estudo do efeito fibra e da morfologia na estabilidade de...

177
ESTUDO DO EFEITO FIBRA E DA MORFOLOGIA NA ESTABILIDADE DE ATERROS DE RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS André Vinícius Azevedo Borgatto DISSERTAÇÃO SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DA COORDENAÇÃO DOS PROGRAMAS DE PÓS-GRADUAÇÃO DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE MESTRE EM CIÊNCIAS EM ENGENHARIA CIVIL Aprovada por: Prof. Cláudio Fernando Mahler, D.Sc. Profª. Maria Cláudia Barbosa, D.Sc. Profª. Maria Eugênia Gimenez Boscov, D.Sc. Profª. Anna Laura Lopes da Silva Nunes, Ph.D. Profª. Izabel Christina d´Almeida Duarte de Azevedo, D.Sc. RIO DE JANEIRO, RJ – BRASIL FEVEREIRO DE 2006

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ESTUDO DO EFEITO FIBRA E DA MORFOLOGIA NA ESTABILIDADE DE

ATERROS DE RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS

André Vinícius Azevedo Borgatto

DISSERTAÇÃO SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DA COORDENAÇÃO DOS

PROGRAMAS DE PÓS-GRADUAÇÃO DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE

FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS

NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE MESTRE EM CIÊNCIAS EM

ENGENHARIA CIVIL

Aprovada por:

Prof. Cláudio Fernando Mahler, D.Sc.

Profª. Maria Cláudia Barbosa, D.Sc.

Profª. Maria Eugênia Gimenez Boscov, D.Sc.

Profª. Anna Laura Lopes da Silva Nunes, Ph.D.

Profª. Izabel Christina d´Almeida Duarte de Azevedo, D.Sc.

RIO DE JANEIRO, RJ – BRASIL

FEVEREIRO DE 2006

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BORGATTO, ANDRÉ VINÍCIUS AZEVEDO

Estudo do Efeito Fibra e da Morfologia na

Estabilidade de Aterros Sanitários de Resíduos

Sólidos Urbanos [Rio de Janeiro] 2006

XVII, 157 p. 29,7 cm (COPPE/UFRJ, M.Sc.,

Engenharia Civil, 2006)

Dissertação – Universidade Federal do Rio de

Janeiro, COPPE

1. Estabilidade de Taludes

2. Resíduos Sólidos Urbanos

3. Aterros Sanitários

I. COPPE/UFRJ II. Título (série)

II

AGRADECIMENTOS

Ao Professor Cláudio Fernando Mahler pela orientação neste trabalho, interesse

pelo assunto, apoio incondicional, confiança e, sobretudo, pela amizade com que

sempre me tratou.

A todos os professores da pós-graduação em Geotecnia Ambiental da

COPPE/UFRJ pelos ensinamentos ministrados durante o curso.

A COMLURB – Companhia Municipal de Limpeza Pública da cidade do Rio de

Janeiro, pela viabilização da realização de ensaios em sua Unidade de Transbordo de

RSU em Jacarepaguá em nome de seu diretor José Henrique Penido Monteiro. A

Gerente do Departamento – IGP Bióloga Adair Ferreira Motta Teixeira, a Gerente da

Divisão – IPF Engª Química Gisele Carlomagno Surliuga, ao funcionário Giovani e a

toda equipe deixo minha gratidão por todo apoio, não medindo esforços para a

viabilização de meus trabalhos.

Ao Dr. Florian Kölsch, Dr. Kai Münnich e Ing. Jan Bauer da Technische

Universität Braunschweig pela ajuda na interpretação e utilização da norma alemã e do

software GGU-Stability.

Aos colegas da COPPE, Ronaldo Izzo, Antônio Calle, Juliana Rose e Vagner

Áreas por toda amizade e apoio.

Aos meus pais, familiares e especialmente a minha esposa Bianca, por toda

paciência, incentivo, companheirismo, sem a qual eu não teria chegado até aqui. Meu

muito obrigado.

III

Resumo da Dissertação apresentada à COPPE/UFRJ como parte dos requisitos

necessários para a obtenção do grau de Mestre em Ciências (M.Sc.)

ESTUDO DO EFEITO FIBRA E DA MORFOLOGIA NA ESTABILIDADE DE

ATERROS DE RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS

André Vinícius Azevedo Borgatto

Fevereiro/2006

Orientador: Cláudio Fernando Mahler

Programa: Engenharia Civil

Este trabalho tem como objetivo principal estudar o efeito de reforço das fibras

presentes nos resíduos sólidos urbanos na análise de estabilidade de aterros sanitários.

Neste sentido, ensaios baseados na norma técnica Alemã GDA E 1-7 que trata da

identificação e descrição dos resíduos a partir de aspectos de interesse da mecânica dos

resíduos foram executados com RSU frescos procurando classificar e quantificar os

grupos de substâncias presentes quanto a sua morfologia. Assim, foi possível determinar

os parâmetros morfológicos dos RSU frescos e paralelo a isso, através de correlações e

valores retirados da bibliografia internacional, determinaram-se valores empregados no

modelo avançado de análise de estabilidade de taludes. Com a utilização do software

alemão GGU-Stability, que considera em seu modelo de análise o efeito fibra, foram

realizadas análises de estabilidade e estas comparadas a análises sem considerar este

efeito. Os resultados evidenciaram o acréscimo de resistência devido às fibras.

IV

Abstract of the Dissertation presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfillment of the

requirements for the degree of Master of Sciences (M.Sc.)

STUDY OF FIBRE EFFECT AND THE MORPHOLOGY IN THE STABILITY OF

MUNICIPAL SOLID WASTE LANDFILL

André Vinícius Azevedo Borgatto

February/2006

Advisor: Cláudio Fernando Mahler

Department: Civil Engineering

This work aims to study the effect of reinforcement of fibers present in the

Municipal Solid Wastes in the analysis of stability of landfills. Therefore, essays based

on the German technical Standard GDA E 1-7 that deals with the identification and

description of the residues from aspects of interest of the mechanics of the residues were

performed with fresh MSW aiming to classify and quantify the groups of substances

present as to their morphology. Thus, it was possible to determine the morphologic

parameters of the fresh MSW and, in parallel, through correlations and values taken

from international bibliography, it was possible to determine values used in the

advanced model of analysis of slope stability. With the use of the German software

GGU-Stability, which considers the fiber effect in its model of analysis, analyses of

stability were made and compared to analyses without considering this effect.

V

ÍNDICE

CAPÍTULO 01 - INTRODUÇÃO................................................................................. 1

CAPÍTULO 02 – RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS ................................................ 3

2.1. CLASSIFICAÇÃO DOS RESÍDUOS ................................................................... 3

2.2. DADOS GERAIS DOS RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS (RSU).................... 5

2.3. DISPOSIÇÃO DOS RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS (RSU).......................... 7

2.4. MÉTODOS DE TRATAMENTO DOS RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS ...... 9

2.5. ELEMENTOS BÁSICOS DE UM ATERRO SANITÁRIO ............................... 11

2.5.1. Sistema de Tratamento da Base e Laterais do Aterro........................................... 11

2.5.2. Sistema de Drenagem de Base e Remoção do Chorume...................................... 12

2.5.3. Sistema de Drenagem de Gases............................................................................ 15

2.5.4. Sistema de Drenagem de Águas Pluviais ............................................................. 16

2.5.5. Vias Internas de Acesso às Células ...................................................................... 17

2.5.6. Sistema de Cobertura dos Resíduos ..................................................................... 18

2.5.7. Sistema de Monitoramento................................................................................... 19

2.6. PROPRIEDADES BIOLÓGICAS DOS RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS.... 21

2.7. PROPRIEDADES QUÍMICAS DOS RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS ........ 22

2.7.1. Composição Química ........................................................................................... 22

2.7.2. Poder Calorífico.................................................................................................... 22

2.7.3. Relação Carbono/Nitrogênio ................................................................................ 22

2.7.4. Potencial Hidrogeniônico ..................................................................................... 23

2.8. PROPRIEDADES FÍSICAS DOS RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS............. 23

2.8.1. Composição Física ou Gravimétrica .................................................................... 23

2.8.2. Composição Granulométrica ................................................................................ 25

2.8.3. Teor de Umidade .................................................................................................. 27

2.8.4. Peso Específico..................................................................................................... 30

2.8.5. Permeabilidade ..................................................................................................... 32

2.8.6. Temperatura.......................................................................................................... 33

2.8.7. Compactação ........................................................................................................ 34

2.8.8. Capacidade de campo ........................................................................................... 35

2.9. PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS .... 36

VI

2.9.1. Compressibilidade ................................................................................................ 36

2.9.2. Resistência ao Cisalhamento ................................................................................ 38

CAPÍTULO 03 – ESTABILIDADE DE TALUDES ................................................. 50

3.1. INTRODUÇÃO....................................................................................................... 50

3.2. TIPOS E CAUSAS DE INSTABILIDADE DE TALUDES .................................. 50

3.3. FATOR DE SEGURANÇA .................................................................................... 52

3.4. POROPRESSÃO..................................................................................................... 52

3.5. MÉTODOS DE ESTABILIDADE.......................................................................... 53

3.5.1. Introdução............................................................................................................. 53

3.5.2. Método Sueco ou das Fatias ................................................................................. 54

3.5.3. Método de Bishop Simplificado........................................................................... 54

3.5.4. Método de Janbu................................................................................................... 56

3.5.5. Método de Spencer ............................................................................................... 56

3.5.6. Método de Morgenstern-Price .............................................................................. 56

3.6. ESTABILIDADE DE TALUDES DE ATERROS DE RSU .................................. 58

3.6.1. Introdução............................................................................................................. 58

3.6.2. Tipos e Causas de Falhas em Aterros Sanitários.................................................. 59

3.6.3. Fatores de Influência na Estabilidade de Aterros Sanitários ................................ 62

3.6.4. Variação dos parâmetros relacionados à estabilidade de taludes de aterros de RSU

com o tempo ................................................................................................................... 63

3.6.5. Modelos Avançados de Cálculo de Estabilidade.................................................. 63

3.6.6. Aplicação da metodologia de análise de estabilidade de taludes de solos

reforçados com fibras para RSU..................................................................................... 68

3.7. ANÁLISES DE ESTABILIDADE DE TALUDES DE ATERROS SANITÁRIOS

72

3.7.1. Análise da ruptura do talude de RSU do Aterro Sanitário dos Bandeirantes ....... 72

3.7.1.1. Introdução................................................................................................... 72

3.7.1.2. Análise do escorregamento do AS–1 (IPT, 1991)...................................... 73

3.7.1.3. Fatores condicionantes ao escorregamento do AS–1 (IPT, 1991) ............. 75

3.7.1.4. Análises da ruptura do talude com aplicação do efeito reforço das fibras. 75

3.7.2. Comparação entre os métodos de análise de estabilidade de taludes ................... 77

CAPÍTULO 04 – METODOLOGIA APLICADA .................................................... 80

VII

4.1. INTRODUÇÃO....................................................................................................... 80

4.2. EQUIPAMENTOS UTILIZADOS ......................................................................... 83

4.3. PROCEDIMENTOS DE ENSAIO.......................................................................... 86

4.3.1. Identificação dos resíduos .................................................................................... 86

4.3.2. Coleta de amostra ................................................................................................. 87

4.3.3. Ensaios de caracterização física das amostras de RSU ........................................ 89

4.3.3.1. Teor de Umidade ................................................................................ 89

4.3.3.2. Distribuição dos grupos de substâncias .............................................. 92

4.3.3.3. Classificação Morfológica dos RSU................................................... 99

CAPÍTULO 05 – APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS ........... 104

5.1. INTRODUÇÃO..................................................................................................... 104

5.2. RESULTADOS OBTIDOS NOS ENSAIOS DE CAMPO E LABORATÓRIO . 104

5.2.1. Identificação dos resíduos .................................................................................. 104

5.2.2. Coleta e amostragem .......................................................................................... 105

5.2.3. Ensaios de caracterização física das amostras de RSU ...................................... 107

5.2.3.1. Teor de Umidade .............................................................................. 107

5.2.3.2. Distribuição dos grupos de substâncias ............................................ 108

5.2.3.3. Classificação morfológica dos grupos de substâncias dos RSU....... 109

5.3. ANÁLISES DE ESTABILIDADE DE TALUDES DE ATERROS SANITÁRIOS

116

5.3.1. Análises de estabilidade de taludes de RSU com aplicação do efeito das fibras.

116

5.3.2. Comparação entre os métodos de análise de estabilidade de taludes ........... 119

CAPÍTULO 06 – COMENTÁRIOS FINAIS E CONCLUSÕES........................... 125

6.1. COMENTÁRIOS FINAIS .................................................................................... 125

6.2. CONCLUSÕES..................................................................................................... 126

6.3. SUGESTÕES PARA FUTURAS PESQUISAS ................................................... 128

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................... 130

ANEXO 1 – SITUAÇÃO GERAL DO ATERRO BANDEIRANTES .................. 138

VIII

ANEXO 2 – RETRO-ANÁLISE DO ATERRO BANDEIRANTES AS-1 ............ 139

ANEXO 3 – ANÁLISE DE ESTABILIDADE ......................................................... 142

ANEXO 4 – VERSÃO TRADUZIDA NORMA ALEMÃ DGGT E 1-7 GDA...... 151

IX

LISTA DE FIGURAS

Capítulo 2

Figura 2.1 – Destino final dos RSU tendo como referência o número de municípios (PNSB, 2000). .................................................................................................................. 5

Figura 2.2 – Execução do sistema de tratamento de base e laterais do aterro com a utilização de manta de PEAD (CTR Nova Iguaçu, 2003).............................................. 12

Figura 2.3 – Exemplo do sistema de drenagem de base e remoção do chorume (QIAN et al., 2002). ........................................................................................................................ 13

Figura 2.4 – Execução do sistema de drenagem de base e remoção do chorume (CTR Nova Iguaçu, 2003). ....................................................................................................... 13

Figura 2.5 – Vista do sistema de tratamento de base e laterais e ao centro, sistema de drenagem de base e remoção do chorume (CTR Nova Iguaçu, 2003). .......................... 14

Figura 2.6 – Colmatação do tubo de coleta de chorume (SUEZ AMBIENTAL, 2003 apud FERRARI, 2005). .................................................................................................. 15

Figura 2.7 – Vista do sistema de drenagem de gases (CTR Nova Iguaçu, 2003). ......... 16

Figura 2.8 – Elementos do sistema de drenagem superficial (apud CARVALHO, 1999)......................................................................................................................................... 17

Figura 2.9 – Camadas componentes do sistema de cobertura final dos resíduos (CARVALHO, 1999). .................................................................................................... 19

Figura 2.10 – Conjunto de marcos superficiais para medida de deslocamento e piezômetros para medida da poropressão (IPT, 1995). .................................................. 20

Figura 2.11 – Vista de um piezômetro (CTR Nova Iguaçu, 2003). ............................... 21

Figura 2.12 – Distribuição Granulométrica do lixo para diferentes idades (JESSBERGER, 1994 apud DE LAMARE NETO, 2004)............................................. 26

Figura 2.13 – Teor de Umidade x Profundidade (BLIGHT et al., 1992 apud DE LAMARE NETO, 2004). ............................................................................................... 28

Figura 2.14 – Variação do Teor de Umidade dos RSU com a profundidade (CARVALHO, 1999 apud OLIVEIRA, 2002). ............................................................. 29

Figura 2.15 – Variação do Teor de Umidade dos RSU com a profundidade, no aterro sanitário dos Bandeirantes, SP (CARVALHO, 1999 apud DE LAMARE NETO, 2004)......................................................................................................................................... 30

X

Figura 2.16 – Variação da temperatura dos RSU com a profundidade, Aterro da Muribeca, Recife, (MARIANO & JUCÁ, 1998 apud DE LAMARE NETO, 2004)..... 34

Figura 2.17 – Curvas de Compactação para diversos resíduos (MARQUES, 2001 apud OLIVEIRA, 2002). ......................................................................................................... 35

Figura 2.18 – Curva tensão x deformação com a interação entre as duas parcelas, forças de atrito e força de tração das fibras (KÖLSCH, 1993). ................................................ 39

Figura 2.19 – Variações das parcelas da resistência ao cisalhamento com a tensão normal (KÖLSCH, 1993). .............................................................................................. 40

Figura 2.20 – Modelo de resistência mecânica dos RSU (KOLSCH, 1996).................. 41

Figura 2.21 – Curva de tensão cisalhante x deformações para RSU (KÖLSCH, 1993). 42

Figura 2.22 – Curvas de ângulo de atrito e coesão vs deformação para RSU (KOCKEL & JESSBERGER, 1995). ............................................................................................... 42

Figura 2.23 – Envoltórias de resistência à ruptura de diversos materiais (KOCKEL & JESSBERGER, 1995)..................................................................................................... 43

Figura 2.24 – Gráfico de coesão vs ângulo de atrito de RSU (SANCHEZ, 1993 et al. apud CALLE, 2005). ...................................................................................................... 45

Figura 2.25 – Faixa recomendada para projetos – parâmetros de resistência de RSU (SINGH & MURPHY, 1990 apud DE LAMARE NETO, 2004). ................................. 46

Figura 2.26 – Faixa recomendada para projetos – parâmetros de resistência de RSU (SANCHEZ et al., 1993 apud DE LAMARE NETO, 2004). ........................................ 46

Figura 2.27 – Ensaio de cisalhamento direto de grande porte com RSU (KOLSCH, 1996)............................................................................................................................... 48

Figura 2.28 – Coleta da amostra no aterro sanitário (KOLSCH, 1996). ........................ 48

Figura 2.29 – Realização do ensaio (KOLSCH, 1996). ................................................. 49

Capítulo 3

Figura 3.1 – Lamela de Bishop - Método de Bishop Simplificado (MASSAD, 2003). 54

Figura 3.2 – Comparação entre métodos de análise de estabilidade de taludes ............. 57

Figura 3.3 – Aterro Bandung, Indonésia (KOLSCH, 2005)........................................... 59

Figura 3.4 – Escorregamento pelo sistema de drenagem de base (Qian et al., 2002). ... 60

Figura 3.5 – Escorregamento pelo sistema de cobertura final (Qian et al., 2002). ........ 60

XI

Figura 3.6 – Escorregamento rotacional pela parede ou base do talude (Qian et al., 2002)............................................................................................................................... 60

Figura 3.7 – Escorregamento rotacional através da fundação (Qian et al., 2002).......... 61

Figura 3.8 – Escorregamento rotacional pela massa de resíduo (Qian et al., 2002). ..... 61

Figura 3.9 – Escorregamento translacional ao longo do sistema de tratamento de base e laterais do aterro (Qian et al., 2002). .............................................................................. 62

Figura 3.10 – Curva tensão de tração vs tensão normal para RSU (KOLSCH, 1996 apud CALLE, 2005). ............................................................................................................... 64

Figura 3.11 – Sistema de equilíbrio de forças num elemento do reforço KOLSCH, 1996 apud CALLE, 2005. ....................................................................................................... 64

Figura 3.12 – Variação da resistência à tração com a tensão normal aplicada em RSU (KOLSCH,1996 apud CALLE,2005)............................................................................. 68

Figura 3.13 – Análise de estabilidade de taludes de solo reforçado com fibras (EHRLICH,2004 apud CALLE,2005). .......................................................................... 69

Figura 3.15 – Precipitação diária do mês de junho de 1991 (apud IPT, 1991) .............. 74

Figura 3.16 – Tela de entrada das propriedades do material (GGU-Stability)............... 76

Figura 3.17 – Seção longitudinal D utilizada nas análises da ruptura do Aterro Bandeirantes, AS-1 (GGU-Stability).............................................................................. 77

Figura 3.18 – Seção 01 utilizada nas análises de estabilidade........................................ 78

Figura 3.19 – Seção 02 utilizada nas análises de estabilidade........................................ 78

Capítulo 4

Figura 4.1 – Área de Planejamento 4.0 (COMLURB, 2005) ......................................... 81

Figura 4.2 – Contêineres e tambores plásticos (Laboratório de Campo - COMLURB). 83

Figura 4.3 – Balança eletrônica (Laboratório de Campo - COMLURB). ...................... 84

Figura 4.4 – Estufa com bandejas (Laboratório de Campo - COMLURB).................... 84

Figura 4.5 – Série de peneiras granulométrica e agitador (Laboratório de Ensaios Físico-Químico - COMLURB).................................................................................................. 85

Figura 4.6 – Peneiras de grande dimensão (Laboratório de Campo - COMLURB). ..... 85

Figura 4.7 – Galpão de armazenamento e transbordo de RSU (Usina de Compostagem de Jacarepaguá - COMLURB, 2005). ............................................................................ 87

XII

Figura 4.8 – Procedimento de quarteamento para amostragem (Usina de Compostagem de Jacarepaguá - COMLURB, 2005). ............................................................................ 88

Figura 4.9 – Transferência das amostras para as bandejas da estufa (Laboratório de campo - COMLURB, 2005). .......................................................................................... 90

Figura 4.10 – Secagem das amostras na estufa a uma temperatura de 70ºC (Laboratório de campo - COMLURB, 2005). ..................................................................................... 91

Figura 4.11 – Seqüência do procedimento de determinação do teor de umidade por grupo de substância (Laboratório de campo - COMLURB, 2005). ............................... 91

Figura 4.12 – Seqüência do procedimento de determinação do teor de umidade por grupo de substância (Laboratório de campo - COMLURB, 2005). ............................... 92

Figura 4.13 – PEÇAS GRANDES - Grupo de Substância conforme norma alemã GDA E 1-7 (Galpão de armazenamento e transbordo da Usina de Jacarepaguá - COMLURB, 2005)............................................................................................................................... 93

Figura 4.14 – PAPEL/PAPELÃO - Grupo de Substância conforme norma alemã GDA E 1-7 (Laboratório de campo - COMLURB, 2005)........................................................... 94

Figura 4.15 – PLÁSTICO MACIO - Grupo de Substância conforme norma alemã GDA E 1-7 (Laboratório de campo - COMLURB, 2005). ...................................................... 94

Figura 4.16 – PLÁSTICO DURO - Grupo de Substância conforme norma alemã GDA E 1-7 (Laboratório de campo - COMLURB, 2005). ...................................................... 95

Figura 4.17 – METAIS - Grupo de Substância conforme norma alemã GDA E 1-7 (Laboratório de campo - COMLURB, 2005). ................................................................ 95

Figura 4.18 – MINERAIS - Grupo de Substância conforme norma alemã GDA E 1-7 (Laboratório de campo - COMLURB, 2005). ................................................................ 96

Figura 4.19 – MADEIRA - Grupo de Substância conforme norma alemã GDA E 1-7 (Laboratório de campo - COMLURB, 2005). ................................................................ 96

Figura 4.20 – ORGÂNICOS - Grupo de Substância conforme norma alemã GDA E 1-7 (Laboratório de campo - COMLURB, 2005). ................................................................ 97

Figura 4.21 – Seqüência do procedimento de distribuição por grupos de substâncias (Laboratório de campo - COMLURB, 2005). ................................................................ 98

Figura 4.22 – Dimensão 0 (Grãos) ................................................................................. 99

Figura 4.23 – Dimensão 1 (Fibras)................................................................................. 99

Figura 4.24 – Dimensão 2 (Folhas, Objetos Planos) ...................................................... 99

Figura 4.25 – Dimensão 3 (Volumes) .......................................................................... 100

Figura 4.26 – DIMENSÃO 0 - Classificação morfológica por grupo de substância. .. 100

XIII

Figura 4.27 – DIMENSÃO 1 - Classificação morfológica por grupo de substância ... 101

Figura 4.28 – DIMENSÃO 2 - Classificação morfológica por grupo de substância ... 101

Figura 4.29 – DIMENSÃO 3 - Classificação morfológica por grupo de substância ... 102

Figura 4.30 – Peneiramento com malha de 40mm - Classificação por tamanho da peça...................................................................................................................................... 103

Figura 4.31 – Peneiramento com série de peneiras granulométricas- Classificação por tamanho da peça ........................................................................................................... 103

Capítulo 5

Figura 5.1 – Material séptico misturado a resíduos domésticos................................... 106

Figura 5.2 – Grupos de Substâncias dos RSU da AP 4.0 ............................................. 109

Figura 5.3 – Classificação Morfológica dos Grupos de Substâncias dos RSU ............ 110

Figura 5.4 – Classificação Morfológica dos Grupos de Substâncias dos RSU ............ 111

