III REFORÇO DA DRENAGEM DE GASES NO ATERRO SANITÁRIO DA EXTREMA - ESTUDO DE CASO

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1 III REFORÇO DA DRENAGEM DE GASES NO ATERRO SANITÁRIO DA EXTREMA - ESTUDO DE CASO Sérgio Luis da Silva Cotrim (1) Engenheiro Civil pela Universidade Federal do Rio do Sul - UFRGS em Mestre em Engenharia de Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental pelo Instituto de Pesquisas FOTOGRAFIA Hidráulicas (IPH) da UFRGS em Doutorando do curso de Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental pelo IPH da UFRGS. É engenheiro do Departamento Municipal NÃO de Limpeza Urbana de Porto Alegre - DMLU - desde DISPONÍVEL Geraldo Antônio Reichert Engenheiro Civil pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS, em Especialista em Hidrologia pelo Instituto de Pesquisas Hidráulicas (IPH) da UFRGS em Curso de Especialização em Gerenciamento de Resíduos Sólidos Urbanos no Japão em Mestre em Engenharia de Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental pelo IPH/UFRGS em É engenheiro do Departamento Municipal de Limpeza Urbana de Porto Alegre - DMLU - desde Endereço (1) : Rua João Passuelo, Porto Alegre - RS - CEP: Brasil - Tel. (51) cotrin@dmlu.prefpoa.com.br RESUMO O presente trabalho apresenta as técnicas adotadas para solucionar os problemas de drenagens que surgiram nos taludes dos primeiros patamares do Aterro Sanitário da Extrema, identificados a partir do afloramento de lixiviados que fluíram pelas fissuras naturais do selamento superficial de argila, e tendo como causa a excessiva produção de biogás. Também é discutido a metodologia aplicada para o dimensionamento e execução de sistemas de drenagem de lixiviados e gases, ponderando os modelos teóricos com a praticidade de sua aplicação e verificando a sua adequação às necessidades da obra e aos problemas identificados durante a execução do Aterro. PALAVRAS-CHAVE: Aterro Sanitário, Biogás, Drenagem de Gases. INTRODUÇÃO Este trabalho tem por objetivo abrir a discussão sobre os modelos utilizados para o dimensionamento dos sistemas de drenagens de aterros sanitários de grande porte a partir do estudo de caso dos problemas de drenagem encontrados no Aterro Sanitário da Extrema. Os processos de produção e fluxo de gases e líquidos no interior de aterros sanitários são fenômenos que ainda não estão totalmente equacionados. O dimensionamento destes sistemas de drenagens aplica equações de fluxo em meio poroso com um certo coeficiente de segurança, sendo os drenos horizontais dimensionados para os líquidos e os verticais para os gases, mas, de acordo com as observações durante a execução destes aterros, nota-se que ambos os drenos, verticais e horizontais, conduzem gases e líquidos, sendo que em alguns casos conduzem os líquidos com fluxo ascendente. Os sistemas de drenagens executados com pedra britada, depois de alguns meses de funcionamento, começam a operar, também, como filtros biológicos anaeróbios reduzindo as cargas orgânicas dos lixiviados, mas tendo como conseqüência uma grande produção de biogás e a possível colmatação biológica, que reduzem a capacidade de escoamento nestes drenos. Não são raros os casos em que há a necessidade de se reforçar os drenos de gases e líquidos nos aterros devido a pontos de fuga que afloram sem, a princípio, uma explicação lógica e aceitável para este fenômeno, e este trabalho mostra estes problemas encontrados no Aterro Sanitário da Extrema e as soluções adotadas para resolvê-los. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 1

