V Catapreta-Brasil-1 AVALIAÇÃO DA DENSIDADE DE RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS DISPOSTOS EM UM ATERRO EXPERIMENTAL

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1 V Catapreta-Brasil-1 AVALIAÇÃO DA DENSIDADE DE RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS DISPOSTOS EM UM ATERRO EXPERIMENTAL Cícero Antônio Antunes Catapreta Engenheiro Sanitarista da Superintendência de Limpeza Urbana de Belo Horizonte. Doutorando em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos (UFMG). Mestre em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos (UFMG). Engenheiro Civil (PUC Minas). Gustavo Ferreira Simões (1) Prof. Adjunto do Depto. de Engenharia de Transportes e Geotecnia da UFMG. Mestre e Doutor em Engenharia Civil (PUC Rio). Engenheiro Civil (UFMG). Raphael Tobias de Vasconcelos Barros Professor - Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental (DESA/UFMG) Endereço (1) : Departamento de Engenharia de Transportes e Geotecnia. Av. do Contorno, 842/608 Centro CEP: Belo Horizonte MG Brasil - Tel: (31) gfsimoes@etg.ufmg.br RESUMO Este trabalho tem como objetivo apresentar os resultados preliminares dos estudos desenvolvidos para avaliação da compactação de resíduos sólidos urbanos (RSU), a partir da realização do monitoramento e controle de um aterro experimental de RSU. São descritos aspectos relativos à sua concepção do aterro experimental e os procedimentos para execução dos ensaios e controle in situ. A compactação dos resíduos foi realizada com trator de esteiras, com monitoramento permanente, fazendo variar parâmetros construtivos relacionados ao número de passadas do equipamento e à inclinação do plano de compactação. A relação entre o teor de umidade e o peso específico seco obtida para os RSU caracteriza-se pela redução do peso específico seco com o aumento da umidade. Os resultados mostram ainda que a energia de compactação imprimida às camadas de resíduos, em termos do número de passadas do equipamento, apresenta pouca influência no processo para um número maior de passadas. PALAVRAS-CHAVE: aterros sanitários, compactação, resíduos sólidos urbanos, monitoramento. INTRODUÇÃO Os aspectos operacionais que envolvem as atividades de diárias de disposição de resíduos sólidos urbanos (RSU) em aterros sanitários acabam sendo pouco conhecidos e/ou monitorados, o que dificulta a adoção de critérios sistemáticos de operação dos aterros. Da mesma forma, devido à falta de registros operacionais de aterros sanitários, torna-se difícil, muitas vezes, acompanhar ou referendar o preconizado em projetos e na literatura especializada. Dentro deste contexto, o controle da densidade dos resíduos dispostos em um aterro sanitário configura-se como um dos parâmetros operacionais mais importantes, uma vez que influencia em todo o sistema de disposição, tanto do ponto de vista ambiental quanto geotécnico. Uma boa compactação pode prolongar a vida útil do aterro no mínimo a garante -, o que é cada vez mais 1

2 vantajoso diante das dificuldades para implementação destes empreendimentos. No atual estágio do Brasil, a única alternativa para os resíduos sólidos é a disposição nos aterros (embora na prática o que se verifica são os lixões), devendo receber a maior parte dos resíduos sólidos uma vez que não há reciclagem nem incineração em larga escala. Ao longo do tempo de operação de um aterro sanitário, a constante deposição de camadas sobrepostas de resíduos e o processo de decomposição da matéria orgânica acabam por promover uma redução volumétrica do aterro e alterar ao seu comportamento geotécnico, principalmente em relação à sua estabilidade. Portanto, uma boa compactação garante, também, aos maciços de um aterro sanitário condições estruturais e de estabilidade (CATAPRETA et al., 2003). A compactação dos resíduos associada ao conhecimento do processo de decomposição da matéria orgânica permite identificar melhor as mudanças geotécnicas que podem ocorrer em um aterro sanitário, principalmente em relação a sua estabilidade e aos possíveis recalques. Vários fatores podem afetar a compactação dos RSU em aterros sanitários, sendo os principais: a composição dos resíduos (há materiais não compactáveis, como entulhos); a espessura das camadas de resíduos a serem compactadas (deve-se evitar o efeito arco ); o tipo, peso e velocidade dos equipamentos empregados na compactação (a escolha entre tratores de esteira, trator de pneu e trator com cilindros de tipo pé de carneiro permite alterar as pressões exercidas sobre os resíduos); a umidade dos resíduos; a inclinação da rampa de compactação e o número de passadas executadas pelo equipamento compactador. Como se depreende desta lista, a maior parte das variáveis depende exclusivamente dos procedimentos operacionais, entre os quais se inclui a escolha do equipamento. OBJETIVO Este trabalho tem por objetivo apresentar e discutir os resultados obtidos no controle operacional da disposição de resíduos sólidos urbanos em um aterro experimental, destacando a relação entre densidade, número de passadas dos equipamentos compactadores e inclinação da rampa de aterragem. METODOLOGIA 1. Aterro Experimental O aterro experimental está localizado na Central de Tratamento de Resíduos Sólidos Urbanos da BR 040 (CTR 040), em Belo Horizonte, sobre o topo nivelado de uma antiga célula de disposição já encerrada (Célula AC 01). A seleção da área procurou conciliar alguns fatores, tais como: dimensões do aterro experimental prevista em projeto, facilidade de acessos, proximidade à infraestrutura de apoio (máquinas, mão-de-obra etc.) e, principalmente, não interferência com a operação diária do aterro. O aterro experimental ocupa uma área de aproximadamente m 2 e é circundado por um dique de contenção, o qual teve a função apenas estrutural e de facilitar a disposição de RSU. Os taludes laterais deste dique, tanto interna quanto externamente, tiveram inclinações definidas em 1(H):1(V). As dimensões externas do aterro foram 71,50 m x 73,60 m, enquanto que as internas foram 51,80 m x 52,80 m. No intuito de propiciar uma melhor avaliação operacional do aterro, o mesmo foi dividido em seis faixas de trabalho de aproximadamente 10 ou 12 m de largura, onde foi estudada a influência do número de passadas e das inclinações da rampa de aterragem nas densidades obtidas. O número de passadas considerado neste trabalho refere-se a um ciclo completo do equipamento (ida e volta). 2

