 (2011) Standard Test Method for Tensile Properties of Geotextiles by the Wide-Width Strip Method.
ASTM D4833 (2007) Standard Test Method for Index Puncture Resistance of Geomembranes and Related Produtcts.
ASTM D5885 − 06 (2012) Standard Test Method for Oxidative Induction Time of Polyolefin Geosynthetics by High-Pressure Differential Scanning Calorimetry.
ASTM D6392 (2012) Standard Test Method for Determining the Integrity of Nonreinforced Geomembrane Seams Produced Using Thermo-Fusion Methods.
ASTM D6693 − 04(2010) Standard Test Method for Determining Tensile Properties of Nonreinforced Polyethylene and Nonreinforced Flexible Polypropylene Geomembranes.
Bouazza, A. (2002). Geosynthetic Clay liners. Geotextiles and Geomembranes Elsevier, 20, p. 3-17.
Bueno, B.S. e Vilar, O.M. (2004). Manual Brasileiro de Geossintéticos Capítulo 3 – Propriedades, Ensaios e Normas, ABINT, Editora Edgarg Blucher, 413p.
Canevarolo, S. V. (2003). Técnicas de Caracterização de Polímeros, Artliber, São Paulo.
Chiavegatto, J. R. S (1992). Análise das Sequências Tempestíticas da Formação Três Marias (Proterozóico Superior) na porção meridional da Bacia do São Francisco. Dissertação de mestrado, Programa de Pós-Graduação em Geociências, Departamento de Engenharia Geológica, UFOP, Ouro Preto, 216p;
Conselho da União Européia – CE. Directiva 1999/31. Disponível em http://eur- lex.europa.eu/LexUriServ/site/pt/oj/1999/l_182/l_18219990716pt00010019.pdf.
DNPM (2012). Sumário Mineral. Departamento Nacional de Pesquisa Mineral. Disponível em www.dnpm.gov.br
Geoconsultoria S/C Ltda (2007). Projeto Conceitual do Depósito Murici – Votorantim Metais Zinco S.A. /Unidade de Três Marias. Relatório Técnico CM-RT-05, 32 p.
118
Gomes, R.C. (2008). Parecer técnico – Documento complementar ao processo de requerimento de LP para sistema de disposição de rejeitos de planta metalúrgica de zinco da VMZ – Três Marias (documento interno).
Gomes, R.C. (2012). Curso de Geossintéticos e suas Aplicações em Obras Geotécnicas. Aula 08: Aplicações de Geossintéticos em Barreiras Impermeabilizantes e em Sistemas de Disposição de Resíduos, NUGEO, Universidade Federal de Ouro Preto.
GRI Test Method GM 13 (2000) – Test Properties and Testing Frequency for High Density Polyethylene (HDPE) Smooth and Texture Geomembranes.
GRI Test Method GM 19 (2002) – Seam Strength and Related Properties of Thermally Bonded Polyolefin Geomembranes.
IGSBR GM 01 (2003). Instalação de Geomembranas Termoplásticas em Obras Geotécnicas e de Saneamento Ambiental – Recomendações para Projeto – IGS Brasil Associação Brasileira de Geossintéticos.
Haxo, H. e Nelson, N. (1984). Factors in the Durability of Polimeric Membrane Liners. International Conference on Geomembranes, Denver, EUA, p. 287 – 292.
Holtz, R. D., Christopher, B. R. and Berg, R. R. (1995), ‘Geosynthetic design and construction guidelines’, Publication FHWA-A-HI-95, National Highway Institute Course 13213, US Department of Transportation, Federal Highway Administration, Washington DC, 396 p.
Koerner, R. M. (2005). Designing with Geosynthetics. 5th edition, Pearson Prentice Hall, New Jersey.
Limiar (2007). Estudo de Impacto Ambiental. EIA Depósito Murici. Limiar Engenharia Ambiental, Vol. I e Anexos, Belo Horizonte, 319p.
Lodi, P.C. (2003). Aspectos de Degradação de Geomembranas Poliméricas de Polietileno de Alta Densidade (PEAD) e Poli (Cloreto de Vinila) (PVC). Tese de Doutorado. Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo, 284p.
Maia, I. S. (2001). Avaliação da Degradação de Propriedades Mecânicas de Geomembranas de PEAD e PVC. Dissertação de Mestrado, EESC (USP), São Carlos, 175 p.
119
Matheus, E. (2002). Efeitos do Envelhecimento Acelerado e do Dano Mecânico Induzido no Desempenho e Durabilidade de Alguns Geossintéticos. Tese de Doutorado. Publicação GTD – 010A/02, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, Universidade de Brasília, DF, 284p.
Müeller, W. and Jakob, I. (2003). Oxidative resistance of high-density polyethylene
geomembranes. Journal of Polymer Degradation and Stability, 79, p. 161–172.
Rowe, R. K., Quigley, R. M., Brachman, R. W. I., and Booker, J. R.(2004). Barrier systems for waste disposal facilities, 2nd Ed., E & FN Spon, Londres.
Sarsby, R.W. (2007). Geosynthetics in Civil Engineering. Woodhead Publishing Limited, The Textile Institute, England.
Sharma, H.D. e Lewis, S.P. (1994). Waste Containment Systems, Waste Stabilization
and Landfills: Design and Evaluation. John Wiley & Sons, 588p.
Shukla, S. K. (2002). Geosynthetics and Their Applications. Thomas Telford, London,
430 p.
Van Zaten, R. V. (1986). Geotextiles and Geomembranes in Civil Engineering. A.
A.Balkema, Rotterdam.
VOGBR (2008). Depósito de Rejeitos Murici - Depósitos Leste e Central - Projeto Executivo – Belo Horizonte/MG.