CÉLULA EXPERIMENTAL DE GRANDES
DIMENSÕES PARA DISPOSIÇÃO DE
RESÍDUOS SÓLIDOS DOMICILIARES:
IMPLANTAÇÃO, RESULTADOS
PRELIMINARES E PROPOSTAS
CÍCERO ANTÔNIO ANTUNES CATAPRETA – SLU/PBH, Superintendência de Limpeza Urbana, Belo Horizonte, Brasil
GUSTAVO FERREIRA SIMÕES – ETG/UFMG, Departamento de Engenharia de Transportes e Geotecnia, Universidade Federal de Minas Gerais
RAPHAEL TOBIAS DE VASCONCELOS BARROS – DESA/UFMG, Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental, Universidade Federal de Minas Gerais CONTATO
Gustavo Ferreira Simões
Escola de Engenharia da UFMG
Av. do Contorno, 842 – 6º andar – Sala 603 CEP: 30.110-060 – Belo Horizonte – MG – Brasil Tel: +55 (31) 32381792 – Fax: +55 (31) 32381793 e-mail: gfsimoes@etg.ufmg.br
RESUMO
Considerando que a obtenção de critérios e de parâmetros operacionais dos aterros sanitários e dos resíduos sólidos urbanos é difícil quando executada durante a operação de um aterro sanitário, os aterros experimentais, operando em escala real, apresentam-se como uma alternativa viável para a obtenção das informações mencionadas e avaliação da influência de distintos parâmetros construtivos no comportamento do mesmo. Assim, o presente trabalho tem como objetivo descrever parte dos critérios empregados na implantação de um aterro experimental de resíduos sólidos urbanos, em Belo Horizonte. O Projeto objetiva avaliar a influência de procedimentos operacionais no controle da disposição dos RSD, bem como contribuir para o entendimento do comportamento geotécnico de sistemas de disposição de resíduos. São descritos também alguns dos objetivos a serem alcançados com a pesquisa em desenvolvimento.
INTRODUÇÃO
No Brasil, como na grande maioria dos países – sobretudo aqueles em desenvolvimento, a alternativa mais amplamente adotada para disposição e tratamento dos resíduos sólidos domiciliares (RSD) gerados diariamente pela população é o aterro sanitário, que ainda representa a solução técnica e economicamente mais viável para a disposição de RSD. Dentro desse contexto, destaca-se a operação desses aterros sanitários, que envolve inúmeras intervenções e atividades multidisciplinares, relacionadas à engenharia civil e sanitária e ao controle ambiental. Logo, devem ser, na medida do possível, adotados critérios operacionais compatíveis com as características e comportamentos dos resíduos e inseridos no manejo e controle ambiental (KAIMOTO, 1999).
Os critérios e procedimentos operacionais hoje adotados na maioria dos aterros sanitários vieram acompanhados da tentativa da consolidação de instrumentos necessários ao controle ambiental das áreas de disposição final de RSD, por meio dos programas de monitoramento ambiental e geotécnico.
Impulsionado tanto pelo aspecto técnico quanto por exigências legais, observa-se, como destacado por SIMÕES e outros (2003), uma crescente evolução nos programas de monitoramento de aterros de disposição de RSD. A cultura já desenvolvida e consolidada na área de instrumentação geotécnica de obras convencionais, tais como barragens, aterros, encostas e fundações, vem sendo transferida para os aterros sanitários, proporcionando uma evolução significativa no entendimento do comportamento geotécnico dos RSD.
Mesmo com o crescimento do número de aterros monitorados, principalmente no aspecto do desempenho ambiental e geotécnico, a necessidade de estabelecer critérios de segurança e riscos ambientais relacionados ao monitoramento da operação dos aterros sanitários ainda pode ser vista, hoje, como uma das principais lacunas dentro do contexto da disposição final de RSD.
Visto que a obtenção de critérios e de parâmetros operacionais dos aterros e dos RSD é difícil quando executada durante a operação de um aterro sanitário, os aterros experimentais, operando em escala real e desde que bem controlados, apresentam-se como uma alternativa viável para a obtenção de parâmetros geotécnicos dos RSD e avaliação da influência de distintos parâmetros construtivos no comportamento dos RSD. MARQUES (2001), por meio da implantação e monitoramento de um aterro experimental no Aterro Sanitário Bandeirantes em São Paulo, investigou a influência de diversas variáveis no processo de compactação de RSD. Outros aterros experimentais, em escalas menores, também têm sido desenvolvidos por alguns pesquisadores, visando à avaliação de diversos parâmetros relativos ao comportamento dos resíduos sólidos, como os descritos em CASTILHOS JÚNIOR et al (2002).