Figura 5.5 – Classificação Morfológica dos Grupos de Substâncias dos RSU ............ 111

Figura 5.6 – Classificação Morfológica dos Grupos de Substâncias dos RSU ............ 112

Figura 5.7 – Classificação Morfológica dos Grupos de Substâncias dos RSU ............ 112

Figura 5.8 – Classificação Morfológica dos Grupos de Substâncias dos RSU ............ 113

Figura 5.9 – Classificação Morfológica dos Grupos de Substâncias dos RSU ............ 113

Figura 5.10 – Classificação Morfológica dos RSU da AP 4.0 ..................................... 114

Figura 5.11 – Superfície de ruptura na seção longitudinal D, AS-1............................. 118

Figura 5.12 – Análise de estabilidade com software GGU-Stability, tendo ru = 0,5 e FS = 1, 33 (com efeito das fibras)...................................................................................... 121

XIV

LISTA DE TABELAS

Capítulo 2

Tabela 2.1 - Quantidade Coletada de Resíduos Sólidos por Macrorregião (PNSB, 2000)........................................................................................................................................... 5

Tabela 2.2 – Composição Gravimétrica de Diversos Municípios (MANASSERO et al., 1996)................................................................................................................................. 6

Tabela 2.3 – Composição Gravimétrica dos RSU do Município do Rio de Janeiro (COMLURB, 2005).......................................................................................................... 7

Tabela 2.4 – Componentes dos RSU e seus grupos (COMLURB, 1999). ..................... 23

Tabela 2.5 – Umidade dos componentes dos RSU do aterro sanitário Bandeirantes (CARVALHO, 1999 apud DE LAMARE NETO, 2004). ............................................. 28

Tabela 2.6 – Peso Específico dos RSU de diversos bairros da cidade do Rio de Janeiro (BRITO, 1999 apud DE LAMARE NETO, 2004)......................................................... 31

Tabela 2.7 – Valores do peso específico de aterros sanitários de RSU no Brasil (DE LAMARE NETO, 2004). ............................................................................................... 32

Tabela 2.8 – Valores de coeficientes de permeabilidade de aterros de RSU no Brasil (DE LAMARE NETO, 2004)......................................................................................... 33

Tabela 2.9 – Valores de ângulo de atrito e coesão efetivos variando com a idade dos RSU (Turczynski, 1988 apud Calle, 2005). ................................................................... 43

Tabela 2.10 – Valores de ângulo de atrito e coesão efetivos variando com a deformação máxima dos RSU (Reutner (1995) apud Calle (2005)). ................................................. 44

Tabela 2.11 – Parâmetros de Resistência de RSU - coesão e ângulo de atrito (CALLE, 2005)............................................................................................................................... 44

Capítulo 3

Tabela 3.1 – Aplicação da metodologia de cálculo de estabilidade de talude de solos reforçados para RSU (CALLE, 2005). ........................................................................... 71

Capítulo 4

Tabela 4.1 – Composição Gravimétrica dos RSU do município do Rio de Janeiro de acordo com sua contribuição por Área de Planejamento (COMLURB, 2005). ............. 82

XV

Capítulo 5

Tabela 5.1 – Identificação dos resíduos de onde foram retiradas amostras para ensaios...................................................................................................................................... 105

Tabela 5.2 – Peso das amostras coletadas .................................................................... 106

Tabela 5.3 – Teor de umidade global ........................................................................... 107

Tabela 5.4 – Teor de umidade dos grupos de substâncias das amostras coletadas ...... 108

Tabela 5.5 – Grupos de substâncias dos RSU da AP 4.0 ............................................. 109

Tabela 5.6 – Classificação Morfológica dos RSU da AP 4.0....................................... 114

Tabela 5.7 – Tamanho das peças dos RSU................................................................... 116

Tabela 5.8 – Comparação entre os resultados IPT e retro-análise considerando o efeito reforço das fibras. ......................................................................................................... 117

Tabela 5.9 – Comparação entre os resultados IPT e retro-análise considerando o efeito reforço das fibras na condição de ruptura..................................................................... 119

Tabela 5.10 – Comparação entre os métodos de análise de estabilidade de taludes de RSU na Seção 01. ......................................................................................................... 120

Tabela 5.11 – Comparação entre os métodos de análise de estabilidade de taludes de RSU na Seção 02. ......................................................................................................... 123

XVI

LISTA DE SÍMBOLOS

k – coeficiente de permeabilidade;

Wbúmida – Teor de umidade em base úmida;

Wbseca – Teor de umidade em base seca;

c − coesão;

c’ − coesão efetiva;

φ − ângulo de atrito;

φ’ − ângulo de atrito;

σ − tensão normal;

τ − tensão cisalhante;

Zmax – parcela máxima da resistência ao cisalhamento devido as fibras;

ζ − ângulo de tensão de tração devido as fibras;

εa − deformação axial;

μ − poropressão;

α − ângulo entre as fibras e a superfície de cisalhamento;

aς − fator de transmissão.

XVII

CAPÍTULO 01 - INTRODUÇÃO

É crescente nos últimos anos a preocupação no mundo com a questão dos

resíduos sólidos urbanos (RSU). Com o aumento da população mundial hoje estimada

em 6,0 bilhões para cerca de 8,0 bilhões nos próximos 30 anos, mantida a tendência

atual e o grau de urbanização hoje representando 75% do total da população, o

gerenciamento e a disposição final adequada dos RSU tornaram-se um problema a ser

enfrentado. Nos grandes centros metropolitanos, onde espaços disponíveis estão cada

vez mais escassos, a situação é ainda mais caótica.

Neste sentido, devido à escassez de área para depósito de resíduos, aliado aos

maiores rigores impostos pelos órgãos ambientais com regulamentações mais restritivas,

nas atuais áreas de deposição de resíduo têm sido feitas tentativas de prolongamento de

sua vida útil. Novos projetos e alteamento de aterros sanitários existentes têm sido

desenvolvidos com alturas sem precedentes (OLIVEIRA, 2002). São comuns a estas

tentativas, conseqüências danosas e imprevisíveis, devido à falta de conhecimento das

características e comportamentos dos RSU. Problemas de estabilidades de taludes de

depósitos de RSU têm ocorrido em todo o mundo, inclusive no Brasil, tendo como

exemplo o escorregamento ocorrido no aterro sanitário Bandeirantes, situado na cidade

de São Paulo, em 1991.

Desta forma, este trabalho tem como objetivos, a aplicação da classificação

morfológica aos RSU brasileiros, baseada na norma alemã DGGT (1994) – E 1-7 GDA,

tendo como amostra os resíduos provenientes da Área de Planejamento 4.0 da cidade do

Rio de Janeiro e, através dos resultados encontrados nesta classificação, analisar a

estabilidade de taludes de aterros de RSU considerando o efeito reforço das fibras.

1

Assim, este trabalho faz uma abordagem sobre as características e formas de

disposição dos RSU, em seu segundo capítulo, seguido por uma revisão dos métodos de

cálculo de estabilidade de taludes e a influência do efeito das fibras na resistência ao

cisalhamento dos RSU no terceiro capítulo. No quarto capítulo, apresentam-se os

métodos utilizados nos ensaios de campo, assim como os procedimentos para análises

de estabilidade de taludes de RSU. No quinto capítulo, são apresentados os resultados

dos ensaios e análises obtidos no capítulo anterior.

Para finalizar, o sexto capítulo traz os comentários finais a cerca do trabalho

desenvolvido assim como sugestões para futuros estudos.

2

CAPÍTULO 02 – RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS

2.1. CLASSIFICAÇÃO DOS RESÍDUOS

De acordo com a definição da ABNT em sua norma NBR-10.004/2004, resíduos

sólidos são “resíduos nos estados sólidos e semi-sólido que resultam de atividades da

comunidade, de origem industrial, doméstica, hospitalar, comercial, agrícola, de

serviços e de variação. Ficam incluídos nesta definição os lodos provenientes de

sistemas de tratamento de água e esgoto, aqueles gerados em equipamentos e

instalações de controle de poluição, bem como determinados líquidos cujas

particularidades tornem inviável o seu lançamento na rede pública de esgotos ou corpos

d’água, ou exijam para isto soluções técnicas e economicamente inviáveis em face à

melhor tecnologia disponível”.

Podem ser classificados em:

Resíduos Classe I – Perigosos: são os chamados resíduos perigosos por

apresentarem periculosidade quanto à inflamabilidade, reatividade, toxidade,

patogenicidade ou corrosividade;

Resíduos Classe II – Não Perigosos

⎯ Resíduos Classe II A – Não Inertes: são os resíduos que não se enquadram

nas classificações de resíduos classe I – Perigosos ou resíduos de classe II B

– Inertes. Podem ter propriedades tais como: biodegradabilidade,

combustibilidade ou solubilidade em água;

⎯ Resíduos Classe II B – Inertes: são os resíduos que quando amostrados de

uma forma representativa, submetidos a um contato dinâmico e estático com

água destilada ou desionizada, à temperatura ambiente, não tiveram nenhum

3

de seus constituintes solubilizados em concentrações superiores aos padrões

de potabilidade de água, excetuando-se aspectos de cor, turbidez, dureza e

sabor.

Em outra classificação proposta por LANDVA & CLARK (1990) e GRISOLIA et

al. (1995), os RSU podem ser assim classificados:

Classe A – Materiais estáveis inertes: Materiais como vidros, metais,

entulhos de obras civis, etc., cujas propriedades não apresentam variação com

o tempo, não influenciando o comportamento global dos aterros;

Classe B – Materiais altamente deformáveis: Estes materiais podem

apresentar grandes deformações ao longo do tempo quando submetidos a

cargas constantes influenciando no comportamento global do aterro.

⎯ Partículas Esmagáveis ou Quebráveis: Materiais como metais, plásticos,

etc., os quais, quando submetidos à compressão, podem liberar líquidos ou

gases retidos, apresentando uma aparente diminuição em seu volume

ocupado pela fase sólida após a quebra.

⎯ Partículas compressíveis: Materiais como papel, papelão, têxteis, borracha,

etc., dobráveis ou deformáveis que variam sua forma com o incremento de

pressão.

Classe C – Materiais degradáveis: Materiais como restos de alimentos,

restos vegetais, etc., cujo resultado de sua decomposição, variam de sua

estrutura inicial sólida a compostos líquidos ou gasosos incluindo aqui os

quimicamente reativos ou biodegradáveis.

Os materiais da classe B (papéis, plásticos, têxteis, etc.) podem atuar como reforço

na resistência ao cisalhamento dos RSU assim como será apresentado neste trabalho.

4

2.2.DADOS GERAIS DOS RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS (RSU)

Segundo a Pesquisa Nacional sobre Saneamento Básico (2000), referência nacional

e fonte principal de dados sobre a gestão de resíduos sólidos e limpeza urbana no Brasil,

na Tabela 2.1 apresentam-se dados relativos à quantidade de RSU coletados no Brasil.

Tabela 2.1 - Quantidade Coletada de Resíduos Sólidos por Macrorregião (PNSB,

2000).

Quantidade Coletada (t/dia) Macrorregião População Total

(hab.) Domiciliar + Comercial Vias Públicas Urbano

Norte 12.846.017,00 8.310,86 2.570,96 10.881,82 Nordeste 47.537.445,00 29.581,34 9.039,74 38.621,09 Sudeste 72.412.411,00 53.721,96 15.486,09 69.208,05

Sul 25.051.707,00 15.359,85 4.477,09 19.836,93 Centro-Oeste 11.636.728,00 8.051,09 2.495,32 10.546,41

Brasil 169.484.308,00 115.025,10 34.069,20 149.094,30

A forma de disposição final dos resíduos sólidos, tendo como base o número de

municípios, está representada na Figura 2.1.

Lixões64%Aterro

Sanitário14%

Aterro Controlado

18%

Sem Informação

4%

Figura 2.1 – Destino final dos RSU tendo como referência o número de municípios (PNSB, 2000).

Quanto à composição gravimétrica, nas Tabelas 2.2 e 2.3 apresentam-se dados de

municípios brasileiros e no mundo.

5

Tabela 2.2 – Composição Gravimétrica de Diversos Municípios (MANASSERO et

al., 1996).

Composição Gravimétrica (%) Município

País Metal Papel Plástico Couro, galhos e borracha

Têxteis Matéria Orgânica Vidros Outros

B. Horizonte

(Brasil) 3,0 10,0 11,0 2,5 0,5 67,0 3,0 4,0

Salvador

(Brasil) 2,4 10,5 15,0 2,6 1,0 60,0 2,0 6,5

Brasília

(Brasil) 3,0 20,0 15,0 1,5 1,0 49,0 2,0 8,5

Dona Juana

(Colômbia) 3,4 13,6 10,3 6,5 2,5 49,5 2,5 11,7

Bangkok

(Tailândia) 1,0 25,0 - 7,0 3,0 44,0 1,0 19,0

Cochabamba

(Bolívia) 1,0 2,0 3,0 1,0 - 71,0 1,0 21,0

Nova York

(USA) 5,0 22,0 - 3,0 - 20,0 6,0 44,0

Genebra

(Suíça) 2,5 31,0 9,5 4,0 5,0 28,0 9,0 11,0

Observa-se que o percentual de matéria orgânica para países em desenvolvimento,

como o Brasil, é mais elevado do que para países desenvolvidos, como a Suíça. Assim,

essa característica deve ser levada em consideração na hora da escolha do método de

tratamento e disposição a ser dado aos RSU.

6

Tabela 2.3 – Composição Gravimétrica dos RSU do Município do Rio de Janeiro

(COMLURB, 2005).

Componentes (%) / Ano 2000 2001 2002 2003 2004 2005 Papel - Papelão 19,77 18,71 18,78 16,06 12,48 13,51 Plástico 17,61 19,77 17,61 19,17 15,44 15,34 Vidro 3,22 3,52 2,74 2,99 3,23 3,24 Mat. Orgânica 51,27 51,65 55,96 53,05 59,72 60,74 Metal 2,66 1,96 1,97 1,92 1,70 1,65 Inertes 0,94 0,72 0,35 1,46 1,37 0,86 Folha 1,91 1,50 0,60 2,34 2,12 1,06 Madeira 0,44 0,44 0,38 0,66 0,66 0,34 Borracha 0,30 0,29 0,18 0,25 0,22 0,24 Têxteis 1,61 1,28 1,21 1,83 1,51 1,58 Couro 0,18 0,10 0,15 0,26 0,27 0,22 Osso 0,09 0,06 0,07 0,01 0,02 0,04 Coco - - - - 1,26 1,18 Total 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00

2.3. DISPOSIÇÃO DOS RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS (RSU)

O solo é o principal meio de recepção dos RSU e as formas mais usuais de

disposição de RSU são:

Lixões ou Vazadouros – são caracterizados pela ausência de controle dos

resíduos depositados quanto ao volume, periculosidade, classe, etc. Os resíduos

ficam depositados sobre o solo natural, a céu aberto sem nenhum tipo de

proteção ao meio ambiente ou à saúde pública e geralmente não sofrem

compactação para redução de volume. Não é feito controle de entrada de pessoas

e animais.

Aterro Controlado – a principal diferença desta forma de disposição para os

vazadouros está no fato de haver um controle mínimo como cobertura de solo

sobre os resíduos dispostos, compactação para redução de volume e restrição de

entrada de pessoas e animais. Não estão presentes porém, sistemas de controle

ambiental como impermeabilização do solo e drenagem do chorume e gases

produzidos.

7

Aterros Sanitários – são aqueles que possuem elementos apropriados e técnicas

de engenharia aplicadas na disposição dos resíduos. São constituídos por células

de disposição, compactação do resíduo, cobertura, sistema de drenagem e

tratamento do chorume e gases produzidos, impermeabilização de base,

instrumentação e monitoramento geotécnico e ambiental, etc. Os aterros

sanitários podem ser classificados quanto a tipo de resíduo recebido e métodos

de aterramento. Segundo a ABNT (1997), aterro sanitário é a forma de

disposição de RSU que obedece a critérios de engenharia e normas operacionais

específicas, permitindo o confinamento seguro em termos de controle de

poluição ambiental e proteção à saúde pública.

De acordo com LEITE (1995), o aterro sanitário é o método de disposição mais

difundido em todo o mundo visto que é a solução mais econômica quando comparada

com os processos de compostagem e de incineração.

O aterro sanitário deve ser executado de tal forma que não comprometa a qualidade

das águas superficiais, subterrâneas e do solo, devendo assim conter sistema de

tratamento de bases e laterais, sistema de drenagem de base e remoção do chorume,

sistema de drenagem de gases, sistema de drenagem de águas pluviais e superficiais,

sistema de cobertura dos resíduos e sistema de monitoramento.

Os resíduos destinados aos aterros sanitários são constituídos por diversos tipos de

materiais que podem sofrem processos de transformações físico-químicos e biológicos.

Da decomposição de materiais orgânicos resulta a produção de chorume e gases

(metano e o dióxido de carbono) sendo que o metano corresponde a 60% do total

produzido. O líquido percolado do aterro sanitário (chorume) apresenta elevadas

concentrações de espécies químicas que podem infiltrar-se no solo e vir a poluir e

contaminar as águas subterrâneas.

8

No item 2.5 deste trabalho, os diversos sistemas que compõem o aterro sanitário

serão detalhados.

2.4. MÉTODOS DE TRATAMENTO DOS RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS

Os métodos de tratamento de RSU têm como objetivos reduzir o volume de resíduos

gerados, impedir o descarte destes em ambientes ou locais inadequados bem como

promover mudanças em suas propriedades transformando-os em materiais inertes ou

biologicamente estáveis.

Dentre os métodos de tratamento mais difundidos podem-se citar o processo de

compostagem, a reciclagem e a incineração:

Compostagem – processo de decomposição biológica de materiais orgânicos de

origem animal e vegetal, pela ação de microorganismos não sendo necessária a

adição de qualquer componente. A decomposição pode acontecer em processos

aeróbios ou anaeróbios. Nos processos aeróbios (presença de oxigênio), a

temperatura da massa de resíduo pode chegar a 70oC, com baixa emanação de

odores e a decomposição não produz subprodutos. Em vias anaeróbias (ausência

de oxigênio), a decomposição acontece a baixas temperaturas com exalação de

odores e chorume além de requerer maior tempo para estabilização dos resíduos.

O produto do processo de compostagem é um material que pode ser aplicado ao

solo para melhorar suas características sem ocasionar riscos ao meio ambiente.

Dentre as principais vantagens deste processo, podem-se citar o aproveitamento

agrícola da matéria orgânica, a eliminação de patogêneos, a reciclagem de

nutrientes para o solo, etc.

Reciclagem – consiste na separação dos diversos materiais constituintes dos

RSU (papel, papelão, plástico, vidro, metal, etc.) tendo como finalidade seu

9

reuso ou como matéria-prima na manufatura de bens. Dentre as principais

vantagens deste processo, podem-se destacar a diminuição na quantidade de

resíduos a serem aterrados, preservação de recursos naturais, economia de

energia, etc. A reciclagem pode ser feita através da segregação dos materiais na

fonte geradora (residências, escritórios, etc) ou após a coleta normal em usinas

de triagem.

Incineração – processo de tratamento de resíduos através da queima de

materiais em alta temperatura (geralmente acima de 900°C), em mistura com

uma quantidade apropriada de ar e durante um tempo pré-determinado. Este

processo reduz os compostos orgânicos em constituintes minerais tais como

dióxido de carbono, vapor d´água e sólidos inorgânicos (cinzas). Geralmente a

incineração é escolhida como forma de tratamento para resolver problemas de

locais com escassez de áreas para aterramento de resíduos porém, sempre haverá

um resíduo a ser disposto podendo chegar a valores em torno de 20% do peso

inicial. Como vantagens deste processo podemos citar a redução da

periculosidade de alguns resíduos como os hospitalares, e a possibilidade de

recuperação de parte da energia consumida.

Na gestão eficaz dos RSU, estes métodos de tratamento devem ser aplicados em

conjunto, otimizando as vantagens de cada um isoladamente. A incineração é um

tratamento eficaz para reduzir o volume de resíduos tornando-os inertes. Porém, sua

instalação requer altos investimentos devido à necessidade de filtros e implementos

tecnológicos sofisticados necessários para reduzir a contaminação causada pelos gases

gerados da queima. Centrais de reciclagem e compostagem, além de gerarem empregos

e renda, reduzem a quantidade de resíduos a ser disposta em aterros.

10

2.5. ELEMENTOS BÁSICOS DE UM ATERRO SANITÁRIO

2.5.1. Sistema de Tratamento da Base e Laterais do Aterro

O sistema de tratamento de base tem como função impedir a migração de chorume

gerado pelos resíduos para o solo natural e água subterrânea, minimizando uma possível

contaminação do solo.

O tratamento da fundação envolve a impermeabilização da base e laterais do aterro,

conformação da superfície em plataformas inclinadas para drenagem do chorume,

captação e drenagem de nascentes e cursos d'água caso existam. A impermeabilização

tem a função de atuar como barreira hidráulica, com o objetivo de minimizar o fluxo de

fluidos durante a vida útil e após o encerramento do aterro. Este tratamento depende dos

aspectos geológicos - geotécnicos e hidrogeológicos da área de implantação do aterro e

suas adjacências. Tem como premissas básicas ser estanque, durável e possuir

resistência mecânica e química.

Os tipos de impermeabilização da base e laterais do aterro comumente utilizados são

os solos de baixa permeabilidade (k < 10-7cm/s) compactados também chamados de

barreiras minerais ou liners argilosos, os geossintéticos (geomembranas, GCL, etc.) e a

combinação dos dois tipos. Na Figura 2.2 é mostrada a aplicação de manta de

geomembrana (PEAD) sobre uma camada de solo compactado.

11

Figura 2.2 – Execução do sistema de tratamento de base e laterais do aterro com a utilização de manta de PEAD (CTR Nova Iguaçu, 2003).

2.5.2. Sistema de Drenagem de Base e Remoção do Chorume

O sistema de drenagem de base tem como função coletar e conduzir o chorume que

atravessa a massa de lixo, conduzindo-o para fora das células até o local de

acumulação, de onde este será enviado para tratamento ou recirculação. Este sistema

pode ser formado por drenos de brita com tubo de PVC ou PEAD. Segundo

especificações da ABNT (1997), o sistema de drenagem deve ser dimensionado de

forma a evitar a formação de uma lâmina de líquido percolado superior a 0,30m sobre a

impermeabilização de base. Objetiva-se limitar o gradiente hidráulico reduzindo a

velocidade de percolação na camada de impermeabilização. No seu dimensionamento é

importante determinar parâmetros como vazão a ser drenada e a geometria do aterro.

Outro aspecto importante da drenagem de base é conferir melhor estabilidade

geotécnica à massa de resíduos através da manutenção do nível de chorume,

diminuindo a poropressão no interior do aterro. Na Figura 2.3 e Figura 2.4 são

mostrados exemplos do sistema de drenagem de base e remoção do chorume.

12

Rede Principal de

Coleta de Chorume Declividade do

Terreno Declividade do

Terreno

Figura 2.3 – Exemplo do sistema de drenagem de base e remoção do chorume (QIAN et al., 2002).

Sistema de Impermeabilização

de Base

Sistema de Impermeabilização

de Base

Figura 2.4 – Execução do sistema de drenagem de base e remoção do chorume (CTR Nova Iguaçu, 2003).

Na Figura 2.5 é mostrado um exemplo do sistema de tratamento de base e laterais

tendo ao centro o sistema de drenagem de base e remoção do chorume.

13

Figura 2.5 – Vista do sistema de tratamento de base e laterais e ao centro, sistema de drenagem de base e remoção do chorume (CTR Nova Iguaçu, 2003).

No sistema de drenagem, problemas de colmatação são freqüentes. A colmatação

deve-se à combinação dos seguintes fatores: acúmulo de finos, precipitação química e

crescimento de bactérias (biofilme). Segundo FERRARI (2005), para minimizar a

colmatação na camada drenante podem ser consideradas as seguintes medidas:

• Maximização da velocidade de fluxo de percolado na camada drenante com

o uso de declividades mais acentuadas na base do aterro;

• Maximização do volume de vazios e minimização da área de superfície

disponível para o crescimento de bactérias com o uso de brita com diâmetro

superior a 50 mm.

Na Figura 2.6 é mostrado um exemplo de colmatação em um tubo de coleta de

chorume, comprometendo praticamente a capacidade de drenagem da tubulação.

