( PDF ) Comportamento de liners sob a influência de um contaminante orgânico

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COMPORTAMENTO DE LINERS SOB A INFLUÊNCIA DE

UM CONTAMINANTE ORGÂNICO

Augusta Brenner dos Santos

Porto Alegre

Abril, 2005.

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AUGUSTA BRENNER DOS SANTOS

COMPORTAMENTO DE LINERS SOB A INFLUÊNCIA DE

UM CONTAMINANTE ORGÂNICO

Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em

Engenharia Civil da Universidade Federal do Rio Grande do Sul,

como parte dos requisitos para obtenção do título de Mestre em

Engenharia na modalidade Acadêmico.

Porto Alegre

Abril, 2005.

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Santos, Augusta B.

Título: Comportamento de Liners sob a Influência de

um Contaminante Orgânico/ Augusta Brenner dos

Santos – Porto Alegre: PPGEC/UFRGS, 2005.

n p.

Comportamento de Liners sob a Influência de

Contaminante, Programa de Pós-Graduação em

Engenharia Civil da Universidade Federal do Rio

Grande do Sul; Mestre. Orientador: Consoli, Nilo;

Heineck, Karla Orientador.

1. Assunto I. Condutividade Hidráulica.

CCAA2

AUGUSTA BRENNER DOS SANTOS

COMPORTAMENTO DE LINERS SOB A INFLUÊNCIA DE

UM CONTAMINANTE ORGÂNICO

Esta dissertação de mestrado foi julgada adequada para a obtenção do título de MESTRE EM

ENGENHARIA e aprovada em sua forma final pelos professores orientadores e pelo

Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil da Universidade Federal do Rio Grande do

Sul.

Porto Alegre, abril de 2005.

Prof. Nilo César Consoli,

Ph. D. pela Concordia University, Canada

Orientador

Prof. Karla Salvagni Heineck,

D.Sc. pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul

Orientadora

Prof. Américo Campos Filho

Coordenador do PPGEC/UFRGS

BANCA EXAMINADORA

Prof. Fernando Schnaid

Ph.D. University of Oxford-Inglaterra

Prof. Juan Antonio Altamirano Flores

D.Sc. Universidade Federal do Rio Grande do Sul, D.Sc. Université de Poitiers, França

Prof. Gilliane Christine Sills

Ph.D. pela University London

Dedico este trabalho a minha mãe Marlene pelo apoio

durante o período de seu desenvolvimento.

AGRADECIMENTOS

Para a realização desta dissertação, diversas pessoas e instituições foram importantes. Eis a

forma que encontrei para prestar meu reconhecimento, agradeço:

A minha mãe por toda a força dada durante o mestrado.

Aos meus orientadores Nilo César Consoli e Karla Salvagni Heineck pelos ensinamentos,

dedicação, confiança prestada e pelos constantes incentivos.

Ao bolsista de iniciação científica Carlos Emmanuel Ribeiro Lautenschläger pelo apoio e

dedicação.

À Refinaria Alberto Pasqualini REFAP S.A., a qual forneceu amostras de combustível para o

desenvolvimento da pesquisa.

Ao professor Juan Flores pelo apoio dado nos ensaios de difração de raios x.

Aos funcionários João Nelson Diniz pelo apoio, pelas dicas.

Aos colegas mestrandos e doutorandos, especialmente Rodrigo Montemezzo, Rodrigo

Caberlon, Alexandre Knop e Rosemar Lemos.

Há muitas maneiras de avançar, mas só uma maneira de

ficar parado.

Franklin D. Roosevelt

RESUMO

SANTOS, A.B. Comportamento de Liners sob a Influência de um Contaminante

Orgânico. 2005. Dissertação (Mestrado em Geotecnia) – Programa de Pós-Graduação em

Engenharia, UFRGS, Porto Alegre.

O presente trabalho tem como objetivo investigar o comportamento hidráulico e mecânico de

misturas de Solo-Bentonita (SB) e de Solo-Cimento-Bentonita (SCB) quando permeada com

água e óleo diesel, bem como analisar a influência da variação do teor de cimento com a

finalidade de propiciar resultados capazes de auxiliar para um projeto construtivo de barreiras

verticais de contaminantes. O programa experimental consistiu na realização de ensaios de

compressão não-confinada, ensaios de condutividade hidráulica com um permeâmetro de

parede rígida do tipo Compaction mold e ensaios de difração de raios-X a fim de se estudar o

comportamento das misturas de SB e SCB em termos de resistência e permeabilidade. Os

resultados dos ensaios realizados para cada tipo de mistura foram analisados separadamente.

A análise dos resultados permitiu identificar as alterações provocadas na condutividade

hidráulica pela variação do fator a/c e do líquido percolante. Os resultados dos ensaios de

compressão não-confinada demonstraram uma maior resistência com a diminuição do fator

a/c. A mistura de SB apresentou um aumento da condutividade hidráulica quando permeada

com óleo diesel comparado com o valor encontrado quando permeado com água, o que pode

ser explicado pelo inchamento intracristalino demonstrado pelo ensaio de difração de raios-X.

As amostras de SCB, devido à introdução de cimento, apresentaram um acréscimo inicial na

condutividade hidráulica (permeadas com água) quando comparadas com amostras de SB,

seguidas de uma redução na condutividade hidráulica quando permeadas com óleo diesel.

Palavras-chave: condutividade hidráulica, contaminante orgânico, bentonita, montmorilonita,

solo residual, cimento

ABSTRACT

SANTOS, A.B. Behavior Of Liners Under The Influence Of An Organic Contaminant.

2005. (M.Sc. Thesis in Engineering) – Graduate Course in Civil Engineering, UFRGS, Porto

Alegre.

Behavior Of Liners Under The Influence Of An Organic Contaminant

The objective of this work is to study the mechanical and hydraulic behavior of soil-cement-

bentonite (SCB) and soil-bentonite (SB) mixes when permeated with water and diesel oil, as

well as to investigate the influence of cement content with the purpose of providing results

capable of helping the design of vertical cutoff walls. Unconfined compression tests,

hydraulic conductivity test with a compaction mold permeameter and X-ray diffraction tests

were carried out in order to study the SCB and SB mixes behavior in unconfined strength and

hydraulic conductivity terms. The analysis of the results allowed to identify changes in

hydraulic conductivity due to the variation of the water-cement ratio and permeant fluid. The

results of the unconfined compression tests demonstrated that the samples with water-cement

ratio = 2 reached higher shear strengths than the other samples with water-cement ratio = 4

and 6. The SB mixes presented an increase of the hydraulic conductivity when permeated

with diesel oil when compared with the same samples permeated with water, which can be

explained by the intracrystalline swelling, demonstrated by the X-ray diffraction test. The

SCB mixes, due to the introduction of cement, have an initial increase in hydraulic

conductivity (permeated with water), when compared with SB mix, followed by a reduction

of the hydraulic conductivity when diesel oil is permeated.

Key words: hydraulic conductivity, organic contaminant, bentonite, montmorilonite, residual

soil, cement.

III

__________________________________________________________________________________________

Augusta Brenner dos Santos. Porto Alegre: PPGEC/UFRGS, 2005.

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO......................................................................................................................1

1.1 PROBLEMA E RELEVÂNCIA DA PESQUISA.....................................................................................................1

1.2. OBJETIVOS ...................................................................................................................................................................1

1.3 ORGANIZAÇÃO DA DISSERTAÇÃO....................................................................................................................2

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA.............................................................................................3

2.1 CONSIDERAÇÕES INICIAIS ....................................................................................................................................3

2.2 SLURRY WALLS .............................................................................................................................................................3

2.2.1 Barreiras de Solo-Bentonita..................................................................................................................................4

2.2.2 Barreiras de Solo-Cimento-Bentonita..................................................................................................................7

2.3 CONDUTIVIDADE HIDRÁULICA EM SOLOS ...................................................................................................9

2.3.1 Condutividade hidráulica em meios saturados e a Lei de Darcy....................................................................9

2.3.2 Fatores que interferem na condutividade hidráulica .......................................................................................11

2.4 CARACTERIZAÇÃO DO MEIO POROSO...........................................................................................................12

2.5 CONTAMINANTE......................................................................................................................................................19

2.6 PERMEÂMETRO DE PAREDE RÍGIDA X PERMEÂMETRO DE PAREDE FLEXÍVEL .......................19

2.7 FLUÍDOS ORGÂNICOS E SUA INTERAÇÃO COM O SOLO .......................................................................21

3 PROGRAMA EXPERIMENTAL......................................................................................23

3.1 CONSIDERAÇÕES INICIAIS ..................................................................................................................................23

3.2 ENSAIOS PRELIMINARES DE CARACTERIZAÇÃO.....................................................................................23

3.2.1 Caracterização dos Materiais ..............................................................................................................................23

3.3 DEFINIÇÃO DA DOSAGEM DOS MATERIAIS NAS MISTURAS..............................................................24

3.4 MATERIAIS UTILIZADOS NA PESQUISA ........................................................................................................24

3.4.1 Solo..........................................................................................................................................................................25

3.4.2 Bentonita.................................................................................................................................................................29

3.4.3 Cimento...................................................................................................................................................................30

3.4.4 Água........................................................................................................................................................................31

3.4.5 Óleo Diesel.............................................................................................................................................................32

3.5 MÉTODOS UTILIZADOS.........................................................................................................................................32

3.5.1 Coleta e preparação dos materiais ......................................................................................................................33

3.5.2 Preparação dos corpos de prova.........................................................................................................................33

3.5.3 Ensaios de Caracterização...................................................................................................................................34

3.5.4 Ensaios de Compressão não-confinada.............................................................................................................34

3.5.5 Ensaios de Condutividade Hidráulica................................................................................................................35

3.5.6 Análise por Difração de Raios X........................................................................................................................38

4 RESULTADOS OBTIDOS E ANÁLISES ........................................................................39

4.1 CONSIDERAÇÕES INICIAIS ..................................................................................................................................39

4.2 ENSAIOS DE RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO NÃO CONFINADA..........................................................39

__________________________________________________________________________________________

Comportamento de Liners sob a Influência de um Contaminante Orgânico

4.3 ENSAIOS DE CONDUTIVIDADE HIDRÁULICA SEGUNDO A NORMA ASTM D5856 ......................40

4.3.1 Resultados da amostra Solo-Bentonita (SB)....................................................................................................40

4.3.2 Resultados da amostra Solo-Cimento-Bentonita (SCB) com fator água-cimento 2..................................43

4.3.3 Resultados da amostra Solo-Cimento-Bentonita (SCB) com fator água-cimento 4..................................46

4.3.4 Resultados da amostra Solo-Cimento-Bentonita (SCB) com fator água-cimento 6..................................50

4.2.5 Resultados globais.................................................................................................................................................53

4.4 ANÁLISES POR DIFRAÇÃO DE RAIOS X.........................................................................................................55

4.4.1 Resultado da análise de Difração de Raios X - Amostra natural..................................................................56

4.4.2 Resultado da análise de Difração de Raios X da amostra tratada com Etileno Glicol..............................57

4.4.3 Resultado da análise de Difração de Raios X da amostra Calcinada...........................................................57

4.4.3 Resultado da análise de Difração de Raios X da amostra de Bentonita Saturada com Óleo Diesel.......58

5 CONCLUSÕES E SUGESTÕES .......................................................................................60

5.1 CONSIDERAÇÕES INICIAIS ..................................................................................................................................60

5.2 MONTAGEM DO EQUIPAMENTO.......................................................................................................................60

5.3 CONDUTIVIDADE HIDRÁULICA ........................................................................................................................60

5.4 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS...................................................................................................61

REFERÊNCIAS......................................................................................................................62

__________________________________________________________________________________________

Augusta Brenner dos Santos. Porto Alegre: PPGEC/UFRGS, 2005.

LISTA DE FIGURAS

Figura 2.1: Formação do filter cake: (a) deposição das partículas coloidais nos vazios do solo;

(b) filtração da lama por diferença de pressões; (c) formação do filme protetor ao longo da

face da escavação (Fonte: Xanthakos, 1979)..............................................................................5

Figura 2.2 – Lançamento da mistura de Solo-Cimento-Bentonita para dentro da trincheira

(Fonte: Ryan e Day, 2002)..........................................................................................................7

Figura 2.3 – Lâminas de uma montmorilonita..........................................................................14

(Fonte: Site:www.systemmud.com.br) .....................................................................................14

Figura 2.4 – Comparação do inchamento de uma montmorilonita cálcica e sódica (Fonte:

Site:www.systemmud.com.br)..................................................................................................15

Figura 2.5 – Comparação entre estruturas das argilas ..............................................................16

(Fonte: Site:www.systemmud.com.br) .....................................................................................16

Figura 3.1 - Mapa da localização da Vila Scharlau (Thomé, 1999). ........................................25

Figura 3.2 – Jazida de arenito Botucatu na localidade de Vila Scharlau (Caberlon, 2004). ....26

Figura 3.3 – Curva granulométrica do SRAB (Heineck, 2002). ..............................................28

Figura 3.4 – Curva de compactação do SRAB (Knop, 2003). .................................................28

Figura 3.5 - Distribuição Granulométrica da Bentonita Sódica ...............................................30

Figura 3.6 – Vista geral dos permeâmetros instalados em uma capela de exaustão de gases ..35

Figura 3.7 – Permeâmetro – Detalhe dos cilindros - (1), do cilindro que contém o líquido

permeante (2) e do tubo graduado para a leitura da vazão (3)..................................................36

Figura 3.8 – Esquema do Permeâmetro....................................................................................37

Figura 4.1 – Resultado da condutividade hidráulica para a amostra Solo-Bentonita permeada

com água ...................................................................................................................................41

Figura 4.2 – Resultado do Vp/Vv x Tempo na amostra Solo-Bentonita permeada com água .41

Figura 4.3 – Resultado da condutividade hidráulica para a amostra Solo-Bentonita permeada

com óleo diesel.........................................................................................................................42