2 DESCRIÇÃO DO ATERRO SANITÁRIO DA EXTREMA O Aterro Sanitário da Extrema é o primeiro Aterro municipal licenciado e executado para o recebimento de resíduos classe II no Estado do Rio Grande do Sul, tendo um sistema de impermeabilização de base com dupla camada, semelhante ao utilizado para resíduos perigosos Classe I, ou seja uma camada de um metro de argila compactada sobreposta por uma camada de geomembrana de polietileno de alta densidade (PEAD) de 2 mm de espessura, tendo uma impermeabilização superficial composta por uma camada de argila compactada de 60 cm. O sistema de drenagem foi dimensionado utilizando-se conceitos aceitos internacionalmente, baseado na lei de Darcy para escoamento em meio poroso aplicando a vazão máxima, que foi calculada a partir da precipitação máxima para um tempo de concentração de 15 minutos e um coeficiente de escoamento superficial de 10 %, aplicada no patamar de maior área superficial. Um sistema possivelmente pioneiro para o tratamento de lixiviados, foi a execução de um filtro anaeróbio na base do aterro, no primeiro patamar, composto por uma camada de brita n o 05 com 40 cm de espessura em uma área de 1,0 ha. Estas dimensões proporcionam um tempo de detenção hidráulica de trinta e três dias para a vazão média de projeto, que é de 76,9 m 3 /dia. A operação deste aterro iniciou em junho de 1997, com um aporte diário gradativo de resíduos, sendo que atualmente recebe cerca de 550 toneladas por dia. DESCRIÇÃO DO PROBLEMA DE DRENAGEM Por volta do mês de setembro de 1998 observou-se o aparecimento de alguns pontos com afloramento de lixiviados nos taludes laterais, já conformados e impermeabilizados, dos primeiros patamares concluídos que têm na sua base o filtro anaeróbio. Inicialmente foram tomadas medidas pontuais para a solução do problema, através da reposição da camada de selamento, mas este afloramento aumentou nos mesmos locais e surgiu em outros pontos, denotando um problema de drenagem, como é mostrado nas figuras 1 e 2. A primeira hipótese levantada foi a colmatação do filtro biológico e/ou da tubulação de saída. No entanto, a tubulação que leva o lixiviado do filtro até a caixa de bombeamento, continuava funcionando perfeitamente. Após a retirada de um certo volume de lixiviados do filtro não havia mais saída de líquido pela tubulação, mas apenas uma de grande vazão de biogás, e após algumas horas o lixiviado voltava a escoar em plena seção, denotando que haviam bolsões de gases entre os líquidos. Junto à caixa de bombeando foi instalada um sistema de medição do nível de líquidos dentro da massa de resíduos (sistema de vasos comunicantes) e mesmo nos momentos em que não havia saída de lixiviados na tubulação, o nível no medidor indicava haver uma pressão interna de superior a 2 m.c.a. (metros de coluna d água) no aterro. Este fato, aliado a vazão de biogás, indicava haver grande pressão interna, que a princípio seria gerada pela massa de resíduos praticamente na mesma fase de degradação anaeróbio (metanogênese), e pelo filtro biológico na base do aterro que recebia os líquidos lixiviados com altas concentração de ácidos graxos voláteis, denotando a fase metanogênica no filtro. Como a parte inferior do aterro é do tipo negativa, sendo que além do fundo as paredes laterais estão impermeabilizadas, como mostrado na figura 3, nestes locais (junto aos taludes), ocorre grande acúmulo de biogás e devido a pressão tende a subir. Não há medições de pressão nestes pontos, mas estima-se que a pressão do biogás seja superior ao peso próprio do lixiviado, fazendo com que este, ao invés de descer, acabe sendo arrastado para a superfície e aflorando juntamente com o biogás. Somado a esta intensa produção de biogás, não absorvida pelo sistema de drenagem de gases previsto pelo projeto executivo, tem-se que em 1998 devido ao fenômeno El Niño grandes volumes de chuvas caíram sobre a massa de resíduos durante a fase de operação (sem selamento final). Assim, sobre uma massa com grande umidade, e com elevada pressão de biogás, temos ainda que a rápida disposição dos resíduos, em várias camadas sucessivas, submetendo as camadas inferiores a grandes e rápidos recalques, ocasionando assim um efeito esponja, ou seja, pressão devido às camadas superiores sobre uma massa compressível úmida, ocasionando a expulsão dos líquidos. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 2

3 Figura 1 - Detalhe do afloramento de lixiviados. Figura 2 - Vista do talude lateral junto ao acesso. Cobertura Final Acesso Afloramento de lixiviados Talude em Resíduos Sólidos Urbanos PRIMEIRO Pressão de Biogás PATAMAR Biogás Lixiviados Brita Colchão de Brita (filtro anaer.) Manta PEAD 2mm do Rebaixamento do Lençol Freático Figura 3 - Perfil esquemático da hipótese para o afloramento de lixiviados pelos taludes. PROJETO PARA O REFORÇO DO SISTEMA DE DRENAGEM DO PRIMEIRO PATAMAR Ainda em dezembro de 1998, logo após a verificação dos primeiros afloramentos superficiais de lixiviados, a primeira medida tomada foi refazer a camada selante nos pontos afetados. No entanto a simples reposição da cobertura final não resolveu o problema, uma vez que as pressão internas, aliadas às rachaduras na camada superficial de argila causadas pelos recalques, formaram caminhos preferencias para a saída do biogás e do lixiviado. Assim, a solução proposta foi favorecer a saída do biogás e a descida do lixiviado, através do reforço do sistema de drenagem vertical de gases, reforço este que deveria ser implantado próximo aos taludes do aterro (ver figura 4). Para tanto deveriam ser perfurados drenos de gases ao longo de todo o primeiro patamar junto ao acesso interno, distanciados 10 m entre si e com profundidade variando de 3 a 12 m de acordo com as cotas de fundo do aterro, deixando uma distância mínima de 1,5 m entre o fim do dreno e a geomembrana de PEAD da impermeabilização de fundo (ver figura 4). Estes drenos deveriam ter o diâmetro mínimo de 400 mm, sendo ideal DN 600mm, e deveriam ser compostos por um tubo de drenagem de PEAD DN 100 mm revestido externamente por brita n o 02 ou n o 04, sendo que na parte superior deveriam ser interligados e conduzidos até um queimador de gás tipo flare, para cada três drenos. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 3

