UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ CENTRO DE CIÊNCIAS
DEPARTAMENTO DE GEOLOGIA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM GEOLOGIA
ROBERTO ANTONIO CORDEIRO DA SILVA
AVALIAÇÃO DA EVOLUÇÃO DO COMPORTAMENTO GEOMECÂNICO DE ATERROS SANITÁRIOS COM BASE NA REALIZAÇÃO DE ENSAIOS DE
LABORATÓRIO E DE CAMPO
AVALIAÇÃO DA EVOLUÇÃO DO COMPORTAMENTO GEOMECÃNICO DE ATERROS SANITÁRIOS COM BASE NA REALIZAÇÃO DE ENSAIOS DE
LABORATÓRIO E DE CAMPO
Tese de Doutorado apresentada à coordenação do Curso de Pós-Graduação em Geologia do Centro de Ciências da Universidade Federal do Ceará, como um dos requisitos para a obtenção do Título de Doutor em Geologia. Área de concentração: Geologia.
Orientadora: Profa. Dra. Sônia Maria Silva Vasconcelos,
Coorientador: Prof. Dr. Alfran Sampaio Moura
AVALIAÇÃO DA EVOLUÇÃO DO COMPORTAMENTO GEOMECÃNICO DE ATERROS SANITÁRIOS COM BASE NA REALIZAÇÃO DE ENSAIOS DE
LABORATÓRIO E DE CAMPO
Tese de Doutorado apresentada à Coordenação do Curso de Pós-Graduação em Geologia do Centro de Ciências da Universidade Federal do Ceará, como um do requisito para obtenção do Título de Doutor em Geologia. Área de concentração: Geologia.
Aprovada em: 19/12/2017
BANCA EXAMINADORA
_____________________________________________ Profa. Dra. Sônia Maria Silva Vasconcelos
Universidade Federal do Ceará (UFC)
_____________________________________________ Prof. Dr. Alfran Sampaio Moura
Universidade Federal do Ceará (UFC)
_____________________________________________ Prof. Dr. Anderson Borghetti Soares
Universidade Federal do Ceará (UFC)
_____________________________________________ Profa. Dra. Carísia Carvalho Gomes
Faculdades Nordeste (FANOR)
_____________________________________________ Prof. Dr. Gemmelle Oliveira Santos
Ao Aterro Sanitário Metropolitano de Caucaia – ASMOC, pelo total apoio em todos os trabalhos de campo. Especialmente à Priscila Siqueira pela compreensão e apoio técnico às pesquisas realizadas. Agradecer aos técnicos, Valdenízio, Júnior e Rubens pela presteza durante as etapas de campo, por todas às vezes solicitados.
Ao Programa de Pós-Graduação em Geologia (PPGG/UFC), por seus coordenadores, professores e funcionários sempre dedicados e solícitos. Destaco aminha orientadora Profa. Dra. Sônia Vasconcelos, pelo trabalho incansável de orientação e de preocupação sobre o andamento dos trabalhos.
Ao Prof. Dr. Alfran Sampaio Moura, meu coorientador, pelo incentivo, orientação, discussões e correções deste trabalho.
Ao Prof. Dr. Anderson Borghetti, pelas discussões, orientações e críticas ao trabalho.
À Profa. Dra. Carísia Gomes não só pela convivência, amizade e aprendizado, mas também dedicação e profissionalismo, durante a minha vida profissional.
Ao professor Gemmelle Oliveira Santos, membro externo da banca examinadora pela disponibilidade.
Ao Laboratório de Mecânica dos Solos, local de realização dos ensaios, mas também local de aprendizado durante toda a minha vida profissional.
Aos amigos da EEFM Prof. Paulo Freire pelo apoio, compreensão e exemplo de dedicação e amizade.
Aos professores da UFC, Francisco Chagas, Silvrano Dantas, Rosiel Ferreira, Camila Lima e Suelly Barroso pelos conhecimentos compartilhados. Ao funcionário da UFC de Russas, Fernando Dácio pela ajuda durante os ensaios de campo.
Aos meus amigos e companheiros que passaram pelo Laboratório de Mecânica dos Solos e me ajudaram na realização dos trabalhos: Ana Queiroz, Carlos Germano, Rafael Diógenes, Larissa Augusto, Deyvid Elias, Henrique Lima, Eugênio Silva, Beatriz Gomes, Anselmo Clemente, Francisco da Silva, Ricardo Buiu, David Rodrigues e Alex Duarte.
Aos amigos Claudia e Beethoven.
―El mundo
A produção de lixo é a grande característica da sociedade de consumo atual, por isso os aterros sanitários tornam-se elementos fundamentais para a disposição ambientalmente adequada (Lei nº 12.305/10). É necessário projetá-los, administrá-los, desativá-los e revitalizá-los. Originalmente longe dos centros urbanos, quando desativados tornam-se áreas abandonadas e entraves ao desenvolvimento da malha urbana. Com o objetivo de avaliar o comportamento geomecânico de aterros sanitários com base na realização de ensaios de laboratório e de campo é que se realizou esta pesquisa. A metodologia adotada foi a de escolha do local para execução do estudo, coleta de amostras deformadas do solo de cobertura e do RSU, caracterização física do solo de cobertura e do RSU, realização de ensaios de laboratório e campo, apresentação dos resultados, análise dos resultados. O local escolhido foi o Aterro Sanitário Metropolitano da Caucaia – ASMOC. Foram realizadas 2 baterias de ensaios, um de laboratório e outro de campo. Os ensaios de laboratório realizados foram: composição gravimétrica e que, na porção sólida formam: granulometria, índice de plasticidade, densidade real, teor de matéria orgânica, compactação, índice de suporte Califórnia, expansão e ensaio de cisalhamento direto. No caso dos ensaios de campo, foram realizados ensaios de sondagem à percussão (SPT), ensaios de prova de carga direta (PCD), todos no RSU da Célula Experimental e no RSU do Aterro Antigo. Os ensaios com o GeoGauge também foram realizados no RSU da Célula Experimental e no RSU do Aterro Antigo, mas também no solo de cobertura. A partir destes ensaios o módulo de elasticidade foi estimado e comparado suas estimativas. Foi realizada a previsão da relação pressão x recalque, dos RSU na Célula Experimental e no Aterro Antigo, de uma placa de 50 cm de diâmetro, considerando os mesmos estágios de pressão aplicados em ensaios de placa realizados nos mencionados maciços de RSU. Várias observações foram feitas: (1) as estimativas do módulo de elasticidade (E) conduzem a parâmetros associados a diferentes níveis de deformação; (2) o GeoGauge se mostrou um ensaio adequado para medidas do E de maciços de RSU; (3) as previsões mais concordantes de recalques foram realizadas pelo SPT e pelo GeoGauge e (4) o Aterro Antigo apresentou rigidez mais elevada que a Célula Experimental por causa da estabilização de materiais que antes eram maleáveis.
Waste production is the great characteristic of the present consumer society, for this reason sanitary landfills become fundamental elements for environmentally adequate disposal (Law 12305/10). It’s necessary to design, manage, deactivate, and revitalize them. Originally far from the urban centers, when they are deactivated they become abandoned areas and obstacles to the development of the urban network. This research was carried out aiming to contribute to the evaluation of the investigation of the sanitary landfills geomechanics behavior based on laboratory and field tests. The adopted methodology was to select the site for the execution of the study, to collect deformed samples from the covering soil and the MSW (municipal solid waste), physical characterization of the covering soil and MSW, laboratory and field tests, results presentation, results analysis and thesis writing. The place chosen was the Metropolitan Sanitary Landfill of Caucaia - ASMOC. Two sets of tests were performed, one of laboratory and one of field. The laboratory tests performed were: gravimetric composition and, in the solid portion: granulometry, plasticity index, real density, organic matter content, compaction, California support index, expansion and direct shear test. In the case of the field tests, percussion drilling tests (SPT), direct load tests (PCD) were performed, all in the MSW of the Experimental Cell and in the MSW of the Old Landfill. The GeoGauge tests were also performed at the MSW of Experimental Cell and in the MSW of the Old Landfill, but also in the covering soil. From these tests the modulus elasticity was estimated and compared its estimates. It was predicted the relation of pressure vs. hold pressure of the MSW in the Experimental Cell and in the Old Landfill from a 50 cm diameter plate, considering the same pressure stages applied in plate tests carried out in the mentioned MSW masses. Several conclusions were made: (1) the E estimates leads to parameters associated with different levels of deformation; (2) the GeoGauge proved to be an adequate test for E measures of MSW masses; (3) the most consistent estimates of hold pressure were made by the SPT and GeoGauge and (4) the Old Landfill presented higher rigidity than the Experimental Cell because of the stabilization of materials that previously were malleable.