Figura 4.4 – Resultado do Vp/Vv x Tempo na amostra Solo-Bentonita permeada com óleo

diesel.........................................................................................................................................43

Figura 4.5 – Resultado da condutividade hidráulica para a amostra SCB com fator a/c =2

permeado com água ..................................................................................................................44

Figura 4.6 – Resultado do Vp/Vv x Tempo na amostra SCB fator a/c=2 permeada com água45

Figura 4.7 – Resultado da condutividade hidráulica para a amostra SCB com fator a/c =2

permeada com óleo diesel.........................................................................................................45

__________________________________________________________________________________________

Comportamento de Liners sob a Influência de um Contaminante Orgânico

Figura 4.8 – Resultado do Vp/Vv x Tempo na amostra SCB fator a/c=2 permeada com óleo

diesel.........................................................................................................................................46

Figura 4.9 – Resultado da condutividade hidráulica para a amostra SCB com fator a/c =4

permeada com água ..................................................................................................................47

Figura 4.10 – Resultado Vp/Vv x Tempo na amostra SCB fator a/c=4 permeada com água ..48

Figura 4.11 – Resultado da condutividade hidráulica para a amostra SCB com fator a/c =4

permeada com óleo diesel.........................................................................................................49

Figura 4.12 – Resultado do Vp/Vv x Tempo na amostra SCB fator a/c=4 permeada com óleo

diesel.........................................................................................................................................49

Figura 4.13 – Resultado da condutividade hidráulica para a amostra SCB com fator a/c =6

permeada com água ..................................................................................................................50

Figura 4.14 – Resultado Vp/Vv x Tempo na amostra SCB fator a/c=6 permeada com água ..51

Figura 4.15 – Resultado da condutividade hidráulica para a amostra SCB com fator a/c =6

permeada com óleo diesel.........................................................................................................52

Figura 4.16 – Resultado do volume de entrada e saída na amostra SCB fator a/c=6 permeada

com óleo diesel.........................................................................................................................52

Figura 4.17 – Resultado da condutividade hidráulica para a água ...........................................54

Figura 4.18 – Resultado da condutividade hidráulica para óleo diesel....................................55

Figura 4.20 - Difratograma de Raios X. Amostra natural........................................................56

Figura 4.21 - Difratograma de Raios X. Amostra tratada com etileno glicol...........................57

Figura 4.22 - Difratograma de Raios X da bentonita calcinada ...............................................58

Figura 4.23 - Difratograma de Raios X. Amostra de bentonita saturada com óleo diesel. ......59

VII

__________________________________________________________________________________________

Augusta Brenner dos Santos. Porto Alegre: PPGEC/UFRGS, 2005.

LISTA DE TABELAS

Tabela 2.1 – Dosagem de materiais aplicados em misturas de Solo-Cimento-Bentonita..........8

Tabela 2.2 – Classificação das Argilas .....................................................................................13

Tabela 3.1 – Dosagem dos Materiais........................................................................................24

Tabela 3.1 – Índices Físicos do SRAB.....................................................................................27

Tabela 3.2 - Índices Físicos da Bentonita Sódica .....................................................................30

Tabela 3.3 – Teor de componentes do cimento Portland (% em massa) (ABCP, 2003)..........31

Tabela 3.4 – Características físicas e mecânicas do cimento CP V – ARI (Feuerharmel, 2000)

..................................................................................................................................................31

Tabela 3.5 – Informações sobre óleo diesel (REFAP, 2003) ...................................................32

Tabela 4.1 – Resultados do programa de ensaios de compressão não-confinada ....................39

Tabela 4.2 – Parâmetros de moldagem para a amostra Solo-Bentonita (SB)...........................40

Tabela 4.3 – Parâmetros de moldagem para a amostra Solo-Cimento-Bentonita (SCB) fator

a/c=2 .........................................................................................................................................43

Tabela 4.4 – Parâmetros de moldagem para a amostra Solo-Cimento-Bentonita (SCB) fator

a/c=4 .........................................................................................................................................46

Tabela 4.5 – Parâmetros de moldagem para a amostra Solo-Cimento-Bentonita (SCB) fator

a/c=6 .........................................................................................................................................50

Tabela 4.6 – Resumo dos resultados.........................................................................................53

VIII

__________________________________________________________________________________________

Comportamento de Liners sob a Influência de um Contaminante Orgânico

SIGLAS E SÍMBOLOS

A: Área da seção transversal

ABCP: Associação Brasileira de Cimento Portland

ABNT: Associação Brasileira de Normas Técnicas.

ARI: Alta resistência inicial

: Coeficiente de Uniformidade

D: Constante Dielétrica

: Diâmetro efetivo

: Diâmetro Médio

DECIV: Departamento de Engenharia Civil

∆h: Variação de altura entre dois pontos

∆s: Variação de distância entre dois pontos

→

∇ : Gradiente da carga hidráulica no espaço tridimensional

g: Aceleração da gravidade

: Densidade máxima

: Massa específica da água

: Densidade Real dos Grãos

i: Gradiente hidráulico

IP: Índice de Plasticidade

k: Coeficiente de condutividade hidráulica

LC: Limite de Contração

LL: Limite de Liquidez

LP: Limite de Plasticidade

p: Pressão piezométrica

PPGEC: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil

Q: Vazão

__________________________________________________________________________________________

Augusta Brenner dos Santos. Porto Alegre: PPGEC/UFRGS, 2005.

REFAP: Refinaria Alberto Pasqualini S. A.

RS: Rio Grande do Sul

SB: Solo-Bentonita

SCB: Solo-Cimento-Bentonita

SRAB: Solo residual de arenito Botucatu

UFRGS: Universidade Federal do Rio Grande do Sul

v: Velocidade de percolação

: Umidade ótima

z: Cota do ponto

__________________________________________________________________________________________

Comportamento de Liners sob a Influência de um Contaminante Orgânico

1 INTRODUÇÃO

1.1 PROBLEMA E RELEVÂNCIA DA PESQUISA

Normalmente os solos com altos teores de argila apresentam baixos valores de condutividade

hidráulica. Devido a essa característica as misturas de Solo-Bentonita (SB) e Solo-Cimento-

Bentonita (SCB) vem sendo cada vez mais utilizadas nos últimos anos como uma forma de

barreira vertical de contenção de contaminantes, sendo que sistemas de barreiras verticais

utilizando estes materiais apresentam uma maior rapidez construtiva e um menor custo que

outros processos construtivos consagrados.

Este sistema de barreiras recebe a denominação de Slurry Walls e consiste numa matriz de

solo e bentonita, com ou sem a presença do cimento Portland. Deve, contudo, apresentar uma

umidade suficiente para manter a mistura com baixa consistência para possibilitar seu

escoamento dentro da barreira.

As barreiras verticais de contenção têm a finalidade de evitar a contaminação do lençol

freático ou de áreas específicas através de seu confinamento, de tal forma que impeça o

contato com as plumas de contaminantes encontradas no solo, sendo que estas plumas podem

ser geradas de várias maneiras: vazamento de tanques de combustível, rompimento de canos,

despejo de produtos químicos inadequados, etc. Desta forma esta pesquisa se propõe a

analisar o comportamento hidráulico do compósito Solo-Bentonita e Solo-Cimento-Bentonita

quando permeado com óleo diesel encontrado no comércio brasileiro, simulando o

comportamento do liner quando em contato com um contaminante orgânico.

1.2. OBJETIVOS

Esta pesquisa tem como objetivo verificar o comportamento hidráulico e mecânico de

misturas de Solo-Bentonita e solo-cimento–bentonita com a finalidade de propiciar resultados

__________________________________________________________________________________________

Augusta Brenner dos Santos. Porto Alegre: PPGEC/UFRGS, 2005.

capazes de auxiliar um projeto construtivo de barreiras verticais de contenção de

contaminantes utilizando estes materiais.

A partir do objetivo geral os seguintes objetivos específicos foram estabelecidos:

a) Analisar o comportamento mecânico das misturas Solo-Bentonita e Solo-

Cimento-Bentonita, avaliando o ganho de resistência mecânica com diferentes

fatores água-cimento (a/c);

b) Estudar o comportamento hidráulico das misturas quando percolados com água

e contaminante;

c) Comparar o comportamento das misturas com cimento (Solo-Cimento-

Bentonita) e sem cimento (Solo-Bentonita).

1.3 ORGANIZAÇÃO DA DISSERTAÇÃO

Para apresentação da dissertação, optou-se pela seguinte estrutura:

a) Capítulo 1: Apresenta-se a introdução, onde constam os problemas e a

relevância da pesquisa, bem como os objetivos desta pesquisa;

b) Capítulo 2: Revisão bibliográfica dos principais assuntos referentes a esta

pesquisa, priorizando trabalhos científicos que pudessem fornecer subsídios

para o desenvolvimento de um programa experimental adequado à pesquisa

proposta;

c) Capítulo 3: É apresentada a etapa de laboratório com uma descrição detalhada

do programa experimental, consistindo na exposição e caracterização dos

materiais, métodos, equipamentos utilizados e detalhes acerca da preparação

dos corpos de prova;

d) Capítulo 4: São apresentados os resultados obtidos, bem como são feitas as

análises e estabelecidas discussões dos ensaios de laboratório, buscando o

entendimento das características mecânicas e hidráulicas das misturas de Solo-

Cimento-Bentonita, assim como a influência do líquido percolante no

comportamento da mistura;

e) Capítulo 5: As conclusões do trabalho são apresentadas e feitas sugestões para

as próximas pesquisas.

__________________________________________________________________________________________

Comportamento de Liners sob a Influência de um Contaminante Orgânico

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1 CONSIDERAÇÕES INICIAIS

Neste capítulo é apresentado uma revisão bibliográfica das barreiras tipo Slurry Walls,

seguido de uma revisão sobre condutividade hidráulica de solos saturados, caracterização do

meio poroso e do contaminante, interação solo-contaminante e finalmente uma revisão sobre

os tipos de permeâmetros mais utilizados.

2.2 SLURRY WALLS

As barreiras verticais de contenção, conhecidas como Slurry Walls, consistem em uma

escavação em forma de trincheira, normalmente com 0,60 a 1,50 m de largura (D’Appolonia,

1980), em que as paredes da escavação são suportadas por uma “lama de bentonita”, que

posteriormente enrijece dentro do trecho ou é substituída por um material geotécnico (solo).

Este sistema vem, nos últimos anos, substituindo outros processos construtivos consagrados

de barreiras de contenção, como por exemplo: estacas-pranchas, paredes diafragma entre

outros, principalmente pela sua maior rapidez construtiva e ao seu menor custo (Xanthakos,

1979).

Op. cit. menciona que geralmente estas trincheiras são preenchidas com Solo-Bentonita ou

Solo-Cimento-Bentonita, e passam a constituir uma barreira de materiais misturados por

equipamentos móveis, que acompanham o ritmo da escavação. Entre eles pode-se citar as

retro-escavadeiras e as carregadeiras de esteiras. Esta é a principal razão para a alta

produtividade e diminuição dos custos das barreiras tipo Slurry Walls.

As barreiras podem ser classificadas da seguinte forma segundo op. cit.:

a) De acordo com o material de preenchimento (backfill) da trincheira, elas podem

ser classificadas como Solo-Bentonita, Cimento-Bentonita e Solo-Cimento-

__________________________________________________________________________________________

Augusta Brenner dos Santos. Porto Alegre: PPGEC/UFRGS, 2005.

Bentonita, sendo tratada nesta revisão apenas as barreiras de Solo-Bentonita e

Solo-Cimento-Bentonita, que são alvo desta pesquisa;

b) Dependendo da estratigrafia do subsolo, elas podem ser cravadas em um

substrato ou suspensas;

c) Podem ter função estrutural, de acordo com as condições da morfologia e da

estratigrafia do local;

d) Dependendo das condições do local, elas podem estar, ou não, em um ambiente

agressivo;

e) E ainda, podem ser abertas ou fechadas, dependendo da geometria.

Outra forma de liner muito utilizado, conforme Broderick e Daniel (1990), é a argila

compactada. Broderick e Daniel (1990) enfatizam dois tipos de argilas compactados usados,

um deles através de misturas com aditivos e outro é a estabilização mecânica:

a) Na mistura com aditivos espera-se estabilizar o solo por cimentação das

partículas de argila, aumentando a resistência do solo e pelo fechamento parcial

dos poros da massa de solo, esperando-se fazer o solo resistir por reorientação

das partículas (floculação e quebra por encolhimento) e assim eliminar os

efeitos adversos da permeação com químicos orgânicos;

b) A estabilização mecânica, usando uma grande energia de compactação (Proctor

modificado) ou aplicando uma tensão de compressão maior ou igual a 70 kPa

(10 psi), é utilizada para tornar uma argila compactada invulnerável ao ataque

de químicos orgânicos. Um aumento da resistência proporcionado pela

alteração estrutural do solo pode também ser obtido mecanicamente,

densificando a massa de solo, promovendo a reorientação das partículas e

evitando a quebra das partículas.

2.2.1 Barreiras de Solo-Bentonita

Este tipo de barreira começou a ser utilizada, com o passar do tempo, para o controle das

infiltrações nas escavações (fundações, aterros) e, principalmente, para evitar as infiltrações

de poluentes carregados através do lençol freático contaminado (Ryan e Day, 2002).

O primeiro passo depois de aberta a barreira é lançar a lama bentonítica, que por diferença de

pressão penetrará nos vazios do solo adjacente. Neste processo se formará o filter cake, que é

uma fina camada que se forma na interface da lama e do solo, sendo que esta camada se dá

__________________________________________________________________________________________

Comportamento de Liners sob a Influência de um Contaminante Orgânico

pelo acúmulo nos poros das partículas do solo adjacente de grupos de partículas sólidas,

denominados colóides.

