anÁlise do comportamento de um aterro municipal de
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ANÁLISE DO COMPORTAMENTO DE UM ATERRO MUNICIPAL DE
RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS INSTRUMENTADO
Alexandre Roberto Schuler
Dissertação de Mestrado apresentada ao
Programa de Pós-graduação em Engenharia
Civil, COPPE, da Universidade Federal do Rio
de Janeiro, como parte dos requisitos necessários
à obtenção do título de Mestre em Engenharia
Civil.
Orientador: Cláudio Fernando Mahler
Rio de Janeiro
Setembro de 2010
COPPE/UFRJCOPPE/UFRJ
ANÁLISE DO COMPORTAMENTO DE UM ATERRO MUNICIPAL DE
RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS INSTRUMENTADO
Alexandre Roberto Schuler
DISSERTAÇÃO SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DO INSTITUTO ALBERTO
LUIZ COIMBRA DE PÓS-GRADUAÇÃO E PESQUISA DE ENGENHARIA
(COPPE) DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE
DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE MESTRE
EM CIÊNCIAS EM ENGENHARIA CIVIL.
Examinada por:
________________________________________________
Prof. Cláudio Fernando Mahler, DSc.
________________________________________________
Prof. Cezar Augusto Burkert Bastos, Dr. Eng.
________________________________________________
Prof. Marcos Barreto de Mendonça, DSc.
________________________________________________
Prof. Maurício Ehrlich, DSc.
RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL
SETEMBRO DE 2010
Schuler, Alexandre Roberto
Análise do Comportamento de um Aterro Municipal
de Resíduos Sólidos Urbanos Instrumentado/ Alexandre
Roberto Schuler. – Rio de Janeiro: UFRJ/COPPE, 2010.
XX, 152 p.: il.; 29,7 cm.
Orientador: Cláudio Fernando Mahler
Dissertação (mestrado) – UFRJ/ COPPE/ Programa
de Engenharia Civil, 2010.
Referências Bibliográficas: p. 148-152.
1. Aterro de resíduos sólidos urbanos. 2.
Estabilidade. 3. Instrumentação geotécnica. 4. Método dos
Elementos Finitos. I. Mahler, Cláudio Fernando. II.
Universidade Federal do Rio de Janeiro, COPPE,
Programa de Engenharia Civil. III. Título (série).
iv
“A independência é o privilégio dos
fortes, da reduzida minoria que tem o
calor de auto-afirmar-se. E aquele que
trata de ser independente, sem estar
obrigado a isso, mostra que não apenas
é forte, mas também possuidor de uma
audácia imensa. Aventura-se num
labirinto, multiplica os mil perigos que
implica a vida; se isola e se deixa
arrastar por algum minotauro oculto na
caverna de sua consciência. Se tal
homem se extinguisse estaria tão longe
da compreensão dos homens que estes
nem o sentiriam nem se comoveriam em
absoluto. Seu caminho está traçado, não
pode voltar atrás, nem sequer lograr a
compaixão dos seres humanos.”
Friedrich Nietzsche
v
AGRADECIMENTOS
A realização deste trabalho só foi possível graças à participação direta e indireta
de muitas pessoas. Manifesto a minha gratidão a todas de forma particular:
- A Deus que me ajudou a ter força e saúde o suficiente para terminar este
trabalho;
- Professor Dr. Cláudio Fernando Mahler pela amizade, “puxões de orelha” e
orientação sobre os rumos deste trabalho;
- Dr. J.A.R. Ortigão, Diretor da empresa Terratek Tecnologia Ltda, pela
amizade, apoio técnico e profissional no desenvolvimento deste trabalho;
- Professor Dr. Cezar Augusto Burkert Bastos, meu grande orientador de
graduação, amigo e excepcional profissional, ao qual agradeço por todo apoio em
realizar pesquisas e o mestrado na área de geotecnia;
- Demais membros da banca, Professor Maurício Ehrlich – Coppe/UFRJ e
Professor Marcos Barreto de Mendonça Poli/UFRJ;
- Aos responsáveis pelo aterro de resíduos sólidos urbanos estudado, que
liberaram a publicação dos dados, com a condição de não divulgar o local onde fica o
aterro por questões de sigilosidade;
- Em especial, a minha namorada, companheira e amiga, também engenheira
geotécnica, Lydice Salome Estrada Polanco, muito obrigado pela força em continuar
lutando.
- A minha família que sempre me apoiou em tudo que fiz. Mesmo distantes uns
dos outros, estamos sempre juntos;
- Aos meus amigos, que compartilharam muitos chimarrões durante as aulas do
mestrado, em especial: Diego de Freitas Fagundes, Evandro Santiago, Louis-Martin
Losier, José Simão e Silvana Vasconcelos;
- Ao corpo técnico da empresa Terratek, em especial aos técnicos em
instrumentação Valnei Vasconcelos e Luiz Carlos Silva. Muito obrigado;
- Aos meus sócios: Cleberson Dors, Etienne Desgagné, Louis-Martin Losier,
Marcel Tardin Portela e Paulo Garchet. Obrigado pela força nos momentos em que
estive ausente;
Demais amigos, colegas de mestrado e de trabalho, muito obrigado por
acreditarem em mim e sempre me incentivarem.
- Ao CNPq pela bolsa concedida;
vi
Resumo da Dissertação apresentada à COPPE/UFRJ como parte dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Mestre em Ciências (M.Sc.)
ANÁLISE DO COMPORTAMENTO DE UM ATERRO MUNICIPAL DE
RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS INSTRUMENTADO
Alexandre Roberto Schuler
Setembro/2010
Orientador: Claúdio Fernando Mahler
Programa: Engenharia Civil
O presente trabalho tem como objetivo estudar o comportamento geomecânico de um
aterro de resíduos sólidos localizado no estado do Rio de Janeiro. Durante o período de
dez meses, um aterro municipal de resíduos sólidos foi monitorado durante três fases
diferentes: operação em condições normais de funcionamento, instabilização após
chuvas torrenciais e interdição e encerramento do aterro por parte do Governo do
Estado. O monitoramento geomecânico do aterro foi realizado através do uso de
instrumentação geotécnica, incluindo 5 piezômetros do tipo sifão, 4 inclinômetros, 5
marcos superficiais e 2 pluviômetros. Ainda foram realizadas diversas análises de
estabilidade durante as etapas de alteamento, sendo 3 casos de retroanálise de rupturas
locais chegando a parâmetros bastante coerentes com os apresentados pela bibliografia
sobre o assunto e compatíveis com as leituras de instrumentação. Inúmeras vistorias em
campo constataram diversos fatores instabilizadores, dentre eles a surgência de chorume
nos taludes, pressões de gases, deslocamentos, recalques, rupturas locais, problemas na
drenagem, entre outros. Por fim, é realizada a simulação dos deslocamentos verticais
(recalques) e horizontais utilizando Método dos Elementos Finitos (MEF) com o
software Plaxis 9.0®. O estudo permitiu observar que os valores encontrados nas retro-
análises são muito semelhantes aos encontrados na literatura, além de que os valores de
E e ν nas análises por MEF são muito próximos aos encontrados para solos turfosos.
vii
Abstract of Dissertation presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfillment of the
requirements for the degree of Master of Science (M.Sc.)
ANALYSIS OF THE BEHAVIOR OF A LANDFILL OF MUNICIPAL SOLID
WASTE INSTRUMENTED
Alexandre Roberto Schuler
September/2010
Advisor: Cláudio Fernando Mahler
Department: Civil Engineering
The objective of this work was to study the geomechanical behavior of a solid waste
landfill located in the Rio de Janeiro State. During ten months, a municipal solid waste
landfill was monitored at three different phases: operation in normal conditions,
instability after torrential rains and closure of the landfill by the State
Government. Geomechanical monitoring of the landfill was accomplished through the
use of geotechnical instrumentation, including five piezometers type siphon, four
inclinometers, five benchmarks and two pluviometers. Still, several analyses of stability
were accomplished during the raising stages, 3 cases of back-analysis of local ruptures
arriving to quite coherent parameters like shown in the bibliography on the subject and
compatible with the instrumentation readings. Numerous field inspections found several
destabilizing factors, among them the presence of leacheate on the slopes, gas pressures,
displacements, settlements, local drainage problems, among others. Finally, the
simulation is performed for vertical displacements (settlements) and horizontal using
the finite element method in software Plaxis 9.0®. This study showed that the values
encountered in the back-analysis are very similar to those found in the literature, and
that the values of E and ν in the analysis by FEM are very close to those found for peaty
soils.
viii
ÍNDICE
AGRADECIMENTOS ............................................................................................................ v
ÍNDICE ............................................................................................................................... viii
LISTA DE FIGURAS ...........................................................................................................xii
LISTA DE TABELAS........................................................................................................... xx
CAPÍTULO 1 .......................................................................................................................... 1
1.1. INTRODUÇÃO ......................................................................................... 1
1.2. OBJETIVO ................................................................................................ 2
1.3. METODOLOGIA ADOTADA E ORGANIZAÇÃO .................................. 2
1.3.1. METODOLOGIA ............................................................................... 3
1.3.2. ORGANIZAÇÃO DA DISSERTAÇÃO ............................................. 4
CAPÍTULO 2 .......................................................................................................................... 5
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA..................................................................... 5
2.1. RESÍDUOS SÓLIDOS............................................................................... 5
2.2. CARACTERÍSTICAS DOS RSU E DE ATERROS DE RSU .................... 5
2.2.1. GRAVIMETRIA DOS RSU ............................................................. 12
2.2.2. GRANULOMETRIA DOS RSU ....................................................... 14
2.2.3. PESO ESPECÍFICO ......................................................................... 16
2.2.4. UMIDADE ....................................................................................... 18
2.2.5. TEMPERATURA ............................................................................. 19
2.2.6. PERMEABILIDADE........................................................................ 21
2.2.7. RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO ........................................... 23
2.2.8. COMPRESSIBILIDADE .................................................................. 33
2.3. TIPOS DE RUPTURAS EM ATERROS DE RSU E AS MAIORES CATÁSTROFES REGISTRADAS ................................................................................. 42
CAPÍTULO 3 ........................................................................................................................ 47
ix
3. MATERIAIS E MÉTODOS ...................................................................... 47
3.1. INSTRUMENTAÇÃO INSTALADA NO ATERRO DE RSU ................. 47
3.2. PIEZÔMETROS SIFÃO .......................................................................... 54
3.2.1. DESCRIÇÃO ................................................................................... 55
3.2.2. ACOMPANHAMENTO DE PERFURAÇÃO E INSTALAÇÃO ...... 57
3.2.3. PROCEDIMENTOS DE LEITURAS................................................ 61
3.3. INCLINÔMETROS ................................................................................. 62
3.3.1. ACOMPANHAMENTO DE PERFURAÇÃO E INSTALAÇÃO ...... 64
3.3.1.1. PERFURAÇÃO ........................................................................ 64
3.3.1.2. INSTALAÇÃO DOS TUBOS ................................................... 64
3.3.2. PROCEDIMENTOS DE LEITURAS................................................ 66
3.3.2.1. TORPEDO DE LEITURAS ....................................................... 66
3.3.2.2. UNIDADES DE LEITURA ....................................................... 68
3.3.2.3. CÁLCULO DOS DESLOCAMENTOS ..................................... 69
3.3.2.4. PROCESSAMENTO DOS RESULTADOS .............................. 71
3.4. MARCOS SUPERFICIAIS ...................................................................... 73
3.5. PLUVIÔMETROS ................................................................................... 75
3.6. ESTABILIDADE EM ATERROS DE RSU ............................................. 78
3.6.1. ESTABILIDADE - TEORIA DO EQUILÍBRIO LIMITE ................. 79
3.7. METODO DOS ELEMENTOS FINITOS (MEF) ..................................... 81
CAPÍTULO 4 ........................................................................................................................ 85
4. RESULTADOS .......................................................................................... 85
4.1. LEITURAS DA INSTRUMENTAÇÃO ................................................... 85
4.1.1. RESULTADO DAS LEITURAS – PIEZÔMETROS SIFÃO ............ 85
4.1.1.1. COTAS PIEZOMÉTRICAS ...................................................... 85
4.1.1.2. PRESSÕES DE GÁS ................................................................. 86
x
4.1.1. RESULTADO DAS LEITURAS – INCLINÔMETROS ................... 88
4.1.2. RESULTADO DAS LEITURAS – PLUVIÔMETROS ..................... 92
4.2. ANÁLISES DE ESTABILIDADE ........................................................... 93
4.3. RETRO-ANÁLISES DE ESTABILIDADE – MÊS DE DEZEMBRO ...... 99
4.3.1. LEITURAS DA INSTRUMENTAÇÃO .......................................... 100
4.3.1.1. PIEZÔMETROS SIFÃO - COTAS PIEZOMÉTRICAS ........... 100
4.3.1.2. PIEZÔMETROS SIFÃO - PRESSÕES DE GÁS ..................... 100
4.3.1.3. INCLINÔMETROS................................................................. 101
4.3.1.4. PLUVIÔMETROS .................................................................. 104
4.3.2. VISITAS DE CAMPO .................................................................... 104
4.3.2.1. OBSERVAÇÕES .................................................................... 105
4.3.3. RETRO-ANÁLISE DE ESTABILIDADE – DEZEMBRO 2009 ..... 111
4.4. ANÁLISES DE ESTABILIDADE - MÊS DE ABRIL DE 2010 ............. 119
4.4.1. LEITURAS DA INSTRUMENTAÇÃO .......................................... 120
4.4.1.1. PIEZÔMETROS SIFÃO – COTAS PIEZOMÉTRICAS .......... 120
4.4.1.2. PIEZÔMETROS SIFÃO – PRESSÕES DE GÁS .................... 121
4.4.1.3. INCLINÔMETROS................................................................. 121
4.4.1.4. PLUVIÔMETRO .................................................................... 125
4.4.2. VISITAS DE CAMPO .................................................................... 126
4.4.2.1. OBSERVAÇÕES .................................................................... 126
4.4.3. RETRO-ANÁLISES E ANÁLISE DE ESTABILIDADE – ABRIL 2010…………………………………………………………………………………...130
4.4.3.1. RUPTURA LOCAL ................................................................ 132
4.4.3.2. RETRO-ANÁLISE DE ESTABILIDADE ............................... 132
4.5. ANÁLISE DE DESLOCAMENTOS HORIZONTAIS E VERTICAIS- POR MEF 134
4.5.1. RETRO-ANÁLISE DE DESLOCAMENTOS HORIZONTAIS ...... 134
xi
4.5.2. ANÁLISE DE DESLOCAMENTOS - PARÂMETROS DA LITERATURA………………………………………………………………………..142
CAPÍTULO 5 ...................................................................................................................... 146
5.1. CONCLUSÕES ..................................................................................... 146
5.2. RECOMENDAÇÕES PARA ESTUDOS FUTUROS ............................. 147
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................... 148
xii
LISTA DE FIGURAS
Figura 2. 1 - As quadri-fases dos RSU (adaptado de BEAVEN et al., 2009). ..... 7
Figura 2. 2 - Fases ilustrando o efeito da perda de massa dos RSU (adaptado de MACHADO et al., 2009). ............................................................................................. 8
Figura 2. 3 - Comparação entre renda per capita e matéria orgânica dos RSU no município do Rio de Janeiro/RJ. .................................................................................. 13
Figura 2. 4 - Distribuição Granulométrica do lixo para diferentes idades (JESSBERGER, 1994 apud DE LAMARE NETO, 2004). .......................................... 15
Figura 2. 5 - Distribuição granulométrica de RSU brasileiros por CARVALHO (1999) e faixa granulométrica sugerida por JESSBERGER (1994). ............................. 16
Figura 2. 6 - Variação do Teor de Umidade dos RSU com a profundidade (adaptado de JUCÁ et al, 1997). ................................................................................. 18
Figura 2. 7 - Variação da coesão aparente com a umidade (adaptado de GABR & VALERO, 1995). ........................................................................................................ 19
Figura 2. 8 - Variação da temperatura do RSU com a profundidade, Aterro de Ano Liossia, Atenas (Grécia), (adaptado de COUMOULOS et al., 1995 apud CARVALHO, 1999). .................................................................................................. 20
Figura 2. 9 Variações da temperatura com a profundidade comparando com as concentrações de metano (HANSON et al., 2006). ...................................................... 20
Figura 2. 10 - Ensaios de infiltração realizados no Aterro Bandeirantes (MACHADO et al., 2010) ........................................................................................... 22
Figura 2. 11 - Relação entre coesão aparente e ângulo de atrito de resíduos sólidos urbanos (adaptado de WOJNAROWICZ et al., 1998). .................................... 24
Figura 2. 12 - Curva tensão x deformação (adaptado de KÖLSCH, 1993). ....... 25
Figura 2. 13 - Trajetória de tensões encontrada em ensaios de CD e CU de grandes dimensões em RSU (adaptado de CARVALHO, 1999). ................................. 27
Figura 2. 14 - Trajetória de tensões encontrada em ensaios de CD e CU de grandes dimensões em RSU (adaptado de NASCIMENTO, 2007). ............................. 28
Figura 2. 15 - Ensaio triaxial de grandes dimensões para uso em RSU.(a) antes da execução do ensaio. (b) após a execução do ensaio. SHARIATMADARI et al. (2009). ........................................................................................................................ 29
xiii
Figura 2. 16 - Relação entre a deformação axial e radial em condições de compressão isotrópica. SHARIATMADARI et al. (2009). .......................................... 30
Figura 2. 17 - Efeito da deformação isotrópica ou anisotrópica sobre o incremente de tensão corrigida, SHARIATMADARI et al. (2009). ............................. 30
Figura 2. 18 - Resultados típicos de trajetória de tensões para solos turfosos (a) OIKAWA & MIYAKAWA (1980) e (b) MESRI AND AJLOUNI (2007) apud SHARIATMADARI et al., (2009). ............................................................................. 32
Figura 2. 19 - Curva teórica de compressibilidade do RSU (adaptado de GRISOLIA & NAPOLEONI, 1996). ........................................................................... 36
Figura 2. 20 - Recalques total e anual em RSU (adaptado de GANDOLLA et al. 1994). ......................................................................................................................... 37
Figura 2. 21 - Recalques registrados por um marco superficial instalado em aterro Vila Albertina/SP (DE JORGE et al., 2004). ..................................................... 38
Figura 2. 22 Resultados de módulos cisalhantes e de deformação obtidos para o resíduo estudado a partir de ensaios cross-hole (apud CARVALHO, 1999) ................ 41
Figura 2. 23 - Tragédia do Morro do Bumba (Foto: ESTADO DE SÃO PAULO, 2010). ......................................................................................................................... 43
Figura 2. 24 - Tipos de rupturas possíveis em aterros de RSU (DIXON & JONES, 2004). ............................................................................................................ 44
Figura 2. 25 - Rumpke (USA), 1996 (KÖLSCH, 2010). ................................... 45
Figura 2. 26 - Payatas (Filipinas), 2000 (KÖLSCH, 2010). .............................. 46
Figura 2. 27 - Bandung Indonésia, 2005 (KÖLSCH, 2010). ............................. 46
Figura 2. 27 - Seção de ruptura circular dividida em fatias (ORTIGÃO & SAYÃO, 2004). .......................................................................................................... 81
Figura 3. 1 - Seções de instrumentação principal e secundária. ......................... 48
Figura 3. 2 - Vista esquemática com as seções de instrumentação principal e secundária. .................................................................................................................. 49
Figura 3. 3 - Vista do talude consolidado a jusante do aterro. ........................... 51
Figura 3. 4 - Seção principal de instrumentação contendo dois inclinômetros e três piezômetros do tipo sifão. ..................................................................................... 53
Figura 3. 5 - Seção secundária de instrumentação. ........................................... 53
xiv
Figura 3. 6 - Vista superior do piezômetro sifão. .............................................. 55
Figura 3. 7 - Piezômetro sifão (dimensões em cm). .......................................... 56
Figura 3. 8 - Perfuração sendo executada para instalação de piezômetro sifão. . 57
Figura 3.9 - Tubo externo envolto por uma pasta impermeável de bentonita. ... 58
Figura 3. 10 – (a) Ranhuras ao longo da “câmara de pressão de gás” (tubo externo 50mm); (b)Proteção da parte ranhurada da “câmara de pressão de gás” (tubo externo de 50mm). ...................................................................................................... 58
Figura 3. 11 - Furos na base da “câmara piezométrica” (tubo interno de 25mm). ................................................................................................................................... 59
Figura 3. 12 - Conexões do piezômetro sifão. .................................................. 60
Figura 3. 13 - Manômetro para leitura de pressão de gás. ................................. 60
Figura 3. 14 - Leituras do nível piezométrico. .................................................. 61
Figura 3. 15 - Leituras de gás. .......................................................................... 62
Figura 3. 16 - Inclinômetro: torpedo, unidade de leitura automática, tubos de acesso PVC (GEO-RIO, 2000). ................................................................................... 62
Figura 3. 17 - Esquema de leituras do inclinômetro (adaptado de GEO-RIO, 2000). ......................................................................................................................... 63
Figura 3. 18 - Rebites nas emendas do tubo. .................................................... 64
Figura 3. 19 - Vedação das emendas do tubo.................................................... 65
Figura 3. 20 - Fases de instalação do tubo de acesso (adaptado de GEO-RIO, 2000). ......................................................................................................................... 66
Figura 3. 21 – Foto e medidas do torpedo do inclinômetro (dimensões em cm).67
Figura 3. 22 - (a) Unidade leitora Geokon GK603 e (b) unidade leitora Encardio Rite EDI-53. ............................................................................................................... 68
Figura 3. 23 - Vista interna dos deslocamentos dentro do tubo com o torpedo de inclinômetro (UFBA, acesso em janeiro de 2011). ...................................................... 70
Figura 3. 24 - Cálculo dos deslocamentos com o inclinômetro (GEO-RIO, 2000). ................................................................................................................................... 70
xv
Figura 3. 25 - Resultados típicos de leituras e deslocamentos com o inclinômetro (GEO-RIO, 2000). ...................................................................................................... 71
Figura 3. 26 - Exemplo de gráfico típico de apresentação de resultados e informações para o eixo A de deslocamento, apresentando a variação de leituras e o deslocamento acumulado (ORTIGÃO, 1999). ............................................................. 72
Figura 3. 27 - Leituras dos deslocamentos sendo realizadas pelo autor desta dissertação. ................................................................................................................. 73
Figura 3. 28 – Detalhes do marco superficial usado.......................................... 74
Figura 3. 29 - Marco superficial 1 – MS-01 ..................................................... 75
Figura 3. 30 - Foto do pluviômetro utilizado nas leituras pluviométricas. ......... 76
Figura 3. 31 - Foto do pluviômetro ville de Paris instalado próximo ao aterro. . 77
Figura 4. 1 - Variações das cotas piezométricas para o período de acompanhamento do aterro. ........................................................................................ 86
Figura 4. 2 - Leituras da pressão de gás para o período analisado. .................... 87
Figura 4. 3 - Direção das ranhuras A e B dos tubos de inclinômetro do aterro de RSU estudado. ............................................................................................................ 88
Figura 4. 4 - Gráfico de leituras do IN01 na direção A e B. .............................. 89
Figura 4. 5 - Gráfico de leituras do IN02 na direção A e B. .............................. 90
Figura 4. 6 - Gráfico de leituras do IN03 na direção A e B. .............................. 91
Figura 4. 7 - Gráfico de leituras do IN04 na direção A e B. .............................. 92
Figura 4. 8 - Precipitação registrada durante o monitorado no aterro. ............... 93
Figura 4. 9- Representação do cálculo do ru. .................................................... 94
Figura 4. 10 - Seção principal de instrumentação analisada, segundo estudos anteriores, utilizando um ru de 0,4 com Método de Bishop Simplificado no software GEOSLOPE 2004. ...................................................................................................... 95
Figura 4. 11 - Análise de estabilidade da seção principal de instrumentação para topografia do mês de dezembro de 2009, utilizando ru medido em campo, indicado pelo PZ03 de 0,42. .............................................................................................................. 97
xvi
Figura 4. 12 - Análise de estabilidade da seção principal de instrumentação para topografia final prevista para o encerramento, utilizando com ru medido em campo, indicado pelo PZ03 de 0,42. ........................................................................................ 97
Figura 4. 13 - Análise de estabilidade da seção secundária de instrumentação para topografia do mês de dezembro de 2009, utilizando ru medido em campo indicado pelo PZ05 de 0,55. ...................................................................................................... 98
Figura 4. 14 - Análise de estabilidade da seção secundária de instrumentação para topografia final prevista para o encerramento, utilizando ru medido em campo, indicado pelo PZ05 de 0,55. ........................................................................................ 98
Figura 4. 15 - Gráfico das variações das cotas piezométricas para o mês de dezembro de 2009. .................................................................................................... 100
Figura 4. 16 - Leituras da pressão de gás para o mês de dezembro de 2009. ... 101
Figura 4. 17 - Gráfico de leituras do IN01 ...................................................... 102
Figura 4. 18 - Gráfico de leituras do IN02. ..................................................... 102
Figura 4. 19 - Gráfico de leituras do IN03. ..................................................... 103
Figura 4. 20 - Gráfico de leituras do IN04. .................................................... 103
Figura 4. 21 - Índices de precipitação registrados no mês de dezembro de 2009. ................................................................................................................................. 104
Figura 4. 22 - Localização da ruptura interna e localização aproximada da trinca. ................................................................................................................................. 105
Figura 4. 23 - Seção topográfica de dezembro de 2009 (em vermelho), seção topográfica prevista para o encerramento e instrumentação instalada na seção principal do aterro.................................................................................................................... 105
Figura 4. 24 - Seção topográfica de dezembro de 2009 (em vermelho), seção topográfica prevista para o encerramento e instrumentação instalada na seção secundária de instrumentação do aterro....................................................................................... 106
Figura 4. 25 - Ruptura ocorrida no final do ano de 2009 (em vermelho). ........ 107
Figura 4. 26 - Ruptura ocorrida e “lixo” obstruindo a pista de acesso (em vermelho).................................................................................................................. 107
Figura 4. 27 - Foto da trinca no platô do aterro............................................... 110
Figura 4. 28 - Foto da mesma trinca. .............................................................. 110
xvii
Figura 4. 29 - Retro-análise da ruptura localizada próximo a seção secundária de instrumentação, considerando ru=0,7 em todo o RSU. ............................................... 112
Figura 4. 30 - Análise de estabilidade da seção principal de instrumentação para topografia de dezembro de 2009. ............................................................................... 113
Figura 4. 31 - Análise de estabilidade da seção principal de instrumentação para topografia de topografia prevista para o encerramento. .............................................. 113
Figura 4. 32 - Análise de estabilidade da seção secundária de instrumentação para topografia de dezembro de 2009. ....................................................................... 114
Figura 4. 33 - Análise de estabilidade da seção secundária de instrumentação para topografia de prevista para o encerramento. ....................................................... 114
Figura 4. 34 - ru crítico para seção principal de instrumentação - análise de estabilidade com a topografia do mês de dezembro de 2009. ..................................... 116
Figura 4. 35 - ru crítico para seção principal de instrumentação - análise de estabilidade com o “as built” com as cotas previstas no encerramento do aterro. ....... 117
Figura 4. 36 - ru crítico para seção secundária de instrumentação - análise de estabilidade com a topografia do mês de dezembro de 2009. ..................................... 118
Figura 4. 37 - ru crítico para seção secundária de instrumentação - análise de estabilidade com o “as built” com as cotas previstas no encerramento do aterro. ....... 119
Figura 4. 38 - Variações das cotas piezométricas para o mês de abril de 2010. 120
Figura 4. 39 - Leituras das pressões de gás para o mês de abril de 2010. ........ 121
Figura 4. 40 – Deslocamentos acumulados do IN01 na direção A e B. ........... 122
Figura 4. 41 - Deslocamentos acumulados do IN02 na direção A e B. ............ 123
Figura 4. 42 - Deslocamentos acumulados do IN03 na direção A e B. ............ 124
Figura 4. 43 - Deslocamentos acumulados do IN04 na direção A e B. ............ 125
Figura 4. 44 - Precipitação registrados no mês de abril de 2010 no aterro estudado. ................................................................................................................... 126
Figura 4. 45 - Ruptura próxima ao PZ01. ....................................................... 127
Figura 4. 46 - Detalhe da quebra do tubo de piezômetro PZ01. ...................... 127
Figura 4. 47 - Execução de uma cava na tentativa de recuperação do PZ02. ... 128
xviii
Figura 4. 48 - Seção principal de instrumentação, com sérios problemas de drenagem (Foto tirada no dia 10 de abril de 2010). .................................................... 129
Figura 4. 49 - Seção principal de instrumentação do aterro com sérios problemas de drenagem, com acúmulo de chorume nas bermas (Foto tirada no dia 26 de abril de 2010). ....................................................................................................................... 129
Figura 4. 50 - Seção principal de instrumentação do aterro (cotas de dezembro de 2009, janeiro, fevereiro e março de 2010 em verde, vermelho, magenta e azul, respectivamente). ...................................................................................................... 130
Figura 4. 51 - Seção secundária de instrumentação do aterro (cotas de dezembro de 2009, janeiro, fevereiro e março de 2010 em verde, vermelho, magenta e azul, respectivamente). ...................................................................................................... 130
Figura 4. 52 - Provável superfície de ruptura local do talude da seção principal de instrumentação do aterro....................................................................................... 132
Figura 4. 53 - Análise de estabilidade da seção principal, com a topografia de março e ru indicado pelo PZ03 de 0,56 para o mês de abril de 2010, FS resultante de 1,37 global e 1,04 estabilidade local no talude de 15m. ............................................. 133
Figura 4. 54 - Análise de estabilidade da seção secundária, com a topografia de março e ru indicado pelo PZ05 de 0,64 para o mês de fevereiro de 2010, FS resultante de 1,44 para ruptura global e 1,09 para talude inferior junto a estrada de acesso. ....... 133
Figura 4. 55 - Geração da malha de elementos finitos. ................................... 136
Figura 4. 56 - Configuração inicial do aterro (sem lixo “fresco”). .................. 137
Figura 4. 57 - Tela da configuração do problema e distribuição do tempo de construção de cada célula. ......................................................................................... 138
Figura 4. 58 - Malha deformada, apresentando um deslocamento total de 2,75m. ................................................................................................................................. 139
Figura 4. 59 - Pontos mais críticos em vermelho, próximo ao platô do aterro e aos piezômetros PZ01 e PZ02 rompidos no mês de abril de 2010. ............................. 140
Figura 4. 60 - Deslocamentos horizontais críticos estimados, próximos aos antigos PZ01 e PZ02 atingindo até 1,40m de deslocamento horizontal. ..................... 141
Figura 4. 61 - Seção transversal próximo ao inclinômetro IN01 alcançando a marca de 0,66m de deslocamento horizontal. ............................................................ 142
Figura 4. 62 - Malha deformada, apresentando um deslocamento total de 0,30m ................................................................................................................................. 143
xix
Figura 4. 63 - Deslocamentos horizontais críticos estimados, próximos aos antigos PZ01 e PZ02 atingindo 0,086m de deslocamento horizontal. ......................... 144
Figura 4. 64 - Seção transversal próximo ao inclinômetro IN01 alcançando a marca de 0,086m de deslocamento horizontal............................................................ 144
xx
LISTA DE TABELAS
Tabela 2. 1 - Comparação entre renda per capita e percentual dos diversos componentes dos RSU do município do Rio de Janeiro (adaptado de COMLURB, 2005). ......................................................................................................................... 10
Tabela 2. 2 - Fatores que exercem forte influência sobre a composição dos resíduos (adaptado de XAVIER de BRITO, 1999). ..................................................... 11
Tabela 2. 3 - Gravimetria dos componentes de Resíduos Sólidos Urbanos. (adaptado de CALLE (2007). ...................................................................................... 14
Tabela 2. 4 - Massas específicas de alguns aterros de RSU não pré-tratados (adaptado de CALLE, 2007). ...................................................................................... 17
Tabela 2. 5 - Permeabilidade de Aterros Sanitários (adaptado de CALLE, 2007). ................................................................................................................................... 23
Tabela 2. 6 - Parâmetros de resistência ao cisalhamento de RSU – coesão aparente e ângulo de atrito (CALLE, 2007). ................................................................ 33
Tabela 2. 7 - Relação de catástrofes segundo KOERNER & SOONG (1999). .. 45
Tabela 3. 1 - Dados das instalações dos piezômetros sifão. .............................. 54
Tabela 3. 2 - Dados das instalações dos tubos de inclinômetros. ...................... 54
Tabela 3. 3 - Dados das instalações dos marcos superficiais. ............................ 54
Tabela 3. 4 - Características do torpedo Geokon Model 6000. .......................... 67
Tabela 3. 5 - Características do torpedo Torpedo EAN-25/2M. ........................ 68
Tabela 3. 6 - Características da unidade leitora GK603. ................................. 69
Tabela 3. 7 - Características da unidade leitora EDI-53 INS. ........................... 69
Tabela 3. 8 - Especificação técnica do pluviômetro digital instalado no aterro de RSU estudado. ............................................................................................................ 76
Tabela 3. 9 - Especificações técnicas do pluviômetro ville de Paris instalado no aterro. ......................................................................................................................... 77
Tabela 4. 1 - Valores de ru de campo para o mês de dezembro de 2009 ............ 95
Tabela 4. 2 - Parâmetros de resistência utilizados em estudos anteriores .......... 96
xxi
Tabela 4. 3 - Resumo das análises de estabilidade segundo parâmetros adotados segundo estudos anteriores .......................................................................................... 99
Tabela 4. 4 - Parâmetros de resistência utilizados nas análises de estabilidade deste estudo. ............................................................................................................. 111
Tabela 4. 5 - Resumo das análises de estabilidade segundo parâmetros adotados. ................................................................................................................................. 115
Tabela 4. 6 - Fatores de segurança mínimos admitidos (ABNT NBR 11682, 2006). ....................................................................................................................... 115
Tabela 4. 7 - Valores de ru de campo ............................................................. 131
Tabela 4. 8 - Resumo das análises de estabilidade. ......................................... 134
Tabela 4. 9 - Parâmetros adotados na analise de recalques por elementos finitos. ................................................................................................................................. 135
Tabela 4. 10 Parâmetros adotados na analise de deslocamentos por elementos finitos segundo valores típicos encontrados por CARVALHO (1999) ....................... 142
1
CAPÍTULO 1
1.1. INTRODUÇÃO
Segundo o IBGE (2010), a porcentagem de resíduos sólidos coletados nos domicílios
aumentou mais de 20% nos últimos 17 anos. Porém, no ano de 2000 ainda estimava-se que
em 64% dos municípios brasileiros, todo o lixo produzido era disposto em terrenos que não
passam por nenhum tipo de controle, ou seja, em lixões. Em contrapartida, após 19 anos da
criação do projeto-lei, a câmara dos deputados aprovou em 2010 a Política Nacional de
Resíduos Sólidos (PNRS) que obriga aos municípios planejar e executar a disposição final
ambientalmente adequada dos rejeitos gerados.