–
Figura 2 – Detalhes da célula de RSU célula fechada a) e RSU antes da
compactação b)... 29
Figura 3 – Avaliação qualitativa do comportamento de resistência e densidade em função do tempo de aterramento proposta por Walter... 46
Figura 4 – Curvas tensão x deformação típicas para o resíduo sólido urbano... 48
Figura 5 – Faixa recomendada para projetos de aterros de resíduos - parâmetros de resistência ao cisalhamento de RSU... 48
Figura 6 – Resultados típicos de ensaios de SPT... 52
Figura 7 – Campo de futebol... 63
Figura 8 – Playground... 63
Figura 9 –Localização da CE... 66
Figura 10 – Localização das células trabalhadas... 67
Figura 11 – Localização das coletas das amostras... 68
Figura 12 – Composição gravimétrica dos constituintes do RSU, S-1 a) e S-2 b).... 70
Figura 13 – Picnômetros usados nos ensaios. Picnômetro de 500 ml com amostra de RSU a) e picnômetro de 2000 ml com RSU e água b)... 71
Figura 14 – Ensaio de determinação da Matéria Orgânica. a) cadinhos na mufla, b) diferença de cor após a realização do ensaio... 72
Figura 15 –Corpo de prova de RSU compactado... 73
Figura 16 – Ensaio de cisalhamento do RSU, a) na caixa de cisalhamento, b) corpo de prova de RSU após o cisalhamento... 73
Figura 17 – a) Ensaio de cisalhamento direto b) vista da adaptação... 74
Figura 18 – Vista da realização da sondagem à percussão (SPT) a) Equipamento de sondagem; b) amostra de RSU obtida com o amostrador bipartido... 75
Figura 19 – Equipamento GeoGauge... 75
Figura 20 – Execução do Ensaio como GeoGauge. No fundo da vala a) e na superfície b)... 78
Figura 21 – Escavação de uma vala na célula experimental para execução das provas de carga direta... 79
Figura 24 – Retirada do caminhão utilizado com auxílio de um trator de
esteiras... 81
Figura 25 – a) Equipamento de Proteção respiratória 3.17b) Pá mecânica como sistema de reação... 81
Figura 26 – Observação dos recalques ocorridos após a realização de uma prova de carga direta a) trincas no solo de cobertura da célula experimental b) abatimento no RSU no Aterro Antigo... 82
Figura 27 – Curvas granulométricas das amostras do solo da camada de cobertura da CE ...84
Figura 28 – Limite de liquidez das amostras do solo da camada de cobertura da CE. ...85
Figura 29 – Curvas de compactação das amostras do solo da camada de cobertura da CE... 87
Figura 30 – Índice de Suporte Califórnia das amostras do solo de cobertura da CE ...88
Figura 31 – Curva Granulométrica dos RSU... 91
Figura 32 – Curvas de compactação do RSU... 93
Figura 33 – Curvas dos ensaios de CBR no RSU ...94
Figura 34 – Curvas dos ensaios de Expansão no RSU... 94
Figura 35 – Curvas tensão de cisalhamento x deslocamento horizontal do RSU... 95
Figura 36 – Gráfico deslocamento vertical x deslocamento horizontal ...96
Figura 37 – Tensão normal x Tensão Cisalhante do RSU... 97
Figura 38 – a) Amostrador obstruído b) Amostra de RSU... 98
Figura 39 – Perfis de resistência na CE... 99
Figura 40 – Perfis de resistência no Aterro Antigo... 100
Figura 41 – Comparação das rigidezes obtidas com o GeoGauge em 2014... 102
Figura 42 – Comparação dos módulos de elasticidade obtidos com o GeoGauge em 2014... 103
Figura 43 – Comparação dos resultados da rigidez na CE e no AA ...104
Figura 44 – Variação dos módulos de elasticidade em função do tempo ...105
Figura 47 – Gráfico Carga x Recalque na Célula Experimental – Ensaio 1... 108
Figura 48 – Gráfico Carga x Recalque na Célula Experimental – Ensaio 2... 109
Figura 49 – Gráfico Carga x Recalque no Aterro Antigo – Ensaio 3... 109
Figura 50 – Gráfico Carga x Recalque no Aterro Antigo – Ensaio 4... 110
Figura 51 – Gráfico Carga x Recalque na CE – Ensaio 5 ...110
Figura 52 – Gráfico Carga x Recalque na CE – Ensaio 6... 111
Figura 53 – Gráfico Carga x Recalque no Aterro Antigo – Ensaio 7... 111
Figura 54 – Gráfico Carga x Recalque no Aterro Antigo – Ensaio 8 112 Figura 55 – Todas as provas de cargas diretas a) realizadas na Célula Experimental e b) no Aterro Antigo... 113
Figura 56 – Curvas pressão x recalque de todos os ensaios de prova de carga direta realizadas nos RSU da Célula Experimental e no Aterro Antigo... 114
Figura 57 – Método da NBR 6122 a) no ensaio 1e b) no ensaio 2... 115
Figura 58 – Método da NBR 6122 a) no ensaio 3 b) no ensaio 4... 116
Figura 59 – Método da NBR 6122 a) no ensaio 5 e b) no ensaio 6... 116
Figura 60 – Método da NBR 6122 a) no ensaio 7 e b) no ensaio 8... 117
Figura 61 – Comparação entre as tensões de ruptura determinadas a partir da realização das provas de cargas diretas na Célula Experimental e no Aterro Antigo... 118
Figura 62 – Gráfico dos Resultados dos ensaios de campo. a) Nspt x profundidade, b) rigidez x profundidade, e c) carga x recalque... 120
Figura 63 – Previsão dos módulos de elasticidade a) na Célula Experimental e b) no Aterro Antigo ...121
Figura 64 – Módulos de elasticidade obtidos no equipamento GeoGauge. a) Na Célula Experimental e b) no Aterro Antigo... 122
Figura 65 –Estimativas do E realizadas a partir das PCD’s a) CE e b) AA... ...122
Figura 66 – Comparação dos módulos de elasticidade estimados pelos ensaios SPT, GeoGauge e PCD, a) CE e b) AA... 123
Figura 67 –Gráfico ―E‖x ―
‖para o maciço de RSU da Célula Experimental... 124–
Resíduos Coletados por Habitante Urbano... 25
Tabela 2 – Composição gravimétrica do RSU ... 26
Tabela 3 – Peso específico de materiais mais utilizados ... 29
Tabela 4 – Fatores de Segurança recomendados para projetos de obras de estabilização em locais sem processos de estabilização instalados... 31
Tabela 5 – Composição, em percentagem de peso, para diferentes cidades... 33
Tabela 6 – Composição gravimétrica do resíduo destinado à Célula Experimental. 34 Tabela 7 – Umidade dos Componentes do RSU Aterro Bandeirantes (São Paulo) ...36
Tabela 8 – Valores de peso específico de RSU encontrados na literatura 39 Tabela 9 – Valores de Coeficiente de Permeabilidade de Aterros de RSU no Brasil... 41
Tabela 10 – Conteúdo de matéria orgânica nos RSU, de acordo com a metodologia de Matos (2006). ...48
Tabela 11 – Valores de j e w ...50
Tabela 12 – Dados granulométricos da camada de cobertura de aterro encontrados na literatura ...85
Tabela 13 – Dados da literatura dos limites de consistência da camada de cobertura da CE. 86 Tabela 14 – Dados da curva de compactação (camada de cobertura de aterro) na literatura ...87
Tabela 15 – Resumo dos ensaios de caracterização, de compactação, CBR e Expansão realizada no solo de cobertura da Célula Experimental. ...88
Tabela 16 – Composição gravimétrica dos RSU do Aterro Antigo e de outros autores da literatura ...90
Tabela 17 – Limites de consistência... 91
Tabela 18 – Densidade Real... 92
Tabela 19 – Teor de Matéria Orgânica ...92
Tabela 20 – Resultados dos ensaios de ISC e expansão realizados no RSU... 94
Tabela 21 – Condição dos corpos de prova e valores da tensão cisalhante do RSU ...95
de 2014 ...102 Tabela 25 – Resultados ensaios com o GeoGauge em função do tempo ...103
Tabela 26 – Resultados ensaios com o Geogauge em função do tempo... 104 Tabela 27 – Resumo das médias de rigidez e das determinações do módulo de
elasticidade ao longo do tempo... 105 Tabela 28 – Resumo das provas de carga direta realizadas nos maciços de RSU da
Célula Experimental e do Aterro Antigo ...112
Kg Quilograma
t Tonelada
d Dia
% Porcentagem
m2 Metro quadrado
m3 Metro cúbico
≤ Menor ou igual que
Tg/ano Teragrama por ano
CH4 Metano
CO2 Dióxido de carbono
NH3 Amônia
H2 Hidrogênio
H2S Gás sulfídrico
N2 Nitrogênio
O2 Oxigênio
kN/m3 Quilo Newton por metro quadrado k Coeficiente de permeabilidade
Tensão normal
Tensão cisalhante
T Força
mm Milímetro
kPa Quilo Pascal
o Graus
Ângulo
cm Centímetro
m Metro
Ph Tensão de ruptura da placa D Espessura do solo de cobertura
B Diâmetro da placa
c2 Resistência não drenada dos resíduos sólidos
Tensão de puncionamento P Tensão atuante na placa
Nc Coeficiente da carga de ruptura
t Diferença entre o tempo de interesse e o tempo inicial H Recalque medido entre ti e t0
Hult Recalque último esperado em t0
Taxa de recalque inicial em t0.