Após alguns segundos, o filter cake é coberto por uma fina camada de bentonita, também

chamada de filme protetor. O processo é ilustrado na Figura 2.1. Nesse estágio, a barreira está

impermeável e oferece completa resistência a penetração de líquidos. A pressão lateral

exercida pela lama bentonítica no trecho age contra o filter cake estabilizando as paredes da

escavação, evitando assim, o seu colapso (Xanthakos, 1979).

A lama bentonítica é mantida, durante toda a escavação, pelo menos 60 cm acima do nível

d’água dentro do solo e, no máximo, 90 cm abaixo do nível da superfície.

Figura 2.1: Formação do filter cake: (a) deposição das partículas

coloidais nos vazios do solo; (b) filtração da lama por diferença de

pressões; (c) formação do filme protetor ao longo da face da

escavação (Fonte: Xanthakos, 1979).

O backfill, ou material de preenchimento, apresenta uma composição de acordo com as

necessidades de projeto, sendo que nesta mistura, a bentonita sempre está incluída. Para

Xanthakos (1979), a bentonita contribui para uma granulação adequada do material, o que,

por sua vez, esta relacionada com a condutividade hidráulica do material de preenchimento.

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Augusta Brenner dos Santos. Porto Alegre: PPGEC/UFRGS, 2005.

Segundo D’Appolonia (1980) se o material de preenchimento apresentar uma alta

condutividade hidráulica, então a condutividade hidráulica da barreira Solo-Bentonita é

função do filter cake. Já, por outro lado, se a condutividade hidráulica do backfill for baixa,

então a condutividade hidráulica da barreira é uma função do material de preenchimento.

A granulometria do solo utilizado na mistura é outro fator muito importante na condutividade

hidráulica do material de preenchimento como um todo, sendo que quanto menor a

condutividade hidráulica no solo, menor será a condutividade hidráulica da mistura de Solo-

Bentonita. Desta forma, solos com maior porcentagem de finos plásticos na sua granulometria

irão apresentar menores valores de condutividade hidráulica se comparados a materiais de

maior diâmetro e não-plásticos (Xanthakos, 1979; D’Appolonia, 1980).

O material de preenchimento deve ser uma pasta saturada tendo baixa resistência ao

cisalhamento para ser capaz de escoar facilmente, mas ao mesmo tempo ter rigidez suficiente

para permanecer estável numa declividade de 10:1. Esta consistência corresponde a um slump

de 10 a 15 cm e uma quantidade de água na mistura de Solo-Bentonita normalmente entre 25

a 30% em relação ao peso total (D’Appolonia, 1980).

Para se obter uma baixa condutividade hidráulica em barreiras de Solo-Bentonita é essencial a

aplicação de uma grande quantidade de finos com características plásticas na sua

granulometria, mas ao mesmo tempo a inserção desse material irá gerar uma alta

compressibilidade. Uma combinação ótima para se gerar um material de baixa condutividade

hidráulica e compressibilidade consiste de uma matriz granular cujos vazios gerados serão

preenchidos por solos de grãos finos e bentonita. D’Appolonia (1980), por exemplo, sugere a

combinação de uma areia com 20 a 30% de materiais finos (partículas de solo que passam

pela abertura da peneira de nº200) de características plásticas.

As amostras de Solo-Bentonita apresentam valores de condutividade hidráulica inferiores às

das misturas de Solo-Cimento-Bentonita (Azambuja, 2004).

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Comportamento de Liners sob a Influência de um Contaminante Orgânico

2.2.2 Barreiras de Solo-Cimento-Bentonita

As barreiras de Solo-Cimento-Bentonita (SCB) são construídas da mesma forma que as

barreiras de Solo-Bentonita, porém são mais rasas normalmente apresentando uma

profundidade inferior a 15m (Ryan e Day, 2002), sendo que isto depende do tipo do solo no

local.

A mistura da lama de SCB é bastante difícil de ser realizada, devido à adição do cimento,

devendo ser misturada até atingir uma forma homogênea.

Para Xanthakos (1979), a bentonita serve como sustentação para as partículas de cimento,

evitando a segregação da lama.

Este processo é conhecido como sendo de execução em duas etapas. A primeira etapa consiste

da escavação do trecho e a outra é o enchimento da trincheira, conforme ilustra a Figura 2.2

(Ryan e Day, 2002).

Figura 2.2 – Lançamento da mistura de Solo-Cimento-Bentonita para

dentro da trincheira (Fonte: Ryan e Day, 2002).

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Augusta Brenner dos Santos. Porto Alegre: PPGEC/UFRGS, 2005.

Segundo Ryan e Day (2002) as dosagens usuais são as seguintes, conforme a Tabela 2.1:

Tabela 2.1 – Dosagem de materiais aplicados em misturas de Solo-

Cimento-Bentonita

Materiais Quantidades (%)*

Bentonita 2 - 3

Cimento 10 - 20

Solo e Água A determinar

(Fonte: Ryan e Day, 2002).

* Percentual calculado em relação ao peso total da mistura

Conforme Broderick e Daniel (1990) a adição de cimento Portland melhora a resistência

química do solo ao ataque de químicos orgânicos. Podendo, em alguns casos, a condutividade

hidráulica do solo estabilizado com cimento e permeado com químicos orgânicos ser menor

que a condutividade hidráulica do solo não estabilizado e permeado com água.

A condutividade hidráulica de uma mistura de Solo-Cimento-Bentonita é um resultado de

complexas interações entre os vários componentes da mistura. Segundo Ryan e Day (2002), o

cimento Portland interfere na capacidade de uma mistura de solo e bentonita de atingir baixos

valores de condutividade hidráulica, mas por outro lado, o cimento aumenta a resistência da

mistura, sendo que esta resistência é função do fator água-cimento e da sua idade.

Segundo Ryan e Day (2002) as especificações para a resistência mínima das barreiras de

Solo-Cimento-Bentonita variam em um intervalo de 100 a 700 kPa, sendo que alguns projetos

exigem um mínimo de resistência de 200 kPa aos 28 dias. Entretanto, existem numerosos

fatores que devem ser considerados para a determinação da resistência mínima de uma

barreira de Solo-Cimento-Bentonita, entre os quais estão:

a) O custo do cimento que aumenta quase que em proporção direta em relação à

resistência mínima especificada;

b) O acréscimo excessivo de cimento pode gerar juntas e diminuir

consideravelmente a flexibilidade da barreira sob a ação de carregamentos,

com isso, aumentando as chances de aparecimento de fissuras na barreira;

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Comportamento de Liners sob a Influência de um Contaminante Orgânico

c) O efeito negativo que o cimento tem sobre a condutividade hidráulica da

barreira, levando a valores maiores em relação às barreiras de Solo-Bentonita.

2.3 CONDUTIVIDADE HIDRÁULICA EM SOLOS

2.3.1 Condutividade hidráulica em meios saturados e a Lei de Darcy

Levando-se em consideração as areias, o solo pode ser visto como um material poroso e

permeávelconstituído por diversos canais, interconectados uns aos outros, o que permite que a

água seja armazenada devido ao equilíbrio hidrostático ou flua através da ação da gravidade.

Outro fator importante deste tipo de solo é sua baixa compressibilidade, o que acarreta numa

baixa transferência de pressões entre grãos e água, o que resulta num solo muito permeável

(Vargas, 1977).

Pinto (2000) relatou que os solos residuais e solos evoluídos pedologicamente apresentam

estruturas com macroporos, pelos quais a água percola com maior facilidade. Nestes solos,

mesmo que as partículas sejam pequenas, os vazios entre as aglomerações das partículas são

grandes e é por eles que a água flui.

Por outro lado, as argilas apresentam um comportamento diferente do apresentado pelas

areias, pois é um solo com alta compressibilidade, o que acarreta numa alta transferência de

pressão entre o solo e a água e uma conseqüente baixa permeabilidade (Vargas, 1977).

Outro fator que contribui para compor as características da condutividade hidráulica de um

solo é a força atrativa das partículas a que está sujeita a água. A uma distância de algumas

moléculas, a força atrativa entre o grão sólido e os íons da água é da ordem de milhares de

atmosferas, mesmo a temperaturas de 15ºC a 25ºC, formando assim uma camada de água com

um vínculo muito forte com os grãos. Uma segunda camada iônica contribui, embora com

menor intensidade, para a coesão dos solos. A espessura dessa dupla camada iônica de água

vai expressar as propriedades físicas do solo em nível macroscópico através da coesão e

capilaridade (Vargas, 1977).

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Augusta Brenner dos Santos. Porto Alegre: PPGEC/UFRGS, 2005.

O engenheiro francês Henry Darcy em 1856 realizou experimentos clássicos sobre o

escoamento laminar através de um meio poroso. Estes experimentos foram feitos com filtros

de areia, os quais foram percolados por água (Lambe, 1979).

O movimento dos fluídos no meio poroso é limitado por constrições, de modo que a

geometria real do fluxo é muito complexa para ser estudada em detalhes. Além disso, a

velocidade de um fluído no meio poroso é variável segundo a distribuição granulométrica, o

arranjo e a forma dos grãos. Sendo assim, devido a complexidade da determinação da

velocidade intergranular, a velocidade dos fluídos no meio poroso é geralmente descrita em

termos macroscópicos, denominada de velocidade de fluxo, fluxo específico ou velocidade de

Darcy (Halliday e Resnick, 1979).

Considerando um solo permeável com um fluxo permanente de um fluído não-viscoso e sob a

ação da gravidade, aplica-se à equação de Bernoulli expressa por:

cte

=++

(1)

onde p é a pressão piezométrica num ponto qualquer,

é a massa específica da água,

z é a cota do ponto,

g é a aceleração da gravidade e

v é a velocidade de percolação nesse ponto.

Sendo que a velocidade de percolação num ponto é a razão entre a vazão Q de água que

atravessa uma seção transversal A em um determinado tempo ∆t; assim:

∆

(2)

Na maioria dos problemas de percolação de água através dos solos o último termo da equação

de Bernoulli pode ser desprezado, pois o valor de v é muito pequeno. Entretanto aparece uma

perda de carga devido a uma deflexão nas alturas entre os fluxos de dois pontos quaisquer ∆h.

Esta deflexão vai representar a perda de carga do fluxo na distância ∆s. Com esta duas

grandezas define-se uma relação que chama-se de gradiente hidráulico (i):

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Comportamento de Liners sob a Influência de um Contaminante Orgânico

∆

→∆ 0

lim (3)

que representa a dissipação de energia por unidade de peso de fluxo, a uma distância ∆s.

Os resultados de Darcy levaram a seguinte expressão:

ikv .

(4)

onde k representa o coeficiente de condutividade hidráulica e a velocidade de percolação (v) é

diretamente proporcional ao gradiente hidráulico (i).

Porém, um dos pontos fracos da lei de Darcy é que esta é limitada a um escoamento vertical

de um líquido de massa específica constante através de um meio permeável de seção

transversal constante. Desta forma, onde o fluxo se torna não estacionário ou o solo não seja

tão uniforme, a carga hidráulica pode não decrescer linearmente ao longo da direção do fluxo.

Assim, onde o gradiente da carga hidráulica ou a condutividade é variável torna-se necessário

considerar os valores localizados do gradiente, fluxo e condutividade, ao invés de valores

médios para o solo como um todo. Uma expressão mais exata e generalizada para a Lei de

Darcy, é, portanto, escrita na forma diferencial e tridimensional:

Hkv

→→

∇= (5)

onde H

→

∇ é o gradiente da carga hidráulica no espaço tridimensional.

2.3.2 Fatores que interferem na condutividade hidráulica

Daniel (1994) relata que o coeficiente de condutividade hidráulica não só varia com os tipos

de solos, mas também em um mesmo solo, dependendo essencialmente da temperatura. E

ainda cita um estudo anterior apresentado em 1981 por Olson e Daniel, que relata que a

condutividade depende também das propriedades do líquido permeado.

Boyton e Daniel (1985) relatam que a condutividade hidráulica pode sofrer interferência do

teor de umidade na moldagem, o grau de saturação, o método de compactação, o esforço de

compactação, o gradiente hidráulico, o tamanho dos aglomerados de partículas de solo, a

distribuição dos poros, a idade da amostra a ser testada, o índice de vazios e outros.

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Augusta Brenner dos Santos. Porto Alegre: PPGEC/UFRGS, 2005.

Mitchell (1976) ainda cita a concentração eletrolítica, a composição e natureza de cátions

adsorvidos, grau de saturação, índice de vazios e tensões atuantes na amostra.

Conforme Pinto (2000) o grau de saturação é um fator importante, visto que a percolação de

água não remove todo ar existente num solo não saturado e estas bolhas de ar contidas pela

tensão superficial da água que constituem obstáculos ao fluxo de água. Assim o coeficiente de

permeabilidade de um solo não saturado é menor do que aqueles apresentados pelos solos

totalmente saturados. Op. cit. relata ainda que a condutividade hidráulica depende da

disposição relativa dos grãos. Solos residuais por apresentarem macroporos apresentam maior

condutividade hidráulica. Este fator é marcante também no caso de solos compactados.

Geralmente quando compactado mais seco, a disposição das partículas (estrutura chamada

floculada) permite maior passagem de água do que quando compactado mais úmido (estrutura

dispersa), ainda que com o mesmo índice de vazios.

2.4 CARACTERIZAÇÃO DO MEIO POROSO

Um dos principais fatores que ira interferir na condutividade hidráulica é o meio poroso que

será utilizado, sendo normalmente utilizado como meio poroso a argila. Sendo elas formadas

essencialmente por silicatos hidratados de alumínio, ferro e magnésio (Santos, 1989).

Segundo Pereira (2003) a maioria dos minerais de argilas apresentam morfologia planar como

as micas. Dependendo da proporção entre sílica e alumina, tal como 1:1, 2:1 e 2:2, podem

receber diferentes classificações, conforme a Tabela 2.2.

