VI Simpósio Ítalo Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental

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1 III CONCEPÇÃO DE UM PROGRAMA DE MONITORAMENTO GEOTÉCNICO PARA A CENTRAL DE TRATAMENTO DE RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS DA BR 040 EM BELO HORIZONTE MG Gustavo Ferreira Simões (1) Engenheiro Civil (UFMG,1990); Mestre em Engenharia Civil (PUC Rio,1994); Doutor em Engenharia Civil (PUC Rio,2000); Professor Adjunto do Departamento de Engenharia de Transportes e Geotecnia da Universidade Federal de Minas Gerais Cícero Antonio Antunes Catapreta Engenheiro Civil (PUC/BH, 1994); Especialista em Engenharia Sanitária e Ambiental (PUC/BH, 1996); Mestre em Saneamento e Meio Ambiente e Recursos Hídricos (UFMG, 1997); Engenheiro Sanitarista da Secretaria Municipal de Limpeza Urbana. Heuder Pascelli Batista Engenheiro Civil (Escola de Engenharia Kennedy,1993); Especialista em Engenharia Sanitária e Ambiental (UFMG,1997); Gerente de Tratamento e Disposição Final de Resíduos Sólidos Urbanos da Secretaria Municipal de Limpeza Urbana. Terezinha Cássia de Brito Galvão Engenheira Civil (UFMG,1984); Mestre em Engenharia Metalúrgica e de Minas (UFMG,1987); Mestre em Geotecnia (Purdue University,EUA,1991); Doutora em Engenharia Civil (Purdue University,EUA,1993); Pos- Doutorado (University of North Carolina at Charlotte,EUA,2002); Professor Adjunto do Departamento de Engenharia de Transportes e Geotecnia da Universidade Federal de Minas Gerais. Endereço para correspondência (1) Prof. Gustavo Ferreira Simões Departamento de Engenharia de Transportes e Geotecnia - Escola de Engenharia da UFMG Av. Contorno, 842 / 608 Centro CEP: Belo Horizonte MG tel.: fax: gfsimoes@etg.ufmg.br RESUMO O monitoramento geotécnico de aterros sanitários para disposição de resíduos sólidos urbanos ainda é incipiente no Brasil, sendo que somente alguns aterros possuem redes de monitoramento consolidadas. Tal monitoramento se destaca pela sua importância dentro do contexto da disposição de resíduos sólidos urbanos, sendo por meio deste que se pode controlar os diversos parâmetros operacionais e de estabilidade do aterro. Neste sentido, este trabalho tem por objetivo apresentar o programa de monitoramento geotécnico que vem sendo implantado e desenvolvido na área do aterro sanitário de Belo Horizonte, assim como apresentar resultados preliminares obtidos no período de 2001 e PALAVRAS-CHAVE: Monitoramento, Monitoramento Ambiental, Monitoramento Geotécnico, Resíduos Sólidos, Aterro Sanitário. INTRODUÇÃO A necessidade de se dispor adequadamente sob os aspectos técnicos, econômicos e ambientais, os resíduos sólidos urbanos, industriais e de mineração gerados pelas atividades da sociedade, tem gerado uma significativa evolução no estudo do comportamento de tais materiais. Tendo em vista as diversas particularidades do comportamento desses resíduos, em especial dos resíduos sólidos urbanos (RSU), função principalmente de sua composição e propriedades altamente variáveis das suas diversas frações constituintes, esses estudos vêm sendo realizados à luz da chamada Mecânica dos Resíduos, uma vez que as clássicas Mecânicas dos Sólidos e dos Fluidos não podem ser aplicadas em sua plenitude nesses novos materiais geotécnicos (König e Jessberger, 1997). A Mecânica dos Resíduos objetiva o estudo do comportamento dos sistemas de disposição de resíduos durante a operação e após o fechamento, incluindo todos os seus componentes (revestimento, cobertura, sistemas de ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 1