t Tempo
km Quilômetro
ha Hectare
g Grama
pol/min Polegadas por minuto
oC Graus Celsium
ml Milílitro
cm3 Centímetro cúbico wL Limite de liquidez wP Limite de plasticidade wI Índice de plasticidade
h Horas
ruptura Tensão de ruptura1 INTRODUÇÃO ... 21
1.1 Contexto geral... 21
1.2 Motivação e justificativa... 21
1.3 Objetivos... 22
1.3.1 Objetivo geral... 22
1.3.2 Objetivos específicos... 22
1.4 Metodologia... 23
1.5 Estrutura da tese... 23
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 24
2.1 Resíduos sólidos urbanos (RSU)... 24
2.2 Aterro sanitário... 27
2.3 As fundações de edificações... 28
2.4 Fator de segurança... 31
2.5 Propriedades físicas dos RSU... 32
2.5.1 Composição... 32
2.5.2 Distribuição do Tamanho das Partículas... 34
2.5.3 O Teor de Umidade... 35
2.5.4 Temperatura... 36
2.5.5 Biodegradação... 37
2.5.6 Produção de Chorume... 37
2.5.7 Produção de Gases... 37
2.5.8 Peso Específico... 38
2.5.9 Compactação... 40
2.5.10 Permeabilidade dos RSU... 41
2.5.11 Propriedades Mecânicas dos RSU... 42
2.5.12 Compressibilidade dos RSU... 42
2.5.13 Resistência ao Cisalhamentos dos RSU... 43
2.5.14 Ensaio de Matéria Orgânica... 48
2.6 Ensaios de Campo... 49
2.6.1 Sondagem à Percussão (SPT)... 49
2.7.2 Ensaio de Placa... 53
2.7.2.1 Hipótese da Resistência Nula dos Resíduos... 54
2.7.2.2 Hipótese Considerando Resistência Total dos Resíduos... 54
2.7.2.3 Hipótese de Comportamento Elástico... 55
2.7.2.4 Hipótese Baseada na Teoria de Brown e Meyerhorf (1969)... 56
2.7.3 Modelos de Previsão de Capacidade de Recalques... 56
2.7.3.1 Modelos Tradicionais... 57
2.7.3.1.1 Modelo de Sowers... 57
2.7.3.1.2 Modelo de Bjarngard e Edgers... 57
2.7.3.1.3 Modelo de Yen e Scanlon (1975)... 58
2.7.3.1.4 Modelo Hiperbólico de Ling et al. (1998)... 58
2.7.3.2 Modelos Convencionais... 59
2.7.3.2.1 Modelo de Meruelo (1995)... 59
2.8 Tendência Mundial... 60
3 MATERIAIS E MÉTODOS... 64
3.1 Local de Estudo... 64
3.2 Coleta de Amostras... 66
3.3 Ensaios de Laboratório... 66
3.3.1 Ensaios no Solo de Cobertura... 67
3.3.1.1 Ensaios de Granulometria... 67
3.3.1.2 Ensaios de Plasticidade... 68
3.3.1.3 Ensaios de Compactação... 68
3.3.1.4 Ensaios de Índice de Suporte Califórnia... 68
3.3.2 Ensaios nos RSU... 69
3.3.2.1 Composição Gravimétrica... 69
3.3.2.2 Distribuição do Tamanho das Partículas... 70
3.3.2.3 Ensaio de Plasticidade... 70
3.3.2.4 Ensaio de Densidade Real... 70
3.3.2.5 Ensaio de Teor de Matéria Orgânica... 71
3.3.2.6 Ensaio de Compactação... 72
3.4.2 GeoGauge... 75
3.4.3 Ensaios de Prova de Carga Direta... 78
3.5 Comparação dos resultados dos ensaios de campo... 82
3.6 Previsões do módulo de elasticidade e comparação das previsões... 82
3.7 Previsão de deslocamentos nos RSU Comparação dos Resultados... 82
4 RESULTADOS E ANÁLISES...... 84
4.1 Resultados dos Ensaios de Laboratório Realizados... 84
4.1.1 Ensaios Realizados no Solo de Cobertura... 84
4.1.2 Ensaios Realizados nos RSU... 89
4.1.2.1 Composição Gravimétrica... 89
4.1.2.2 Distribuição Granulométrica... 90
4.1.2.3 Ensaio de Limites de Consistência... 91
4.1.2.4 Ensaio de Densidade Real... 91
4.1.2.5 Ensaio de Teor de Matéria Orgânica... 92
4.1.2.6 Ensaio de Compactação... 92
4.1.2.7 Ensaio de ISC e Expansão ...93
4.1.2.8 Ensaio de Cisalhamento Direto... 94
4.2 Ensaio de Campo... 97
4.2.1 Sondagens à Percussão (SPT)... 98
4.2.1.1 Sondagens à Percussão realizadas Célula Experimental... 98
4.2.1.2 Sondagens à Percussão relizadas no Aterro Antigo... 103
4.3 Ensaios com o GeoGauge... 104
4.4 Ensaios de Prova de Carga Direta... 111
4.5 Comparação dos resultados dos ensaios de campo... 123
4.6 Previsão dos Módulos de Elasticidade e Comparação das Previsões... 125
4.7 Previsão de Recalques no Maciço de RSU... 129
5 CONCLUSÃO E SUGETÕES DE PESQUISA... 133
1 INTRODUÇÃO 1.1 Contexto geral
Os aterros sanitários são locais destinados à deposição final dos resíduos sólidos gerados pela atividade humana. Estes são compostos de resíduos domésticos, comerciais, de serviço de saúde, da indústria de construção, enfim, resíduos que não sofreram nenhum destino nobre como a reutilização, reciclagem, compostagem, aproveitamento energético e mesmo os resíduos não aproveitados de usinas de reciclagem.
O aterro não é somente um local de armazenamento, mas também é um empreendimento projetado de acordo com normas específicas de engenharia para administração e deposição final dos resíduos sólidos de cidades que fazem uso de suas capacidades. Isto porque a solução que muitas pequenas cidades estão encontrando é o consórcio de cidades vizinhas para construção de aterros sanitários coletivos.
O aterro sanitário é a solução mais indicada de disposição final de Resíduos Sólidos Urbanos (RSU) no solo, sem causar danos e riscos à saúde, e à segurança das pessoas, com impactos ambientais minimizados, pois permite, ou pelo menos deveria o monitoramento e tratamento dos líquidos e gases gerados pela decomposição dos resíduos.