Considerando a importância do entendimento do desempenho operacional e do comportamento geotécnico dos RSD e objetivando contribuir para o avanço desta questão, foi implantado na Central de Tratamento de Resíduos Sólidos de Belo Horizonte um aterro experimental de grandes dimensões, resultado de uma parceira entre a Superintendência de Limpeza Urbana de Belo Horizonte e os Departamentos de Engenharia de Transportes e Geotecnia e de Engenharia Sanitária e Ambiental da Universidade Federal de Minas Gerais.
METODOLOGIA
O aterro experimental de resíduos sólidos domiciliares – RSD foi concebido de forma que sua execução e monitoramento permitam que seja obtido um conjunto de informações que subsidiem a obtenção de parâmetros e outros dados relacionados à operação de aterros sanitários e o entendimento do comportamento geotécnico dos RSD. As técnicas construtivas e operacionais foram monitoradas e avaliadas durante a execução do aterro experimental.
Concepção Geral do Aterro Experimental
O aterro experimental está localizado na Central de Tratamento de Resíduos Sólidos Urbanos da BR 040, em Belo Horizonte, sobre o topo de uma antiga célula de disposição
já encerrada (Célula AC 01). A seleção da área procurou conciliar alguns fatores, tais como: dimensões do aterro experimental previstas em projeto, facilidade de acessos, proximidade à infra-estrutura de apoio (máquinas, mão-de-obra etc.) e, principalmente, não interferência com a operação diária do aterro. O aterro experimental possui as seguintes dimensões internas: comprimento de 51 m, altura de 5 m e largura de 53 m. As Figuras 1 e 2 apresentam uma vista geral do aterro sanitário de Belo Horizonte e do aterro experimental.
Figura 1 – Vista geral do aterro sanitário de Belo Horizonte
Figura 2 – Vista geral do aterro experimental
Execução do aterro experimental
A execução do aterro experimental de RSD teve início em junho de 2004, época de inverno seco em Belo Horizonte, com a limpeza da área onde o mesmo foi implantado, incluindo as adequações necessárias para instalação e controle dos diversos componentes projetados. A primeira etapa, que envolveu os serviços de terraplanagem foi encerrada em setembro de 2004. A etapa seguinte de instalação da impermeabilização de base foi realizada após a estação chuvosa, nos meses de abril e maio de 2005. Todas as etapas foram registradas fotograficamente. A seguir são listadas as principais atividades desenvolvidas na fase de implantação:
a) limpeza da área, com remoção da camada superior de cobertura da Célula AC 01 até a profundidade de 0,40 m, com o objetivo de retirar a camada de vegetação existente;
b) a área selecionada para implantação do aterro foi submetida a serviços de terraplanagem, visando a sua regularização e conformação da base para instalação das camadas impermeabilizantes;
c) instalação da camada suporte da impermeabilização do aterro experimental, constituída de material silto-argiloso compactado segundo planos horizontais (foram executadas 3 camadas de 0,25 m cada) (Figura 3);
d) sobre essa camada de suporte, foi instalada uma manta impermeabilizante à base de asfalto modificado com polímeros, com espessura de 4 mm (Figura 4);
e) sobre a manta asfáltica foi colocada uma camada de solo silto-argiloso compactado com espessura de 30 cm, para proteção mecânica da mesma (Figura 5);
f) realização de ensaios em campo e de controles realizados durante a construção do aterro experimental:
- o controle topográfico foi realizado de forma sistemática e intensiva por meio de nivelamento topográfico da área em diversos pontos internos, após todas as operações de lançamento, espalhamento, compactação, ensaios em campo etc; - medidas de teor de umidade, peso específico e permeabilidade nas camadas de
g) Foram utilizados os seguintes equipamentos na montagem do aterro experimental: motoniveladora Caterpillar 120B, trator de esteiras (Fiat Allis 14 CT) e rolo compactador Muller WAP55. Para auxiliar os serviços foram utilizados caminhões pipa e basculante e pá-carregadeira Fiat Allis FR12B.