A falta de planejamento e investimentos em saneamento nos últimos 30 anos no Brasil
fez com que grande maioria dos resíduos sólidos acabasse indo diretamente para lixões. Na
última década, muitos municípios vieram a adequar os antigos lixões, a condição de aterros
controlados, como é o caso do aterro estudado. A solução de adequar antigos lixões a
condição de aterros controlados não resolve o problema da disposição final dos resíduos,
porém adéqua a melhores condições o local de despejo dos rejeitos.
Os resíduos sólidos urbanos (RSU) dispostos a céu aberto (lixões) representam um
passivo ambiental que pode custar muito caro para as futuras gerações. Os aterros urbanos
dispostos segundo critérios geotécnicos, em países em desenvolvimento como o Brasil, ainda
são as formas mais utilizadas para disposição de rejeitos. Tal condição é extremamente
agressiva e criticada do ponto de vista ambiental, trazendo conseqüências muitas vezes
irreversíveis ao meio ambiente e comunidades próximas aos locais dos aterros de resíduos.
A concentração da população em torno dos centros urbanos faz com que a disposição
final dos resíduos sólidos urbanos se torne um problema de difícil solução. A crescente
demanda de bens de consumo tem refletido exponencialmente na geração de resíduos sólidos
mundialmente. A evolução tecnológica dos materiais e insumos com o desenvolvimento de
embalagens sofisticadas, tem se refletido diretamente no aumento da geração de resíduos
sólidos no mundo inteiro.
As grandes metrópoles são as que mais sofrem para adequar áreas para disposição dos
resíduos, o que exige a otimização da capacidade dos atuais aterros sanitários ou aterros
controlados, exigindo alturas cada vez maiores. Com o aumento da geração de resíduos pelo
consumo humano, aumentam-se as cargas e volumes diários que chegam até os aterros. Como
2
conseqüência, muitos locais tem exigido o monitoramento constante, por sempre estarem no
limite de suas capacidades de operação. A partir deste ponto, o problema dos aterros de RSU
deixou de ser um problema sanitário para se tornar um problema geotécnico. As sobrecargas
excessivas podem ocasionar processos de instabilização, oferecendo riscos aos operários,
catadores, construções irregulares no seu entorno, causando prejuízos sócio-econômicos e
ambientais, além de oferecer riscos de vida à população local.
1.2. OBJETIVO
Esta dissertação tem por objetivo principal obter parâmetros de resistência (c – coesão
aparente1 e φ’ – ângulo de atrito efetivo) de um aterro de RSU, através de retro-análises de
rupturas ocorridas em um aterro de resíduos sólidos monitorado, ajustando os parâmetros
adotados nas análises de estabilidade de acordo com as leituras da instrumentação instalada no
aterro.
Têm-se por objetivos específicos:
1. Descrever as observações feitas nas diversas vistorias de campo, verificando
algumas condições que antecederam as rupturas ocorridas no aterro durante períodos
chuvosos, como a presença de trincas, problemas de drenagem pluvial, aumento das pressões
de gases, entre outros fatores que antecederam as instabilidades.
2. Descrever a instalação e as leituras da instrumentação geotécnica localizada
diretamente no maciço de RSU, como: piezômetros do tipo sifão (também conhecidos como
piezômetros vector), inclinômetros, marcos superficiais e pluviômetros.
3. Análise paramétrica dos RSU, utilizando o Método dos Elementos Finitos (MEF),
estudando e comparando os deslocamentos verticais (recalques) e horizontais, tendo como
base os parâmetros encontrados na literatura sobre o assunto.
1.3. METODOLOGIA ADOTADA E ORGANIZAÇÃO
Este estudo compreende um monitoramento geotécnico de 10 meses de um aterro de
resíduos sólidos.
1 No caso de resíduos sólidos há uma elevada resistência a tração que pode ser considerada como coesão
aparente no modelo Mohr-Coulomb.
3
1.3.1. METODOLOGIA
A primeira etapa metodológica deste trabalho tratou da busca de artigos e teses para
contemplação da revisão bibliográfica sobre o assunto, principalmente no que diz respeito a
comportamento mecânico de aterros de RSU.
A segunda etapa da metodologia foi a que tratou do acesso aos dados para esta
pesquisa. Tal liberação de dados só foi possível com a assinatura de um termo de
compromisso de sigilosidade, onde ficou exposto que, em nenhum momento se deixaria claro
o local da pesquisa nem as empresas envolvidas no monitoramento e nem os projetistas que
realizaram o estudo de adequação ambiental do antigo lixão, onde apenas cita-se o termo
“estudos anteriores” quando se refere ao projeto de encerramento do aterro. Devido a este
fato, alguns detalhes do monitoramento não puderam ser divulgados.
Em paralelo com as duas primeiras etapas da metodologia, optou-se em descrever o
procedimento básico da instalação da instrumentação geotécnica em RSU, onde o autor desta
dissertação acompanhou de perto os detalhes técnicos envolvidos para a instalação de 5
piezômetros sifão, 4 tubos de inclinômetro, 5 marcos superficiais e dois pluviômetros. Ficou
clara a dificuldade na perfuração dos RSU, sendo a duração desta etapa de 5 meses.
Após o acompanhamento da instalação da instrumentação, várias leituras foram
realizadas, sendo no mínimo realizada uma vistoria mensal no aterro com finalidade de
observar sinais de instabilidade, como trincas e problemas de erosão. As demais leituras eram
realizadas por técnico em instrumentação geotécnica que acompanhou diariamente as leituras
da instrumentação instalada do aterro. Em seguida, a partir das leituras de instrumentação,
fazia-se sua interpretação. Inicialmente, houve maior dificuldade na interpretação das leituras
de inclinômetro, que eram realizadas com o auxílio de planilhas Excel® e após utilizando o
software Gtilt®. Para auxiliar nas interpretações de pequenos deslocamentos horizontais,
utilizou-se o artifício do uso de um “cone de acurácia”, onde este representaria duas linhas
cônicas acompanhando os dados das leituras sendo que o cone representa a acurácia associada
ao sistema torpedo em conjunto com a unidade leitora. Tal “cone de acurácia” foi útil na
identificação de pequenas tendências de movimentação horizontal no maciço.
O acompanhamento de algumas rupturas nos taludes do aterro de resíduos permitiu a
retro-análise de três casos de rupturas utilizando o software SLIDE 5.0®, ocorridos em
diferentes épocas. Buscou-se estudar os deslocamentos no aterro após verificar que algumas
leituras de instrumentação pareciam tendenciosas em certas profundidades. Por fim, utilizou-
se o Método dos Elementos Finitos (software Plaxis 9.0®), comparando parâmetros e
4
deslocamentos verticais (recalques) e deslocamentos horizontais com os deslocamentos
horizontais medidos com o auxílio dos inclinômetros instalados no maciço. A instalação
tardia dos marcos superficiais no aterro fez com que se tivesse um período muito curto de
leituras para identificar um modelo de comportamento de recalques de RSU, sendo que nas
recomendações finais deste trabalho sugere-se que o modelo adotado seja verificado e
adequado conforme se tenha maior volume de leituras destes deslocamentos verticais.
1.3.2. ORGANIZAÇÃO DA DISSERTAÇÃO
Esta dissertação é dividida em 5 capítulos, sendo este primeiro capítulo de introdução
com os principais objetivos da dissertação, além de uma breve descrição da metodologia
adotada.
O Capítulo 2 apresenta aspectos gerais de resíduos sólidos, apresentando
características físicas, químicas e biológicas, com enfoque em resistência ao cisalhamento e
compressibilidade dos RSU. São descritos os principais parâmetros encontrados na literatura e
dificuldades na obtenção destes, através de ensaios in situ e de laboratório, retro-análises de
estabilidade. Também são descritas as teorias de análise de estabilidade utilizando a Teoria do
Equilíbrio Limite e recalques utilizando Método dos Elementos Finitos. Ainda, o capítulo
relata diversas catástrofes e os diferentes tipos de rupturas em aterros de RSU.
O Capítulo 3 apresenta a instrumentação instalada no aterro de RSU estudado e as
respectivas seções de instrumentação, nomeadas de seção principal e seção secundária de
instrumentação. O Capítulo ainda detalha os tipos de instrumentos instalados no aterro e
funcionamento, como o piezômetro do tipo sifão específico para aterros de RSU. Detalhes e
observações durante a instalação da instrumentação são descritos.
No Capítulo 4 são apresentadas as leituras observadas no período de 10 meses de
monitoramento, incluindo duas fases críticas de estabilidade, dezembro de 2009 e abril de
2010 onde se registrou mais de 270 mm de chuva em menos de 12h no local. Retro-análises
de estabilidade foram realizadas através da adoção de parâmetros da literatura, ajustadas ao
modelo de ruptura comparando as análises com dados da instrumentação. Ainda neste mesmo
capítulo, apresenta-se uma análise paramétrica utilizando o Método dos Elementos Finitos,
visando estimar os deslocamentos verticais e horizontais esperados para o aterro e comparar a
influência de cada parâmetro nas análises.
Finalmente, o Capítulo 5 aborda as conclusões finais deste trabalho e recomendações
para futuros trabalhos envolvendo este aterro ou outros aterros de RSU.
5
CAPÍTULO 2
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Este capítulo é destinado ao estudo e revisão das propriedades mecânicas dos resíduos
sólidos. Uma breve revisão sobre resíduos sólidos, suas propriedades físicas, químicas e
biológicas, envolvendo temperatura, umidade, resistência ao cisalhamento, compressibilidade,
monitoramento de aterros de RSU, casos de ruptura, entre outros. Ainda são apresentados o
Método do Equilíbrio Limite e Método dos Elementos Finitos utilizados para as análises de
estabilidade e previsão de deslocamentos, respectivamente.
2.1. RESÍDUOS SÓLIDOS
A Associação Brasileira de Normas Técnicas – ABNT NBR 10.004 (2004) – define o
lixo como os "restos das atividades humanas, considerados pelos geradores como inúteis,
indesejáveis ou descartáveis, podendo-se apresentar no estado sólido, semi-sólido ou líquido,
desde que não seja passível de tratamento convencional".
Porém, aquilo que já não apresenta nenhuma serventia para quem o descarta, para
outro pode se tornar matéria-prima para um novo produto ou processo (IBAM, 2001). Neste
caso, segundo a própria norma NBR 10.004 (2004), o conceito de lixo acaba não englobando
materiais que possam ser reciclados ou usados ou manufaturados por terceiros. Ou seja, o
termo resíduo sólido designa com maior abrangência o significado da palavra “lixo”.
Os resíduos sólidos urbanos são aqueles gerados pela comunidade, com exceção de
resíduos industriais, de mineração e agrícolas. Incluem os resíduos de origem doméstica e
resíduos procedentes de: comércio, escritórios, serviços, limpeza de vias públicas, mercados,
feiras e festejos bem como móveis, materiais e eletrodomésticos inutilizados. Esses resíduos
se constituem numa mistura heterogênea de materiais sólidos que podem ser parcialmente
reciclados e reutilizados, vêm se constituindo em um dos maiores problemas da sociedade
moderna.
2.2. CARACTERÍSTICAS DOS RSU E DE ATERROS DE RSU
Segundo o IBAM (2001), a geração de resíduos sólidos domiciliares no Brasil é de
cerca de 0,6kg/hab./dia e mais 0,3kg/hab./dia de resíduos de varrição, limpeza de logradouros
e entulhos. Algumas cidades, especialmente nas regiões Sul e Sudeste, como São Paulo, Rio
de Janeiro e Curitiba, alcançam índices de produção mais elevados, podendo chegar a
6
1,3kg/hab./dia, considerando todos os resíduos manipulados pelos serviços de limpeza urbana
(domiciliares, comerciais, de limpeza de logradouros, de serviços de saúde e entulhos).
O problema da disposição final dos RSU assume hoje uma magnitude alarmante.
Considerando apenas os resíduos urbanos e públicos, o que se percebe é uma ação
generalizada das administrações públicas locais ao longo dos anos em apenas afastar das
zonas urbanas o lixo coletado, depositando-o por vezes em locais absolutamente inadequados,
como encostas florestadas, manguezais, rios, baías e vales. (IBAM, 2001).
Decorre daí a necessidade de um melhor entendimento do comportamento a médio e
longo prazo destes maciços, assim como a resposta dos mesmos a distintas técnicas
construtivas e operacionais, as quais isoladamente ou em conjunto possam gerar um aumento
na vida útil e um melhor aproveitamento do espaço físico a eles destinados. Acrescente-se a
estes aspectos, a importância nos dias atuais para a recuperação e reaproveitamento de antigas
áreas de disposição, as quais demandam igualmente o conhecimento das condições
geomecânicas do maciço, assim como a previsão do seu comportamento futuro.
Os aterros podem se classificar de acordo com o tipo de disposição final utilizada,
como segue:
• Lixões - Forma irresponsável de jogar o lixo sobre um local qualquer sem
nenhum tipo de controle contra poluição ou contaminação;
• Aterros controlados – Conforme descrito anteriormente produz poluição
localizada, não possui impermeabilização da base e sem sistema de tratamento
de chorume e de dispersão dos gases;
• Aterros sanitários - Forma de disposição de RSU que obedece a critérios de
engenharia e normas operacionais específicas, permitindo o confinamento
teoricamente seguro em termos de controle de poluição ambiental e proteção à
saúde publica.
Nos lixões ou aterros controlados estão ausentes os critérios de engenharia de
disposição do resíduo e, por isso, são criticados pelo ponto de vista sanitário e ambiental.
Porém, as adequações a antigos lixões a condição de aterros controlados é realidade na grande
maioria dos municípios brasileiros.
Para projetar um aterro sanitário ou adequar um lixão a condição de aterro controlado,
a informação geotécnica é essencial. Para isso são necessários dados geológicos,
meteorológicas, hidrogeológicos e geotécnicos. Dados dos resíduos a serem dispostos são
7
também relevantes. Conhecimento de dados geotécnicos e dados sobre os resíduos são
necessários nas análises de estabilidade, de deformação e vida útil do aterro de RSU.
Se tratando de RSU, as propriedades mecânicas ainda são avaliadas empregando, para
esses materiais, os métodos convencionais de ensaios de campo e laboratório desenvolvidos
para solos. Cuidados devem ser tomados ao se estender para o RSU os conceitos e as teorias
clássicas da Mecânica dos Solos, pois existem significantes diferenças entre estes dois
materiais. O RSU de natureza altamente complexa e heterogênea apresenta elevados índices
de vazios e, portanto, uma grande compressibilidade. Apresenta partículas de natureza muito
diferente sendo que algumas delas são muito deformáveis e podem degradar, provocando o
fenômeno o adensamento do aterro.
A caracterização contínua dos resíduos sólidos é um dos passos mais importantes em
qualquer administração pública que queira buscar uma solução ambiental adequada
(MAHLER, 2010). A caracterização visa estudar muito além das suas características físicas,
mas sim entender todo o comportamento de uma sociedade no sentido de prever nos novos
projetos de aterro a evolução na produção de resíduos sólidos.
Basicamente, o RSU se trata de um material extremamente heterogêneo, que pode ser
distinguido por quatro fases compostas conforme apresentado na Figura 2. 1, são elas: ar,
lixiviado (composto por água drenável), água retida (matéria orgânica, contendo umidade do
RSU) e a matéria sólida contendo os resíduos inorgânicos.
Va
Vw-d
Vw-r
Vs
Vw
VOLUMES
Ma
Mw-d
Mw-r
Ms
Mw
MASSAS
Va
Vv
Vs
VT
MATERIA SÓLIDA (SECA)
ÁGUA RETIDA
ÁGUA DRENÁVEL
AR
Figura 2. 1 - As quadri-fases dos RSU (adaptado de BEAVEN et al., 2009).
8
Onde:
VT=Volume total;
VS=Volume de sólidos;
VV=Volume de vazios;
Va=Volume de ar;
Vw=Volume de água total;
Vw-d=Volume de água drenável;
Vw-r=Volume de água retida;
Ma=Massa de ar;
Mw-d=Massa de água drenável;
Mw-r=Massa de água retida;
MS=Massa de sólidos.
Já na Figura 2. 2, de MACHADO et al. (2009), é apresentada a relação da perda de
volume em função da biodegradação da parcela orgânica dos RSU.
ANTES DABIODEGRADAÇÃO
APÓSBIODEGRADAÇÃO
VOLUME
AR
ÁGUA
PASTASÓLIDA
(MATRIZ)
FIBRAS
ÁGUA
PASTASÓLIDA
(MATRIZ)
FIBRAS
AR
(1+α)∆Vs
∆Vs
Vsp+∆Vsp
Vsf
Vv+α∆Vs
Vs+∆Vs
Vp(1+α)∆Vs
V+(1+α)∆Vsa
Figura 2. 2 - Fases ilustrando o efeito da perda de massa dos RSU (adaptado de MACHADO
et al., 2009).
Onde:
9
∆Vs=parcela de volume do RSU que varia (matriz);
Vsp=Volume da pasta sólida (matriz) do RSU;
Vsf=Volume de fibras do RSU;
VV=Volume de vazios;
α=Taxa de compressão dos RSU a longo prazo
Va=Volume de ar;
Vw=Volume de água total;
Vp=relação entre o volume da pasta e volume total dos RSU.
Atualmente é de conhecimento que as características dos resíduos sólidos variam para
cada cidade, para cada bairro até, em função de diversos fatores, como o porte, a atividade
dominante (industrial, comercial e turística), os hábitos da população (principalmente quanto
à alimentação e forma de se vestir), ao clima e ao nível educacional (XAVIER DE BRITO,
1999).
KAIMOTO (2005) cita que até duas décadas atrás, o princípio de projetos de aterros
considerava somente os critérios sanitários. No Brasil era comum adotar os conceitos e os
parâmetros da Europa e dos EUA. No entanto, a adoção destes conduziu a situações críticas
de instabilidade nos aterros. Atualmente sabe-se que diversos fatores influenciam nas
características dos RSU, e devem ser estudados caso a caso, como em problemas de geotecnia
em geral. As características dos resíduos, do clima e da operação em aterros são
completamente diferentes de aterro para aterro, variando desde a renda da população local
supracitado e a sazonalidade de quando é realizada a amostragem para caracterização do
RSU.
A Tabela 2. 1 apresenta um exemplo de dados comparativos de renda per capita e tipo
de resíduo gerado para diferentes áreas de estudo do município do Rio de Janeiro, em
pesquisa realizada pela COMLURB (2005). Nota-se que, quando maior a renda per capita da
área, menor a quantidade de matéria orgânica que estes cidadãos geram. Cabe observar que a
implantação da coleta seletiva tende a aumentar a porcentagem de matéria orgânica.
10
Tabela 2. 1 - Comparação entre renda per capita e percentual dos diversos componentes dos
RSU do município do Rio de Janeiro (adaptado de COMLURB, 2005).