Conforme citado por Santos (1989) a classificação dos argilominerais recomendada pelo

Comitê International pour L’Etude dês Argiles (CIPEA, Mackenzie, 1959), esses minerais são

subdivididos em duas grandes classes:

a) Os silicatos cristalinos com reticulado em camadas, ou forma lamelar, também

chamados de filossilicatos;

b) Os silicatos com reticulado de estrutura fibrosa.

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Comportamento de Liners sob a Influência de um Contaminante Orgânico

Tabela 2.2 – Classificação das Argilas

Grupo Estrutura

Sílica: Alumina

Troca Catiônica Distância

Interatômica (Å)

Hidratação /

Inchamento

Caolinita 1 : 1 Nenhuma 7,2 Nenhum

Talco 2 : 1 Nenhuma 9,3 Nenhum

Esmectita 2 : 1 Na+, Ca+2, K+,

Mg+2

11 – 15 Variável

Vermiculita 2 : 1 K+, Mg+2 14 – 15 Variável

Ilita 2 : 1 K+ 10 Nenhum

Mica 2 : 1 K+ 10 Nenhum

Clorita 2 : 2 Mg(OH)

ou Fe 14 Nenhum

Atapulgita 2 : 1 Nenhuma 12 Nenhum

(Fonte: Site:www.systemmud.com.br)

Os filossilicatos são os mais encontrados na natureza e a classificação desse grupo é feita em

função das suas propriedades estruturais, tais como distância interplanar basal, grau de

substituição na camada octaédrica, expansibilidade pela introdução de moléculas polares entre

camadas basais e do tipo de arranjo ao longo dos eixos cristalográficos que definem as

espécies de um grupo mineral. Este grupo apresenta os seguintes subgrupos: a) caolinita; b)

esmectita ou montmorilonita; c) vermiculita; d) mica hidratada ou hidrômica; e) clorita; f)

argilominerais de camadas mistas ou interestratificadas.

As argilas mais importantes utilizadas para a contenção de escavações e em barreiras de

contenção pertencem ao grupo das esmectitas. Elas são as maiores componentes das

bentonitas que são argilas industrializadas fortemente hidratáveis aplicadas na lama de

perfuração. Possuem propriedades viscosificantes, formadora de gel e de controle de

filtrações. O termo bentonita é utilizado comercialmente para denominar a montmorilonita

que possui o sódio como cátion trocável, que é um tipo de esmectita (Pereira, 2003).

Conforme podemos observar na Figura 2.3, o cristal de montmorilonita consiste de três

camadas: alumina sobreposta e sotoposta por sílica como se fosse um sanduíche (Pereira,

2003).

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Augusta Brenner dos Santos. Porto Alegre: PPGEC/UFRGS, 2005.

Figura 2.3 – Lâminas de uma montmorilonita.

(Fonte: Site:www.systemmud.com.br)

As argilas são agregadas em pacotes laminares como um baralho de cartas. Cada lâmina mede

10Å, ou seja, cada milímetro comporta 1 milhão de lâminas. Se pudessem ser espalhadas uma

ao lado da outra, as lâminas presentes em 1 g de argila ocupariam área de 750 m². Ao

entrarem em contato com água, os pacotes de argila vão se separando a medida que a água

penetra entre as camadas. Este efeito é chamado de dispersão – a separação das lâminas

aumenta sua área de superfície exposta com as cargas atraindo as moléculas de água criando o

efeito gel (Pereira, 2003).

As esmectitas apresentam partículas de pequeno diâmetro e extremamente finas, suas

variedades possuem geralmente um elevado grau de propriedades plásticas e coloidais, e

apresenta grandes variações em suas propriedades físicas, sendo estas variações

freqüentemente atribuídas a variações na natureza dos cátions trocáveis que neutralizam a

estrutura cristalina e a fatores estruturais e composicionais (Santos, 1989).

As características das esmectitas incluem grande capacidade de troca catiônica, grande área

superficial e baixa condutividade hidráulica para a água (Gleason et al., 1997).

Segundo Maciel Filho (1997) as esmectitas são caracterizadas pelo seu poder de retenção de

água, expansibilidade elevada e por se tornar plásticas em um teor de umidade superior ao

correspondente ao da caolinita. A caolinita possui carga elétrica negativa e fraco poder de

retenção para a água em comparação com os minerais dos outros grupos, praticamente não

apresenta expansibilidade e torna-se plástica em teores de umidade relativamente baixos.

Conforme estudo de Alther (1982, 1987); Rescke e Haug (1991), citados em Gleason et al.

(1997), a maior parte das bentonitas são sódicas ou cálcicas e são caracterizadas pelo tipo de

cátion externo, que é absorvido na superfície da partícula da argila durante a formação do

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Comportamento de Liners sob a Influência de um Contaminante Orgânico

mineral. A bentonita sódica é usada mais extensivamente que a bentonita cálcica devido a sua

superior capacidade de expansão e sua menor condutividade hidráulica na água.

A capacidade da argila em trocar cátions, a área de superfície das placas e a quantidade de

água adsorvida refletem sua reatividade. Os dois últimos são dados físicos. O primeiro é o

dado químico que pode ser medido e indica com precisão a presença das esmectitas nas

formações perfuradas ou no próprio fluído. A capacidade de troca catiônica da esmectita é 10

vezes maior que das outras, em média. A troca deixa elétrons excedentes, ou seja, cargas

negativas nas superfícies das lâminas. Estas são compensadas por cátions adsorvidos que

unirão as placas em grandes pilhas. Os cátions podem ser monovalentes como o Na

bivalentes como o Ca

e o Mg

. Desta forma, a montmorilonita pode ser cálcica ou sódica.

Na Figura 2.4 pode-se observar uma comparação entre o inchamento de uma bentonita sódica

e cálcica (Pereira, 2003).

Figura 2.4 – Comparação do inchamento de uma montmorilonita

cálcica e sódica (Fonte: Site:www.systemmud.com.br).

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Augusta Brenner dos Santos. Porto Alegre: PPGEC/UFRGS, 2005.

Como já mencionado, o cristal de montmorilonita consiste de 3 camadas. Se a superfície

negativa da placa está associada a uma nuvem de cátions, a extremidade ou aresta possui

cargas positivas expostas, resultantes de rupturas da estrutura cristalina do mineral (tendência

de ir se quebrando em plaquetas menores). O espaço intercamadas, dependendo do cátion

presente, será de 9,8 Å (Na

) ou 12,1 Å (Ca

), preenchido com moléculas de água

firmemente aderidas. Em contato com a água doce, esta por sua natureza bipolar invade o

espaço intercamadas que expande com a argila adsorvendo grandes porções de água. A

dispersão resultante gera o que nós conhecemos como viscosidade. A expansão nas

montmorilonitas de cálcio chega a 17 Å e nas montmorilonitas de sódio, a 40 Å. A força de

atração intercamadas exercida pelo Ca

é 4 vezes maior que o Na

e impede a penetração de

maior quantidade de água. Este fato resulta em viscosidades 4 vezes maiores das bentonitas

sódicas em relação às bentonitas cálcicas (Pereira, 2003).

A Figura 2.5 apresenta um quadro mostrando a estrutura das argilas.

Figura 2.5 – Comparação entre estruturas das argilas

(Fonte: Site:www.systemmud.com.br)

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Comportamento de Liners sob a Influência de um Contaminante Orgânico

A esmectita é muito mais expansiva que a ilita e a clorita, mais ainda que a caolinita.

Formações argilosas contendo esmectita vão ser conseqüentemente sensíveis a presença de

água. Muitas destas formações contêm variados tipos e quantidades de argilas. Quanto maior

a presença de esmectita, maior a reatividade (Pereira, 2003).

Segundo Grim (1962), a água pode estar presente na argila de três formas: (1) nos poros, nas

superfícies e ao redor das extremidades das partículas discretas dos minerais que compõem o

meio poroso, sendo que esta água pode ser removida com baixa energia; (2) entre as camadas

das células unitárias das vermiculitas, esmectitas e nas formas hidratadas da haloisita, sendo

que a água retida nesse processo é a que provoca a expansão das esmectitas (bentonita); e (3)

no retículo cristalino nos minerais dos tipos sepiolita, atapulgita e paligorskita.

Grim (1962) ainda apresenta evidências de que a água adsorvida pelos argilominerais se

encontra num estado físico incomum, diferente do estado líquido, sendo que este estado é

considerado incomum devido as moléculas da água apresentarem-se em condições

semelhantes ao estado sólido, embora não na forma de gelo. Neste estado físico alterado, as

moléculas da água encontram-se a distâncias relativamente pequenas da superfície da

partícula de argila, essa espessura pode variar mesmo em se tratando de uma mesma espécie

mineral. A água que está com estado físico alterado pode voltar ao estado normal (líquido) de

forma gradual ou abrupta, dependendo de fatores como regularidade física, quantidade e

homogeneidade na distribuição das cargas elétricas na superfície do argilomineral.

A maior ou menor espessura da camada de água incomum está associada a superfícies planas.

Nas superfícies irregulares a espessura dessa água é menor, em conseqüência, as superfícies

dos planos basais do retículo cristalino tendem a apresentar películas de água incomum com

maior espessura, principalmente nos espaços interlamelares dos minerais do grupo das

esmectitas (Grim, 1962).

Esse fenômeno é conseqüência do caráter polar da molécula da água. Uma vez que as

superfícies das argilas são normalmente carregadas com cargas elétricas negativas, as

moléculas de água se orientam com os respectivos pólos positivos que aderem à superfície

negativa das partículas de argila, a segunda camada de moléculas de água seriam orientadas

devido a atração pelo pólo negativo da primeira camada de moléculas de água já aderidas e

orientadas. Este tipo de arranjo poderia ser continuado indefinidamente. Porém, isso não

ocorre, porque as moléculas de água possuem energia térmica e tendem a estar num estado de

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Augusta Brenner dos Santos. Porto Alegre: PPGEC/UFRGS, 2005.

movimento contínuo. Conforme conceitos clássicos da teoria coloidal, o movimento devido à

agitação térmica se oporá à orientação regular. Teoricamente, logo em contato com a

superfície do argilomineral, as moléculas de água estarão altamente orientadas, diminuindo à

medida que se afastam da superfície do argilomineral, onde a agitação térmica é maior. Este

modelo, entretanto, apresenta falha, pelo fato da superfície das argilas não ser um plano

carregado eletricamente de forma uniforme, e das moléculas de água não agirem como

“pequenas barras imantadas bipolares” (Grim, 1962).

Grim (1962) cita um modelo para o sistema água argila que é bastante satisfatório, esse

modelo considera que a distância entre o átomo de oxigênio e o átomo de hidrogênio é de

0,96 Å e o ângulo do arranjo da molécula de água em forma de “V” varia entre 103

e 106

muito próximos do ângulo dos tetraedros do filossilicato, que é de 109

. A forma e a

distribuição das cargas da molécula de água assemelham-se, então, a um tetraedro, com dois

cantos positivos e dois negativos. Quando duas moléculas de água se aproximam, há uma

atração eletrostática entre o canto do tetraedro positivo de uma molécula com o canto

negativo da outra, formando-se um agrupamento de moléculas de água de forma tetraedral,

semelhante à estrutura da água em estado sólido na forma de gelo. Essa “lâmina” de H

O está

composta de moléculas de água unidas em grupos hexagonais de rede hexagonal estendida.

A superfície do mineral de argila é composta por átomos de oxigênio ou por grupos de

hidroxilas organizadas em um padrão hexagonal que, de acordo com Hendricks e Jefferson

(1938), Macey (1942) e Forslind (1948), citados por Grim (1962), podem coincidir com um

padrão semelhante à estrutura da água, sabendo-se que o retículo cristalino de muitos minerais

de argila contém elétrons em excesso que surgem com a substituição isomórfica de cátions no

seu retículo cristalino. Assim, por razões estruturais, bem como pela presença de cátions

adsorvidos, as moléculas de água estariam integrando-se ao retículo cristalino do

argilomineral.

Pelo exposto, pode se constatar uma grande afinidade físico-química entre a água e os

minerais de argila. Tal afinidade é responsável pelas características de plasticidade e de

expansividade das argilas quando em presença de água.

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Comportamento de Liners sob a Influência de um Contaminante Orgânico

2.5 CONTAMINANTE

O óleo diesel é um combustível de composição complexa, constituído basicamente por

hidrocarbonetos parafínicos, olefínicos e aromáticos e, em menor quantidade, por substâncias

cuja fórmula química contém átomos de enxofre, nitrogênio, metais, oxigênio, etc (site:

www.refap.petrobras.com.br).

Estes hidrocarbonetos são formados por moléculas constituídas de 8 a 40 átomos de carbono,

normalmente, sendo, portanto mais pesados do que aqueles que compõe a gasolina.

O óleo diesel é formulado através da mistura de diversas correntes como gasóleos, nafta

pesada, diesel leve e diesel pesado, provenientes das diversas etapas de processamento do

petróleo bruto (op. cit.).

Op. cit. relata que os principais riscos estão associados à ingestão e aspiração. Contatos

ocasionais com a pele provocam lesões irritativas. Contato com os olhos causam irritação com

vermelhidão das conjuntivas

Op. cit. relata ainda que o produto apresenta moderada volatilidade, com cheiro característico

desagradável. O produto pode formar películas superficiais sobre a água, sendo

moderadamente prejudicial à vida aquática. O seu derramamento podem causar mortalidade

dos organismos aquáticos, prejudicar a vida selvagem, particularmente as aves, além de

transmitir qualidades indesejáveis à água, afetando o seu uso. O óleo diesel pode afetar o solo

e, por percolamento, degradar a qualidade das águas do lençol freático.

2.6 PERMEÂMETRO DE PAREDE RÍGIDA X PERMEÂMETRO DE

PAREDE FLEXÍVEL

Os permeâmetros podem ser classificados como permeâmetros de paredes rígidas e

permeâmetros de paredes flexíveis.