3 Figura 1 - Faixas de trabalho do aterro experimental Figura 2 - Vista geral do aterro experimental Conforme descrito por CATAPRETA et al (2003), o estabelecimento de índices de compactação dos RSU é complexo em função das variáveis que influenciam o processo, principalmente no que diz respeito às suas características, o tipo de equipamento utilizado e aos aspectos operacionais propriamente ditos. Nesse sentido, conhecer as características dos resíduos dispostos torna-se necessário, uma vez que podem influenciar diretamente sua compactação. No caso do aterro experimental, foram dispostos RSU de Belo Horizonte, cujas características indicam alto teor de matéria orgânica e elevada umidade (SMLU, 2003). De maneira geral, os resíduos sólidos urbanos se constituem de materiais variados: em Belo Horizonte, eles são cada vez mais volumosos com a proporção de embalagens principalmente plásticos e papéis - aumentando progressivamente, repetindo fenômenos de alteração das proporções de seus constituintes já identificados em outros países mais avançados. No entanto, a maior parte dos resíduos domésticos coletados ainda é matéria orgânica. Quase metade da produção diária total, em massa, é de entulhos, que ainda são aterrados servindo como material de cobertura para os demais resíduos. Estes materiais que constituem resíduos de construção/demolição são praticamente incompressíveis, ocupando portanto enormes volumes no aterro. Na cidade, há 3 estações de reciclagem deste material, uma delas tendo sido inaugurada em meados de 2006 na própria área do aterro. No Brasil, de maneira geral, usam-se tratores de esteira (ou de lagarta), equipamento versátil que se aplica a outros usos municipais. A maior parte das cidades de pequena população não pode se permitir manter um equipamento destes exclusivamente para as tarefas de espalhamento e compactação de seus resíduos, ainda que esta seja a técnica indicada. No caso de BH, a enorme quantidade de resíduos que chegam ao aterro impõe a utilização de quase 10 tratores durante o dia, além de um que trabalha durante a noite A boa técnica manda o espalhamento e a compactação de baixo para cima num pequeno ângulo ascencional, aumentando com isto a pressão das lagartas sobre os resíduos, em um número de passadas que varia normalmente entre 3 e 5 (idas e voltas). As saliências das esteiras, além de garantirem a tração do trator sobre o material heteróclito que constituem os resíduos, ajudam a compactá-los. 2. Teor de Umidade A determinação do teor umidade dos RSU foi realizada por meio da coleta de uma amostra dos resíduos sólidos (100 litros) e procedido do processo de quarteamento desta até a obtenção de uma massa final de aproximadamente 2 kg. Esta amostra foi então repartida em duas sub- 3