14

Figura 2.6 – Colmatação do tubo de coleta de chorume (SUEZ AMBIENTAL, 2003 apud FERRARI, 2005).

2.5.3. Sistema de Drenagem de Gases

O sistema de drenagem de gases tem como função drenar os gases gerados através

da decomposição da matéria orgânica resultante do processo de biodegradação que

geram principalmente o metano (CH4) e o gás carbônico (CO2). Esses gases são

gerados em grandes volumes, podendo concentrar-se em bolsões e sair de forma

descontrolada do aterro, necessitando assim de dispositivos apropriados para conduzi-

los. A principal preocupação está com o gás metano devido ao alto poder de combustão

podendo provocar explosões.

O método mais usual de controle da movimentação dos gases é o alívio da pressão

interna do aterro com a instalação de drenos verticais que vão desde o fundo do aterro

até a camada de cobertura superficial. Esses drenos são executados concomitantemente

com o aterro podendo também serem instalados após a conclusão de algumas células.

Podem também auxiliar na drenagem vertical do chorume sendo muitas vezes

interligados a drenos horizontais implantados junto ao topo da camada de solo da

15

célula subjacente. Como medida de proteção ambiental, podem ser instalados

queimadores na extremidade superior dos drenos. Na Figura 2.7 é mostrado um

exemplo de um dreno vertical de coleta de gases.

Figura 2.7 – Vista do sistema de drenagem de gases (CTR Nova Iguaçu, 2003).

2.5.4. Sistema de Drenagem de Águas Pluviais

O sistema de drenagem de águas pluviais tem como função interceptar e captar o

escoamento de águas pluviais de modo a evitar ao máximo sua infiltração na massa de

resíduo, minimizando desta maneira o aumento do volume de chorume e também a

erosão e o carreamento de poluentes. O método de dimensionamento é semelhante ao

usual em drenagem urbana, através do cálculo da vazão por bacias de contribuição.

Em aterros, o sistema de drenagem geralmente é constituído por canaletas de berma,

16

descidas d’água nos taludes, caixas de passagem, bacias de dissipação, escadas

hidráulicas, etc.

Os elementos instalados no corpo do aterro estarão sujeitos a recalques

significativos merecendo assim constante acompanhamento e intervenção quando

necessário. Deve-se projetar e implantar as canaletas de berma com declividades

adequadas e as descidas d'água nos taludes serem instaladas nas linhas de maiores

recalques. A Figura 2.8 ilustra os elementos do sistema de drenagem de águas pluviais.

Figura 2.8 – Elementos do sistema de drenagem superficial (apud CARVALHO, 1999).

2.5.5. Vias Internas de Acesso às Células

As vias internas de acesso às células durante toda a fase operacional do aterro

requerem atenção especial principalmente nos períodos chuvosos.

Grandes deformações ocorrem nas vias devido à característica de alta

compressibilidade do RSU aliado ao fato de que as camadas de solos de cobertura serem

pouco espessas. O tráfego de máquinas e caminhões pesados faz com que esta região

17

mereça manutenção contínua e sistemática. Uma das formas de melhoria destes acessos

é a inclusão de reforços geossintéticos e/ou o aumento da espessura do solo de cobertura

(OLIVEIRA, 2002).

2.5.6. Sistema de Cobertura dos Resíduos

O sistema de cobertura dos resíduos tem como função minimizar os impactos ao

meio ambiente através da proteção da superfície das células de lixo.

Este sistema é dividido, no geral, em duas fases em que a primeira constitui-se do

comumente chamado recobrimento diário que tem como objetivo evitar o arraste de

detritos pelo vento, o aparecimento de vetores e a minimização da exalação de odores e

risco de queima. A segunda fase, chamada de recobrimento final tem como funções,

além das citadas para o recobrimento diário, a minimização da infiltração de águas

provenientes de precipitações, impedir o escape de gases e propiciar a plantação de

vegetação (OLIVEIRA, 2002).

A questão da necessidade da realização do recobrimento diário é freqüentemente

debatida. É muito questionado o volume perdido do aterro por ocupação das camadas de

solo argiloso (cobertura diária), representando cerca de 10 a 20% do volume total e

constituindo-se em um custo significativo para sua implantação, chegando a 30% do

custo global do aterro (ENGECORPS, 1996).

Outro aspecto a ser questionado é que estas camadas podem diminuir

substancialmente a permeabilidade vertical do aterro, resultando em lençóis suspensos

de chorume e bolhas de gás que podem provocar problemas de estabilidade da massa de

lixo. Um exemplo do sistema de cobertura final pode ser visto na Figura 2.9. A camada

superficial é composta por um solo vegetal não compactado com espessura variando

entre 0,15 a 0,60 m. Abaixo desta segue uma camada de solo compactado para proteção,

18

uma camada de material drenante em material granular ou geossintético, uma camada

de impermeabilização (barreira hidráulica) podendo ser um liner argiloso e/ou

geossintético, uma camada para a coleta de gás semelhante à camada drenante e uma

camada de regularização.

CAMADA SUPERFICIAL

CAMADA DE PROTEÇÃO

CAMADA DRENANTE

BARREIRA HIDRÁULICA

CAMADA DE COLETA DE GÁS

SOLO DE REGULARIZAÇÃO

Solo de Cobertura

Figura 2.9 – Camadas componentes do sistema de cobertura final dos resíduos (CARVALHO, 1999).

2.5.7. Sistema de Monitoramento

O sistema de monitoramento tem como função conhecer e avaliar o impacto causado

pelo aterro através de instrumentação e monitoramento contínuo podendo ser dividido

em monitoramento ambiental e geotécnico.

O monitoramento ambiental consiste no controle da qualidade das águas superficiais

e subterrâneas, qualidade do ar, poluição do solo e controle de vetores propagadores de

doenças. O monitoramento geotécnico consiste no controle de parâmetros geotécnicos e

no acompanhamento da evolução dos aterros, com o objetivo de obter subsídios para a

realização de alterações de projeto ou da seqüência executiva de forma a garantir sua

estabilidade e eficiência (OLIVEIRA, 2002).

O monitoramento geotécnico em aterros sanitários consistia apenas em observações

topográficas dos recalques, porém, frente às grandes dimensões dos atuais aterros,

19

tornou-se necessário o conhecimento de outros parâmetros tais como medidas das

pressões internas dos aterros, deslocamentos horizontais e verticais, níveis d'água,

movimento do solo de fundação, temperatura, etc.

Os principais instrumentos utilizados são os marcos superficiais (medição de

deslocamentos verticais e horizontais por controle topográfico), medidores de recalque

por placas (medição dos recalques a diversas profundidades), piezômetros (medição das

pressões internas devido à presença de gases e chorume), termopares (medição da

temperatura a diversas profundidades) e inclinômetros (medição de movimentos laterais

do aterro). Na Figura 2.10 e Figura 2.11 são mostrados exemplos do sistema de

monitoramento para aterros sanitários.

Figura 2.10 – Conjunto de marcos superficiais para medida de deslocamento e piezômetros para medida da poropressão (IPT, 1995).

20

Figura 2.11 – Vista de um piezômetro (CTR Nova Iguaçu, 2003).

2.6. PROPRIEDADES BIOLÓGICAS DOS RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS

As propriedades biológicas dos RSU são regidas em função das populações

microbianas e agentes patogênicos presentes. A biodegradabilidade é a principal

propriedade biológica de interesse sobre o ponto de vista geotécnico. A diminuição da

compressibilidade e da permeabilidade do RSU com o tempo, a perda contínua de

massa, ganho de densidade e geração de gases são parâmetros de grande importância em

projetos e operações de aterros sanitários (OLIVEIRA, 2002).

A biodegradação é influenciada pela granulometria, idade e composição dos

resíduos; teor de umidade do resíduo; temperatura no aterro; aspectos quantitativos e

qualitativos de nutrientes; pH dos líquidos presentes e densidade e grau de compactação

dos resíduos.

21

Segundo MARQUES (2001), os aterros sanitários podem ser entendidos como

verdadeiros e heterogêneos reatores biológicos, tendo como principais componentes de

entrada e alimentação, os resíduos sólidos e a água, e como principais elementos de

saída, os líquidos percolados e o biogás.

2.7. PROPRIEDADES QUÍMICAS DOS RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS

2.7.1. Composição Química

A composição química faz-se importante quando da escolha do processo de

tratamento a ser aplicado aos RSU ou forma de disposição final. São parâmetros

importantes à quantificação dos teores de matéria orgânica, teor de cinzas, carbono,

potássio, fósforo, etc.

2.7.2. Poder Calorífico

O poder calorífico indica a capacidade potencial de um material desprender

determinada quantidade de calor quando submetido à queima. Este parâmetro é de

fundamental importância para dimensionamento de incineradores.

2.7.3. Relação Carbono/Nitrogênio

Esta relação é um indicador do grau de decomposição da matéria orgânica dos RSU

nos processos de tratamento como a compostagem e disposição final.

22

2.7.4. Potencial Hidrogeniônico

O potencial hidrogeniônico (pH) indica o teor de alcalinidade ou acidez dos RSU. O

pH está relacionado com a velocidade de degradação e estabilização da matéria orgânica

na massa de resíduos.

2.8. PROPRIEDADES FÍSICAS DOS RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS

2.8.1. Composição Física ou Gravimétrica

A composição física ou gravimétrica define o percentual de cada componente

presente no lixo, espelhando geralmente os níveis de desenvolvimento econômico,

tecnológico, sanitário e cultural que o gerou. A Tabela 2.4 apresenta os componentes

dos RSU divididos em grupos.

Tabela 2.4 – Componentes dos RSU e seus grupos (COMLURB, 1999).

Grupo Componente Papel Papel Papelão

Plástico Duro Plástico Plástico Filme Vidro Claro Vidro Vidro Escuro

Matéria Orgânica Orgânico Agregado Fino Metal Ferroso Metal Metal Não Ferroso

Pedra Inerte Louça – Cerâmica Folha

Madeira Borracha Têxteis Couro

Outros

Ossos

23

Também, conhecer os elementos que compõem a massa de resíduos e o percentual

de cada material é de particular importância visto que este condiciona o comportamento

global do aterro.

Segundo CARVALHO (1999), os RSU são admitidos como materiais multifásicos

constituídos por fase sólida, líquida e gasosa, assim como os solos. Existe uma variação

do percentual das fases com o tempo devido aos processos de biodegradação que estão

relacionados com teor de umidade, conteúdo orgânico do RSU e condições climáticas.

A fase sólida é composta de diversos materiais, os quais formam um arranjo poroso,

com vazios interpartículas e intrapartículas, que podem ou não estar preenchidos por

líquido percolado e/ou biogás e ainda podem estar em processo de decomposição. Dessa

forma, verifica-se que o ponto básico para a compreensão do comportamento dos

maciços de RSU é o conhecimento das interações existentes entre as três fases e as

alterações destas com o tempo.

Algumas diferenças entre os RSU e solos podem ser observadas, como o fato de a

fase sólida dos RSU poder ser dividida em materiais inertes estáveis, materiais

altamente deformáveis e materiais orgânicos biodegradáveis.

Os materiais inertes estáveis (vidros, cerâmicas, solos, entulhos, etc.) apresentam

comportamento semelhante aos solos granulares muito heterogêneos, desenvolvendo

forças de atrito entre as partículas. Os materiais altamente deformáveis (plásticos,

papéis, papelões, têxteis, borracha, etc.), além de sua deformabilidade, comportamento

anisotrópico e a possibilidade de absorver ou incorporar fluidos no interior de sua

estrutura, quando submetidos a carregamentos podem sofrer deformações iniciais com

mudança de sua forma original, além da possibilidade de deformações de natureza

viscosa. Já a matéria orgânica biodegradável, passa por transformações físico-químicas

em curto prazo, gerando líquidos e gases (GRlSOLIA & NAPOLEONI, 1996).

24

O conhecimento da composição física dos RSU, em relação aos percentuais de

matéria orgânica e de plásticos/têxteis tem relação direta com a resistência ao

cisalhamento dos resíduos. Os plásticos e têxteis que constituem os principais

componentes fibrosos do lixo, conferem a este valores de pseudo coesão muitas vezes

elevados, lembrando que esta coesão não tem relação alguma com a definida para solos

argilosos que é devido às forças eletroquímicas de atração de partículas. Já o percentual

de matéria orgânica está diretamente vinculado ao teor de umidade, à permeabilidade e

ao peso específico da massa de resíduo. Teores de umidade mais elevados remetem a

coeficientes de permeabilidade e pesos específicos mais baixos que são parâmetros de

grande importância em projetos e operações de aterros sanitários.

O percentual de matéria orgânica dos RSU brasileiros varia entre 50 e 60%, típicos

de países em desenvolvimento, conforme pode ser observado na Tabela 2.2. Este teor

orgânico elevado propicia, entre outros fatores, um elevado teor de umidade ao resíduo.

A composição física ou gravimétrica dos RSU, uma vez lançados ao aterro, tende a

se alterar ao longo do tempo em função da deterioração da matéria orgânica (DE

LAMARE NETO, 2004).

2.8.2. Composição Granulométrica

A sistemática da determinação da dimensão e distribuição das partículas dos RSU é

limitada em face da grande heterogeneidade e variedade dos resíduos não existindo um

método padronizado para análise (SANTOS & PRESA, 1995). A análise da distribuição

do tamanho das partículas é comumente realizada utilizando-se a análise granulométrica

clássica da mecânica dos solos. Assim, a composição granulométrica dos RSU os

caracteriza como um material predominantemente granular que apresenta elevado

percentual de frações grosseiras (tamanho correspondente a pedregulhos) e com fração

25

fina inferior a 20% (partículas < 0,075 mm).

Conforme pode ser observado na Figura 2.12, curvas granulométricas de RSU com

idade variando entre 8 meses a 15 anos são apresentadas, notando-se que o percentual

de materiais com granulação mais fina tende a aumentar com os anos, resultado da

biodegradação do material orgânico.

Figura 2.12 – Distribuição Granulométrica do lixo para diferentes idades (JESSBERGER, 1994 apud DE LAMARE NETO, 2004).

Estas características granulométricas podem ser acentuadas caso o sistema de

drenagem interna do aterro seja eficiente, ou seja, não havendo acúmulo de efluentes

líquidos e gasosos. Caso a drenagem interna seja ineficiente ou inexistente, a

dificuldade na eliminação dos efluentes poderá gerar regiões com massas orgânicas

muito moles.

26

2.8.3. Teor de 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 determinação da umidade para os RSU é realizada pelos métodos usuais da

geotecnia como uma relação entre massa de água e a massa seca da amostra. Na

determinação do teor de umidade, a temperatura da estufa não deve ser superior a 70°C

para evitar a queima de matéria orgânica. Cabe ressaltar que não existe uma

normatização específica para o ensaio da determinação do teor de umidade de amostras

de RSU.

O teor de umidade dos RSU pode ser determinado também com base no peso úmido

da amostra através da relação com a umidade com base seca como mostrado na Equação

(2.1).

100)sec1(

sec xaWb

aWbWbúmida+

= ..............................................................................(2.1)

Em que:

Wbúmida - Teor de umidade em base úmida;

Wbseca - Teor de umidade em base seca;

Conforme já citado, maiores percentuais de matéria orgânica correspondem a teores

de umidade mais elevados dos RSU (LANDVA & CLARK, 1990 e KNOCHENMUS et

al., 1998). Cada componente constituinte dos RSU apresenta diferentes valores de

umidade conforme pode ser observado na Tabela 2.5.

27

Tabela 2.5 – Umidade dos componentes dos RSU do aterro sanitário Bandeirantes

(CARVALHO, 1999 apud DE LAMARE NETO, 2004).

Teor de Umidade – W(%) Componentes Massa de água / Massa Seca Massa de água / Massa Úmida Metal 19,6 16,4 Papel 74,8 42,8 Vidro 5,9 5,7 Plástico 41,5 29,3 Borracha 24,5 19,6 Têxteis 55,0 35,5 Pedra 12,6 11,2 Madeira 69,8 41,1 Mat. Orgânica 47,0 32,0

As condições climáticas como índices pluviométricos e a taxa de evapo-transpiração

influem na variação do teor de umidade. Segundo BLIGHT et al. (1992), para o aterro

de Linbro em Johannesburg, África do Sul, os teores de umidade entre as profundidades

de 3,0 a 5,0 m praticamente duplicaram quando comparados aos valores medidos em

outubro de 1988 (cerca de 50%) e novembro de 1990 (cerca de 100%) sendo este último

após um período de intensas chuvas. A Figura 2.13 ilustra a variação do teor de

umidade com a profundidade no aterro de Linbro.

Figura 2.13 – Teor de Umidade x Profundidade (BLIGHT et al., 1992 apud DE LAMARE NETO, 2004).

28

Devido a grande heterogeneidade dos RSU, o teor de umidade em um aterro pode

variar significativamente de uma zona para outra dentro do corpo do aterro,

normalmente com uma tendência de aumento com a profundidade, conforme observado

por GABR & VALERO (1995), com valores de 30% próximo à superfície e 130% para

profundidades de cerca de 20 m. JUCÁ et al. (1997), obtiveram através de ensaios de

SPT no aterro da Muribeca (PE), teores de umidades em profundidade variando entre 20

a 50% (Figura 2.14).

Figura 2.14 – Variação do Teor de Umidade dos RSU com a profundidade (CARVALHO, 1999 apud OLIVEIRA, 2002).

Ensaios realizados no aterro sanitário Bandeirantes em São Paulo por CARVALHO

(1999), através de amostras coletadas em 2 furos a trado mostraram os resultados

apresentados na Figura 2.15.

29

Figura 2.15 – Variação do Teor de Umidade dos RSU com a profundidade, no aterro sanitário dos Bandeirantes, SP (CARVALHO, 1999 apud DE LAMARE NETO, 2004).

2.8.4. Peso Específico

O peso específico representa a relação entre o peso e o volume unitário na massa de

resíduos sendo que seu valor varia de acordo com a etapa considerada, ou seja, desde

sua geração até o destino final nos aterros, variando também com o tempo.

Os fatores principais que influenciam o peso específico dos RSU são a sua

composição física e granulométrica, o volume da camada de cobertura diária e o grau

de compactação durante a deposição (método executivo do aterro).

O valor do peso específico está diretamente ligado à sua composição gravimétrica

sendo que quanto maior for à quantidade de componentes leves (papel, papelão,

plásticos, etc) ou quanto menor for à quantidade de matéria orgânica, menor será seu

valor. Observa-se que em áreas de maior poder aquisitivo, com maior consumo de

materiais supérfluos, o peso específico dos RSU é menor quando comparado a áreas de

menor poder aquisitivo, com maior descarte de matéria orgânica. A Tabela 2.6

apresenta valores de peso específico dos RSU de diversos bairros da cidade do Rio de

Janeiro.

30

Tabela 2.6 – Peso Específico dos RSU de diversos bairros da cidade do Rio de

Janeiro (BRITO, 1999 apud DE LAMARE NETO, 2004).

Bairro Peso Específico (Kgf/m3)

Leblon 129,89

Copacabana 143,63

Centro 158,95

Botafogo 168,18

Vila Isabel 176,06

Santa Cruz 194,56

Campo Grande 196,99

Bangu 205,53

Como dito, o peso específico é influenciado pela espessura da camada de cobertura

diária e também pelo método executivo do aterro. Valores crescentes do peso específico

com a profundidade em conseqüência da compressão e consolidação da massa de lixo

devido à sobrecarga das camadas superiores são observados. WIEMER (1982) &

KAVAZANJIAN (1995) demonstraram que o peso específico pode variar de valores de

6,0 kN/m3 na superfície até cerca de 12,0 kN/m3 a profundidades em torno de 40 m, a

partir das quais tende a se estabilizar.

O grau de compactação é fator preponderante no valor do peso especifico, podendo-

se afirmar que, de uma maneira geral, os valores encontrados podem variar de 3,0 a 7,0

kN/m3 para aterros com material simplesmente espalhado, até valores de 9,0 a 13,0

kN/m3 quando aplicada uma compactação controlada, utilizando-se tratores de esteira

ou rolos de compactação apropriados (DE LAMARE NETO, 2004).

Na Tabela 2.7 apresentam-se valores para peso específico de RSU no Brasil,

evidenciando que estes possuem valores semelhantes daqueles fornecidos pela literatura

internacional.

31

Tabela 2.7 – Valores do peso específico de aterros sanitários de RSU no Brasil (DE

LAMARE NETO, 2004).

Autor Peso Específico KN/m3 Local/Condições

5,0 a 7,0 Resíduos novos não decompostos e pouco compactados

Kaimoto & Cepolina, 1987 9,0 a 13,0

Resíduos após compactação com tratores de esteira ou rolo compactador e após a ocorrência de recalques

7,0 Resíduos recém lançados Santos & Presa, 1995 10,0 Resíduos após a ocorrência de

recalques

Mahler & Iturri, 1998 10,5 Seção do aterro sanitário do Sítio São João com 84 m de desnível e 10 meses de alteamento

10,0 Condição drenada Benvenuto & Cunha, 1991 13,0 Condição saturada

2.8.5. Permeabilidade

O coeficiente de permeabilidade do resíduo é um importante parâmetro de projeto e

operação de aterros sanitários, particularmente nos casos de problemas de estabilidade e

migração não controlada de líquido percolado.

Para SANTOS & PRESA (1995) os RSU são "livres drenantes" propensos a se

comportarem de modo drenado, ou seja, a não desenvolverem excessos de

poropressão. Segundo BOSCOV & ABREU (2001), esta teoria é questionável visto

que pressões de gás e pressão de chorume de até 170kPa foram medidas em aterros

sanitários brasileiros. Análises da ruptura do sub-aterro AS-l do aterro de Bandeirantes

(SP) demonstraram que o fator deflagrador do fenômeno foi a elevação da poropressão

devido ao acúmulo de chorume. Fatores ru, de até 0,6 foram admitidos nas retro-

análises para a obtenção de fatores de segurança de 1,0 (BENVENUTO & CUNHA,

1991 apud OLIVEIRA, 2002). O coeficiente ru é utilizado nas análises de equilíbrio

limite agindo como a aplicação de um valor de poropressão na base de cada fatia

32

correspondendo ru vezes a tensão vertical atuante.

A permeabilidade do RSU é influenciada pela sua composição gravimétrica, pelo

grau de compactação da massa de resíduo. Em estudos realizados por CEPOLLINA et

al. (1994), em poços de 50,0 cm de diâmetro e profundidade de 30,0 m em maciço de

resíduos com elevados percentuais de matéria orgânica e 12 anos de deposição, foram

obtidos valores da ordem de 10-7 cm/s para coeficiente de permeabilidade. A Tabela 2.8

a seguir apresenta resultados de ensaios “in situ” realizados em furos de sondagem por

MARIANO & JUCÁ (1998), SANTOS et al. (1998) e CARVALHO (1999).

Tabela 2.8 – Valores de coeficientes de permeabilidade de aterros de RSU no

Brasil (DE LAMARE NETO, 2004).

Referência Peso Específico (kN/m3)

Coeficiente de Permeabilidade K

(m/s)

Método de Ensaio

Ehrlich et al. (1994) 8,0 1,0 x 10-5 Ensaio in situ em furo de sondagem

Mariano & Jucá (1998) - 1,89 x 10-8 – 4,15 x 10-6 Ensaio in situ em

furo de sondagem

Santos et al (1998) 14,0 – 19,0 1,0 x 10-7 Ensaio in situ em furo de sondagem

Carvalho (1999) 8,0 – 15,0 5,0 x 10-8 – 8,0 x 10-6 -

Aguiar (2001) - 9,39 x 10-7 – 1,09 x 10-6 Permeâmetro Guelph

2.8.6. Temperatura

Em aterros sanitários de RSU a temperatura varia entre 30º a 60º, crescente com a

profundidade entre 5,0 a 10,0m e a partir de 10,0m tende a estabilizar. Segundo estudos

de COUMOULOS et al. (1995) e Mariano & JUCÁ (1998), a partir de 5,0 m a

temperatura no interior do aterro não é aparentemente afetada pelas variações sazonais

da temperatura ambiente (Figura 2.16).

33

Figura 2.16 – Variação da temperatura dos RSU com a profundidade, Aterro da Muribeca, Recife, (MARIANO & JUCÁ, 1998 apud DE LAMARE NETO, 2004). Segundo JUNQUEIRA (2000), as temperaturas no interior da massa de lixo são de

grande importância principalmente no que se refere à atividade de microorganismos que

promovem a degradação dos diversos componentes do lixo.