4 Queima do Biogás flare Cobertura Final com grama anelar horizontal Acesso Resíduos Sólidos Urbanos Biogás Lixiviados Brita Acesso Colchão de Brita Manta PEAD do Rebaixamento do Lençol Freático Figura 4 - Perfil esquemático da proposta técnica para o reforço do sistema de drenagem, através de drenos verticais. PRIMEIRA ETAPA: EXECUÇÃO DOS DRENOS VERTICAIS COM PERFURATRIZ ROTATIVA Baseado nesta proposta de alívio da pressão de biogás no interior do aterro sobre o filtro anaeróbio foi iniciado, em julho de 1999, a perfuração dos drenos verticais sobre o acesso interno do primeiro patamar (ver figura 5) que está na cota 105. No entanto devido a problemas técnicos o primeiro equipamento locado para execução do serviço não apresentou as condições ideais para a execução do serviço para os diâmetros propostos, pois apenas conseguia perfurar com trado de 400 mm, sendo que o ideal especificado era de 500 mm. Nesta fase foram realizados 11 drenos com DN 400 mm e profundidade variando de 9,00 a 11,30m, por isso foi necessário substituir o equipamento por um mais potente, que no caso foi uma draga com a perfuratriz acionada por um motor à diesel apoiado na lança que conseguiu realizar o serviço com diâmetro de 500 mm na profundidade adequada, conforme figura 5. Nesta fase foram realizados 20 drenos sobre o acesso do primeiro patamar, com profundidade média de 11m, e já se pode observar um aumento na vazão diária de lixiviados retirados do aterro; este fato comprova que houve um alívio de pressão no interior do aterro aliado a redução dos pontos de vazamento nos taludes o que, conseqüentemente, permitiu que os líquidos escoassem mais facilmente pelos drenos para o filtro anaeróbio. Sobre o segundo patamar, na cota 110, foram realizadas cinco perfurações com o objetivo de se chegar até a cota do colchão, mas novamente o equipamento não conseguiu o objetivo e a profundidade destes drenos ficaram no entorno de 13 metros, como mostra a tabela 1. Interligando superficialmente os drenos de gases, foi executado um dreno de lixiviados com o objetivo de conduzir os líquidos, que aflorassem nos drenos de gases, para os drenos de ponta que conduzem o lixiviado até o colchão de brita (filtro anaeróbio). Este dreno foi composto por tubo drenante de PEAD DN 100 mm, revestido por brita n o 04, com dimensões mínimas de 0,50 de largura por 0,50 m de profundidade. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 4

5 Figura 5 - Equipamento perfuratriz com trado 500mm e colocação do tubo 250 mm. Figura 6 - Talude lateral recuperado após recuperação. Tabela 1 - Profundidade dos drenos verticais. DN Prof. DN Prof. (mm) (m) (mm) (m) DN (mm) Prof. (m) DN (mm) Prof. (m) , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,5 SEGUNDA ETAPA: EXECUÇÃO DO DRENO ANELAR Após as perfurações concluídas continuou-se a observar o comportamento dos afloramentos nos taludes, que reduziram consideravelmente, no entanto não cessaram por definitivo, então se prosseguiu no projeto, que nesta segunda fase estava contemplado um dreno anelar entre a linha de perfurações e a borda da manta, conforme figura 4. Então, no mês de abril de 2000 se iniciou os serviços de escavação do dreno anelar. Salienta-se que este dreno já havia sido confeccionado com dimensões bem inferiores a atual proposta e que não estava drenando de acordo com o esperado. Este novo dreno foi realizado com uma largura proporcionada pela escavação com uma concha de 50 cm o que dá uma largura no entorno de 60 cm para uma altura mínima de brita de 80 cm. A cota de fundo do dreno foi determinada em função da cota de coroamento da manta PEAD, devendo ficar a um metro abaixo desta, com a declividade direcionada a um dreno de descida que se encontra no talude. O dreno foi executado em uma extensão de 300 m com duas linhas de drenagem composta por um tubo corrugado para drenagem DN 100mm, sendo que uma linha na parte inferior e outra na parte superior do dreno com objetivo do dreno inferior facilitar o escoamento dos líquidos e o superior a dos gases, tendo três pontos eqüidistantes onde foram colocados drenos de gases, conforme figura 4. Com a conclusão deste dreno os vazamentos cessaram integralmente e a vegetação nos pontos de fuga voltou a brotar e manter uma coloração verde, como pode ser visto na figura 6, evidenciando assim, o acerto da solução adotada. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 5