O permeâmetro de parede flexível é mais confiável em função do selamento que a membrana

proporciona ao redor de toda a amostra. Possui vantagens como: amostras indeformadas

podem ser facilmente testadas, a contra-pressão pode ser utilizada para saturar a amostra e as

tensões verticais e horizontais podem ser facilmente monitoradas.

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Augusta Brenner dos Santos. Porto Alegre: PPGEC/UFRGS, 2005.

Os permeâmetros de paredes rígidas consistem em tubos rígidos que contém a amostra a ser

permeada, a amostra tende a apresentar menor expansividade que a amostra ensaiada em um

permeâmetro de parede flexível, além de uma maior facilidade no uso, porém apresenta como

desvantagem a não saturação total da amostra, a impossibilidade de saturação por contra

pressão, a não existência de controle sobre as pressões atuantes na amostra e a existência da

possibilidade de haver fluxo lateral pelas paredes do tubo do permeâmetro.

Na pesquisa em questão será utilizado o permeâmetro tipo Compaction mold permeameter,

dessa forma atem-se a atenção a ele: neste modelo o solo é compactado dentro do tubo em que

é realizado o ensaio e o teste de condutividade hidráulica é conduzido através da aplicação de

uma carga hidráulica.

Daniel (1994) cita que a realização dos ensaios de permeabilidade devem ser feitos com

controle de entrada de líquido na amostra. Sendo que esta entrada pode ser feita de três

formas:

a) Carga Constante: Este sistema possui a vantagem da pressão constante na

amostra, visto que a carga hidráulica é constante, além da simplicidade de

cálculo, sendo este o tipo de carga utilizada nesta pesquisa;

b) Carga Variável: Existem duas formas de ser realizado: a) com carga hidráulica

variável e carga hidráulica de saída constante (atmosfera). b) com cargas

hidráulicas de entrada e de saída variáveis, recomendado para solos com baixa

condutividade hidráulica. Apresenta como desvantagem a variação de carga

que pode liberar bolhas de gás dissolvidas e também pode causar variações na

tensão efetiva, resultando na consolidação da amostra;

c) Fluxo constante: o líquido é bombeado através da amostra a uma taxa de fluxo

constante e medição de perda de pressão ocasionada pela passagem do líquido

pela amostra através de transdutor diferencial de pressão. Possui a vantagem da

possibilidade de realização de ensaios em curto espaço de tempo e automoção

total do equipamento.

Daniel (1994) relatou também critérios que devem ser observados para determinar quando um

ensaio esta finalizado: a) Quando percolado com água, os fluxos de entrada e saída devem ser

razoavelmente iguais, a condutividade hidráulica deve estar estabilizada e ainda devem ter

sido coletados pontos suficientes para um resultado representativo. b) Quando percolado com

compostos químicos devem ser observados ainda os seguintes critérios: o volume de líquido

permeado corresponda a dois volumes de poros da amostra, a composição química do líquido

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Comportamento de Liners sob a Influência de um Contaminante Orgânico

de saída deve ser igual a composição química do líquido de entrada, e ainda devem ser

plotadas as concentrações de todos os íons críticos do líquido efluente.

De acordo com Broderick e Daniel (1990), se for possível prevenir as mudanças na estrutura

do solo durante a percolação com um agente químico, pode-se manter a baixa condutividade

hidráulica inicial do solo. Esta prevenção pode ser feita através da estabilização química,

adicionando cimento ou cal para aumentar a resistência mecânica e tampar parcialmente os

poros, ou através da estabilização mecânica, densificando a amostra de solo. Observou-se que

as partículas são mais resistentes à alteração (floculação ou orientação) quando estão em uma

configuração mais densa, mostrando que o aumento do esforço de compactação possui um

grande potencial para a estabilização da argila contra ataque químico.

Muitos compostos químicos orgânicos tendem a encolher a dupla camada de íons que está ao

redor das partículas de argila, causando a floculação das mesmas. Esta floculação resulta em

um encolhimento no esqueleto do solo e no aparecimento de fissuras. Os compostos orgânicos

podem também desidratar as zonas entre as camadas de argilas expansivas. A combinação de

floculação, fissuração e redução de espessura da dupla camada de íons levam ao aumento da

condutividade hidráulica.

2.7 FLUÍDOS ORGÂNICOS E SUA INTERAÇÃO COM O SOLO

Anandarajah (2003) relata que quando as argilas saturadas são permeadas com fluídos

orgânicos como o heptano, tem se notado um aumento da condutividade hidráulica, sendo que

se supõem geralmente que este aumento se dê pela combinação de mudanças físico-químicas

(isto é, compressão da espessura da dupla camada) e a conseqüente alteração da estrutura

interna (isto é, redução do aglomerado), sendo que os mecanismos que leva a estas alterações

são: (1) formação de quebras devido a redução do aglomerado e (2) e aumento uniforme da

porosidade intersticial do volume de solo devido a redução do aglomerado.

Em estudos de Verwey e Overbeek (1948) e Mitchell (1993), citados por Anandarajah (2003),

que estudaram a teoria da dupla camada, constataram que um decréscimo da constante

dielétrica do fluído causa uma diminuição na espessura da dupla camada, permitindo que se

aproximem uma das outras. Isto conduz a uma redução do conglomerado do solo. Se isto

ocorre sob a condição de um volume constante, então a permeabilidade aumenta.

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Augusta Brenner dos Santos. Porto Alegre: PPGEC/UFRGS, 2005.

Oliveira (2001) afirma que a condutividade hidráulica saturada de solos argilosos é

fortemente influenciada pelas propriedades físico-químicas dos líquidos percolantes e pelas

características dos argilominerais do meio.

Para um mesmo líquido, quanto maior for a fração argila, menor será a permeabilidade deste

meio, pois maior será a interação líquido-superfície do argilo mineral (Oliveira, 2002).

Broderick e Daniel (1990) concluíram que os químicos orgânicos mais agressivos são os com

menores constantes dielétricas. Líquidos com baixas constantes dielétricas são mais

agressivos porque a espessura da dupla camada adjacente à partícula de argila é diretamente

proporcional a constante dielétrica D.

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Comportamento de Liners sob a Influência de um Contaminante Orgânico

3 PROGRAMA EXPERIMENTAL

3.1 CONSIDERAÇÕES INICIAIS

Para atingir o objetivo principal deste trabalho, ou seja, a investigação da condutividade

hidráulica dos meios porosos argilosos, utilizou-se dois grupos de compósitos, um de SRAB e

bentonita e o outro de SRAB, cimento e bentonita, visando avaliar a influência do uso do

cimento Portland sobre a condutividade hidráulica do meio percolado com hidrocarbonetos.

O primeiro passo foi a realização de ensaios preliminares de caracterização dos solos

utilizados, sendo eles: solo residual de arenito Botucatu (SRAB) e bentonita sódica.

Posteriormente foram definidas as dosagens das misturas de SCB a serem trabalhadas nesta

dissertação, através dos resultados de ensaios de compressão simples. O terceiro passo

realizado foi a análise do comportamento hidráulico das amostras através de ensaios de

condutividade hidráulica realizados em um permeâmetro de parede rígida e análises por

difração de raios X.

3.2 ENSAIOS PRELIMINARES DE CARACTERIZAÇÃO

3.2.1 Caracterização dos Materiais

Os ensaios de caracterização física nas matrizes de solo residual e bentonita compreenderam:

a) Ensaios de granulometria;

b) Limites de Atterberg;

c) Massa específica real dos grãos;

d) Teor de umidade.

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Augusta Brenner dos Santos. Porto Alegre: PPGEC/UFRGS, 2005.

Os resultados destes ensaios serão apresentados posteriormente junto com outras

características destes materiais.

3.3 DEFINIÇÃO DA DOSAGEM DOS MATERIAIS NAS MISTURAS

Após a realização de vários testes a fim de determinar a dosagem das misturas optou-se pelas

seguintes dosagens, conforme a Tabela 3.1:

Tabela 3.1 – Dosagem dos Materiais

Bentonita (%) Teor de Umidade (%) Fator a/c Cimento (%)

12,0 100,0 0 0

12,0 100,0 2 25

12,0 100,0 4 12,5

12,0 100,0 6 8,3

O teor de bentonita é a relação entre o peso da bentonita seca e o peso total de sólidos na

amostra. Optou-se por esta dosagem pois com ela se conseguiu obter uma amostra com alta

trabalhabilidade e sem que houvesse a segregação dos materiais.

A escolha de diferentes fatores água-cimento para uma mesma umidade tem como objetivo

verificar a interferência da adição do cimento no comportamento hidráulico da mistura.

3.4 MATERIAIS UTILIZADOS NA PESQUISA

Os materiais utilizados nesta pesquisa bem como suas características e procedências são

apresentadas abaixo:

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Comportamento de Liners sob a Influência de um Contaminante Orgânico

3.4.1 Solo

O solo utilizado no desenvolvimento desta pesquisas é uma areia fina siltosa, mal graduada e

fracamente plástica. Trata-se de um solo residual pertencente ao horizonte C, substrato de

arenito, pertencente à denominada Formação Botucatu.

A jazida de onde foram coletadas as amostras apresenta um talude, de aproximadamente 20 m

de altura, situado às margens da rodovia estadual RS-240, na localidade de Vila Scharlau,

município de São Leopoldo / RS, conforme as Figura 3.1 e Figura 3.2.

Figura 3.1 - Mapa da localização da Vila Scharlau (Thomé, 1999).

Brasil

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Augusta Brenner dos Santos. Porto Alegre: PPGEC/UFRGS, 2005.

Figura 3.2 – Jazida de arenito Botucatu na localidade de Vila Scharlau

(Caberlon, 2004).

O solo residual de arenito Botucatu já foi empregado em várias pesquisas no PPGEC/UFRGS

[e.g: Núñez (1991), Thomé (1999), Casagrande (2001), Heineck, (2002)], em que foi

constatada a homogeneidade da camada ao longo de sua profundidade.

As propriedades físicas médias do solo determinadas por Nuñez (1991) e Thomé (1999) estão

apresentadas na Tabela 3.1, sendo utilizado neste trabalho os resultados obtidos por Thomé

(1999).

A Figura 3.3 apresenta a curva granulométrica obtida por Thomé (1999) para o solo residual

com o uso de defloculante.

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Comportamento de Liners sob a Influência de um Contaminante Orgânico

Tabela 3.1 – Índices Físicos do SRAB

Propriedades

Valores médios

(Nuñez,1991)

Valores médios

(Thomé, 1999)

Limite de Liquidez (LL) 21% 22%

Limite de Plasticidade (LP) 17% 19%

Índice de Plasticidade (IP) 4% 3%

Limite de Contração (LC) 19% -

Peso Específico 2,67 g/cm

2,67 g/cm

Diâmetro Efetivo (D

) 0,003mm 0,004mm

Diâmetro Médio (D

) - 0,09mm

Coeficiente de Uniformidade (C

) 43 30

Densidade Máxima (γ

) – (Proctor Normal) 17,40 N/m

Umidade Ótima (ω

) – (Proctor Normal) 15,90%

Densidade Máxima (γ

) – (Proctor Modif.) 18,90 N/m

19,40 N/m

Umidade Ótima (ω

) – (Proctor Modif.) 13,90% 12,10%

A curva granulométrica adotada foi a determinada por Heineck (2002) e confirmada por

ensaios preliminares de peneiramento, em que se verifica um solo composto por 5% de argila

(<0,002mm), 38,9% de silte (0,002 a 0,075mm) e 56,1% de areia, sendo que 47,3% deste

percentagem é composta por areia fina (0,074 a 0,042mm) e somente 8,8% de areia média

(0,042 a 2,0mm), conforme Figura 3.3. Assim sendo, de acordo com a NBR 6502 (ABNT,

1995), o material é classificado como uma areia siltosa, e conforme ASTM D 2487 (1993),

classifica-se como SM (areia siltosa).

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Augusta Brenner dos Santos. Porto Alegre: PPGEC/UFRGS, 2005.

Figura 3.3 – Curva granulométrica do SRAB (Heineck, 2002).

Nuñez (1991) ainda determinou as principais propriedades físico-químicas do solo em

questão, com ênfase dada a mineralogia e à composição química da fração argila. Todas as

análises realizadas indicaram a predominância do argilo mineral caolinita, observando-se

também a presença de 3,2% de hematita, que é o óxido responsável pela cor rosada

característica do solo.

Figura 3.4 – Curva de compactação do SRAB (Knop, 2003).

DISTRIBUIÇÃO GRANULOMÉTRICA

100

0,001 0,01 0,1 1 10 100

Diâmetro dos grãos (mm)

Percentagem retida (%)

16,2

16,4

16,6

16,8

17,2

17,4

17,6

17,8

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

Umidade (%)

Peso Específico Seco (KN/m³)

Knop (2003)

Heineck (2002)

Casagrande (2001)

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Comportamento de Liners sob a Influência de um Contaminante Orgânico

Para sua utilização selecionou-se apenas a fração que passou na malha de 0,250 mm e que

ficou retida na malha de 0,125 mm. Com essa seleção, grande parte dos resíduos de origem

orgânica, fração mais grosseira e dos minerais pesados, fração mais fina, foram removidos.

3.4.2 Bentonita

Material primariamente formado por argilo minerais do grupo das esmectitas, sendo elas

caracterizadas pelo cátion externo adsorvido na superfície da partícula da argila durante a

formação do mineral, podendo este ser o sódio ou o cálcio. A bentonita sódica é mais

habitualmente utilizada na selagem e na impermeabilização por possuir uma maior capacidade

de expansão e menor condutividade hidráulica na água do que a bentonita cálcica conforme

estudos de Alther (1982, 1987); Reschke e Haug, (1991), citados por Gleason (1997). Em

contra partida, a bentonita cálcica é mais estável quimicamente quando exposta a certos

compostos químicos. No estudo em questão será utilizado a bentonita sódica.