O gerenciamento de um aterro sanitário correto exige o cumprimento rigoroso das várias etapas da deposição dos RSU, como a impermeabilização do solo, o confinamento e a compactação do RSU com uma camada de solo, a captação e tratamento do chorume, e a extração e queima controlada dos gases gerados.
Apesar da grande heterogeneidade que os RSU apresentam em sua composição, quando estão dispostos no corpo do maciço do aterro, compactados e após os recalques, com a retirada dos gases de efeito estufa (GEE) e do lixiviado, podem tornar-se estáveis, com características muito próximas as de materiais geotécnicos convencionais.
1.2 Motivação e justificativa
Os aterros sanitários são áreas de extrema importância para a sociedade consumista atual, desativados, representam espaços em ¨standby¨ para o poder público. Sem definição, tornam-se áreas ocupadas ilegalmente, onde as famílias convivem com mau cheiro e doenças inerentes ao ambiente. Assumidas pelo governo poderiam ter suas finalidades definidas oficialmente, como parque, campo de futebol, estacionamentos.
Existe uma dificuldade de definição de parâmetros para a ocupação destas áreas, seja pela complexidade do comportamento geomecânico do maciço dos resíduos sólidos, seja pela ausência de estudos das características quando submetidos a carregamentos dos resíduos sólidos no Brasil, dessa forma, é necessária a definição de técnicas e metodologias que melhor se enquadrem na realidade das cidades ou do ambiente urbano.
O encerramento da vida útil do ASMOC tem sido marcado por sucessivos adiamentos, graças à união de células desativadas, o fechamento definitivo está programado para o ano de2018. Uma nova área para expansão do ASMOC já está em fase de implantação, localizado na área adjacente ao aterro atual. E a captação de gás da Gás Natural Renovável - GRN Fortaleza que irá tratar o biogás está em fase de início de operação.
O trabalho com o maciço de RSU mostrou-se como um desafio, uma oportunidade de empregar conhecimento acumulado em geotecnia, agora em resíduos, cujos parâmetros técnicos e equipamentos precisam ser testados, o que exigem bastante pesquisa e parâmetros que ainda estão a ser investigados.
1.3 Objetivos
1.3.1 Objetivo geral
A avaliação da evolução do comportamento geomecânico de Aterros Sanitários do Estado do Ceará através da realização de ensaios de laboratório e de campo.
1.3.2 Objetivos específicos
- Realizar ensaios geotécnicos de laboratório, como composição granulométrica, granulometria, plasticidade; densidade real, teor de matéria orgânica, compactação, índice de suporte Califórnia, e cisalhamento direto, em RSU de células desativadas, com características semelhantes;
- Comparar o comportamento do Aterro Antigo (aleatório) com a Célula Experimental (planejada).
- Realizar medidas de rigidez nos RSU através do GeoGauge, para verificar, de forma pioneira, sua aplicabilidade em obras de maciços de aterros sanitários;
- Avaliar se determinação de parâmetros de deformabilidade por diferentes ensaios conduzem a diferentes valores e porque isso ocorre;
- Avaliar tendências na mudança de comportamento nos RSU ao longo do tempo.
1.4 Metodologia
A metodologia adotada para a realização desta pesquisa tem como base a execução das seguintes etapas: pesquisa bibliográfica; escolha do local para execução do estudo; coleta de amostras deformadas do solo de cobertura e de RSU; realização dos ensaios de caracterização no solo de cobertura (granulometria, plasticidade, compactação e índice de suporte Califórnia) e caracterização dos RSU (umidade, composição gravimétrica, granulometria, plasticidade, densidade real, teor de matéria orgânica, compactação, índice de suporte Califórnia, e cisalhamento direto).
Os ensaios de campo realizados foram sondagem à percussão (standard penetration test - SPT), GeoGauge e provas de carga direta; apresentação; análise dos resultados e proposição de procedimentos de investigação e de projeto que considerem as peculiaridades desse tipo de obra.
1.5 Estrutura da tese
O capítulo 2 contém uma revisão bibliográfica dos diversos temas enfocando-se basicamente, os conceitos gerais, tipos e técnicas empregadas na execução de aterros sanitários, enfatizando os principais elementos estruturais de um aterro.
No capítulo 3 apresentam-se os métodos e os equipamentos utilizados na realização dos diversos ensaios, escolha do local de estudo, o Aterro Sanitário Metropolitano Oeste de Caucaia – ASMOC, e descrição da área de investigação. Coleta de amostras, ensaios de laboratório e de campo. Comparação dos resultados e previsão dos módulos de elasticidade e dos recalques no maciço de RSU.
No capítulo 4 apresentam-se os resultados obtidos e análises através dos ensaios de campo e de laboratório. Os resultados dos ensaios de caracterização de laboratório realizados do solo de cobertura e no RSU. Resultados dos ensaios de campo – ensaios de sondagem à percussão na Célula Experimental e no Aterro Antigo; ensaios de GeoGauge na Célula Experimental e no Aterro Antigo; ensaios de placa na Célula Experimental e no Aterro Antigo. Comparação e previsão dos módulos de elasticidade e dos recalques no maciço de RSU.
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Para melhor compreensão deste trabalho, apresenta-se a seguir a revisão bibliográfica realizada para contextualizar os objetivos, os procedimentos e as conclusões obtidas durante o desenvolvimento desta pesquisa.
2.1 Resíduos sólidos urbanos (RSU)
Atualmente, as pessoas vivem numa sociedade de consumo, cuja grande característica é produzir lixo. Nos últimos dez anos, a população do Brasil aumentou 9,65%, enquanto que, no mesmo período, o volume de lixo cresceu mais do que o dobro disso, 21% (ABRELPE, 2012). A questão da destinação final dos RSU no Brasil é muito complexa, tendo em vista a dimensão continental do país e as realidades diversas de suas regiões. Algumas grandes cidades possuem estrutura para se dar ao lixo o destino correto, porém muitas outras não dispõem dessa estrutura e convivem ainda com a realidade dos lixões, contribuindo para a contaminação ambiental e populacional.
Zanta e Ferreira (2003) definem resíduos sólidos urbanos como os materiais resultantes das inúmeras atividades desenvolvidas em áreas com aglomerações humanas, abrangendo resíduos de várias origens, como residencial, comercial, de estabelecimentos de saúde, industriais, da limpeza pública (varrição, capina, poda e outros), da construção civil e, finalmente, os agrícolas.
Para a implantação da Política Nacional de Resíduos Sólidos (PNRS), no Brasil, foi aprovada a Lei nº 12.305/10, regulamentada pelo Decreto 7.404/10. Essa política propõe a prática de hábitos de consumo sustentável e contém instrumentos variados para propiciar o incentivo à reciclagem e à reutilização dos resíduos sólidos, bem como a destinação ambientalmente adequada dos rejeitos.
A lei ainda cria metas importantes para a eliminação dos lixões até o ano de 2016, mas vem sofrendo vários adiamentos, por conta da falta de prioridade do tema nas prefeituras brasileiras; determina, ainda, a elaboração de um Plano Nacional de Resíduos Sólidos com ampla participação social, contendo metas e estratégias nacionais sobre o tema.
de uma obra executada no local, causou grande preocupação. No lugar do acidente, está sendo construído um condomínio de prédios residenciais.
De acordo com o IPEA- Diagnóstico dos Resíduos Sólidos Urbanos 2012, por diversos motivos, tais como disposição irregular, coleta informal, ou insuficiência do sistema de coleta pública, não necessariamente todo o resíduo sólido gerado é coletado, isto é, mesmo onde existe a estrutura, parte destes RSU não chega aonde deveria ser seu ponto final.
Segundo o ABRELPE (2016), o Brasil gerou 78,3 milhões de toneladas de RSU em 2016. No entanto, só foram coletadas 71,3 toneladas, o que evidencia que 7 milhões de toneladas de resíduos não foram coletadas, tendo destino impróprio.
Dos resíduos coletados em 2011, 58% foram destinados a aterros sanitários, 24% em aterros controlados e 17% em lixões. Isso significa que cerca de 75 mil toneladas diárias ainda têm destinação inadequada, sendo encaminhadas para lixões ou aterros controlados, os quais não possuem o conjunto de sistemas e medidas necessários para proteção do meio ambiente contra danos e degradações (ABRELPE, 2012).