4 amostras, que foram colocadas em bandejas de alumínio, pesadas e levadas à estufa por um período inicial de 24 horas a 65ºC, seguidas de 4 horas a 105ºC, para determinação do teor de umidade, em base úmida. 3. Densidades dos RSU Dispostos A densidade dos resíduos aterrados foi avaliada por meio do controle topográfico da frente de operação e dos valores diários de pesagem de resíduos nas balanças do aterro sanitário. Os valores foram calculados em base úmida. A densidade foi medida para o conjunto de resíduos sólidos aterrados, ainda que este aterramento se dê de modo convencional, em duas etapas: a primeira, só com os resíduos sólidos propriamente ditos (junto dos quais pode vir alguma pequena quantidade de entulho), e a segunda com o material de cobertura (normalmente, entulhos). A densidade do entulho não foi medida quando da caracterização gravimétrica dos demais resíduos sólidos. 4. Inclinação da Rampa de Aterragem Durante a aterragem de resíduos, foram instalados gabaritos na frente de operação, para possibilitar o controle da inclinação da rampa de aterragem. Estes gabaritos consistiam de 2 pedaços de madeira, amarrados formando o ângulo de inclinação das células que se pretendia conseguir na prática. No entanto, a dinâmica de operação e preenchimento do aterro (tempo de enchimento e volume de resíduos) impediu a execução das diversas inclinações previstas inicialmente, bem como o uso do gabarito se mostrou inviável. Os valores das inclinações foram obtidos por meio de registro topográfico. 5. Equipamentos Aterros em países avançados utilizam outros equipamentos compactadores que não têm esteiras: como seu lixo é mais seco (menor quantidade de matéria orgânica) que o brasileiro, as rodas metálicas com gomos se mostram mais eficientes que as esteiras, típicas dos tratores comumente empregados aqui. Além disto, a disponibilidade de tratores, tanto aqueles de propriedade dos municípios quanto os oferecidos pelno mercado, no caso de terceirização deste serviço de compactação, impede a utilização de qualquer outro equipamento. Tabela 1 Características dos equipamentos utilizados para compactação marca tipo esteiras velocidade peso largura comprim área (km/h) (kg) (m) (m) (m 2 ) Fiat 14CT 0,50 3,89 1, New Holland D170 0,50 4,01 2,005 7, Para a compactação dos resíduos, foram utilizados tratores de esteiras com lâmina, modelos FIAT Allis 14CT e New Holland D170. O trator de esteiras FIAT 14 CT possui duas esteiras com largura de 50 cm e comprimento de 3,89 m, que resulta em uma área de contato de 1,945 m 2. As velocidades de trabalho são 6,0 km (avante em 2ª marcha) e 7,50 km (marcha a ré em 2ª marcha). Já o equipamento New Holland possui esteiras com largura de 0,50 cm e comprimento de 4,01 m, que resulta em uma área de contato de 2,005 m 2 e velocidades idênticas às do equipamento FIAT. O peso operacional dos tratores é de kg e kg, para o New Holland e Fiat Allis, respectivamente. Há que se esclarecer que ambos pertencem ao mesmo grupo econômico, tendo dimensões bastante parecidas. RESULTADOS E DISCUSSÃO Mostram-se aqui os resultados obtidos durante as medições em campo, sendo que os de composição gravimétrica dos resíduos sólidos foram obtidos em outro experimento, alguns meses antes. 4

5 Tabela 2 - Composição gravimétrica média de RSU de Belo Horizonte (SMLU, 2003) Componentes (%) Matéria orgânica 61,59 Papel / papelão 9,53 Plástico 10,88 Metais 2,29 Vidros 2,85 Entulho 2,85 Espuma, isopor, cerâmica. 0,65 Madeira, tecido, borracha, couro 4,04 Resíduo perigoso doméstico 0,18 Resíduo de serviço de saúde 0,27 Automotivos 0,26 Rejeitos 4,60 Total Geral 100,00 Na Tabela 2 é apresentada a composição gravimétrica dos RSU dispostos. Observa-se que, mesmo dentro dos resíduos sólidos domésticos, ainda aparece algum entulho, em proporções reduzidas, bem como o item de rejeitos. Outros constituintes estão dentro das faixas normalmente verificadas para cidades semelhantes a B. Horizonte. Destaca-se o alto teor de matéria orgânica presente (62%), o qual propicia uma umidade em torno de 60%. Esta umidade é semelhante aos resultados obtidos por CATAPRETA et al (2005b) no aterro sanitário de Belo Horizonte, onde foram observadas densidades médias variando de 0,7 a 1,1 t/m 3 para uma umidade em torno de 56%. Nas Tabelas 3 e 4 podem ser observadas as quantidades de resíduos dispostos no aterro experimental, em termos de massa e volume, bem como a quantidade por faixa de trabalho. Tabela 3 - Quantidade (kg) de resíduos sólidos dispostos no aterro experimental, por faixa de trabalho Na Tabela 5, podem ser observados os valores obtidos para as densidades dos RSU dispostos no aterro experimental, bem como as inclinações da rampa de aterragem obtidas e o número de 5