2.8.7. Compactação

A variação do peso específico seco dos RSU apresenta comportamento semelhante

ao encontrado em solos, com base em análises de um conjunto de curvas de

compactação apresentadas na literatura por KÖNIG & JESSBERGER (1997).

GABR & VALERO (1995) ensaiaram resíduos domiciliares com idade entre 15 e

30 anos utilizando energia do Proctor Normal. Nestes, obtiveram peso específico seco

máximo de 9,3 kN/m3 associado a um teor de umidade ótimo de 31 %. A saturação

completa foi atingida com um teor de umidade de cerca de 70%, correspondendo a um

peso específico seco de aproximadamente de 8,0 kN/m3. A curva de saturação foi

obtida utilizando um peso específico dos grãos igual a 20,0 kN/m3 como apresentado

na Figura 2.17.

34

Figura 2.17 – Curvas de Compactação para diversos resíduos (MARQUES, 2001 apud OLIVEIRA, 2002). As diferenças entre as curvas de compactação observadas por GABR & VALERO

(1995) e as apresentadas por MARQUES (2001) podem ser explicadas pela utilização

de resíduos antigos, com alta percentagem de materiais particulados em sua

composição e também as limitações de representatividade de ensaios laboratoriais para

os RSU (OLIVEIRA, 2002).

2.8.8. Capacidade de campo

Segundo VEIHMEYER & HENDRICKSON (1931), a quantidade de água que um

perfil de terreno sem vegetação e evaporação retém contra a ação da gravidade, após

plenamente inundado e deixado drenar livremente por alguns dias (um a quatro dias),

em condições de campo, determina o volume máximo aproximado de água que um

solo bem drenado pode armazenar por longos períodos sem evapotranspiração, sendo

este parâmetro chamado de capacidade de campo.

Experimentos em laboratório para a determinação da capacidade de campo dos RSU

foram realizados por ZORNBERG et al. (1999) e BLIGTH et al (1992). O experimento

constou na inundação de uma amostra de lixo sendo permitindo o escoamento do

excesso de líquido num período de 24 horas. Em seguida, aplicou-se sobre a amostra

35

uma sobrecarga a pressões crescentes, para as quais a capacidade de campo foi

determinada. Os valores de capacidade de campo encontrados variaram entre 225%

para lixo novo com baixa pressão de confinamento a 55% para lixo velho comprimido

a um peso especifico de aproximadamente 10kN/m3.

Em ensaios realizados com percâmetro no aterro sanitário de Santo André por

REZENDE (2002), este concluiu que a capacidade de campo dos RSU possui uma

pequena tendência de crescimento com a idade dos resíduos, confirmando os valores

encontrados na literatura existente.

2.9. PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS

As propriedades mecânicas dos RSU, compressibilidade e resistência ao

cisalhamento sofrem influência da composição dos resíduos e seu grau de alteração

assim como do comportamento individual de cada componente.

2.9.1. Compressibilidade

A alta compressibilidade dos RSU explica as reduções significativas nos aterros

sanitários durante sua vida útil. A compressibilidade está relacionada às ações

mecânicas (peso próprio, sobrecarga aplicada, etc); reorientação das partículas menores,

devido à percolação de líquidos; transformações dos resíduos por reações fisico-

químicas (oxidação, corrosão, etc.) e à decomposição bioquímica, com conseqüente

perda de massa através do escape de gases, percolados, etc (OLIVEIRA, 2002).

Segundo MANASSERO et al. (1996), os mecanismos envolvidos no processo de

recalque em aterros sanitários são complexos devido à heterogeneidade dos RSU, à

deformabilidade de suas partículas e à presença de grandes vazios. Podem-se citar os

seguintes mecanismos:

36

• recalques de desagregação devido à migração de pequenas partículas para os

vazios das partículas maiores;

• compressão física devido à quebra e reorientação dos elementos sólidos;

• recalques de decomposição devido à biodegradação dos componentes orgânicos;

• colapso dos componentes devido às alterações físico-químicas como a corrosão,

oxidação e degradação dos componentes inorgânicos;

• comportamento viscoso e o fenômeno de consolidação envolvendo o esqueleto

sólido e partículas simples ou componentes.

CARVALHO (1999) acrescenta aos itens acima a deformação devido à dissipação

da poropressão de líquidos e gases.

Por estudos realizados por HUITRIC (1981), os mecanismos de recalque são os

seguintes:

• adensamento correspondente à mudança da tensão efetiva com dissipação da

poropressão;

• compactação devido à reorientação dos sólidos em uma configuração mais densa

devido à perda gradual de rigidez, conseqüência da sobrecarga aplicada ou da

decomposição;

• contração devido à decomposição gradual dos sólidos orgânicos e úmidos e sua

conversão em metano e dióxido de carbono resultando em uma redução

considerável no volume do aterro.

Segundo OLIVEIRA (2002) a deformação devido ao recalque em aterros sanitários

de RSU pode ser estimada com base na teoria de consolidação unidimensional em que o

recalque total é decomposto em duas parcelas (primária e secundária) Ao contrário dos

solos, o cálculo para RSU deve incluir reduções volumétricas devido à fluência e à

decomposição química e biológica dos resíduos. Os recalques dos aterros de RSU são

37

semelhantes aos da turfa nos quais após um rápido e imediato recalque ocorre um

recalque adicional acompanhado por pequeno ou nenhum desenvolvimento de excesso

de poropressão. Ao contrário dos depósitos de turfa, a compressão secundária no lixo

inclui um significante componente de decomposição biológica.

2.9.2. Resistência ao Cisalhamento

A resistência ao cisalhamento dos RSU, elemento essencial ao cálculo de

estabilidade de taludes de aterros sanitários, representada pelos parâmetros coesão (c) e

ângulo de atrito interno (φ), apresenta dificuldades em sua determinação devido às

características dos resíduos como composição heterogênea e elementos de grandes

dimensões que dificultam a obtenção de amostras representativas.

Nos ensaios realizados com resíduos para a determinação dos parâmetros de

resistência, a interpretação dos resultados fica sujeita a um grau de incerteza devido à

dificuldade na definição do modelo de ruptura mais apropriado para o comportamento

deste material. Atualmente, os métodos e modelos utilizados para solos reforçados com

fibras têm sido aplicados na análise de resíduos. Porém, resultados equivocados podem

ser encontrados, pois diferentemente dos solos, os resíduos possuem índice de vazios

altos, conduzindo a uma compressibilidade volumétrica alta; suas partículas

componentes são heterogêneas podendo ser fracas, deformáveis ou quebradiças; estão

sujeitas a um processo de decomposição acarretando a variação de suas propriedades

com o tempo.

Pela presença de materiais fibrosos nos componentes constituintes dos RSU tais

como plásticos, têxteis, etc., estes promovem um incremento de resistência, dependendo

do vínculo destas fibras com a massa de resíduo e da tensão normal atuante. Segundo

KÖLSCH (1993), o comportamento dos aterros sanitários de resíduos é similar aos

38

aterros de solo com reforço de geossintéticos. Os materiais fibrosos presentes na

composição dos RSU (têxteis, plásticos, etc) criam forças de tração que dependem do

entrelaçamento destas fibras com a massa de resíduo, sendo assim função da tensão

normal e do tipo de compactação atuante. A resistência ao cisalhamento dos RSU seria

composta de duas parcelas distintas sendo a primeira referente às forças de atrito no

plano de cisalhamento e a segunda referente às forças de tração das fibras ou também

chamada de pseudo-coesão. A interação entre essas duas parcelas pode ser observada na

curva tensão x deformação na Figura 2.18.

Figura 2.18 – Curva tensão x deformação com a interação entre as duas parcelas, forças de atrito e força de tração das fibras (KÖLSCH, 1993).

Através da curva observa-se que para pequenas deformações apenas a parcela de

força de atrito é mobilizada (Fase I). Com o aumento das deformações, as fibras

começam a serem tracionadas e assim, a parcela de forças de tração aumenta até atingir

um máximo correspondente à sua resistência a tração (Fase II). A partir deste ponto,

chamado (Zmáx), ocorre a redução gradativa da parcela das forças de tração (Fase III) até

39

o ponto a partir do qual a resistência ao cisalhamento se torne limitada à parcela de

forças de atrito (Fase IV).

Nota-se na Figura 2.19 que a parcela de resistência devida ao atrito aumenta

linearmente com o aumento da tensão normal e a parcela devida às forças de tração das

fibras contribui efetivamente na resistência ao cisalhamento, a partir de um determinado

valor de tensão normal (σ1). Esta contribuição mantém-se crescendo até um valor

máximo (σ2) a partir do qual tende a decrescer em (σ2) até se anular (σ3). Assim, a

contribuição de cada parcela na resistência ao cisalhamento dos RSU é função da tensão

normal atuante e do nível de deformação ocorrido na massa (DE LAMARE NETO,

2004).

Figura 2.19 – Variações das parcelas da resistência ao cisalhamento com a tensão normal (KÖLSCH, 1993).

KOLSCH (1993), com base em sua pesquisa, postula uma envoltória de resistência

bi-linear (Figura 2.20), em que devido ao reforço das fibras, a inclinação da envoltória

de resistência é íngreme. Quando a resistência à tração do reforço é atingida cessando

seu aporte na resistência, a inclinação varia abruptamente atingindo a inclinação

equivalente ao ângulo de atrito.

40

KOLSCH (1996) afirma que as características de resistência mecânica dos RSU são

dadas por sua resistência ao cisalhamento, expressa através dos parâmetros ângulo de

atrito e a coesão, e por sua resistência à tração expressa pelo ângulo tensão tração (ζ). A

resistência ao cisalhamento resulta do atrito entre partículas e a resistência à tração, da

resistência à deformação das fibras.

Figura 2.20 – Modelo de resistência mecânica dos RSU (KOLSCH, 1996).

A Figura 2.21 apresenta o comportamento dos materiais fibrosos (reforços) dos RSU

submetidos a esforços de cisalhamento, num ensaio de resistência. Observa-se que as

rupturas das fibras são visíveis, conforme os pontos de descontinuidade. Para baixos

valores de tensões normais a influência dos materiais fibrosos na resistência ao

cisalhamento dos RSU é mínima devido à baixa interação entre as fibras e a massa de

resíduo.

41

Figura 2.21 – Curva de tensão cisalhante x deformações para RSU (KÖLSCH, 1993).

Em ensaios realizados por KOCKEL & JESSBERGER (1995), com amostras de

RSU com diferentes proporções de materiais fibrosos (plásticos), apresentaram ângulos

de atrito variando entre 42 a 45°, com altos valores de deformação. Foi observado

também que os materiais fibrosos não apresentaram grande influência no ângulo de

atrito interno. Na Figura 2.22 apresentam-se os resultados encontrados.

Figura 2.22 – Curvas de ângulo de atrito e coesão vs deformação para RSU (KOCKEL & JESSBERGER, 1995).

42

Os mesmos autores mostraram ainda que em ensaios de resistência, com grandes

deformações, a envoltória de ruptura tem comportamento linear. Na Figura 2.23

apresentam-se envoltórias de resistência de alguns materiais ensaiados. Observa-se que

as envoltórias sugerem que o reforço devido às fibras não afeta as propriedades de

fricção dos RSU, aumentando somente o valor do intercepto de coesão.

Figura 2.23 – Envoltórias de resistência à ruptura de diversos materiais (KOCKEL & JESSBERGER, 1995).

Outros autores, como BRANDL (1995), mostraram que a resistência ao

cisalhamento dos RSU é altamente variável e o ângulo de atrito pode crescer com o

incremento de compactação e/ou com o incremento do tamanho máximo de partícula.

Alguns valores de parâmetros de resistência de RSU encontrados na literatura estão

apresentados nas Tabelas 2.9 e 2.10.

Tabela 2.9 – Valores de ângulo de atrito e coesão efetivos variando com a idade dos

RSU (Turczynski, 1988 apud Calle, 2005).

Idade (anos) φ’ (°) c’ (kN/m2)

Fresco 38 - 40 40 – 50

3 35 15

5 32 12

15 26 10

43

Tabela 2.10 – Valores de ângulo de atrito e coesão efetivos variando com a

deformação máxima dos RSU (Reutner (1995) apud Calle (2005)).

Deformação máxima (%) φ’ (°) c’ (kN/m2)

5 16,9 16

10 24,9 32

15 30,6 51

Na Tabela 2.11 apresentam-se diversos resultados de parâmetros de resistência em

RSU realizados em diferentes países. Observa-se que estes variam de acordo com o tipo

de resíduo e ensaio realizado.

Tabela 2.11 – Parâmetros de Resistência de RSU - coesão e ângulo de atrito

(CALLE, 2005).

44

Na Figura 2.24 apresentam-se em forma de gráfico o resultado de ensaios para

determinação dos parâmetros de resistência dos RSU de diversos autores.

Figura 2.24 – Gráfico de coesão vs ângulo de atrito de RSU (SANCHEZ, 1993 et al. apud CALLE, 2005).

Em função da dispersão dos valores encontrados para os parâmetros de resistência

dos RSU, obtidos por diferentes métodos e autores, gráficos do tipo coesão versus

ângulo de atrito, estabelecendo uma faixa recomendada para projetos, têm sido

utilizados (DE LAMARE NETO, 2004). As Figuras 2.25 e 2.26 ilustram estas faixas

propostas por SINGH & MURPHY (1990) apud DE LAMARE NETO (2004) e por

SANCHEZ et al. (1993), apud DE LAMARE NETO (2004), respectivamente.

45

Figura 2.25 – Faixa recomendada para projetos – parâmetros de resistência de RSU (SINGH & MURPHY, 1990 apud DE LAMARE NETO, 2004).

Figura 2.26 – Faixa recomendada para projetos – parâmetros de resistência de RSU (SANCHEZ et al., 1993 apud DE LAMARE NETO, 2004).

Curvas de tensão normal versus deformação de RSU com 15 anos de idade, obtidas

em ensaios triaxiais drenados, enfatizam a necessidade de correlacionar os parâmetros

de resistência aos valores de deformações. Estas mostraram que ambos os parâmetros de

resistência tendem a crescer com a deformação unitária, sendo que o ângulo de atrito

46

tende a ser mobilizado totalmente para largas deformações e a coesão das fibras começa

a ser mobilizada a partir de 10% de deformação (VILAR & CARVALHO, 2002 apud

MELLO & BOSCOV, 2002).

KOLSCH (1993) desenvolveu uma metodologia para calcular separadamente cada

uma das parcelas acima referidas através de um equipamento destinado exclusivamente

à medição das forças de tração. Utilizou-se um ensaio de tração sob carga normal em

que uma amostra de RSU foi colocada em uma caixa de grandes dimensões onde esta

foi exposta à aplicação de uma carga normal. Sob esta condição de ensaio, a caixa foi

aberta em uma junta em secção transversal, aplicando-se em seguida uma carga de

tração. Assim, mediram-se as tensões de tração e deformações horizontais ocorridas,

expressando os resultados em uma curva de tensão de tração versus deformações para

vários valores de cargas normais. A relação linear entre a resistência à tração e a tensão

normal pode ser descrita pelo ângulo interno de tensão de tração (ζ). Já, a parcela

devido à força de atrito foi determinada em ensaios de cisalhamento direto após a

redução das partículas dos resíduos eliminando assim o efeito das fibras. A Figura 2.27

ilustra o ensaio.

47

Figura 2.27 – Ensaio de cisalhamento direto de grande porte com RSU (KOLSCH, 1996). As Figuras 2.28 e 2.29 mostram a realização do ensaio.

Figura 2.28 – Coleta da amostra no aterro sanitário (KOLSCH, 1996).

48

Figura 2.29 – Realização do ensaio (KOLSCH, 1996).

Autores como SANCHEZ et al. (1993), COUMOULOS et al. (1995) e JUCÁ et al.

(1997) têm realizado ensaios in situ para determinação dos parâmetros de resistência do

RSU tais como CPT, SPT e vane test. Na maioria dos casos, esses ensaios são difíceis

de serem executados devido à presença de materiais resistentes como madeira, pedra,

metal e outros, os quais provocam grandes picos na resistência medida, desvio das

hastes dos equipamentos e avarias nos amostradores, paletas e ponteiras (CALLE,

2005).

Segundo SINGH & MURPHY (1990), os resultados obtidos dos ensaios de vane

test não são representativos da resistência de RSU, pois as paletas usadas neste ensaio

são muito pequenas comparadas com as dimensões dos componentes do RSU.

COUMOULOS et al. (1995) encontraram valores de NSPT crescentes com a

profundidade, variando entre 25 golpes até cerca de 65 golpes a 25m de profundidade.

No entanto, os resultados apresentam um alto grau de dispersão o que torna difícil sua

interpretação com a simples análise do NSPT (KNOCHENMUS et al., 1998).

49

CAPÍTULO 03 – ESTABILIDADE DE TALUDES

3.1. INTRODUÇÃO

Segundo JESSBERGER (1997), através de resultados encontrados em ensaios de

cisalhamento em centrífuga, executados em Bochum - Alemanha, utilizando RSU

como material, pode-se considerar aceitável o emprego dos métodos clássicos de

cálculo de estabilidade de taludes com base na teoria do equilíbrio limite normalmente

utilizado na Mecânica dos Solos. A análise do equilíbrio limite considera que as forças

que tendem a induzir a ruptura, ou o movimento, são exatamente balanceadas pelas

forças resistentes (FIORI & CARMIGNANI, 2001). Sabe-se que a estabilidade de

taludes pode ser assegurada determinando-se através dos parâmetros de resistência,

coesão e ângulo de atrito interno dos RSU, a geometria adequada e as condições da

fundação do aterro. Serão apresentados os tipos e causas de escorregamento mais

freqüentes em taludes e a base teórica para o cálculo do fator de segurança e

poropressão.

3.2. TIPOS E CAUSAS DE INSTABILIDADE DE TALUDES

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.

Os movimentos de escorregamento são classificados de acordo com a velocidade em

que ocorrem. São eles: desmoronamento, escorregamento e rastejo.

50

• Desmoronamento – movimentos rápidos resultantes da ação da gravidade sobre

a massa que se destaca do resto do maciço e rola talude abaixo, sendo

evidenciado o afastamento da massa deslocada em relação à parte fixa do talude;

• Escorregamento – separação através de uma cunha que se movimenta em

relação ao resto do maciço segundo uma superfície bem definida;

• Rastejo – movimentos bastante lentos que ocorrem nas camadas superiores do

maciço não existindo uma linha separatória nítida entre a porção que se desloca

e a porção estável remanescente.

As principais causas de instabilidades são descritas a seguir:

• Causas externas – ações externas que alteram o estado de tensão atuante sobre

o maciço resultando num acréscimo de tensões cisalhantes que 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, 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.

51

3.3. FATOR DE SEGURANÇA

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 (VILAR & BUENO, 1985). Simplificadamente, pode ser definido como a

relação entre esforços estabilizantes (resistentes) e esforços instabilizantes (atuantes)

para determinado método de cálculo adotado conforme Equação 3.1.

∑ Forças Resistentes ....................................................................(3.1)

∑ Forças Atuantes FS =

Vale ressaltar que o fator de segurança pode ser calculado por outros métodos

tomando como parâmetros o momento gerado devido às forças atuantes sobre a cunha

e o momento das forças que tendem a instabilizá-la. Pelo método do equilíbrio limite,

aplica-se um fator de segurança determinado em projeto e calcula-se a resistência

cisalhante requerida para estabilizar o talude e a compara com a tensão cisalhante

avaliada. Um valor de FS > 1 implica em estabilidade do maciço, ou seja, os esforços

atuantes são menores do que os esforços resistentes.

3.4. POROPRESSÃO

Numa massa saturada, seja de solo, rocha, RSU, a água que ocupada os vazios esta

sob uma determinada pressão chamada de poropressão (μ). A poropressão diminui à

tensão normal (σn) em um plano potencial de escorregamento. Assim, a resistência ao

cisalhamento sofre uma redução devido à diminuição da tensão normal como pode ser

visto a seguir na equação de Coulomb (Equação 3.2).

52

')(' φμστ tgc n −+= ....................................................................... (3.2)

Nos períodos de chuvas intensas, a superfície piezométrica se eleva, o que causa o

aumento da poropressão e conseqüentemente a diminuição da resistência ao

cisalhamento podendo em algumas situações chegar a zero. A ação da poropressão

pode ser comparada à ação de um macaco hidráulico, ou seja, quanto maior seu valor,

maior será à parte do peso total do material que será suportado pela água. Quando a

poropressão igualar-se à tensão normal, a resistência ao cisalhamento fica totalmente

comprometida causando instabilidade neste maciço.

3.5. MÉTODOS DE ESTABILIDADE

3.5.1. Introdução

As análises de estabilidade, em sua maioria, foram desenvolvidas baseadas na

teoria do equilíbrio limite. O equilíbrio limite é uma ferramenta empregada pela teoria

da plasticidade para análise do equilíbrio dos corpos com base na hipótese de existir

uma linha de escorregamento conhecida (planar, circular, mista, etc) e de a resistência

respeitar a equação de Coulomb ao longo da linha de deslizamento. De uma forma

geral, as análises de estabilidade são desenvolvidas no plano considerando-se uma seção

típica do maciço situada entre dois planos verticais e paralelos de espessura unitária

(VILAR & BUENO, 1985).

53

3.5.2. Método Sueco ou das Fatias

Método desenvolvido pelo engenheiro sueco FELLENIUS em 1936, ficando

conhecido como método sueco ou das fatias. Este método baseia-se na análise estática

do volume de material situado acima de uma superfície potencial de escorregamento de

seção circular onde este volume é dividido em fatias verticais. Assim, determinam-se as

forças normais às bases das lamelas (N) e aplica-se o equilíbrio de forças na direção da

normal à base (direção do raio do círculo de ruptura).

3.5.3. Método de Bishop Simplificado

Método proposto por BISHOP (1955), que considera a análise da estabilidade de

um talude utilizando a divisão da cunha de escorregamento em diversas fatias.

Considera-se neste método o equilíbrio de momento e de forças verticais (Figura 3.1).

Este método é uma modificação do método das fatias, porém levando em conta as

reações entre as fatias adjacentes. De acordo com ROGÉRIO (1977), o método das

fatias apresenta uma superestimação do fator de segurança em relação ao método de

Bishop na ordem de 15%.

P

l

N’

U= ulθ

T

Δx

En En+1

Figura 3.1 – Lamela de Bishop - Método de Bishop Simplificado (MASSAD, 2003).

54

Em que:

l – comprimento da lamela;

Δx – l x cosθ;

P – peso da lamela;

N’ – força atuante na base da lamela;

U – poropressão;

E – forças laterais;

T – resistência ao cisalhamento;

c’ – coesão efetiva;

φ’ – ângulo de atrito efetivo;

F – fator de segurança.

Através da aplicação do equilíbrio na direção vertical temos:

PTsenUN =++ θθcos)'( ……………………………….......…………………(3.3)

Como:

Aplicando a Equação 3.4 na Equação 3.3 temos:

.......................................................................................(3.5)

Desta forma, o cálculo do fator de segurança através do método de Bishop

Simplificado, é feito de forma iterativa adotando-se um valor inicial F1, aplicando-se a

Equação 3.6, obtendo-se um valor F2 que é comparado ao inicial, até que se obtenha

)''(1 φNT += ' tglcF …………………………………….……………....….. (3.4)

FsentgFN θφ

xtgcxuP

θ 'cos

'

'+

Δ−Δ−

=

θ

55

precisão decimal. Em geral, três ciclos de iterações são suficientes para obter-se o valor

a ser utilizado como fator de segurança.

........................................................(3.6) θ

φθφθθ

Psen

tgF

F ⎦⎣=/'(cos sentg

FxtgcxuPlc

⎥⎤

⎢⎡

+Δ−Δ−

+∑ '))/'('

3.5.4. Método de Janbu

Método utilizado quando as superfícies de escorregamento não são

necessariamente circulares. O fator de segurança calculado pelo método de JANBU em

1973 é igual ao fator de segurança obtido pelo método de Bishop multiplicado por um

fator de correção. Este fator de correção leva em consideração a geometria da superfície

de escorregamento, depende dos parâmetros de resistência ao cisalhamento (c e φ) e

também considera a influência das forças verticais entre as fatias.

