Tipos de camadas de cobertura Coberturas resistivas Coberturas especiais Asfalto, Geosynthetic Clay...
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Tipos de camadas de cobertura
Coberturas resistivas
Coberturas especiais
Asfalto, Geosynthetic Clay Liners (GCL)
Evapotranspirativas
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2. Camadas de cobertura resistivas
- Barreira de argilacom condutividade hidráulica menor que 10-5cm/s
- Mais escoamento superficial
- Evapotranspiração e armazenamento de água não são considerados
Resíduos classe II (municipais)
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Resíduos classe I (perigosos)
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Compactação
Curva de Compactação
Po
rosi
dad
e d
imin
ui
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Influência da energia de compactação
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Ramo seco
Ramo úmidoEfeito da compactação
na estrutura do solo
Efeito da compactação na condutividade hidráulica do solo
Ramo seco
Ramo seco
Ramo úmido
Ramo úmido
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Condutividade hidráulica
Solo saturado
Lei de Darcy
ht
LAvolkolog
Lhicomo
t
volAikQouikv
t
t
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Coberturas são compactadas no ramo úmido para
diminuir condutividade hidráulica, por isso:
• Dificuldades na construção, controle de compactação, emenda entre camadas, etc.
• Custo
• Fissuras durante ressecamento aumentam condutividade
hidráulica
• Fluxo em condições não-saturadas controlado pela gravidade e
pela sucção matricial líquido pode se mover vertical e/ou
lateralmente
RESTRIÇÕES
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• A umidade favorece o alongamento das raízes que podem invadir a
camada barreira. Caldwell and Reith (1993) reportam este tipo de
problema num depósito de rejeitos de urânio em Shiprock, NM, USA
(raízes de ‘summer cypress’ e ‘salt cedar’ na camada de solo
compactado de 2 m de espessura)
• Camadas de solo compactado são susceptíveis à ação de animais
que criam macro-poros (burrowing animals) aumentando a
condutividade hidráulica da camada barreira (Pratt 2000, Bowerman
and Redente 1998, Johnson and Blom 1997, Hakonson 1986).
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3. COBERTURAS EVAPOTRANSPIRATIVAS
Neste caso as coberturas funcionam como uma “esponja”que no período
de chuvas absorvem e armazenam o líquido que infiltra para, durante o
período de estiagem, liberar esta água retida por evapotranspiração.
O solo pode ter condutividade hidráulica mais elevada
As condições climáticas são importantes. Estas barreiras são mais
apropriadas em climas áridos e semi-áridos
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Barreiras Evapotranspirativas Monolíticas
Coberturas ou barreiras monolíticas são feitas de uma camada única, espessa, de solo com granulometria fina e uma camada de cobertura vegetal.
Solos normalmente utilizados são: siltes arenosos, siltes e siltes argilosos. Eles devem ter boa capacidade de armazenamento de água
A compactação do solo deve ser feita no ramo seco da
curva de compactação. Isto acarreta:
• Menores custos;• Controle de compactação mais fácil;• Menores problemas de fissuras por resecamento;• Maior capacidade inicial de armazenamento de água.
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Barreiras Evapotranspirativas Capilares
A presença da camada de solo mais grosso aumenta a capacidade de armazenamento de água da camada de solo mais fino (Stormont and Morris, 1998).