Figura 3 – Execução da camada suporte do aterro experimental
Figura 4 – Execução da impermeabilização do aterro experimental – Instalação da manta
Figura 5 – Execução da impermeabilização do aterro experimental – Instalação da camada de proteção mecânica
Aterragem de RSD
A aterragem de RSD no aterro experimental ocorreu durante os meses de maio e junho de 2005 e envolveu uma série de procedimentos operacionais interdependentes, que foram monitorados para se obter um controle sobre o sistema. Foram desenvolvidas as seguintes atividades:
a) para avaliar os diversos aspectos operacionais que envolvem a disposição de RSD em um aterro, foram criadas seis faixas trabalho, com variação do número de passadas e da inclinação da rampa de aterragem (disposição pelo método da rampa), procurando assim, obter o maior número possível de dados (Figura 6);
Legenda: FRS 1 – FAIXA 1 FRS 2 – FAIXA 2 FRS 3 – FAIXA 3 FRS 4 – FAIXA 4 FRS 5 – FAIXA 5 FRS 6 – FAIXA 6
Figura 6 – Aterro experimental – faixas de trabalho
b) para a compactação dos resíduos, foram utilizados tratores de esteiras com lâmina, modelos Fiat Allis 14CT e New Holland D170, cujo peso varia em torno de 17 t;
c) foi efetuado o controle do número de passadas do equipamento compactador, por meio de orientação ao operador quanto ao número de passadas por faixa e, posteriormente, por meio de aferição através de contagem visual;
d) o controle da inclinação da rampa de aterragem foi realizado, inicialmente, visualmente por meio de gabarito (Figura 7 e 8) e, posteriormente, por meio de acompanhamento por equipe de topografia. Foram realizadas, em média, três aferições por dia de operação;
e) foram obtidos dados diários das densidades dos resíduos aterrados, através da comparação entre a quantidade de resíduos dispostos, cujo controle era realizado no sistema de balanças do aterro sanitário de Belo Horizonte, e pelo volume levantado pela equipe de topografia;
f) o controle da execução do sistema de drenagem foi realizado apenas no controle do material utilizado (brita nº 2) e da necessidade de se refazer algum trecho do sistema que eventualmente foi danificado durante o período de aterragem;
g) o controle da camada de cobertura foi realizado através de ensaios geotécnicos (caracterização granulométrica, densidade, permeabilidade in situ – utilizando permeâmetro de Guelph, compactação) e acompanhamento e controle de campo; h) a Tabela 1 apresenta os dados referentes à composição gravimétrica média dos RSD
dispostos. Ressalta-se que não foi realizada uma caracterização dos resíduos quando da aterragem, tendo sido considerada a caracterização dos resíduos sólidos gerados em Belo Horizonte. Destaca-se a grande quantidade de matéria orgânica presente nos resíduos;
i) foi realizada durante esta etapa, um levantamento de dados climatológicos, tendo sido apuradas a precipitação, temperatura e umidade relativa do ar, com a finalidade de avaliar a relação destes com os dados operacionais;
Figura 7 – Controle da compactação por meio de gabarito
Figura 8 – Cobertura diária dos RSD
Tabela 1- Composição gravimétrica média dos resíduos sólidos domiciliares de Belo Horizonte (SLU, 2003)
COMPONENTES (%) Resíduos Alimentares 40,55 Podas 9,05 Resíduos de Banheiro 7,77 Fezes 4,22 Total 61,59 Papelão 1,13 Papel fino 4,99
Embalagem Longa Vida 1,10
Papel misto 2,31
Total 9,53
Plástico filme 2.35
Plástico rígido 2,46
PET 1,14 Plástico filme (sujo) 4,93
Total 10,88
Metal ferroso 1.75
Metal não ferroso 0,54
Total 2,29
Vidro reciclável 2,63 Vidro não reciclável 0,22
Total 2,85
Entulho 2,85 Espuma, isopor, cerâmica 0,65
Madeira, tecido, borracha, couro 4,04
Total 7,54
Resíduo Perigoso Doméstico 0,18 Resíduo de Serviço de Saúde 0,27
Automotivos 0,26
Total 0,71
Rejeitos 4,60
j) foram coletadas de 32 amostras de RSD para realização de ensaios físico-químicos, com o objetivo de avaliar a degradação dos resíduos ao longo do tempo e a relação entre a umidade dos resíduos e sua influência na compactação dos mesmos;
k) Paralelamente à aterragem de resíduos, era realizada a cobertura dos mesmos, sempre que se atingia a cota de topo da célula (aproximadamente 4,50 m de altura). Em 50% da célula, foi realizada a cobertura apenas com material argiloso com permeabilidade da ordem de 10-6 cm/s, e na outra metade da célula, foi realizada a cobertura primária com resíduos de construção civil, com espessura variando entre 20 e 30 cm, e sobre esta uma camada do mesmo material utilizado na cobertura do restante da célula, descrito anteriormente, com espessura variando entre 30 e 40 cm. As configurações utilizadas permitirão comparar o desempenho de barreiras evapotranspirativas e capilares, a partir da instalação e monitoramento de tensiômetros em diferentes profundidades;
l) após a finalização da aterragem de RSD, foram instalados 18 medidores de recalques superficiais, distribuídos sobre o topo do aterro, de forma a possibilitar um melhor acompanhamento do comportamento do mesmo.
