Estudo de materiais locais para utilização nas obras geoambientais

gEOTECNIA AMBIENTAL
ESTUDO DE MATERIAIS
LOCAIS PARA UTILIzAÇÃO NAS
• FUNDAÇÕES & OBRAS GEOTÉCNICAS
OBRAS gEOAMBIENTAIS
a geotecnia ambiental, uma área relativamente nova da geotecnia, está
em franco desenvolvimento devido à necessidade de minimizar os impactos
causados ao meio ambiente pelas obras geotécnicas e à possibilidade de
contribuir para a sustentabilidade das atividades industriais.
aterro – Battre salvador aterro – rio Grande ambiental
Fotos: Vega engenharia Ambiental Fotos: Vega engenharia Ambiental
Fotos: Thiago Marcel oshiro Campi Fotos: Thiago Marcel oshiro Campi
Cobertura Flutuante lagoa
Chorume
Não obstante o objetivo principal de aplicação prática, a
área de Geotecnia Ambiental é propícia também à pesquisa.
Novos desafios vão sendo continuamente colocados
à medida que os conhecimentos sobre o meio ambiente
avançam e as exigências de preservação ambiental se tornam
mais prementes.
A Geotecnia Ambiental pode ser entendida como o ramo
da geotecnia que trata da proteção do meio ambiente
contra impactos antrópicos ou da recuperação do meio
ambiente após tais impactos. Trata-se da utilização do
conhecimento geotécnico tradicional e de novos conhecimentos
específicos com o objetivo de manter ou aumentar
a qualidade ambiental (estando englobados neste
conceito os efeitos à saúde humana), valendo-se da associação
com outras áreas do saber.
evaporador de percolado terreno em itapevi drenagem superficial – itapevi
breve histórico
A Geotecnia Ambiental foi pela primeira vez tema de sessão
técnica em 1977, no IX Congresso Internacional da então
ISSMFe e atual ISSMGe (International Society for Soil Mechanics
and Geotechnical Engineering). em 1992 foram criados
na ISSMGe os comitês técnicos TC5 (Environmental Geotechnics)
e TC7 (Tailings Dams). em 1994 ocorreu no Canadá
o I International Congress on Environmental Geotechnics. Seguiram-se
os ICeGs realizados em 1996, 1998, 2002, 2006 e
2010 nas cidades de osaka, lisboa, Rio de Janeiro, Cardiff e
New Delhi, respectivamente.
No Brasil, foi apresentado um relato com o estado-da-arte
da geotecnia ambiental em 1986, no VIII CoBRAMSeF. em
1987 ocorreu o Simpósio sobre Barragens de Rejeitos e Disposição
de Resíduos Industriais e de Mineração - ReGeo’87,
Fotos: Vega engenharia Ambiental

organizado pela ABMS e ABGe. Seguiram-se
os ReGeos de 1991, 1995, 1999,
2003 e 2007, respectivamente, no Rio
de Janeiro, ouro Preto, São José dos
Campos, Porto Alegre e Recife. Desde
2003, o evento é realizado em conjunto
com o Simpósio Brasileiro de Geossintéticos,
organizado pela IGS-Brasil,
dada a extensa interface entre os assuntos.
Têm ocorrido no país também
diversos eventos paralelos com temas
gerais ou específicos da geotecnia ambiental,
de alcance regional, nacional
ou mesmo internacional.
em 1994, foi criado na ABMS o comitê
técnico de Geotecnia Ambiental. em
2007 separou-se um dos temas da
geotecnia ambiental em um novo comitê
técnico, Aterros de Resíduos.
Ao longo de quase três décadas, o
escopo da geotecnia ambiental vem
aumentando, pois sua evolução acarreta
novas questões e exige conhecimentos
mais abrangentes.
Camapum de Carvalho et al. (2009)
ressaltam que as obras geotécnicas
são muitas vezes causadoras de
grandes impactos e mesmo danos
ambientais, destacando-se as obras
rodoviárias, as barragens e as obras
em meio urbano, como as escavações
e fundações. A esse rol podemse
acrescentar os aterros sanitários,
os aterros de resíduos industriais e as
barragens de rejeitos. Coerentemente,
o campo de atuação inicial da geotecnia
foi a prevenção e a mitigação
desses impactos, sendo inequívoco o
avanço já alcançado.