REGIÃO
CENTRO¹ ZONA
SUL² TIJUCA³
DEL
CASTILHO
PENHA/
GALEÃO PAVUNA
ZONA
OESTE4
CAMPO
GRANDE BANGÚ
SANTA
CRUZ
RENDA PER CAPTA MÉDIA
(R$) 465,61 1.394,60 1.095,21 353,76 399,41 349,12 809,80 313,38 269,30 212,21
PAPEL (%) 11,93 18,58 14,04 12,72 14,18 12,30 14,22 12,63 9,87 10,35
PLÁSTICO (%) 15,76 16,10 15,50 15,40 14,01 15,20 16,56 14,91 14,97 14,07
VIDRO (%) 3,88 3,98 3,87 3,83 2,69 2,26 4,36 2,84 2,09 1,93
MATÉRIA ORGÂNICA
PUTRECÍVEIS
(%)
62,77 52,18 59,66 61,13 61,74 63,82 57,09 62,47 66,14 67,21
METAL (%) 1,88 1,79 1,59 1,76 1,60 1,62 1,71 1,63 1,37 1,31
INERTE (%) 0,47 1,33 0,49 0,45 0,96 0,94 1,46 0,64 0,79 0,09
OUTROS (%) 3,30 6,04 4,85 4,73 4,82 3,85 4,59 4,88 4,77 5,03
TOTAL GERAL (%)
100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00
TEOR DE UMIDADE (%)
50,11 47,73 51,93 56,47 46,49 57,05 49,20 45,74 50,28 44,63
PESO ESPECÍFICO
(kg/m³) 146,55 137,44 148,17 149,63 146,63 162,92 130,52 149,18 157,47 159,02
PESO DA
AMOSTRA (kg) 1.476,12 2.247,87 1.421,65 1.665,95 2.035,00 3.316,72 2.031,80 1.819,65 1.175,50 950,85
1 Início da implantação da Coleta seletiva em Novembro de 2003
2 Início da implantação da Coleta seletiva em Fevereiro de 2002
3 Início da implantação da Coleta seletiva em Maio de 2003
4 Início da implantação da Coleta seletiva em Maio de 2003
A composição gravimétrica do RSU espelha o nível de renda da população, e é de se
esperar que regiões mais ricas gerem um menor percentual em massa de material orgânico,
haja visto que é grande o consumo de alimentos semi-prontos e processados. Por sua vez, é
maior a geração de resíduos de papel, próprios de uma população intelectualmente
diferenciada. Sobre as variações sazonais da produção de RSU, sabe-se que em épocas de
chuvas fortes o teor de umidade no lixo tende a crescer, que em épocas festivas há um
aumento do percentual de latinhas, ou ainda que no outono cresce o número de folhas a serem
recolhidas. Ou seja, há diversos fatores que influenciam no tipo e produção dos RSU.
XAVIER DE BRITO (1999) resumiu os principais fatores que exercem forte
influência sobre as características dos resíduos, que estão listados na Tabela 2. 2 a seguir.
11
Tabela 2. 2 - Fatores que exercem forte influência sobre a composição dos resíduos (adaptado
de XAVIER de BRITO, 1999).
FATORES
INFLUÊNCIA
1 - Climáticos
• Chuvas Aumento do teor de umidade
• Outono Aumento do teor de folhas
• Verão Aumento do teor de embalagens de bebidas (latas, vidros e plásticos rígidos)
2 - Épocas Especiais
• Carnaval Aumento do teor de embalagens de bebidas (latas, vidros e plásticos rígidos)
• Natal / Ano Novo / Páscoa Aumento de embalagens (papel/papelão e plásticos maleáveis e metais) Aumento de matéria orgânica
• Dia das Mães Aumento de embalagens (papel/papelão e plásticos maleáveis e metais)
• Férias Escolares Migração temporária da população em regiões não turísticas Aumento populacional em locais turísticos
3 - Demográficos
• População urbana Quanto maior a população urbana, maior a geração per capita
4 - Sócio-Econômicos
• Nível Cultural Quanto maior o nível cultural, maior a incidência de materiais recicláveis e menor a incidência de matéria orgânica
• Nível Educacional Quanto maior o nível educacional, menor a incidência de matéria orgânica
• Poder Aquisitivo Quanto maior o poder aquisitivo, maior a incidência de materiais recicláveis e menor a incidência de matéria orgânica
• Poder Aquisitivo (no mês) Maior consumo de supérfluos perto do recebimento do salário (fim e início do mês)
• Poder Aquisitivo (na semana) Maior consumo de supérfluos no fim de semana
• Lançamento de Novos Produtos Aumento de embalagens
• Promoções de Lojas Comerciais Aumento de embalagens
• Campanhas Ambientais Redução de materiais não biodegradáveis e aumento de materiais biodegradáveis
As características dos resíduos podem ser reunidas em três grupos, a saber:
características físicas, químicas e biológicas. Destes três grupos, aquele que mais interfere no
dimensionamento do Sistema de Coleta e da disposição, considerando eventualmente a
existência de um programa de coleta seletiva e reciclagem, é o das características físicas, por
influenciar visceralmente todos os aspectos da gestão dos resíduos sólidos (XAVIER DE
BRITO, 1999).
CARVALHO (1999) diz que as principais propriedades mecânicas dos RSU
(resistência ao cisalhamento e compressibilidade) são fortemente influenciadas pela
composição e estado de alteração do resíduo bem como pelo comportamento mecânico de
12
cada material que o compõe. As informações sobre essas propriedades do RSU são escassas e,
em alguns casos, os dados publicados são contraditórios.
O aterro de RSU é um ecossistema complexo, no qual processos físicos, químicos e
biológicos promovem a degradação da matéria orgânica com geração de efluentes líquidos e
gasosos, modificando a pressão no interior da massa de resíduos. (ALCANTARA, 2007).
Logo, a quantificação das propriedades mecânicas desses materiais é uma tarefa difícil dada a
influência da composição heterogênea do RSU, a presença de componentes com diferentes
formas e dimensões o que dificulta, sobremaneira, a obtenção de amostras de boa qualidade, a
definição do tamanho das amostras e os tipos de ensaios mais adequados para serem
utilizados.
Nos itens a seguir serão relacionadas as principais propriedades e características dos
RSU, porém, fica clara a grande disparidade entre os dados, o que só confirma que ao tratar
de resíduos sólidos, tratamos de material de extrema heterogeneidade e complexidade.
2.2.1. GRAVIMETRIA DOS RSU
Os resíduos domiciliares brasileiros têm se apresentado com taxas de matéria orgânica
da ordem de 50 a 60%, típicas de países em desenvolvimento, e maiores que os encontrados
em países desenvolvidos. A Figura 2.3 apresenta um gráfico comparativo entre renda per
capita e porcentagem de matéria orgânica gerada segundo os dados da Tabela 2.1 para o
município do Rio de Janeiro/RJ.
13
Figura 2. 3 - Comparação entre renda per capita e matéria orgânica dos RSU no município do
Rio de Janeiro/RJ.
Este teor orgânico elevado propicia, entre outros fatores, um elevado teor de umidade.
O conteúdo orgânico controla o processo bioquímico, especialmente a geração de gases e
lixiviados. O conteúdo orgânico também afeta os parâmetros de resistência e a
deformabilidade dos resíduos.
A Tabela 2. 3 (CALLE, 2007), apresenta as gravimetrias dos componentes de diversos
aterros sanitários do mundo (Bangkok, Pequin, Nairobi, Hong-Kong, New York, Istambul,
Atenas, Cochabamba e Wollongong, Kuwait, Belo Horizonte, Doña Juana, Brasilia,
Bandeirantes, Muribeca, Olinda e Salvador, Califórnia e Spruitville).
14
Tabela 2. 3 - Gravimetria dos componentes de Resíduos Sólidos Urbanos. (adaptado de
CALLE (2007).
RSU 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
MATÉRIA ORGÂNICA 67 55 60 51 60 50 49 71 50 26 32 44 45 74 15 20 58 59 61
PAPEL 10 2 15 24 10.5 13.6 26 2 20.6 43 37 25 5 12 3 22 16 19 10
VIDRO 3 2 2 3 2 4.2 - 1 3.3 6.1 4 1 1 4 10 6 2 2 1
METAL 3 5 2 2 2.4 3.35 3 1 2.6 7.6 6 1 1 3 3 5 3 4 2
PLÁSTICO 11 17 8 12 15 - 15 3 12.6 12 17 - 1 5 - - 20 7 3
OUTROS 6 - 13 8 10.1 - 7 21 6.1 3.3 6 19 46 2 22 46 1 5 14
PEDRA+SOLO - 10 - - - 1.99 - - - - - - - - - - - - -
MADEIRA+BORRACHA+COURO - 6 - - - 23.7 - 1 - - - 7 1 - 7 3 - 4 6
TÊXTIL - 3 - - - 3.56 - - 4.8 1.9 - 3 - - 10 - - - 3
1. Brasil - Aterro de Belo Horizonte/MG 7. Brasil - Aterro de Brasília/DF 13. China - Aterro de Pekin
2. Brasil - Aterro bandeirantes/SP 8. Bolívia - Aterro de Cochabamba 14. Kenia - Aterro de Nairobi
3. Brasil - Aterro de Muribéca/PE 9. Kuwait - Aterro da Cidade do Kuwait 15. Hong Kong - Aterro de Hong Kong
4. Brasil - Aterro de Olinda/PE 10. USA - Aterro na Califórnia 16. USA - Aterro de New York
5. Brasil - Aterro de Salvador/BA 11. África do Sul - Aterro de Spruntville 17. Austrália - Aterro de Wollogong
6. Colombia - Aterro de Doña Juana 12. Tailândia - Aterro de Bangkok 18. Grécia - Aterro de Atenas
19 . Turquia - Aterro de Istambul
REGIÃO
Como já foi descrito anteriormente, observa-se que o percentual de matéria orgânica
para países em desenvolvimento é mais elevado do que para países desenvolvidos. Assim,
essa característica deve ser levada em consideração no momento da escolha do método de
tratamento e disposição dos RSU (BORGATTO, 2006).
A partir do início da disposição dos RSU no aterro, há predomínio de componentes
sólidos, e o processo de degradação biológica transforma a matéria orgânica sólida inicial
numa considerável quantidade de gases e líquidos. Estas alterações são dependentes do teor
de umidade, conteúdo orgânico e das condições climáticas locais, mais especialmente da
temperatura.
2.2.2. GRANULOMETRIA DOS RSU
A análise da distribuição do tamanho das partículas dos RSU é realizada utilizando-se
as mesmas análises granulométricas utilizadas na Mecânica dos Solos. A Figura 2. 4 apresenta
curvas granulométricas de RSU com idade variando entre 8 meses a 15 anos.
15
Figura 2. 4 - Distribuição Granulométrica do lixo para diferentes idades (JESSBERGER,
1994 apud DE LAMARE NETO, 2004).
Nota-se que o percentual de materiais com granulação mais fina tende a aumentar com a
idade do RSU, o que era esperado devido à biodegradação da parcela orgânica dos rejeitos. Este
fato comprovado por (CARVALHO, 1999) conforme a Figura 2.5, que apresenta as curvas
granulométricas estudado pelo autor do RSU do Aterro Bandeirantes com aproximadamente
15 anos, onde observa-se que o resíduo é composto por partículas mais finas que as
apresentadas pela faixa sugerida por JESSBERGER (1994) apud DE LAMARE NETO
(2004), para resíduos sólidos da Alemanha.
16
Figura 2. 5 - Distribuição granulométrica de RSU brasileiros por CARVALHO (1999) e faixa
granulométrica sugerida por JESSBERGER (1994).
2.2.3. PESO ESPECÍFICO
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.
Quanto maior a percentagem de matéria orgânica na massa de lixo, maior o seu peso
específico, fato comprovado por de DE LAMARE NETO (2004), que ao analisar a
composição gravimétrica do resíduo sólido proveniente de várias regiões da cidade do Rio de
Janeiro, constatou que para regiões mais pobres os resíduos apresentavam maior peso
específico que o gerado nas porções mais nobres da cidade. Como já visto anteriormente, o
desenvolvimento econômico implica em maior consumo de alimentos processados e semi-
prontos, descartáveis, embalagens, etc., o que diminui o percentual de material de origem
orgânica no lixo gerado.
SILVEIRA (2004) determinou pelo método da cava as massas específicas de
Paracambi/RJ, Santo André/SP, Gramacho/RJ e Nova Iguaçu/RJ. Descreveu os
procedimentos usados nos ensaios in situ e as dificuldades encontradas na realização de tais
CARVALHO (1999)
17
ensaios. Com o uso do percâmetro2 CARVALHO (2002) fez alguns ensaios em paralelo a
SILVEIRA (2004) e observou-se uma boa concordância entre os resultados. CARVALHO
(2002 & 2006) descreve o procedimento (Percâmetro) para retirada de amostras indeformadas
de aterros, possibilitando a determinação de outras grandezas, como massa específica,
capacidade de campo, umidade e porosidade.
Na Tabela 2. 4 são apresentados alguns valores de pesos específicos de RSU. Há uma
grande variação dos resultados encontrados, provinda das diferenças de procedimento na
compactação, diferenças na composição dos resíduos, fruto das diferentes épocas dos estudos
e regiões.
Tabela 2. 4 - Massas específicas de alguns aterros de RSU não pré-tratados (adaptado de
CALLE, 2007).
Autor Peso Específico (kN/m³) Observações
Merz & Stone (1962) 2,2 a 2,7 Não compactado
Sowers (1968) 4,7 a 9,4 Compactado
Schomaker (1972) 2,9 a 8,8 Não compactado à bem compactado
Bromwell (1978) 3,1 a 9,3 Não compactado à bem compactado
Ham et al. (1986) 6,6 Compactado
Sargunan et al. (1986) 5,5 a 6,9 Pouco compactado
Landva & Clark (1986) 6,8 a 16,2 Compactado
Watts & Charles (1990) 5,9 Londres, resíduo in situ compacto
Oweis & Khera (1990) 6,3 a 9,4 Compactado
Sharma et al. (1990) 7,2 Sem relatos sobre compacidade
Galante et al. (1991) 9,9 a 10,9 Compactado
Richardson & Reynolds (1991) 15 Sem relatos sobre compacidade
3,0 a 9,0 Não compactado
5,0 a 8,0 Medianamente compacto
9,0 a 10,5 Compactado
Vam Impe (apud Manassero et al 1996) 5,0 a 10,0 Bélgica
Jessberger (1997) 3,0 a 17,0 -
Hendron et al. (1999) 9,1 Bogotá - Aterro de Doña Juana
Zomberg et al. (1999) 10,0 a 15,0 Sem relatos sobre compacidade
Kavazanjian (2001) 10,0 a 20,0 USA - Azusa (aumenta com a profundidade)
Gotteland et al. (2001) 10 França - Montech, Tarn
jasem (2002) 5,8 Kuwait, in situ
Carvalho (2002) 11,7 Brasil - Santo André/SP. Ensaio de campo - percâmetro
Silveira (2004) 14,8 a 12,2 Brasil - Paracambí/RJ. Ensaio de campo - cava e percâmetro
Silveira (2004) 18,2 Brasil - Gramacho/RJ. Ensaio de campo - cava
Silveira (2004) 9,15 Brasil - Nova Iguaçu/RJ. Ensaio de campo - cava
Fassett et al. (1994)
Conforme citado anteriormente, o grau de compactação do aterro exerce influência
relevante sobre a condição de peso específico do RSU. Tal afirmativa encontra grande
aceitação uma vez que o RSU é constituído de material com elevado índice de vazios e de alta
compressibilidade. Ao estudar os efeitos da compactação na compressibilidade do RSU do
2 Percâmetro: equipamento que mede peso específico, permeabilidade, a variação da vazão do percolado com o tempo e a capacidade de campo de uma amostra indeformada de resíduos sólidos.
18
aterro Bandeirantes, MARQUES (2001) verificou que o teor de umidade da massa de lixo,
assim como nos solos, é um fator relevante no processo de compactação dos aterros de RSU.
2.2.4. UMIDADE
O teor de umidade do RSU depende de vários fatores como sua composição
granulométrica inicial, composição gravimétrica, condições climáticas, procedimentos
operacionais, a taxa de decomposição biológica e a eficiência do sistema de drenagem de
chorume e gases.
A Figura 2. 6 apresenta resultados de JUCÁ et al. (1997) e compara dados
encontrados por GABR & VALERO (1995). JUCÁ et al. (1997) apresenta resultados de
umidade obtidos através de ensaios de SPT no aterro da Muribeca (PE) apresentando teores
de umidades em profundidade variando entre 20 a 50%.
Figura 2. 6 - Variação do Teor de Umidade dos RSU com a profundidade (adaptado de JUCÁ
et al, 1997).
Um aspecto importante a considerar sobre a influência do teor de umidade no
comportamento mecânico do maciço é a diminuição da coesão aparente do RSU conforme o
aumento do teor de umidade. Segundo GABR & VALERO (1995), conforme apresentado na
19
Figura 2. 7, para teores de umidade variando entre 55 e 70%, os valores da coesão aparente
podem sofrer reduções consideráveis passando de cerca de 100 kPa para 40 kPa.
Figura 2. 7 - Variação da coesão aparente com a umidade (adaptado de GABR & VALERO,
1995).
2.2.5. TEMPERATURA
A temperatura no interior de aterros de RSU constitui importante fator para a
deflagração e evolução dos processos de degradação dos resíduos sólidos urbanos.
COUMOULOS et al. (1995) apud CARVALHO (1999) realizaram uma série de
medidas de temperatura, em diferentes períodos do ano, no aterro Ano Liossia, na Grécia,
tendo obtido valores entre 40 e 60°C a pequenas profundidades e entre 5 a 15°C a grandes
profundidades, conforme apresenta a Figura 2. 8. Registre-se que estes valores não
apresentaram variações significativas, por conta de alterações na temperatura ambiente, nas
diferentes épocas dos levantamentos. A variação da temperatura de acordo com a
profundidade se dá principalmente devido a concentração de oxigênio próximo a superfície,
que acelera o processo de degradação liberando maior quantidade de energia na forma de
calor.
0
20
40
60
80
100
120
50 55 60 65 70 75
Inte
rcep
to C
oe
são
(kP
a)
Teor de umidade (%)
Ensaios Triaxiais
γseco=7,4 - 8,2kN/m³
20
Figura 2. 8 - Variação da temperatura do RSU com a profundidade, Aterro de Ano Liossia,
Atenas (Grécia), (adaptado de COUMOULOS et al., 1995 apud CARVALHO, 1999).
A Figura 2. 9 trata de um estudo realizado por HANSON et al. (2006) que apresenta
os limites inferiores e superiores para medições de temperatura e de metano em profundidades
em um aterro de RSU nos EUA. Segundo o estudo, a variabilidade de temperaturas e
concentrações de metano são maiores na superfície do que em grandes profundidades.
Figura 2. 9 Variações da temperatura com a profundidade comparando com as
concentrações de metano (HANSON et al., 2006).
0
5
10
15
20
25 30 35 40 45 50 55 60 65P
rofu
nd
idad
e (
m)
Temperatura (°C)
05.07.1990/30°C
05.09.1990/35°C
12.11.1990/11°C
27.03.1991/22°C
FURO 7
0
5
10
15
20
25
30
35
25 30 35 40 45 50 55 60 65
Pro
fun
did
ade
(m
)
Temperatura (°C)
05.07.1990/30°C
05.09.1990/35°C
12.11.1990/11°C
27.03.1991/22°C
FURO 9
Temperatura (°C) Composição de metano (%)
Prof
undi
dade
(m
)
Limite Inferior de Temperatura
Limite Superior de Temperatura
Limite Inferior de Gás
Limite Superior de Gás
21
2.2.6. PERMEABILIDADE
O fluxo através de resíduo urbano saturado pode ser razoavelmente caracterizado pela
Lei de Darcy, expressa pela Equação (1):
q = A.k.i (1)
Onde q é o fluxo volumétrico do lixiviado, A a seção transversal ao fluxo, k a
condutividade hidráulica e i o gradiente hidráulico.
A permeabilidade de RSU deve ser estimados para a concepção do sistemas de
drenagem do aterro. De acordo com a regulamentação recente para a criação de aterros
sanitários, o chorume produzido no interior da aterro deve ser recolhido e, portanto, a
instalação de coleta de chorume e de sistemas de remoção é necessária (MACHADO et al.,
2010).
Fragmentos de plástico podem ter um efeito considerável sobre a permeabilidade de
RSU. No caso do fluxo saturado, fragmentos de plástico (impermeáveis) pode obstruir o fluxo
de chorume nos RSU. Quanto maior a quantidade e o tamanho dos fragmentos de plástico, a
maior influência sobre a permeabilidade (XIE et al., 2006 apud MACHADO et al. 2010).
A Figura 2.10 apresenta os resultados de ensaios de infiltração realizados no Aterro
Bandeirantes (MACHADO et al., 2010). A dispersão dos valores obtidos pode ser atribuída
em grande medida, a heterogeneidade dos resíduos sólidos urbanos e à efeito de bloqueio do
fluxo dos componentes plásticos. No entanto pode-se notar uma diminuição da
permeabilidade dos resíduos conforme a profundidade aumenta.
22
Figura 2. 10 - Ensaios de infiltração realizados no Aterro Bandeirantes (MACHADO et al.,
2010)
A Tabela 2. 5 apresenta dados levantados por CALLE (2007). De forma geral, a
permeabilidade varia de 10-2 cm/s a 10-4cm/s, a qual é compatível com os valores obtidos para
areias finas e limpas.
Permeabilidade (m/s)
Pro
fund
idad
e (m
)
23
Tabela 2. 5 - Permeabilidade de Aterros Sanitários (adaptado de CALLE, 2007).
AUTOR ANÁLISE k (cm/s) OBSERVAÇÕES
Fungaroli et al. (1979) Lisimetro 1x10-3
a 2x10-3
Resíduos triturado
Koriates et al. (1983) Laboratório 5,1x10-3
a 3,2x10-3
-
Oweis & Khera (1986) Ensaios de campo 1x10-3
-
Oweis (1990) Ensaios de campo 1,5x10-4
Carga variável
Massanero (1990) Ensaio em poço 1,5x10-3
a 2,6x10-2
Ensaio de Bombeamento (15-20m)
Brandl (1990) Ensaios de campo 2x10-3
a 7x10-4
Com.com rolo. ens. de carga variável
Landva & Clark (1990) Ensaio em poço 1x10-3
a 4x10-2
-
Cepollina et al. (1994) Ensaio em poço 1x10-5
Aterro Bandeirantes/SP
Brandl (1994) Laboratório 2x10-4
a 3x10-3
Compacto
Ehrlich et al. (1994) Ensaios de campo 1x10-3
Gramacho/RJ - Fluxo horizontal
Beaven & Powrie (1995) Laboratório 1x10-5
a 1x10-4
Pressão conf. de 0 a 600kPa
Gabr & Valero (1995) Laboratório 1x10-5
a 2x10-3
-
Blengino et al. (1996) Ensaios de campo 3x10-5
a 3x10-4
Ens. Car. Var. em furos (30-40m)
Santos (1998) Ensaios de campo 1x10-5
Muribéca/PE Furos de sondagem
Mahler & Aguilar (2001) Perm. Guelph 4,73x10-2
Jacarepaguá/RJ
Carvalho (2002) Ensaios de campo 9,48x10-4
Santo André/SP
2.2.7. RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
KNOCHENMUS et al. (1998) definem que as principais propriedades mecânicas a
serem consideradas para o estudo da estabilidade de taludes de resíduos são a
compressibilidade e a resistência ao cisalhamento. Por sua vez, estas propriedades sofrem
influências das variações ocorridas dentro de um maciço em função da decomposição, da
idade do resíduo, condições de estocagem, drenagem, entre outras.
Uma parcela significativa de resistência dos resíduos sólidos urbanos, mobilizada com
o aumento das deformações, pode ser explicada pelo efeito de reforço que alguns de seus
constituintes fibrosos (plásticos, papéis, pedaços de madeira, etc) passam a desempenhar,
contribuindo assim para um incremento do intercepto de coesão. Neste sentido, KOCKEL &
JESSBERGER (1995) propõe analisar os resíduos como uma matriz composta, constituída
por duas componentes: uma básica, onde estão presentes as partículas finas e médias
(≤120mm), e uma reforçada, que engloba as partículas fibrosas e de maiores dimensões
(>120mm). Os mesmos autores, a partir de ensaios laboratoriais, mostraram que a resistência
ao cisalhamento da componente básica da matriz (partículas ≤120mm) é quase que totalmente
condicionada pela resistência friccional, com ângulos de atrito máximo entre 42°e 45°,
mobilizados com elevadas deformações. Por outro lado, a parcela de coesão é preponderante
24
na componente reforçada da matriz, sendo função direta da resistência à tração dos
“elementos de reforço” e mobilizada com deformações específicas superiores a 20%.
A Figura 2. 11 apresenta os resultados obtidos em ensaios de laboratório e envoltórias
propostas por SIGH & MURPHY (1990) e OWEIS & KHERA (1990) apud
WOJNAROWICZ et al., 1998 para o ângulo de atrito e coesão aparente para distintas
configurações das amostras.
Figura 2. 11 - Relação entre coesão aparente e ângulo de atrito de resíduos sólidos urbanos
(adaptado de WOJNAROWICZ et al., 1998).
A resistência ao cisalhamento de solos é usualmente estimada por meio de ensaios in
situ, ensaios de laboratório (triaxiais, cisalhamento direto) e retro-análise de dados de campo.
Em se tratando de RSU, a realização de ensaios no Brasil não é uma realidade. Geralmente,
estas propriedades são estimadas através de casos de retro-análises de rupturas em aterros,
como é o caso deste trabalho.
Se tratando de retro-análises de estabilidade, deve-se tomara cuidado com o emprego
de parâmetros de resistência obtidos de retro-análises, pois existe um número infinito de
combinações de resistência ao cisalhamento o qual satisfaz a equação de equilíbrio (uma
equação e duas incógnitas) e, portanto, a solução não pode ser obtida precisamente.
25
A definição dos parâmetros de resistência a partir de retro-análise faz parte do escopo
deste trabalho, onde foi possível retro-analisar duas rupturas e que comparando com dados de
instrumentação instalada no aterro, incluindo quatro inclinômetros instalados diretamente nos
resíduos, o que auxiliou no ajuste dos parâmetros de resistência.
De acordo com modelo proposto por KÖLSCH (1993) os materiais fibrosos (plásticos,
panos/trapos, etc...) presentes na composição do lixo seriam capazes de criar forças de tração
que dependeriam do vínculo das fibras com a massa do lixo, isto é, seriam função da tensão
normal atuante. Deste modo, a resistência ao cisalhamento seria composta por duas parcelas
distintas: a 1ª referente às forças de atrito no plano de cisalhamento e a 2ª referente às forças
de tração das fibras ou coesão aparente (pseudo-coesão) devido às fibras. A interação entre
essas duas parcelas está representada na curva tensão x deformação da Figura 2. 12.
.
IVIIIIII
Deformação s
Tensão de Cisalhamentoτ
τmax
Z
Atrito
Traçãomax
IVIIIIII
Atrito Atrito + Tração Atrito + Tração AtritoDecrescente
Figura 2. 12 - Curva tensão x deformação (adaptado de KÖLSCH, 1993).
Esta curva mostra que, para pequenas deformações (Fase 1), existe apenas a
mobilização das forças de atrito; à medida que as deformações vão aumentando e as fibras
começam a ser tracionadas (Fase 2), a parcela das forças de tração aumenta até atingir um
valor máximo correspondente à resistência a tração ou vínculo das fibras com a massa do lixo.
A partir deste valor máximo (Z máx.) entra-se na Fase 3 com a redução gradativa da parcela
das forças de tração até atingir a Fase 4 onde a resistência ao cisalhamento se limitaria à
parcela devida ao atrito. A parcela de resistência devida ao atrito aumenta linearmente com o
aumento da tensão normal, ao passo que a parcela devida as forças de tração das fibras,
conforme apresentado na Figura 2. 12 (KÖLSCH, 1993), só contribui efetivamente na
26
resistência ao cisalhamento a partir de um determinado valor de tensão normal (I), com esta
contribuição crescendo até um valor máximo (II), a partir do qual tende a decrescer (III), até
se anular (IV). Assim, a contribuição de cada uma dessas parcelas na resistência ao
cisalhamento do RSU varia de acordo com a tensão normal atuante, além naturalmente da
deformação, conforme já referido anteriormente.
De modo a caracterizar separadamente cada uma das parcelas referidas, KÖLSCH
(1993) desenvolveu equipamento destinado exclusivamente à medição das forças de tração
das fibras. As forças de atrito foram determinadas através de ensaios de cisalhamento direto
após a redução das partículas do lixo, eliminando deste modo o efeito das fibras.