RESULTADOS PRELIMINARES
Na Tabela 2 podem ser observados alguns resultados dos ensaios de permeabilidade realizados na camada de suporte da impermeabilização. Além dos ensaios realizados em campo, foram retiradas amostras dos materiais utilizados na construção deste aterro, que vêm sendo caracterizados por meio de ensaios geotécnicos de laboratório.
Tabela 2 – Ensaios de permeabilidade da fundação do aterro experimental
Amostra Permeabilidade (cm/seg)
1 8,85 x 10-5 Camada Inferior 2 5,01 x 10-5 1 6,34 x 10-5 2 5,60 x 10-5 3 1,27 x 10-5 Camada Superior 4 2,21 x 10-5
Os valores obtidos para a permeabilidade da camada de suporte foram satisfatórios, considerando que não houve um controle rigoroso da execução dessa camada. Destaca-se que esta camada só tem função de suporte da camada impermeabilizante sintética. A manta asfáltica é produzida a partir da modificação física de asfaltos com polímeros plastoméricos (PL), estruturada com geotêxtil não tecido de filamentos contínuos de poliéster previamente estabilizado.
Foi realizado um controle de campo de forma a propiciar uma instalação correta da manta e possibilitar o estudo do comportamento da mesma, em longo prazo. Destaca-se que a manta estará sujeita a severas condições de trabalho no interior do aterro experimental. Foram dispostos cerca de 11.665 t de RSD, correspondendo a um volume de 8.638 m3. Além disso, foram utilizados cerca de 2.124 m3 de material de cobertura (solo). Foram obtidas as seguintes densidades médias por faixa de trabalho
FRS1 = 597 t/ m3 FRS2 = 473 t/ m3 FRS3 = 1.110 t/ m3
FRS4 = 754 t/ m3 FRS5 = 822 t/ m3 FRS6 = 854 t/ m3
PROPOSTA DE MONITORAMENTO DO ATERRO EXPERIMENTAL
A seguir são descritos os principais parâmetros a serem avaliados na fase de monitoramento do aterro experimental.
Movimentações Superficiais
Os recalques superficiais serão mensurados por meio de medidores de recalque instalados nas bermas e no topo do aterro. As leituras serão realizadas pela equipe de topografia da SLU. Pretende-se avaliar a relação entre os recalques e a degradação dos RSD.
Medidas de tensões totais
Com o objetivo de avaliar a variação da densidade dos resíduos dispostos ao longo do tempo, foi instalada uma célula de pressão total na base do aterro. As medidas das tensões totais associadas as poro-pressões, medidas com os piezômetros, permitem a avaliação da variação do nível de tensões efetivas com o tempo no interior do aterro experimental. Destaca-se que não foi encontrado nenhum trabalho na literatura apresentando o acompanhamento da evolução das tensões totais, e conseqüentemente da densidade dos resíduos, em aterros sanitários. A Figura 9 apresenta um detalhe da célula de pressão instalada sob a camada de impermeabilização do aterro experimental.
Figura 9 – Detalhe da instalação da célula de pressão total
Medidas de poro-pressões
As poro-pressões serão medidas em piezômetros instalados no interior do aterro, em diferentes profundidades. Os piezômetros instalados são formados por duas câmaras, capazes de registrar as pressões nos líquidos e nos gases, além de possibilitar a coleta de amostras e realização de análises físico-químicas em campo.
Controle do balanço hídrico
Vem sendo realizado o registro regular de parâmetros meteorológicos (precipitação, temperatura, evaporação, umidade relativa do ar e radiação solar), medição direta vazão de líquidos lixiviados. Além disso, as condições iniciais dos RSD foram monitoradas durante o enchimento (umidade, peso específico dos resíduos e capacidade de campo).
Os registros meteorológicos vêm sendo obtidos diariamente junto à Companhia Energética de Minas Gerais – CEMIG à SLU. Será instalada uma estação meteorológica portátil em área próxima ao local do experimento.