A contribuição para a sustentabilidade
das atividades econômicas, principalmente
das industriais, vem sendo
o principal mote das pesquisas atuais.
o destaque está no reuso de resíduos
agrícolas, industriais e de construção,
de lodos de tratamento de água
e esgoto, de rejeitos de mineração
e de diversos outros resíduos como
garrafas plásticas e pneus. Cabe lembrar
que a viabilidade econômica da
aplicação de resíduos como aditivos
ao solo ou como material geotécnico
de uso específico (material drenante,
por exemplo) tem enfoque diferente
do tradicional: em vez de objetivo
óbvio de melhorar as propriedades
mecânicas e hidráulicas dos solos
com redução de custos, o alvo pode
ser a possibilidade de incorporar a
obras civis, sem redução de qualidade,
materiais que teriam alto custo de
disposição (em termos econômicos,
ambientais e/ou sociais), avaliando o
ganho econômico em um contexto
maior de gestão dos resíduos.
os temas atuais mais estudados são:
locais de disposição de resíduos,
como aterros sanitários (incluindo
comportamento geomecânico de resíduos
sólidos urbanos, desempenho
dos sistemas de impermeabilização e
drenagem, estabilidade de taludes,
aproveitamento de biogás e utilização
dos locais pós-fechamento), lagoas
de efluentes e lodos, barragens de
rejeito; remediação; reuso de resíduos;
e desenvolvimento e/ou aplicação
de materiais, tais como materiais locais,
geossintéticos e novos materiais.
Dentro desses temas há ainda muito
a progredir, tanto do ponto de vista
de desenvolvimento científico como
de incorporação de resultados de
pesquisas na prática da engenharia.
novas tecnologias
Como exemplo de uso de novas tecnologias
na geotecnia ambiental,
cita-se o trabalho de Reddy (2010)
sobre a aplicação de nanotecnologia
em remediação de solos contaminados.
Já é bastante utilizado o ferro de
valência nula para degradar poluentes
orgânicos halogenados (que têm
em sua cadeia, além de carbono e
hidrogênio, elementos do grupo dos
halogênios, como o cloro) em solos
e águas subterrâneas. o ferro captura
átomos de cloro formando FeCl3
e compostos orgânicos com menor
porcentagem de cloro. Assim, o pentacloroetileno
pode degradar para
tricloroetileno, dicloroetileno, cloreto
de vinila, eteno e finalmente etano.
Flare - Battre salvador
técnico realizando medição de biogás
ensaio de laboratório para estudo
de transporte de poluentes
FUNDAÇÕES & OBRAS GEOTÉCNICAS •
Foto: Vega engenharia Ambiental
Foto: Vega engenharia Ambiental
Foto: Arquivo Pessoal

esse tratamento normalmente é feito por meio de barreiras
reativas, isto é, barreiras verticais permeáveis escavadas
no terreno contaminado que interceptam o fluxo de água
subterrânea. os compostos presentes na água reagem com
o material da barreira ao atravessá-la, ocorrendo uma remediação
in situ passiva. o processo tem a desvantagem
de ser lento, pois depende da velocidade do fluxo de água
subterrâneo.
A utilização da nanotecnologia pode acelerar a remediação:
nanopartículas de ferro (NPF) são introduzidas diretamente
na zona contaminada. As NPF são mais reativas devido à
maior superfície específica, aumentando não só a velocidade
como também a eficiência do processo.
Foram pesquisadas também condições para facilitar a mobilidade
das NPF em subsuperfície: dispersantes para estabilizar
as suspensões injetadas, uma vez que as NPF tendem
a se aglomerar e depositar; e sistemas pressurizados
e eletrocinéticos para facilitar a percolação das suspensões
em solos de diferentes coeficientes de permeabilidade.
Há campos de aplicação para os quais os engenheiros geotécnicos
ainda não despertaram: segundo Jefferis (2010),
engenheiros e cientistas geoambientais têm o treinamento e
a competência para tratar questões relativas a energia, suprimento
de alimentos e mudanças climáticas, mas estão subrepresentados
nessas áreas e podem estar perdendo oportunidades.