Os plásticos (fibra) podem favorecer taludes mais íngremes, mas tal não deve ser
tomado como uma garantia da estabilidade em longo prazo. O efeito da fibra pode diminuir
com o tempo, pela degradação promovida pela ação do chorume afetada pela temperatura.
(MAHLER et al., 1998a).
Os parâmetros de resistência (coesão aparente e ângulo de atrito) adotados no cálculo
da estabilidade de taludes de depósitos de resíduos sólidos urbanos têm sido estudados com
mais acurácia, principalmente, nos últimos dez anos. Dado, porém, a complexidade do
problema, o assunto continua sendo susceptível a muitas discussões e interpretações (DE
LAMARE NETO, 2004).
A obtenção destes parâmetros normalmente é feita através de ensaios de laboratório
(triaxiais e cisalhamento direto), com equipamentos de grande porte, utilizando-se amostras
re-moldadas ou retro-análises, com base em observações das condições de ruptura verificadas
no campo e, ainda, métodos in situ como ensaios de Palheta (Vane Test), sondagens à
percussão (SPT), ensaios de cone ou piezocone, pressiométricos ou de penetração dinâmica.
Mais recentemente, têm sido desenvolvidos equipamentos (caixas de grande porte) para
ensaios de cisalhamento direto no campo com amostras indeformadas (amostras superficiais).
No caso dos ensaios de laboratório, a maior dificuldade encontrada se refere à coleta e
obtenção de amostras representativas em função da composição muito heterogênea e com
elementos de grandes dimensões presentes no lixo. Além disso, a necessidade de
equipamentos (triaxial e cisalhamento direto) de porte, com dimensões compatíveis (no
mínimo 5 a 10 vezes superiores a partícula de maior diâmetro do lixo) e proteção adequada
quanto à corrosão e segurança dos operadores contribuem para a elevação dos custos destes
ensaios. Neste aspecto, de acordo com CARVALHO (1999), as dimensões dos corpos de
prova parecem influenciar os resultados de resistência ao cisalhamento, conforme
27
comprovado em ensaios triaxiais do tipo CD com o lixo coletado no Aterro Sanitário
Bandeirantes em São Paulo. Os resultados destes ensaios apresentaram valores de ângulo de
atrito de cerca de 27º e coesão aparente variando de 42 a 55 kPa para corpos de prova de 15 x
30 cm e ângulo de atrito de cerca de 21º e coesão aparente entre 45 e 60 kPa para corpos de
prova de 20 x 40 cm. Assim, os corpos de prova com menores dimensões tenderam a
apresentar maiores valores de resistência.
CARVALHO (1999) conduziu 65 ensaios triaxiais de grandes dimensões em materiais
de resíduos sólidos de 15 anos do Aterro de Bandeirantes. Os ensaios CD e CU foram
executados na umidade natural e em circunstâncias saturadas. A Figura 2. 13 mostra a
trajetória de tensões típicas obtidos nos ensaios CD e CU, executados em amostras com de
RSU, chegando a parâmetros de coesão aparente e ângulo de atrito efetivos da ordem de 42-
60 kPa e 21-27°, respectivamente. Este gráfico demonstra a geração de excesso de
poropressão em materiais de RSU em condições não-drenadas. Conseqüentemente, o ângulo
de atrito interno é elevado em comparação com os resultados obtidos dos ensaios CD.
Comportamento similar foi relatado por NASCIMENTO (2007), que conduziu 24 ensaios
triaxiais em resíduos de 4 anos de idade, conforme apresentado na Figura 2. 14.
Figura 2. 13 - Trajetória de tensões encontrada em ensaios de CD e CU de grandes dimensões
em RSU (adaptado de CARVALHO, 1999).
°
°
°
°
°
°
28
Figura 2. 14 - Trajetória de tensões encontrada em ensaios de CD e CU de grandes dimensões
em RSU (adaptado de NASCIMENTO, 2007).
Um ensaio triaxial de grandes dimensões (Figura 2. 15) foi utilizado por
SHARIATMADARI et al. (2009) para avaliar o comportamento mecânico de RSU. Este
equipamento triaxial inclui um sistema de carregamento com uma capacidade de 300 kN e um
software que permite o sistema executar testes triaxiais de deformação controlada. O
instrumento teve duas câmaras diferentes para medir as variações volumétricas.
°
°
°
°
°
°
29
Figura 2. 15 - Ensaio triaxial de grandes dimensões para uso em RSU.(a) antes da execução
do ensaio. (b) após a execução do ensaio. SHARIATMADARI et al. (2009).
A primeira câmara, triaxial comum, registrou as mudanças no volume de água para
dentro as amostras (ou as mudanças no volume das amostras, na amostra saturada - partículas
incompresíveis). Na segunda câmara, conectou-se à água para limitar a tensão/deformação, e
foi usada para medir a mudança do volume de total da amostra. No caso da segunda câmara,
os valores medidos do volume foram corrigidos a fim de levar em consideração a deformação
triaxial da célula. A deformação triaxial da célula era pequena comparada à mudança do
volume das amostras, mesmo para baixas tensões aplicadas. As mudanças de volume mais
elevadas sempre foram registradas pela segunda câmara do que pela primeira câmara, e a esta
diferença foi creditada à compressibilidade das partículas dos resíduos, conforme apresentam
as Figura 2. 16 e 2.17.
30
Figura 2. 16 - Relação entre a deformação axial e radial em condições de compressão
isotrópica. SHARIATMADARI et al. (2009).
Figura 2. 17 - Efeito da deformação isotrópica ou anisotrópica sobre o incremente de tensão
corrigida, SHARIATMADARI et al. (2009).
Os ensaios triaxiais não-drenados (CU) são utilizados para avaliar o comportamento
em materiais saturados, mas o excesso de poropressão gerado durante a fase de cisalhamento
31
é um dos aspectos mais interessantes e mais intrigantes do comportamento não drenado de
RSU.
Em algumas regiões do mundo, os RSU possuem elevado grau da saturação (umidade)
que faz com que o comportamento frente a solicitações seja não-drenado. Frente a isto, o
comportamento das poropressões foi estudado por diversos pesquisadores, inclusive no Brasil
e como resultado dos dados obtidos em 5 anos de monitoramento efetuado no Aterro Sanitário
Bandeirantes, KAIMOTO & CEPOLLINA (1997) chegaram às seguintes conclusões:
• As pressões de chorume nos maciços antigos indicam uma distribuição
errática, com clara evidência de empoleiramento e bolsões;
• As pressões internas de gás, lidas diretamente através de manômetro acoplado
à câmara específica dos piezômetros em sifão, têm resultados variáveis e às
vezes elevados da ordem de até 100 a 170 kPa, muitas vezes superior aos
níveis de pressão do chorume no mesmo ponto.
A poropressão nas amostras de RSU tende a aumentar rapidamente durante o
cisalhamento e a estabilizar em valores perto da linha de ruptura. Tal comportamento é
identificado igualmente nos solos turfosos, que segundo SHARIATMADARI et al. (2009),
são provavelmente os materiais mais similares a RSU frente ao comportamento não-drenado.
Além disso, os solos turfosos são influenciados igualmente pelo processo da biodegradação
(SHARIATMADARI et al., 2009). Algumas trajetórias de tensões típicas em solos turfosos
são apresentadas na Figura 2. 18.
32
Figura 2. 18 - Resultados típicos de trajetória de tensões para solos turfosos (a) OIKAWA &
MIYAKAWA (1980) e (b) MESRI AND AJLOUNI (2007) apud SHARIATMADARI et al.,
(2009).
A má operação em aterros de RSU, muitas vezes sobrecarregados, na tentativa de
estender sua vida útil tem conduzido a graves acidentes. No que se referem as retro-análises,
as maiores dificuldades são de que sempre existem uma infinidade de combinações de
parâmetros de resistência (coesão aparente, ângulo de atrito e peso específico) que satisfazem
as condições de equilíbrio e, também, as próprias incertezas quanto aos reais mecanismos de
ruptura ocorridos no campo o que pode conduzir a escolha de parâmetros inadequados.
Porém, como é o caso deste estudo, retro-análises apoiadas em dados de instrumentação,
principalmente de leituras de deslocamentos horizontais com uso de inclinômetros podem
colaborar na obtenção de parâmetros mais representativos.
33
Sabe-se que das variações dos parâmetros de resistência ao longo do tempo, a que é
mais marcante é a coesão aparente. Conforme citação de MAHLER et al.. (1998b), as fibras
tornam-se menos resistentes com o tempo, o que parece ser bastante coerente devido à
degradação de sacolas plásticas e demais fibras contidas nos RSU.
A Tabela 2. 6 que trata de um levantamento de parâmetros realizado por CALLE
(2007), apresenta grande variação dos parâmetros de resistência e que estes variam de acordo
com a idade, país, condição econômica do país, além das condições de compactação e ensaios
de onde foram retiradas as amostras de RSU.
Tabela 2. 6 - Parâmetros de resistência ao cisalhamento de RSU – coesão aparente e ângulo de
atrito (CALLE, 2007).
Autor c' (kPa) φφφφ (°) Tipo de Ensaio Observações Local
Carvalho (1999) 42 – 60 21 – 27 CD Resíduo antigo, Bandeirantes Brasil
Cowladn et al (1993) 10 25 - Aterro-Shuen wan Hong Kong
Gabr & Valero (1995) 0 a 27,5 20,5 a 39 Cisalhamento Resid antigos-Pioneer Crossing USA
Greco & Oggeri (1993) 16 21 Cisalhamento γ=5kN/m3 Chivasso Itália
Greco & Oggeri (1993) 24 22 Cisalhamento γ=7kN/m3
Itál ia
Jessberger & Kochel (1991) 22 46 Triaxial Grande dimensão (ε=20%) Alemanha
Jessberger (1995) 41 a 51 42 a 49 Cisalhamento Resíduos novos Alemanha
Kavazanjian et al (1999) 43 31 Cisalha anel dir Diâm=46cm, Monterrey, Califórnia USA
Kolsch (1993, 1995) 0 26,4 Cisalhamento Resíduos novos Alemanha
Kolsch (1993, 1995) 0 17,7 Cisalhamento Resíduo antigo Alemanha
Landva & Clark (1990) 19 a 22 24 a 39 Cisalhamento Tensões normais sup. a 480kPa Canadá
Landva & Clark (1990) 23 24 Cisalhamento Edmonton Canadá Canadá
Landva & Clark (1990) 16 33 Cisalhamento Blackfoot, Canadá, Resíduo antigo Canadá
Landva & Clark (1990) 19 39 Cisalhamento Blackfoot, Canadá, Resíduo antigo Canadá
Landva & Clark (1990) 0 41 Cisalhamento Hansport, Canadá, Resíduo antigo Canadá
Lukas (1985) 39 34,5 CU Chicago USA
Richardson & Reynolds (1991) 10 18 a 43 Cisalhamento Tensão normal entre 14 a 38 kPa -
Shimizu (1996) 15 – 91 8 – 24 - Residuo antigo - CD, Tokyo port Japão
2.2.8. COMPRESSIBILIDADE
A compressibilidade do RSU se constitui num importante fator a ser considerado para
a previsão das deformações dos maciços compactados. A previsão de recalques das massas de
resíduos permite uma melhor avaliação de desempenho dos elementos que fazem parte da
estrutura de um aterro (camadas de cobertura, sistemas de coleta de gases e fluidos, reforço,
drenagem superficial, caixas de passagem, poços de inspeção). Ademais, a quantificação da
deformabilidade das massas de lixo auxilia num importante aspecto do gerenciamento dos
34
resíduos sólidos, que é a melhoria das estimativas de vida útil dos aterros, uma vez que
permite calcular a capacidade volumétrica adicional de armazenamento que os recalques
geram.
O resíduo depositado se transforma devido à ação integrada de processos físico-
químicos e biológicos. As modificações biológicas desempenham um papel sensível, atuando
sobre os resíduos putrescíveis, de degradação mais fácil, tais como restos de verduras, frutas,
carnes, folhas, e, em certa medida, sobre os resíduos de celulose, tais como papéis, cartões,
papelões e madeira (SANTOS & PRESA, 1995). Esta decomposição resulta na liberação de
energia na forma de calor e gases (principalmente metano CH4).
A matéria orgânica, inicialmente sólida, sofre ação microbiológica, o que provoca sua
transformação em uma grande quantidade de gases metano (CH4), gás carbônico (CO2), ácido
sulfídrico (H2S), amoníaco (NH3), dentre outros gases; e uma menor quantidade de líquido
(chorume). GANDOLLA et al. (1994) defendem que cerca de 25% da massa total do depósito
é transformada em biogás.
Deve-se salientar que a degradação por ação biológica ocorre sob duas condições: a
aeróbia, e a anaeróbia, ou seja, com presença ou não de oxigênio. A transformação aeróbia
(com presença de oxigênio) é mais rápida, ao passo que a degradação anaeróbia (sem
presença de oxigênio) é mais lenta. TAPAHUASCO (2005) apud CARDIM (2008), ao avaliar
os recalques de células experimentais construídas no Aterro do Jockey Clube de Brasília com
diferentes materiais para camada de cobertura (argila compactada e entulho de construção),
constatou que as células cobertas com entulho de construção, que possibilitavam a aeração do
resíduo confinado, apresentavam maiores deslocamentos verticais que os observados nas
células cobertas com material argiloso compactado. O mesmo ocorreu na maior parte do
monitoramento do Aterro deste trabalho, onde a cobertura dos RSU era realizada por
materiais de construção, e foi possível notar (pela topografia mensal) de que os deslocamentos
eram elevados (verticais e horizontais).
A fase líquida, gerada em função da degradação biológica da matéria orgânica
presente no lixo, também contribui para a redução de volume do maciço uma vez que,
inicialmente há a conversão de material sólido em líquido, e este por sua vez desloca-se,
aumentando a porosidade do meio. Em segundo lugar, ao percolar, este líquido pode
ocasionalmente, solubilizar partículas e conduzi-las, depositando-as em vazios maiores ou
levando-as para fora do maciço (semelhante à erosão do subsolo - efeito piping).
35
SOWERS (1973), GANDOLLA et al. (1994), SANTOS & PRESA (1995),
MANASSERO et al. (1996) e CARVALHO (1999) apresentam seqüências de fatores que,
segundo os autores, favorecem os mecanismos geradores de recalques em aterros, e estes
podem ser descritos, de maneira resumida como sendo:
• Re-arranjo estrutural decorrente do peso próprio e da ação de sobrecargas de
camadas sobrejacentes do aterro e dos materiais de cobertura;
• Perda de massa para o exterior do depósito, sobretudo pela fuga de gases;
• Migração de fragmentos, solubilizados em água infiltrada ou em chorume, e
depositados em vazios maiores dentro da massa de lixo;
• Transformações físico-químicas causadas por processos de corrosão, oxidação
e degradação dos componentes inorgânicos;
• Dissipação da pressão neutra de líquidos e gases.
Vale então ressaltar que são muitas as diferenças que regem os mecanismos de
recalques nos solos e nos resíduos. Assim sendo, não se deve lançar mão das premissas da
Mecânica dos Solos Clássica para a previsão de recalques em resíduos sem as devidas
adaptações, sempre que necessárias.
GRISOLIA & NAPOLEONI (1996) propuseram uma curva teórica subdividida em
fases, capaz de explicar os mecanismos controladores do recalque em depósitos de RSU,
como apresentado na Figura 2. 19.
36
Materiais degráveis
Materiais inertes estáveis
Materiais altamente deformáveis
dh/h
log t
h Dados exp. de Grisolia
dh
I
II
IIIIV
V
dh
Figura 2. 19 - Curva teórica de compressibilidade do RSU (adaptado de GRISOLIA &
NAPOLEONI, 1996).
As fases representadas podem assim ser descritas:
• Fase I – Deformação inicial, redução da macroporosidade;
• Fase II – Recalque residual dos materiais altamente deformáveis;
• Fase III – Deformação lenta e decomposição da matéria orgânica;
• Fase IV – Deformação concluída;
• Fase V – Deformação residual.
GRISOLIA & NAPOLEONI (1996) defendem ainda que os depósitos de RSU
recalcam cerca de 10 a 30% somente sob a ação de seu peso próprio, e que cerca de 90% dos
recalques totais esperados ocorrem nos dez primeiros anos após o fechamento do aterro.
GANDOLLA et al. (1994), confirmaram tais afirmações quando realizaram ensaios em
células experimentais, conforme pode ser observado na Figura 2. 20.
37
Figura 2. 20 - Recalques total e anual em RSU (adaptado de GANDOLLA et al. 1994).
A Figura 2. 21 apresenta o gráfico da variação de magnitude e da velocidade dos
deslocamentos verticais ao longo do tempo de um marco superficial instalado no maciço do
Aterro Sanitário de Vila Albertina, na Zona Norte do Município de São Paulo (DE JORGE et
al., 2004). As leituras apresentadas nos gráficos correspondem ao período de julho de 1996 a
abril de 2004, quando o aterro já se encontrava encerrado. Pode-se observar no gráfico do
marco superficial neste período foi registrado um recalque acumulado da ordem de 300 cm.
38
Figura 2. 21 - Recalques registrados por um marco superficial instalado em aterro Vila
Albertina/SP (DE JORGE et al., 2004).
A grande dificuldade para se fazer previsões de recalque com base nas leituras é a
separação dos recalques imediatos dos que ocorrem ao longo do tempo (CEPOLLINA et al.,
2004). No caso do aterro discutido neste trabalho, o monitoramento de recalques foi
prejudicado devido à instalação dos marcos superficiais serem tardios, somente após o
encerramento do local, sendo que ainda as leituras eram somente mensais.
É possível encontrar diversos tipos de modelos utilizados para estimar a
compressibilidade no maciço de resíduos sólidos urbano. Segundo NASCIMENTO (2007), a
maioria dos modelos existentes pode ser dividida nas seguintes categorias:
• Modelos de consolidação, que se utilizam da Teoria do Adensamento
Unidimensional de Terzaghi para a previsão dos recalques;
• Modelos que se apóiam na descrição do processo reológico;
• Modelo de biodegradação, onde a degradação da matéria orgânica provoca
redução de volume da massa de resíduos, podendo ser avaliada por modelos de
geração de gás;
• Modelos baseados em regressões logarítmicas, hiperbólicas, bi-linear,
multilinear, etc.;
• Modelos baseados em dados de campo.
O recalque final dos resíduos apresenta-se como um valor de difícil avaliação, sendo
composto por um recalque inicial, observado em um curto período de tempo após a
39
construção do aterro, e por um secundário, que ocorre ao longo de um período de tempo
significativo. A taxa de recalques diminui com o tempo e com o aumento da profundidade do
resíduo em relação à superfície do aterro (MARQUES, 2001). Sob seu peso próprio, os
resíduos normalmente apresentam recalques que atingem de 5% a 30% de sua espessura
original, sendo que a maior parte deste ocorre nos primeiros dois anos após sua disposição
(MANASSERO et al., 1996).
Os recalques de aterros de RSU normalmente são estimados considerando um
mecanismo de consolidação unidimensional (aproximações elásticas ou relações do tipo e x
logσ. A definição de um adequado modelo para previsão de recalques, assim como de seus
parâmetros de cálculo, apresenta-se como principal fator limitante nas análises de
deformabilidade de aterro sanitários. Tal dificuldade decorre da interação de diferentes
mecanismos (fluência, degradação biológica, etc) no processo de compressão dos resíduos, os
quais seguem leis próprias de comportamento e são governados por parâmetros distintos entre
si. A proposição e utilização de métodos empíricos, formulados a partir da observação e
interpretação de dados obtidos de aterros sanitários específicos, têm sido relatado por diversos
autores.
De maneira muito semelhante à Teoria do Adensamento Unidimensional de Terzaghi,
utilizada para o estudo dos recalques totais em solos, os recalques em resíduos podem ser
divididos em três etapas, a saber:
i. Compressão inicial – efeito relacionado à sobrecarga inicial causada pelo
despejo de material, bem como dos processos de compactação. Ocorre
imediatamente após a aplicação da sobrecarga.
ii. Compressão primária – esta etapa de compressão dos RSU está relacionada
com a redução de volume que a massa de lixo apresenta quando há a drenagem
dos líquidos presentes no interior do aterro.
iii. Compressão secundária – o mecanismo que rege esta etapa do recalque nos
RSU se baseia nos processos de degradação que se desenvolvem no interior da
massa de lixo.
A magnitude dos recalques em aterros, decorrentes de solicitações mecânicas
(recalques inicial e primário) podem ser aferidas através da Equação (2), que é muito
conhecida pela Engenharia Geotécnica para a determinação dos recalques em solos
normalmente adensados (NA), sob condição oedométrica:
40
∆�� � ������ . � . ��� ������∆��
����� (2)
Onde:
∆H1 – recalque da camada de espessura H0
e0 – índice de vazios inicial
Cc – coeficiente de compressão
σ'v0 – tensão efetiva vertical inicial
∆σv – acréscimo de tensão vertical
Importante notar que o coeficiente Cc não está propriamente ligado ao trecho da reta
virgem e sugere que quanto maiores os teores de matéria orgânica, maiores os valores
encontrados para o índice de compressão.
Após determinado período de tempo, o adensamento primário tende a diminuir,
iniciando-se então a compressão secundária do material. Segundo SOWERS (1973), esta
parcela dos recalques estaria relacionada à ação combinada da compressão mecânica e das
alterações físico-químicas e biológicas do resíduo.
Para a determinação matemática do fenômeno, propôs a seguinte Equação (3):
∆�� � ������ . ��. ��� ���∆�
� � (3)
Onde:
∆H2 – recalque da camada de espessura H0
e0 – índice de vazios inicial
Cα – Coeficiente de compressão secundária (da ordem de 0,02 para RSU)
t – tempo
O coeficiente Cα está relacionado ao índice de vazios inicial do processo, bem como
às condições favoráveis à biodegradação. É um parâmetro de difícil determinação dado a
complexidade em se determinar e0 e de estabelecer as condições de decomposição. Alguns
autores utilizam o valor estimado de 0,02 para este coeficiente.
CARVALHO (1999) analisou dados de ensaios cross-hole e estimou os coeficientes
de Poisson (ν) dos RSU do Aterro Bandeirantes, onde algumas velocidades das ondas
41
apresentaram alguns resultados erráticos, mas a maioria dos valores obtidos encontram-se
entre 0,27 a 0,38, obtendo-se valores médios de 0,33.
MATASOVIC & KAVAZANJIAN (1998) também encontraram para o Aterro de OII
(Califórnia) valores de ν altamente dispersos ao longo do perfil e adotaram ν = 0,33 como
valor apropriado para este aterro. Já SHARMA et al. (1990) apresentam valores de ν = 0,46
para o aterro de Richmond (Califórnia), valor elevado para lixo fresco em especial
considerando as condições de compactação brasileiros.
CARVALHO (1999) ainda cita que os módulos cisalhante (G) e de deformação (E)
obtidos para valores máximos e mínimos de peso específico estimados para o Aterro
Bandeirantes apresentaram uma leve tendência de aumentar com a profundidade. Os valores
de G e E calculados para o ensaio cross-hole são menores que aqueles apresentados por
SHARMA et al. (1990) para resíduo disposto no Aterro de Richmond (Califórnia). SHARMA
et al. (1990) encontraram valores de 28,9MPa e de 84,4MPa para o módulo cisalhante e de
deformação, respectivamente, considerando um peso específico de 7,37kN/m3. Os valores
correspondentes para o resíduo urbano de São Paulo foram da ordem de 8MPa e 25MPa, para
peso específico do RSU de 8kN/m3. Para peso específico de 12kN/m3, os valores médios
obtidos para o módulo de cisalhamento e de deformabilidade são de 14,5 e 40MPa,
respectivamente. A Figura 2.22 apresenta os resultados encontrados por CARVALHO (1999)
no Aterro Bandeirantes dos módulos cisalhantes e de deformação através de ensaios cross-
hole.
Figura 2. 22 Resultados de módulos cisalhantes e de deformação obtidos para o resíduo
estudado a partir de ensaios cross-hole (apud CARVALHO, 1999)
42
Os valores encontrados por CARVALHO (1999) serão utilizados nas análises por
MEF para fins comparativos com a retro-análise de deslocamentos horizontais que encontrou
valores para E próximos aos encontrados para solos turfosos (100 a 600kPa).
2.3. TIPOS DE RUPTURAS EM ATERROS DE RSU E AS MAIORES
CATÁSTROFES REGISTRADAS
Mais recentemente uma grande ruptura em um antigo lixão localizado em uma
encosta, no município de Niterói/RJ, atingiu mais de 50 casas, onde cerca de 45 pessoas
morreram. Tida como uma das maiores tragédias já ocorridas no Brasil, este sinistro se tornou
alvo diário da mídia e de políticos que se aproveitaram da situação para suplicar recursos ao
Governo Federal para obras emergenciais no estado.
O deslizamento da Favela do Morro do Bumba em Niterói (Figura 2. 23), construída
sobre um antigo lixão, matou famílias inteiras, e é um alerta para as grandes metrópoles
brasileiras. O volume de chuvas do mês de abril de 2010 foi extremamente elevado na região
Sudeste do país, mas ninguém pode ignorar especialmente os administradores municipais, que
os temporais com grandes precipitações são comuns no verão e início do outono.
43
Figura 2. 23 - Tragédia do Morro do Bumba (Foto: ESTADO DE SÃO PAULO, 2010).
É importante frisar que os projetos e construções de aterros de resíduos no Brasil têm
sido caracterizados pela adoção de critérios e de parâmetros de projeto baseados na
experiência de países do Primeiro Mundo, sem que haja uma confirmação ou validação para
as condições de nosso país. Conforme já fora demonstrado, os nossos resíduos têm
composição, em termos de matéria orgânica e umidade, bastante diferente dos daqueles países
e a simples adoção de parâmetros geotécnicos “importados” para nossos aterros sanitários.
KOERNER & SOONG (1999) reconhece que há dois tipos fundamentais de formas de
rupturas em aterros, as rotacionais e translacionais. As rupturas rotacionais são geralmente
circulares, dependendo do tipo de RSU e de sua disposição. As rupturas translacionais são
lineares ao longo de um único plano ou consistem em diversos segmentos lineares. Uma
ruptura composta é uma possibilidade onde uma superfície rotacional segue em uma
translacional, ou inversamente.
DIXON & JONES. (2004) relaciona os possíveis tipos e formas de rupturas que
podem ocorrer em aterros de RSU (Figura 2. 24).
44
Figura 2. 24 - Tipos de rupturas possíveis em aterros de RSU (DIXON & JONES, 2004).
(a) Estabilidade do subleito (b) Integridade do subleito
(c) Estabilidade do Talude de RSU (d) Estabilidade do “liner”
(e) Integridade do “liner” (f) Estabilidade do “liner” muito íngreme
(g) Integridade do “liner” muito ingreme (h) Integridade do “liner” superficial
(i) Integridade do sistema de drenagem (j) Integridade do sistema de gás
45
KOERNER & SOONG (1999) relaciona as principais catástrofes, tipos de ruptura e os
volumes envolvidos em casos de ruptura de aterros de RSU, conforme Tabela 2. 7.
Tabela 2. 7 - Relação de catástrofes segundo KOERNER & SOONG (1999).
