34ª assembléia Nacional da ASSEMAE 16 a 21 de maio de 2004 Caxias do Sul RS Brasil

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1 34ª assembléia Nacional da ASSEMAE 16 a 21 de maio de 2004 Caxias do Sul RS Brasil QUATRO ANOS DE MONITORAMENTO DOS DESLOCAMENTOS VERTICAIS E HORIZONTAIS DO ATERRO SANITÁRIO DA EXTREMA PORTO ALEGRE - RS Marcelo da Silva Hoffmann Engenheiro Civil pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Funcionário do Departamento Municipal de Limpeza Urbana de Porto Alegre desde Lotado na Divisão de Destino Final desde a sua criação em Atuação direta na área de resíduos sólidos urbanos, exerceu atividades na Equipe de Aterros, na Equipe de Reaproveitamento e na Coordenação da Assessoria Técnica. Atual Diretor da Divisão de Destino Final. Endereço para correspondência Av. Azenha, n. 631 sala 44 - Bairro Azenha Porto Alegre/RS CEP: Correio e: hoffmann@dmlu.prefpoa.com.br Palavras Chave Aterros Sanitários, recalque, rupturas de taludes, método observacional, deslocamentos verticais, deslocamentos horizontais. 1. Apresentação O Departamento Municipal de Limpeza Urbana - DMLU é o órgão municipal que detém a atribuição legal de realizar a gestão pública e ambiental dos resíduos sólidos urbanos RSU do município de Porto Alegre, por meio do Sistema de Gerenciamento Integrado - SGI de limpeza, coleta, tratamento e disposição final, sendo o Aterro Sanitário da Extrema uma das unidades de disposição final de RSU que esteve em operação de 16 de junho de 1997 a 31 de dezembro de 2001, atualmente licenciado para a conclusão das obras de encerramento. 2. Introdução Os deslocamentos verticais e horizontais em aterros sanitários são grandezas de difícil equacionamento, em função da dificuldade de determinação de algumas variáveis durante a fase de projeto, entretanto tais grandezas são de fácil acompanhamento durante a execução do empreendimento, já que resume-se à instalação de marcos e levantamentos topográficos, além de tabulação e análise de dados. Este acompanhamento, devidamente instrumentado, poderá trazer benefício tanto durante a execução do projeto quanto para a concepção de novos projetos na mesma região ou em regiões semelhantes a região de estudo, já que servirá de ferramenta para a previsão de deslocamentos horizontais e verticais, além de auxiliar em estudos para determinação de alguns parâmetros geotécnicos utilizados nas verificações de estabilidade de taludes em aterros sanitários ASSEMAE - Associação Nacional dos Serviços Municipais de Saneamento 1

2 3. Objetivos O presente trabalho tem como objetivo principal o monitoramento dos níveis de segurança quanto à ruptura dos taludes ou colapso total da estrutura do Aterro Sanitário da Extrema. Para isso é utilizado o método observacional que possibilita o acompanhamento pleno do deslocamento horizontal e vertical da massa de resíduos do aterro, nos períodos de operação e após o seu encerramento. Este monitoramento, além de minimizar os riscos de acidentes de grandes proporções, podem trazer benefícios não só durante a execução do projeto mas também na concepção de novos projetos de aterros sanitários na mesma região ou em regiões semelhantes a região de estudo. Isso porque os dados e informações coletadas poderão servir como ferramenta na previsão de deslocamentos horizontais e verticais, além de auxiliar em estudos para determinação de alguns parâmetros geotécnicos utilizados nas verificações de estabilidade de taludes em aterros sanitários. 4. Descrição do Aterro Sanitário da Extrema O Aterro Sanitário da Extrema localiza-se na região sul do município de Porto Alegre nas encostas de um dos morros da cadeia do espigão, em um maciço de granito que conforma um promontório, mais especificamente na cava de uma antiga saibreira desativada a cerca de 26km do centro do município. O aterro entrou em operação em 16 de junho de 1997 e teve o seu encerramento em 31 de dezembro de Por situar-se em uma cava de extração de saibro, com taludes verticais de até 40m de altura (Reichert, 1997) o formato da área de disposição de resíduos é irregular afim de buscar o melhor aproveitamento da área, o perfil do aterro foi executado, conforme o projeto, com nove patamares de disposição de resíduos. Para a regularização da plataforma do aterro, à época, foi executado o rebaixamento do nível do lençol freático e posteriormente procedida a execução das camadas de impermeabilização. Esta impermeabilização foi feita em dupla camada: uma camada executada com 1m de argila compactada com coeficiente de permeabilidade inferior a 10-7 a segunda camada, sobre a primeira, foi feita com a instalação de geomembrana (manta de PEAD) com espessura de 2mm. A disposição dos resíduos no aterro foi executada em camadas, com espalhamento e compactação em rampa de inclinação 3H:1V, sendo que na conclusão de cada patamar, para a conformação dos taludes externos, esta inclinação foi executada com 2H:1V. Ao final de cada jornada de trabalho os resíduos eram sistematicamente cobertos com uma camada de solo (cobertura primária). O Aterro da Extrema não possui sistema completo para o tratamento de lixiviados, entretanto existe um prétratamento para estes efluentes. Este sistema é constituído por um filtro anaeróbio executado dentro do corpo do aterro no patamar inferior, com a utilização de 40cm de brita n.º 4 em uma área de 1ha, que recebe o lixiviado dos patamares superiores através de uma rede de drenagem interna. Após um tempo de detenção hidráulico este lixiviado é drenado e conduzido até um poço de bombeamento e daí para uma lagoa aerada. Após este prétratamento o efluente é transportado, através de caminhões-tanque, para Estações de Tratamento de Esgotos do DMAE (Departamento Municipal de Água e Esgotos) e da CORSAN (Companhia Riograndense de Saneamento). 5. Metodologia ASSEMAE - Associação Nacional dos Serviços Municipais de Saneamento 2