6 TERCEIRA ETAPA: AMPLIAÇÃO DA DRENAGEM VERTICAL Após as perfurações concluídas continuou-se a observar o comportamento dos afloramentos nos taludes, que no primeiro patamar não retornaram, no entanto nos patamares superiores começaram a aparecer vazamentos semelhante aos primeiros, mas com uma intensidade bem inferior. Então se optou em reforçar, novamente o sistema de drenos verticais, agora em patamares superiores. Primeiramente foram executados 31 novos drenos no primeiro patamar, agora com o objetivo de servirem de poços de descida para os líquido lixiviados que estavam aflorando nas camadas superiores; para tanto estes drenos foram executados com DN 500 mm, sendo que no seu interior foi colocado um tubo DN 250 mm, perfurado com broca de uma polegada, distanciados 15 cm. Estes tubos receberam perfurações apenas nos primeiros 6 m mais profundos, para conduzir os líquidos até em baixo e proporcionar a sua infiltração no filtro anaeróbio e o revestimento de brita foi feito apenas entre o tubo e o furo, ver figura 5. Além de poços de descida este sistema foi executado para servir de ponto de esgotamento do aterro através de bombeamento com equipamentos submersíveis, promovendo o rebaixamento do nível de saturação dentro do aterro. Estes poços estão sendo monitorados quanto ao nível de líquidos no seu interior, buscando entender melhor os processos de fluxo nos drenos e na massa de resíduos do aterro. A tabela 2 mostra as profundidades e as cotas dos líquidos nos poços. Tabela 2 - Profundidade e cota média dos líquidos dos poços verticais com DN 500mm. Cota dos Cota dos Cota dos líquidos líquidos líquidos 1 99, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,36 Observando a tabela 2, nota-se que em alguns poços o nível dos líquido está próximo da cota 98 e em outros próximo da cota 102, presume-se que estas diferenças devam ser em função das condições de contato do poço com o filtro anaeróbio, ou seja aqueles furos que se interligaram complemente com a pedra britada do filtro estão drenando melhor que os outros. As elevadas cotas dos líquidos deve-se ao fato destes poços estarem servindo de alívio de gases e, conseqüentemente, os líquidos são arrastados até estes postes, e por não conseguirem drenar plenamente estes líquidos, os níveis se elevaram até o equilíbrio entre a coluna de líquidos e a permeabilidade do fundo do dreno. CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES Com base nas observações após cada etapa da recuperação do sistema de drenagem, em relação aos afloramentos, concluiu-se que as hipóteses iniciais para as causas dos problemas estavam corretas e que estes vazamentos foram decorrentes de uma série de fatores, mas que as causas principais foram a excessiva produção de biogás no filtro anaeróbio decorrente da fase metanogênica em que o mesmo se encontra; o adensamento em função da rápida elevação vertical do aterro, e o conseqüente efeito esponja; e a alta pluviometria (fenômeno El Niño) no período em que a aterro ainda estava sem a cobertura final. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 6

7 O caráter particular desta obra sendo um aterro sanitário de grande porte com alturas das células superiores a 30 m, e impermeabilização da base com dupla camada sendo uma de geomembrana sintética, proporcionou um estudo que traz à discussão vários processos que não tinham ainda sido abordados e que a partir de agora torna-se um marco para os futuros aterros que utilizarão esta tecnologia. A partir da experiência adquirida com estes reforços pode-se sugerir que os sistemas de drenagens de grandes aterros devam ser projetados, além do dimensionamento, considerando o posicionamento adequado de modo a garantir todas as bases de taludes sejam contempladas e, principalmente, garantir a interligação dos sistemas verticais e horizontais em todos os patamares. Recomenda-se, também projetar os drenos verticais com diâmetros maiores de modo que funcionem como drenos de descida de líquidos para os drenos de fundo, sendo que na sua parte central deverão conduzir os gases para a superfície, devendo o posicionamento destes drenos ser centralizado no aterro, ficando o mais distante possível dos taludes. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. PROJESUL - Consultoria em agropecuária e meio ambiente Ltda. Projeto executivo do aterro sanitário do Lami, saibreira da Extrema - bairro Lami. VII-A - Memorial descritivo e manual de operações. Porto Alegre Departamento Municipal de Limpeza Urbana, Prefeitura Municipal de Porto Alegre, RS- Brasil. 181 p. 2. BIDONE, F. R. A.; POVINELLI, J Conceitos básicos de resíduos sólidos. São Carlos. EESC/USP. 3. CAUDURO, FLAVIO ANTONIO - Manual de ensaios de laboratório e de campo para irrigação e drenagem. IPH-UFRGS Porto Alegre p. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 7