Capítulo 2 Geossintéticos em aplicações ambientais
2 GEOSSINTÉTICOS EM APLICAÇÕES AMBIENTAIS
Capítulo 2 Geossintéticos em aplicações ambientais
Tais estruturas contemplam sistemas de revestimento de fundo, dos taludes laterais e de cobertura, os quais se destinam, essencialmente, a isolar do ambiente (solo, água e ar) os resíduos acondicionados e seus derivados (gases e líquidos) gerados no corpo do aterro.
Eles devem ser executados a fim de garantir estanqueidade, durabilidade, resistência mecânica, resistência às intempéries e compatibilidade com os resíduos a serem aterrados (Rocca, 1993). Tais sistemas podem ser individuais (constituídos por uma única barreira de fluxo) ou compostos (constituídos por duas ou mais barreiras de fluxo) e, quando intercalado por uma camada intermediária de detecção de vazamentos, o sistema é denominado duplo. A Figura 2.1 abaixo apresenta alguns exemplos destes sistemas de revestimento conforme prescrição da agência de proteção ambiental dos Estados Unidos (US EPA).
Figura 2.1. Sistemas de revestimento prescritos pela agência de proteção ambiental dos Estados Unidos (US EPA): sistemas de cobertura (a,b); sistemas de fundo (c,d) (Carson, 1995). Nota: SRCS:
Sistema de Revestimento Composto Simples; SRCD: Sistema de Revestimento Composto Duplo.
Figure 2.1. Dispositifs d’étanchéité établis par les bureaux de protection de l’environnement des États-Unis (US EPA): dispositif en couverture (a,b); dispositif en fond (c,d) (Carson, 1995). Note:
SRCS: Dispositif d’Étanchéité Composite Simple; SRCD: Dispositif d’Étanchéité Composite Double.
Solo de cobertura
Camada filtrante Camada drenante Geomembrana (GM) Argila Compactada (CCL) Camada de coleta de gás Resíduos sólidos
(a) (b)
SRCS GM-GCL-CCL
Resíduos sólidos
Camada filtrante Camada drenante Geomembrana (GM)
Camada drenante (Sistema de Detecção) Geomembrana (GM)
Argila Compactada (CCL) Subleito
(c) (d)
SRCD
Solo de cobertura
Camada filtrante Camada drenante Geomembrana (GM)
Geocomposto Bentonítico (GCL) Argila Compactada (CCL) Camada de coleta de gás Resíduos sólidos SRCS
GM-CCL
SRCD
Resíduos sólidos
Geotêxtil Camada drenante Geotêxtil
Geomembrana (GM)
Geocomposto Bentonítico (GCL) Sistema de Detecção
Geocomposto Bentonítico (GCL) Argila Compactada (CCL) Subleito
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Originalmente construídas por materiais granulares (solo, brita graduada, pedregulho, areia), as componentes desses sistemas de revestimento foram sendo rapidamente substituídas ou complementadas por materiais geossintéticos, os quais encontram aplicação em praticamente todas as funções desempenhadas por esses sistemas. A ASTM (American Society for Testing and Materials) em sua norma ASTM D4439-02 (2002) (Standard Terminology for Geosynthetics) define os geossintéticos como
“produtos planares manufaturados, constituídos de materiais poliméricos, usados com solo, rocha, terra ou outros materiais relacionados à engenharia como parte integral de um projeto, estrutura ou sistema concebido e implementado pelo homem”.
Particularmente no que concerne à engenharia geo-ambiental, tais produtos têm tido emprego crescente e generalizado ao longo das últimas décadas, sendo empregados a fim de cumprir as diversas funções que lhe são pertinentes, a saber:
1. Separação: o produto geossintético é colocado entre dois materiais distintos de modo que a integridade e o funcionamento de ambos materiais podem ser mantidos ou melhorados;
2. Reforço: o produto geossintético fornece resistência à tração a materiais ou sistemas que carecem desta capacidade resistente;
3. Filtração: o produto geossintético permite o fluxo através de seu plano enquanto retém as partículas acima de um dado tamanho em seu lado de montante;
4. Drenagem: o produto geossintético transmite fluxo através do plano de sua estrutura;
5. Barreira: o produto geossintético apresenta baixíssima permeabilidade e sua única função é conter líquidos e gases;
6. Proteção: o produto geossintético fornece uma proteção acima (ou abaixo) de outros produtos (em geral geomembranas) a fim de impedir danos durante a colocação de materiais sobrejacentes.