3 Para o monitoramento dos deslocamentos verticais e horizontais da massa de resíduos sólidos do Aterro Sanitário da Extrema, foram instalados 23 marcos topográficos de superfície, locados nas cristas dos taludes na parte frontal e lateral da área do aterro, conforme figura 1. Após a instalação de cada série de marcos foi realizado o levantamento topográfico de referência, afim de estabelecer as coordenadas NEZ locais (coordenadas cartesianas locais), tendo como referencia os marcos fixos previamente executados, em regiões estáveis, dentro da área do empreendimento. Os levantamentos topográficos foram executados por servidores da Divisão de Destino Final - DDF do Departamento Municipal de Limpeza Urbana - DMLU, através da utilização de uma estação total própria, que possui precisão de leitura até a casa do milímetro. O critério de locação dos marcos nas cristas dos taludes do aterro foram estabelecidos tendo em vista a característica geométrica do empreendimento, aterro de meia encosta (ver figura 2), tendo como base os seguintes parâmetros: - Seção transversal com maior altura; - Região da estrutura com maior potencial de rupturas locais e colapso total; - Critérios operacionais favoráveis do aterro. Após a conclusão das etapas de instalação e locação topográfica dos marcos, estão sendo executados sucessivos levantamentos topográficos para a leitura das coordenadas NEZ de cada marco. Realizado as leituras, os dados são transferidos para uma planilha eletrônica específica, onde são devidamente tabulados e analisados. 6. Características dos Resíduos Sólidos Urbanos 6.1. Composição Gravimétrica Os RSU são caracterizados por uma série de materiais gerados principalmente pelas atividades domésticas, sendo que a composição gravimétrica define o percentual destes materiais constituintes, destacando-se: papel, papelão, plásticos, panos/trapos, materiais ferrosos, vidro, borracha, matéria orgânica, etc.. Convém salientar que dentre estes componentes o teor de matéria orgânica - MO (sobras de alimentos, cascas de frutas, etc.) interfere diretamente no teor de umidade, na permeabilidade e no peso específico do RSU. No Brasil este percentual está na ordem de 50 a 60%, como pode ser verificado no trabalho de caracterização dos resíduos sólidos urbanos do município de Porto Alegre no qual se constatou que o teor de matéria orgânica facilmente biodegradável atingiu, no ano de 2000, 52,1% (Reis, 2000) Entretanto para os resíduos de Porto Alegre constatou-se uma redução deste percentual no ano de 2002, onde verificou-se que a fração de MO facilmente biodegradável foi de aproximadamente 44% (em peso úmido) Composição Granulométrica Inicialmente à geração os resíduos sólidos podem ser caracterizados como um material predominantemente granular com elevados percentuais de frações grosseiras. Entretanto ao longo do tempo, após disposição em aterro sanitário, esta característica pode ser acentuada, em função da decomposição da fração orgânica que gera subprodutos conduzidos para fora da célula do aterro através das redes de drenagem de efluentes (gás e lixiviados). Em contrapartida, no caso de disposição desordenadas a céu aberto (lixões), onde não são executadas redes de drenagem de gás e lixiviados, estes efluentes não são retirados da massa de resíduos, podendo ocasionar o acumulo de partículas finas em determinadas regiões, alterando sensivelmente a composição granulométrica do resíduo. ASSEMAE - Associação Nacional dos Serviços Municipais de Saneamento 3