Ano Local Tipo de Ruptura Volume envolvido (m³)
1984 América do Norte Rotacional Simples 110.000
1988 América do Norte Translacional 490.000
1989 América do Norte Rotacionais Múltiplas 500.000
1993 Europa Translacional 470.000
1994 Europa Translacional 60.000
1996 América do Norte Translacional 1.100.000
1997 América do Norte Rotacional Simples 100.000
1997 América do Norte Translacional 100.000
1997 África Translacional 300.000
1997 América do Sul Translacional 1.200.000
KÖLSCH (2010) relaciona diversas rupturas ocorridas, destacando as ocorridas em
Rumpke (USA), 1996 (Figura 2. 25), Payatas (Filipinas), 2000 (Figura 2.26) e Bandung
Indonésia, 2005 (Figura 2. 27).
Figura 2. 25 - Rumpke (USA), 1996 (KÖLSCH, 2010).
46
Figura 2. 26 - Payatas (Filipinas), 2000 (KÖLSCH, 2010).
Figura 2. 27 - Bandung Indonésia, 2005 (KÖLSCH, 2010).
47
CAPÍTULO 3
3. MATERIAIS E MÉTODOS
3.1. INSTRUMENTAÇÃO INSTALADA NO ATERRO DE RSU
Este capítulo trata do acompanhamento da instalação da instrumentação no aterro de
RSU, presenciada constantemente pelo autor desta dissertação. São relatados os
procedimentos básicos adotados para a instalação e também para operação da instrumentação
que foram utilizados para monitoramento geomecânico do aterro controlado de RSU.
A previsão do encerramento do aterro controlado em questão era para o ano de 2006,
porém, devido a dificuldades legais e ambientais de liberação de nova área para instalação de
um aterro para o município, foram estudadas algumas soluções dando uma estimativa de
extensão da vida útil do aterro em cinco anos, aumentando a capacidade total em
aproximadamente 1.155.800 m³ de RSU.
Com o aterro sobrecarregado, tornou-se necessário um estudo para adequação
ambiental e ainda com monitoramento geotécnico constante. Os instrumentos instalados no
maciço do aterro são:
– Piezômetro sifão (PZ) – total de 5 equipamentos instalados;
– Inclinômetro (IN) – total de 4 equipamentos instalados;
– Pluviômetro (PL) – total de 2 equipamentos;
– Marcos superficiais (MS) – total de 5 equipamentos.
A locação e detalhes adicionais dos instrumentos estão apresentados no esquema da
Figura 3. 1. Já a Figura 3. 2 apresenta uma vista esquemática com as seções instrumentadas.
48
Figura 3. 1 - Seções de instrumentação principal e secundária.
Seção principal de instrumentação
Seção secundária de instrumentação
49
Figura 3. 2 - Vista esquemática com as seções de instrumentação principal e secundária.
Foram projetadas duas seções de instrumentação geotécnica, avaliadas como as
mais críticas em termos de estabilidade. Inicialmente, tomou-se uma seção
correspondendo aproximadamente ao eixo do aterro, próximo ao alinhamento do
talvegue preexistente no relevo original do terreno, antes da disposição de lixo no local,
indicativa, portanto, das maiores espessuras do depósito; esta seção foi denominada de
seção principal (ver Figura 3. 1). Na ombreira direita do aterro, próximo às edificações
A e B, foi lançada a seção secundária (ver Figura 3. 1), estudada em função do relevo
julgado potencialmente mais suscetível a instabilização. O estudo de adequação
ambiental previu além de monitoramento, o planejamento da construção do aterro.
A seguir, se descreve o “as built” do aterro:
1ª Etapa: Construção do dique
Estudos de casos similares à expansão mostram que geralmente as superfícies
potenciais críticas de escorregamento passam nas proximidades dos pés dos taludes
onde as deformações distorcionais são bem maiores que as volumétricas. Há casos que
50
apresentaram uma total mobilização da sua resistência ao cisalhamento colocando o
talude numa condição próxima do colapso ou de escorregamento.
Para garantir a condição de equilíbrio com uma adequada margem de segurança
geralmente são introduzidos nesses locais elementos adicionais que corroborem com a
estabilidade do maciço, seja por peso próprio através de aterros, muros de arrimo, etc.,
ou por ganho de resistência ao cisalhamento através de elementos estruturais tais como
estacas, estruturas de solos reforçados com placa pré-moldada de concreto, etc.
No caso do aterro em estudo foi executada a construção de um dique com
resíduos da construção civil e demolições (entulhos de obras) ao longo de todo o sopé
do talude, isto é, até o encontro com a encosta em terreno natural.
A construção do dique foi feita a partir do atual sopé do talude em direção a
montante do aterro em duas camadas, uma até a cota 85m e a outra até a cota 95m.
2ª Etapa: Re-conformação do talude consolidado a jusante do aterro
Nesta segunda etapa foi executada a re-conformação do talude já consolidado a
jusante do aterro, através da disposição de lixo em camadas de 5m de espessura por
cima deste talude até atingir a declividade 1(V):2(H). Foram incluídas bermas de
equilíbrio de 4m de largura, entre as camadas alteadas. Na Figura 3. 3 se apresenta uma
vista do talude já consolidado a jusante do aterro.
51
Figura 3. 3 - Vista do talude consolidado a jusante do aterro.
Previamente à disposição do lixo (re-conformação do talude), a totalidade do
revestimento superficial vegetal existente, na sua maioria composto de grama, foi
retirada com os devidos cuidados, e estocada em local adequado para sua posterior re-
utilização.
Com a presente ocupação, estendeu-se a vida útil do aterro por mais 2,3 anos,
aproximadamente, disponibilizando-se um volume de aterramento de lixo da ordem de
600.000m3.
3ª Etapa: Disposição no platô na cota 140m a montante do aterro
Uma vez finalizada a disposição que estava prevista na 2ª etapa, deu-se a
ocupação no platô na cota 140m, a montante do aterro.
A conformação do alteamento em camadas de 5m de espessura utilizou a
continuidade da declividade obtida durante a ocupação do talude a jusante (2a Etapa),
inclusive do espaçamento adotado para as bermas de equilíbrio.
Com a presente ocupação estendeu-se a vida útil do aterro por mais 1,3 anos,
aproximadamente, disponibilizando-se um volume de aterramento de lixo da ordem de
342.000m3.
52
4ª Etapa: Disposição na porção intermediária
Uma vez finalizado o alteamento na terceira etapa, foi dada continuidade à
ampliação com a disposição do lixo na porção intermediária compreendida entre o
talude resultante do alteamento da 3ª Etapa e a porção do platô na cota 140m ainda não
ocupada localizada a jusante do aterro, cuja expansão deu-se na 2a Etapa.
Cabe destacar que esta ocupação é a mais crítica em termos de estabilidade do
aterro como um todo, fato este verificado nas análises de estabilidade e deslocamentos
verticais e horizontais verificados principalmente no mês de abril de 2010.
A conformação proposta do alteamento em camadas de 5m de espessura dando
continuidade das declividades obtidas nas 2a e 3ª Etapas, inclusive do espaçamento
adotado para as bermas de equilíbrio.
Com a ocupação estendeu-se a vida útil do aterro por mais 0,6 anos,
aproximadamente, disponibilizando-se um volume de aterramento de lixo da ordem de
160.000m3.
Estas etapas foram simuladas nas análises por MEF da construção do aterro no
software Plaxis 9.0®, tentando representar ao máximo o “as built” do aterro.
Estando posicionado em uma área urbana, confinado em um vale e formando um
maciço com altura expressiva, a operação do aterro de resíduos sólidos em questão
exige monitoramento e controle constantes para evitar acidentes principalmente no que
se refere a inundações, incêndios e deslizamentos de taludes.
A seção principal de instrumentação é apresentada em corte na Figura 3. 4,
contendo dois inclinômetros e três piezômetros do tipo sifão.
53
Figura 3. 4 - Seção principal de instrumentação contendo dois inclinômetros e três
piezômetros do tipo sifão.
A seção secundária de instrumentação é apresentada em corte na Figura 3. 5
contendo dois inclinômetros e dois piezômetros do tipo sifão.
Figura 3. 5 - Seção secundária de instrumentação.
A Tabela 3. 1 apresenta o resumo das instalações dos piezômetros do tipo sifão.
Na Tabela 3. 2 se apresenta o resumo das instalações dos tubos de inclinômetros. Já a
Tabela 3. 3 apresenta características dos marcos superficiais instalados.
54
Tabela 3. 1 - Dados das instalações dos piezômetros sifão.
COMPRIMENTO
EXECUTADO
COTA
BOCA DO
FURO
m m
PZ 01 SEÇÃO PRINCIPAL 29/10/2009 25,77 124,97
PZ 02 SEÇÃO PRINCIPAL 03/09/2009 29,87 124,94
PZ 03 SEÇÃO PRINCIPAL 20/11/2009 30 124,63
PZ 04 SEÇÃO SECUNDÁRIA 31/07/2009 27,75 111,14
PZ 05 SEÇÃO SECUNDÁRIA 15/08/2009 29,3 125,75
PIEZÔMETROSEÇÃO
INSTRUMENTAÇÃO
DATA DA
INSTALAÇÃO
Tabela 3. 2 - Dados das instalações dos tubos de inclinômetros.
COMPRIMENTO
EXECUTADO
COTA
TERRENO
m m
IN 01 SEÇÃO PRINCIPAL 11/11/2009 30 121,99
IN 02 SEÇÃO PRINCIPAL 26/09/2009 29 110,98
IN 03 SEÇÃO SECUNDÁRIA 20/07/2009 29 133,37
IN 04 SEÇÃO SECUNDÁRIA 25/08/2009 17 123,84
INCLINÔMETROSEÇÃO
INSTRUMENTAÇÃO
DATA DA
INSTALAÇÃO
Tabela 3. 3 - Dados das instalações dos marcos superficiais.
COTA DO
INSTRUMENTO
m
MS 01 SEÇÃO PRINCIPAL 01/07/2010 156,88
MS 02 SEÇÃO PRINCIPAL 01/07/2010 141,32
MS 03 SEÇÃO PRINCIPAL 01/07/2010 118,45
MS 04 SEÇÃO SECUNDÁRIA 01/07/2010 142,84
MS 05 SEÇÃO SECUNDÁRIA 01/07/2010 134,89
MARCO
SUPERFICIAL
SEÇÃO
INSTRUMENTAÇÃO
DATA DA
INSTALAÇÃO
3.2. PIEZÔMETROS SIFÃO
Os piezômetros tipo sifão permitem medir as pressões de gás e de líquidos
percolados, separadamente, por um processo de sifão. A descrição e detalhes do
instrumento podem ser encontrados em VAL et al. (1994) e ANTONIUTTI et al.
(1995).
Logo, estes equipamentos foram instalados no aterro de RSU com o objetivo de
avaliar as poropressões nos líquidos e gases nos diques de contenção e no interior das
55
células de lixo, subsidiando, dessa forma, a avaliação da estabilidade do maciço de
resíduos.
3.2.1. DESCRIÇÃO
Os piezômetros sifão instalados nesta obra são constituídos de dois tubos
concêntricos, o interno para o registro da pressão no chorume e o externo para a
avaliação da pressão no gás. Este tipo de piezômetro (Figura 3. 6 e 3. 7) mostra-se
adequado para o caso de aterros sanitários, pois evita a formação de bolhas de gás, que
são observadas quando da utilização dos piezômetros de tubo aberto convencionais
(Casagrande), o que cria falsos níveis de líquidos.
Figura 3. 6 - Vista superior do piezômetro sifão.
PASTA DEBENTONITA
FURO
VÁLVULA 20 mm
REDUÇÃO PVC 25x20 mm
TUBO PVC 50mm
TUBO PVC 25mm
GÁS
CHORUME
56
Figura 3. 7 - Piezômetro sifão (dimensões em cm).
20
PASTA DEBENTONITA
CAP 50mm
5020
DE
PE
ND
E D
A P
RE
SS
ÃO
DE
GÁ
S
150
TUBO PVC PERFURADOSOMENTE NA BASE 25mm
AREIA FINA
AREIA GROSSA
SEIXOS
200
TUBO RANHURADO
T PVC 50x25 mm
REDUÇÃO PVC 50x25 mm
VÁLVULA 20 mm
REDUÇÃO PVC 50x25 mm
2050
2020
130
TUBO PVC 50mm
TUBO PVC 25mm
PASSAGEM DO CHORUME + GASES
CHORUME
GASES
CHORUME
30
φ=150mm
57
3.2.2. ACOMPANHAMENTO DE PERFURAÇÃO E INSTALAÇÃO
Os instrumentos foram instalados em perfurações especialmente executadas para
tal fim, nos locais indicados na Figura 3. 1.
Foram empregados equipamentos adequados para a execução da perfuração do
solo e dos resíduos sólidos, com diâmetro de 75mm.
Os furos foram revestidos em toda a extensão. Foi utilizada bentonita para
estabilização. Após a conclusão da perfuração, o furo foi lavado com água limpa
(Figura 3. 8).
Figura 3. 8 - Perfuração sendo executada para instalação de piezômetro sifão.
A instalação dos instrumentos é realizada imediatamente após a execução das
respectivas perfurações. Após o término da perfuração, antes de se levantar o
revestimento, foi realizada a limpeza do furo, (Figura 3.9), até 80cm acima do tubo
perfurado, (30 cm acima da parte inferior do tubo de 25mm perfurado), colocado o tubo
de PVC e preenchido o espaço anelar entre a parede do furo e o tubo com pasta de
bentonita, até 1,0m acima do furo, antes de se levantar o revestimento. O revestimento
deve ser então levantado com cuidado.
58
Figura 3.9 - Tubo externo envolto por uma pasta impermeável de bentonita.
A zona na qual as poropressões são medidas é referida como “câmara
piezométrica”, ou seja o tubo de 25mm. A zona na qual as pressões de gás são medidas
é referida como “câmara de pressão de gás”, ou seja o tubo de 50mm. Ao longo do
comprimento da “câmara de pressão de gás” (50 cm), o tubo externo de 50mm é
ranhurado e protegido por um filtro de material granular (Figura 3. 10).
(a) (b)
Figura 3. 10 – (a) Ranhuras ao longo da “câmara de pressão de gás” (tubo externo
50mm); (b)Proteção da parte ranhurada da “câmara de pressão de gás” (tubo externo de
50mm).
Especial atenção é dada à vedação acima e abaixo da “câmara de pressão de gás”
externa de 50mm. Primeiramente é colocada a pasta de bentonita no furo, com teor de
59
umidade em seu limite de liquidez (aproximadamente 440%). Após isto, o tubo de
50mm é então inserido na pasta de bentonita, permitindo um bom envolvimento. Foi
tomado o cuidado de colocar quantidade suficiente no furo, de forma que a parte
ranhurada do tubo externo não fique nem abaixo nem acima da superfície da pasta de
bentonita. Pequenas quantidades de pasta foram adicionadas para completar o nível
desejado, tendo-se o cuidado de evitar o preenchimento das ranhuras, pois tal erro
comprometeria o funcionamento do instrumento. O filtro granular é constituído
tipicamente por areia e seixos quartzosos.
Esta parte ranhurada protegida pelo filtro permite a entrada dos gases e o
chorume, sendo que, por gravidade, o chorume segue até a parte inferior do tubo de
25mm perfurado (Figura 3. 11), funcionando como um sifão, sendo que os gases ficam
no espaço anelar entre o tubo de 50mm e 25mm. Ao final, o espaço anelar entre os dois
tubos é fechado no topo por conexões (Figura 3. 12). Após, uma manilha de proteção
foi construída em volta do tubo para evitar danos ao equipamento.
Figura 3. 11 - Furos na base da “câmara piezométrica” (tubo interno de 25mm).
60
Figura 3. 12 - Conexões do piezômetro sifão.
Uma válvula é colocada lateralmente ao tubo externo junto ao fechamento de
topo, onde um manômetro pode ser facilmente adaptado para as leituras de pressão de
gás (Figura 3. 13).
Figura 3. 13 - Manômetro para leitura de pressão de gás.
A extremidade superior da “câmara piezométrica” (tubo de 25mm) é dotada de
um tampão de vedação, para protegê-lo da introdução de materiais estranhos.
61
3.2.3. PROCEDIMENTOS DE LEITURAS
A determinação do nível d'água nos instrumentos é feita com o auxilio do
indicador de nível d'água elétrico, também chamado de “piu” (Figura 3. 14). Em caso de
alteração da cota do topo do tubo de leitura, a nova cota é anotada, para ser descontada
no cálculo da cota piezométrica. Quaisquer anomalias ou eventos observados que
possam ter influência no nível d'água indicado por um instrumento são anotadas.
Figura 3. 14 - Leituras do nível piezométrico.
As leituras de gás são realizadas com a instalação do manômetro na válvula
adaptada à câmara (Figura 3. 15). O manômetro é instalado, para após então abertura da
válvula. Em caso de dúvida de leituras, pode-se realizar uma leitura do nível
piezométrico antes da abertura da válvula e uma após a leitura de gás. A diferença entre
as leituras, multiplicadas pelo peso específico do chorume é igual à pressão de gás
estimada.
62
Figura 3. 15 - Leituras de gás.
A experiência mostra que quando não há deposição de lixo nas proximidades do
piezômetro, as leituras praticamente não sofrem alteração em períodos curtos. Com o
passar do tempo, a tendência que se observa é uma diminuição dos valores de pressão.
3.3. INCLINÔMETROS
A Figura 3. 16 apresenta as partes em que compõem o equipamento: um torpedo
(o sensor de inclinação), cabo elétrico, unidade de leitura e os tubos de acesso
ranhurados.
Figura 3. 16 - Inclinômetro: torpedo, unidade de leitura automática, tubos de acesso
PVC (GEO-RIO, 2000).
O inclinômetro consiste num torpedo sensor o qual é introduzido num tubo-guia
vertical de observação, fornecendo dados que permitem medir perfis de deslocamentos
horizontais de massas de solo. O inclinômetro mede o ângulo de inclinação do tubo-
guia com a vertical, na posição em que o torpedo se encontra, conforme apresenta a
63
Figura 3. 17. A partir da medida deste ângulo, pode se determinar qual o tipo de
movimento e onde ele ocorre com maior intensidade.
Figura 3. 17 - Esquema de leituras do inclinômetro (adaptado de GEO-RIO, 2000).
Durante as leituras, foram utilizados dois instrumentos diferentes. Nas leituras
de dezembro a fevereiro, foi utilizado o torpedo Geokon Model 6000 e a unidade leitora
GK-603. Devido a problemas de sinal com a unidade leitora da Geokon causados pelo
chorume, utilizou-se o torpedo digital EAN-25/2M, da empresa Encardio Rite e unidade
leitora EDI-53 INS deste mesmo fabricante. A partir do momento que se utilizou um
novo sistema de inclinômetro, optou-se em realizar uma nova leitura zero dos tubos
inclinométricos.
A A
B
B
SEÇÃO TUBO DE ACESSO
INCLINÔMETRO(Dimensões em mm)
CALDA DE CIMENTO E BENTONITA
80150
TORPEDO
TUBO DE ACESSO
64
3.3.1. ACOMPANHAMENTO DE PERFURAÇÃO E INSTALAÇÃO
3.3.1.1.PERFURAÇÃO
Foi empregado uma tipo de sonda para a execução da perfuração do solo e
resíduos sólidos, com diâmetro de 150mm. A perfuração em lixo é de extrema
dificuldade, sendo que os furos foram revestidos em toda a extensão com uso de pasta
de bentonita. Após a conclusão da perfuração, o furo foi lavado com água limpa.
3.3.1.2.INSTALAÇÃO DOS TUBOS
Os tubos de inclinômetro são de alumínio ranhurado com diâmetro nominal de
80 mm e em seções de 3 m de comprimento. Como acessórios de instalação, tem-se:
luvas, tampas, massa plástica impermeabilizante para juntas, fita crepe e rebites. As
emendas entre os tubos são realizadas com luvas de alumínio rebitadas (Figura 3. 18).
Figura 3. 18 - Rebites nas emendas do tubo.
Ainda, existe o procedimento de verificação e preparação dos tubos, quanto ao
alinhamento das ranhuras e outros possíveis defeitos. Os tubos que apresentarem torção
superior a 2 graus por metro linear (o que ocorre raramente) são rejeitados.
No momento da instalação, as luvas são vedadas com massa plástica (ou
silicone) e fita crepe (fita tape ou adesiva, conforme apresenta a Figura 3. 19) para
evitar o ingresso de sujeira e colmatação do tubo.
65
Figura 3. 19 - Vedação das emendas do tubo.
O tubo de acesso é instalado previamente no terreno através de furo com pelo
menos 150 mm de diâmetro até uma profundidade tal que atravesse o campo de
deslocamentos previstos para a obra. O furo foi estabilizado com revestimento no trecho
em solo e com pasta de bentonita.
A extremidade inferior do tubo deve ser localizada em região do terreno que não
se deve deslocar. O tubo é orientado por ocasião da instalação de tal forma que as
ranhuras concordem com os eixos principais da obra.
As fases de instalação do tubo de acesso (Figura 3. 20) constam de:
1. Introdução do tubo de acesso no furo, mantendo o alinhamento das
ranhuras conforme os eixos principais da obra;
2. Acoplamento dos segmentos de tubo, rebitando-os com no mínimo três
linhas de rebites. O tubo é preenchido com água limpa para garantir a
flutuação e evitar tensões nos rebites;
3. Preenchimento total do espaço anelar entre o tubo e as paredes do furo
com calda de cimento-bentonita (no traço 1:10) que deve ser aplicada
pelo método ascendente e através de mangueira de injeção;
4. Inserção da tampa de proteção.
66
Figura 3. 20 - Fases de instalação do tubo de acesso (adaptado de GEO-RIO, 2000).
3.3.2. PROCEDIMENTOS DE LEITURAS
O monitoramento das leituras é realizado, a princípio, todos os dias, sendo em
seguida adaptados os intervalos de tempo conforme a necessidade e ou existência de
mudanças significativas. Quando a leitura acusar um novo movimento do aterro, o
intervalo entre as leituras consecutivas vai diminuindo de acordo com a tendência do
movimento (como ocorreu em alguns casos após precipitação intensa no local), e se o
movimento diminuir de intensidade o intervalo de leituras aumenta novamente.
3.3.2.1.TORPEDO DE LEITURAS
Os torpedos possuem corpo de aço inox do tipo deslizante, percorrendo o tubo
de baixo para cima efetuando as leituras conforme indicado na Figura 3. 21. O sensor é
guiado por rodas-guia auto-alinháveis que mantêm o instrumento posicionado no centro
do tubo. Ambos sensores de inclinação são do tipo servo-acelerômetro biaxial. A
distância entre rodinhas (L) é de 50 cm para ambos torpedos, correspondente à distância
entre duas leituras consecutivas.
CALDA DE CIMENTO E BENTONITA
TAMPA DE PROTEÇÃO
1 2 3 4
67
Figura 3. 21 – Foto e medidas do torpedo do inclinômetro (dimensões em cm).
A seguir, as Tabelas 3. 4 e 3. 5 apresentam os dados dos fabricantes sobre as
características de cada torpedo:
Tabela 3. 4 - Características do torpedo Geokon Model 6000.
Medidas limites ± 53° em relação a vertical; Resolução ± 0.025 mm/500 mm;Limite de temperatura: 0 to 50° C;Distância entre rodinhas: 500 mm;
Dimensões 25 mm Ф x 700 mm longitudinal;
50 70
TORPEDO
68
Tabela 3. 5 - Características do torpedo Torpedo EAN-25/2M.
Medidas limites ± 30° em relação a vertical;Resolução ± 0.025 mm/500 mm;Limite de temperatura: 0 to 80°C;Distância entre rodinhas: 500 mm;
Dimensões 32 mm Ф x 700 mm longitudinal;
3.3.2.2.UNIDADES DE LEITURA
Foram empregadas duas unidades de leitura diferentes. Nos meses de dezembro
a março, foi utilizada uma unidade leitora da empresa Geokon GK603 (Figura 3. 22-a).
Já nos meses seguintes, foi utilizada uma unidade leitora da empresa Encardio Rite EDI-
53 (Figura 3. 22-b) ambas do tipo automático, sendo as leituras registradas na memória
interna podendo ser transmitidas via cabo RS232 para um computador normal.
Figura 3. 22 - (a) Unidade leitora Geokon GK603 e (b) unidade leitora Encardio Rite
EDI-53.
A Tabela 3. 6 e a Tabela 3. 7 descrevem as características técnicas de cada uma
das unidades de leitura.
(a) (b)
69
Tabela 3. 6 - Características da unidade leitora GK603.
Faixa de entrada ±10 V Resolução 1 parte em 40.000 Acurácia ±0.15% F.S. Temperatura de operação 0°C to 50°C
Tabela 3. 7 - Características da unidade leitora EDI-53 INS.
Faixa de entrada ± 2 V Resolução 1 parte em 64.000 Acurácia ±0.15% F.S. Temperatura de operação 0 to 50° C
3.3.2.3.CÁLCULO DOS DESLOCAMENTOS
O cálculo dos deslocamentos é simples e está apresentada na Figura 3. 23 e 3. 24
através da Equação (4):
δh= L∑ sen θ (4)
Onde:
δh é o a variação do deslocamento (na profundidade medida);
L é o comprimento entre as rodas (geralmente de 0,50m)
sen θ é o ângulo medido pelo inclinômetro (geralmente é dado em dígitos pela
unidade leitora).
70
Figura 3. 23 - Vista interna dos deslocamentos dentro do tubo com o torpedo de
inclinômetro (UFBA, acesso em janeiro de 2011).
Figura 3. 24 - Cálculo dos deslocamentos com o inclinômetro (GEO-RIO, 2000).
A Figura 3. 25 apresenta um resultado típico de inclinômetro em que se
localizou a superfície de ruptura pela variação brusca das inclinações medidas em torno
de 4m de profundidade. Para o caso do torpedo da Encardio Rite, só é necessário
realizar a leitura uma vez, sendo que o sensor é biaxial. São realizadas uma leitura em
A0 e uma em A180 com a finalidade de zerar o erro padrão.
δh
m
1234
δh
θ
L
71
Figura 3. 25 - Resultados típicos de leituras e deslocamentos com o inclinômetro (GEO-
RIO, 2000).
3.3.2.4.PROCESSAMENTO DOS RESULTADOS
O processamento e apresentação de resultados é realizado automaticamente em
um computador através de software ou planilha Excel®, que importa os arquivos
diretamente da unidade de leitura em arquivos .txt, verificando a qualidade dos dados e
apresentando os resultados na tela do PC (Figura 3. 26). Foram utilizados
primeiramente planilhas Excel® para após o software Gtilt® para apresentação dos
resultados das leituras.
Superfície deruptura
-400 -300 -200 -100 0 100 200 300 4000
1
2
3
4
5
6
7
8
Variação das leituras
Profundidade(m)
Deflexão (mm)
-10 -5 0 5 100
1
2
3
4
5
6
7
8
72
Figura 3. 26 - Exemplo de gráfico típico de apresentação de resultados e informações
para o eixo A de deslocamento, apresentando a variação de leituras e o deslocamento
acumulado (ORTIGÃO, 1999).
No Brasil, não há registros de instalação de tubos inclinométricos diretamente na
massa de resíduos, em aterros de RSU. Tal procedimento é criticado por diversos
autores no mundo inteiro devido principalmente aos elevados deslocamentos laterais
que ocorrem nos aterros de RSU, causando muitas vezes a perda de torpedos
inclinométricos (MAHLER, 2010). Porém, verificou-se que a perda de torpedos pode
ser evitada, simplesmente descendo primeiro no tubo inclinométrico o torpedo cego,
que serve justamente para verificar se o tubo oferece condições de passagem para o
torpedo que mede os deslocamentos.