6 passadas dos equipamentos compactadores. A linha de valores absolutos refere-se à relação entre a massa total de resíduos dispostos e o volume total de cada faixa de trabalho. A linha de inclinação da rampa apresenta a componente horizontal da relação 1H:1V. Nota-se uma variação significativa dos valores observados, dentro das faixas de trabalho. No entanto, dada a complexidade de execução do controle dessa operação e os diversos fatores que podem influenciar a compactação dos resíduos, os valores apurados estão dentro do esperado, indicando um bom desempenho dos equipamentos empregados. A análise das faixas 2, 4 e 5 permite avaliar a influência do número de passadas no valor da densidade obtida, já que as inclinações das três faixas são relativamente semelhantes. Os dados obtidos confirmam baixas densidades para apenas 3 passadas (0,59 t/m 3 ) e sugerem pouco ganho no valor final das densidades quando o número de passadas vai de 5 para 7 (de 0,80 t/m 3 para 0,83 t/m 3 ). Considerando as faixas 1, 3 e 5, que apresentam inclinações semelhantes, observam-se valores de densidade também semelhantes, o que de certa forma sugere que a energia de compactação dos equipamentos compactadores foi aproximadamente constante, indicando uma regularidade na execução desta atividade. Tabela 4 - Volume (m 3 ) de resíduos sólidos dispostos no aterro experimental, por faixa de trabalho Curiosamente, a máxima densidade foi obtida na faixa 6, que apresenta a rampa mais suave (4,6H:1V), contrariando o que normalmente vem sendo preconizado na literatura (3H:1V) (e.g. TCHOBANOGLOUS et al, 1993). Não foi possível realizar comparações entre as densidades observadas e as inclinações da rampa de compactação, o que prejudicou a análise destes parâmetros. Outro experimento (Catapreta, 2003) verificou que, entre 0,8 e 1,0 t/m 3 de densidade, a inclinação da rampa de compactação não influi tanto. 6

7 Tabela 5 - Densidades obtidas por faixa de trabalho (em t/m 3 ) Nas Figuras 3 a 6 podem ser observadas algumas etapas da disposição de resíduos no aterro experimental. Figura 3 - Disposição de resíduos sólidos no aterro experimental Figura 4 - Camada de resíduos sólidos no aterro experimental Figura 5 - Execução de cobertura intermediária Figura 6 - Execução de cobertura final 7

8 CONCLUSÕES O trabalho reitera a necessidade de se fazer um controle permanente da compactação. Razões geotécnicas e de optimização da capacidade volumétrica, cada vez mais necessárias, por si já justificam estes cuidados. Ainda que o controle possa ser feito com gabaritos, com técnicas de topografia e com análises volumétricas, a observância das técnicas de campo pelos tratoristas é insubstituível. O aprendizado dos tratoristas/operadores e dos apontadores/administradores, e ligeiros aperfeiçoamentos dos procedimentos de compactação no aterro, acabam tornando menos rígida a execução de controles, uma vez que já se sabe de antemão que tais procedimentos, embora simples mas sendo bem observados, funcionam a contento. O trabalho apresentou o controle das densidades dos RSU dispostos no aterro experimental implantado em Belo Horizonte. Dentre os resultados observados, pode-se dizer que a densidade dos resíduos encontra-se dentro do esperado, constatando obviamente que, quanto menor for o número de passadas, menores são as densidades obtidas. Por outro lado, um número excessivo de passadas parece não conferir aumentos significativos das densidades dos RSU. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. CATAPRETA, C.A.A.; SIMÕES, G.F. e BARROS, R.T.V. Célula experimental de grandes dimensões para disposição de resíduos sólidos domiciliares: implantação, resultados preliminares e propostas. Anais do ISWA 2005 World Congress and Exhibition, Buenos Aires, 2005a. 2. CATAPRETA, C. A. A., SIMÕES. G. F., BATISTA, H. P.; MARTINS, H. L. Avaliação da Compactação dos RSU Dispostos no Aterro Sanitário da BR 040 em Belo Horizonte MG. [CD ROM]. In: 5º Congresso Brasileiro de Geotecnia Ambiental REGEO'2003. Porto Alegre/RS: ABMS, 2003; 3. CATAPRETA, C. A. A., SIMÕES, G. F., BATISTA, H. P., OLIVEIRA, A. F.G, OLIVEIRA, L. C. M. Influência da umidade e fatores operacionais na compactação de resíduos sólidos urbanos no aterro sanitário de Belo Horizonte, MG. [CD ROM]. In: 23º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental. Campo Grande, MS, 2005b. 4. SMLU Secretaria Municipal de Limpeza Urbana. Caracterização dos Resíduos Sólidos Domiciliares de Belo Horizonte. Belo Horizonte: SMLU, julho/ TCHOBANOGLOUS, G., THIESEN, H., VIGIL, S. A.. Integrated Solid Waste Management Engineering Principles and Management Issues. McGraw-Hill International Editions. 978p