Tipos de coberturas secas

De acordo com os objetivos definidos para a cobertura, tem-se um sistema de classificação para o elemento (Quadro 4). Durante a fase de análise e projeto, a escolha do tipo de cobertura mais adequado deve se basear em fatores como as condições climáticas e hidrogeologia do local, a reatividade e o tipo do resíduo a ser isolado e o fluxo basal.

Quadro 4 – Classificação das coberturas secas

Classificação Função

Barreira ao fluxo de oxigênio Reter umidade e inibir o fluxo de oxigênio

Barreira consumidora de oxigênio Consumir oxigênio na superfície, reduzindo sua concentração

Barreira inibidora de reações Inibir reações (Neutraliza o pH)

Barreira evapo-transpirativa

Minimizar a perda de umidade ao armazenar água próximo à superfície com posterior

perda por evaporação

Barreira capilar Limitar a entrada e/ou saída de fluídos (água e oxigênio)

Barreira impermeabilizante Limitar a entrada de água através de uma camada de material de baixa permeabilidade Fonte: Adaptado de MEND, 2000

Dentre os fatores citados, as condições climáticas do local de execução é o de maior influência sobre a escolha do tipo de cobertura a ser aplicado. As condições de precipitação e evaporação anuais são importantes para identificar a duração dos períodos mais secos e os mais úmidos. Desse modo, pode-se prever as condições de fluxo e perda de umidade do material utilizado no SCS.

Não obstante, as características físicas do resíduo devem ser consideradas durante a elaboração do projeto de cobertura. A heterogeneidade dos tipos de resíduos a serem encapsulados deve ser considerado durante o estudo das condições de fluxo na camada de cobertura, pois são heterogêneos em sua composição. Resíduos sólidos urbanos Brasileiros podem apresentar significativa faixa de variação no tamanho de suas partículas, podendo apresentar características de material granular (PROTÁSIO, 2013), e também, em muitos casos, aspecto mais particulado (BOSCOV, 2008), dependendo do grau de decomposição da matéria

orgânica presente no resíduos (idade do resíduo). Enquanto isso, rejeitos de mineração tendem a apresentar características predominantes de material granular (MEND, 2000).

Não obstante, a capacidade de reter umidade e a permeabilidade desses materiais, essenciais para o estudo do fluxo não-saturado, estão diretamente relacionadas ao tamanho e disposição de suas partículas. Desse modo, é importante estudar qual a influência das propriedades hidráulicas dos resíduos sobre o fluxo no interior do sistema de cobertura.

De acordo com os condicionantes para a escolha de um tipo de cobertura seca, O’Kane et al (2002) demonstra as diferentes configurações usualmente adotadas (Figura 24), para cobrir rejeitos de mineração de carvão, que podem ser aplicadas a outros resíduos. Em termos de viabilidade técnica e financeira, fatores como a disponibilidade do material a ser utilizado para execução e distância do local de empréstimo, topografia do terreno, vegetação nativa, entre outros, podem influenciar a escolha da configuração mais apropriada. De maneira geral, o aumento da complexidade da cobertura eleva seu custo de execução, o que também deve ser analisado.

Figura 24 – Tipos de coberturas secas

1. Modelo básico: Considera-se o modelo básico aquele inicialmente utilizado como modelo inicial de cobertura, mais simplificado, e pode ser modificado após realizadas as análises de sua performance. Nesse caso, adota-se como cobertura a deposição de um material não-compactado diretamente sobre o resíduo, que pode ser solo natural ou resíduos inertes.

Sua função principal é permitir o desenvolvimento de uma vegetação superficial, a fim de auxiliar na proteção contra o impacto das gotas de chuva das precipitações incidentes e proteger a cobertura contra o processo de erosão. A limitação da percolação também considerada, embora não seja seu objetivo principal. Usualmente, adota-se essa configuração quando os resíduos não são reativos.

2. Barreira evapo-transpirativa: Neste segundo caso, adota-se os mesmos tipos de material e forma de deposição do modelo inicial, entretanto, executa-se uma camada mais espessa, com intuito de limitar a percolação de água ao longo da cobertura e aumentar a capacidade de armazenamento da cobertura, com posterior perda por evaporação. Também tem como um dos objetivos funcionar como meio para desenvolvimento de uma vegetação superficial.

3. Barreira capilar: O modelo adota a execução de uma camada que funcione como barreira capilar, entre uma camada superior de solo não-compactado (desenvolvimento de vegetação) e a massa de resíduos. O principal objetivo desse tipo de cobertura é limitar a percolação à níveis baixos à moderados, através da descontinuidade de fluxo.