4 6.3. Peso Específico A composição gravimétrica dos resíduos sólidos urbanos interfere diretamente no seu peso específico, conforme constatado em estudos realizados (Mitchell, 1983), além disso este parâmetro também recebe influências indiretas tais como: espessura e peso específico da camada de cobertura diária bem como a existência de procedimentos de remoção desta camada no início de cada jornada de trabalho, sistema e equipamento utilizado no espalhamento e compactação dos resíduos. Em função do adensamento natural da massa de resíduos devido ao acomodamento das partículas (recalque inicial) e da decomposição da matéria orgânica, recalque secundário, existe uma redução significativa do volume da célula do aterro, aumentando o peso específico médio dos resíduos ao longo do tempo. Outro fator que deve ser considerado é o aumento deste parâmetro com a profundidade devido ao incremento da sobrecarga, conforme comprovados pelos estudos realizado por (Kavazanjian, 1995), que passam de 6kN/m³ na superfície para 12kN/m³ à cerca de 40m de profundidade. Desta forma, o peso específico dos resíduos é parâmetro dependente de enumeras variáveis, conforme colocado anteriormente. Medições realizadas pelo DMLU comprovam, para os resíduos de Porto Alegre, um peso específico inicial de 7,5kN/m³ e 10,1kN/m³ através do sistema de espalhamento e compactação em rampa (3H:1V) atingidos com a compactação mecânica executada por tratores sobre esteiras equipados com lâmina frontal de massas 17 e 33 toneladas, respectivamente Teor de Umidade e Permeabilidade Conforme estudos divulgados referente ao teor de umidade do dos resíduos sólidos urbanos, é constatado na prática de execução de aterros sanitários e operação de unidades de triagem e compostagem que este parâmetro também depende de uma série de fatores, incluindo a composição gravimétrica inicial, as condições climáticas, o grau de decomposição biológica, o sistema de compactação e isolamento e o sistema de drenagem interno para a captação e drenagem dos efluentes líquidos e gasosos. Em função destes aspectos a variabilidade do teor de umidade fica da ordem de 30 a 130% em casos extremos sendo que, em geral, o teor de umidade aumenta com a profundidade. Assim como o teor de umidade, a permeabilidade sofre influência direta da composição gravimétrica do resíduo devido, principalmente, ao teor de matéria orgânica. Além disso o método executivo do aterro no que diz respeito ao sistema de espalhamento e compactação, também interfere neste parâmetro. Medições realizadas pelo DMLU, no aterro da Extrema, revelaram um coeficiente de permeabilidade na ordem de 1,4x10-2 cm/s para camada superficial de resíduo após a compactação mecânica. 7. Apresentação dos Resultados Nas figuras 3, 4 e 5 estão apresentadas os gráficos de movimentos horizontais e verticais da massa de resíduos do aterro acompanhados através dos marcos de estudo. A tabela 1 contém os dados da primeira e da última medições dos marcos em questão, onde estão as suas coordenadas iniciais e finais e os respectivos deslocamentos horizontais e verticais. 8. Conclusões e Recomendações Os deslocamentos verticais da massa de resíduos sólidos do Aterro Sanitário da Extrema (recalques), se enquadram nos valores esperados para empreendimentos desta natureza. Tendo em vista a pequena redução no ASSEMAE - Associação Nacional dos Serviços Municipais de Saneamento 4