2 drenagem de líquidos percolados e de gases etc), além dos próprios resíduos, envolvendo avaliação da estabilidade e da integridade das estruturas, e determinação das propriedades geotécnicas dos resíduos. A utilização desse conceito no desenvolvimento de projetos de sistemas de disposição de RSU vem sendo intensificada, tendo em vista as exigências dos órgãos ambientais e alguns acidentes observados em tais sistemas (e.g. Benvenuto e Cunha, 1991). O projeto caracterizado apenas sob o ponto de vista sanitário vem sendo substituído por um projeto global envolvendo também aspectos geotécnicos. Dentro desse contexto, o estudo do comportamento geotécnico dos RSU vem sendo intensificado. A grande heterogeneidade e o comportamento dependente do tempo desses materiais torna indispensável a associação de ensaios de laboratório e de campo a monitoramentos de sistemas de disposição reais para o estudo do seu comportamento geotécnico e, conseqüentemente, para o desenvolvimento de projetos mais seguros e econômicos. Cabe ressaltar que o comportamento geotécnico dos sistemas de disposição de RSU é função não só de sua composição e forma de operação, mas também das condições geoambientais da área. Desta forma, a utilização de dados obtidos em condições diferentes deve ser vista criteriosamente, reforçando a necessidade de realização de monitoramentos em campo. O monitoramento geotécnico de aterros sanitários para disposição de RSU pode ser considerado incipiente no Brasil, sendo que somente alguns aterros possuem redes de monitoramento mais consolidadas, como o Aterro da Muribeca PE, Sítio São João e Aterro Bandeirantes SP, Camaçari BA, Aterro Sanitário Norte de Porto Alegre RS, Aterro de Gramacho RJ (Oliveira e Mahler, 1998). O monitoramento geotécnico dos aterros sanitários deve ser previsto quando da elaboração do plano de monitoramento ambiental, na fase de projeto, devendo-se prever uma sistemática de monitoramento geotécnico que permita controlar as condições de estabilidade e o comportamento do maciço tanto em termos de recalques e deslocamentos como de geração e variabilidade das pressões internas de chorume e gases. O monitoramento geotécnico de um aterro de resíduos sólidos urbanos deve compreender (Oliveira e Mahler, 1998; Jucá e outros, 1999): Controle de deslocamentos verticais e horizontais; Controle do nível e da pressão nos líquidos e pressão de biogás no maciço do aterro; Controle da descarga de líquidos percolados/lixiviados através de drenos; Inspeções periódicas, buscando-se indícios de erosão, trincas entre outros; Controle tecnológico dos materiais de construção empregados nas obras civis. OBJETIVOS DO PROGRAMA DE MONITORAMENTO O programa de Monitoramento Geotécnico da Central de Tratamento de Resíduos Sólidos da BR 040 (CTRS) faz parte do Plano de Controle Ambiental do empreendimento. Este plano envolve ainda o monitoramento de líquidos percolados/lixiviados, gases, sólidos e qualidade de águas superficiais e subterrâneas. O monitoramento geotécnico foi iniciado no ano de 1995 e se estendeu por 5 anos, sendo que neste período as principais atividades compreenderam o controle tecnológico dos materiais utilizados na construção das células de aterragem, envolvendo as camadas de impermeabilização de base, diques de contenção e camadas de cobertura. Em 2001, foi estabelecido um novo convênio entre a Universidade Federal de Minas Gerais e a Secretaria Municipal de Limpeza Urbana, cuja finalidade foi dar continuidade ao monitoramento que vinha sendo realizado e, através da instalação de instrumentação geotécnica de campo e realização de ensaios de campo, intensificar a obtenção de dados que permitam uma avaliação do comportamento de todo o sistema de disposição de resíduos. Neste trabalho será apresentada a metodologia de trabalho proposta para este monitoramento, assim como os resultados preliminares e a situação atual do programa. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 2

3 O principal objetivo do programa de monitoramento geotécnico proposto é desenvolver atividades que permitam acompanhar e avaliar o comportamento e a estabilidade dos maciços de resíduos da CTRS, o qual integra o sistema de disposição e tratamento de resíduos sólidos urbanos de Belo Horizonte. O programa permitirá ainda: - Contribuir para o entendimento do comportamento geotécnico de sistemas de disposição de RSU em condições brasileiras; - Fornecer subsídios ao desenvolvimento de projetos mais seguros e econômicos de sistemas de disposição de resíduos sólidos; - Fornecer elementos para a estimativa da vida útil de aterros sanitários; - Desenvolver atividades de pesquisa e aprimoramento tecnológico nas áreas de controle ambiental e geotecnia aplicada à disposição de resíduos sólidos. ÁREA MONITORADA A CTRS, localizada na região Noroeste de Belo Horizonte, ocupa uma área de 144 hectares e teve suas atividades iniciadas em Durante 14 anos funcionou como aterro controlado, passando a energético em A extração de gases foi paralisada em Em 1995, passou-se a adotar a técnica de biorremediação como forma de tratar a massa de resíduos aterrada. Atualmente, o aterro recebe cerca de ton/dia de resíduos sólidos urbanos, que são gerados por uma população estimada em 2,5 milhões de habitantes. Os tipos de resíduos encaminhados à CTRS segundo a origem são apresentados na Tabela 1 e a composição gravimétrica dos resíduos domiciliares é mostrada na Tabela 2. Destaca-se a significativa quantidade de resíduos da construção civil (entulhos) que vem sendo disposta. Tabela 1 Resíduos encaminhados à CTRS segundo a origem (junho/2001) Origem % em massa Domiciliar e comercial Construção civil Unidades de saúde 0.89 Público (capina, varrição, poda etc) Outros 2.68 TOTAL 100 Tabela 2 Composição gravimétrica dos resíduos domiciliares (2001) Componente % em massa Matéria orgânica Papel Plástico Metal 2.65 Vidros 2.39 Rejeitos 8.12 TOTAL 100 A área de aterragem de resíduos é dividida em células (AC 01 a AC 05 e Célula Emergencial), como pode ser observado na Figura 1. Esta forma de distribuição das áreas de aterragem foi definida em função do emprego da técnica de biorremediação, a qual preconiza o tratamento da massa de resíduos em sub-áreas e ciclos subseqüentes. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 3