3.5.5. Método de Spencer

Método desenvolvido por SPENCER em 1967, que assume que as forças entre as

fatias são paralelas. É considerado um “método exato”, pois considera em sua

formulação o equilíbrio de forças e de momentos em cada fatia. É considerado um

método mais apurado no cálculo do fator de segurança, porém requer maior tempo

computacional. Pode ser utilizado em superfícies de ruptura circular ou não circular.

3.5.6. Método de Morgenstern-Price

Método desenvolvido por MORGENSTERN & PRICE em 1965, considera que as

forças entre as fatias podem ter direções variáveis não sendo necessariamente paralelas.

56

Também é considerado um “método exato”, porém enquanto o método de Spencer

considera o equilíbrio de momento total, Morgenstern & Price considera o equilíbrio de

momentos individualmente. Pode ser utilizado em superfícies de ruptura circular ou não

circular.

A seguir, a Figura 3.2 traz um resumo da consideração das forças entre fatias para

cada método de estabilidade.

Constante Variável

Método de Spencer

Método de Morgenstern e Price

Método de Bishop Simplificado

Método das Fatias

Figura 3.2 – Comparação entre métodos de análise de estabilidade de taludes

Os métodos de Spencer e Morgenstern & Price são ditos métodos exatos pois

consideram o equilíbrio de forças em todas as direções e o equilíbrio de momento.

Conduzem a um fator de segurança mais apurado porém, necessitam de maiores

recursos computacionais. O método de Bishop simplificado considera o equilíbrio de

momentos e o equilíbrio de forças apenas na direção vertical. Fornece uma

aproximação < 7% quando comparado a métodos exatos, porém é considerado um

método preciso. O método sueco (Fatias) considera somente o equilíbrio de momentos

conduzindo a fatores de segurança mais baixos. O método de Janbu pode ser aplicado a

qualquer tipo de superfície de escorregamento, porém, só considera o equilíbrio de

forças.

57

3.6. ESTABILIDADE DE TALUDES DE ATERROS DE RSU

3.6.1. Introdução

Ainda hoje, na mecânica dos resíduos, não existem teorias e modelos que

expressem de forma realista o comportamento dos RSU. Assim, os estudos de

estabilidade em aterros sanitários têm sido desenvolvidos utilizando-se as teorias e

métodos utilizados na mecânica dos solos.

Os cálculos aplicados à geotecnia de resíduos são baseados na teoria clássica de

equilíbrio limite adotando-se parâmetros de resistência, coesão (c) e ângulo de atrito

interno (φ) para os RSU obtidos principalmente através de bibliografias internacionais,

ensaios “in situ”, retroanálises de escorregamento e ensaios de laboratório. Porém, as

definições destes parâmetros para os RSU apresentam dificuldades devido à

heterogeneidade, a anisotropia conseqüente da forma de disposição dos resíduos em

camadas e o desconhecimento da variação de comportamento e característica com o

tempo devido ao processo de degradação. Além do mais, aterros sanitários

compreendem materiais não saturados, em que o chorume e a pressão do gás exercem

papéis preponderantes, limitando assim o uso dos métodos clássicos da mecânica dos

solos. Outro aspecto a ser considerado é a diferença na ordem de grandeza dos

movimentos horizontais e verticais e respectivas velocidades de movimento do aterro,

experimentados nos RSU diferentemente dos solos. Em aterros de RSU é possível

encontrar taludes com inclinações de aproximadamente 90º (Figura 3.3), evidenciando-

se a necessidade de pesquisar as características e propriedades deste material.

58

Figura 3.3 – Aterro Bandung, Indonésia (KOLSCH, 2005).

3.6.2. Tipos e Causas de Falhas em Aterros Sanitários

Aterros sanitários podem falhar em várias etapas de sua vida útil como durante a

escavação das células, na construção do sistema de impermeabilização, durante o

preenchimento do aterro com resíduos e mesmo após seu encerramento.

• Escorregamento pelo Sistema de Drenagem de Base – este tipo de falha pode

ocorrer na base do sistema de drenagem de base se a inclinação do talude for

muito íngreme ou o comprimento muito extenso. Este tipo de falha geralmente

ocorre durante períodos de chuvas intensas;

59

Sistema de Impermeabilização (liner)

Figura 3.4 – Escorregamento pelo sistema de drenagem de base (Qian et al., 2002).

• Escorregamento pelo sistema de cobertura final dos resíduos – este tipo de

falha pode ocorrer na base do sistema de cobertura final se a inclinação do talude

for muito íngreme ou o comprimento muito extenso. Este tipo de falha

geralmente ocorre durante períodos de chuvas intensas ou por forças sísmicas;

Sistema de Impermeabilização (liner)

RSU

Figura 3.5 – Escorregamento pelo sistema de cobertura final (Qian et al., 2002). • Escorregamento rotacional pela parede ou base do talude – este tipo de falha

pode ocorrer na massa de solo abaixo dos resíduos depositados. Constitui-se de

uma falha geotécnica, com movimento rotacional podendo emergir ao longo da

superfície do talude, pelo pé do talude ou pela sua fundação. Geralmente ocorre

em taludes muito extensos ou íngremes;

Falha Rotacional (talude, pé

e base)

Figura 3.6 – Escorregamento rotacional pela parede ou base do talude (Qian et al., 2002).

60

• Escorregamento rotacional através da fundação – este tipo de falha ocorre na

fundação do aterro, geralmente fundações em solos moles, atravessando o

sistema de tratamento de base e a massa de resíduo. Constitui-se de uma falha

geotécnica, com movimento rotacional passando pela fundação do aterro após o

pé do talude;

RSU

Fundação em Solo Mole Sistema de

Impermeabilização

Figura 3.7 – Escorregamento rotacional através da fundação (Qian et al., 2002).

• Escorregamento rotacional pela massa de resíduo – este tipo de falha ocorre

através da massa de resíduo sendo caracterizada como falha geotécnica. Este

tipo de falha pode ocorrer devido a taludes muito íngremes, altos níveis de

chorume no corpo do aterro ou problemas no controle operacional;

Sistema de

Impermeabilização

Figura 3.8 – Escorregamento rotacional pela massa de resíduo (Qian et al., 2002).

• Escorregamento translacional ao longo do sistema de tratamento de base e

laterais do aterro – este tipo de falha ocorre no contato da massa de resíduo

com o sistema de impermeabilização. Este tipo de falha começa pelo pé do

talude propagando-se pela massa de resíduo até o sistema de impermeabilização

das paredes laterais e fundação.

61

Ruptura através do Resíduo

Ruptura ao longo das Paredes Internas

Sistema de Impermeabilização

Figura 3.9 – Escorregamento translacional ao longo do sistema de tratamento de base e laterais do aterro (Qian et al., 2002).

3.6.3. Fatores de Influência na Estabilidade de Aterros Sanitários

A estabilidade de aterros sanitários envolve um grande número de variáveis além

das já consideradas na análise geotécnica convencional. Os principais fatores de

influência na estabilidade de aterros sanitários são os seguintes:

• Interface das forças de cisalhamento entre vários materiais geossintéticos;

• Interface das forças de cisalhamento entre geossintéticos e solo;

• Parâmetros geotécnicos dos RSU;

• Altura e inclinação dos taludes laterais escavados;

• Geometria do aterro sanitário;

• Poropressão na base do aterro;

• Nível de chorume no corpo do aterro;

• Sistema hidrogeológico do local do aterro;

• Controle, operação e monitoramento do aterro, etc.

62

3.6.4. Variação dos parâmetros relacionados à estabilidade de taludes de

aterros de RSU com o tempo

Sabe-se que devido às características dos diversos componentes constituintes dos

RSU, os parâmetros de resistência sofrem variações com o tempo. Dentre estes fatores

podemos citar:

• Alteração da composição dos RSU devido à característica de degradabilidade de

alguns componentes (matéria orgânica) e por processos de reciclagem (plásticos,

metais, papel, etc.);

• Aumento do nível do lençol freático causado por falha do sistema de

impermeabilização;

• Aumento do nível de chorume dentro da massa de resíduo causado por falha no

sistema de drenagem;

• Aumento da pressão interna de gases causada pela ruptura do sistema de

drenagem de gases, etc.

3.6.5. Modelos Avançados de Cálculo de Estabilidade

De acordo com KOLSCH (1993), os RSU apresentam reforços de resistência

(coesão das fibras ou pseudo-coesão) mobilizados através das tensões de tração que

dependem da tensão normal vertical às fibras. A Figura 3.10 mostra a relação entre a

tensão de tração vs a tensão normal aplicada e os parâmetros de resistência do material

que descrevem as propriedades de reforço no resíduo.

63

Figura 3.10 – Curva tensão de tração vs tensão normal para RSU (KOLSCH, 1996 apud CALLE, 2005).

Para explicar o efeito reforço das fibras, o elemento acima, reforçado

horizontalmente, encontra-se submetido a uma carga de cisalhamento T, carga esta que

gera a tensão de tração (Ζ) no reforço. Corrigindo a tensão de tração para a direção do

reforço, temos (Ζα). Assim, a tensão de tração gera a resistência ao cisalhamento (τz).

Para garantir o equilíbrio de forças no elemento é preciso uma tensão normal adicional

σz (Efeito Clamp). Com a tensão σz surge uma força de atrito adicional gerando a

componente de resistência ao cisalhamento τR(Z) (CALLE, 2005). A Figura 3.11

apresenta o sistema de equilíbrio de forças num elemento de reforço, a fim de mostrar a

parcela de coesão da fibra.

Equilíbrio

Figura 3.11 – Sistema de equilíbrio de forças num elemento do reforço KOLSCH, 1996 apud CALLE, 2005.

64

Com o desenvolvimento das equações a seguir temos a Equação 3.7 que representa

a parcela de coesão das fibras τ(Z).

τ(Z) = τZ + τR(Z)

τ(Z) = Zα.cosα + σZ.tanφ

τ(Z) = Z.senα.cosα + Z.senα.senα.tanφ

τ(Z) = Z.senα.(cosα + senα.tanφ)

τ(Z) = Z.aζ ....................................................................................................................(3.7)

Em que:

τ(Z) - coesão das fibras;

τZ - resistência ao cisalhamento das fibras;

τR(Z) - resistência de atrito adicional (efeito clamp);

Z - tensão de tração;

α - ângulo entre as fibras e a superfície de cisalhamento;

aζ - fator de transmissão que descreve a quantidade máxima de fibras mobilizadas

variando entre 0,65 a 0,95 para ângulos de atrito (φ) entre 15 e 35o.

Sendo (σv) a tensão normal, perpendicular à direção principal das fibras e (ζ), o

ângulo de tensão de tração, temos o seguinte desenvolvimento:

Z = σv.tanζ .................. para [σV < σcri]

Z = Zmax ....................... para [σV > σcri]

τf = τ(R) + τ(Z)

τf = σ.tanφ + Z.aζ

Assim, as Equações 3.8 e 3.9 descrevem a resistência ao cisalhamento dos RSU

com inclusão do efeito reforço das fibras.

τf = σ.tanφ + σv.tanζ.aζ ..............para [σv < σcri] ...................................................... (3.8)

τf = σ.tanφ + Zmax.aζ ...................para [σv > σcri] .......................................................(3.9)

65

Através da aplicação das Equações 3.8 e 3.9 num método de cálculo de

estabilidade de taludes como o método de Bishop, temos um método de cálculo de

estabilidade de taludes de aterros sanitários considerando o efeito erforço das fibras.

Segundo ZUEHMANN (1999), o modelo de resistência ao cisalhamento dos RSU

com envoltória bilinear apresentado por KOLSCH (1996) é o modelo mais exato para

descrição da resistência dos RSU. Através deste modelo é possível determinar e

descrever as duas componentes de resistência dos RSU separadamente. O mesmo autor

propõe a Equação 3.10 para o cálculo da estabilidade de taludes, utilizando-se o método

de Bishop (DIN 4086), na qual as forças resistentes (T) foram acrescidas de um termo

que representa a resistência à tração devido às fibras.

T = ∑ G.tgφ’ + c’.b + G.tgζ.aζ.sen(1,5.α) ......................................(3.10) ((1/f).senα.tgφ’ + cosα)

Em que:

G − Peso do elemento (kN);

ζ - ângulo de tensão de tração (º);

c’ – coesão (kN/m2);

φ’ – ângulo de atrito (º);

α - ângulo entre as fibras e a superfície de cisalhamento (º);

b – espessura do elemento (m);

f – fator de segurança;

aς - fator de transmissão.

A partir da metodologia desenvolvida por KÖLSCH (1993), MAHLER et al.

(1998) propõem para o cálculo da força de tração devida às fibras, em uma provável

superfície de deslizamento, a seguinte Equação 3.11:

66

F = α . γ . h ...................................................................................................(3.11)

Em que:

F − força de tração na cunha da possível superfície de deslizamento (kN);

α − fator característico do material fibroso, variando entre 0,1 a 0,3;

γ − peso específico do lixo (t/m3);

h − profundidade da superfície de deslizamento (m).

Segundo (KOLSCH & MAHLER, 2004) a transmissão das forças de tração na

resistência cisalhante depende do ângulo potencial entre a principal direção das fibras e

a posição do corpo em escorregamento. Portanto, ζ pode ser calculado em τ (ζ) usando

a seguinte Equação 3.12:

τ(ζ) = z . (1,5 . senα) . aζ ...............................................................................(3.12)

Em que:

α − ângulo entre a principal direção da fibra e do corpo em escorregamento (º);

aζ − fator de transmissão;

z – função da tensão normal (σ).

Obtendo-se τ(ζ) a coesão das fibras pode ser implementada nos cálculos de

estabilidade. Ensaios de laboratório mostraram que valores para ζ possuem um amplo

domínio, variando entre 0º a 40º, dependente da composição e estágio de degradação do

resíduo. Para resíduos frescos, têm-se valores mais altos, entre 22º e 35º, enquanto que

resíduos decompostos, entre 12º a 18º (KOLSCH & MAHLER, 2004).

Classificando-se os resíduos por sua gravimetria, elementos com mais fibras

(plásticos, têxteis, papéis, etc.) e por sua forma (grãos, fibras, placas ou cubos), pode-se

ter uma análise mais detalhada das propriedades de tração dos RSU.

67

A Figura 3.12 apresenta resultados obtidos com RSU alemão, mostrando a

variação da resistência à tração do RSU com a aplicação da tensão normal. O ângulo de

tensão à tração (ζ) nulo para resíduo peneirado significa a ausência do efeito de reforço.

O solo triturado com 20% de reforço atingiu o valor de ζ=14 º enquanto o resíduo

fresco, com maior porcentagem de reforço, atingiu o valor de ζ=35º.

Figura 3.12 – Variação da resistência à tração com a tensão normal aplicada em RSU (KOLSCH,1996 apud CALLE,2005).

3.6.6. Aplicação da metodologia de análise de estabilidade de taludes de solos

reforçados com fibras para RSU

A metodologia de análise de estabilidade de taludes de solos reforçados com fibras

pode ser aplicada a taludes de aterros sanitários. O mecanismo de reforço no solo

apresenta similaridade com a contribuição dos materiais fibrosos presentes nos RSU

(plásticos, têxteis, papéis, etc.) em sua resistência. EHRLICH (2004) apud CALLE

(2005) avaliou alturas críticas para taludes de RSU além da influência na estabilidade,

da direção e posição das fibras.

68

A Figura 3.13 ilustra a análise de estabilidade de um talude de solo reforçado com

fibras. Observa-se no detalhe o efeito do reforço por camadas num talude vertical com

altura H.

Figura 3.13 – Análise de estabilidade de taludes de solo reforçado com fibras (EHRLICH,2004 apud CALLE,2005).

A Equação 3.13 apresenta o equilíbrio de forças no talude em análise:

( ) maxmaxint nTTHXextX =∑≤−σσ ......................................................................(3.13)

Em que:

n – número de reforços;

T – tensão no reforço.

Para a tensão máxima do reforço (Tmax), duas condições devem ser consideradas:

• Tmax = TP (Arrancamento do reforço)

• Tmax = TR (Ruptura do reforço)

A Equação 3.14 apresenta a força de arrancamento do reforço:

( ) BtgBtgBT srZsrZP φσφστ === 2(222 max ................................................(3.14)

Em que:

Tp – força de arrancamento do reforço;

τmax – resistência ao cisalhamento;

B – comprimento do reforço;

69

φsr – ângulo de atrito.

Para a condição de Tmax = Tp, aplicando a Equação 3.14 em 3.13 têm-se:

( HBtgnnT XextXsrZ )σσφσ −== intmax ……………....……………………….(3.15)

ZX Kσσ =int ………………………………....……………………………….(3.16)

Em que:

K - coeficiente de empuxo.

Fazendo σXext = 0 e aplicando a Equação 3.16 em 3.15 têm-se:

Btg

KHnsrφ

= ………………………………………………………………….(3.17)

Para a condição ativa de Rankine, em que K = Ka = tg2(45-φ/2) têm-se:

( )srtg

tgBHn

φφ 2452 −

= ....................................................................................(3.18)

Em que:

n - número de reforços utilizados.

Pode-se observar que n independe de σZ.

Para a condição de Tmax = Tr, aplicando a Equação 3.14 em 3.13 têm-se:

( HnTnT XextXR )σσ −== intmax …………………………………………….(3.19)

Fazendo σXext = 0 e aplicando a Equação 3.16 em 3.19 têm-se:

R

Z

THKn

σ= …………………………………………………………………(3.20)

70

Para a condição ativa de Rankine, em que K = Ka = tg2(45-φ/2) têm-se:

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −⎟⎟

⎞⎜⎜⎝

⎛=

2452 φσ

tgT

Hn

R

Z

……………………………………………………(3.21)

Pode-se observar que n depende de σZ.

Na ruptura (σZcri) a equação (3.21) pode ser reduzida a:

⎟⎠⎞⎜

⎝⎛ −= 2452 φσ tg

HnT

ZcriR

…………………………………………………..(3.22)

criZcri Zγσ = …………………………………………………………………(3.23)

12

245

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −=

φγtgH

nTZ Rcri

……………………………………………..…(3.24)

Como exemplificado por CALLE (2005), considerando uma amostra de RSU com

diferentes características, peso específico de 10,0 kN/m3, tensão normal de 400,0 KPa e

ângulos de atrito de 20 e 30°, utilizando-se da Figura 3.12 e Equação 3.21 obtêm-se os

resultados apresentados na Tabela 3.1.

Tabela 3.1 – Aplicação da metodologia de cálculo de estabilidade de talude de solos

reforçados para RSU (CALLE, 2005).

Ângulo de Atrito (º)

Tipo de Resíduo H

nTr (KPa) Zcrit (m)

Resto de resíduo > 300 > 60

Fresco > 200 > 40

Triturado > 120 > 24 20

Peneirado >20 > 4

Resto de resíduo > 300 > 90

Fresco > 200 > 60

Triturado > 120 > 36 30

Peneirado > 20 > 6

71

3.7. ANÁLISES DE ESTABILIDADE DE TALUDES DE ATERROS

SANITÁRIOS

3.7.1. Análise da ruptura do talude de RSU do Aterro Sanitário dos

Bandeirantes

3.7.1.1. Introdução

O Aterro Sanitário Bandeirantes, localizado no município de São Paulo,

Rodovia dos Bandeirantes km 26 ocupava no ano de 1991 uma área de 817.333 m2,

operando com aproximadamente 5.500 toneladas de resíduos diariamente. Os resíduos

eram dispostos em diferentes flancos denominados Aterro Sanitário 1 (AS–1) e Aterro

Sanitário (AS–2).

O escorregamento analisado neste trabalho ocorreu em 24/06/1991 no flanco

denominado AS–1, mobilizando aproximadamente 65.000 m3 de resíduos e atingindo

uma área de 45.000m2. O material mobilizado galgou a barragem de terra que estava

em execução ficando o maior volume acumulado entre esta e o aterro da Rodovia dos

Bandeirantes, atingindo uma altura de cerca de 15m sobre o bueiro da rodovia.

O AS–1 foi projetado originalmente para ser implantado na vertente oeste da

área, voltada para a Rodovia dos Bandeirantes, iniciando a operação próxima à cota

43m e finalizando na cota 112m, com inclinação média de 13º. Sua conformação era de

taludes e bermas com intervalos de aproximadamente 5m. Com a finalidade de permitir

o alteamento do aterro até a cota 128m com inclinação média de 23º, na época do

escorregamento, estava sendo executada uma barragem de solo na base do aterro,

como acima relatado. A situação imediatamente anterior ao escorregamento

encontrava-se com disposição do lixo na parte superior do AS–1, até a cota 128

aproximadamente caracterizando uma junção nas partes superiores do AS–1 e AS–2.

72

A drenagem do chorume gerado no AS–1 era feita através de abertura de valas

nos pés das células e conectadas a um dreno central longitudinal na superfície das

células (taludes e bermas). O chorume era coletado em uma caixa e bombeado para as

lagoas estabilizadoras. A Figura 3.14, Anexo 1, ilustra o Aterro Sanitário Bandeirantes.

3.7.1.2. Análise do escorregamento do AS–1 (IPT, 1991)

A análise do escorregamento foi feita a partir da reconstituição da conformação

geométrica do aterro antes do escorregamento e a situação topográfica após a ruptura.

Observou-se que a massa de resíduo que deslizou era proveniente de material disposto

acima da cota 85, aferido através de dados topográficos e cálculo do volume de resíduo

depositado na parte inferior da área adjacente à barragem em construção.

Segundo IPT (1991), no seu Relatório nº 29.596, o escorregamento iniciou-se na

manhã do dia 24, quando ocorreu a primeira movimentação e as primeiras trincas na

parte superior do aterro foram constatadas. Esta situação foi associada à elevada

pluviosidade (79,9mm) ocorrida durante o dia 23, conforme Figura 3.15.

Posteriormente no dia 24, foi registrado o índice de 28,9mm concentrado no período da

tarde, anterior ao escorregamento que ocorreu as 22:00 horas.

73

Figura 3.15 – Precipitação diária do mês de junho de 1991 (apud IPT, 1991)

Através das trincas situadas acima do aterro associadas aos dados

pluviométricos apurados, o aumento do volume de água na massa do aterro propiciou o

aumento da poro-pressão afetando a sua estabilidade. A movimentação da massa de

resíduo ocorreu de forma global instantânea com comportamento de escoamento na

zona saturada com porções de resíduos na parte superficial (não saturada), inicialmente

preservadas, desestruturando-se à medida que ocorria o deslocamento encosta abaixo.

Assim, este escorregamento apresentou um comportamento líquido-viscoso

caracterizado por um aumento instantâneo da poro-pressão devido à tendência de

diminuição de volume do resíduo durante a fase de ruptura. Esse fenômeno é similar

ao da liquefação das areais fofas saturadas em que, durante a ruptura com drenagem

impedida ocorre o desenvolvimento do pico de poro-pressão e queda abrupta da

resistência. Este comportamento foi evidenciado pela forma de deposição final da

massa de resíduo que galgou a barragem de terra e se depositou no talude da Rodovia

dos Bandeirantes.

74

3.7.1.3. Fatores condicionantes ao escorregamento do AS–1 (IPT, 1991)

Os fatores condicionantes ao escorregamento podem ser classificados de uma

forma simplificada em dois conjuntos: aqueles que predispõem a massa de resíduo para

o escorregamento e aqueles que deflagram o evento propriamente dito (IPT, 1999). No

escorregamento do AS–1, os fatores predisponentes identificados foram:

• Chorume acumulado – a massa de resíduo que deslizou encontrava-se em

condições de drenagem deficiente perante o chorume acumulado

provocando o aumento da poropressão e causando instabilização da massa

pela redução da resistência;

• Conformação geométrica dos taludes – a geometria da parte superior do

aterro encontrava-se em situação de estabilidade inadequada devido à

inclinação do talude em 22º e altura das células entre 10 e 15m.

O fator deflagrador identificado para o escorregamento do AS-1 foi a elevação

da poropressão no interior do aterro constatada pelos altos índices pluviométricos dos

dias anteriores ao escorregamento permitindo a elevação a níveis acima dos

considerados como instabilizantes.

3.7.1.4.Análises da ruptura do talude com aplicação do efeito reforço das

fibras.

Com o objetivo de estudar o efeito reforço proveniente das fibras dos RSU foi

utilizado o caso do escorregamento do aterro AS-1 anteriormente descrito. Com a

utilização do programa computacional GGU-Stability que utiliza em sua modelagem de

análise o efeito das fibras (Figura 3.16) foi realizada a retroanálise da seção longitudinal

D do aterro AS-1 e os resultados comparados com os apresentados no relatório do IPT.