Outro aspecto importante é o volume de RSU gerados e o seu crescimento, segundo a PNSB, coleta-se diariamente no Brasil cerca de 259.547 toneladas de resíduos sólidos, sendo 183.488 toneladas referentes aos resíduos domiciliares. O valor médio dos resíduos domiciliares produzidos no Brasil era de 0,74 kg por habitante ao dia, destacando-se a região Norte com a menor taxa (0,58 kg/hab./dia) e a região Sudeste com a maior taxa, correspondente a 1,3kg/hab/dia (JUCÁ, 2003). Esse fato, de certa forma, reflete a influência do nível de desenvolvimento do local na produção de resíduos sólidos.
A Tabela 1, adaptada do IBGE (2002) com a ABRELPE (2016), mostra a estimativa da quantidade de resíduos sólidos coletados em 2000 e 2016. Enquanto, no Brasil, o acréscimo foi de 31,13%, em 16 anos, na região Nordeste esse acréscimo foi de apenas 15,59%.
Tabela 1- Estimativa da quantidade de Resíduos Domiciliares Coletados e/ou Resíduos Coletados por Habitante Urbano
Fonte: Datasus e IBGE (2002, 2010a); ABRELPE (2016).
Unidade de análise
Brasil
Quantidade de resíduos coletados
2000 2016
(t/dia) (t/dia)
Quantidade de resíduos por habitante urbano
A Figura 1 mostra um comparativo dos RSU gerados e coletados em 2011, no Brasil, por região. Nota-se que a região Nordeste é a com maior disparidade entre resíduos gerados e coletados.
Figura 1 - RSU gerados e coletados em 2011 no Brasil
Fonte: Atlas Brasileiro de Emissões de GEE e Potencial Energético (2013)
Os RSU são constituídos de três fases: sólida, líquida e gasosa. No entanto, há variação da proporção dessas fases ao longo do tempo, em função dos processos de biodegradação. Daí a importância da compreensão da interação existente entre as três fases e as alterações destas com o tempo. Um exemplo da heterogeneidade dos RSU está apresentado naTabela 2 que mostra um arranjo típico de percentuais dos constituintes dos resíduos sólidos urbanos.
Tabela 2- Composição gravimétrica do RSU
Componente %
Matéria Orgânica 51,4
Plásticos 13,7
Papel e Papelão 13,1
Têxteis e Couro 2,8
Madeira 1,2
Borracha 0,5
Inertes 17,3
Soma 100,0
Fonte: Plano Nacional de Resíduos Sólidos, MMA (2012)
orgânica sólida inicial numa considerável quantidade de gases e líquidos, dependendo do teor de umidade, do conteúdo orgânico e das condições climáticas locais, mais especificamente da temperatura.
2.2 Aterro sanitário
Na cidade de Fortaleza, de acordo com Santos et al. (2008), existiram 5 lixões ao longo da história: Lixão do João Lopes, no bairro Monte Castelo (1956 a 1960); Lixão da Barra do Ceará (1961 a 1965); Lixão do Buraco da Jia, no bairro Antônio Bezerra (1966 a 1967); Lixão do Henrique Jorge (1968 a 1977); e o Lixão do Jangurussu (1978 a 1998). Com exceção do último, todos foram ocupados indiscriminadamente.
Desativado há dezenove anos, o Lixão do Jangurussu até hoje carece de um plano de controle dos poluentes e de uma política de destinação da área. Enquanto isso, o referido lixão continua sendo ocupado paulatinamente por famílias carentes que convivem com a insalubridade alarmante do local, insetos, roedores e doenças diversas.
De acordo com a NBR 13.896 (ABNT, 1997), aterro sanitário é a forma de disposição de RSU que obedece a critérios de Engenharia e normas operacionais específicas, permitindo o confinamento seguro em termos de controle de poluição ambiental e proteção à saúde pública.
Segundo a NBR 8419 (ABNT, 1992), ―Aterro sanitário é um método de disposição de resíduos sólidos no solo, sem provocar prejuízos ou ameaças à saúde e à segurança, utilizando–se princípios de engenharia, de tal modo, a confinar o lixo no menor volume possível, cobrindo-o com uma camada de terra, ao final do trabalho de cada dia, ou mais frequentemente, conforme o necessário‖.
De acordo com FEAM (2006), o aterro sanitário é uma técnica de disposição de resíduos sólidos urbanos no solo que não causa danos à saúde pública e ao meio ambiente. Mesmo assim, esse método de disposição final dos resíduos deve contar com todos os elementos de proteção ambiental, listados a seguir:
a) Sistema de impermeabilização de base e laterais; b) Sistema de recobrimento diário e cobertura final; c) Sistema de coleta e drenagem de líquidos percolados; d) Sistema de coleta e tratamentos dos gases;
e) Sistema de drenagem superficial;
g) Sistema de monitoramento.
A Figura 2 mostra detalhes da célula de RSU, o sistema de drenagem numa célula fechada e o RSU antes da compactação.
Figura 2 - Detalhes da célula de RSU célula fechada a) e RSU antes da compactação b)
a) b) Fonte: Elaborado pelo autor
1.3 As fundações de edificações
As fundações são elementos estruturais artificiais intermediários entre o terreno e a obra de engenharia e têm a função de transmitir ao terreno as cargas da construção, devendo ter a resistência necessária para suportar esses esforços.
Por sua vez, o solo deve ter resistência e rigidez para não sofrer deformações que possam comprometer a obra. De acordo com Barros (2011), o sistema de fundações é formado pelo elemento estrutural do edifício que fica abaixo do solo, podendo ser constituído por bloco, estaca ou tubulão, por exemplo, e o maciço de solo envolvente sob a base e ao longo desta.
Gusmão (1998) cita ainda que a superestrutura e a vizinhança são elementos que devem ser considerados integrantes do sistema solo-fundação.
São diversas as variáveis a serem consideradas para a escolha do tipo de fundação. Em relação às características do maciço do solo, os parâmetros para escolha da fundação são:
- Variabilidade das camadas e a profundidade de cada uma delas; - Existência de camadas resistentes ou adensáveis;
- Compressibilidade ou resistência do solo; - Posição do nível d’água.
obstáculos, como os drenos; e necessidade de efetuar corte e aterro, nesse caso, jamais assentar a base da fundação na camada de RSU e sim na camada de solo.
Os dados da obra são considerados de acordo com a arquitetura, o tipo e o uso da estrutura, como, por exemplo, se consiste em um edifício, caixa d’água ou ponte e as cargas atuantes.
Realizado esse estudo, são descartadas as fundações que oferecem limitações de emprego para a obra que se está realizando a análise. Ainda assim, devem-se levar em consideração diversas condições para que o construtor escolha o tipo mais adequado de fundação de acordo com o custo, disponibilidade financeira e o prazo desejado.
As cargas da edificação são projetadas através de plantas de cargas da estrutura, onde são considerados vários tipos de cargas:
Cargas vivas: cargas operacionais (ocupações, armazenamento, passagem de veículos, frenagens, etc.) ambientais (ventos) e acidentais (colisão, explosão, fogo, etc.).
Cargas mortas: peso próprio da construção e equipamentos fixos, empuxo de terra.
Cargas excepcionais: as que têm duração extremamente curta e muito baixa probabilidade de ocorrência durante a vida da obra, mas que precisam ser consideradas no projeto de determinadas estruturas (enchentes, incêndios, sismos, etc.).
A Tabela 3fornece o peso específico dos materiais mais utilizados nos elementos constituintes de uma construção para se ter uma informação sobre os valores dos carregamentos.
Tabela 3- Peso específico de materiais mais utilizados
Material Peso específico Unidade
Alvenaria de pedra 2200 a 2400 kg/m3
Alvenaria de tijolo maciço revestido 1600 kg/m3
Alvenaria de tijolo furado revestido 1300 kg/m3
Concreto simples 2200 kg/m3
Concreto armado 2500 kg/m3
Revestimento com madeira (taco) 45 kg/m2
Ladrilho e pedras de piso 50 kg/m2
Mármore de 2 a5 cm de espessura 50 a 90 kg/m2
Revestimento de tetos e pisos de lajes com
argamassa 25 kg/m
Material Peso específico Unidade
Telhado completo – telha francesa 125 kg/m2
Telhado completo – telha canal 150 kg/m2
Telhado completo – cimento amianto 90 kg/m2
Madeira de lei 900 kg/m3
Fonte: Barros (2011)
Para solos com alta capacidade de suporte são indicadas as fundações diretas ou rasas, que são aquelas em que a carga da estrutura é transmitida diretamente ao solo pela fundação. São executadas em valas rasas, com profundidade máxima de três metros, e caracterizadas por apresentarem formato de blocos, vigas de fundação, sapatas associadas e radiers.