A maior parte das aplicações, contudo, tem sido concentrada nas instalações de contenção de resíduos sólidos ou aterros sanitários para fins de proteção do lençol freático e das águas superficiais presentes no ambiente físico destas estruturas de engenharia. Os geossintéticos têm exibido um papel importante neste desafio devido essencialmente a aspectos tais como versatilidade, viabilidade econômica, facilidade de instalação e boa caracterização de suas propriedades mecânicas e hidráulicas, podendo oferecer, portanto, vantagens técnicas e econômicas comparativamente às soluções de engenharia convencionais. A Tabela 2.1 abaixo apresenta os diferentes tipos de geossintéticos e suas correspondentes funções (Bouazza et al., 2002a).
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Tabela 2.1. Tipos de geossintéticos e funções correspondentes (Bouazza et al., 2002a).
Tableau 2.1. Types de géosynthétiques et fonctions correspondantes (Bouazza et al., 2002a).
Função Tipo de
geossintético Separação Drenagem Filtração Reforço Barreira Proteção
Geotêxtil NT* • •• • • •
Geotêxtil T** • •• •
Geogrelha • •
Geomembrana •
Geocélula • •
GCL • ••
Geocompostos •• • •• •• • •
Georrede •
Geotubo •
•função principal; ••função secundária; *não tecido; **tecido.
Conforme descrito anteriormente, os principais componentes funcionais dos sistemas de contenção de resíduos em instalações de disposição de resíduos modernas são (Manassero et al., 2000):
1. Revestimento de fundo, o qual deve reduzir o tanto quanto possível a migração contaminante advectiva e difusiva em direção à zona vadosa e/ou ao aqüífero. O desempenho das barreiras de baixa permeabilidade é essencialmente governado pela permeabilidade e difusividade hidráulicas de campo, por sua compatibilidade química com os produtos contidos, por sua capacidade de absorção e pelo seu tempo de vida útil. Por outro lado, o desempenho dos filtros e das camadas drenantes é governado pela capacidade de impedir a colmatação do sistema, a qual por sua vez é influenciada pelo tipo de resíduo e pelas técnicas de gerenciamento do aterro sanitário.
2. Revestimento dos taludes laterais, o qual tem essencialmente a mesma função do revestimento de fundo. O projeto destes revestimentos laterais pode ser governado por considerações de estabilidade e pela necessidade de controlar a migração de biogás no interior da zona vadosa.
3. Sistema de cobertura, o qual deve controlar o movimento de água e de gases e deve minimizar a emissão de odores à atmosfera e a proliferação de vetores de doenças. Também são usados para fins de controle de erosão e para fins estéticos. Seus critérios de projeto são freqüentemente menos complexos que aqueles usados no projeto dos outros componentes de revestimento devido à facilidade de reparação e de monitoramento de seu desempenho.
Adicionalmente a estes três componentes principais, os geossintéticos têm alcançado uso expressivo em dois componentes adicionais em sistemas de contenção de resíduos, a saber:
1. Sistemas de coleta de líquidos, os quais são destinados à coleta de líquidos em associação com o sistema de cobertura, à coleta do percolado do resíduo em associação com o revestimento de fundo e à coleta e detecção de vazamentos no caso de revestimentos duplos. Sistemas de coleta de gases também têm sido projetados com o uso de geossintéticos.
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2. Sistemas de interceptação, os quais são particularmente empregados em projetos de fechamento de aterros antigos construídos sem sistemas de revestimento de fundo rigorosos ou para fins de contenção de resíduos nocivos. Aspectos pertinentes à compatibilidade química, à difusão e à incidência de defeitos devem ser levados em consideração quando da avaliação de seu desempenho global.