A Figura 3. 27 apresenta o autor da dissertação realizando leituras de
inclinômetro.
-500 0 500 1000 1500
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
140 30 60 90 120 150 180
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
19-01-9925-01-9902-02-9904-02-9905-02-9910-02-9918-02-9903-03-99
Variação nas leituras (x10-4rad) Deslocamento horizontal (mm)
Pro
fund
idad
e (m
)
73
Figura 3. 27 - Leituras dos deslocamentos sendo realizadas pelo autor desta dissertação.
3.4. MARCOS SUPERFICIAIS
Foram instalados cinco marcos superficiais no aterro controlado com a função de
auxiliar no monitoramento dos deslocamentos verticais do maciço de RSU.
Conforme ilustrado na Figura 3. 28, o medidor de deslocamentos superficiais ou
marco superficial consiste basicamente em um pino metálico, formado por uma haste de
aço com diâmetro de 25mm e 25 cm de comprimento com cabeça esférica de 25mm de
diâmetro, instalada em um bloco cúbico de concreto com aresta de 0,5m.
74
Figura 3. 28 – Detalhes do marco superficial usado.
Uma vez que o pino metálico consiste na referência sobre a qual serão
posicionadas a mira e a régua para nivelamento, colimação e poligonação do medidor de
deslocamentos superficiais, este é executado de modo que o pino metálico fique
centralizado na área do topo do bloco de concreto.
Para instalação de um medidor de deslocamentos superficiais, executa-se uma
trincheira trapezoidal a partir da superfície, com base inferior quadrada de 0,6m de lado,
0,55m de profundidade. Executa-se uma camada de regularização da superfície do
fundo da trincheira de espessura de 5cm feita com argamassa. Executa-se o bloco de
concreto contido por forma lateral e posiciona-se o pino metálico no centro do topo do
bloco de concreto de modo que o topo espera fique 3cm acima do topo do bloco.
Por ocorrência de movimentos de equipamentos de terraplenagem e/ou
ocorrência de trânsito próximo ao instrumento, a caixa de proteção deverá ser cercada
por uma grade de proteção bem visível à distância, tanto de noite como de dia.
A Figura 3. 29 apresenta um dos marcos superficiais instalados no aterro.
75
Figura 3. 29 - Marco superficial 1 – MS-01
A instalação de marcos superficiais foi providenciada para contribuir no
monitoramento dos recalques e deslocamentos horizontais do aterro. Tal instrumentação
viabilizaria o ajuste de parâmetros de compressibilidade dos RSU, em modelos
computacionais matemáticos. É importante ressaltar a periodicidade das leituras e
cuidado na perda de tais equipamentos. Porém, conforme relatado no Capítulo 2, os
marcos superficiais ainda não possuem periodicidade de medições recomendada, que
seria diária ou no mínimo uma vez a cada 7 dias dependendo das condições de operação
e movimentação do aterro. Somente foi apresentada a sua instalação e procedimento
para leituras para que futuramente estes dados possam servir para ajustes no modelo
matemático que será apresentado no Capítulo 4.
3.5. PLUVIÔMETROS
Foram instalados dois pluviômetros no aterro. O pluviômetro digital (Figura 3.
30), por se tratar de um equipamento movido a energia de baterias, constantemente
merecia manutenções. Logo, foi instalado no local um pluviômetro convencional, ville
de Paris.
76
Figura 3. 30 - Foto do pluviômetro utilizado nas leituras pluviométricas.
O pluviômetro digital com transmissão sem fio via rádio freqüência foi
desenvolvido para controle da precipitação da água da chuva e possui as seguintes
especificações, conforme a Tabela 3. 8.
Tabela 3. 8 - Especificação técnica do pluviômetro digital instalado no aterro de RSU
estudado.
Indicação da quantidade de chuva total ou das últimas 24h simIndicação de chuva fraca ou forte simFunção de alarme programávelEscala de 0 a 1.000 mm 24H / 0 a 10.000mm totalResolução 1mm nas duas escalas
O pluviômetro ville de Paris (Figura 3. 31) é produzido em plástico cristal e
suporte em plástico, tem escala de graduação de 5 a 150 mm/m². As especificações
técnicas do pluviômetro ville de Paris seguem na Tabela 3. 9.
77
Figura 3. 31 - Foto do pluviômetro ville de Paris instalado próximo ao aterro.
Tabela 3. 9 - Especificações técnicas do pluviômetro ville de Paris instalado no aterro.
Escala do Pluviômetro 5 a 150 mm/mm²
Divisão do Pluviômetro 2mm
Dimensões 22x3cm
Material Plástico
Peso 100g
78
3.6. ESTABILIDADE EM ATERROS DE RSU
Os problemas da estabilidade são freqüentemente conseqüências do excesso de
água no aterro de resíduos após grandes precipitações. Em combinação com outras
condições de limite, a água é fator de colapso. A água ou o chorume que infiltra,
causam saturação da massa de lixo que, conseqüentemente, influencia o peso específico,
ocasionando aumento nas pressões hidrostáticas ou gerando excesso de poropressão que
afetam a estabilidade do aterro. Ainda, a saturação dos vazios do aterro pode causar uma
interação com o fluxo do gás desenvolvimento de pressão de gás pode aumentar,
influenciando também na estabilidade do maciço.
A análise de estabilidade de um aterro de RSU envolve além dos procedimentos
convencionais de análises de estabilidade de taludes e/ou encostas, fatores como o
“efeito fibra”, oriundos principalmente de sacolas plásticas, e ainda a influência das
pressões de gases oriundos dos processos anaeróbicos dos resíduos.
BORGATTO (2006) fez retro-análises do escorregamento ocorrido no Aterro
Sanitário Bandeirantes considerando o efeito reforço das fibras a fim de, com a
utilização do programa computacional GGU-Stability, e comparando os resultados
chegou a fatores de segurança em torno de 20% maiores dos indicados nos relatórios do
IPT.
Por outro lado, o comportamento distinto das deformações e dos recalques do
lixo conduz a uma consolidação mais rápida, e baixa a porosidade na parte inferior do
aterro, o que pode causar um fluxo preferencial do lixiviado. O fluxo preferencial pode
igualmente resultar das propriedades hidráulicas anisotrópicas do material, com a
diferença em condutibilidades hidráulicas horizontais e verticais (MÜNNICH et al.,
2006). As deformações elevadas ocorrem tanto na forma de recalques, assim como
movimentos horizontais.
Os escorregamentos em taludes são causados por uma redução da resistência
interna do material constituinte (solo, RSU, etc.) que se opõe ao movimento da massa
deslizante e/ou por um acréscimo das solicitações externas aplicadas ao maciço,
geralmente causadas por mudança nas condições geométricas ou sobrecargas.
BORGATTO (2006) relaciona as principais causas de instabilidades descritas a
seguir:
• Causas externas – ações externas que alteram o estado de tensão atuante
sobre o maciço resultando num acréscimo de tensões cisalhantes que,
79
igualando ou superando a resistência ao cisalhamento, levam à ruptura.
Podem ocorrer devido ao aumento da inclinação do talude, deposições de
material ao longo da crista do talude, efeitos sísmicos, cortes no pé do
talude, etc;
• Causas internas – ações internas que atuam reduzindo a resistência ao
cisalhamento, sem alterar visualmente a geometria do maciço. Podem
ocorrer devido ao intemperismo/decomposição, erosão interna, ciclagem
da poropressão, decréscimo da coesão aparente, etc;
• Mudanças no regime hidráulico sub-superficial – ações que podem
ocorrer na fundação do maciço devido à elevação do lençol freático,
elevações do artesianismo, empuxo hidrostático da água preenchendo
fendas verticais, etc.
3.6.1. ESTABILIDADE - TEORIA DO EQUILÍBRIO LIMITE
O objetivo da análise de estabilidade é avaliar a possibilidade de ocorrência de
escorregamento de massa de solo ou resíduos presentes em talude natural ou construído.
Em geral, as análises são realizadas comparando-se as tensões cisalhantes mobilizadas
com resistência ao cisalhamento. Com isso, define-se um fator de segurança (FS) dado
pela Equação (5):
�� � ������
(5)
Onde:
FS = Fator de segurança, onde alcançando-se valores igual a 1,0 tem-se o
limite da ruptura, acima de 1,0 considera-se o talude estável, e abaixo de 1,0
não possui significado físico;
τf = Resistência ao cisalhamento oferecida pela base;
τf = Resistência ao cisalhamento mobilizada pela sobrecarga ou carga.
Por fator de segurança entende-se o valor numérico da relação estabelecida entre
a resistência ao cisalhamento disponível do material e a resistência ao cisalhamento
mobilizado para garantir o equilíbrio do corpo deslizante, sob o efeito dos esforços
atuantes.
80
O método de análise por equilíbrio limite consiste na determinação do equilíbrio
de uma massa ativa do material, a qual pode ser delimitada por uma superfície de
ruptura circular, poligonal ou de outra geometria qualquer. O método assume que a
ruptura se dá ao longo de uma superfície e que todos os elementos ao longo desta
superfície atingem a condição de FS, simultaneamente.
Como premissas básicas comuns aos métodos de cálculo de ruptura pelo
equilíbrio limite têm-se que:
− A ruptura se dá por um plano (análise bidimensional);
− As forças externas são o peso próprio, as sobrecargas e a subpressão;
− O problema é estático;
− As leis da Mecânica dos Meios Contínuos se aplicam ao material;
− A lei de Mohr-Coulomb aplica-se à ruptura (Equação 6):
� �! " #! $%& '! (6)
Onde:
τ é a máxima tensão cisalhante suportada pelo material
no plano considerado em kN/m²;
c’ é a coesão do material em kN/m² (no caso de
resíduos, coesão aparente);
σ’ é tensão normal efetiva do material no plano
considerado em kN/m²;
φ’ é o ângulo de atrito efetivo do material em °.
− O coeficiente de segurança é constante ao longo da cunha (ou plano) de
ruptura.
Equilíbrio Limite é um método que visa determinar o grau de estabilidade a
partir das dos seguintes procedimentos:
i. Postula-se um mecanismo de ruptura; isto é, arbitra-se uma determinada
superfície potencial de ruptura (circular, planar, etc.). O solo acima da
superfície é considerado como corpo livre;
ii. O equilíbrio é calculado pelas equações da estática: (ΣFv = 0, ΣFh = 0,
ΣM = 0). O equilíbrio de forcas é feito subdividindo-se a massa de solo
em fatias e analisando o equilíbrio de cada fatia, conforme a Figura 2. 28.
81
Figura 2. 28 - Seção de ruptura circular dividida em fatias (ORTIGÃO & SAYÃO,
2004).
Onde:
R – raio da superfície potencial de ruptura;
bi – largura da base da fatia;
Ei – Empuxo lateral a jusante;
Ei+1 – Empuxo lateral a montante;
Xi – Força de cisalhamento jusante;
Xi+1 – Força de cisalhamento a montante;
Ti – Força de cisalhamento na base da fatia;
Ni – Força normal atuante na base da fatia;
αi – Ângulo da base da fatia com a horizontal;
li – Distância horizontal da lateral da fatia até o centróide da fatia;
Wi – Peso do material da fatia.
O método proposto por Bishop em 1955 utilizando nas análises de estabilidade
neste estudo, aborda a análise da estabilidade de um talude utilizando a divisão da cunha
de ruptura em diversas fatias. Considera-se neste método o equilíbrio de momento e de
forças verticais. Este método é uma modificação do Método das Fatias, porém levando
em conta as reações (em módulo, direção e sentido) entre as fatias adjacentes.
3.7. METODO DOS ELEMENTOS FINITOS (MEF)
O uso de computadores cada vez com maior desempenho, fez com que o uso do
Método dos Elementos Finitos (MEF) fosse difundido na solução de projetos
82
complexos. A capacidade de simular diversas condições de contorno, incorporando
diferentes etapas construtivas e modelos constitutivos diversos, tornou o MEF uma
ferramenta útil para problemas geotécnicos, que muitas vezes apresentam alto grau de
complexidade.
Apesar de ter sido originalmente desenvolvido para análise de problemas
estruturais, a teoria original do MEF foi modificada de forma a permitir a análise de
situações envolvendo outros campos da engenharia. Na resolução de um problema pelo
MEF são utilizadas as aproximações baseadas no método dos deslocamentos, método de
equilíbrio e método misto. As incógnitas principais são os deslocamentos, no método
dos deslocamentos, enquanto que no método de equilíbrio as incógnitas são as tensões.
Já o método misto apresenta como incógnitas tanto os deslocamentos quanto as tensões.
Programas de elementos finitos específicos para a Geotecnia têm sido
desenvolvidos a fim de prever o comportamento dos solos. O uso em simulações de
aterros de RSU são raros no Brasil. Estes programas conseguem realizar milhares de
cálculos por segundo, permitindo minimizar certas simplificações utilizadas em cálculos
convencionais, além de permitir a previsão e a reprodução do comportamento do
solo/estrutura das obras.
A análise numérica tem como vantagem a determinação dos deslocamentos
totais, verticais e horizontais, servindo de elementos de comparação de dados de
instrumentação instalada no aterro, além de retroanálises de seu comportamento.
Neste trabalho optou-se pela utilização do programa de elementos finitos Plaxis
9.0®. O programa Plaxis 9.0® apresenta uma interface gráfica, de ambiente Windows,
amigável. Como dados de entrada para o programa, desenha-se a geometria do seu
problema, são definidas as condições de contorno, posição do nível d´água, é
selecionado o tipo de material para cada item, o modelo constitutivo de cada tipo de
solo e define-se o tipo de análise a ser realizada – Axissimétrica ou plana de
deformação.
O programa Plaxis9.0® permite simular a construção da obra em etapas, ou seja,
simulou-se a operação das fases projetadas do aterro de RSU, definindo o tempo
utilizado para cada etapa (estágio de carregamento) conforme estudo desenvolvido para
adequação ambiental e o “as built” do aterro, além da possibilidade da criação de
intervalos entre as diversas etapas de construção.
83
Em todos os casos, o aterro foi considerado como sendo infinito, sendo
constituído de camadas de lixo antigo e lixo fresco. Foram simulados os recalques
primários da camada de lixo fresco, a partir de execução das células de 5m de altura.
A malha de elementos finitos é gerada automaticamente pelo programa, com
elementos triangulares, optando-se por elementos de 6 ou 15 nós. A malha pode ser
refinada globalmente ou em locais específicos a serem definidos.
O programa Plaxis9.0® possui 6 modelos constitutivos que governam o
comportamento do material – Mohr-Coulomb, Jointed Rock, Hardening Soil, Soft Soil
Creep, Soft Soil e Linear-Elástico. Os modelos constitutivos necessitam de diferentes
parâmetros e dados de entrada. Optou-se neste trabalho, face os dados disponíveis e tipo
de problema, o uso de somente um modelo para a representação dos materiais – o Mohr-
Coulomb.
O modelo constitutivo Mohr-Coulomb é um modelo elástico perfeitamente
plástico, empregado para representar a ruptura por cisalhamento de solos e rochas. O
modelo Mohr-Coulomb é assim classificado devido à hipótese de que o material
comporta-se como linear elástico até atingir a ruptura, não havendo endurecimento
devido ao fluxo plástico, ou seja, a superfície de plastificação é fixa. Portanto, o
material apresenta um comportamento linear elástico até atingir uma determinada tensão
de escoamento, que se mantém constante com o acréscimo de deformações plásticas.
Os principais parâmetros geotécnicos necessários como dados de entrada para
este modelo são:
φ´ – ângulo de atrito efetivo (°);
c’ – coesão (kPa) – no caso de lixo, coesão aparente;
E – Módulo de estasticidade (MPa);
kx – Permeabilidade horizontal (cm/s);
ky – Permeabilidade vertical (cm/s);
γsat – Peso Específico saturado (kN/m³);
γd – Peso Específico seco (kN/m³);
k0 – Coeficiente de empuxo no repouso (kN/m³);
ν – Coeficiente de Poisson.
As análises visarem comparar parâmetros da literatura com alguns parâmetros
adotados, simulando os deslocamentos encontrados pelos inclinômetros e as etapas de
construção do aterro. Nas etapas de construção é possível o uso das opções de
84
atualização das poropressões e da malha de elementos finitos. A atualização da malha é
recomendada em situações em que se prevê a ocorrência de grandes deformações (como
no caso de aterros de RSU). A matriz de rigidez é atualizada com base na geometria
deformada da etapa. A opção de atualização das poropressões foi utilizada a fim de se
introduzir o efeito da submersão dos materiais, o que resulta, normalmente, em uma
redução da tensão efetiva atuante nas camadas compressíveis de RSU.
Para a obtenção dos deslocamentos de um ponto específico a ser estudado na
análise numérica, optou-se no programa pela seleção de um ou mais pontos específicos
a fim de se determinar deslocamentos, poropressões ou tensões atuantes ao longo da
construção do aterro, tendo como saída um gráfico ou uma tabela com os valores
obtidos.
As malhas de elementos finitos foram constituídas por elementos triangulares de
15 nós. Os contornos laterais foram considerados indeslocáveis horizontalmente e a
base indeslocável vertical e horizontalmente. Ressalte-se que as dimensões da malha
foram suficientes para evitar a influência dos contornos na magnitude dos
deslocamentos previstos. Todas as análises foram executadas sob estado de deformação
plana.
O cálculo das etapas construtivas do aterro foi realizado pelo programa Plaxis
9.0®, através da opção de cálculo denominada Plastic Analysis, com atualização da
malha e das poropressões em cada etapa. O processo de cálculo foi dividido em fases,
permitindo a ativação de um estágio de carregamento aproximadamente como foi à
execução dos resíduos mais frescos, com células de 5m distribuídas em 12 etapas
distintas durante o período aproximado de 5 anos aproximadamente.
85
CAPÍTULO 4
4. RESULTADOS
Neste capítulo, são apresentados os resultados das leituras da instrumentação do
aterro durante o período de 10 meses. São também discutidas as análises de estabilidade
do aterro de RSU. Observou-se que nas análises de estabilidade desenvolvidas segundo
estudos iniciais, que os dados utilizados foram conservadores, principalmente no que
diz respeito a parâmetros de poropressão (ru) utilizados. Dentre as diversas análises de
estabilidade, ainda são discutidas as retro-análises de dois meses (dezembro 2009 e abril
de 2010) com elevadas pluviometrias duas rupturas de porte significativo, registrando
movimentos bruscos através dos inclinômetros. Foi também realizada a retro-análise de
deslocamentos horizontais utilizando o Método dos Elementos Finitos na seção
principal de instrumentação do aterro, visando ajustar parâmetros comparando os
deslocamentos horizontais encontrados no modelo matemático com os dados de
deslocamentos horizontais de inclinômetro.
4.1. LEITURAS DA INSTRUMENTAÇÃO
4.1.1. RESULTADO DAS LEITURAS – PIEZÔMETROS SIFÃO
Conforme descrito anteriormente, os piezômetros sifão instalados nesta obra são
constituídos de dois tubos concêntricos, o interno para o registro das variações
piezométricas no chorume (“câmara piezométrica”) e o externo para a avaliação da
pressão de gás (“câmara de pressão de gás”).
4.1.1.1.COTAS PIEZOMÉTRICAS
A Figura 4. 1 apresenta o gráfico das variações de leitura para todo o período
acompanhado de mais de 10 meses.
86
Figura 4. 1 - Variações das cotas piezométricas para o período de acompanhamento do
aterro.
Durante o acompanhamento, foram observadas as quebras de 3 equipamentos. O
primeiro piezômetro comprometido foi durante a operação do aterro, o PZ05 onde
houve ruptura do tubo após intensas passagens de caminhões de lixo próximos ao
instrumento. Durante tentativa de recuperar o instrumento, houve ocorrência de chuvas
torrenciais e o equipamento foi perdido devido inundação do local.
Nota-se que no gráfico acima há variações bruscas em algumas leituras. No
piezômetro PZ02, por exemplo, nota-se que as leituras variaram muito no período de
abril. Neste período observou-se a quebra do equipamento, logo após deslizamento de
um talude a montante do instrumento. No mesmo período, o PZ01 foi soterrado pela
ruptura do mesmo talude.
No mês de junho, apenas dois piezômetros estavam funcionando no
monitoramento de todo o aterro (PZ03 e PZ04).
4.1.1.2.PRESSÕES DE GÁS
A Figura 4. 2 apresenta o gráfico das variações de leitura para todo o período
acompanhado de mais de 10 meses.
95
100
105
110
115
120
125
130
04/09/2009 19/10/2009 03/12/2009 17/01/2010 03/03/2010 17/04/2010 01/06/2010
Co
ta P
iezo
mé
tric
a (m
)
Data
PZ01PZ02PZ03PZ04PZ05
87
Figura 4. 2 - Leituras da pressão de gás para o período analisado.
Nota-se que o piezômetro PZ03 apresentou maiores variações durante o período
de monitoramento do aterro. Após período de chuvas de abril, o PZ03 apresentou queda
brusca nas leituras. Suspeita-se que o tubo tenha desencaixado, já que houve indícios de
movimentação registrados em torno de 6m de profundidade, fazendo inclusive com que
o medidor de nível d’água não passasse mais em torno de 6m de profundidade.
O sistema de drenagem de gases existente constitui-se basicamente em colunas
de tubos justapostos de concreto perfurados, apoiados, em grande parte, no sistema
interno existente de drenagem de chorume, que é composto de drenos de brita.
Ainda, em nenhum dos drenos foi verificado o reaproveitamento ou queima do
biogás. É de se destacar que, considerando que a composição do biogás encontrada em
aterros no Brasil é de aproximadamente 55% de metano (CH4), 40% de gás carbônico
(CO2) e 5% de nitrogênio (N2) e outros gases, sendo o gás metano quase 21 vezes mais
danoso que o dióxido de carbono em termos de efeito estufa, queimar o biogás na saída
dos drenos é uma alternativa que se recomenda, quando não há aproveitamento
energético, esperando-se com a queima reduzir-se em, aproximadamente, 20% a
emissão de gás metano para a atmosfera.
0
10
20
30
40
50
60
04/09/2009 19/10/2009 03/12/2009 17/01/2010 03/03/2010 17/04/2010 01/06/2010
Pre
ssã
o d
e g
ás
(kP
a)
Data
PZ01
PZ02
PZ03
PZ04PZ05
88
4.1.1. RESULTADO DAS LEITURAS – INCLINÔMETROS
Os resultados foram processados em planilhas Excel® e no software G-Tilt® e
plotados versus profundidade. Os gráficos seguintes apresentam os resultados para cada
instrumento.
As direções das ranhuras A e B são determinadas em função da tendência de
movimento. A direção A+ sempre será a direção provável de deslocamentos principais,
ou seja, neste caso a ranhura que aponta perpendicular à jusante do talude, conforme
mostra a Figura 4. 3.
Figura 4. 3 - Direção das ranhuras A e B dos tubos de inclinômetro do aterro de RSU
estudado.
Cada leitura fornece os deslocamentos em milímetros plotados em função da
profundidade nas direções A e B.
As Figuras 4. 4 a 4. 7 apresentam os gráficos de deslocamentos nos eixos A e B
durante o período de 10 meses.
Seção principal de instrumentação
Seção secundária de instrumentação
89
Figura 4. 4 - Gráfico de leituras do IN01 na direção A e B.
-30
-28
-26
-24
-22
-20
-18
-16
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
Elev.(m)
-500 -250 0 250 500
-30
-28
-26
-24
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-20
-18
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0
-500 -250 0 250 500
-30
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-10
-8
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-4
-2
0
Elev.(m)
-500 -250 0 250 500
-30
-28
-26
-24
-22
-20
-18
-16
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-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
-500 -250 0 250 500
LEGENDInitial 2 mar2010
3 mar2010 4 mar201014 abr201015 abr201016 abr201019 abr201020 abr201022 abr201026 abr201021 mai201025 mai201026 mai201027 mai201028 mai201031 mai201010 jun201011 jun201014 jun201015 jun201016 jun201017 jun201021 jun201025 jun201028 jun201029 jun201030 jun2010
Cumulative DeflectionDirection A
Deflection (mm)
Cumulative DeflectionDirection B
Deflection (mm)
Ref. Elevation m
90
Figura 4. 5 - Gráfico de leituras do IN02 na direção A e B.
-30
-28
-26
-24
-22
-20
-18
-16
-14
-12
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-8
-6
-4
-2
0
Elev.(m)
-50 -25 0 25 50
-30
-28
-26
-24
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-20
-18
-16
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-10
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-50 -25 0 25 50
-30
-28
-26
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-20
-18
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-14
-12
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-8
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-4
-2
0
Elev.(m)
-50 -25 0 25 50
-30
-28
-26
-24
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-20
-18
-16
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-12
-10
-8
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-4
-2
0
-50 -25 0 25 50
LEGENDInitial 30 abr2010
3 mai2010 4 mai2010 5 mai2010 6 mai2010 7 mai201021 mai201025 mai201026 mai201027 mai201028 mai201031 mai201010 jun201011 jun201014 jun201015 jun201016 jun201017 jun201018 jun201021 jun201025 jun2010
Cumulative DeflectionDirection A
Deflection (mm)
Cumulative DeflectionDirection B
Deflection (mm)
Ref. Elevation m
91
Figura 4. 6 - Gráfico de leituras do IN03 na direção A e B.
-30
-28
-26
-24
-22
-20
-18
-16
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
Elev.(m)
-15 -7,5 0 7,5 15
-30
-28
-26
-24
-22
-20
-18
-16
-14
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0
-15 -7,5 0 7,5 15
-30
-28
-26
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-18
-16
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Elev.(m)
-15 -7,5 0 7,5 15
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-28
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0
-15 -7,5 0 7,5 15
LEGENDInitial 2 mar2010
3 mar2010 4 mar2010 5 mar2010 8 mar2010 9 mar201010 mar201011 mar201016 mar201019 mar201029 abr2010 3 mai2010 4 mai2010 5 mai2010 6 mai2010 7 mai201021 mai201010 jun201011 jun201014 jun201015 jun201016 jun201017 jun201018 jun201021 jun201025 jun201028 jun201029 jun201030 jun2010
Cumulative DeflectionDirection A
Deflection (mm)
Cumulative DeflectionDirection B
Deflection (mm)
92
Figura 4. 7 - Gráfico de leituras do IN04 na direção A e B.
Nos gráficos, é possível notar deslocamentos acumulados de mais de 600mm,
com é o caso do inclinômetro IN01. Grande parte deste deslocamento foi registrado
após grande período chuvoso do mês de abril, com registro de mais de 270mm de
precipitação em menos de 12h de chuva intensa. Ainda, nos gráficos nota-se que não
estão registrados todas as leituras. Porém, a leitura inicial que se tem é do início do mês
de março, após troca de inclinômetro.
4.1.2. RESULTADO DAS LEITURAS – PLUVIÔMETROS
Durante o período monitorado, registraram mais de 926mm de chuva, durante o
período de dezembro de 2009 a junho de 2010. A maior chuva torrencial registrada foi
em abril, onde no dia 09 choveu 274mm em menos de 12h.
A Figura 4. 8 mostra o gráfico de precipitações para o período observado.
