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Obras de Aterro

Cap. 12

ATERROS DE RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS (RSU)

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1. INTRODUÇÃO

Os resíduos sólidos urbanos (RSU) são resíduos domésticos provenientes de

habitações e serviços

estabelecimentos comerciais

estabelecimentos industriais

unidades prestadoras de cuidades de saúde

desde que a produção diária não exceda 1100litros por produtor.

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Composição física média dos RSU

Os RSU são materiais heterogéneos e com composição muito diversificada:

Levy & Cabeças (2006)

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É necessário construir de aterros para armazenar os resíduos que não podem ser reciclados, enviados para compostagem ou destruídos por incineração.

Os aterros de RSU são também conhecidos por aterros sanitários.

São diferentes das lixeiras porque os resíduos são guardados de forma ordenada (em células ou em fardos) e incluem sistemas adequados de isolamento ao exterior e de recolha dos produtos resultantes da degradação dos resíduos (lixiviados, biogás,...).

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Lixeira

Aterro de RSU

Os RSU podem ser colocados em extensão (aterro) ou confinados (em depressões), depende da geometria do local de implantação.

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• Aterro em extensão

• Aterros confinados:

(1) em trincheira ou (2) numa depressão existente

(1)

(2)

Levy & Cabeças (2006)

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Os aterros de RSU têm que satisfazer os seguintes requisitos:

• maximizar a quantidade de resíduos armazenados por unidade de área;

• isolar os resíduos do meio ambiente envolvente;

• criar condições para que, no fim do período de vida de exploração do terreno ocupado, o aterro tenha alguma utilidade.

Trata-se de estruturas geotécnicas complexas pois os materiais que os constituem são muito diferentes dos materiais tradicionais. Para além disso, os aterros de RSU e têm que ser dimensionados para a fase de construção pois é a sua fase de exploração.

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No projecto tem que se considerar a interacção entre os aspectos operacionais da deposição dos resíduos no aterro e da estabilidade do conjunto obra/terreno.

Durante a fase de exploração tem que se garantir que os resíduos depositados e os métodos de colocação estejam em conformidade com os parâmetros de cálculo utilizados na análise de estabilidade.

Para isso, o projecto tem que especificar os tipos de resíduos permitidos, os critérios de colocação, as medidas de controlo mais adequadas e as áreas mais sensíveis do ponto de vista da estabilidade.

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2. Constituição dos aterros de RSU

Os aterros de RSU são constituídos pelos seguintes componentes:

Sistema de impermeabilização e drenagem da fundação

Aterro de RSU

Sistema de drenagem das águas lixiviantes

Sistema de drenagem do biogás

• Instalações de apoio (Unidade de controlo, nave de enfardamento, Ecocentro, oficinas, etc)

• Infraestruturas complementares (Estação de tratamento das águas lixiviantes, estação de queima do biogás).

• Local de deposição de resíduos

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Organização do local de deposição dos resíduos:

Sistema de impermeabilização e drenagem da fundaçãoCélulas de RSU

* Os sistemas de drenagem das águas lixiviantes e do biogás estão incluídos na camada da cobertura

Cobertura* (Geotextil e terra)

Deposição ordenada dos RSU

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As águas lixiviantes (lixiviados) são as águas que percolam através dos RSU arrastando materiais solúveis e em suspensão.

São águas provenientes essencialmente da chuva, muito contaminadas por vários poluentes orgânicos e não orgânicos.

São muito agressivas para o meio ambiente, especialmente nos primeiros anos de exploração que é quando têm maiores concentrações de poluentes.