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Vantagens (Stormont, 1997):
• A camada acima da barreira capilar armazena mais
água do que sem a barreira;• Esta água adicional favorece o crescimento de
espécies vegetativas, aumentando a transpiração;• A camada barreira pode servir para drenagem de gases
(aterros sanitários)
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Balanço Hídrico da Camada de Cobertura
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Fluxo em meio não-saturado
Equação de Richards
)1z
)(()(k
z)1
z
h()(k
zz
zh)(k
zt
LEACHM (Hudson and Wagenet, 1992)
UNSAT-H (Fayer and Jones, 1990)
HYDRUS-2D (Simunek et al., 1996)
SOILCOVER (Geo2000, 1997)
Propriedades dos solos
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Capacidade de armazenamento de água (a)
a =
Conteúdo de água volumétrico no estado natural–
capacidade de campo
Conteúdo de água volumétrico V
Vw w
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Capacidade de
campo
Capacidade de campo conteúdo de água volumétrico a partir do qual inicia a percolação
vertical
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Determinação da capacidade de campo
Diretamente
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
10 100 1000 10000 100000
Tempo(s)
Vaz
ão (
cm3 /s
)
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A partir da curva de retenção de água
patm /3 = 33.33 kPa
cc
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Determinação da curva de retenção de água
Placa de sucção
Placa de prressão
Papel filtro
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Placa de sucção Sucções até 80 kPa
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Placa de pressão
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Papel Filtro
Curvas de calibração de diferentes lotes do papel filtro Whatman #42
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Determinação da Condutividade Hidráulica de Solos Não-Saturados
1.0E-15
1.0E-13
1.0E-11
1.0E-09
1.0E-07
1.0E-05
0 0.5 1 1.5 2
Saturação Efetiva
Co
nd
uti
vid
ade
Hid
ráu
lica
(m
/s)
Condutividade diminui acentuadamente à medida que o solo deixa de estar saturado
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No laboratório
No campo
Determinação da
Condutividade Hidráulica de Solos Não-Saturados
Permeâmetros especiais
Indiretamente por meio da curva de retenção de água e da condutividade hidráulica saturada
Infiltrometros especiais
Permeâmetro de Guelph
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1.0E-12
1.0E-11
1.0E-10
1.0E-09
1.0E-08
1.0E-07
1.0E-06
1.0E-05
1.0E-04
0.01 0.10 1.00 10.00 100.00 1000.00
Pressure Head (m)
Hyd
rau
lic C
on
du
ctiv
ity
(m/s
)
Guelph 1 Head
Guelph 2 Heads
No campo - Permeâmetro de Guelph
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4. EXEMPLOS
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Zornberg, LaFountain and Caldwell (2003) – JGGE da ASCE
Projeto camada cobertura Operating Ind., Inc, (OII Superfund site)
Monterey Park (LA) Precipitação média anual 380mm
Comparações CR e CET Estudo paramétrico Projeto CET
(Programa LEACHM)
Cobertura Resistiva
Cobertura Evapotranspirativa
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EvTransp, 80.67
ArmAgua, -3.12
EscSup, 21.86
Infiltr, 0.37
EvTransp, 92.46
Infiltr, 1.86
EscSup, 7.8
ArmAgua, -2.3
COMPARAÇÃO
Cobertura ET
Cobertura CR
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0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0 5 10 15 20 25 30
Tempo (anos)
PC
ET/
PC
R(m
m/m
m)
COMPARAÇÃO
eficientemaiséETcoberturaa1quemenorforseP
P
CR
CET
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0.01.02.03.04.05.06.07.08.09.0
0 300 600 900 1200 1500 1800
Espessura da Cobertura ET (mm)
Pe
rco
laç
ão
(%
)
ESTUDO PARAMÉTRICO
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0.0
0.3
0.6
0.9
1.2
1.5
1.8
0 300 600 900 1200 1500 1800
Profundidade das Raízes (mm)
Pe
rco
laç
ão
(%
)
ESTUDO PARAMÉTRICO
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0
0.4
0.8
1.2
1.6
2
1.0E-08 1.0E-07 1.0E-06 1.0E-05
Condutividade Hidráulica Saturada (m/s)
Per
cola
ção
(%
)
ESTUDO PARAMÉTRICO
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010203040506070
0 500 1000 1500 2000 2500
Irrigação (mm/ano)
Per
cola
ção
(%
)
020406080
100120140160180
Jan Fev Mar Abr Maio Jun Jul Ag Set Out Nov Dez
Irrig
ação
(mm
)
EvTransp, 296.41
Arm Água, -0.76
EscSup, 45.62
Infiltr, 22.97
EFEITO DA IRRIGAÇÃO (PRECIPITAÇÃO)
1000 mm/ano
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“Water balance measurements and computer simulations of landfill covers”Dwyer, S. F., Ph.D. Thesis, University of New Mexico, USA, 2003.
RCRA Subtitle D Cover (Landfill 1)
RCRA Subtitle C Cover (Landfill 2)
Anisotropic Barrier (Landfill 5)
ET Capillary Barrier (Landfill 4)
GCL Cover (Landfill 3)
ET Monolythic Barrier (Landfill 6)
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O experimento foi de maio/1997 a junho de 2002
Usando a infiltração (percolação) para avaliar a performance as
coberturas alternativas funcionaram muito bem.
A cobertura Subtítulo C foi a melhor, porém é a mais cara e difícil de
ser construída.
A cobertura Subtítulo D foi a pior, seguida da com GCL.
Tipo da Cobertura Percolação(mm/ano)
Subtítulo D 1.39
GCL 0.48
Subtítulo C 0.04
Barreira Capilar 0.16
Barreira Anisotrópica 0.04
Barreira ET 0.05