-18
-16
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
Elev.(m)
-300 -150 0 150 300
-18
-16
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
-300 -150 0 150 300
-18
-16
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
Elev.(m)
-300 -150 0 150 300
-18
-16
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
-300 -150 0 150 300
LEGENDInitial 29 abr2010
3 mai2010 4 mai2010 5 mai2010 6 mai2010 7 mai201021 mai201010 jun201011 jun201014 jun201015 jun201016 jun201021 jun201025 jun201028 jun201029 jun2010
Cumulative DeflectionDirection A
Deflection (mm)
Cumulative DeflectionDirection B
Deflection (mm)
Ref. Elevation m
93
Figura 4. 8 - Precipitação registrada durante o monitorado no aterro.
4.2. ANÁLISES DE ESTABILIDADE
Tratando-se de estabilidade de taludes, a água é um dos fatores mais
importantes. Na natureza a água pode apresentar pressão positiva ou negativa e estar em
movimento ou não (hidrostática) sob condição de fluxo. A influência da água na
estabilidade pode ser atribuída a:
• Mudança nas poropressões, alterando a tensão efetiva,
conseqüentemente, a resistência ao cisalhamento dos RSU;
• Variando o peso da massa, em função de mudanças no peso especifico
(influenciando o valor do parâmetro de poropressão - ru);
• Desenvolvimento de fluxo, gerando erosões internas (piping) e/ou
externas na massa de RSU, além das forças de percolação.
Do volume de água que cai na superfície do aterro, parte se infiltra, outra
evapora e parte flui superficialmente (runoff) ou fica retido em depressões superficiais.
Frente a sobrecargas, o maciço saturado tende a ter comportamento não-drenado,
ocasionando excessos de poropressão que diminuem a resistência ao cisalhamento do
aterro. O aumento da cota piezométrica eleva também o parâmetros de poropressão (ru)
a ser considerado nas análises de estabilidade.
0
50
100
150
200
250
300
03/12/2009 03/01/2010 03/02/2010 03/03/2010 03/04/2010 03/05/2010 03/06/2010
Pre
cip
ita
ção
(mm
/dia
)
Data
94
A Figura 4. 9 apresenta um exemplo de leitura piezométrica, onde o hp é a altura
piezométrica medida pelo indicador de nível d’água (“piu” elétrico), seguido do cálculo
do ru.
Figura 4. 9- Representação do cálculo do ru.
O parâmetro de poropressão (ru), definido pela relação entre poropressão e
tensão vertical, expressa pela Equação (7):
)* � *��
� *+., (7)
Onde:
u = poropressão medida (kPa);
γ = peso específico dos RSU (kN/m³);
h = altura de lixo acima de onde está se medindo a poropressão (m).
A Tabela 4. 1 apresenta os valores de ru calculados para cada piezômetro no mês
de dezembro 2009, tendo-se adotado para os RSU o peso específico de 11kN/m³:
NA
γ
NT
95
Tabela 4. 1 - Valores de ru de campo para o mês de dezembro de 2009
Piezômetrou
(kPa)h
(m)σσσσv
(kPa)r u
PZ01 40,00 20,40 224,40 0,18PZ02 52,80 23,36 256,96 0,21PZ03 87,30 18,96 208,56 0,42PZ04 74,50 18,83 207,13 0,36PZ05 106,40 17,44 191,84 0,55
Avaliando os valores encontrados, notou-se que os parâmetros utilizados em
estudos anteriores no aterro foram demasiados conservadores, no que diz respeito
principalmente a valores de parâmetros de poropressão, que haviam sido tomados como
críticos com ru = 0,4.
Na Figura 4. 10 é apresentada a superfície crítica com ru = 0,4 e o FS=1,021 em
estudos anteriores.
Figura 4. 10 - Seção principal de instrumentação analisada, segundo estudos anteriores,
utilizando um ru de 0,4 com Método de Bishop Simplificado no software GEOSLOPE
2004.
Decidiu-se primeiramente avaliar a estabilidade do aterro de RSU, utilizando os
parâmetros de poropressão in situ, medidos com o auxilio dos piezômetros. Vale
lembrar que as medidas estimadas de ru são pontuais e neste estudo foram extrapoladas
para as camadas inteiras de resíduos.
Em todas as análises de estabilidade foi empregados o Método de Equilíbrio
Limite (Bishop Simplificado), sendo que as simulações foram realizadas com o
programa SLIDE5.0 da Rocscience. Foram analisadas duas seções geotécnicas, a
ru lixo fresco = ru lixo antigo = 0,4
96
seção principal e secundária de instrumentação. Em todas as análises, para o terreno
natural de fundação, foram considerados parâmetros efetivos com condição drenada de
carregamento.
Conforme dados da
Figura 4. 10 Figura 4. 10 os parâmetros adotados em estudos anteriores para
analisar a estabilidade são os apresentados na Tabela 4. 2.
Tabela 4. 2 - Parâmetros de resistência utilizados em estudos anteriores
γ γ γ γ c' φφφφ '
(kN/m³) (kPa) (°)
Lixo fresco 11 30 20
Lixo antigo 11 30 20
Solo natural de fundação 18 20 35
Resíduos de construção 20 0 38
Material
Para a seção principal, adotou-se um ru de 0,42 e para a seção secundária um ru
de 0,55, conforme apresentado Tabela 4. 1, segundo dados de piezometria de campo
para o mês de dezembro de 2009.
Considerou-se que o nível de água NA, se encontra próximo a superfície de lixo
antigo, sendo assim, o lixo fresco apresenta valores de ru igual a zero .
Ainda, foram analisadas duas situações. A topografia do mês de dezembro de
2009 segundo topografia levantada pela empresa responsável e a topografia do prevista
para o encerramento determinada no estudo de adequação ambiental do antigo lixão.
Os resultados encontrados são apresentados nas Figuras 4.11 a 4. 14. Já a
apresenta o resumo dos resultados encontrados nas análises.
97
Figura 4. 11 - Análise de estabilidade da seção principal de instrumentação para
topografia do mês de dezembro de 2009, utilizando ru medido em campo, indicado pelo
PZ03 de 0,42.
Figura 4. 12 - Análise de estabilidade da seção principal de instrumentação para
topografia final prevista para o encerramento, utilizando com ru medido em campo,
indicado pelo PZ03 de 0,42.
ru lixo fresco = 0
ru lixo antigo = 0,42
ru lixo fresco = 0
ru lixo antigo = 0,42
98
Figura 4. 13 - Análise de estabilidade da seção secundária de instrumentação para
topografia do mês de dezembro de 2009, utilizando ru medido em campo indicado pelo
PZ05 de 0,55.
Figura 4. 14 - Análise de estabilidade da seção secundária de instrumentação para
topografia final prevista para o encerramento, utilizando ru medido em campo, indicado
pelo PZ05 de 0,55.
ru lixo fresco = 0
ru lixo antigo = 0,55
ru lixo fresco = 0
ru lixo antigo = 0,55
99
Tabela 4. 3 - Resumo das análises de estabilidade segundo parâmetros adotados
segundo estudos anteriores
Topografia dezembro 0,42 1,46
Topografia final 0,42 1,14
Topografia dezembro 0,55 1,60
Topografia final 0,55 1,30
Principal
Secundária
Seção Topografiar u (mês de
dezembro)FS
Conforme se observa nas análises de estabilidade, a seção principal possui dois
pontos críticos de instabilidade. Um deles é junto ao dique de contenção de resíduos
inertes composto de sobras de construção civil e demolição, o que não representa a
realidade. Segundo análises com os parâmetros de resistência utilizados em estudos
anteriores, o talude de resíduos inertes já haveria rompido o que não corresponde à
realidade do dique, pois o mesmo é constituído de matacões de mais de 5m de diâmetro
e aparentemente apresenta-se estável.
Os valores encontrados para os Fatores de Segurança para a topografia estimada
do estudo para adequação ambiental e de encerramento foram em torno de 14% maiores
dos que os encontrados em estudos anteriores, mesmo considerando parâmetros de
poropressão maiores dos que os utilizados nos estudos anteriores. O fato pode ser
explicado devido à não consideração do parâmetro de poropressão na camada de RSU
fresco, o que é natural, já que os RSU mais frescos encontram-se menos compactados e
menos saturados que os resíduos antigos. Desta forma, os RSU mais frescos tendem a
desenvolver menos excessos de poropressão frente às sobrecargas.
4.3. RETRO-ANÁLISES DE ESTABILIDADE – MÊS DE DEZEMBRO
Durante o final do mês de dezembro de 2009 foram registradas chuvas intensas.
Além disso, devido à época do ano, as cargas de lixo aumentaram muito, devido às
festas de fim de ano. Neste período, estes e demais fatores ocasionaram numa ruptura
local, próxima à seção secundária de instrumentação. Serão discutidas as leituras da
instrumentação e após a retro-análise de estabilidade do local, juntamente com
observações em campo e descrição das leituras da instrumentação instalada no aterro.
100
4.3.1. LEITURAS DA INSTRUMENTAÇÃO
4.3.1.1.PIEZÔMETROS SIFÃO - COTAS PIEZOMÉTRICAS
Referente aos gráficos das cotas piezométricas (Figura 4. 15) nota-se que houve
variações de níveis de chorume no PZ05, local este que estava em constante sobrecarga
devido à operação do aterro. A variação das leituras piezométricas será discutida
adiante, juntamente com a retro-análise de estabilidade.
Figura 4. 15 - Gráfico das variações das cotas piezométricas para o mês de dezembro de
2009.
Nota-se que não houve leituras nos piezômetros PZ01 e PZ02 no período de
04/12 até 31/12 por motivo de que os dois instrumentos estarem com a boca do tubo
muito alta em relação à cota do terreno não sendo possível realizar a medição. O fato se
deve a condições de operação do aterro, onde houve preocupação em deixar a boca do
tubo fora do maciço de lixo que vinha avançando em direção aos tubos.
4.3.1.2.PIEZÔMETROS SIFÃO - PRESSÕES DE GÁS
As leituras de pressão de gás são realizadas com a instalação do manômetro na
válvula adaptada a câmara, com a posterior abertura da válvula.
95
100
105
110
115
120
01/12/2009 06/12/2009 11/12/2009 16/12/2009 21/12/2009 26/12/2009 31/12/2009
Co
ta P
iezo
mé
tric
a (m
)
Data
PZ01PZ02PZ03PZ04PZ05
101
A Figura 4. 16 apresenta as variações das leituras de pressão de gás para o mês
de dezembro de 2009.
Figura 4. 16 - Leituras da pressão de gás para o mês de dezembro de 2009.
De acordo com o gráfico da Figura 4. 16, observa-se que somente alguns
piezômetros (PZ01 e PZ03) apresentam leituras de gás diferente de zero. A leitura do
PZ03 (entorno de 50kPa) foi inspecionada durante visita de inspeção nos dias 12 e 13 de
janeiro de 2010, e constatou-se que a pressão da mesma não deve se tratar de um bolsão,
sendo que a pressão medida cai em poucos segundos para 10kPa.
4.3.1.3. INCLINÔMETROS
Os deslocamentos versus profundidade são apresentados acompanhados pelo
denominado cone de incerteza (0,2mm/m). Este cone corresponde à incerteza do
sistema, inerente à qualquer inclinômetro, e auxilia a identificar pequenas tendências de
movimentações. Os gráficos dentro do cone indicam que não ocorreram deslocamentos
significativos, ou que foram inferiores ao limite de acurácia do instrumento.
Nas Figuras 4. 17 a 4. 20 são apresentadas as leituras registradas para o mês de
dezembro de 2009, em termos dos gráficos de deslocamento para cada eixo de leitura.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
01/12/2009 06/12/2009 11/12/2009 16/12/2009 21/12/2009 26/12/2009 31/12/2009
Pre
ssã
o d
e gá
s (k
Pa)
Data
PZ01PZ02PZ03PZ04PZ05
102
Figura 4. 17 - Gráfico de leituras do IN01
Figura 4. 18 - Gráfico de leituras do IN02.
Eixo A Eixo B
Figura 1 Gráfico de leituras do IN01
0
5
10
15
20
25
30
-20 0 20
Pro
fun
did
ade
(m)
.
Deslocamento (mm)
Cone de Acurácia
07/12/2009
09/12/2009
11/12/2009
14/12/2009
17/12/2009
21/11/2009
23/12/2009
27/12/2009
29/12/2009
0
5
10
15
20
25
30
-20 0 20
Pro
fun
did
ade
(m)
.
Deslocamento (mm)
Eixo A Eixo B
0
5
10
15
20
25
-20 0 20
Pro
fund
idad
e (m
) .
Deslocamento (mm)
Cone de Acurácia
07/12/2009
09/12/2009
11/12/2009
14/12/2009
17/12/2009
21/11/2009
23/12/2009
27/12/2009
29/12/2009
0
5
10
15
20
25
-20 0 20
Pro
fund
idad
e (m
) .
Deslocamento (mm)
103
Figura 4. 19 - Gráfico de leituras do IN03.
Figura 4. 20 - Gráfico de leituras do IN04.
EixoA Eixo B
0
5
10
15
20
25
-10 0 10 20
Pro
fund
idad
e (m
) .
Deslocamento (mm)
Cone de Acurácia
08/12/2009
10/12/2009
14/12/2009
16/12/2009
18/12/2009
22/11/2009
28/12/2009
30/12/2009
0
5
10
15
20
25
-20 0 20
Pro
fund
idad
e (m
) .
Deslocamento (mm)
Eixo A Eixo B
Figura 1 Gráfico de leituras do IN04
0
2
4
6
8
10
12
14
16
-10 0 10
Prof
undi
dade
(m)
.
Deslocamento (mm)
Cone de Acurácia
08/12/2009
10/12/2009
14/12/2009
16/12/2009
18/12/2009
22/11/2009
28/12/2009
30/12/2009
0
2
4
6
8
10
12
14
16
-10 0 10
Pro
fund
idad
e (m
) .
Deslocamento (mm)
104
Segundo as leituras de inclinômetro do período do mês de dezembro de 2009, nota-se
que somente um dos equipamentos registrou deslocamentos significativos (IN03 com 13mm
na direção A+), porém são considerados deprezíveis, ao lembrar que deslocamentos
horizontais em aterros de RSU chegam a centímetros ou até mesmo metros de deslocamento
sem haver rupturas.
4.3.1.4. PLUVIÔMETROS
Os registros indicam um total de 201mm de precipitação para o mês de
dezembro de 2009 (Figura 4. 21), sendo os maiores índices registrados nos dias 05 e 31
de dezembro, com registros de 33 e 27mm, respectivamente.
Figura 4. 21 - Índices de precipitação registrados no mês de dezembro de 2009.
4.3.2. VISITAS DE CAMPO
Durante as visitas de campo no início do mês de janeiro de 2010, foram
observados problemas de estabilidade próximo a seção secundária de instrumentação,
onde ocorreu no final do ano de 2009 uma ruptura. A seção principal aparentemente
apresentava-se estável e as leituras de instrumentação não apresentavam movimentações
significativas.
0
5
10
15
20
25
30
35
Pre
cip
ita
ção
(mm
/dia
)
Data
105
4.3.2.1.OBSERVAÇÕES
A Figura 4. 22 apresenta o local da ruptura e das trincas, sendo as duas
localizadas próximas à seção secundária de instrumentação.
Figura 4. 22 - Localização da ruptura interna e localização aproximada da trinca.
Já a Figura 4. 23 apresenta a seção principal de instrumentação.
Figura 4. 23 - Seção topográfica de dezembro de 2009 (em vermelho), seção topográfica
prevista para o encerramento e instrumentação instalada na seção principal do aterro.
Seção principal de instrumentação
Seção secundária de instrumentação
Local da ruptura
Localização das trincas (extensão aproximada de 50m)
106
Na Figura 4. 24 se apresenta a seção transversal secundária de instrumentação do
aterro com a topografia de dezembro de 2009.
Figura 4. 24 - Seção topográfica de dezembro de 2009 (em vermelho), seção topográfica
prevista para o encerramento e instrumentação instalada na seção secundária de
instrumentação do aterro.
As fotos nas Figuras 4. 25 e 4. 26 mostram a ruptura sob diferentes ângulos.
107
Figura 4. 25 - Ruptura ocorrida no final do ano de 2009 (em vermelho).
Figura 4. 26 - Ruptura ocorrida e “lixo” obstruindo a pista de acesso (em vermelho).
ESCALA (CATADOR
)
108
A respeito da ruptura no talude, observou-se que:
1. Trata-se de ruptura de um dos taludes, sendo este muito íngreme
(inclinação maior que 50°) e com altura elevada (em torno de 12m);
2. A obstrução da drenagem próxima ao local provavelmente colaborou
para a ruptura, sendo que, durante uma visita, observou-se surgência
constante de chorume na crista do talude e sistema de drenagem
obstruído. Estes fatores, aliados a fortes índices de precipitação
registrados no final do mês de dezembro de 2009 (ver Figura 4. 21)
levaram a instabilização do talude, deflagrando a ruptura no local.
3. Além disso, o aumento das cargas de resíduos no final de ano pode ter
colaborado para a ruptura local. Ou seja, não há tempo suficiente para o
material se “acomodar”, ficando grandes vazios entre os resíduos. Os
vazios colaboram para a instabilidade do aterro em geral. A sobrecarga
ocasiona o aumento do valor de ru (parâmetro de poropressão) o que foi
constatado pelo PZ05 (conforme Tabela 4. 1);
4. A alta permeabilidade do material de cobertura permitiu que muita água
entrasse nas células do aterro, podendo ter provocado o fenômeno
conhecido por “piping” (ou erosão interna);
5. A falta de material de cobertura adequado, combinado com a morfologia
do terreno natural colaborou com o acumulo de água próximo ao local
do PZ04 e PZ05;
6. As leituras de pressão de gás e níveis piezométricos do PZ05 (Figuras 4.
15 e 4. 16 respectivamente) mostram variações nas leituras nos dias 15 e
28/12 que são os períodos pós chuvas intensas (ou durante as mesmas)
conforme pode ser visto na Figura 4. 21. O piezômetro PZ05 se localiza
à montante do local onde houve uma obstrução do sistema de drenagem
o que também pode ter contribuído para a as variações de poropressão e
de gás. A visita a campo flagrou o comprometimento do sistema de
drenagem, onde foi possível notar o acúmulo de lixiviado na berma a
montante do PZ05. Em relação às leituras de gás, a alta permeabilidade
do material de cobertura colabora para entrada de oxigênio nos vazios
dos resíduos e reação aeróbica nas camadas superiores do aterro. No
verão, período de chuvas intensas, as reações anaeróbicas são estimadas
109
com produção de CH4 (gás metano) e H2S (gás sulfídrico) frutos da
degradação da matéria orgânica;
A respeito das trincas no platô no aterro, observou-se que:
1. A trinca possuia aproximadamente 50m de comprimento, localizando-se
paralela a crista do talude;
2. Possuia desnível de até aproximadamente 0,50m, e parecia estável (ver
Figuras 2. 27 e 4. 28);
3. A trinca favorece a saturação dos resíduos no talude. Ainda, favorece a
ocorrência de um fenômeno conhecido por “piping”;
4. O PZ04, a jusante do talude, apresenta sinais de movimentações
horizontais a 6m de profundidade a partir da boca do tubo. Este fato foi
comprovado no dia 12 de janeiro de 2010, após um técnico de campo
não conseguir utilizar o equipamento de medição da marca Encardio (de
maior comprimento e espessura). Ainda, a leitura dos inclinômetros
IN03 e IN04 mostra tendências de movimentações na direção positiva
do eixo A, nesta mesma profundidade.
110
Figura 4. 27 - Foto da trinca no platô do aterro.
Figura 4. 28 - Foto da mesma trinca.
5. A trinca observada parece mais se tratar de uma acomodação de resíduos
frescos depositados no talude de lixo antigo, formando uma espécie de
111
degrau após o adensamento dos resíduos frescos. Porém, tal
acomodação pode ter colaborado para que o talude a jusante fosse
instabilizado.
4.3.3. RETRO-ANÁLISE DE ESTABILIDADE – DEZEMBRO 2009
Conforme discutido no Capítulo 2, observa-se que os parâmetros dos RSU
possuem ligação direta com diversos fatores que são influenciados principalmente na
composição gravimétrica dos resíduos. Optou-se em retro-analisar o caso de ruptura
considerando valores da literatura. Adotou-se para peso específico o valor de 11 kN/m³,
o mesmo utilizado em estudos anteriores.
Conforme discutido também no Capítulo 2, há grande dispersão de valores de
parâmetros de resistência ao cisalhamento descritos na literatura. A Tabela 2. 6
apresentou diversos resultados de ensaios realizados em RSU no mundo. Optou-se em
considerar o parâmetro de poropressão na camada de RSU fresco também, devido à
extrema saturação do maciço.
Além disso, as chuvas começaram no no dia 27/12 com maior intensidade na
noite do dia 31/12, sendo que as leituras piezométricas só foram realizadas no dia 31/12
na parte da tarde. Decidiu-se então, não utilizar os valores de ru calculados em função
da instrumentação, e sim variar este parâmetro até atingir o limite crítico de estabilidade
do talude (FS=1,0), para reproduzir a ruptura ocorrida na noite do dia 31/12.
De acordo com a retro-análise da ruptura localizada próxima a seção secundária
de instrumentação, chegou-se aos valores da Tabela 4. 4, com ru=0,7
Tabela 4. 4 - Parâmetros de resistência utilizados nas análises de estabilidade deste
estudo.
γ γ γ γ c' φφφφ '
(kN/m³) (kPa) (°)
Lixo fresco 11 15 27
Lixo antigo 11 40 25
Solo natural de fundação 18 20 35
Resíduos de construção 20 20 38
Material
A Figura 4. 29 apresenta a retro-analise realizada no talude da seção secundária
de instrumentação (FS=1,01).
112
Figura 4. 29 - Retro-análise da ruptura localizada próximo a seção secundária de
instrumentação, considerando ru=0,7 em todo o RSU.
As Figuras 4. 30 a 4. 33 apresentam os resultados para a topografia do mês de
dezembro de 2009 e para a topografia prevista para o encerramento para as seções
principal e secundária de instrumentação, com valores de ru medidos para o mês de
dezembro de 2009 no lixo velho e ru=0 no lixo fresco.
ru lixo fresco = 0,7
ru lixo antigo = 0,7
113
Figura 4. 30 - Análise de estabilidade da seção principal de instrumentação para
topografia de dezembro de 2009.
Figura 4. 31 - Análise de estabilidade da seção principal de instrumentação para
topografia de topografia prevista para o encerramento.
ru lixo fresco = 0
ru lixo antigo = 0,42
ru lixo fresco = 0
ru lixo antigo = 0,42
114
Figura 4. 32 - Análise de estabilidade da seção secundária de instrumentação para
topografia de dezembro de 2009.
Figura 4. 33 - Análise de estabilidade da seção secundária de instrumentação para
topografia de prevista para o encerramento.
A Tabela 4. 5 apresenta o resumo das análises de estabilidade para o mês de
dezembro de 2009.
ru lixo fresco = 0
ru lixo antigo = 0,55
ru lixo fresco = 0
ru lixo antigo = 0,55
115
Tabela 4. 5 - Resumo das análises de estabilidade segundo parâmetros adotados.
Topografia dezembro 0,42 1,74
Topografia encerramento 0,42 1,35
Topografia dezembro 0,55 1,77
Topografia encerramento 0,55 1,55Secundária
Seção Topografiar u (mês de
dezembro)FS
Principal
Considerando a Norma Brasileira de Estabilidade de Taludes e Encostas (ABNT
NBR 11682, 2006) a Tabela 4. 6 trata dos fatores de segurança mínimos admitidos para
taludes e encostas. Seguindo a norma, para o caso do aterro de RSU, podemos
considerar o grau de segurança para perdas de vidas como baixo e o grau de segurança
para perdas materiais e ambientais como alto, temos um FS mínimo de 1,3 sobre o
método do cálculo.
Tabela 4. 6 - Fatores de segurança mínimos admitidos (ABNT NBR 11682, 2006).
Então, considerou-se o valor de FS = 1,3 como o valor mínimo para estabilidade
do aterro de RSU. A seguir foram analisadas as estabilidades com a topografia final
estimada para o encerramento e a topografia do mês de dezembro de 2009,
considerando ru igual a zero na camada de RSU fresco.
Nas Figuras 4. 34 e 4. 37 são apresentados resultados de FS versus ru.
Grau de segurança
Perdas de vidas
Grau de segurança
Perdas materiais e ambientais
Alto Média Baixo
Alto 1,5 1,4 1,3
Médio 1,4 1,3 1,2(*)
Baixo 1,4 1,3 1,10( *)
(*) A adoção de fatores de segurança iguais ou inferiores a 1,2 só será permitida quando os parâmetros de resistência do solo puderem ser confirmados por retroanálise, para as condições mais desfavoráveis de poro-pressões.
No caso de estabilidade de blocos rochosos os fatores de segurança podem ser parciais, incidindo sobre γ, φ , C’ , em função da incerteza sobre estes parâmetros, devendo ser justificado pelo projetista. Deve-se também adotar um fator de segurança mínimo sobre o método de cálculo empregado, igual a 1,1
116
Figura 4. 34 - ru crítico para seção principal de instrumentação - análise de estabilidade
com a topografia do mês de dezembro de 2009.
A Figura 4. 35 apresenta resultados de FS com cálculos de estabilidade da seção
principal de instrumentação do aterro com a topografia do mês de dezembro de 2009,
variando o ru do lixo antigo para determinar o ru correspondente ao FS igual a 1,3 ,
tendo se obtido um ru=0,64.
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
2.2
2.4
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
FS
ru
117
Figura 4. 35 - ru crítico para seção principal de instrumentação - análise de estabilidade
com o “as built” com as cotas previstas no encerramento do aterro.
A Figura 4. 35apresenta resultados de FS com cálculos de estabilidade da seção
principal de instrumentação do aterro com a topografia estimada para o encerramento do
aterro, variando o ru do lixo antigo para determinar o ru correspondente ao FS igual a
1,3 , tendo se obtido um ru=0,46.
Já nas Figura 4. 36 e 4. 37 se tem a análise da estabilidade crítica da seção
secundária em função do ru de campo:
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
FS
ru
118
Figura 4. 36 - ru crítico para seção secundária de instrumentação - análise de
estabilidade com a topografia do mês de dezembro de 2009.
A Figura 4. 37 apresenta resultados de FS com cálculos de estabilidade da seção
secundária de instrumentação do aterro com a topografia de dezembro de 2009,
variando o ru do lixo antigo para determinar o ru correspondente ao FS igual a 1,3 ,
tendo se obtido um ru=0,72.
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
2.2
2.4
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
FS
ru
119
Figura 4. 37 - ru crítico para seção secundária de instrumentação - análise de
estabilidade com o “as built” com as cotas previstas no encerramento do aterro.
A Figura 4. 37 apresenta resultados de FS com cálculos de estabilidade da seção
secundária de instrumentação do aterro com a topografia estimada para o encerramento
do aterro, variando o ru do lixo antigo para determinar o ru correspondente ao FS igual a
1,3 , tendo se obtido um ru=0,66.
4.4. ANÁLISES DE ESTABILIDADE - MÊS DE ABRIL DE 2010
O mês de abril de 2010 registrou um evento chuvoso extremo (Fig. 4. 36). A
chuva que inundou a capital do Rio de Janeiro no dia 5 de abril de 2010 durou mais de
36 horas e provocou centenas de deslizamentos. O número de mortos foi superior a 250
e 10800 pessoas perderam suas casas no estado do Rio de Janeiro. No aterro em
questão, chegou a chover 274mm no dia 05 para o dia 06 de abril. O mês de abril teve
um acumulado de 417mm no aterro. Tal pluviometria foi a principal responsável por
duas rupturas locais no aterro ocorridas neste mês.