Águas Lixiviantes

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Composição média de águas lixiviantes (Levy e Cabeças (2006))

20-20050-1200Ferro (mg/l)

20-5050-1000Sulfatos (mg/l)

100-400200-3000Cloretos (mg/l)

100-200200-2500Sódio (mg/l)

50-400200-1000Potássio (mg/l)

50-20050-1500Manganês (mg/l)

100-400200-3000Cálcio (mg/l)

200-500300-10000Dureza Total (CaCO3, mg/l)

6.6-7.54.5-7.5PH

200-10001000-10000CaCO3 (mg/l)

5-105-100P (mg/l)

20-4010-800Amoníaco (mg/l)

80-12010-800N (mg/l)

100-400200-2000Sólidos em suspensão (mg/l)

100-5003000-60000CQO (mg/l)

80-1601500-20000COT (mg/l)

100-2002000-30000CBO5 (mg/l)

Antiga (>10 anos)Recente (<2 anos)Parâmetro

carência bioquímica de O2 (5º dia)

carbono orgânico total

carência química de oxigénio

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O biogás surge da decomposição da matéria orgânica. Quando queimado em central própria, pode ser aproveitado para produzir energia.

Distinguem-se dois processos de produção de biogás:

Biogás

No período inicial de exploração, a produção dá-se na na presença de oxigénio e é um processo aeróbio e rápido. Há libertação de CO2 e água.

Nas camadas mais profundas o oxigénio éinsuficiente e é um processo anaeróbio, lento e que decorre em elevadas temperaturas (37º a 40ºC). Produz-se CO, H2S, N2 e H2, CO2 e metano (CH4).

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Os principais aspectos a considerar no dimensionamento de aterros de RSU são os seguintes:

a) Dimensionamento do aterro como uma estrutura geotécnica

b) Dimensionamento do sistema de impermeabilização da fundação

c) Dimensionamento do sistema de drenagem das águas lixiviantes e do biogás

d) Dimensionamento da cobertura final ou selagem

3. Dimensionamento de aterros de RSU

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• Capacidade de suporte da fundação

• Estabilidade dos taludes

• Assentamentos e deformações

• Acção sísmica (estabilidade dos taludese liquefacção)

Enquanto estrutura geotécnica, os principais aspectos a considerar no dimensionamento de aterros de RSU são os seguintes:

a) Enquanto estrutura geotécnica

Tem que se verificar a segurança em todas as fases de

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Santayana (2007)

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Diferentes tipos de deslizamentos em aterros de resíduos(Qiam et al., 2002)

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- Os RSU são materiais heterogéneos por natureza devido à sua composição muito diversificada

É difícil obter as características necessárias ao dimensionamento do aterro de RSU enquanto estrutura geotécnica:

Classificação de resíduos a partir de ensaios CPT

(Manassero et al., 1996)

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- As suas características variam muito em profundidade

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- Para além disso, as suas características alteram-se no tempo devido àdegradação dos materiais.

As características dos materiais são diferentes

em profundidade: as camadas mais profundas são mais antigas logo os

RSU estão mais degradados e são mais densos (tipo pasta); as

camadas mais superficiais são mais recentes e os

RSU são mais heterogéneos.

Santayana (2007)

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A variação do peso volúmico em profundidade é a característica que melhor traduz a alterabilidade dos RSU.

8 a 9 kN/m3Mistura

9 a 11 kN/m3Células de RSU (fardos)

6 a 7 kN/m3RSU sem ser em fardos

Santayana (2007)

Conhecer o seu valor é muito importante para os cálculos de estabilidade.

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Para os cálculos de estabilidade é necessário conhecer as características hidro-mecânicas dos RSU:

• Permeabilidade

• Compressibilidade

• Resistência ao corte

• etc

mas não é fácil dada a sua natureza heterogénea e evolutiva.

Outra dificuldade vem do facto de se usarem geotêxteis nas camadas de impermeabilização e de cobertura, que interagem com os RSU.

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a.1) Características hidro-mecânicas dos RSU

• Permeabilidade

Desconhece-se a existência de dados sobre a permeabilidade dos RSU. Espera-se no entanto que esta seja alta devido à baixa densidade dos RSU, mas diminiundo em profundidade à medida que o material vai ficando mais denso e mais alterado.

O seu valor deverá estar entre as ordens de grandeza dos valores medidos nos restantes constituintes do aterro:

Camada drenante k= 10-4 a 10-5 m/s

Barreira activa (membrana de PEAD) k= 1x10-11 m/s

Barreira passiva (solo de fundação) k= 1x10-9 m/s

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• Resistência ao corte

Tal como nos materiais convencionais, verifica-se que a resistência ao corte aumenta com a tensão de confinamento.