As fundações superficiais, rasas ou diretas, são aquelas em que a profundidade de assentamento da fundação no solo é menor ou igual a sua largura. A distribuição de carga do pilar para o solo ocorre pela base do elemento da fundação, sendo que a carga aproximadamente pontual que ocorre no pilar é transformada em carga distribuída, num valor tal que o solo seja capaz de suportá-la. Outra característica da fundação é a necessidade da abertura da cava para construção do elemento de fundação no fundo dela.
Deve-se sempre executar sondagens geotécnicas no sentido de reconhecer o subsolo e escolher o tipo de fundação mais adequada para o tipo de solo de suporte. A sondagem mais utilizada é o SPT ou Standard Penetration Test. Com ela, obtem-se:
- Os tipos de solos que ocorrem no subsolo até a profundidade de interesse do projeto.
- As condições de compacidade (areia) ou consistência (argila) em que ocorrem os diversos tipos de solos.
- Determinação da espessura das camadas constituintes do subsolo e avaliação da orientação dos planos (superfície) que as separam.
- Informação completa sobre a ocorrência de água no subsolo.
1.4Fator de segurança
Segundo Borella (2004), as principais condicionantes de risco para a utilização pós-encerramento do aterro são: o deslocamento vertical (recalque), a estabilidade global (escorregamento dos taludes do maciço/deslocamento horizontal do maciço), a variação de produção de líquidos percolados e os gases.
O deslocamento vertical ou recalque é o processo de afundamento do terreno que provoca deformações verticais na área de disposição de resíduos. O monitoramento geotécnico responsável pelo controle, não apenas desse deslocamento vertical, mas também dos deslocamentos horizontais do maciço, é realizado através de marcos superficiais (marcos planaltimétricos ou marcos de referências fixas) que são observados e acompanhados periodicamente.
Os chamados marcos superficiais são instrumentos incorporados superficialmente que têm a função de servir como orientadores dos deslocamentos, aos quais o aterro está sujeito.
No que toca aos deslocamentos verticais, são analisados o recalque total, o recalque parcial e a velocidade vertical dos deslocamentos, o que permite agilizar a definição de ações passíveis de serem tomadas, no caso de ocorrência de situações adversas ao normalmente observado.
Os fatores de segurança são critérios estabelecidos com base em condições em que a obra é realizada, levando-se em consideração fatores, como carregamento, fluxo d’água e saturação do solo, e parâmetros de resistência dos materiais. A Tabela 4 apresenta os fatores de segurança estabelecidos pela NBR 11.682 (ABNT, 2004):
Tabela 4- Fatores de Segurança recomendados para projetos de obras de estabilização em locais sem processos de estabilização instalados.
Grau de Segurança Necessário para o local
Fatores de Segurança recomendados para projetos de estabilização
FSm* FSc**
Muito alto 1,5 1,2
Alto 1,4 1,15
Médio 1,3 1,1
Baixo 1,2 1,05
Fonte: NBR 11682 (ABNT, 2004).
**FSc: Fator de Segurança calculado para condições críticas (estatisticamente): seja de carregamentos, inclusive os efeitos de fluxo d’água e saturação do solo, seja para os parâmetros de resistência dos materiais (ABNT NBR 11682, p. 28, 2004).
Isto posto, Borella (2004) afirma que, pelo comportamento do maciço, pequena variação de recalques e estabilidade, e até mesmo a execução de construções poderiam ser possíveis, desde que os materiais e o tipo de fundações utilizadas fossem adequados à situação do local.
Quanto à produção de líquidos percolados, esse item pode ter pouca importância para utilização sequencial da área, uma vez que toda a produção nesse local deve ser transportada para estações de tratamento de esgoto, para ser diluído, bem como o local de acumulação poderá ser isolado.
A condicionante que leva mais tempo para desaparecer numa Área de Resíduos Desativada - ARD é a produção de gás, que não pode ser negligenciada, visto que poderá causar riscos aos futuros usuários do local. A solução seria o reaproveitamento do biogás gerado pela decomposição da matéria orgânica.
1.5 Propriedades Físicas dos RSU
A composição é uma característica fundamental para o estudo físico dos materiais. No entanto, o RSU possui a propriedade de alteração de sua composição devido aos materiais degradáveis.
O resíduo sólido urbano é altamente heterogêneo, apresentando tanto componentes inertes como os degradáveis (matéria orgânica), os quais passam por processos de degradação, gerando gás e chorume. A degradação pode provocar alterações significativas nas propriedades mecânicas desses materiais (CARVALHO, 1999).
2.5.1 Composição
A fase sólida dos RSU é constituída por uma mistura de materiais de diferentes tipos, formas e dimensões, tais como papel, plástico, tecido, borracha, madeira, vidros, metais, resíduos alimentares e de feiras, entulhos e outros. Esta composição é muito heterogênea, variando tanto no percentual como nas dimensões desses materiais. Carvalho (1999) apresenta dados compilados de alguns autores da composição dos RSU de diversas localidades, representados na Tabela 5.
Tabela 5- Composição, em percentagem de peso, para diferentes cidades
RSU Cidade/País Bangkok Tailândia Pequim China New York USA Istambul Turquia Atenas Grécia Cochabamba Bolívia Recife Brasil São Paulo Brasil
Metal 1 1 5 2 4 1 2 5
Papel 25 5 22 10 19 2 15 14
Plástico - 1 - 3 7 3 8 14
Borracha Couro e madeira
7 1 3 6 4 1 - 7
Têxtil 3 - - 3 - - - 3
Mat.Org. 44 45 20 61 59 71 60 51
Vidro 1 1 6 1 2 1 2 1
Outros 19 46 46 14 5 21 13 5
Fonte: Carvalho (1999)
Devido à falta de padronização, há diferença na nomenclatura e dificuldade em classificar os materiais no momento do ensaio. Por outro lado, de forma geral, observa-se uma semelhança, como, por exemplo, o grande predomínio da porção materiais putrescíveis e outros: no Rio de Janeiro é 59%, na Célula Experimental do ASMOC (Fortaleza) são 51%. Segundo ABRELPE (2012), a composição dos resíduos sólidos no Brasil é 31,9% de recicláveis, 51,4% material orgânico e 16,7% considerados como outros.
Porém, Jucá (2003) afirma que nossas normas técnicas sobre aterros de resíduos sólidos foram elaboradas, em sua maioria, há duas décadas e praticamente não incorporam os conceitos mais recentes de Geotecnia Ambiental. No entanto, aspectos de Geotecnia Ambiental são aplicados atualmente a projetos de aterros de RSU, sendo primordiais na elaboração deles, alguns podendo ser destacados.
composição gravimétrica dos resíduos é influenciada também pelos hábitos e grau de desenvolvimento da população.
Na Tabela 6, encontra-se a composição gravimétrica dos resíduos destinados à Célula Experimental do ASMOC realizado por Carneiro e Moura (2016).
Tabela 6- Composição gravimétrica do resíduo destinado à Célula Experimental
Componentes
% em massa da amostra de 200 kg
Média Materiais putrescíveis 38,8
Outros 12,6
Plástico 15,6
Fraldas 8,4
Trapos 7,7
Papel 9,8
PET 1,5
Vidro 2,5
Ferro 1,3
Borracha 1,1
Alumínio 0,8
Fonte: Adaptada de Carneiro e Moura (2016)
2.5.2 Distribuição do Tamanho das Partículas
O conhecimento dos elementos que compõem a massa de RSU e o percentual que cada grupo de substância individualmente participa é de particular importância no estudo das propriedades geomecânicas, haja vista que esse parâmetro regerá o comportamento global em um aterro de resíduos sólidos.