Assim, analogamente ao caso do mês de dezembro de 2009, serão discutidas as
leituras da instrumentação e a retro-análise de estabilidade do local, juntamente com
observações em campo.
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
2.2
2.4
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
FS
ru
120
4.4.1. LEITURAS DA INSTRUMENTAÇÃO
4.4.1.1.PIEZÔMETROS SIFÃO – COTAS PIEZOMÉTRICAS
Durante o mês de abril de 2010, dois piezômetros foram soterrados após
deslizamento ocorrido próximo a seção principal. Ainda no mês de março de 2010,
houve quebra e soterramento de outro piezômetro durante a operação do aterro na seção
secundária.
A Figura 4. 38 apresenta as variações de leitura para o mês de abril de 2010.
Figura 4. 38 - Variações das cotas piezométricas para o mês de abril de 2010.
Após uma ruptura local na seção principal de instrumentação, o PZ01 foi
soterrado. O PZ02 apresentou leituras indicando efeito das chuvas intensas dos dias 04 e
05. Notou-se em torno do PZ02 grande quantidade de percolado. Confirmou-se no final
do mês a quebra do tubo, pois se verificou a quebra do tubo de gás, fazendo com que o
sifão funcionasse de forma inadequada escoando boa parte do chorume do seu entorno
para dentro do tubo piezométrico, fazendo com que os indicativos das cotas
piezométricas deste instrumento fossem extremamente elevadas, a partir do dia 08 de
abril de 2010. Assim as leituras do piezôemtro PZ02 a partir do dia 08 de abril não
foram consideradas.
95
100
105
110
115
120
125
130
01/04/2010 06/04/2010 11/04/2010 16/04/2010 21/04/2010 26/04/2010
Co
ta P
iezo
mé
tric
a (m
)
Data
PZ01PZ02PZ03PZ04PZ05
121
4.4.1.2.PIEZÔMETROS SIFÃO – PRESSÕES DE GÁS
A Figura 4. 39 apresenta as variações das leituras das pressões de gás para o mês
de abril de 2010.
Figura 4. 39 - Leituras das pressões de gás para o mês de abril de 2010.
As leituras do PZ03 baixaram bastante após o descolamento das conexões na
boca do tubo. Conforme estudo realizado, suspeita-se que este tubo tenha sofrido uma
ruptura em torno de 6m de profundidade. O assunto é tópico apresentado em análise de
estabilidade do maciço.
As demais leituras de pressões de gás demonstram estabilidade, apresentando
baixos valores ou zero de pressão de gás para o PZ04 antes da sua ruptura.
4.4.1.3.INCLINÔMETROS
Próximo ao inclinômetro IN01 foram constatados deslocamentos horizontais
acumulados de mais de 20 cm na superfície após o período de chuvas. A provável
superfície de ruptura foi identificada em torno de 9m de profundidade da cota do terreno
do IN01. Tal movimentação pôde ser verificada em campo, ao se observar extrema
saturação da berma, afundamento da do platô, elevados recalques (>1,0m) e ainda
constatadas as quebras dos tubos PZ01, PZ02 (a 4m de profundidade) e da câmara de
gás do PZ03 (estima-se a quebra da câmara de gás em torno de 6m da superfície do
terreno).
0
10
20
30
40
50
60
70
80
01/04/2010 06/04/2010 11/04/2010 16/04/2010 21/04/2010 26/04/2010 01/05/2010
Pre
ssão
de
gá
s (k
Pa
)
Data
PZ01PZ02PZ03PZ04PZ05
122
Nas Figuras 4. 40 a 4. 43 são apresentadas as leituras registradas para o mês de
abril de 2010.
Figura 4. 40 – Deslocamentos acumulados do IN01 na direção A e B.
-30
-28
-26
-24
-22
-20
-18
-16
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
Elev.(m)
-250 -125 0 125 250
-30
-28
-26
-24
-22
-20
-18
-16
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
-250 -125 0 125 250
-30
-28
-26
-24
-22
-20
-18
-16
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
Elev.(m)
-200 -100 0 100 200
-30
-28
-26
-24
-22
-20
-18
-16
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
-200 -100 0 100 200
LEGENDInitial 2 mar2010
3 mar2010 4 mar201014 abr201015 abr201016 abr201019 abr201020 abr201022 abr201026 abr2010
Cumulative DeflectionDirection A
Deflection (mm)
Cumulative DeflectionDirection B
Deflection (mm)
Ref. Elevation m
Terratek
123
Figura 4. 41 - Deslocamentos acumulados do IN02 na direção A e B.
-30
-28
-26
-24
-22
-20
-18
-16
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
Elev.(m)
-75 -37,5 0 37,5 75
-30
-28
-26
-24
-22
-20
-18
-16
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
-75 -37,5 0 37,5 75
-30
-28
-26
-24
-22
-20
-18
-16
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
Elev.(m)
-50 -25 0 25 50
-30
-28
-26
-24
-22
-20
-18
-16
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
-50 -25 0 25 50
LEGENDInitial 2 mar2010
3 mar2010 4 mar2010 5 mar2010 8 mar2010 9 mar201011 mar201016 mar201019 mar201023 mar201030 mar201010 abr201012 abr201013 abr201014 abr201015 abr201016 abr201019 abr201020 abr201022 abr201026 abr201027 abr201028 abr201029 abr201030 abr2010
Cumulative DeflectionDirection A
Deflection (mm)
Cumulative DeflectionDirection B
Deflection (mm)
Ref. Elevation m
Terratek
124
Figura 4. 42 - Deslocamentos acumulados do IN03 na direção A e B.
-30
-28
-26
-24
-22
-20
-18
-16
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
Elev.(m)
-10 -5 0 5 10
-30
-28
-26
-24
-22
-20
-18
-16
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
-10 -5 0 5 10
-30
-28
-26
-24
-22
-20
-18
-16
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
Elev.(m)
-10 -5 0 5 10
-30
-28
-26
-24
-22
-20
-18
-16
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
-10 -5 0 5 10
LEGENDInitial 2 mar2010
3 mar2010 4 mar2010 5 mar2010 8 mar2010 9 mar201010 mar201011 mar201016 mar201019 mar201023 mar201030 mar201012 abr201013 abr201014 abr201015 abr201016 abr201019 abr201020 abr201022 abr201026 abr201027 abr201029 abr201030 abr2010
Cumulative DeflectionDirection A
Deflection (mm)
Cumulative DeflectionDirection B
Deflection (mm)
Ref. Elevation m
Terratek
125
Figura 4. 43 - Deslocamentos acumulados do IN04 na direção A e B.
Houve uma ruptura registrada pelo IN01 na direção A sentido positivo, sendo
que o deslocamento acumulado chegou a mais de 20cm. No IN04 notaram-se apenas
deslocamentos superficiais. Os demais deslocamentos observados pelos outros
inclinômetros são superficiais, não havendo indicação de ruptura profunda.
4.4.1.4.PLUVIÔMETRO
A Figura 4. 44 apresenta o gráfico de precipitações para o mês de abril de 2010.
-18
-16
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
Elev.(m)
-75 -37,5 0 37,5 75
-18
-16
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
-75 -37,5 0 37,5 75
-18
-16
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
Elev.(m)
-75 -37,5 0 37,5 75
-18
-16
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
-75 -37,5 0 37,5 75
LEGENDInitial 19 mar2010
23 mar201014 abr201016 abr201020 abr201022 abr201026 abr201027 abr201028 abr201029 abr201030 abr2010
Cumulative DeflectionDirection A
Deflection (mm)
Cumulative DeflectionDirection B
Deflection (mm)
Ref. Elevation m
Terratek
126
Figura 4. 44 - Precipitação registrados no mês de abril de 2010 no aterro estudado.
4.4.2. VISITAS DE CAMPO
Apresentam-se a seguir um resumo das visitas realizadas no mês de abril de
2010.
4.4.2.1.OBSERVAÇÕES
Durante o período de chuvas torrenciais, houve uma ruptura local próximo à
seção principal de instrumentação do aterro. Ainda, na seção secundária de
instrumentação houve outra ruptura local, fechando um dos acessos ao aterro.
A Figura 4. 45 ilustra a ruptura que ocasionou a quebra do piezômetro PZ01 e
PZ02. Esta ruptura talvez poderia ter sido evitada se a altura o talude não fosse superior
a 8m. No momento da ruptura o talude possuía mais de 15m de altura. Os problemas de
drenagem atrelados a chuvas torrenciais no local também podem ter contribuído para a
ruptura.
A cota da boca do tubo do PZ01 estava muito elevada, impossibilitando as
leituras do início do mês de abril de 2010 deste piezômetro.
0
50
100
150
200
250
300
Pre
cip
itaç
ão
(mm
/dia
)
Data
127
Figura 4. 45 - Ruptura próxima ao PZ01.
A Figura 4. 46 apresenta o detalhe do tubo danificado devido à ruptura na massa
de lixo.
Figura 4. 46 - Detalhe da quebra do tubo de piezômetro PZ01.
Não foi possível a recuperação do PZ01 e nem do PZ02. Foram realizadas
algumas escavações na tentativa de recuperar o tubo do PZ02. A Figura 4. 47
apresentam algumas fotografia da cava realizada na tentativa de recuperar o PZ02.
128
Figura 4. 47 - Execução de uma cava na tentativa de recuperação do PZ02.
Foi impossível saber o exato local onde houve a ruptura. Segundo análises de
estabilidade e de deslocamentos por MEF, estima-se que o tubo tenha rompido em torno
de 6m.
Com a execução da cava próximo ao PZ02, foi possível identificar grande
saturação do maciço nesta área. A cava de aproximadamente 4 a 5m de profundidade foi
alagada por aproximadamente 2m de altura de percolado.
Após as rupturas locais, outra empresa assumiu os trabalhos de terraplanagem no
aterro, sendo que algumas mudanças na geometria puderam ser notadas em uma das
visitas ao local, no dia 26 de abril de 2010. Porém, os problemas de drenagem
continuaram. As Figuras 4. 48 e 4. 49 mostram fotos comparativas do antes e depois da
seção principal de instrumentação. Nota-se que nos dois casos há acúmulo de percolado
nas bermas, o que poderia ser corrigido através de sistemas provisórios de drenagem
pluvial, como por exemplo, execução de trincheiras drenantes nas bermas e taludes.
129
Figura 4. 48 - Seção principal de instrumentação, com sérios problemas de
drenagem (Foto tirada no dia 10 de abril de 2010).
Figura 4. 49 - Seção principal de instrumentação do aterro com sérios problemas de
drenagem, com acúmulo de chorume nas bermas (Foto tirada no dia 26 de abril de
2010).
130
4.4.3. RETRO-ANÁLISES E ANÁLISE DE ESTABILIDADE – ABRIL 2010
Foram analisadas duas seções geotécnicas, a seção principal e secundária de
instrumentação. As Figuras 4. 50 e 4. 51 apresentam as seções principais e secundárias
respectivamente.
Figura 4. 50 - Seção principal de instrumentação do aterro (cotas de dezembro
de 2009, janeiro, fevereiro e março de 2010 em verde, vermelho, magenta e azul,
respectivamente).
Figura 4. 51 - Seção secundária de instrumentação do aterro (cotas de dezembro de
2009, janeiro, fevereiro e março de 2010 em verde, vermelho, magenta e azul,
respectivamente).
131
Em todas as análises, foram considerados parâmetros efetivos, com condição
drenada de carregamento.
A Tabela 4. 7 apresenta os valores dos ru calculados para cada piezômetro em
relação às leituras do mês de abril de 2010. É importante observar que não houve
leituras nos PZ01 e PZ05 neste mês. O PZ05 foi soterrado em março de 2010, mas nos
meses anteriores a abril de 2010 era o piezômetro que mais variava, indicando as
sobrecargas que estavam sendo depositadas no aterro. O PZ01 foi soterrado após a
ocorrência de ruptura próxima a seção principal de instrumentação.
Tabela 4. 7 - Valores de ru de campo
Piezômetrou
(kPa)h (m)
σσσσv (kN/m²)
r u OBS
PZ01 7,3 20,49 225,4 0,03 Perda total do instrumentoPZ02 33,9 24,51 269,6 0,13 Perda total do instrumentoPZ03 80 16,99 186,9 0,56 Perda das leituras de gásPZ04 82 17,27 190 0,49 Instrumento comprometidoPZ05 116,2 16,59 182,5 0,64 Perda total do instrumento
O valor de ru do piezômetro PZ03 aumentou consideravelmente (0,38 para 0,56).
Os valores dos ru estão acima dos valores tomados como críticos nas análises de
estabilidade em estudos anteriores, estudos anteriores, que tiveram como ru máximo 0,4
nas análises de estabilidade e nesta condição demonstrava fatores de segurança muito
próximos de 1, conforme discutido anteriormente.
Para a seção principal, foi adotado o ru de 0,56 e para a seção secundária um ru
de 0,64, conforme Tabela 4. 7. Devido às condições de drenagem observadas em
campo, adotou-se o parâmetro de poropressão também na camada de lixo novo, ou seja,
considerou-se que o nível de água (NA), se encontrava próximo a superfície de lixo
novo, condição extrema de saturação.
A topografia do mês de março de 2010 foi utilizada nas análises de estabilidade.
Devido às altas chuvas do mês de abril de 2010 o aterro foi temporariamente interditado
pela Defesa Civil do município. Observou-se que a alteração da topografia é
insignificante em relação ao mês anterior.
Foram adotados os parâmetros de resistência ao cisalhamento contidos na Tabela
4. 4. Foram confirmadas com as rupturas locais com as condições de piezometria de
abril de 2010 nas análises que seguem no subitem seguinte.
132
Em relação à condição de saturação do aterro, se utilizou os parâmetros de
poropressão nas camadas de lixo fresco e lixo antigo.
4.4.3.1.RUPTURA LOCAL
Durante as visitas e interpretações dos dados de leitura foi possível identificar
uma tendência de movimentação, segundo leituras do IN01, além de identificar extrema
saturação, afundamentos na berma superior (cota 140m), elevados recalques e ainda
foram constatadas as quebras dos tubos PZ01, PZ02 e o tubo de gás do PZ03.
A Figura 4. 52 apresenta a provável superfície desta ruptura, identificada pelo
IN01.
Figura 4. 52 - Provável superfície de ruptura local do talude da seção principal de
instrumentação do aterro.
Foram danificados os PZ01, PZ02 e PZ03 nesta ruptura. A ruptura local talvez
pudesse ter sido evitada se a altura máxima dos taludes (8m) não tivessem sido
superadas.
4.4.3.2.RETRO-ANÁLISE DE ESTABILIDADE
Os resultados das análises desenvolvidas podem ser observados nas Figura 4. 53
e 4. 54.
133
Figura 4. 53 - Análise de estabilidade da seção principal, com a topografia de março e ru
indicado pelo PZ03 de 0,56 para o mês de abril de 2010, FS resultante de 1,37 global e
1,04 estabilidade local no talude de 15m.
Figura 4. 54 - Análise de estabilidade da seção secundária, com a topografia de março e
ru indicado pelo PZ05 de 0,64 para o mês de fevereiro de 2010, FS resultante de 1,44
para ruptura global e 1,09 para talude inferior junto a estrada de acesso.
A Tabela 4. 8 apresenta o resumo com os valores das análises de estabilidade
desenvolvidas.
ru lixo fresco = 0,56
ru lixo antigo = 0,56
ru lixo fresco = 0,64
ru lixo antigo = 0,64
134
Tabela 4. 8 - Resumo das análises de estabilidade.
r u
(mês de abril)
Principal Topografia março 0.56 1.37 1.04Secundária Topografia março 0.64* 1.44 1.09
Seção TopografiaFS
GlobalFS
Local
* Valor tomado como referência, após quebra do PZ05.
Através das análises realizadas, observou-se que as rupturas locais analisadas
foram as que se deflagraram no início do mês de abril, o que mostra que a adoção dos
parâmetros foi coerente e coincidente com as retro-analises realizadas para o mês de
dezembro de 2009.
4.5. ANÁLISE DE DESLOCAMENTOS HORIZONTAIS E VERTICAIS-
POR MEF
Cinco marcos superficiais foram instalados no aterro visando estudo do
comportamento dos recalques da massa de resíduos. O Método dos Elementos Finitos
(MEF) foi usado como ferramenta para estimativa dos recalques primários dos RSU.
Sendo assim, o monitoramento dos recalques em campo será utilizado para ajuste do
modelo matemático, em vista da falta de dados (relativo a ensaios) nos resíduos do
local.
Foi possível perceber algumas mudanças nas tendências de movimentação no
maciço, segundo dados de leituras de inclinômetro. Ressalta-se que o monitoramento do
aterro ficou comprometido, devido a alguns instrumentos terem sido danificados por
movimentos excessivos do aterro durante as chuvas do mês de abril de 2010 e por conta
dos equipamentos usados na reconformação. Ainda no início do mês de julho de 2010 o
piezômetro PZ03 ficou totalmente comprometido devido a movimentações do maciço.
Adotou-se o critério de ruptura de Mohr-Coulomb na análise de elementos
finitos. Para a malha, adotou-se o elemento triangular de 15 graus de liberdade. Buscou-
se representar o “as built” nas análises numéricas o mais próximo da realidade, tanto a
geometria quanto o intervalo temporal das etapas contrutivas.
4.5.1. RETRO-ANÁLISE DE DESLOCAMENTOS HORIZONTAIS
Abaixo, na Tabela 4.9 seguem os parâmetros dos RSU adotados:
135
Tabela 4. 9 - Parâmetros adotados na analise de recalques por elementos finitos.
Modelo γ γ γ γ c' φφφφ ' E ν kx ky
(kN/m³) (kPa) (°) (kPa) (m/dia) (m/dia)
Lixo fresco Mohr-Coulumb 11 15 27 500 0,25 0,01 0,01
Lixo antigo Mohr-Coulumb 11 40 25 2,50E+04 0,30 1,00E-03 1,00E-03
Solo natural de fundação Mohr-Coulumb 18 20 35 5,00E+04 0,35 1,00 1,00
Resíduos de construção Mohr-Coulumb 20 20 38 1,00E+05 0,30 1,00 1,00
Material
Nota-se que o valor utilizado para o módulo de deformação (E) e o coeficiente
de poisson (ν) utilizados para o lixo fresco nas análises numéricas são muito baixos,
próximo a valores de solos turfosos ou argilas arenosas orgânicas quaternárias. Tal valor
pode ser atribuído devido ao fato da má compactação dos resíduos e elevado índice de
vazios.
Tomando a seção principal de instrumentação, foi gerada a malha de elementos
finitos, refinando-a na camada de lixo fresco (mais susceptível a deformações),
conforma pode-se observar na Figura 4. 55.
136
Figura 4. 55 - Geração da malha de elementos finitos.
A configuração das células de RSU adotada com altura de 5m, conforme “as
built” previsto em estudo de adequação ambiental. No total, foram distribuídas 12
células de RSU no tempo total de aproximadamente cinco anos. Abaixo seguem
características geométricas do aterro:
- Um aterro controlado composto por 12 camadas de 5m de espessura,
resultando numa altura total, a partir da cota 95m, de 60m (cota 155m);
- Um platô no topo do aterro, na cota 155m, ocupando uma área de 19.150m2
(projeção horizontal);
- Um dique a jusante do aterro construído com material inerte (resíduos da
construção civil e demolições), ocupando uma área de 9.900m2.
Na Figura 4. 56 é apresentada a configuração inicial para as análises do aterro
em estudo.
137
Figura 4. 56 - Configuração inicial do aterro (sem lixo “fresco”).
Na Figura 4. 57 apresenta-se uma tela de configuração da análise numérica.
x
y
01 2
34
5 6 78 9
10 111213
1415
16 1718 19
20
21 2223 24
25 2627 28
2930
31323334
35363738394041
42434445
46474849
505152535455
565758
59606162636465
66
67686970717273
7475767778798081
8283848586878889909192 93
94 9596 97 98 99100101102103104105106107108109110111112
113114115116 117118119120 121 122123124125
126 127
128
129
130
131
132133 134
135 136137
138 139
138
Figura 4. 57 - Tela da configuração do problema e distribuição do tempo de construção
de cada célula.
Os resultados da análise forneceram um deslocamento total de 2,75m local
(Figuras 4. 58 e 4. 59). Ressalta-se que o deslocamento total é somente o somatório da
deposição do lixo novo.
139
Figura 4. 58 - Malha deformada, apresentando um deslocamento total de 2,75m.
A Figura 4. 59 mostra a deformação total em gradação de cores. Nota-se que
justamente o local onde houve as rupturas dos PZ01 e PZ02 é o que aparece em
vermelho na Figura 4. 59, com os maiores deslocamentos.
140
Figura 4. 59 - Pontos mais críticos em vermelho, próximo ao platô do aterro e aos
piezômetros PZ01 e PZ02 rompidos no mês de abril de 2010.
Na Figura 4. 60 observa-se que os maiores deslocamentos horizontais (em torno
de 1,40m) encontram-se próximos ao local dos inclinômetros IN01 e IN02.
141
Figura 4. 60 - Deslocamentos horizontais críticos estimados, próximos aos antigos PZ01
e PZ02 atingindo até 1,40m de deslocamento horizontal.
Traçando-se uma seção transversal no modelo matemático, o deslocamento
máximo estimado no ponto do IN01 foi entorno de 0,66m conforme se observa na
Figura 4. 61, sendo que o medido pelo equipamento atualmente é também de 0,60m.
Considera-se que os resultados obtidos são aceitáveis.
A
A’
142
Figura 4. 61 - Seção transversal próximo ao inclinômetro IN01 alcançando a marca de
0,66m de deslocamento horizontal.
4.5.2. ANÁLISE DE DESLOCAMENTOS - PARÂMETROS DA LITERATURA
Como foi descrito anteriormente, utilizou-se um valor extremamente baixo do
módulo de deformação (E) nas retro-analises para deslocamentos horizontais registrados
por um inclinômetro (IN01). A seguir, irá ser analisado a mesma seção, porém alterando
o valor do do módulo de deformação dos resíduos frescos para 15MPa e 40MPa
resíduos antigos, segundo CARVALHO (1999) descreve nas análises dos ensaios cross-
hole do Aterro Bandeirantes, conforme descrito no Capítulo 2. A Tabela 4. 10 apresenta
os valores adotados nesta análise.
Tabela 4. 10 Parâmetros adotados na analise de deslocamentos por elementos finitos
segundo valores típicos encontrados por CARVALHO (1999)
Modelo γ γ γ γ c' φφφφ ' E ν kx ky
(kN/m³) (kPa) (°) (kPa) (m/dia) (m/dia)
Lixo fresco Mohr-Coulumb 11 15 27 1.50E+04 0.25 0.01 0.01
Lixo antigo Mohr-Coulumb 11 40 25 4.00E+04 0.30 1.00E-03 1.00E-03
Solo natural de fundação Mohr-Coulumb 18 20 35 5.00E+04 0.35 1.00 1.00
Resíduos de construção Mohr-Coulumb 20 20 38 1.00E+05 0.30 1.00 1.00
Material
143
Os resultados são apresentados nas Figuras 4. 62 a 4. 64, onde foram
encontrados valores muito menores de deslocamentos, não condizentes os
deslocamentos horizontais registrados pelo IN01. Os deslocamentos totais encontrados
foram em torno de 30cm próximos ao platô do aterro de RSU, sendo os deslocamentos
horizontais em torno de 8cm próximos ao IN01.
Figura 4. 62 - Malha deformada, apresentando um deslocamento total de 0,30m
144
Figura 4. 63 - Deslocamentos horizontais críticos estimados, próximos aos antigos PZ01
e PZ02 atingindo 0,086m de deslocamento horizontal.
Figura 4. 64 - Seção transversal próximo ao inclinômetro IN01 alcançando a marca de
0,086m de deslocamento horizontal.
A
A’
145
Logo, temos que na simulação utilizando parâmetros muito baixos de E e ν,
mostrou maior coerência nas previsões, comparando com os deslocamentos
registrados pelos inclinômetros.
Ressaltasse que não foram realizados ensaios de caracterização nos RSU do
local, muito menos ensaios do tipo cross-hole. Porém, comparando os modelos
utilizados com a instrumentação instalada, pode-se verificar que a instalação de
inclinômetros diretamente no maciço de RSU auxiliou na interpretação das
cunhas de rupturas e nas observações de movimento no aterro.
146
CAPÍTULO 5
5.1. CONCLUSÕES
Diante da experiência acumulada e dos resultados obtidos, pode-se afirmar que
as retro-análises de estabilidade e de estimativas de recalques atenderam aos objetivos
propostos, apresentando compatibilidade entre análises e dados de instrumentação.
A respeito da instrumentação de campo instalada no aterro, pode-se dizer que o
uso de inclinômetros em aterros de RSU é fundamental para análise de deslocamentos
horizontais no aterro, possibilitando identificar a provável superfície de ruptura. A
utilização de piezômetros sifão em aterros de RSU mostrou-se de grande valia no que
diz respeito ao uso das leituras de níveis piezométricos para cálculo dos parâmetros de
poropressão (ru) para análises de estabilidade. As leituras de gás auxiliaram no aspecto
da identificação da formação de bolsões e maio produção de gás em períodos chuvosos
e quentes.O uso de pluviômetros possibilitou a comparação das variações
principalmente nas pressões de gás e níveis piezométricos.
As retro-análises de estabilidade mostraram boa compatibilidade com a
instrumentação de campo, principalmente com os dados de leitura de inclinômetros. A
análise de parâmetros de resistência do aterro de RSU através das retro-análises
mostraram-se eficazes na estimativa de parâmetros de resistência ao cisalhamento (c e
φ’). Em épocas de alta pluviometria, a consideração da saturação do maciço para fins de
retro-análises de estabilidade apresentaram boa concordância com as rupturas ocorridas
no aterro.
Sobre as análises de deslocamentos totais, verticais e horizontais com uso do
MEF, tem-se que os valores de deslocamentos encontrados são coerentes comparando
com outros aterros monitorados no Brasil e no mundo, apresentando deslocamentos
superiores a 2m. A retro-análise numérica de deslocamentos horizontais utilizando
dados de instrumentação geotécnica (inclinômetros) chegou a parâmetros de resistência
muito próximos aos encontrados para solos turfosos e argilas orgânicas.
147
Em relação as observações de campo, notou-se que a presença de trincas nem
sempre está associada à instabilidade. Geralmente, as trincas verificadas se tratavam de
recalques diferenciais entre as células de lixo antigo e lixo fresco.
Verificou-se nas análises com os parâmetros utilizados neste estudo indicaram
para o aterro um FS global > 1.3, o que e aceitável para casos de aterros controlados e
aterros sanitários.
5.2. RECOMENDAÇÕES PARA ESTUDOS FUTUROS
Recomendam-se ensaios de campo e de laboratório adicionais para verificação
de parâmetros para as análises de estabilidade e recalques. Dentre os ensaios de campo
pode-se citar:
• Ensaio de cava;
• Percâmetro;
• Caracterização completa do RSU:
• Morfologia;
• Gravimetria;
• Granulometria completa;
• Cross-hole ou ensaios dinâmicos.
Dentro os ensaios de laboratório sugerem-se os ensaios de grandes dimensões:
• Cisalhamento direto;
• Triaxiais (CU e CD).
Ainda, sugere-se que o uso de inclinômetros em aterros de RSU seja
amplamente difundido, não só com o intuito monitorar ou de difundir instrumentação
geotécnica em aterros de resíduos, mas sim para auxiliar na obtenção de parâmetros em
retro-análises de rupturas que possam vir acontecer.
148
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