O emprego de materiais geossintéticos em aterros sanitários em seus diversos graus depende fundamentalmente da natureza do projeto e das exigências regulamentares prescritas pelas agências de proteção ambiental. Assim, dentro da perspectiva da realidade de projeto de um aterro de resíduos e considerando-se os elementos apresentados na Tabela 2.1, tem-se que:
9 As geogrelhas podem ser usadas para reforço dos taludes laterais abaixo do resíduo, para reforço do solo de cobertura acima da geomembrana, para reforço de zonas passíveis de subsidência, para resistir aos recalques diferenciais gerados pela eventual ampliação horizontal e vertical de aterros e para a proteção da geomembrana, reduzindo a solicitação em tração.
9 As georredes destinam-se fundamentalmente à drenagem ao longo de seu plano através de seus espaços abertos, devendo ser protegidas da possibilidade de colmatação por meio do material adjacente, sendo empregadas em conjunto com geotêxteis ou geomembranas sobre uma ou ambas de suas superfícies.
9 As geomembranas são lâminas de baixíssima permeabilidade de natureza polimérica usadas como barreiras para líquidos e vapores. É amplamente aceito que a durabilidade a longo prazo e a compatibilidade química deste produto não são as principais preocupações quando de seu uso em aterros de resíduos (Hsuan
& Koerner, 1998; Rowe & Sangam, 2002, Tisinger et al., 1991), de modo que uma geomembrana apropriadamente projetada e instalada segundo rigorosos critérios de controle de qualidade de fabricação e de construção tem o potencial de centenas de anos de vida útil.
9 Dentre os geocompostos, os quais vêm a ser um subconjunto dos geossintéticos onde dois ou mais materiais individuais são associados num único produto, a associação geotêxtil-georrede (geocomposto de drenagem) tem sido a mais empregada, onde o geotêxtil trabalha como elemento separador e filtrante, enquanto a georrede trabalha como elemento drenante.
9 Os GCLs representam um material composto consistindo de bentonita e geossintéticos (geotêxteis ou geomembranas), constituindo um produto único de função essencialmente de barreira de fluxo. Devido à flexibilidade de produção e à rapidez de inovação, diferentes tipos de GCLs são também disponíveis com variações em seus desempenhos que permitem seu emprego em diversas condições específicas de projeto.
9 Os geotubos são geralmente inseridos em camadas granulares de drenagem a fim de facilitar a coleta e rápida drenagem do percolado a um sistema de bombeamento ou de remoção. Instalações de recirculação do percolado
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empregam geotubos para transportar e redistribuir o fluido de volta ao corpo do aterro.
9 Os geotêxteis constituem os mais ecléticos dos materiais geossintéticos, sendo usados para fins de filtração (evitando a colmatação de camadas drenantes), separação (evitando a mistura de materiais distintos), proteção (evitando danos sobre a geomembrana) e ocasionalmente de reforço (inserção na massa de resíduo visando aumentar sua estabilidade global).
9 As geocélulas são painéis constituídos por células tridimensionais interconectadas dentro das quais materiais de preenchimento específicos são colocados e compactados, criando um sistema que conserva o material de preenchimento no local, impedindo o movimento de massa pelo fornecimento de reforço à tração. Suas aplicações incluem a proteção e a estabilização de superfícies inclinadas e o reforço do subleito de revestimentos de fundo.
A Figura 2.2 ilustra o uso extensivo de geossintéticos em sistemas de revestimento de base e de cobertura de instalações modernas de aterros sanitários (Zornberg &
Christopher, 1999), representando uma boa ilustração de um projeto no qual os diferentes geossintéticos podem ser usados para desempenhar todas as funções discutidas anteriormente.
Figura 2.2. Aplicações múltiplas de geossintéticos em aterros sanitários (adaptado de Zornberg &
Christopher, 1999).
Figure 2.2. Applications multiples des géosynthétiques dans les centres de stockage de déchets (Zornberg & Christopher, 1999).
Informações completas sobre os diferentes tipos de geossintéticos empregados em instalações de contenção de resíduos, dos avanços recentes envolvendo o seu emprego nessas obras e dos casos históricos recentes que atestam a implementação desses avanços na prática de engenharia podem ser obtidas em Bouazza et al. (2002a), Manassero et al. (2000) e Vilar (2003).
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