Como descrito por Boscov (2008), uma cobertura que utiliza o conceito de barreira capilar é composto por duas camadas materiais, onde o do elemento superior apresenta granulometria fina e o da inferior apresenta aspecto granular. Os dois materiais trabalham em condições não-saturadas, atuando paralelamente para exercer as funções de limitar a o fluxo da camada superior para a camada inferior.

MEND (2000) e Boscov (2008) descrevem o comportamento da barreira capilar através das curvas características e de permeabilidade não saturada dos materiais. Sabe-se que a sucção de entrada de ar corresponde ao valor de sucção necessário para dar início à drenagem do material (perda de umidade). Então, quando a camada inferior apresentar valores de sucção residual inferiores à sucção de entrada de ar do material fino da camada superior (Figura 25) e menor permeabilidade da camada inferior, não ocorrerá o processo de drenagem (barreira capilar).

Outra explicação para a situação de barreira capilar pode ser dada ao se observar as curvas de condutividade hidráulica dos dois materiais adotados para a cobertura. Em condições com elevados valores de sucção, as curvas dos dois materiais apresentam um intercepto à partir do qual o material granular passa a ter condutividade hidráulica inferior à do material fino. Então, o fluxo na interface dos dois materiais é reduzido, resultando em uma condição de barreira capilar.

A configuração é utilizada quando há potencial para transporte de contaminantes, como produtos da oxidação de escória de mineração (drenagem ácida), por capilaridade, afetando a sustentabilidade da vegetação e a qualidade da água na superfície. Assim, define-se como um dos modelos que adotam o conceito de barreira capilar, exposto anteriormente.

Figura 25 – Curvas de retenção e condutividade hidráulica para diferentes materiais

Fonte: MEND, 2000

4. Barreira impermeabilizante: Nesta configuração, sob a camada de material não- compactado, executa-se uma camada de material fino compactado sobre a massa de resíduos, formando uma barreira hidráulica de baixa permeabilidade. Por ter capacidade de armazenar, mesmo em condições de baixa pluviosidade, devido ao seu pequeno volume de vazios associado ao seu baixo coeficiente de condutividade hidráulica, esse material, dependendo das condições climáticas, pode conseguir manter elevado grau de saturação, o que o permite funcionar, também, como barreira à difusão de oxigênio. A camada superior de material não-compactado funciona como meio de armazenamento e perda de água e para o desenvolvimento de vegetação superficial.

5. Barreira consumidora de oxigênio e barreira inibidora de reações: Para a camada executada sobre o resíduo, quando o objetivo principal é reduzir a concentração de oxigênio, utiliza-se um material de natureza orgânica, como produtos do processo de compostagem, turfas, entre outros. Além de servir como barreira à difusão de oxigênio, funciona como ‘sacrifício” ao se oxidar (elevado potencial oxidativo) e reduzir a concentração de oxigênio próximo à superfície. Outra metodologia é a adição de uma camada de material que possua capacidade de inibir reações (neutralizar pH), como a cal virgem (CaO), quando em contato com materiais de elevada acidez (rejeitos de mineração, por exemplo).

Normalmente, essa configuração não adota a camada superficial de solo não- compactado, pois a camada principal já aoeresenta elevado potencial para desenvolvimento de vegetação (decomposição da matéria orgânica). Além disso, outros materiais podem ser utilizados na composição da camada principal, como materiais cimentosos, misturas de cinzas leves, geossintéticos, entre outros.

6. Barreira ao fluxo de oxigênio: A última configuração (corresponde à mais complexa dentre as apresentadas. Basicamente, executa-se três camadas, sendo uma intermediária composta de material fino compactado e duas outras, acima e abaixo da camada intermediária, compostas de material granular, funcionando ambas como barreira capilar. Assim, esse tipo de cobertura funciona como barreira à percolação de água quanto à difusão de oxigênio.

De forma geral, essa variação é adotada para ambientes sujeitos à prolongados períodos de seca, pois apresenta mecanismos que permitem a manutenção da saturação da camada intermediária, como a possibilidade, durante o período de precipitações, de armazamento de água na camada superior para posterior manutenção da umidade da camada intermediária em períodos de seca. Além disso, a adoção de uma camada superficial de material não-compactado, para o desenvolvimento de vegetação, torna-se dispensável se o material da barreira capilar superior conseguir exercer essa função.