No entanto, esta aumenta com o aumento da deformação axial, o que se pode explicar pelo adensamento progressivo do material

Ensaios CD em amostras de RSU

preparadas com 10kN/m3 e w=68%.

(Vilar et al., 2007)

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Evolução da resistência com o aumento da deformação axial - amostras de RSU

preparadas com 10kN/m3 e w=68%.

(Vilar et al., 2007)

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Evolução da resistência com o aumento da deformação axial - amostras de RSU

preparadas com 10kN/m3 e w=68%.

(Vilar et al., 2007)

O aumento da resistência ao corte com o aumento da deformação axial é visível tanto no ângulo de resistência ao corte (ângulo de atrito) como na coesão:

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A coesão que se verifica não é uma coesão verdadeira pois não há ligações entre os resíduos. No entanto é razoável incluir esta parcela na resistência como resultado da natureza fibrosa de alguns resíduos, bem como da sobreposição e entrelaçado de partículas.

Convém também referir que os valores medidos para a resistência dependem bastante do tipo de ensaio.

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Santayana (2007)

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Finalmente, a resistência ao corte varia em profundidade pois éfunção do peso volúmico (densidade).

Parece razoável admitir que o seu valor estabiliza a uma dada profundidade.

A atribuição de um valor de resistência deve ser feito de forma cuidadosa pois esta varia com a idade dos RSU / grau de decomposição. Devem adoptar-se valores conservativos.

Santayana (2007)

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• Compressibilidade

Compressibilidade de amostras de RSU preparadas com 10kN/m3 e w=68%.

Em ensaios edométricos verifica-se que os RSU são muito compressíveis e que têm grandes deformações por fluência que se explicam pela sua baixa densidade.

Estas deformações aumentam com a tensão vertical.

(Vilar et al., 2007)

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a.2) Interfaces com os sistemas de confinamento

A resistência ao corte mobilizada nas interfaces dos sistemas de confinamento é outro parâmetro muito importante a considerar nos cálculos de estabilidade.

O seu valor depende do tipo de interface, rigidez dos materiais, confinamento e compatibilidade mecânica dos materiais.

Os efeitos de assentamentos diferenciais nos sistemas de confinamento podem ser consideráveis. A sua ocorrência afecta significativamente a resistência daí a importância da compatibilidade mecânica dos diversos elementos da interface.

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As interfaces mais críticas são as seguintes:

• Geomembrana (lisa ou rugosa) e outros geocompósitos

• Geomembrana e camada de solos argilosos

• Geossintéticos bentoníticos

É preferível usar geomembranas rugosas pois a rugosidade aumenta significativamente a resistência.

A interface entre a geomembrana e os solos argilosos (da barreira de fundação, por exemplo) tem uma resistência muito reduzida porque o teor em água da argila necessário para a sua compactação para garantir permeabilidade baixa é muito elevado.

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Santayana (2007)

Para caracterizar as propriedades dos materiais sintéticos utilizam-se resultados fornecidos pelos fabricantes.

Para as ligações é necessário efectuar ensaios concebidos para a sua determinação.

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Alguns valoresSantayana (2007)

Tendo em conta poderem haver assentamentos diferenciais e a diferente natureza dos materiais, é conveniente utilizar valores residuais da resistência mobilizada nestas interfaces.

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a.3) A importância da drenagem

Quando existem lixiviados no interior do aterro hápressões intersticiais que podem ser elevadas e responsáveis pela diminuição das tensões efectivas logo, da restsência ao corte nos RSU e nas interfaces.

Tal como para qualquer estrutura geotécnica, sempre que se justifique deve-se analisar o comportamento do aterro em condições drenadas e não drenadas.

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b) Sistema de impermeabilização da fundação

É necessário incluir um sistema de impermeabilização para impedir a infiltração das águas lixiviantes e consequente contaminação das águas subterrâneas e do solo de fundação.

Este sistema tem que existir em todas as zonas de contacto entre os RSU e o terreno.