75

Ângulo de Atrito Coesão Peso Específico Poro-Pressão (ru)

Ângulo de tensão de tração (ζ)

Fator de correção inclinação das fibras

Coesão aparente (pseudo-coesão)

Figura 3.16 – Tela de entrada das propriedades do material (GGU-Stability)

Para efeito de comparação foram utilizados os mesmos parâmetros estabelecidos

e admitiu-se que os RSU obedecem ao modelo de Mohr-Coulomb.

Assim, consideraram-se valores de coesão (c) de 13,5 kN/m2 e ângulo de atrito

(φ) de 22º. O peso específico do RSU utilizado para condições drenadas e não drenadas

foram respectivamente 10,0 kN/m2 e 13,5 kN/m2. A simulação das condições de

drenagem interna do aterro foram representadas através da variação do parâmetro ru que

funciona, nas análises de equilíbrio limite, como a aplicação de um valor de poro-

pressão na base de cada fatia correspondendo a ru vezes a tensão vertical total (ru = 1σ

u ).

Para incorporação do efeito reforço das fibras utilizou-se o parâmetro ângulo de

tensão de tração (ζ) com o valor de 35º, compatível com o apresentado neste trabalho

para resíduos frescos. As idades dos RSU na seção de ruptura variavam de resíduos

frescos até com idades de 1 ano.

A Figura 3.17 apresenta a seção utilizada nas análises da ruptura do Aterro AS-1

e configurações das superfícies no programa GGU-Stability.

76

Figura 3.17 – Seção longitudinal D utilizada nas análises da ruptura do Aterro Bandeirantes, AS-1 (GGU-Stability)

3.7.2. Comparação entre os métodos de análise de estabilidade de taludes

Para realizar a comparação entre o método clássico de análise de estabilidade de

taludes de RSU e a metodologia apresentada considerando o efeito reforço das fibras

foram utilizadas duas seções transversais de um aterro. Estas seções apresentam a

mesma conformação geométrica, porém com camadas constituídas por diferentes

materiais. As Figuras 3.18 e 3.19 ilustram as duas seções analisadas. A primeira seção é

composta por RSU fresco ou com pouca idade além da camada de solo na base. Já a

segunda seção contém uma camada superficial de RSU fresco, sobreposta sobre uma de

RSU velho ou com alto grau de decomposição e a camada de solo na base.

77

Figura 3.18 – Seção 01 utilizada nas análises de estabilidade

Figura 3.19 – Seção 02 utilizada nas análises de estabilidade

78

As seções apresentadas possuem altura do maciço de RSU acima da superfície

do terreno de 10,0 m com inclinações de taludes de 1V:3H e bermas de 4,0 m de

comprimento a cada 5,0 m de altura.

Para a análise de estabilidade destas seções foram utilizados os programas GGU-

Stability e Slope-W. O primeiro analisa as seções considerando o efeito do reforço das

fibras e também, em uma segunda análise, sem considerar o efeito. A análise de

estabilidade com aplicação do método clássico foi realizada com o segundo programa

computacional. Para cada seção foram feitas análises variando o nível da poropressão

interna do maciço através da variação do parâmetro ru.

79

CAPÍTULO 04 – METODOLOGIA APLICADA

4.1. INTRODUÇÃO

Ensaios de campo e laboratório foram executados motivados pela utilização da norma

técnica Alemã DGGT (1994), que trata da identificação e descrição dos resíduos a partir de

aspectos de interesse da mecânica dos resíduos. Esta deverá dar ao órgão ambiental

fiscalizador e à empresa responsável pela disposição final dos resíduos uma primeira

informação sobre as características dos materiais contidos nos resíduos no tocante a seu

processamento geotécnico. Para tanto, em uma primeira instância, os resíduos devem ser

descritos quanto ao tipo, identificação e sua condição. Da determinação do tipo de resíduo

obtêm-se as indicações para a análise dos grupos de substâncias, o que ocorrerá em segunda

instância.

As características a serem determinadas através da utilização desta norma devem ser

retiradas de amostras, observando que os ensaios devam ser realizados com quantidades e

características representativas.

Os ensaios ocorreram nas dependências da Usina de Compostagem da COMLURB em

Jacarepaguá - Rio de Janeiro onde atualmente funciona a Unidade de Transbordo e

Transferência de RSU da Área de Planejamento 4.0 (AP-4) da cidade do Rio de Janeiro. As

amostras de RSU coletadas eram provindas dos bairros abrangidos pelas Regiões

Administrativas da Barra da Tijuca, Jacarepaguá e Cidade de Deus que formam a AP-4,

Figura 4.1, envolvendo os bairros Jacarepaguá, Anil, Pechincha, Gardênia Azul, Curicica,

Freguesia, Taquara, Tanque, Praça Seca, Vila Valqueire, Joá, Itanhangá, Barra da Tijuca,

Vargem Pequena, Vargem Grande, Camorim, Recreio dos Bandeirantes, Grumari e Cidade

de Deus.

80

Figura 4.1 – Área de Planejamento 4.0 (COMLURB, 2005)

Representando 11,9% da população total do município do Rio de Janeiro (COMLURB,

2005), sendo a terceira maior área de planejamento, pode-se afirmar que os RSU lá

depositados são representativos da cidade do Rio de Janeiro tanto em quantidade quanto em

sua característica, pois abrangem bairros com diferentes classes sociais. A Tabela 4.1 mostra

a composição gravimétrica dos RSU do município do Rio de Janeiro de acordo com a

contribuição de cada área de planejamento.

A Unidade de Transbordo de Jacarepaguá recebe diariamente uma média de 600 t/dia de

RSU. Ainda, possui infra-estrutura para pesquisa com local específico para triagem e

trabalhos com resíduos, laboratórios, equipamentos e mão de obra especializada.

81

Tabela 4.1 – Composição Gravimétrica dos RSU do município do Rio de Janeiro de acordo com sua contribuição por Área de

Planejamento (COMLURB, 2005).

COMPONENTES (% em peso) AP 1 AP 2.1 AP 2.2 AP 3.1 AP 3.2 AP 3.3 AP 4 AP 5.1 AP 5.2 AP 5.3 Média *

Papel 8,18 14,29 9,51 9,00 10,00 8,54 9,84 8,77 6,42 7,02 9,53 Papelão 2,76 3,25 3,34 2,71 3,05 2,62 3,13 2,70 2,41 2,36 2,87 Tetra Pack 1,00 1,04 1,19 1,00 1,13 1,14 1,24 1,16 1,05 0,96 1,11 Total (Papel) 11,94 18,58 14,04 12,71 14,18 12,30 14,21 12,63 9,88 10,34 13,51 Plástico Duro 3,53 3,29 4,11 3,60 3,28 3,40 3,68 3,53 2,78 3,03 3,45 PET 1,33 1,55 0,79 0,88 0,76 0,57 1,19 0,64 0,84 0,60 0,93 Plástico Filme 10,91 11,26 10,60 10,92 9,96 11,23 11,70 10,74 11,35 10,44 10,96 Total (Plástico) 15,77 16,10 15,50 15,40 14,00 15,20 16,57 14,91 14,97 14,07 15,34 Vidro 3,87 3,98 3,87 3,83 2,69 2,26 4,36 2,84 2,09 1,93 3,24 Matéria Orgânica 62,78 52,18 59,66 61,13 61,74 63,82 57,09 62,47 66,14 67,21 60,73 Metal 1,88 1,78 1,59 1,75 1,60 1,62 1,71 1,63 1,38 1,31 1,65 Inerte 0,46 1,33 0,49 0,44 0,96 0,93 1,46 0,64 0,79 0,09 0,86 Folha – Flores 0,15 1,20 1,14 0,75 1,16 0,96 1,74 1,07 1,63 0,30 1,06 Madeira 0,23 0,42 0,28 0,33 0,34 0,24 0,35 0,30 0,78 0,32 0,35 Borracha 0,35 0,14 0,30 0,40 0,20 0,23 0,15 0,37 0,10 0,34 0,24 Têxteis - Couro 1,60 1,89 1,22 2,16 2,25 1,79 1,29 1,76 1,67 2,75 1,80 Coco 0,97 2,40 1,91 1,10 0,88 0,65 1,07 1,38 0,57 1,34 1,22 Total (Outros) 3,30 6,05 4,85 4,74 4,83 3,87 4,60 4,88 4,75 5,05 4,67 TOTAL (GERAL) 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 TEOR DE UMIDADE (%) 50,11 47,73 51,93 56,47 46,49 57,05 49,20 45,74 50,28 44,63 50,45 PESO ESPECÍFICO (kg/m3) 146,55 137,44 148,17 149,63 146,63 162,92 130,52 149,18 157,47 159,02 148,02 PESO TOTAL DA AMOSTRA (kg) 1476,12 2247,87 1421,65 1665,95 2035,00 3316,72 2031,80 1819,65 1175,50 950,85 18141,1

AP – Área de Planejamento (*) – Média Ponderada

82

4.2. EQUIPAMENTOS UTILIZADOS

Para a execução dos ensaios de campo e laboratório foram utilizados as instalações

e equipamentos da Usina de Compostagem da COMLURB em Jacarepaguá. Na etapa

de coleta de amostras, foram utilizados contêineres com capacidade de 240 litros, pá e

garfo. Na execução dos ensaios de determinação das características físicas dos RSU

foram utilizados uma estufa com capacidade de 640 litros com escala de temperatura

variando de 50 a 740 ºC, balança eletrônica com capacidade de 140 Kg com precisão

de 0,050 Kg, mesa de triagem estática com dimensões de 3,00 x 1,20 x 0,90 m,

contêineres com capacidade de 240 litros, tambores plásticos de diversos tamanhos,

bandejas para estufa, série de peneiras granulométricas ( 2”, 1 ½”, 1”, ¾”, ½”, ⅜”, 4,

8 e 10), agitador e peneiras de grande dimensão com malhas de 8,00 e 40,00 mm. Os

materiais utilizados estão apresentados nas Figuras 4.2, 4.3, 4.4, 4.5 e 4.6.

Figura 4.2 – Contêineres e tambores plásticos (Laboratório de Campo - COMLURB).

83

Figura 4.3 – Balança eletrônica (Laboratório de Campo - COMLURB).

Figura 4.4 – Estufa com bandejas (Laboratório de Campo - COMLURB).

84

Figura 4.5 – Série de peneiras granulométrica e agitador (Laboratório de Ensaios Físico-Químico - COMLURB).

Figura 4.6 – Peneiras de grande dimensão (Laboratório de Campo - COMLURB).

85

4.3. PROCEDIMENTOS DE ENSAIO

4.3.1. Identificação dos resíduos

A primeira atividade realizada foi a identificação dos resíduos de onde foram

coletadas amostras para execuções dos ensaios. Tendo como principal relevância as

características mecânicas dos resíduos, procederam-se descrições das condições do tipo

de resíduo recebido. Nesta descrição, foram definidas características dos resíduos que

não poderiam ser verificadas quando da análise das amostras coletadas. Nesta etapa,

foram considerados os seguintes critérios:

• quantidade de resíduo recebido (t/dia);

• classe do resíduo;

• origem do resíduo;

• tipo de fornecimento;

• estimativa da homogeneidade dos resíduos.

A quantidade de resíduos recebidos de onde foram coletadas amostras para ensaios

serviu de parâmetro para caracterizar a sua representatividade. A definição da classe

dos resíduos foi feita segundo definição da ABNT em sua norma NBR-10.004/2004

(classe I, classe II-A ou classe II-B). Quanto à sua origem, os resíduos foram

classificados como doméstico (resíduos oriundos de residências uni-familiares,

condomínios, condomínios de prédios, escolas, resíduos industriais semelhantes a lixo

doméstico, etc.), público (resíduos oriundos de jardins, praças públicas, feiras livres,

varrição, poda, etc.), do comércio (estabelecimentos comerciais, empresas, shopping-

centers, restaurantes, etc.), da indústria, séptico (resíduos oriundos de hospitais,

clínicas, farmácias, etc.), proveniente de estações de tratamento de esgoto, construção

civil (entulhos, substâncias minerais como material rochoso e solo, resíduos de

86

instalações, etc) e resíduos provenientes de processo de pré-tratamento mecânico-

biológico.

No tipo de fornecimento procedeu-se a especificação de como o resíduo foi

coletado e transportado (caminhões compactadores, basculantes, contêiner, etc.). A

estimativa da homogeneidade dos resíduos refere-se à presença de apenas uma classe

de resíduo ou mistura de classes devendo ser observado também, a misturas quanto à

sua origem.

4.3.2. Coleta de amostra

As amostras foram coletadas no galpão de armazenamento e transbordo de RSU a

partir da chegada do primeiro caminhão coletor como pode ser observado na Figura

4.7.

Figura 4.7 – Galpão de armazenamento e transbordo de RSU (Usina de Compostagem de Jacarepaguá - COMLURB, 2005).

Adotou-se no procedimento de identificação dos resíduos, a hora de chegada, o volume

87

total coletado e o índice pluviométrico do dia. Com o auxílio de contêineres, os resíduos

foram coletados e levados para uma área externa onde foram depositados sobre uma manta

plástica no interior de um quadrado formado por réguas de madeira com as dimensões de

2,00 x 2,00 m, tendo como finalidade a execução do processo de homogeneização e

quarteamento. O procedimento de quarteamento exemplificado na Figura 4.8 constitui-se

na separação do total de resíduos em quatro partes de aproximadamente mesmo peso. Em

seguida, descartam-se duas partes diametralmente opostas e as outras duas partes restantes

são novamente homogeneizadas para novo quarteamento. Este procedimento era repetido

até se obter uma amostra com aproximadamente o volume de um contêiner padrão

COMLURB, ou seja, aproximadamente 50 Kg de RSU.

2,00 m

Figura 4.8 – Procedimento de quarteamento para amostragem (Usina de Compostagem de Jacarepaguá - COMLURB, 2005).

88

Após a coleta da amostra, o contêiner era encaminhado para o laboratório de

campo e o resíduo excedente do quarteamento encaminhado para o galpão de

armazenamento e transbordo.

4.3.3. Ensaios de caracterização física das amostras de RSU

No laboratório de campo da Comlurb foram realizados nas amostras de RSU os

seguintes ensaios físicos:

• determinação do teor de umidade;

• distribuição dos grupos de substâncias estabelecidos pela norma alemã

DGGT (1994);

• análise do tamanho das peças que compõem os grupos de substâncias

estabelecidos pela norma alemã DGGT (1994);

• classificação morfológica por grupos de substâncias estabelecidas pela

norma alemã DGGT (1994).

4.3.3.1.Teor de Umidade

Os contêineres com as amostras de RSU foram encaminhados para pesagem e

posteriormente levados à mesa de triagem para transferência dos resíduos para as

bandejas da estufa, conforme pode ser observado na Figura 4.9.

89

Figura 4.9 – Transferência das amostras para as bandejas da estufa (Laboratório de campo - COMLURB, 2005).

As amostras foram mantidas em estufa a uma temperatura de 70ºC como pode ser

observado na Figura 4.10, sendo este valor adotado com o objetivo de evitar a queima

da matéria orgânica. Após observar-se a constância de peso das amostras estas foram

retiradas da estufa e transferidas para o contêiner inicial sendo este levado à balança

para pesagem. O tempo médio de secagem das amostras para determinação da umidade

variou de 48 a 72 horas.

Através deste procedimento, determinou-se a umidade das amostras sendo esta

calculada em base seca e base úmida. Com um procedimento semelhante ao acima

detalhado, realizou-se a determinação da umidade para cada grupo de substância,

Figuras 4.11 e 4.12, também em base seca e úmida, tendo como diferença a separação

prévia dos grupos de substância antes de serem levados para a estufa.

90

70 ºC

Figura 4.10 – Secagem das amostras na estufa a uma temperatura de 70ºC (Laboratório de campo - COMLURB, 2005).

Plástico Macio Orgânicos

Figura 4.11 – Seqüência do procedimento de determinação do teor de umidade por grupo de substância (Laboratório de campo - COMLURB, 2005).

91

Plástico duro

Secagem em estufa Figura 4.12 – Seqüência do procedimento de determinação do teor de umidade por grupo de substância (Laboratório de campo - COMLURB, 2005).

4.3.3.2.Distribuição dos grupos de substâncias

A distribuição dos grupos de substâncias consiste na separação das amostras de RSU

como definido na norma alemã DGGT (1994). Estes são escolhidos de tal maneira que

cada grupo de substâncias apresente características de materiais similares com

referência ao comportamento mecânico e estabilidade bioquímica. Os grupos de

substâncias são:

• Peças grandes: substâncias residuais de grande porte, que são compostas

de diversos componentes como móveis, colchões, etc;

• Papel / Papelão: substâncias residuais compostas basicamente de papel ou

fibras semelhantes ao papel, como papelão, embalagens de papel,

impressos, tapetes, fraldas, etc;

• Plásticos macios: Despejos que se componham basicamente de substâncias

sintéticas macias ou cujas características sejam dominadas por tais

substâncias, como embalagens plásticas macias, lâminas, têxteis, borracha

92

macia, couro macio, etc;

• Plásticos duros: Despejos que se componham basicamente de substâncias

sintéticas duras, como embalagens plásticas rígidas, copos de iogurte,

garrafa PET, plásticos rígidos, couro duro, borracha rígida, etc;

• Metais: metais ferrosos e não ferrosos;

• Minerais: Despejos que se componham basicamente de substâncias

minerais ou que apresentem um comportamento mecânico ou biológico

similar (inertes) como vidro, cerâmica, solo, etc;

• Madeira;

• Orgânico: Despejos que sejam de origem natural, orgânica, p.ex. vegetais,

aparas de capim, plantas, folhas secas.

Os grupos de substâncias podem ser observados nas Figuras 4.13, 4.14, 4.15, 4.16,

4.17, 4.18, 4.19 e 4.20.

O grupo de peças grandes não foi considerado no experimento sendo separado no

momento da coleta das amostras.

Figura 4.13 – PEÇAS GRANDES - Grupo de Substância conforme norma alemã GDA E 1-7 (Galpão de armazenamento e transbordo da Usina de Jacarepaguá - COMLURB, 2005).

93

Figura 4.14 – PAPEL/PAPELÃO - Grupo de Substância conforme norma alemã GDA E 1-7 (Laboratório de campo - COMLURB, 2005).

Figura 4.15 – PLÁSTICO MACIO - Grupo de Substância conforme norma alemã GDA E 1-7 (Laboratório de campo - COMLURB, 2005).

94

Figura 4.16 – PLÁSTICO DURO - Grupo de Substância conforme norma alemã GDA E 1-7 (Laboratório de campo - COMLURB, 2005).

Figura 4.17 – METAIS - Grupo de Substância conforme norma alemã GDA E 1-7 (Laboratório de campo - COMLURB, 2005).

95

Figura 4.18 – MINERAIS - Grupo de Substância conforme norma alemã GDA E 1-7 (Laboratório de campo - COMLURB, 2005).

Figura 4.19 – MADEIRA - Grupo de Substância conforme norma alemã GDA E 1-7 (Laboratório de campo - COMLURB, 2005).

96

Figura 4.20 – ORGÂNICOS - Grupo de Substância conforme norma alemã GDA E 1-7 (Laboratório de campo - COMLURB, 2005).

O procedimento de classificação iniciou-se com a retirada da amostra da estufa após

o período de secagem (48 a 72 horas) conforme observância da constância de peso.

Assim, a amostra era transferida das bandejas da estufa para o interior do contêiner de

240 litros e encaminhado para pesagem (determinação do teor de umidade conforme

especificado). Após a pesagem e a determinação do teor de umidade de cada grupo de

substância, a amostra era transferida para a mesa de triagem onde dava-se início ao

procedimento de separação. Depois de triados em seus respectivos grupos, as frações

eram acondicionadas em tambores plásticos e posteriormente levadas à balança para

pesagem. A Figura 4.21 exemplifica este procedimento.

97

Transferência da amostra para o contêiner

Pesagem

(1) Disposição da amostra na mesa de

triagem

(2) Triagem da amostra por grupo de

substâncias

(3) Amostra triada e disposta em tambores

plásticos

(4) Pesagem por grupo de substâncias Figura 4.21 – Seqüência do procedimento de distribuição por grupos de substâncias (Laboratório de campo - COMLURB, 2005).

98

4.3.3.3.Classificação Morfológica dos RSU

A classificação morfológica dos RSU foi realizada baseada na norma Alemã

DGGT (1994) tendo como intuito classificar os resíduos quanto à sua forma e medida

no tocante às características relevantes para a mecânica dos resíduos. Cada grupo de

substância foi submetido a esta descrição geométrica considerando-se os seguintes

parâmetros:

A. Dimensões

• Dimensão 0: grãos (sem comprimento lateral, i.e. com partículas ≤ 8

mm);

Figura 4.22 – Dimensão 0 (Grãos)

• Dimensão 1: fibras (um comprimento lateral em relação aos outros dois

lados);

Figura 4.23 – Dimensão 1 (Fibras)

• Dimensão 2: folhas, objetos planos (dois comprimentos laterais em

relação a um terceiro);

Figura 4.24 – Dimensão 2 (Folhas, Objetos Planos)

99

• Dimensão 3: volumes (3 comprimentos laterais).

Figura 4.25 – Dimensão 3 (Volumes)

As Figuras 4.26, 4.27, 4.28 e 4.29 ilustram a classificação por dimensão para grupos de

substâncias. Cabe salientar que em alguns grupos de substâncias não foi possível

encontrar todas as dimensões.

Dimensão 0

Figura 4.26 – DIMENSÃO 0 - Classificação morfológica por grupo de substância.

100

Figura 4.27 – DIMENSÃO 1 - Classificação morfológica por grupo de substância

Figura 4.28 – DIMENSÃO 2 - Classificação morfológica por grupo de substância

101

Figura 4.29 – DIMENSÃO 3 - Classificação morfológica por grupo de substância

B. Tamanho da peça

Esta classificação foi realizada através da classificação visual dos resíduos

seguida de peneiramento. Primeiramente, as frações com tamanhos maiores que 120mm

foram separadas e novamente discernidas visualmente em 500 mm e 1000 mm. A

fração restante foi peneirada seguindo o mesmo procedimento aplicado a solos de

acordo com a norma técnica brasileira NBR 7181. Utilizaram-se primeiramente duas

peneiras de grande dimensão com malhas 40,00 e 8,00 mm conforme Figura 4.30. A

fração passante foi submetida a uma série de peneiras granulométricas (1 ½” , 1”, ¾”,

⅜”, 4, 8 e 10) conforme Figura 4.31.

102

Figura 4.30 – Peneiramento com malha de 40mm - Classificação por tamanho da peça

Figura 4.31 – Peneiramento com série de peneiras granulométricas- Classificação por tamanho da peça

103

CAPÍTULO 05 – APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS

5.1. INTRODUÇÃO

Neste capítulo serão apresentados os resultados dos ensaios realizados. Todos os

procedimentos de execução e determinação dos resultados a seguir estão descritos no

Capítulo 04 deste trabalho. Na análise de estabilidade de taludes foram utilizados os

softwares SLOPE/W da Geo-Slope e GGU-STABILITY da GGU-Software.

5.2. RESULTADOS OBTIDOS NOS ENSAIOS DE CAMPO E LABORATÓRIO

5.2.1. Identificação dos resíduos

Para cada amostra de RSU coletada para ensaios foram feitas as identificações

conforme especificação do item 4.3.1. Os ensaios ocorreram nos meses de outubro e

novembro de 2005, tendo sido analisadas 8 (oito) amostras. Cabe ressaltar que a

Unidade de Transbordo e Transferência de RSU em Jacarepaguá recebe resíduos de

diversas classes, transportados em caminhões basculantes e compactadores. Para

retirada das amostras foram eleitos somente caminhões provindos da coleta de resíduos

domésticos. A Tabela 5.1 apresenta os resultados obtidos na identificação dos resíduos.

104

Tabela 5.1 – Identificação dos resíduos de onde foram retiradas amostras para

ensaios

Identificação dos Resíduos

/ Amostra

Quantidade de resíduo

(t) (*)

Classe do resíduo

(**)

Origem do resíduo

Tipo de fornecimento

do resíduo Estimativa da

homogeneidade

01 21,50 II A Barra da

Tijuca Caminhão

Compactador homogêneo

02 20,80 II A Barra da

Tijuca Caminhão

Compactador homogêneo

03 19,70 II A Barra da

Tijuca Caminhão

Compactador homogêneo

04 23,10 II A Recreio dos

BandeirantesCaminhão

Compactador homogêneo

05 21,20 II A

Curicica Caminhão

Compactador homogêneo

06 22,80 II A Jacarepaguá Caminhão Compactador homogêneo

07 20,60 II A Jacarepaguá Caminhão Compactador homogêneo

08 21,95 II A Curicica Caminhão Compactador homogêneo

(*) – Quantidade de onde foi coletada a amostra de resíduo.