Dentre as questões relativas a essas três áreas de
prioridade, pode-se citar como exemplo a redução de emissão
de carbono na construção civil pelo menos em dois aspectos:
as atividades de obtenção, processamento e transporte dos
materiais naturais ou manufaturados utilizados, e o gasto de
energia durante a construção e toda a vida útil da obra.
estudo de Materiais locais
para utilização nas obras
geoaMbientais
Dentre a significativa contribuição brasileira à geotecnia
ambiental na maioria dos temas mencionados, será aqui
Figura 1a
Figura 1 – Curvas de compactação: (a) solos lateríticos (Bernucci 1995); (b) solos saprolíticos (Godoy 1997)
• FUNDAÇÕES & OBRAS GEOTÉCNICAS
destacado o estudo de materiais locais para utilização em
obras geoambientais.
os solos lateríticos têm sido muito utilizados como material
de empréstimo para a construção de camadas impermeabilizantes
(liners) em locais de disposição de resíduos,
como revestimento de fundo ou cobertura, e foram muito
pesquisados na última década com este propósito. Por outro
lado, há pouca prática no uso de solos saprolíticos em
liners; o interesse vem aumentando devido à sua disponibilidade
e a premência de utilizar solos locais. Ademais, solos
lateríticos e saprolíticos são fundação de grande parte dos
locais de disposição de resíduos.
No último congresso internacional de geotecnia ambiental
da ISSMGe (6 ICeG), muitos artigos nacionais trataram diretamente
desse tema, principalmente focando a compatibilidade
e o transporte de poluentes por solos tropicais (Boscov
et al., 2010; Braga et al., 2010; Cunha et al., 2010; Ferrari
et al., 2010; luz et al., 2010; Machado et al., 2010; Morandini
e leite, 2010; Soares et al., 2010;Teixeira et al., 2010; Thomé
et al., 2010), enquanto alguns dos demais artigos nacionais
trataram-no indiretamente.
A keynote lecture sobre a experiência brasileira em aplicações
geoambientais de solos tropicais (Boscov, 2010) procurou
apresentar alguns resultados de pesquisas desenvolvidas
em todo o país sobre o comportamento desses solos
relativo à migração e retenção de poluentes. Não foi relatado
o estado-da-arte, apenas foram selecionadas algumas
das muitas pesquisas em desenvolvimento ou já concluídas
para ilustrar o desenvolvimento desta área no Brasil.
Inicialmente foram descritas as características físicas, químicas
e mineralógicas dos solos lateríticos e saprolíticos
que acarretam suas propriedades geomecânicas e geoambientais
peculiares. Destaca-se a curva de compactação assimétrica
e bem definida dos solos lateríticos, com o ramo
seco de elevada declividade mesmo para materiais argilosos,
em contraposição às curvas mais achatadas, ou seja,
menos influenciadas por variações no teor de umidade de
compactação, dos solos saprolíticos (veja figura 1).
Figura 1b

A influência do teor de umidade de compactação no coeficiente
de permeabilidade do solo compactado é coerente
com a sua influência no peso específico aparente seco: enquanto
o coeficiente de permeabilidade de algumas argilas
lateríticas aumenta em mais de 100 vezes em relação ao
ponto ótimo para desvios de umidade de -2%, esta variação
pode ser inferior a 10 vezes para solos saprolíticos de
igual classificação geotécnica ou rodoviária.
em relação à expansão e contração, solos lateríticos apresentam
baixa expansão quando compactados no ponto
ótimo, mesmo se submersos em água, e a expansão não é
dependente da sobrecarga. Por outro lado, contraem muito
ao perder umidade, desenvolvendo trincas de secagem.
Alguns solos saprolíticos argilosos expandem e contraem,
dependendo da quantidade e natureza da fração argila, de
acordo com a mecânica dos solos clássica. Solos saprolíticos
compostos de mica e caulinita são altamente expansivos
e apenas ligeiramente contráteis.
Solos lateríticos apresentam teor de matéria orgânica (Mo),
pH e capacidade de troca catiônica (CTC) baixos. Solos saprolíticos
geralmente apresentam baixos Mo e pH, enquanto
a CTC depende da mineralogia. Fadigas et al. (2002),
analisando 162 solos argilosos brasileiros, observaram que
Mo≤20 g.kg-1 (2%) para 91% das amostras de solo; 89% tinham
pH≤6 e 60%, pH≤5; a CTC era menor do que 10 e 20
cmol .kg c -1 para 79% e 96% dos solos, respectivamente.