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O sistema de impermeabilização é constituído por:

• Barreira (passiva e activa)

• Camada drenante

• Sistema de drenagem de fundo

Levy & Cabeças (2006)

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• Barreira passiva – é a barreira geológica natural ou colocada artificialmente. Deverá ter 1m de espessura e k<10-9m/s, ou o equivalente em solo colocado, numa espessura mínima de 0,5m.

Quando o material da barreira passiva não garante as especificações tem que se colocar um geocompósito bentonítico –constituído por uma camada de bentonite protegida em ambas as faces por um geotextil (k< 5x10-11m/s)

A resistência desta interface tem que se reforçar para evitar a extrusão da bentonite. Consegue-se envolvendo a bentonite por geomembranas nas duas superfícies.

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• Barreira activa (em toda a fundação e taludes em contacto como o solo) – é geralmente uma geomembrana de polietileno de alta densidade, PEAD (mínimo 2mm espessura) protegida inferiormente e superiormente com um geotextil não tecido.

Tanto a membrana como o geotextil têm que ser dimensionados para resistir àtracção, punçoamento e rasgamento.

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• Camada drenante (espessura mínima de 0,5m e k=10-4m/s) - coloca-se em toda a zona basal do aterro sobre o geotextil não tecido. Geralmente éconstituída por uma camada de areia com 0,20m de espessura e uma camada com 0,30m de espessura de material granular mais grosso (20<D<50mm) com k<5x10-4m/s.

• O sistema de drenagem do fundo é constituído por colectores das águas lixiviantes (perfurados a meia cana ou de secção cheia) colocados estrategicamente para captar e drenar todos os efluentes líquidos.

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c) Drenagem das águas lixiviantes

Os lixiviados têm que ser drenados e reconduzidos para estações de tratamento das águas lixiviantes, ETAL, para evitar a contaminação do solo e das águas dos níveis freáticos.

A acumulação no interior do aterro das águas lixiviantes pode gerar pressões intersticiais que podem ter consequência negativas na sua estabilidade.

Pormenor de um dreno

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Percolação dos lixiviados

Levy & Cabeças (2006)

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Para a drenagem do biogás instalam-se tubos ranhurados a 360º que conduzem o biogás para a estação de queima.

Levy & Cabeças (2006)

d) Drenagem do biogás

Pormenor de um dreno vertical para drenagem do biogás

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e) Selagem

Encerra-se o aterro quando este atinge a sua capacidade máxima. É o final da fase de exploração.

Pode-se converter o aterro num espaço verde, que constitua um espaço de lazer para toda a população. Para tal é necessário proceder à sua selagem e integração paisagística, o que se consegue colocando uma cobertura bem dimensionada.

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A cobertura tem que:

• assegurar a impermeabilização superficial do aterro para diminuir o volume de lixiviados produzidos;

• minimizar o escoamento superficial e assim evitar a erosão;

• controlar a emissão de gases e o risco de incêndio devido à queima do biogás;

• proteger as pessoas e os animais do contacto directo com os resíduos;

• garantir a integração paisagística do aterro.

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É constituída por uma série de camadas que obedecem a alguns critérios de dimensionamento:

Levy & Cabeças (2006)

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• Cobertura de solo compactado com 0,20m de espessura

• Geomembrana de PEAD ou camada de material mineral natural com 0,50m de espessura e com k<10-9m/s

• Geotêxtil não tecido

• Camada drenante com 0,20m de espessura de material natural com k>10-4m/s, ou de geocompósito drenante

• Geotêxtil não tecido

• Camada de material terroso com 0,50m de espessura

• Camada de terra vegetal com 0,20m de espessura

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- os RSU continuam o seu processo de decomposição após a selagem, pelo que continuam a ocorrer assentamentos por consolidação;

Continuam a processar-se deslocamentos porque:

- a variações da quantidade de água no interior dos RSU podem ser responsáveis por secagem com consequente retracção e aparecimento de fissuras.

A cobertura tem também que se acomodar aos deslocamentos posteriores do aterro sem fissurar.

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Finalmente, é necessário introduzir também um sistema de drenagem da cobertura, independente do sistema de drenagem dos lixiviados.

Obras de Aterro

Fase de exploração

Selagem e integração paisagística