Análise da degradação dos resíduos
A avaliação do estágio de degradação dos resíduos se fará por meio da análise de amostras de resíduos sólidos, a serem retiradas periodicamente do interior do aterro experimental. De forma complementar, serão realizadas análises físico-químicas de amostras de líquidos lixiviados e gases, estes, com a utilização de um analisador portátil de gases (CH4, CO2 e O2).
Avaliação de características físico-químicas e controle da geração de gases e líquidos O controle da geração de gases e líquidos lixiviados se fará por meio de medição direta de vazões. Está prevista a realização de análises físico-químicas e bacteriológicas dos líquidos lixiviados.
PROPOSTA DE MODELAGEM DO COMPORTAMENTO DO ATERRO
Comportamento Tensão–Deformação
De posse de todos os registros da construção do aterro (densidade, umidade, geometria e histórico de preenchimento) e dos dados do monitoramento geotécnico, incluindo, principalmente os recalques e as movimentações internas, serão realizadas simulações numéricas para a calibração de modelos de comportamento tensão-deformação para os resíduos e identificação de possíveis alterações dos parâmetros com o tempo.
Balanço Hídrico
A avaliação do balanço hídrico será realizada a partir da análise dos registros operacionais da construção do aterro (densidade, umidade e capacidade de campo), dos dados meteorológicos e do monitoramento de nível de líquidos no interior do aterro, associados à simulação numérica, utilizando modelos e programas computacionais disponíveis, tais como HELP (SCHROEDER et al, 1994a, b) e Moduelo (CORTAZAR et al, 2002), esse último capaz de simular toda a seqüência construtiva, em condição tridimensional.
Parâmetros de Resistência
A realização controlada de provas de carga permitirá, com a utilização de programas computacionais específicos, retro-analisar os parâmetros de resistência dos resíduos, bem como as possíveis variações desses parâmetros com o estado de degradação.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
As condições de execução de um aterro experimental são dificilmente replicáveis na prática. A realização de um controle detalhado das etapas (desde a terraplanagem até a conformação final dos taludes) é muito difícil, dadas às exigências de recursos financeiros e humanos, precários na maior parte dos municípios brasileiros.
Um aterro experimental oferece condições vantajosas de aprendizado, principalmente se for considerada a dimensão do aterro experimental em questão, que reproduz um aterro em escala real.
A construção e o monitoramento do aterro experimental proposto propiciarão condições para que parâmetros operacionais de aterro sejam investigados e análises dos RSD
sejam realizadas, permitindo conhecer as características e o comportamento geotécnico dos RSD dispostos em aterros sanitários, considerando as condições ambientais e operacionais brasileiras.
AGRADECIMENTOS
À Superintendência de Limpeza Urbana de Belo Horizonte, pela viabilização da execução do projeto de pesquisa. À VIAPOL Impermeabilizantes, na pessoa do Sr. Gercino Eustáquio Tavares, pela doação das mantas asfálticas. À IMPERMEAR Construção e Impermeabilização Ltda e à VINA Equipamentos e Construções Ltda pelo apoio na instalação das mantas asfálticas.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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KAIMOTO L., CEPOLLINA M., ABREU R. Alguns aspectos sobre recalques e deslocamentos horizontais em aterros sanitários. [CD ROM]. Em: 4º Congresso Brasileiro de Geotecnia Ambiental - REGEO'1999. São José dos Campos /SP: ABMS, 1999.
MARQUES, A.C.M. Compactação e compressibilidade de resíduos sólidos urbanos. Tese de Doutoramento, EESC–USP, São Carlos. 2001.
SCHROEDER, P.R.; DOZIER, T.S.; ZAPPI, P.A.; MCENROE, B.M.; SJOSTROM, J.W.; PEYTON,R.L. The hydrologic evaluation of landfill performance (HELP) Model: engineering documentation for version 3. Washington DC, U.S. Environmental Protection Agency (Report EPA/600/R-94/168b). 1994a.
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SIMÕES, G.F.; CATAPRETA, C.A.A.; GALVÃO, T.C.B.; BATISTA, H.P. (2003). Monitoramento Geotécnico de Aterros Sanitários - A Experiência da Central de Tratamento de Resíduos Sólidos da BR-040 em Belo Horizonte - MG. Anais do 5 Congresso Brasileiro de Geotecnia Ambiental. 2003. Porto Alegre.
SLU (2003) – Relatórios do Monitoramento Operacional da CTRS da BR-040, Superintendência de Limpeza Urbana de Belo Horizonte.