A baixa CTC resulta da predominância do argilo-mineral
caulinita e da cimentação de partículas de argila. Por outro
lado, os solos lateríticos apresentam carga variável dependente
do pH, a qual pode ser positiva, negativa ou nula. os
minerais responsáveis pelas cargas variáveis são os óxidos
e hidróxidos de ferro e alumínio e as bordas das partículas
de caulinita (a matéria orgânica, que também pode apresentar
carga variável, é baixa em solos lateríticos).
os principais resultados das pesquisas levantadas foram os
apresentados a seguir.
1. os solos tropicais retêm poluentes mais intensamente do
que previsto com base em sua mineralogia e capacidade
de troca catiônica. Pode-se afirmar que a CTC não é um
bom indicativo da capacidade de retenção de poluentes
em solos tropicais, apesar de toda evidência contrária no
caso dos solos de climas frios e temperados.
2. É importante a contribuição das cargas elétricas variáveis
nos solos tropicais, as quais podem aumentar a
capacidade de retenção de cátions ou ocasionar significativa
retenção de ânions.
3. É relevante a ocorrência de adsorção específica de algumas
espécies químicas nos grãos do solo, isto é, reações
com maior energia de ligação do que as relativas à adsorção
não específica.
4. A duração do contato entre solo e poluente tem grande
influência sobre o total adsorvido; portanto, a adsorção
5.
6.
pode ser aumentada por velocidades de fluxo baixas
em solos compactados.
Reações biológicas podem também ser relevantes para
a atenuação de poluentes.
Óxidos de ferro e alumínio no solo podem ser dissolvidos
pela percolação de soluções ácidas, tornando ainda mais
complexas as interações entre o solo e o fluido intersticial.
exeMplos relativos à retenção
de cátions e ânions
Alguns exemplos relativos à retenção de cátions e ânions serão
brevemente mencionados a seguir.
Pesquisou-se o transporte e a retenção de urânio e rádio por
uma argila laterítica da Bahia para estimar o desempenho do
revestimento de fundo de solo local compactado a ser construído
nos reservatórios de efluentes do beneficiamento de
urânio. o perfil típico da região consiste de solo saprolítico
de granito coberto por uma camada superficial de solo coluvial
laterizado de 1,5 m a 6 m de espessura sobrejacente a
uma camada de solo laterítico residual de 2 m de espessura.
o solo residual laterítico apresenta de 30 a 60% de finos, limite
de liquidez de 34% e índice de plasticidade de 9%. A permeabilidade
in situ de 10-5 m/s é reduzida a 1,5x10-9 m/s no
ponto ótimo da energia normal. os minerais predominantes
são quartzo, caulinita, ilmenita e gibbsita.
ensaios de difusão de urânio 238u foram realizados com soluções
de concentração variando entre 0,5 mg/l e 15 mg/l em
pH 1 (condição adversa para fenômenos de sorção). os resultados
mostraram que pelo menos 90% da massa de urânio em
solução foi retida pelos grãos de solo (Boscov et al. 1999). ensaios
de difusão com amostras indeformadas e compactadas
submetidas a um efluente sintético produzido em uma indústria
piloto e a uma solução de rádio 226Ra de alta atividade (2.5
nCurie) indicaram que 99,7% do rádio que migrou por difusão
da solução para o solo foi retida no centímetro superior da
amostra de solo e só 0,3% da massa total de rádio migrou para
as camadas subjacentes (Boscov et al. 2001).
os solos residuais arenosos lateríticos originados de arenitos
e basaltos da Formação Botucatu geralmente apresentam 20
a 25% de finos de baixa plasticidade (IP≤15%), compostos de
caulinita, gibbsita, quartzo e anatásio. Visando à sua utilização
em liners, investigaram-se a redução da permeabilidade e o
aumento da CTC desses solos por meio da adição de solos locais
argilosos da Formação Serra Geral (argilas lateríticas com
aproximadamente 90% de finos compostos de caulinita, gibbsita,
anatásio, quartzo, hematita, goethita e magnetita).