A qualidade de uma bentonita pode ser avaliada através de medidas indiretas, como: avaliação

dos Limites de Atterberg e de ensaios de expansão livre, ou seja, quanto maior o Limite de

Plasticidade e o Limite de Liquidez, melhor a qualidade da bentonita. Para uma bentonita

sódica de média qualidade o Limite de Liquidez encontra-se entre 300 e 500% e uma de alta

qualidade entre 500 e 700%.

Os testes de expansão livre mostram que quanto maior a capacidade de expansão da bentonita,

melhor a sua qualidade (Heineck, 2002).

As principais características deste material são sua grande afinidade com a água, grande

capacidade de troca catiônica e baixa condutividade hidráulica para a água devido a sua

grande capacidade de expansão, sendo um exemplo de sua aplicação as barreiras verticais, em

que estas encontram-se confinadas e devido a expansão das partículas, estas são forçadas

umas contra as outras preenchendo os vazios e formando uma barreira contra a passagem de

fluídos.

A bentonita utilizada foi adquirida comercialmente. As características determinadas em

laboratório da bentonita sódica utilizada nos experimentos estão apresentadas na Tabela 3.2,

bem como na Figura 3.5.

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Augusta Brenner dos Santos. Porto Alegre: PPGEC/UFRGS, 2005.

Tabela 3.2 - Índices Físicos da Bentonita Sódica

Índices Físicos Bentonita Sódica

Limite de Plasticidade (LP) 139%

Limite de Liquidez (LL) 608%

Índice de Plasticidade (IP) 466%

Peso Específico 2,66 g/cm

Figura 3.5 - Distribuição Granulométrica da Bentonita Sódica

Através da curva granulométrica verifica-se um solo com 36% de argila (<0,002mm) e 64%

de silte (entre 0,002 a 0,075mm), sendo assim classificada como CH (argila inorgânica de alta

plasticidade) pela classificação unificada (ASTM D 2487/93). Este ensaio foi realizado em

conjunto com Lemos (2005).

3.4.3 Cimento

Como agente cimentante adotou-se cimento tipo Portland CP-V de alta resistência inicial

(ARI) da marca Cauê, adquirido junto a um estabelecimento comercial da cidade de Porto

Alegre (RS-Brasil), este cimento tem a peculiaridade de atingir altas resistências iniciais já

DISTRIBUIÇÃO GRANULOMÉTRICA

100

0,001 0,01 0,1 1 10 100

Diâmetro dos grãos (mm)

Percentagem retida (%)

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Comportamento de Liners sob a Influência de um Contaminante Orgânico

nos primeiros dias da aplicação. A composição do cimento CP-V, segundo a Associação

Brasileira de Cimento Portland (ABCP), está apresentado na Tabela 3.3. Ainda de acordo com

a ABCP, a alta resistência inicial do cimento Portland CP V – ARI deve-se a uma diferente

composição do clínquer, em termos de quantidade dos componentes.

Feuerharmel (2000) apresentada as características físicas e mecânicas do cimento CPV - ARI,

aqui apresentadas na Tabela 3.4.

Tabela 3.3 – Teor de componentes do cimento Portland (% em massa)

(ABCP, 2003)

Sigla Clínquer + sulfatos de cálcio Material carbonático

CP V - ARI 95 – 100% 0 – 5%

Tabela 3.4 – Características físicas e mecânicas do cimento CP V –

ARI (Feuerharmel, 2000)

Finura Tempo de pega Resistência à compressão

Massa específica

(kg / m³ )

Início

(min)

Fim

(min)

1 dia

(MPa)

3 dias

(MPa)

7 dias

(MPa)

28 dias

(MPa)

Média 3,11 195 296 23,5 39,2 45,2 53,3

Mínimo 3,11 165 258 22,1 37,8 41,6 51,4

Máximo 3,11 218 365 25,2 41,8 47,2 53,6

Desvio Padrão 0,00 14 27 0,9 0,9 1,2 1,3

3.4.4 Água

A água destilada foi utilizada na preparação de todos os corpos de prova, durante os ensaios

de condutividade hidráulica foi utilizado também água destilada.

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Augusta Brenner dos Santos. Porto Alegre: PPGEC/UFRGS, 2005.

3.4.5 Óleo Diesel

Empregou-se como contaminante à base de hidrocarbonetos nesta pesquisa, o óleo diesel,

obtido junto à Refinaria Alberto Pasqualini S.A. – REFAP (2003), da cidade de Canoas/RS. O

óleo diesel apresenta um comportamento não volátil, sendo imiscível em água. A densidade

unitária do óleo diesel é de 0,839 e uma viscosidade de 1,8. Demais dados sobre o óleo diesel

são apresentados na Tabela 3.5.

Tabela 3.5 – Informações sobre óleo diesel (REFAP, 2003)

Componente Concentração

Hidrocarbonetos saturados 70 – 75% (volume)

Hidrocarbonetos olefínicos < 1% (volume)

Hidrocarbonetos aromáticos 20 – 30% (volume)

Enxofre < 0,5% (peso)

Ponto de Ebulição 174°C

Tem como características o ponto de fulgor < - 43ºC e temperatura de auto-ignição em 257ºC.

Suas propriedades físico-químicas vão desde sua aparência, que se denomina “líquido

amarelo límpido (isento de materiais em suspensão)”, passando por sua solubilidade (sendo o

mesmo insolúvel em água) e cheiro característico.

Em caso de contaminação de água, o produto pode formar películas superficiais sobre a água.

É moderadamente tóxico à vida aquática. Pode transmitir qualidades indesejáveis à água,

afetando o uso. Quanto à contaminação do solo, por percolação pode degradar a qualidade das

águas do lençol freático, além de contaminar as plantas existentes. Seu pH medido em

laboratório está em torno de 5,8 (Caberlon, 2004).

3.5 MÉTODOS UTILIZADOS

A seguir será descrito o método utilizado para a preparação e moldagem dos corpos de prova

e os métodos de ensaio empregados durante o programa experimental.

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Comportamento de Liners sob a Influência de um Contaminante Orgânico

3.5.1 Coleta e preparação dos materiais

Primeiramente as amostras de solo (solo residual de arenito Botucatu) foram coletadas na

jazida de origem, no estado deformado, trazidas para o laboratório, secas ao ar, destorroadas,

peneiradas e devidamente estocadas em recipientes adequados, tudo segundo a NBR 6457

(ABNT, 1986a).

3.5.2 Preparação dos corpos de prova

A moldagem dos corpos de prova para os ensaios de compressão simples foi realizada em

moldes bipartidos de PVC com 50 mm de diâmetro e 100 mm de altura. Devido aos altos

teores de umidade das misturas, os moldes de PVC foram vedados lateralmente e

inferiormente através da aplicação de borracha de silicone, com o objetivo de evitar a fuga de

água através do molde. Como não foi possível a compactação da amostra em camadas, a

mistura dos materiais foi devidamente despejada dentro dos moldes até uma altura de 100

mm.

Para a preparação das amostras os componentes foram adicionados em um recipiente

colocando-se primeiramente a bentonita e o SRAB, misturando-se até atingir uma certa

homogeneização. A seguir se colocava aos poucos a água; caso fosse uma amostra com

cimento este também seria adicionado aos poucos. Esta seqüência foi a mais apropriada, pois

permitiu que os grumos de bentonita formados em contato com a água fossem facilmente

desagregados, propiciando assim uma melhor homogeneização da mistura. Os corpos de

prova foram preparados um a um, ou seja: cada corpo de prova teve uma mistura de solo,

cimento, bentonita e água preparada separadamente. Durante este processo todas as

precauções foram tomadas no sentido de se evitar as perdas de umidade por evaporação.

Concluído o processo de moldagem, a desmoldagem do corpo de prova só foi feita quando o

mesmo apresentou resistência suficiente capaz de não provocar danos na amostra (em torno

de 48 horas). Feita a desmoldagem, os corpos de prova foram pesados com precisão de 0,01

gf, medidos com precisão de 0,01 cm e logo após acondicionados em sacos plásticos até

completar o período de cura de 7 dias após o período de moldagem (incluído os dois dias para

a desmoldagem).

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Augusta Brenner dos Santos. Porto Alegre: PPGEC/UFRGS, 2005.

Para os ensaios de condutividade hidráulica seguiu-se a mesma forma de preparação, porém o

material era despejado no próprio cilindro do permeâmetro, onde permanecia curando durante

24h e então iniciava-se o ensaio.

3.5.3 Ensaios de Caracterização

Os ensaios de caracterização física nas matrizes de solo residual e bentonita seguiram as

seguintes especificações:

a) Ensaios de granulometria: a análise granulométrica da bentonita foi realizada

seguindo o procedimento proposto na NBR 7181 (ABNT, 1984c), sendo

utilizada a solução de hexametafosfato de sódio como agente defloculante;

b) Limites de Atterberg: os limites de liquidez (LL) e de plasticidade (LP) foram

determinados segundo a NBR 6459 (ABNT, 1984a) e a NBR 7180 (ABNT,

1984b) respectivamente;

c) Massa específica real dos grãos: foi determinada conforme o procedimento

proposto na NBR 6508 (ABNT, 1984d);

d) Teor de umidade: a determinação deste parâmetro seguiu o método descrito no

anexo da NBR 6457 (ABNT, 1986a).

3.5.4 Ensaios de Compressão não-confinada

A realização dos ensaios de compressão simples seguiu os procedimentos descritos na NBR

12025/90-Moldagem e Cura de corpos-de-prova cilíndricos. A prensa utilizada para a ruptura

dos corpos de prova é da marca Wykeham Farrance, adaptada com anéis dinamométricos de 3

kN e 6 kN, previamente calibrados. Após o período de cura de 7 dias, os corpos de prova

foram cisalhados.

No programa de ensaios de compressão não-confinada foram realizados ensaios com os

fatores a/c, sendo eles: sem cimento, 2, 4 e 6, que representam uma quantidade de 25, 12,50%,

respectivamente.

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Comportamento de Liners sob a Influência de um Contaminante Orgânico

3.5.5 Ensaios de Condutividade Hidráulica

Nos ensaios de condutividade hidráulica foram realizados segundo a ASTM D 5856,

utilizados permeâmetros do tipo Compaction mold permeameter, sendo que este permeâmetro

foi desenvolvido e construído no Environgeo/UFRGS, o permeâmetro em questão foi

desenvolvido em conjunto com Lemos (2005) no desenvolvimento de sua tese de doutorado

que ainda esta em andamento.

Entre as partes do equipamento estão: cilindro de aço inox para a colocação da amostra e em

que é moldada a amostra, e cilindro, também em aço inox, para armazenamento do

contaminante.

No desenvolvimento deste equipamento teve-se o cuidado de utilizar materiais inertes ao

ataque de produtos químicos e tóxicos, como é o caso dos hidrocarbonetos que constituem o

óleo diesel utilizado nesta pesquisa. Deste modo, grande parte das peças que compõem o

equipamento são de aço inox. Em virtude do alto custo do aço inox, algumas partes em que

não há contato com material contaminante são constituídas de outros materiais como o latão.

Foi utilizada uma tubulação de nylon por ser inerte ao ataque do óleo diesel.

A seguir, as Figuras 3.6 e 3.7 apresentam fotos do permeâmetro, bem como alguns detalhes

dos mesmos.

Figura 3.6 – Vista geral dos permeâmetros instalados em uma capela

de exaustão de gases

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Figura 3.7 – Permeâmetro – Detalhe dos cilindros - (1), do cilindro

que contém o líquido permeante (2) e do tubo graduado para a leitura

da vazão (3).

O projeto e construção do equipamento foram realizados no Environgeo, sendo que a

totalidade das peças que constituem o equipamento foram usinadas sob encomenda; as

conexões, válvulas e tubos foram adquiridos no comércio especializado. Após a conclusão da

montagem do equipamento iniciou-se o teste do equipamento, em que se simulou as

condições do ensaio com o objetivo de verificar o funcionamento e a estanqueidade do

equipamento.

Nestes ensaios foram utilizadas cargas constantes através da aplicação de ar comprimido

numa interface ar/água, regulada com um registro de pressão de precisão de 12kPa, resultando

em um gradiente hidráulico de 8,3. A amostra foi moldada no próprio cilindro, de 15 cm de

diâmetro por 15 cm de altura, em que foi realizado o ensaio de condutividade hidráulica.

A Figura 3.8 apresenta um esquema do permeâmetro utilizado.

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Comportamento de Liners sob a Influência de um Contaminante Orgânico

Figura 3.8 – Esquema do Permeâmetro

Os ensaios de condutividade hidráulica obedeceram as seguintes etapas:

a) Preparação da amostra, conforme já mencionado anteriormente;

b) Colocação da amostra no cilindro, deixando a mesma curar durante vinte e

quatro (24) horas;

c) Início do ensaio de condutividade hidráulica com a percolação de água da base

para o topo da amostra com uma carga de 12 kPa e gradiente hidráulico de 8,3,

tendo-se o cuidado de retirar todas as bolhas de ar encontradas na tubulação

através da percolação de água pela base da amostra;

d) Retirada de leituras regulares no ensaio medindo-se a altura do material

permeante no reservatório de contaminante, com o auxílio de um tubo

graduado conectado ao reservatório, onde se podia verificar o nível do líquido

permeante e juntamente com o valor do peso do líquido já permeado pode-se

calcular a condutividade hidráulica da amostra;

e) Continuidade do ensaio até se obter a estabilidade da condutividade hidráulica,

ou seja, no mínimo quatro valores de condutividade hidráulica próximos;

f) Depois de obtida esta estabilidade, parava-se o ensaio, isolando-se a amostra

através do fechamento das válvulas e retirando-se a pressão aplicada;

g) Posteriormente era substituída no reservatório de contaminante a água por óleo

diesel, tomando-se novamente o cuidado de retirar as bolhas de ar que ficaram

na tubulação.