5 incremento, é possível detectar um comportamento praticamente linear do deslocamento vertical em relação ao tempo. Entretanto, via de regra, tais deslocamentos possuem tendências crescentes porém à taxas decrescentes (movimento desacelerado) como verifica-se na figura 5. Também constata-se a tendência de estabilização dos três primeiros patamares em termos de deslocamentos, podendo-se verificar tal comportamento através das linhas de tendência polinômios M 107 e M 108 das figuras 3 e 4, tendo em vista o segmento horizontal na porção mais à direita das curvas em questão. A continuidade do monitoramento deverá estabelecer, para os resíduos gerados no município de Porto Alegre, um gráfico contendo a curva de recalque da massa de resíduos em função do tempo e da altura da célula do aterro. Muito embora havia uma expectativa de que tal análise pudesse ser realizada com quatro anos de monitoramento, constatou-se através das medições em campo que os movimentos no aterro, especialmente dos patamares superiores, ainda estão ocorrendo com grande intensidade, sendo necessário a continuidade da coleta de dados para possibilitar estudos mais conclusivos. Mesmo com o monitoramento sendo realizado a mais de quatro anos ainda é prematuro estabelecer afirmações quanto a estabilidade dos taludes internos do aterro, devido à não estabilização dos movimentos dos patamares superiores. Segundo HOFFMANN et al. (2002) em geral as verificações de estabilidade feitas através dos métodos convencionais tais como Fellenius e Bishop modificado, que levam em consideração os parâmetros de resistência coesão e ângulo de atrito interno, não apresentam resultados confiáveis em função de algumas variáveis de difícil determinação que influenciam diretamente nestes dois parâmetros, tais como: teor de umidade, percentual de fibras, eficiência das redes de drenagem, sistema de compactação e material de cobertura, ainda somadas a estas incertezas está a variação destes parâmetros ao longo do tempo. Entretanto cabe salientar que através da análise da serie histórica dos dados obtidos, descartamos a possibilidade de colapso total da estrutura do aterro, já que no período de estudo não houveram movimentações nos marcos M102, M2, M103 e M104, que estão locados no dique, executado com saibro compactado, que forma o primeiro talude do aterro, bem como os patamares inferiores já encontram-se em estado avançado de estabilização em termos de deslocamentos. Convém ressaltar que segundo a NBR 11682/1991, que determina o grau de risco do processo de movimentos de massa de solo, o movimento da massa de resíduos sólidos no aterro da extrema estaria enquadrada no grau de risco médio. Cabe ressaltar que não foi encontrado, na bibliografia consultada, estudos que revelam a medição dos deslocamentos horizontais ocorridos em aterros de resíduos sólidos urbanos imediatamente antes à ruptura, tampouco o tempo entre os primeiros sinais de ruptura e o colapso da estrutura. Estes dados seriam de elevada importância durante a aplicação do método observacional, já que uma simples comparação poderia antecipar medidas corretivas quando as leituras verificadas ultrapassassem os coeficientes de segurança adequados para o caso. 9. Referências Bibliográficas HOFFMANN, M. S., RODIGHERI E., COTRIM, S. L. S., REICHERT, G. A., Deslocamentos Verticais e Horizontais Verificados no Aterro da Extrema em Porto Alegre III Simpósio Internacional de Qualidade Ambiental Gestão Ambiental Urbana e Industrial Maio de ASSEMAE - Associação Nacional dos Serviços Municipais de Saneamento 5

6 MAHLER, C. F.; NETO, A. L. Análise da estabilidade do vazadouro da rua Duarte da Silveira (Petrópolis), considerando o efeito das fibras. XXVII Congresso Interamericano de Engenharia Sanitária e Ambiental. III 118. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental, NBR 11682/1991 Estabilidade de Taludes Procedimentos. ABNT - Associação brasileira de Normas técnicas. PROJESUL. Projeto executivo do aterro sanitário da extrema, REICHERT, G. A.; DOS ANJOS, I.; Aterro Sanitário da Extrema, Congresso brasileiro de engenharia sanitária e ambiental, 19, Foz do Iguaçu. Anais Foz do Iguaçu. ABES, pp REIS, M. F. P.; REICHERT, G..A.; BRITO, M. J. S. Segregação na origem: Uma solução para a qualificação do composto produzido em unidades de triagem e compostagem de resíduos sólidos. XXVII Congresso Interamericano de Engenharia Sanitária e Ambiental. III 108. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental, Tabela 1: Coordenadas iniciais e finais dos pontos em estudo Marco Coordenadas (m) em 26/10/2000 Coordenadas (m) em 11/03/2004 Deslocamento (m) X Y COTA X Y COTA Horizontal Vertical M , , , , , ,281 0,156-0,038 M , ,118 99, , ,080 99,058 0,100-0,032 M , ,838 98, , ,774 98,879 0,087 0,001 M , ,046 99, , ,998 99,007 0,050-0,049 M , , , , , ,230 0,732-1,085 M , , , , , ,723 0,184-1,053 M , , , , , ,984 0,275-0,898 M , , , , , ,410 0,653-1,824 M , , , , , ,288 0,701-1,730 M , , , , , ,582 1,329-2,188 M , , , , , ,253 1,167-2,604 M , , , , , ,490 1,481-2,664 M , , , , , ,014 1,380-2,609 M , , , , , ,350 1,735-2,667 M , , , , , ,162 1,539-3,184 M , , , , , ,752 1,770-3,265 M , , , , , ,466 1,812-3,562 M , , , , , ,883 1,986-3,734 M , , , , , ,791 2,183-3,772 M , , , , , ,795 2,182-4,023 M , , , , , ,454 2,346-4,019 M , , , , , ,296 2,363-4,236 M , , , , , ,388 2,546-3,857 Fonte: DMLU ASSEMAE - Associação Nacional dos Serviços Municipais de Saneamento 6