Misturas resultando em materiais com 50% de areia e 50% de
finos apresentaram CTC de 18 a 20 cmolc.kg -1 , e pH entre 5,7 e
6,1. A tabela 1 mostra os resultados de retenção de K + , Cd2+ e
Cl- obtidos para uma mistura compactada de 40% de solo Serra
Geral com 60% de solo Botucatu em ensaio de coluna com
permeabilidade de10-9 m/s. o coeficiente de adsorção K é de-
d
FUNDAÇÕES & OBRAS GEOTÉCNICAS •

* Concentração, b Coeficiente de adsorção (distribuição), c Coeficiente de dispersão hidrodinâmica
tabela 1 – resultados de retenção de K + , Cd 2+ e Cl - a partir de ensaios de coluna (Basso 2004)
* Concentração, b Fator de retardamento, c Coeficiente de difusão efetivo
tabela 2 – retenção de K + , Cl- 3- e Po por ensaios de difusão e “batch” (Mendonça 2000)
4
finido como a razão entre a massa de
soluto retido por massa seca de solo
e a concentração da solução intersticial
no equilíbrio. observa-se que os
coeficientes de adsorção de potássio
e de cloreto neste material são muito
semelhantes.
um solo saprolítico silto-arenoso de
gnaisse com 58% de finos, limite de liquidez
de 57%, índice de plasticidade
de 29% e permeabilidade de 8,8x10-9 m/s no ponto ótimo de compactação
foi investigado em relação à retenção
de íons. os valores de CTC, pH e oM
são, respectivamente, 62 cmolc.kg-1 ,
4,0 e 0,3%. os minerais predominantes
são quartzo, caulinita, goethita e
hidromica. A Tabela 2 mostra que a
retenção de anions não é desprezível,
particularmente quando comparada
à de potássio. o fator de retardamento
relaciona a velocidade de percolação
do fluido intersticial com a velocidade
de deslocamento do soluto.
É unitário quando não ocorre sorção
(i.e., o soluto e as moléculas de água
se movem com a mesma velocidade
média), e aumenta com o aumento
do coeficiente de adsorção (i.e., o soluto
demora mais a avançar por ficar
retido pelos grãos do solo).
0 • FUNDAÇÕES & OBRAS GEOTÉCNICAS
coMentários finais
Assim como se exemplificou a afirmação
de que solos tropicais retêm cátions
mais intensivamente do que suposto
e também retêm ânions significativamente,
há pesquisas para alicerçar
todas as outras conclusões listadas no
item anterior sobre o comportamento
geoambiental de solos tropicais.
este artigo pretende mostrar que a
pesquisa está formando uma estrutura
de conhecimento a respeito do comportamento
de retenção e migração
de poluentes em solos tropicais, a qual
deve ainda ser expandida para abarcar
todos os principais tipos de solos do
território nacional. esse conhecimento
pode fundamentar a sustentabilidade
de empreendimentos necessários ao
desenvolvimento do país.
o desafio ainda está em incorporar esses
conhecimentos ao projeto, construção,
monitoramento e fiscalização
das obras geotécnicas. A interação
com a prática da engenharia é necessária
para que o país se beneficie efetivamente
das pesquisas realizadas.
outro cuidado necessário é resgatar o
controle de qualidade construtivo já
estabelecido em outras áreas da geotecnia
e torná-lo prática obrigatória
nas obras geoambientais. este aspecto
deve ser incansavelmente enfatizado,
para que os resultados de investigações
realizadas em laboratórios ou
em áreas experimentais possam ser
utilizados com segurança no campo.
leituras
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autora
Dra. Maria eugenia Gimenez Boscov é
engenheira Civil, doutora em engenharia
de Solos e livre docente em obras
de Terra e Geotecnia Ambiental pela
universidade de São Paulo. especialista
em engenharia de Solos pela universidade
Federal de Zurique, faz parte da
International Society for Soil Mechanics
and Geotechnical engineering, da
Associação Brasileira de Mecânica de
Solos e engenharia Geotécnica e da Associação
Brasileira de limpeza Pública.
Atualmente é professora associada da
universidade de São Paulo, ministrando
disciplinas na graduação e pós-graduação
em engenharia Civil e na graduação
em engenharia Ambiental.
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