(**) – Classificação segundo NBR 10.004, 2004 (ABNT).

5.2.2. Coleta e amostragem

As amostras foram coletadas e amostradas conforme procedimento especificado no

item 4.3.2. Durante o período do experimento 10 (dez) amostras foram coletadas sendo

uma descartada por problemas técnicos e outra por apresentar materiais sépticos em sua

composição, provindos de um hospital municipal da região. A Tabela 5.2 apresenta o

peso final de cada amostra após o processo de quarteamento.

105

Tabela 5.2 – Peso das amostras coletadas

Amostra Peso da amostra (kg) (*)

01 47,50

02 48,55

03 48,15

04 48,35

05 47,25

06 44,98

07 49,50

08 48,75

Total 383,03

(*) – Peso in natura

Na Figura 5.1 pode-se observar a presença de material séptico misturado a resíduos

domésticos. Esta amostra, de número 09, foi descartada do ensaio.

Figura 5.1 – Material séptico misturado a resíduos domésticos

106

5.2.3. Ensaios de caracterização física das amostras de RSU

5.2.3.1.Teor de Umidade

Os teores de umidade das amostras foram determinados a partir dos

procedimentos especificados no item 4.3.3.1 e os cálculos, segundo a teoria descrita no

item 2.8.3, Equação 2.1. A Tabela 5.3 apresenta o teor de umidade global de cada

amostra, enquanto a Tabela 5.4 apresenta o teor de umidade de cada grupo de

substância.

Tabela 5.3 – Teor de umidade global

Umidade (%) Amostra

Peso in natura

(kg)

Peso seco

(kg) Base Seca Base Úmida

01 47,50 30,15 57,55 36,53

02 48,55 31,80 52,67 34,50

03 48,15 31,30 53,83 34,99

04 48,35 30,55 58,27 36,81

05 47,25 29,85 58,29 36,83

06 44,98 28,35 58,66 36,97

07 49,50 31,90 55,17 35,56

08 48,75 30,51 59,74 37,42

Média - - 56,75 36,19

Desvio Padrão - - 2,55 1,05

107

Tabela 5.4 – Teor de umidade dos grupos de substâncias das amostras coletadas

Umidade (%) Grupo de Substância

Base seca Base Úmida

Papel / Papelão 73,94 42,51

Plástico Macio 35,39 26,14

Plástico Duro 28,30 22,06

Metal (Ferroso e Não Ferroso) 21,92 17,98

Minerais 11,63 10,42

Madeira 61,92 38,24

Matéria Orgânica 46,80 31,88

Média 39,99 27,03

Desvio Padrão 22,24 11,34

Os índices pluviométricos relativos aos meses do experimento, outubro e novembro,

medidos na estação pluviométrica do Rio Centro foram de 204,4 e 149,6 mm

respectivamente.

5.2.3.2.Distribuição dos grupos de substâncias

A distribuição segundo os grupos de substâncias dos RSU foi realizada a partir

dos procedimentos especificados no item 4.3.3.2. Os grupos de substâncias foram

expressos em percentuais relativos a seu peso seco frente ao peso total seco da amostra.

A Tabela 5.5 e Figura 5.2 apresentam os resultados obtidos. O grupo de papéis e

papelões engloba também materiais como fraldas e tapetes. No grupo plástico macio,

foram considerados materiais como borrachas macias, têxteis, couros macios, etc. O

grupo dos plásticos duros engloba PETs, borrachas rígidas, couros duros, etc. Nos

minerais, estão presentes os materiais inertes como cerâmicas, vidros, etc. No grupo dos

metais estão presentes os ferrosos e os não ferrosos.

108

Tabela 5.5 – Grupos de substâncias dos RSU da AP 4.0

Grupos de Substâncias (%) Amostra Papel

Papelão Plástico Macio

Plástico Duro Metal Mineral Madeira Matéria

Orgânica01 13,24 17,56 5,72 1,85 4,87 1,41 55,35

02 18,87 15,98 6,03 1,54 3,99 1,87 51,72

03 18,26 18,35 4,87 2,36 4,64 2,74 48,78

04 20,31 17,25 3,97 1,54 3,86 1,54 51,53

05 11,05 19,02 4,22 2,2 3,76 3,01 56,74

06 12,02 16,35 5,01 1,74 3,68 2,34 58,86

07 17,23 16,87 4,02 1,89 2,78 0,25 56,96

08 14,44 18,57 3,87 0,74 2,15 0,49 59,74

Média 15,76 17,49 4,71 1,73 3,71 1,69 54,89

D. Padrão 3,44 1,09 0,83 0,49 0,90 0,99 3,89

Grupos de Substâncias dos RSU (%)

Matéria Orgânica54,89%

Papel / Papelão 15,76%

Plástico Macio 17,49%

Plástico Duro4,71%

Metal 1,73%

Mineral 3,71%

Madeira1,69%

Figura 5.2 – Grupos de Substâncias dos RSU da AP 4.0

5.2.3.3.Classificação morfológica dos grupos de substâncias dos RSU

A classificação morfológica dos grupos de substâncias dos RSU foi realizada a

partir dos procedimentos especificados no item 4.3.3.3. Nesta classificação, as amostras

de RSU são rotuladas segundo especificações da norma alemã DGGT (1994)

109

englobando duas etapas, sendo a primeira quanto à dimensão e a segunda quanto ao

tamanho da peça.

A. Dimensão

Cada dimensão foi representada em percentual do seu peso seco em relação ao

peso seco total da amostra. Para a mecânica dos resíduos, no tocante ao acréscimo de

resistência ao cisalhamento, os percentuais dos materiais fibrosos, dimensões 1 (um) e 2

(dois), são os de maior interesse devido ao reforço proporcionado. Em analogia aos

solos reforçados, a concentração das fibras na massa influencia no reforço adicionado.

As Figuras 5.3, 5.4, 5.5, 5.6, 5.7, 5.8 e 5.9 ilustram a classificação morfológica dos

grupos de substâncias dos RSU.

Plástico Macio

0,00

24,32

75,68

0,000,00

20,00

40,00

60,00

80,00

100,00

Dim 0 (%) Dim 1 (%) Dim 2 (%) Dim 3 (%)

Figura 5.3 – Classificação Morfológica dos Grupos de Substâncias dos RSU

No grupo de substância plástico macio o percentual da dimensão 2, 75,68%, é

composto por sacos plásticos em sua maioria, embalagens plásticas, materiais têxteis

diversos, etc.

110

Papel / Papelão

0,00 3,54

65,20

31,26

0,00

20,00

40,00

60,00

80,00

100,00

Dim 0 (%) Dim 1 (%) Dim 2 (%) Dim 3 (%)

Figura 5.4 – Classificação Morfológica dos Grupos de Substâncias dos RSU

O percentual de 65,20% na dimensão 2 no grupo papel / papelão é composto por

folhas de papel, papelões, jornais, caixas de embalagens amassadas do tipo Tetra Pak,

etc. A dimensão 3 é composta por caixas de papelão, embalagens, dentre outros. Um

ponto importante a ser observado é que os materiais deste grupo de substância que

formam a dimensão 3 podem dentro do corpo de um aterro virem a se comportar como

dimensão 2 devido ao amassamento que estes sofrerão com a sobrecarga.

Plástico Duro

0,005,76

31,37

62,87

0,0010,0020,0030,0040,0050,0060,0070,0080,0090,00

100,00

Dim 0 (%) Dim 1 (%) Dim 2 (%) Dim 3 (%)

Figura 5.5 – Classificação Morfológica dos Grupos de Substâncias dos RSU

O alto percentual da dimensão 3 do grupo plástico duro é explicado pelos

materiais que o compõem como garrafas PETs, embalagens plásticas diversas, etc.

111

Metais

0,00 3,2116,75

80,04

0,0010,0020,0030,0040,0050,0060,0070,0080,0090,00

100,00

Dim 0 (%) Dim 1 (%) Dim 2 (%) Dim 3 (%)

Figura 5.6 – Classificação Morfológica dos Grupos de Substâncias dos RSU

Também como no grupo de plásticos duros os metais apresentam um alto

percentual de dimensão 3 explicado pelos volumes metálicos com latas de conservas,

óleos, bebidas, etc.

Minerais

38,78

0,00 0,00

61,22

0,00

20,00

40,00

60,00

80,00

100,00

Dim 0 (%) Dim 1 (%) Dim 2 (%) Dim 3 (%)

Figura 5.7 – Classificação Morfológica dos Grupos de Substâncias dos RSU

O grupo dos minerais apresenta materiais com dimensão 0 como pequenos

pedaços cerâmicos e de vidros. O percentual de dimensão 3 é representado por

recipientes de vidros em sua maioria.

112

Madeira

0,006,23

40,9952,78

0,0010,0020,0030,0040,0050,0060,0070,0080,0090,00

100,00

Dim 0 (%) Dim 1 (%) Dim 2 (%) Dim 3 (%)

Figura 5.8 – Classificação Morfológica dos Grupos de Substâncias dos RSU

O pequeno grupo das madeiras é composto por diversos materiais de madeira

como laminados (dimensão 2) e caixas e embalagens em madeira (dimensão 3).

Matéria Orgânica

21,54

0,00 4,76

73,70

0,0010,0020,0030,0040,0050,0060,0070,0080,0090,00

100,00

Dim 0 (%) Dim 1 (%) Dim 2 (%) Dim 3 (%)

Figura 5.9 – Classificação Morfológica dos Grupos de Substâncias dos RSU

Este grupo de substância é formado por restos de alimentos e orgânicos em geral

que dependendo de seu tamanho e forma enquadram-se nas dimensões 0 e 3. O grande

percentual de dimensão 3 é representado por materiais volumosos como cocos, laranja,

entre outros.

113

Na Figura 5.10 e na Tabela 5.6 mostram-se os resultados da classificação

morfológica dos RSU obtidos pela ponderação dos percentuais de cada grupo de

substância com os percentuais da morfologia.

Classificação Morfológica dos RSU

DIM 013,26%

DIM 15,25%

DIM 228,59%

DIM 352,90%

Figura 5.10 – Classificação Morfológica dos RSU da AP 4.0

Tabela 5.6 – Classificação Morfológica dos RSU da AP 4.0

Morfologia (%) Grupos de Substâncias

Percentual (%) DIM 0 DIM 1 DIM 2 DIM 3

Papel Papelão 15,76 0,00 3,54 65,20 31,26

Plástico Macio 17,50 0,00 24,32 75,68 0,00

Plástico Duro 4,71 0,00 5,76 31,37 62,87

Metal 1,73 0,00 3,21 16,75 80,04

Mineral 3,71 38,78 0,00 0,00 61,22

Madeira 1,69 0,00 6,23 40,99 52,78

Matéria Orgânica 54,90 21,54 0,00 4,76 73,70

Total 100,00 13,26 5,25 28,59 52,90

114

Observa-se com os resultados obtidos, que os materiais fibrosos, DIM 1 e DIM

2, correspondem a um percentual de 33,84%. Segundo MUNNICH (2005), valores do

somatório de DIM 1 mais DIM 2 acima de 25% para resíduos frescos induzem aos

seguintes parâmetros de resistência:

• Ângulo de tensão de tração (ζ) = 30 - 35°;

• Ângulo de atrito (φ’) = 30°;

• Coesão (c’) = 15 kN/m2.

B. Tamanho da peça

Através de análise visual das amostras, para frações maiores que 120mm é

realizada uma separação por faixas de tamanhos de 120, 550 e 1000 mm.

Posteriormente os resíduos passam pelas peneiras grossas, 40 e 8 mm. A fração passante

é encaminhada para as peneiras granulométricas encerrando o procedimento. A fração

referente a cada processo de peneiramento dos grupos de substâncias está indicado na

Tabela 5.7. O percentual total de cada grupo de substância foi encontrado através do

percentual de cada tamanho pelo percentual de cada grupo de substâncias presentes nas

amostras de RSU.

115

Tabela 5.7 – Tamanho das peças dos RSU

Análise Visual Peneiras % em peso retido Grupos

de Subst. 1000 - 500 mm

500 - 120 mm

120 - 40 mm

40 mm

8 mm 1" ¾" ⅜" 4 8 10

Papel Papelão - 26,47 68,30 5,23 - - - - - - -

Plástico Macio 23,57 41,43 34,13 0,87 - - - - - - -

Plástico Duro - 12,43 84,62 2,95 - - - - - - -

Metal - - 97,82 2,18 - - - - - - -

Mineral - 24,56 31,78 10,45 6,89 4,78 3,56 5,69 3,01 5,76 3,52

Madeira - 10,12 76,34 13,54 - - - - - - -

Matéria Orgânica 0,00 0,00 21,45 17,45 12,34 6,89 9,35 7,69 8,32 8,54 7,97

Total (%) 4,12 13,09 36,66 11,35 7,03 3,96 5,27 4,43 4,68 4,90 4,51

5.3. ANÁLISES DE ESTABILIDADE DE TALUDES DE ATERROS

SANITÁRIOS

5.3.1. Análises de estabilidade de taludes de RSU com aplicação do efeito das

fibras.

Como explicado no item 3.7.1 foi realizada uma retroanálise do escorregamento

ocorrido no Aterro Sanitário Bandeirantes considerando o efeito reforço das fibras a fim

de, com a utilização do programa computacional GGU-Stability, comparar os resultados

encontrados com o relatório n°. 29.596 IPT (1991) o qual foi analisado através dos

116

métodos clássicos da mecânica dos solos. A Tabela 5.8 apresenta a comparação entre

os resultados encontrados com os do relatório IPT. As superfícies analisadas encontram-

se no Anexo 2.

Tabela 5.8 – Comparação entre os resultados IPT e retro-análise considerando o

efeito reforço das fibras.

Relatório IPT Retro-análise (efeito fibra) Parâmetros ru = 0,0 ru = 0,3 ru = 0,6 ru = 0,0 ru = 0,3 ru = 0,6

Ângulo de Atrito (°) 22,00 22,00 22,00 22,00 22,00 22,00

Coesão (kN/m2) 13,50 13,50 13,50 13,50 13,50 13,50

Peso Específico (kN/m3)

13,00 13,00 13,00 13,00 13,00 13,00

Ângulo Tensão

Tração ζ (°) - - - 35,00 35,00 35,00

Fator de correção

α - - - 0,50 0,50 0,50

Coesão Aparente (kN/m2)

- - - 140,00 140,00 140,00

Fator de Segurança

(FS) 2,06 1,55 1,00 2,25 1,83 1,38

Onde:

• Ângulo de Tensão de Tração (ζ): A superfície de ruptura passa por uma

camada de resíduos com idade de 1 (um) ano o que implica na utilização do

valor de ζ = 35º referente a RSU frescos;

• Fator de correção (α): Fator utilizado para corrigir a inclinação entre as fibras e

a superfície de ruptura. Por medida conservadora utilizou-se o valor de 0,5 ou

seja, redução de 50 % do efeito reforço;

117

• Coesão Aparente (kN/m2): Reforço de resistência ao cisalhamento advindo do

reforço das fibras. Este parâmetro pode ser obtido através da formulação

apresentada no item 3.6.5 ou com a utilização do gráfico ilustrado na Figura

3.12. Na análise apresentada foi utilizado o referido gráfico entrando com o

valor da tensão vertical (peso específico do resíduo multiplicado pela altura da

camada de resíduo sobre a superfície de ruptura). Com o valor da tensão vertical

(13,00 kN/m3 x 13,00 m = 169,00 kN/m2), levando-se até a curva

correspondente ao ângulo de tensão de tração de 35º obtendo-se o valor da

coesão aparente T = 140,00 kN/m2.

O fator de segurança encontrado na retro-análise FS = 1,38 para ru = 0,6 indica

que o talude se apresenta em condições de estabilidade. Aplicando nesta mesma análise

um fator de segurança unitário, o valor da coesão encontrado está apresentado na Tabela

5.9. A Figura 5.11 apresenta a superfície de ruptura.

Figura 5.11 – Superfície de ruptura na seção longitudinal D, AS-1.

118

Tabela 5.9 – Comparação entre os resultados IPT e retro-análise considerando o

efeito reforço das fibras na condição de ruptura.

Relatório IPT Retro-análise (efeito fibra) Parâmetros

ru = 0,6 ru = 0,6 Ângulo de Atrito (°) 22,00 22,00 Coesão (kN/m2) 13,50 2,00 Peso Específico (kN/m3) 13,00 13,00 Ângulo Tensão Tração ζ (°) - 35,00 Fator de correção (α) - 0,50 Coesão Aparente (kN/m2) - 140,00 Fator de Segurança (FS) 1,00 1,01

Através dos resultados da retro-análise pode-se afirmar que o parâmetro de coesão

deve ser menor que 2,00 kN/m2 para um ângulo de atrito de 22º, com a ruptura

ocorrendo no interior da massa de resíduo, diferente do apresentado pelo relatório IPT.

5.3.2. Comparação entre os métodos de análise de estabilidade de taludes

Conforme apresentado no item 3.7.2 foram realizadas análises em duas seções de

um aterro de RSU com diferentes composições. Para cada seção foram feitas análises

considerando o efeito reforço das fibras e pelo método clássico, sem considerar este

reforço. Para cada análise variou-se o valor da poropressão interna no maciço de RSU

através do parâmetro ru. As análises estão apresentadas no Anexo 3, Figuras A.3 até

M.3. A Tabela 5.10 apresenta os resultados encontrados nas análises realizadas na seção

01. Para a camada de solo natural foram adotados ângulos de atrito de 25º e coesão de

10 kN/m2, porém como nenhum dos círculos de ruptura atinge essa camada, não

influenciou nas análises.

Para a análise dos RSU frescos foi considerada a classificação morfológica

realizada neste trabalho, ou seja, material com percentual de dimensão 1 + dimensão 2

119

superior a 25,0 %. Isto leva à consideração dos parâmetros de resistência apresentados

no item 5.2.3.3 para RSU frescos.

Tabela 5.10 – Comparação entre os métodos de análise de estabilidade de taludes

de RSU na Seção 01.

SEÇÃO 01 – RSU Fresco Método clássico

(sem consideração do reforço das fibras)

Método apresentado (com consideração do efeito

reforço das fibras) Parâmetros

ru = 0,0 ru = 0,2 ru = 0,5 ru = 0,0 ru = 0,2 ru = 0,5

Ângulo de Atrito (°) 30,00 30,00 30,00 30,00 30,00 30,00

Coesão (kN/m2) 15,00 15,00 15,00 15,00 15,00 15,00

Peso Específico (kN/m3)

10,00 10,00 10,00 10,00 10,00 10,00

Ângulo Tensão

Tração ζ (°) - - - 35,00 35,00 35,00

Fator de correção

α - - - 0,50 0,50 0,50

Coesão Aparente (kN/m2)

- - - 125,00 125,00 125,00

Fator de Segurança

(FS) 1,72 1,44 1,00 2,43 2,15 1,72

Em que:

• Ângulo de Tensão de Tração (ζ): A superfície de ruptura passa por uma

camada de resíduos frescos o que implica na utilização do valor de ζ = 35º;

• Fator de correção (α): Fator utilizado para corrigir a inclinação entre as fibras e

a superfície de ruptura. Por medida conservadora utilizou-se o valor de 0,5 ou

seja, redução de 50 % do efeito reforço;

• Coesão Aparente (kN/m2): Conforme apresentado no item 5.3.1 foi utilizado o

referido gráfico apresentado na Figura 3.12 com o valor da tensão vertical (10,00

120

kN/m3 x 10,00 m = 100,00 kN/m2), levando-se até a curva correspondente ao

ângulo de tensão de tração de 35º obtendo-se o valor da coesão aparente T =

70,00 kN/m2.

Através destes resultados podemos observar que na análise de estabilidade da

Seção 01 tendo como ru = 0,5 o talude encontra-se em situação de instabilidade, FS =

1,0, com aplicação do método clássico. Comparando-se este resultado ao encontrado na

análise considerando o efeito reforço das fibras, o talude encontra-se em situação de

estabilidade, ou seja, FS = 1,72. Considerando o envelhecimento desta massa de resíduo

(decomposição) teremos um decréscimo dos parâmetros de resistência provenientes do

reforço das fibras, ângulo de tensão de tração e conseqüentemente coesão aparente.

Porém, com a decomposição teremos um incremento dos parâmetros ângulo de atrito e

peso específico. A Figura 5.12 apresenta a análise de estabilidade da seção 01 com ru =

0,5 porém composta por RSU decompostos.

Figura 5.12 – Análise de estabilidade com software GGU-Stability, tendo ru = 0,5 e FS = 1, 33 (com efeito das fibras).

121

Em que:

• Ângulo de Tensão de Tração (ζ): A superfície de ruptura passa por uma

camada de resíduos decompostos o que implica na utilização do valor de ζ = 15º;

• Fator de correção (α): Fator utilizado para corrigir a inclinação entre as fibras e

a superfície de ruptura. Por medida conservadora utilizou-se o valor de 0,5 ou

seja, redução de 50 % do efeito reforço;

Coesão Aparente (kN/m2): Conforme apresentado no item 5.3.1 foi utilizado o referido

gráfico apresentado na Figura 3.12 com o valor da tensão vertical (15,00 kN/m3 x 15,00

m = 225,00 kN/m2), levando-se até a curva correspondente ao ângulo de tensão de

tração de 15º, obtendo-se o valor da coesão aparente T = 75,00 kN/m2.

Assim, mesmo com os RSU decompostos e as mesmas condições de drenagem o

talude em questão encontra-se em situação de estabilidade com FS = 1,33.

A Tabela 5.11 apresenta os resultados encontrados nas análises realizadas na seção 02.

122

Tabela 5.11 – Comparação entre os métodos de análise de estabilidade de taludes

de RSU na Seção 02.

SEÇÃO 02 – RSU Fresco + RSU Velho (decomposto) Método clássico

(sem consideração do reforço das fibras)

Método apresentado (com consideração do efeito

reforço das fibras) Parâmetros

Idade dos

resíduos ru = 0,0 ru = 0,2 ru = 0,5 ru = 0,0 ru = 0,2 ru = 0,5 RSU

Fresco 30,00 30,00 30,00 30,00 30,00 30,00 Ângulo de Atrito (°) RSU

Velho 38,00 38,00 38,00 38,00 38,00 38,00

RSU Fresco 15,00 15,00 15,00 15,00 15,00 15,00 Coesão

(kN/m2) RSU Velho 15,00 15,00 15,00 15,00 15,00 15,00

RSU Fresco 10,00 10,00 10,00 10,00 10,00 10,00 Peso

Específico (kN/m3) RSU

Velho 15,00 15,00 15,00 15,00 15,00 15,00

RSU Fresco - - - 35,00 35,00 35,00 Ângulo

Tensão Tração ζ (°)

RSU Velho - - - 15,00 15,00 15,00

RSU Fresco - - - 0,50 0,50 0,50 Fator de

correção α RSU

Velho - - - 0,50 0,50 0,50

RSU Fresco - - - 125,00 125,00 125,00 Coesão

Aparente (kN/m2) RSU

Velho - - - 75,00 75,00 75,00

Fator de Segurança (FS) 2,07 1,68 1,10 2,23 1,84 1,33

Em que:

• Ângulo de Tensão de Tração (ζ): A superfície de ruptura passa por uma

camada de RSU fresco ζ = 35º e por uma camada de resíduos decompostos o que

implica na utilização do valor de ζ = 15º;

• Fator de correção (α): Fator utilizado para corrigir a inclinação entre as fibras e

a superfície de ruptura. Por medida conservadora utilizou-se o valor de 0,5 ou

seja, redução de 50 % do efeito reforço;

123

• Coesão Aparente (kN/m2): Para a camada de RSU fresco temos o valor da

tensão vertical (10,00 kN/m3 x 15,00 m = 150,00 kN/m2), levando-se até a curva

correspondente ao ângulo de tensão de tração de 35º obtendo-se o valor da

coesão aparente T = 125,00 kN/m2. Para a camada de resíduo decomposto o

valor da tensão vertical (15,00 kN/m3 x 15,00 m = 225,00 kN/m2), levando-se

até a curva correspondente ao ângulo de tensão de tração de 15º obtendo-se o

valor da coesão aparente T = 75,00 kN/m2.