7 Açude T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 T11 T12 M 102 M 1C Dreno de descida dos lixiviados até o filtro anaeróbio Cerca M 2 M 103 M 101 T13 M 104 M 112 M 107 T14 M 110 M 117 M 109 M 113 M 116 M 120 M 118 M 119 M 122 M 123 M 105 Figura 1: Locação dos marcos no aterro Acesso interno Acesso interno Acesso interno Colchão Reno (Gabião) para drenagem pluvial Escritório Refeitório Colchão Reno (Gabião) para drenagem pluvial Cerca M 3 M 106 M 108 M 111 M 115 M 121 M 114 ASSEMAE - Associação Nacional dos Serviços Municipais de Saneamento 7

8 Figura 2: Perfil longitudinal do Aterro Sanitário da Extrema Barreira Vegetal Cerca T14 T T T11 T T9 125 T8 120 T7 T Barreira Vegetal T3 T2 T1 T4 T Perfil Logitudinal do Aterro Concluído Esc. Horizontal: 1:1000 Esc. Horizontal: 1:500 Figura 3: Gráfico do movimento vertical dos marcos em função do tempo Recalque (m) 4,60 4,40 4,20 4,00 3,80 3,60 3,40 3,20 Fim da Operação 31/12/ Deslocamentos Verticais (m) 3,00 M 111 2,80 M 112 2,60 M 113 2,40 M 114 2,20 M 115 2,00 M 116 1,80 M 117 1,60 M 118 1,40 M 119 1,20 M 120 1,00 M 121 0,80 M 122 0,60 M 123 0,40 M 2 0,20 Polinômio (M 107) 0,00-0, Polinômio (M 122) Tempo (dias) Polinômio (M 115) Polinômio (M 108) M 101 M 102 M 103 M 104 M 105 M 106 M 107 M 108 M 109 M 110 ASSEMAE - Associação Nacional dos Serviços Municipais de Saneamento 8

9 Figura 4: Gráfico do movimento horizontal dos marcos em função do tempo Deslocamento (m) 2,80 2,70 2,60 2,50 2,40 2,30 2,20 2,10 2,00 1,90 1,80 1,70 1,60 1,50 1,40 1,30 1,20 1,10 1,00 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 Fim da Operação 31/12/ Deslocamentos Horizontais (m) 0,10 M3 0,00-0, Polinômio (M123) -0,20 Polinômio (M111) Tempo (dias) M1C M101 M102 M103 M104 M105 M106 M107 M108 M110 M111 M112 M113 M114 M116 M117 M118 M119 M120 M121 M122 M123 M2 Polinômio (M108) Polinômio (M117) Figura 5: Gráfico do movimento vertical do marco 121 em função do tempo 7 Acompanhamento do recalque do M121 (1.707 dias) /03/04 Recalque (m) 4 3 y = -8E-07x 2 + 0,0635x ,2 R 2 = 0,9949 y = 0,0035x - 126,9 R 2 = 0, /07/ /03/ /05/ /08/ /10/ /12/ /03/ /05/ /08/ /10/ /01/ /03/ /06/ /08/ /11/ /01/ /04/ /06/ /09/ /11/ /01/ /04/ /06/ /09/ /11/ /02/ /04/ /07/2004 Data ASSEMAE - Associação Nacional dos Serviços Municipais de Saneamento 9