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Augusta Brenner dos Santos. Porto Alegre: PPGEC/UFRGS, 2005.

h) Reinício do ensaio com a mesma carga e o mesmo gradiente hidráulico, até se

obter novamente a estabilidade da condutividade hidráulica, com pelo menos

quatro leituras de condutividade hidráulica aproximadas.

i) Após o término do ensaio o equipamento era desmontado para a limpeza e

descontaminação do mesmo.

Foram realizados quatro ensaios de condutividade hidráulica, sendo eles com fatores a/c 2, 4 e

6 e um sem a presença de cimento. Estes ensaios foram realizados tendo como material

permeante a água e o óleo diesel.

3.5.6 Análise por Difração de Raios X

Posteriormente, para um melhor entendimento dos resultados de condutividade hidráulica,

foram realizadas análises de Difração de Raios X.

Foram realizadas três análises na bentonita utilizada, sendo elas:

a) Difração de Raios X, amostra natural;

b) Difração de Raios X, amostra tratada com etileno glicol;

c) Difração de Raios X, amostra calcinada.

Sendo ainda realizada uma análise na bentonita saturada em óleo diesel:

a) Difração de Raios X, amostra natural.

Estes ensaios foram realizados no Laboratório de Difração de Raios X do Instituto de

Geociência da UFRGS.

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Comportamento de Liners sob a Influência de um Contaminante Orgânico

4 RESULTADOS OBTIDOS E ANÁLISES

4.1 CONSIDERAÇÕES INICIAIS

Neste capítulo encontram-se os resultados dos ensaios e análises feitas no programa

experimental realizado nesta pesquisa.

4.2 ENSAIOS DE RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO NÃO CONFINADA

Os ensaios de resistência à compressão não confinada foram realizados de forma padronizada

para todos os corpos de prova quanto ao tempo de cura, no caso sete dias, com imersão prévia

ao rompimento.

A Tabela 4.1 apresenta o resultado destes ensaios.

Tabela 4.1 – Resultados do programa de ensaios de compressão não-

confinada

Fator água-cimento (a/c) Teor de Umidade (%) Resistência (MPa)

0 (sem cimento) 100 *

2 100 0,45

4 100 0,16

6 100 0,05

* Não houve um endurecimento da amostra, não se podendo desmoldar e por conseqüência

não foi possível realizar o ensaio de compressão não-confinada.

Pode-se observar que a resistência à compressão não-confinada aumentou com o acréscimo da

quantidade de cimento na amostra ou com o menor fator água/cimento, como esperado.

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4.3 ENSAIOS DE CONDUTIVIDADE HIDRÁULICA SEGUNDO A NORMA

ASTM D5856

Os ensaios de condutividade hidráulica foram realizados de forma padronizada para todas as

amostras ensaiadas.

A seguir são apresentadas as tabelas e as figuras com os resultados dos ensaios de

condutividade hidráulica.

4.3.1 Resultados da amostra Solo-Bentonita (SB)

A Tabela 4.2 apresenta os parâmetros de moldagem para a amostra em questão:

Tabela 4.2 – Parâmetros de moldagem para a amostra Solo-Bentonita

(SB)

Propriedades Valores

Teor de Umidade 102%

Peso Específico Natural 1,34 g/cm

Peso Específico Seco 0,66 g/cm

Índice de Vazios 3,1

A amostra de Solo-Bentonita quando percolada com água apresentou inicialmente uma

condutividade hidráulica na ordem de 10

-6

cm/s. Posteriormente houve uma diminuição

gradativa de seu valor chegando a um valor médio de condutividade hidráulica de k=1,7.10

-7

cm/s, sendo que foi permeado na amostra um volume equivalente a 0,2 vezes o seu volume de

vazios.

A seguir é apresentado na Figura 4.1 o gráfico do volume percolado dividido pelo volume de

vazios (Vp/Vv) x k, tendo a água como líquido permeante.

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Comportamento de Liners sob a Influência de um Contaminante Orgânico

Ensaio SB - Água

1,00E-09

1,00E-08

1,00E-07

1,00E-06

1,00E-05

1,00E-04

1,00E-03

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4

Vp/Vv

k (cm/s)

Figura 4.1 – Resultado da condutividade hidráulica para a amostra

Solo-Bentonita permeada com água

Na Figura 4.2 pode-se observar o comportamento do preenchimento do volume de poros com

o tempo. O grande intervalo entre as leituras no intervalo de 40 a 120 horas deve-se a

impossibilidade de leituras no final de semana.

Ensaio SB - Água

0,2

0,4

0,6

0,8

1,2

1,4

0 50 100 150 200 250 300 350

Tempo (horas)

Vp/Vv

Figura 4.2 – Resultado do Vp/Vv x tempo na amostra Solo-Bentonita

permeada com água

__________________________________________________________________________________________

Augusta Brenner dos Santos. Porto Alegre: PPGEC/UFRGS, 2005.

A seguir é apresentado na Figura 4.3 o gráfico do Vp/Vv x k tendo como líquido permeante o

óleo diesel, onde se percebe uma mudança na condutividade hidráulica após a percolação de

aproximadamente 0,2 Vp/Vv de óleo diesel, indicando que este quando percolado na amostra

de SB ocasiona mudanças no comportamento hidráulico. No caso da amostra percolada com

óleo diesel observa-se uma baixa condutividade hidráulica inicial, com valores em torno de

2,5.10

-7

cm/s. A partir de um determinado momento a amostra apresentou um rápido aumento

do valor da condutividade hidráulica sendo o seu valor médio de 9,6.10

-5

cm/s. Este fenômeno

será explicado, mais adiante, com o auxílio do ensaio de Difração de Raios X.

Ensaio SB - Óleo Diesel

1,00E-09

1,00E-08

1,00E-07

1,00E-06

1,00E-05

1,00E-04

1,00E-03

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4

Vp/Vv

k (cm/s)

Figura 4.3 – Resultado da condutividade hidráulica para a amostra

Solo-Bentonita permeada com óleo diesel

Na Figura 4.4 apresenta-se o comportamento do Vp/Vv da amostra permeada com óleo diesel,

onde se pode perceber com o aumento da condutividade hidráulica se dá após a passagem de

aproximadamente 0,06 volume de vazios de óleo diesel através da amostra.

__________________________________________________________________________________________

Comportamento de Liners sob a Influência de um Contaminante Orgânico

Ensaio SB - Óleo Diesel

0,2

0,4

0,6

0,8

1,2

1,4

0 50 100 150 200 250 300 350

Tempo (horas)

Vp/Vv

gura 4.4 – Resultado do Vp/Vv x tempo na amostra Solo-Bentonita permeada com óleo diesel

4.3.2 Resultados da amostra Solo-Cimento-Bentonita (SCB) com fator

água-cimento 2

A Tabela 4.3 apresenta parâmetros de moldagem para a amostra em questão:

Tabela 4.3 – Parâmetros de moldagem para a amostra Solo-Cimento-

Bentonita (SCB) fator a/c=2

Propriedades Valores

Teor de Umidade 98%

Peso Específico Natural 1,37 g/cm

Peso Específico Seco 0,69 g/cm

Índice de Vazios 2,9

__________________________________________________________________________________________

Augusta Brenner dos Santos. Porto Alegre: PPGEC/UFRGS, 2005.

A amostra SCB, quando percolada com água, apresentou um valor médio de condutividade

hidráulica de 4,3.10

-6

cm/s. Na Figura 4.5 é apresentado o gráfico do Vp/Vv x k para esta

amostra SCB, sendo permeado aproximadamente 1,8 vezes o volume de vazios da amostra.

Ensaio SCB (fator a/c=2) - Água

1,00E-09

1,00E-08

1,00E-07

1,00E-06

1,00E-05

1,00E-04

1,00E-03

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2

Vp/Vv

k (cm/s)

Figura 4.5 – Resultado da condutividade hidráulica para a amostra

SCB com fator a/c =2 permeado com água

Na Figura 4.6 pode-se ver comportamento do fluxo de água na amostra com o tempo quando

permeada com água, sendo observado 1Vp/Vv em aproximadamente 40 horas.

A amostra SCB permeada com óleo diesel apresentou uma condutividade hidráulica inicial

com uma ordem de grandeza de 10

-6

cm/s, se estabilizou com uma ordem de grandeza de 10

-7

cm/s, tendo como valor médio de condutividade hidráulica de 7,5.10

-7

cm/s. Não foram

observadas grandes mudanças na condutividade hidráulica do SCB (fator a/c=2),

provavelmente devido ao efeito da cimentação, sendo permeado cerca de 0,6 vezes o volume

de vazios da amostra.

O gráfico apresentado na Figura 4.7 demonstra o desenvolvimento do ensaio.

__________________________________________________________________________________________

Comportamento de Liners sob a Influência de um Contaminante Orgânico

Ensaio SCB (fa/c=2) - Água

0,2

0,4

0,6

0,8

1,2

1,4

1,6

1,8

0 50 100 150 200 250 300 350

Tempo (horas)

Vp/Vv

Figura 4.6 – Resultado do Vp/Vv x tempo na amostra SCB fator a/c=2

permeada com água

Ensaio SCB (fator a/c=2) - Óleo Diesel

1,00E-09

1,00E-08

1,00E-07

1,00E-06

1,00E-05

1,00E-04

1,00E-03

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2

Vp/Vv

k (cm/s)

Figura 4.7 – Resultado da condutividade hidráulica para a amostra

SCB com fator a/c =2 permeada com óleo diesel

__________________________________________________________________________________________

Augusta Brenner dos Santos. Porto Alegre: PPGEC/UFRGS, 2005.

Na Figura 4.8 pode-se observar quantos volumes de vazios já foram permeados com óleo

diesel através da amostra com o tempo, onde se observa que foi percolado aproximadamente

0,4 Vp/Vv em 175 horas.

Ensaio SCB (fa/c=2) - Óleo Diesel

0,2

0,4

0,6

0,8

1,2

1,4

1,6

1,8

0 50 100 150 200 250 300 350

Tempo (horas)

Vp/Vv

Figura 4.8 – Resultado do Vp/Vv x tempo na amostra SCB fator a/c=2

permeada com óleo diesel

4.3.3 Resultados da amostra Solo-Cimento-Bentonita (SCB) com fator

água-cimento 4

A Tabela 4.4 apresenta os parâmetros de moldagem para a amostra em questão:

Tabela 4.4 – Parâmetros de moldagem para a amostra Solo-Cimento-

Bentonita (SCB) fator a/c=4

Propriedades Valores

Teor de Umidade 99%

Peso Específico Natural 1,35 g/cm

Peso Específico Seco 0,68 g/cm

Índice de Vazios 3,0

__________________________________________________________________________________________

Comportamento de Liners sob a Influência de um Contaminante Orgânico

A amostra de Solo-Cimento-Bentonita apresentou uma grande estabilidade desde o início do

ensaio, quando percolado com água, tendo seu valor de condutividade hidráulica médio igual

a 1,4.10

-5

cm/s. Foram percolados aproximadamente 3,5 o volume de vazios da amostra A

Figura 4.9 representa o desenvolvimento do ensaio.

Ensaio SCB (fator a/c=4) - Água

1,00E-09

1,00E-08

1,00E-07

1,00E-06

1,00E-05

1,00E-04

1,00E-03

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

Vp/Vv

k (cm/s)

Figura 4.9 – Resultado da condutividade hidráulica para a amostra SCB com fator

a/c =4 permeada com água

Na Figura 4.10 pode-se observar quantos volumes de vazios foram permeados com água

através do tempo, percebendo-se 3Vp/Vv em aproximadamente 50 horas.

__________________________________________________________________________________________

Augusta Brenner dos Santos. Porto Alegre: PPGEC/UFRGS, 2005.

Ensaio SCB (fa/c=4) - Água

0,5

1,5

2,5

3,5

0 50 100 150 200 250 300 350

Tempo (horas)

Vp/Vv

Figura 4.10 – Resultado Vp/Vv x tempo na amostra SCB fator a/c=4 permeada

com água

A amostra SCB com fator a/c= 4 quando permeada com óleo diesel apresentou uma evolução

diferenciada. No início do ensaio quase não havia percolação de fluído, e, devido ao grande

calor, houve uma grande evaporação de material no recipiente de coleta do material

percolado, o que gerou valores não significativos de condutividade hidráulica. Desta forma,

foram descartados estes valores. O ensaio estabilizou-se com um valor médio de

condutividade hidráulica de 3,8.10

-8

cm/s.

Novamente, não foi observado o grande aumento na condutividade hidráulica que foi

observado para o ensaio SB, devido, provavelmente ao efeito da formação de estrutura em

função da cimentação.

A Figura 4.11 apresenta os resultados deste ensaio, onde se pode observar que foi percolado

apenas 0,03 vezes o volume de vazios da amostra, isto se deu devido ao fato as amostra a

amostra apresentar uma baixa condutividade hidráulica e mesmo deixando percolar por um

grande tempo foi percolado pouco material.

Pode-se observar na Figura 4.12 o comportamento Vp/Vv através do tempo.

__________________________________________________________________________________________

Comportamento de Liners sob a Influência de um Contaminante Orgânico

Ensaio SCB (fator a/c=4) - Óleo Diesel

1,00E-09

1,00E-08

1,00E-07

1,00E-06

1,00E-05

1,00E-04

1,00E-03

0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03 0,035 0,04 0,045 0,05

Vp/Vv

k (cm/s)

Figura 4.11 – Resultado da condutividade hidráulica para a amostra SCB com

fator a/c =4 permeada com óleo diesel

Ensaio SCB (fa/c=4) - Óleo Diesel

0,005

0,01

0,015

0,02

0,025

0,03

0,035

0,04

0,045

0,05

0 50 100 150 200 250 300 350

Tempo (horas)

Vp/Vv

Figura 4.12 – Resultado do Vp/Vv x tempo na amostra SCB fator a/c=4 permeada

com óleo diesel

__________________________________________________________________________________________

Augusta Brenner dos Santos. Porto Alegre: PPGEC/UFRGS, 2005.