A recomendação técnica GDA E 1-7, segundo DGGT (1994), traz que os componentes individuais dos RSU são escolhidos de tal maneira que cada grupo de substâncias apresente materiais com características similares e referentes ao comportamento mecânico e estabilidade bioquímica. Os grupos de substâncias são:
- Peças grandes: substâncias residuais de grande porte, que são compostas de diversos componentes como móveis, colchões, etc.;
- Papel / Papelão: substâncias residuais compostas basicamente de papel ou fibras semelhantes ao papel, como papelão, embalagens de papel, impressos, etc.;
- Plásticos duros: despejos que se componham basicamente de substâncias sintéticas duras, como embalagens plásticas rígidas, copos de iogurte, garrafa PET, plásticos rígidos, couro duro, borracha rígida, etc.;
- Metais: metais ferrosos e não ferrosos;
- Minerais: despejos que se componham basicamente de substâncias minerais ou que apresentem um comportamento mecânico ou biológico similar (inertes), como vidro, cerâmica, pedra, solo, etc.;
- Madeira;
- Material Misto: despejos com granulometria ≤ 20 mm que, de uma forma geral, são constituídos por materiais orgânicos e minerais. O material misto ou residual é dividido em dois grupos a seguir: a) 8 –20 mm e b) ≤ 8 mm.
Os RSU são materiais multifásicos constituídos por fase sólida, líquida e gasosa, assim como os solos. Existe uma variação do percentual das fases com o tempo, devido aos processos de biodegradação que estão relacionados com teor de umidade, conteúdo orgânico do RSU e condições climáticas. O ponto básico para a compreensão do comportamento dos maciços de RSU é o conhecimento das interações existentes entre as três fases e as alterações destas com o tempo.
O percentual de matéria orgânica dos RSU brasileiros, típicos de países em desenvolvimento, varia na faixa de valores de 50 a 60% do peso total da amostra. Altos percentuais de componentes orgânicos proporcionam elevados teores de umidade nos corpos dos aterros de resíduos, elevando-se a produção de chorume, dentre outros efeitos (BORGATTO, 2010).
2.5.3 O Teor de Umidade
Tabela 7- Umidade dos Componentes do RSU Aterro Bandeirantes (São Paulo)
Componente Teor de Umidade (%)
Base Seca Base Úmida
Metais 19,6 16,4
Papel 74,8 42,8
Vidro 5,9 5,7
Plástico 41,5 29,3
Borracha 24,5 19,6
Têxteis 55,0 35,5
Pedra 12,6 11,2
Madeira 69,8 41,1
Pasta Orgânica 47,0 32,0
Fonte: Carvalho (1999)
2.5.4 Temperatura
Durante o processo de aterramento, em função da presença de oxigênio, a decomposição é aeróbica, gerando gás carbônico, vapor de água e sais minerais.
As temperaturas dos RSU normalmente variam de 30 a 60º C, aumentando conforme se avança a profundidade, em alguns aterros ela tende a se estabilizar entre cinco a dez metros de profundidade, em outros casos isto é muito variável, existem aterros com temperatura aumentando até 30 metros de profundidade. Sua importância deve-se à evolução dos processos de degradação dos RSU, podendo deflagrá-los, acelerá-los ou mesmo retardá-los.
Em alguns aterros sanitários logo após a compactação, o oxigênio cessa e as temperaturas tendem a diminuir, devido à decomposição anaeróbica dos resíduos, que é um processo biológico, envolvendo diversos tipos de micro-organismos, com cada grupo realizando uma etapa específica, na transformação de compostos orgânicos complexos em produtos simples, como os gases metano e sulfídrico.
2.5.5 Biodegradação
A biodegradação consiste em transformar componentes orgânicos, modificando componentes sólidos, em gás e líquidos, influenciando as variações das propriedades geotécnicas dos resíduos ao longo do tempo.
externo), aspectos quantitativos e qualitativos de nutrientes, pH dos líquidos presentes, densidade e grau de compactação.
Os aterros sanitários podem ser entendidos como verdadeiros e heterogêneos reatores biológicos, tendo como principais componentes de entrada e alimentação, os resíduos sólidos e a água, e como principais elementos de saída, os líquidos percolados e o biogás (MARQUES, 2001).
2.5.6 Produção de Chorume
Também chamado de lixiviado ou percolado, o chorume é um líquido com grande quantidade de poluentes de coloração escura e de odor desagradável, encontrado normalmente em recipiente onde ficou armazenado lixo por algum tempo. O chorume é o principal contaminador de rios e do lençol freático. Ele é originário de três diferentes fontes: da umidade natural do lixo, aumentando no período chuvoso; da água de constituição da matéria orgânica, que escorre durante o processo de decomposição; e das bactérias existentes no lixo, que expelem enzimas que dissolvem a matéria orgânica com formação de líquido.
2.5.7 Produção de Gases
Os fatores que podem influenciar na produção de biogás são composição dos resíduos dispostos, umidade, tamanho das partículas, temperatura, pH, idade dos resíduos, projeto do aterro e sua operação.
A geração de biogás inicia-se após a disposição dos resíduos sólidos, encontrando-se registros de metano ainda nos primeiros três meses após a disposição, podendo continuar por um período de 20, 30 ou até mais anos depois do encerramento do aterro. O gás proveniente dos aterros contribui consideravelmente para o aumento das emissões globais de metano. As estimativas das emissões globais desse gás, provenientes dos aterros, oscilam entre 20 e 70 Tg/ano, enquanto que o total das emissões globais pelas fontes antropogênicas equivale a 360 Tg/ano, indicando que os aterros podem produzir cerca de 6 a 20 % do total de metano (IPCC, 2005).
O gás de aterro é formado por vários componentes, alguns presentes em grandes quantidades, como o metano (CH4) e o dióxido de carbono (CO2), e outros em quantidades
em traços. Os gases presentes nos aterros de resíduos incluem metano, dióxido de carbono, amônia (NH3), hidrogênio (H2), gás sulfídrico (H2S), nitrogênio (N2) e oxigênio (O2). O
anaeróbia dos compostos biodegradáveis dos resíduos orgânicos. A distribuição exata do percentual de gases irá variar conforme todos os parâmetros já apontados e também conforme a idade do aterro.
2.5.8 Peso Específico
O peso específico representa a relação entre a sua massa e o volume unitário da massa de resíduos, sendo que seu valor sofre permanentes variações de acordo com a etapa em que está sendo abordada, desde sua geração, lançamento, compactação e continua ao longo do tempo.
Os fatores principais que influenciam o peso específico dos RSU são a sua composição física (teor de material orgânico, recicláveis, etc.), sua granulometria (tamanho médio de partículas), o grau de compactação durante a deposição (método executivo do aterro) e seu estágio de degradabilidade. O valor do peso específico está diretamente ligado à sua composição gravimétrica (distribuição dos grupos de substâncias), sendo que quanto maior for a quantidade de componentes leves (papel, papelão, plásticos, etc.) ou quanto menor for a quantidade de matéria orgânica, menor será seu valor. Observa-se que em áreas de maior poder aquisitivo, com maior consumo de materiais supérfluos, o peso específico dos RSU é menor, quando comparado a áreas de menor poder aquisitivo e com maior descarte de matéria orgânica.
Uma das características determinantes no comportamento geotécnico de qualquer aterro é o estado de tensões induzido pelo peso próprio dos materiais que o constituem. Desta forma, torna-se incoerente o estudo do comportamento mecânico de qualquer material aterrado sem que seja conhecido seu peso específico.
Apesar de não haver ensaios normalizados para a determinação do peso específico dos RSU, ele pode ser determinado como sendo a relação entre o peso e o volume da massa de resíduo. A Tabela 8apresenta valores de peso específico publicados na bibliografia científica do assunto.