Da mesma forma apresentada na seção 01 podemos observar que na análise de

estabilidade da Seção 02, com aplicação do método clássico, tendo como ru = 0,5 o

talude encontra-se em situação de instabilidade, FS = 1,10. Já, considerando o reforço

das fibras na análise da seção 02, tendo como ru = 0,5 o talude encontra-se em situação

de estabilidade FS = 1,33.

124

CAPÍTULO 06 – COMENTÁRIOS FINAIS E CONCLUSÕES

6.1. COMENTÁRIOS FINAIS

• Na identificação e coleta das amostras de RSU para realização dos ensaios foram

encontrados materiais sépticos misturados aos resíduos domiciliares

evidenciando a negligência dos geradores destes tipos de resíduos (hospitais,

clínicas, farmácias, etc) descartando-os na coleta pública.

• Nos ensaios para determinação dos teores de umidade global e por grupos de

substâncias, os resultados encontram-se de acordo com a literatura sendo que

materiais como papéis, papelões e a matéria orgânica são os responsáveis pelos

altos valores iniciais da umidade dos RSU frescos.

• Na classificação morfológica dos RSU da AP 4.0, os dois principais grupos de

substâncias que compõem os materiais fibrosos dos RSU são o plástico macio

(plásticos, têxteis, etc.) e o papel e papelão (jornais, folhas, placas, etc.)

responsáveis por 82,26 % de sua composição.

• Nos peneiramentos realizados para determinação do tamanho das peças dos

materiais componentes dos RSU da AP 4.0, em seu estado fresco, foram

encontrados tamanhos acima de 40,0 mm acima de 60%, o que é favorável ao

efeito de reforço das fibras por possibilitá-lo em maiores áreas de contato entre

as partículas e incentivar a ancoragem.

• Segundo a classificação por dimensão os RSU em seu estado fresco

apresentaram altos percentuais de dimensão 03, ou seja, materiais volumosos.

Os grupos de substância que mais influenciaram neste percentual foram a

matéria orgânica (restos de alimentos, frutas, carcaças de animais, etc.), plástico

125

duro (garrafas e embalagens, etc.) e os minerais (garrafas, etc.). Cabe ressaltar

que estes materiais quando submetidos a uma força externa de pressão (dentro

da massa de resíduos de um aterro sanitário) poderão sofrer amassamento ou

quebra tendendo a comportarem-se como materiais de dimensão 02.

• As seções analisadas pelo método clássico (baseado na mecânica dos solos) não

levando em consideração o efeito reforço das fibras e pelo método apresentado,

resistências acrescidas de reforço, apresentaram o esperado ganho de resistência

dos RSU. Os fatores de segurança encontrados pelo método com inclusão do

efeito das fibras, para uma mesma seção, mantendo-se os mesmos parâmetros,

geometrias e condições de drenagem apresentaram valores maiores dos

encontrados pelo método clássico.

• Para uma condição crítica de poropressão interna (ru = 0,5), o talude analisado

pelo método clássico apresentou situação de instabilidade (FS = 1) enquanto o

mesmo analisado pelo método proposto apresentou-se estável (FS = 1,33).

• Com a decomposição dos RSU no tempo, os parâmetros de reforço das fibras

sofreram um decréscimo, porém sem causar problemas para a estabilidade, pois

os parâmetros de resistência dos RSU (ângulo de atrito e coesão) e o peso

específico serão incrementados.

6.2. CONCLUSÕES

• Apesar da execução de uma nova metodologia de classificação dos resíduos

aplicada aos aspectos de interesse da mecânica dos resíduos, os chamados

grupos de substâncias são similares aos materiais presentes na classificação dos

resíduos segundo sua composição gravimétrica sendo evidenciado pela

concordância em percentuais quando comparados.

126

• Através da classificação morfológica dos RSU foram fornecidas informações

ainda pouco utilizadas, mas de grande valia para a mecânica dos resíduos como

a dimensão e tamanho das peças. Com a determinação destas novas

características dos RSU da AP 4.0 foi possível incorporar nas análises de

estabilidade de taludes o efeito reforço das fibras, pois os materiais apresentaram

dimensão (dimensão 1+2 - materiais fibrosos) e tamanho das peças (>40mm)

com percentuais compatíveis aos recomendados por estudos anteriores. Em

analogia aos solos reforçados com fibras, a concentração e tamanho das fibras

também são compatíveis, podendo-se inserir o efeito reforço apesar da diferença

de comportamento mecânico entre solos e RSU.

• Os percentuais de materiais com dimensão 01 e 02, materiais fibrosos

responsáveis pelo efeito reforço na resistência ao cisalhamento dos RSU,

apresentaram valor (33,84 %) acima do nível de concentração encontrado na

literatura (25,0 %) para resíduos em estado fresco, induzindo a valores de ângulo

de tensão de tração (ζ) e coesão aparente ainda maiores dos utilizados nas

análises de estabilidade realizadas neste trabalho.

• Com a aplicação do efeito reforço das fibras na retro-análise do escorregamento

do aterro AS-1, mantendo-se para efeito de comparação com a análise

apresentada no relatório nº. 29965 IPT (1991) o mesmo ângulo de atrito, peso

específico, geometria, condição de poro-pressão (ru = 0,6), porém acrescentando

os parâmetros de reforço da fibras para RSU frescos (ângulo de tensão de tração,

ζ= 35º e a coesão aparente) para um fator de segurança unitário, o valor da

coesão do material encontrado (c = 2,0 kN/m2) foi bem menor do apresentado (c

= 13,5 kN/m2). Isso leva a crer que o material na hora do escorregamento

apresentava característica puramente granular. A parcela responsável pela

127

resistência ״coesiva era provinda do reforço das fibras ainda mais ״

evidenciadas por se tratarem de um material novo ainda pouco decomposto.

• A inclusão do efeito reforço das fibras nas análises de estabilidade de taludes de

RSU apresentou resultados de grande interesse para a mecânica dos resíduos.

Maiores valores de fator de segurança foram alcançados, pois as análises

consideram as propriedades e comportamento mecânico dos RSU como

resistência à tração, deformabilidade, tamanho dos materiais componentes, etc.

Os métodos clássicos de análise de estabilidade baseados nas características e

propriedades dos solos apresentam valores muito conservativos quando

aplicados a análises de RSU.

• Taludes mais íngremes e/ou cotas mais altas podem ser projetadas através da

análise de estabilidade de taludes com inclusão do efeito reforço das fibras desde

que as características destes RSU sejam conhecidas e estudadas. Com isso pode-

se otimizar e prolongar a vida útil de aterros sanitários.

• O programa computacional alemão GGU Stability utilizado neste trabalho

apresentou-se como uma ferramenta importante e de fácil utilização na análise

de estabilidade de taludes de RSU, pois possui em sua modelagem a

incorporação do efeito reforço das fibras através dos parâmetros de ângulo de

tensão de tração, coesão aparente (pseudo-coesão) e fator de correção de

inclinação das fibras em relação à superfície de ruptura.

6.3. SUGESTÕES PARA FUTURAS PESQUISAS

• Realização de ensaios de cisalhamento direto com amostras de grandes

dimensões utilizando RSU brasileiros;

128

• Determinação dos parâmetros de reforço das fibras na resistência ao

cisalhamento para os RSU brasileiros com diferentes idades;

• Verificar a influência da poropressão gerada pelo biogás no comportamento

mecânico dos RSU.

• Aumentar os locais de investigação das características dos resíduos incluindo as

morfológicas, considerando ainda a idade dos resíduos nesta avaliação.

129

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137

ANEXO 1 – SITUAÇÃO GERAL DO ATERRO BANDEIRANTES

SITUAÇÃO GERAL DO ATERRO BANDEIRANTES (AGOSTO DE 1991)

Figura 3.14 – Situação geral do Aterro Sanitário Bandeirantes

138

ANEXO 2 – RETRO-ANÁLISE DO ATERRO BANDEIRANTES AS-1

RETRO-ANÁLISE DA SEÇÃO LONGITUDINAL D NO ATERRO SANIÁRIO

BANDEIRANTES AS-1.

Figura A.2 – Superfície de ruptura com ru = 0,0 / c = 13,50 kN/m2 / FS = 2,25

139

Figura B.2 – Superfície de ruptura com ru = 0,3 / c = 13,50 kN/m2 / FS = 1,83

Figura C.2 – Superfície de ruptura com ru = 0,6 / c = 13,50 kN/m2 / FS = 1,38

140

Figura D.2 – Superfície de ruptura com ru = 0,0 / c = 2,00 kN/m2 / FS = 1, 80

Figura E.2 – Superfície de ruptura com ru = 0,3 / c = 2,00 kN/m2 / FS = 1, 41

141

ANEXO 3 – ANÁLISE DE ESTABILIDADE

ANÁLISES DE ESTABILIDADE DA SEÇÃO 01

Figura A.3 – Análise de estabilidade com software GGU-Stability, tendo ru = 0,0 e FS = 1,85 (sem efeito das fibras)

142

Figura B.3 – Análise de estabilidade com software GGU-Stability, tendo ru = 0,0 e FS = 2,43 (com efeito das fibras)

Figura C.3 – Análise de estabilidade com software GGU-Stability, tendo ru = 0,2 e FS = 2,15 (com efeito das fibras)

143

Figura D.3 – Análise de estabilidade com software GGU-Stability, tendo ru = 0,5 e FS = 1,72 (com efeito das fibras)

144

Figura E.3 – Análise de estabilidade com software Slope-W, tendo ru = 0,0 e FS = 1,722 (sem efeito das fibras)

Figura F.3 – Análise de estabilidade com software Slope-W, tendo ru = 0,2 e FS = 1,436 (sem efeito das fibras)

145

Figura G.3 – Análise de estabilidade com software Slope-W, tendo ru = 0,5 e FS = 1,00 (sem efeito das fibras)

146

ANÁLISES DE ESTABILIDADE DA SEÇÃO 02

Figura H.3 – Análise de estabilidade com software GGU-Stability, tendo ru = 0,0 e FS = 2,07 (sem efeito das fibras)

147

Figura I.3 – Análise de estabilidade com software GGU-Stability, tendo ru = 0,0 e FS = 2,23 (com efeito das fibras)

Figura J.3 – Análise de estabilidade com software GGU-Stability, tendo ru = 0,2 e FS = 1,68 (sem efeito das fibras)

148

Figura K.3 – Análise de estabilidade com software GGU-Stability, tendo ru = 0,2 e FS = 1,84 (com efeito das fibras)

Figura L.3 – Análise de estabilidade com software GGU-Stability, tendo ru = 0,5 e FS = 1,10 (sem efeito das fibras)

149

Figura M.3 – Análise de estabilidade com software GGU-Stability, tendo ru = 0,5 e FS = 1,24 (com efeito das fibras)

150

ANEXO 4 – VERSÃO TRADUZIDA NORMA ALEMÃ DGGT E 1-7 GDA

Recomendações da GDA Geotécnica dos Aterros Sanitários e

Resíduos Gerados

3ª Edição 1997

Publicado Pela Sociedade Alemã de Geotécnica e.V.

(DGGT)

E 1-7 Identificação de resíduos e grupos de matéria

1 Diversos

A identificação e descrição de resíduos apresentadas a seguir são feitas a partir dos aspectos da mecânica de resíduos e não a partir da classe de aterros sanitários usuais na técnica de retirada dos resíduos municipais. Ela deverá dar ao órgão responsável pelo descarte uma primeira informação sobre as características dos materiais contidos nos resíduos no tocante a seu processamento geotécnico. Para tanto, em uma primeira instância, os resíduos devem ser descritos quanto ao tipo (“identificação dos resíduos”) e quanto à sua condição. Da determinação do tipo de resíduo obtém-se as indicações para a análise dos grupos de substâncias, o que ocorre em segunda instância. As características do material a serem adotadas para o cálculo devem ser, como em todas as construções, testadas em amostras. Neste processo deverá ser observado que o exame ocorra em uma quantidade suficiente de amostras. No tocante ao exame das características do material, isto vale tanto para a mistura dos materiais (tipos de resíduos) quanto para os grupos de materiais.

2 Identificação dos resíduos

Composição dos resíduos

151

A composição dos tipos de resíduos aqui recomendada se apóia no folheto de instruções da LAGA, contudo apenas relaciona os tipos de resíduos que são acondicionados diretamente em aterros sanitários e dos quais se espera um comportamento mecânico especial. Para esta composição são levadas em consideração, desde que disponíveis e adequadas, as definições de resíduos usuais da técnica de retirada Resíduos Municipais, bem como as constantes no “Catálogo de Resíduos Sujeitos a Monitoramento Especial”, do Anexo C da Técnica de Retirada*) de Resíduos. Os números código pertinentes são indicados em parênteses.

1. Resíduos Municipais 1.1 Lixo Doméstico (911 01) Basicamente lixo doméstico, bem como resíduos industriais semelhantes a lixo

doméstico, que são retirados juntamente com o mesmo. 1.2 Lixo a granel (914 01) Resíduos sólidos, que são recolhidos separadamente do lixo doméstico em

virtude de seu volume. 1.3 Resíduos verdes Resíduos oriundos de jardins e praças públicas (917 01), resíduos de feiras

livres (916 01), resíduos biológicos coletados separadamente e resíduos industriais compostos basicamente de resíduos orgânicos ou componentes vegetais (cozinhas industriais ou semelhantes)

1.4 Resíduos industriais semelhantes a lixo doméstico Lixo oriundo de estabelecimentos comerciais, empresas, prestadoras de

serviço, estabelecimentos públicos e indústrias, desde que possam ser separados por tipo e quantidade e retirados como lixo doméstico ou junto com o mesmo. A coleta também pode ser feita separada do lixo doméstico.

1.5 Sedimentos de esgoto Sedimentos oriundos do tratamento de água de esgoto. 2. Restos de obras 2.1. Entulho (314 09) Substâncias minerais de construções mesmo que contendo um baixo índice de

partículas extrínsecas. 2.2. Resíduos de instalações de construção (912 06) Substâncias não minerais de operações de construção, também com baixo

índice de partículas extrínsecas. 2.3 Terras de escavação (313 11 e semelhante) Material rochoso e terra surgidas naturalmente ou já utilizadas, também

material contaminado. 2.4. Resíduos de obras em estradas/ruas (314 10)

152

Substâncias minerais que foram ligadas hidraulicamente com betume ou piche ou sejam utilizados na construção de estradas desprovidas de aglutinantes.

3. Resíduos específicos de produção Lixo oriundo da indústria, empresas e outras instalações, exceto resultante de

construções. 3.1. Sedimentos Resíduos com consistência similar a sedimentos, p.ex. sedimentos de água de

esgoto, sedimentos fecais, fezes e outros materiais semelhantes a sedimentos resultantes da produção.

3.2 Resíduos de queima Resíduos de produção de processos térmicos, como cinzas, escórias de carvão,

pós, etc. 3.3. Resíduos sólidos Resíduos de produção, cuja consistência não seja semelhante a sedimentos e

que não sofreram pré-tratamento térmico. 3.3.1 Resíduos de madeira (17) Resíduos de madeira resultantes do processamento e fabricação. 3.3.2 Resíduos de celulose, papel e papelão (18) 3.3.3 Resíduos contendo metal (35) 3.3.4 Resíduos plásticos, de borracha, de tecidos e têxteis (parcialmente 57, 58) 3.3.5 Outros resíduos 4. Resíduos mecânico-biológicos pré-tratados Complementarmente à identificação ocorre a descrição dos tipos de resíduos a

partir dos seguintes critérios de avaliação: ⎯ Tipo do fornecimento

P.ex. caminhões de lixo, caminhões de lixo a granel, caminhões container e caminhões basculantes

⎯ Origem p.ex. lixo doméstico, do comércio, da indústria, de instalações de purificação

⎯ Estrutura p.ex. misturas de lixo doméstico, sedimentos, de pavimentação, fibras/chapas/liços

⎯ Componentes distintamente predominantes p.ex. solos, lixo doméstico, resíduos verdes, sedimentos de esgoto e semelhantes.

153

Descrição do estado por ocasião do fornecimento

Como primeiro passo da qualificação das características do lixo com referência à sua relevância para a mecânica dos resíduos é feita uma descrição da condição do tipo de resíduo. Na descrição ampla da condição devem ser definidas características do lixo que não podem ser aventadas quando da análise da amostra. A descrição ocorre no âmbito do controle de entrada. Neste processo devem ser considerados os seguintes critérios:

⎯ Quantidade de lixo [t] ⎯ Volume de entrega estimado [m3]

Homogeneidade da substância • somente um tipo de lixo

• a mistura de diversos tipos de lixo (estimativa) • mistura de grupos de substâncias

basicamente misturado (p.ex. lixo doméstico, lixo misto), respectivamente. não misturado (p.ex. restos de alvenaria paralelamente a tapetes)

⎯ Correlação da mistura de substâncias • O lixo se desintegra no descarregamento em agregados isolados, p.ex. restos

de obra • O lixo se mantém aglutinado no descarregamento

p.ex. restos de cabos elétricos (enganchados, emaranhados, enrolados) p.ex. Sedimentos (aglutinados)

3 Análise dos grupos de substância dos resíduos

No tocante à análise dos grupos de substância, os dejetos são classificados e identificados quanto a grupos de substâncias. Os grupos de substâncias são escolhidos de tal maneira que grupos de substâncias isolados apresentem características de material similares com referência ao comportamento mecânico e estabilidade bioquímica. Definição dos grupos de substâncias Para a classificação ocorre uma divisão dos componentes de resíduos em 12 grupos de substâncias. Esta divisão se apóia, o tanto quanto possível, nas análises de resíduos convencionais, sendo que grupos de substâncias isolados que apresentem similaridade quanto às suas características mecânicas e estabilidade bioquímica foram consolidados (fraldas e papel). Grupos de substâncias que abrangem características mecânicas e estabilidade bioquímica diversas foram divididos (plásticos em plásticos duros e moles). A classificação dos grupos de substâncias se orienta nas possibilidades técnicas da análise de dejetos. Como uma classificação abrangente de uma amostra de resíduos não é praticável, são mantidos os menores grupos que foram quantificados através do peneiramento. ⎯ peças grandes

substâncias residuais de grande porte, que são compostos de diversos componentes, p.ex. móveis, colchões.

⎯ Papelão/Papel

154

substâncias residuais compostas basicamente de papel ou fibras semelhantes a papel, p.ex. papelão, embalagens de papel, papel, impressos, tapetes, fraldas.

⎯ Plásticos macios Despejos que se componham basicamente de substâncias sintéticas macias ou

cujas características sejam dominadas por tais substâncias, p.ex. embalagens (sacos de leite), lâminas, massas densas, borracha com:

• couro macio (revestimentos, forros de móveis) ⎯ Plásticos duros Despejos que se componham basicamente de substâncias sintéticas duras, p.ex.

embalagens (copos de iogurte), plásticos rígidos, pisos com couros duros (saltos de sapato)

⎯ Metais p.ex. metais ferrosos e não ferrosos. ⎯ Minerais Despejos que se componham basicamente de substâncias minerais ou que

apresentem um comportamento mecânico ou biológico similar (inertes) como vidro, cerâmica, e no caso de fornecimentos monotípicos: restos de combustão, solo.

⎯ Madeira ⎯ Orgânico Despejos que sejam de origem natural, orgânica, p.ex. vegetais, aparas de capim,

plantas, folhas secas. ⎯ Sedimentos ⎯ Restos de classificação: • Granulometria de 40 – 120 mm • Granulometria de 8 – 40 mm • Granulometria ≤ 8 mm Classificação a partir de grupos de substâncias: Para a descrição dos tipos de dejetos, estes são em primeira instância separados nos grupos de substâncias de acordo com o item 3.1. De acordo com o tipo de resíduo, pode-se renunciar a classificação por grupos de substâncias. P.ex. os sedimentos não têm de ser examinados quanto à presença de peças de grande porte. Do catálogo e da descrição dos tipos de resíduos e da divisão dos grupos de substâncias, obtemos a matriz apresentada sob a tabela 1-7.1. No formulário da matriz são registrados os contingentes dos grupos de substâncias de acordo com a classificação. A distribuição serve como base para o depositário na medição. Para grupos de substâncias que não ocorrem em tipos de resíduos distintos, os campos da matriz foram desabilitados. Condição dos grupos de substâncias: Os grupos de substâncias isolados são descritos através de parâmetros adequados no tocante às características relevantes para o tratamento geotécnico: ⎯ Formas e medidas ⎯ Estabilidade bioquímica ⎯ Conteúdo de água ⎯ Alteração da massa

155

Para a descrição das condições dos grupos de substâncias valem os seguintes parâmetros:

a) Forma e medidas A descrição geométrica dos grupos de substâncias é feita considerando-se Dimensões Dim 0: granulometria (sem comprimento lateral, i.e. ≤ 8 mm) Dim 1: fibras (um comprimento lateral em relação aos outros dois lados) Dim 2: (dois comprimentos laterais em relação a um terceiro) Dim 3: caixa (3 comprimentos laterais) ⎯ Tamanho da peça A classificação é feita de acordo com o peneiramento de resíduos com forma

semelhante a solos de acordo com DIN 18123 e de resíduos com forma não semelhante a solo com peneiramento de resíduos de 8 mm, 40 mm, 120 mm, a fração maior que 120 mm é novamente discernida visualmente em 500 mm e 1000 mm. A fração referente à cada processo de peneiramento da massa total dos grupos de substâncias é indicada em peso %-t.

b) Estabilidade bioquímica A estabilidade bioquímica dos resíduos descreve em quais proporções as

características mecânicas dos grupos de substâncias foram sujeitadas a alterações temporais. Através de uma descrição adequada da estabilidade bioquímica pode se renunciar a uma descrição da alteração dos parâmetros, dimensões e tamanhos individuais dos grupos de substâncias, bem como da alteração da compressibilidade, do teor de água e similares da mistura através de processos de transformação biológica, química e física. Para a definição do grau de decomposição do composto, pode ser aplicado o teste do auto-aquecimento e a definição da atividade de respiração. No momento está sendo trabalhado na uniformidade dos processos para a aplicação geral em resíduos.

c) Teor de água O teor de água influencia tanto o comportamento de flutuação dos grupos de

substâncias individuais quanto os tipos de resíduos. O conteúdo de água é definido através da secagem em duplo estágio da amostra a 70ºC e em seguida a 105ºC.

d) Alteração da massa Através da estabilidade bioquímica pode-se fazer um prognóstico de como se

alteram as condições mecânicas de um grupo de substâncias. Em virtude dos processos de transformação no corpo dos aterros sanitários, contudo, a parcela de determinado grupo de substâncias de uma mistura pode ser alterada através da perda principalmente de substâncias orgânicas. Ao mesmo tempo muda o parâmetro “massa do resíduo introduzido”, o qual é de substancial importância para a manipulação geotécnica. A alteração da massa é – tal qual a alteração da estabilidade bioquímica – um processo que ocorre com dependência temporal.

156

Os fatores que definem esta dependência temporal dos grupos de substâncias individuais ainda são pouco conhecidos. Para determinados tipos de resíduos existem resultados disponíveis [75].

Restos de Classificação

Tipos de Resíduos

Peça

s Gra

ndes

Pa

pel/F

ralda

s

Plás

tico m

acio

Plás

tico d

uro

Metai

s

Mine

rais

Made

ira

Orgâ

nico

Sedim

entos

Gran

ulome

tria 4

0 –12

0 mm

Gran

ulome

tria 8

– 40 m

m

Gran

ulome

tria ≤

8 mm

1. Resíduo classificado 1.1 Doméstico 1.2 Granel 1.3 Resíduos verdes 1.4 Lixo industrial semelhante a lixo doméstico 1.5 Sedimentos de esgoto 2. Restos de obras 2.1 Entulho 2.2 Resíduos de instalações de construção 2.3 Terras de escavação 2.4 Resíduos de obras em estradas/ruas 3. Resíduos específicos de produção 3.1 Sedimentos 3.2 Resíduos de queima 3.3 Resíduos sólidos 3.3.1 Resíduos de madeira 3.3.2 Resíduos de celulose 3.3.3 Resíduos contendo metal 3.3.4 Resíduos contendo plásticos 3.3.5 Outros resíduos 4. Resíduos mecânico-biológicos pré-tratados

157

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