4.3.4 Resultados da amostra Solo-Cimento-Bentonita (SCB) com fator

água-cimento 6

A Tabela 4.5 apresenta os parâmetros de moldagem para a amostra em questão:

Tabela 4.5 – Parâmetros de moldagem para a amostra Solo-Cimento-

Bentonita (SCB) fator a/c=6

Propriedades Valores

Teor de Umidade 98%

Peso Específico Natural 1,37 g/cm

Peso Específico Seco 0,69 g/cm

Índice de Vazios 2,9

A amostra SCB com fator a/c 6 apresentou, quando permeada com água, uma alta

condutividade hidráulica, sendo o seu valor médio igual a 5,9.10

-5

cm/s, sendo permeados um

volume de aproximadamente 2,7 vezes o volume de vazios.

A Figura 4.13 apresenta o resultado deste ensaio.

Ensaio SCB (fator a/c=6) - Água

1,00E-09

1,00E-08

1,00E-07

1,00E-06

1,00E-05

1,00E-04

1,00E-03

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

Vp/Vv

k (cm/s)

Figura 4.13 – Resultado da condutividade hidráulica para a amostra SCB com

fator a/c =6 permeada com água

__________________________________________________________________________________________

Comportamento de Liners sob a Influência de um Contaminante Orgânico

Na Figura 4.14 observa-se o Vp/Vv através do tempo na amostra SCB fa/c=6.

Ensaio SCB (fa/c=6) - Água

0,5

1,5

2,5

0 50 100 150 200 250 300 350

Tempo (horas)

Vp/Vv

Figura 4.14 – Resultado Vp/Vv x Tempo na amostra SCB fator a/c=6 permeada

com água

Quando se colocou o óleo diesel como agente permeante obteve-se uma rápida queda inicial

na condutividade hidráulica da amostra passando seu valor para uma ordem de 10

-7

cm/s. O

valor médio da condutividade hidráulica ficou em torno de 1,7. 10

-6

cm/s. Durante este ensaio

foi percolado um volume de aproximadamente 0,4 vezes o volume de vazios da amostra.

Novamente, como nos outros ensaios com cimentação, não houve grande aumento da

condutividade hidráulica como ocorreu no ensaio SB.

Na Figura 4.15 pode-se observar o desenvolvimento do ensaio.

__________________________________________________________________________________________

Augusta Brenner dos Santos. Porto Alegre: PPGEC/UFRGS, 2005.

Ensaio SCB (fator a/c=6) - Óleo Diesel

1,00E-09

1,00E-08

1,00E-07

1,00E-06

1,00E-05

1,00E-04

1,00E-03

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45

Vp/Vv

k (cm/s)

Figura 4.15 – Resultado da condutividade hidráulica para a amostra SCB com

fator a/c =6 permeada com óleo diesel

Observa-se na Figura 4.16 quantos volumes de vazios foram percolados através do tempo.

Ensaio SCB (fa/c=6) - Óleo Diesel

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,45

0 50 100 150 200 250 300 350

Tempo (horas)

Vp/Vv

Figura 4.16 – Resultado do volume de entrada e saída na amostra SCB

fator a/c=6 permeada com óleo diesel

__________________________________________________________________________________________

Comportamento de Liners sob a Influência de um Contaminante Orgânico

4.2.5 Resultados globais

A seguir apresenta-se a planilha com o resumo dos resultados

Tabela 4.6 – Resumo dos resultados

Propriedades SB SCB (fa/c=2) SCB (fa/c=4) SCB (fa/c=6)

Teor de Umidade 102% 98% 99% 98%

Peso Específico Natural 1,34 g/cm

1,37 g/cm

1,35 g/cm

1,37 g/cm

Peso Específico Seco 0,66 g/cm

0,69 g/cm

0,68 g/cm

0,69 g/cm

Índice de Vazios 3,1 2,9 3,0 2,9

Cond. Hidráulica (água) 1,7.10

-7

cm/s 4,3.10

-6

cm/s 1,4.10

-5

cm/s 5,9.10

-5

cm/s

Cond. Hidráulica (óleo diesel) 9,6.10

-5

cm/s 7,5.10

-6

cm/s 3,8.10

-8

cm/s 1,7.10

-6

cm/s

Pode-se observar nos resultados para as amostras percoladas com água, um aumento da

condutividade hidráulica de 2,5.10

-7

cm/s, para a amostra não cimentada para um valor na

ordem de 10

-5

cm/s para o caso das amostras de Solo-Cimento-Bentonita com fatores de

água/cimento 4 e 6, como esperado, corroborando os resultados obtidos por Azambuja, 2004.

A Figura 4.17 apresenta o gráfico dos ensaios permeados com água:

__________________________________________________________________________________________

Augusta Brenner dos Santos. Porto Alegre: PPGEC/UFRGS, 2005.

Ensaio Água

1,00E-09

1,00E-08

1,00E-07

1,00E-06

1,00E-05

1,00E-04

1,00E-03

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

Vp/Vv

K (cm/s)

SCB (f a/c=2)

SCB (f a/c=4)

SCB (f a/c=6)

Figura 4.17 – Resultado da condutividade hidráulica para a água

Já quando as amostras foram percoladas com óleo diesel, obteve-se o menor valor de

condutividade hidráulica para a amostra Solo-Cimento-Bentonita com fator água/cimento 4,

sendo este valor de 5,7.10

-8

cm/s. A amostra de Solo-Bentonita apresentou um valor próximo

a este até um determinado momento do ensaio quando a condutividade hidráulica teve um

súbito aumento no seu valor.

A Figura 4.18 apresenta estes resultados:

__________________________________________________________________________________________

Comportamento de Liners sob a Influência de um Contaminante Orgânico

Ensaio Óleo Diesel

1,00E-09

1,00E-08

1,00E-07

1,00E-06

1,00E-05

1,00E-04

1,00E-03

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4

Vp/Vv

k (cm/s)

SCB (f a/c=2)

SCB (f a/c=4)

SCB (f a/c=6)

Figura 4.18 – Resultado da condutividade hidráulica para óleo diesel

Pode-se observar no gráfico acima que os ensaios cimentados não apresentaram um súbito

aumento na condutividade hidráulica como ocorreu no ensaio SB.

O ensaio SCB com fator a/c=4 foi o que apresentou os melhores resultados de condutividade

hidráulica para o óleo diesel, sendo que foi ele, também, que apresentou a melhor

trabalhabilidade durante a moldagem entre os ensaios cimentados. A amostra SCB com fator

a/c=2, devido a maior quantidade de cimento, apresentou uma menor trabalhabilidade e a

amostra SCB com fator a/c=6 apresentou uma pequena segregação dos materiais.

4.4 ANÁLISES POR DIFRAÇÃO DE RAIOS X

A bentonita foi analisada por técnicas de Difração de Raios X, de acordo com a rotina de

preparação de argilominerais do Laboratório de Difração de Raios do Instituto de Geociências

da UFRGS, obedecendo-se as seguintes condições:

a) Bentonita não saturada. Nesta situação foram preparadas três laminas de

bentonita orientada, nas condições, Natural, Glicolada e Calcinada;

__________________________________________________________________________________________

Augusta Brenner dos Santos. Porto Alegre: PPGEC/UFRGS, 2005.

b) Bentonita saturada com óleo diesel.

4.4.1 Resultado da análise de Difração de Raios X - Amostra natural

A Figura 4.20 representa o difratograma da amostra natural de bentonita, em que se observa o

pico da montmorilonita em 12,973 Å, caracterizando-se por apresentar uma marcada

assimetria para valores mais elevados. No mesmo difratograma observam-se traços de

caolinita e quartzo, respectivamente.

Figura 4.20 - Difratograma de Raios X. Amostra natural

__________________________________________________________________________________________

Comportamento de Liners sob a Influência de um Contaminante Orgânico

4.4.2 Resultado da análise de Difração de Raios X da amostra tratada com

Etileno Glicol

A Figura 4.21 representa o difratograma da amostra de bentonita tratada com etileno glicol,

em que se observa o deslocamento do pico da montmorilonita da amostra natural em 12,973 Å

para 17,115 Å. Este pico caracteriza-se por uma significativa cristalinidade e simetria.

Ocorrem como traços caolinita e quartzo.

Figura 4.21 - Difratograma de Raios X. Amostra tratada com etileno

glicol

4.4.3 Resultado da análise de Difração de Raios X da amostra Calcinada

A Figura 4.22 representa o difratograma da bentonita natural calcinada a 500ºC. Pelo processo

de calcinação o pico característico da montmorilonita natural de 12,973 Å desloca-se para

9,940 Å que define a montmorilonita colapsada. Como conseqüência, também, da calcinação,

o pico da caolinita desaparece por completo por colapso estrutural. Entretanto, o quartzo

__________________________________________________________________________________________

Augusta Brenner dos Santos. Porto Alegre: PPGEC/UFRGS, 2005.

permanece por tratar-se de um mineral de comportamento refratário nessa faixa de

temperatura.

Figura 4.22 - Difratograma de Raios X da bentonita calcinada

4.4.3 Resultado da análise de Difração de Raios X da amostra de Bentonita

Saturada com Óleo Diesel

A Figura 4.23 representa o difratograma da amostra de bentonita saturada com óleo diesel.

Destaca-se neste difratograma o posicionamento do pico da montmorilonita em 12,826 Å. O

pico da montmorilonita em 12,826 Å indica uma redução distância entre os planos atômicos

ou planos basais (d) quando comparado com a amostra natural que apresenta o pico da

montmorilonita em 12,973 Å. Por outra parte, a comparação da amostra glicolada com o pico

da montmorilonita em 17,115 Å com a amostra saturada com óleo diesel (d=12,826), equivale

a uma significativa redução do inchamento intracristalino da montmorilonita. Este inchamento

intracristalino é produzido pelo líquido que penetra e provoca o afastamento recíproco entre

os planos basais da montmorilonita.

__________________________________________________________________________________________

Comportamento de Liners sob a Influência de um Contaminante Orgânico

Este comportamento poderá estar relacionado com o aumento da permeabilidade da amostra

em determinados teores de óleo diesel. Pode ser sugerido que o óleo diesel satura a amostra

expulsando a água presente nos sítios de inchamento intracristalino da montmorilonita. O

aumento da porosidade por estar relacionado, também, à redução da propriedade expansiva da

bentonita. Por isso, uma vez atingido o ponto de saturação em óleo diesel, a água presente é

expulsa, diminuindo o tamanho das massas de bentonita, que se “contraem” aumentando a

porosidade e conseqüente permeabilidade da amostra.

Figura 4.23 - Difratograma de Raios X. Amostra de bentonita saturada

com óleo diesel.

__________________________________________________________________________________________

Augusta Brenner dos Santos. Porto Alegre: PPGEC/UFRGS, 2005.

5 CONCLUSÕES E SUGESTÕES

5.1 CONSIDERAÇÕES INICIAIS

Neste capítulo são apresentadas as considerações finais em relação à montagem do

equipamento e a condutividade hidráulica. Para finalizar são propostas sugestões para futuros

trabalhos neste segmento.

5.2 MONTAGEM DO EQUIPAMENTO

O permeâmetro de parede rígida desenvolvido no Environgeo/UFRGS segue a norma

americana ASTM D 5856. Este equipamento foi projetado e construído para receber e resistir

a contaminantes químicos presentes em amostras de solo contaminado ou como líquido

permeante, através de peças e conexões de aço inox e tubulações de nylon.

O equipamento mostrou-se muito eficaz quanto à realização de ensaios de condutividade

hidráulica, tendo sua eficiência comprovada também quanto ao uso de materiais

contaminantes nos ensaios. Não apresentando desgaste de seus componentes ou tubulações no

período de realização dos ensaios.

5.3 CONDUTIVIDADE HIDRÁULICA

A condutividade hidráulica da amostra Solo-Bentonita aumentou com a percolação de óleo

diesel, o que pode em parte ser explicado por meio de difração de raios X, pois com óleo

diesel como agente percolante há uma significativa redução do inchamento intracristalino da

montmorilonita.

__________________________________________________________________________________________

Comportamento de Liners sob a Influência de um Contaminante Orgânico

Para as amostras de Solo-Cimento-Bentonita pode-se observar uma diminuição da

condutividade hidráulica quando comparamos os resultados obtidos da amostra permeada

com água e óleo diesel.

Os melhores resultados, ou seja, o menor valor de condutividade hidráulica para a amostra

permeada com óleo diesel foi alcançado com a amostra Solo-Cimento-Bentonita com fator

água/cimento igual a 4, sendo este valor de 5,7.10

-8

cm/s.

5.4 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS

Para futuros trabalhos fica aqui as seguintes sugestões:

a) Realização de ensaios de condutividade hidráulica para outros materiais

permeantes;

b) Realização de microscopia eletrônica para as amostras;

c) Uso de outros materiais como agentes cimentantes.

__________________________________________________________________________________________

Augusta Brenner dos Santos. Porto Alegre: PPGEC/UFRGS, 2005.

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Mold Permeameter: D 5856. Philadelphia, 1997.

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Brasileiras para Cimentos Portland. Informativo recebido por e-mail. São Paulo, 2003.

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do limite de liquidez. Rio de Janeiro, 1984a. 6p.

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Terminologia. Rio de Janeiro, 1995.

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granulométrica. Rio de Janeiro, 1984c. 13p.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7182: Solos – Ensaio de

Compactação. Rio de Janeiro, 1987. 13p.

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passam em peneiras de 4,8mm – Determinação da massa específica. Rio de Janeiro, 1984d.

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ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6457: Amostras de solo –

Preparação para ensaios de compactação e ensaios de caracterização. Rio de Janeiro, 1986a.

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ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 12025: Solo-Cimento –

Ensaio de compressão simples de corpo de prova cilíndrico. Rio de Janeiro, 1990. 2p.

AZAMBUJA, R. M. B. Comportamento Mecânico e Hidráulico de Misturas de Solo-

Cimento-Bentonita para a Aplicação em Barreiras Verticais de Contenção de Contaminantes.

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