Tabela 8- Valores de peso específico de RSU encontrados na literatura
Autor Peso Específico
(kN/m3) Local/Condições
KAIMOTO e CEPOLINA, 1997 5,0 – 7,0
Resíduos novos não decompostos e pouco compactos
9,0 – 13,0 Resíduo após compactação
Autor Peso Específico
(kN/m3) Local/Condições
BENVENUTO e CUNHA, 1991 10,0 Condição Drenada 13,0 Condição Saturada
SANTOS e PRESA, 1995 7,0 Resíduos novos
10,0 Resíduos após ocorrência de recalque MAHLER e ITURRI, 1998 10,5 Sítio São João com 10 meses de alteamento SARSBY, 2000 1,2 – 3,0 Resíduo lançado no aterro
KAVAZANJIAN, 2001 10,0- 20,0 EUA
SILVEIRA, 2004
12,2 – 14,8 Ensaio Percâmetro - Paracambi - RJ 18,2 Ensaio tipo vala, Gramacho – RJ 9,15 Ensaio tipo vala, Nova Iguaçu - RJ BAUER, 2006 8,6 – 15,6 Aterro com Resíduos Degradados CATAPRETA et al. 2005 7,0 – 11,0 Aterro Sanitário
CARVALHO, 2006 9,47 – 16,36 Paracambi – RJ
9,99 – 11,75 Ensaio Percâmetro, Santo André - SP
OCHS e SHANE, 2006
7,35 Resíduo Fresco, População Baixa Renda 4,9 Resíduo Fresco, População Classe Média 1,96 Resíduo Fresco, População Classe Alta
Fonte: Borgatto, 2010
Segundo Silveira (2004), propriedades como peso específico e permeabilidade devem ser determinadas como função da porosidade, que, por sua vez, é função do método de deposição, da sobrecarga aplicada e da idade do aterro. Uma grande parte dessas propriedades sofre mudanças significativas com o tempo. A decomposição da matéria orgânica e os processos de compressão primária e secundária alteram, de forma significativa, seus valores.
Lamare Neto (2004) verificou que o peso específico dos resíduos reduziu de (2,50 kN/m3), em 1986, para (1,70 kN/m3), em 1998, no município do Rio de Janeiro. Segundo ele, essa redução se deveu ao desenvolvimento tecnológico, o qual tem proporcionado a produção de materiais mais leves, concluindo, portanto, que essa redução é uma tendência mundial.
2.5.9 Compactação
A compactação em RSU em aterros sanitários provoca a redução de volume da massa de resíduos, por conta da aplicação de uma determinada pressão realizada com o emprego de tratores. Ao longo do tempo, com a constante deposição de camadas sobrepostas de RSU, o processo de decomposição da matéria orgânica acaba por promover uma redução volumétrica do aterro e alterar o seu comportamento geotécnico, principalmente em relação à sua estabilidade e aos possíveis recalques. Portanto, uma boa compactação garante, também, aos maciços de um aterro sanitário, condições estruturais e de estabilidade (CATAPRETA et al., 2003).
A compactação dos RSU exerce influência na resistência, estabilidade e compressibilidade. Esse processo depende de fatores, como a composição dos RSU, espessura da camada a ser compactada, massa e tipo de compactação realizada. Segundo Boscov (2008), no Brasil, a compactação dos RSU geralmente é realizada por meio de tratores de esteiras, embora existam rolos compactadores específicos para aterros sanitários.
A redução de volume de um maciço de lixo compactado pode ser de 30 a 40% do seu volume inicial, dependendo da sua composição e do grau de rapidez de sua estabilidade e do tempo. Os mecanismos responsáveis pelo desenvolvimento de recalques em aterros de RSU são complexos, podendo ser ocasionados por processos físicos, químicos e biológicos, devido à decomposição da matéria orgânica e dissipação das poro-pressões de líquidos e gases, bem como à adição de novas camadas de lixo ou cobertura de solo e à compressibilidade de suas frações constituintes (SIMÕES, 2000).
A variação do peso específico seco dos RSU com o teor de umidade de compactação apresenta comportamento semelhante encontrado em solos, com base em análises de um conjunto de curvas de compactação apresentadas por KÖNIG & JESSBERGER (1997).
GABR e VALERO (1995) ensaiaram resíduos domiciliares com idade entre quinze e trinta anos, utilizando energia do Proctor Normal. Nestes, obtiveram-se peso específico seco
máximo de 9,3 kN/m3, associado a um teor de umidade ótimo de 31%. A saturação completa foi
atingida com um teor de umidade de cerca de 70%, correspondendo a um peso específico seco de
aproximadamente de 8,0 kN/m3.
2.5.10 Permeabilidade dos RSU
sistema de drenagem dos percolados e da estabilidade do maciço de resíduo, para a estabilidade de fundação e taludes.
A permeabilidade (k) do RSU é influenciada pela sua composição gravimétrica e pelo grau de compactação da massa de resíduo. Sua variação no RSU é devida a densidade e a idade do resíduo. Vale observar que em estudos realizados por CEPOLLINA et al. (1994) em poços de 50,0 cm de diâmetro e profundidade de 30,0 m em maciço de resíduos com elevados percentuais de matéria orgânica e doze anos de deposição, foram obtidos valores da ordem de 10-E07cm/s para coeficiente de permeabilidade. Na Tabela 9, é observada uma coletânea de resultados de ensaios de permeabilidade encontrados na literatura nacional e internacional.
Tabela 9- Valores de Coeficiente de Permeabilidade de Aterros de RSU no Brasil
Fonte: Izzo, 2008
2.5.11 Propriedades Mecânicas dos RSU
Os aterros sanitários são obras geotécnicas recentes de cerca de trinta anos, sendo ainda raros os relatos sobre o comportamento geotécnico de maciços sanitários, isto é, da massa de resíduos, uma vez que essa preocupação somente surgiu a partir da necessidade de aproveitamento máximo de cada área de disposição, resultando na verticalização dos aterros sanitários. (CURTY, 2005).
A técnica de execução de um aterro sanitário, segundo TIVERON et al. (1995), consiste, basicamente, na compactação do resíduo em células com a altura variando de 2 a 4 metros e inclinação máxima do talude de 1:2. O resíduo deve ser espalhado e compactado pelo talude de baixo para cima, com 3 a 5 passadas do trator de esteira (SCHALCH et al., 1990), de modo a obter um peso específico mínimo de 10 kN/m3,TIVERON et al. (1995).
As principais propriedades mecânicas dos RSU são resistência ao cisalhamento e compressibilidade, bastante influenciados pela composição e estado de alteração do RSU, bem como pelo comportamento mecânico individual de cada componente.
No entanto, segundo CARVALHO (1999) a quantificação dessas propriedades é difícil, devido à heterogeneidade do material, o qual apresenta diferentes tipos, formas e dimensões de constituintes e componentes que podem degradar com o tempo, gerando gases e lixívia.
Materiais como plásticos, panos e trapos, couros, borrachas, e outros se constituem como os componentes fibrosos da massa de RSU, afetando diretamente o comportamento do maciço quanto à resistência ao cisalhamento, pois conferem valores elevados de ―falsa coesão‖. Já a presença de materiais inertes e dimensionalmente estáveis, como entulhos e solo, proporcionam ao RSU resistência ao atrito entre as partículas (CARDIM, 2008).
2.5.12 Compressibilidade dos RSU
- Compressão física, devido à quebra e reorientação dos elementos sólidos; - Recalques de desagregação, devido à migração de pequenas partículas para os vazios das partículas maiores;
- Comportamento viscoso e fenômeno de consolidação, envolvendo o esqueleto sólido e partículas simples ou componentes;
- Recalques de decomposição, devido à biodegradação dos componentes orgânicos;
- Colapso dos componentes devido às alterações físico-químicas, como a corrosão, oxidação e degradação dos componentes inorgânicos.
2.5.13 Resistência ao Cisalhamento dos RSU
Qualquer ponto no interior da massa de solo está sujeito a esforços devido ao peso próprio, além daqueles gerados pela ação de forças externas. Esses esforços resultam em um estado de tensão, de forma que se tem tensão normal () e cisalhante (), que variam em função do plano considerado.
A resistência ao cisalhamento dos resíduos sólidos urbanos é um parâmetro geotécnico de interesse fundamental na descrição de suas propriedades geomecânicas, essencial ao projeto e operação de aterros de resíduos, em especial, ao cálculo de estabilidade de taludes.
Quando um aterro é submetido a deformações sob uma dada tensão normal efetiva, sua resistência ao cisalhamento é capaz de suportar esforços até uma condição limite. A ruptura do solo é alcançada quando as forças cisalhantes se igualam às forças resistentes e uma superfície de cisalhamento crítica se desenvolve. A resistência ao cisalhamento é a tensão cisalhante no plano de ruptura no momento da ruptura.
A resistência ao cisalhamento de um solo em qualquer direção é a tensão de cisalhamento máximo que pode ser aplicada à estrutura do solo naquela direção. Quando esse máximo é atingido, diz-se que o solo rompeu, tendo sido totalmente mobilizada sua resistência.