4 VI Simpósio Ítalo Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental CÓRREGO DOS COQUEIROS AC AC-02 AC-03 AC-04 AC-05 Célula Emergencial N= E= Figura 1 Lay-Out geral da Central de Tratamento de Resíduos Sólidos Urbanos da BR 040 METODOLOGIA O Programa de Monitoramento Geotécnico da CTRS inclui: a) Medidas de poro-pressão no diques e no interior das células Com o objetivo de avaliar as poro-pressões nos líquidos e gases nos diques de contenção e no interior das células de aterragem, foram instalados piezômetros, descritos por Antoniutti Neto e outros (1995), constituídos de dois tubos concêntricos, o interno para o registro da pressão no chorume e o externo para a avaliação da pressão no gás, e medidores de nível de manta líquida, constituídos de tubos de PVC perfurados. Os drenos de gases e piezômetros, definidos em projeto, constituídos de tubos de concreto perfurados, também tem sido utilizados como medidores de nível de manta líquida. b) Medidas de recalque superficial e em profundidade O conhecimento dos recalques é de suma importância em qualquer obra geotécnica. No caso dos aterros de disposição de RSU tal conhecimento permite, por exemplo: - A estimativa da vida útil dos mesmos, fator importante no gerenciamento dos RSU; - A avaliação da integridade dos sistemas de revestimento, de cobertura e dos dispositivos de drenagem de líquidos percolados e gases; - O desenvolvimento de estudos para reaproveitamento das áreas ocupadas após o fechamento dos aterros. Os recalques e a verificação visual da ocorrência de trincas na cobertura de bermas e taludes são indicadores das falhas e comprometimento da estabilidade da massa de resíduos. Os recalques superficiais vêm sendo obtidos através de um conjunto de placas de recalque instaladas no nas bermas e no topo das células. Está prevista a instalação de medidores de recalque em profundidade. c) Medidas de permeabilidade ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 4

5 O controle da permeabilidade dos diversos materiais (camada de impermeabilização de base, diques, camadas de cobertura e resíduos) vem sendo realizado por meio de ensaios de campo, utilizando permeâmetro de Guelph e em furos de sondagens, e de ensaios de laboratório, utilizando permeâmetros de parede rígida e flexível. d) Medidas de movimentações internas Na etapa inicial do monitoramento, foram instalados inclinômetros em um dos diques de contenção das células, com o objetivo de acompanhar as possíveis movimentações do maciço. Está prevista a instalação de tubos inclinométricos no interior da massa de resíduos. e) Medidas de tensões totais Com o objetivo de avaliar a variação da densidade dos resíduos dispostos ao longo do tempo, foi instalada uma célula de pressão total na base de uma das células de aterragem. Está prevista a instalação de mais células de pressão total no interior da massa de resíduos. As medidas das tensões totais associadas às poro-pressões permitem a avaliação do nível de tensões efetivas. f) Controle tecnológico dos materiais geotécnicos utilizados O controle tecnológico dos materiais geotécnicos utilizados na construção das células vem sendo executado através de ensaios de laboratório (caracterização geotécnica, compactação e CBR, permeabilidade, adensamento, cisalhamento direto e compressão triaxial) e de ensaios de campo (controle de compactação e permeabilidade). g) Realização de Provas de carga As propriedades de resistência e compressibilidade dos resíduos serão avaliadas através da realização de provas de carga e ensaios de resistência em campo. h) Controle da densidade dos resíduos aterrados O controle da densidade dos resíduos aterrados fornece elementos indispensáveis à avaliação da estabilidade e da vida útil do aterro. Esse controle vem sendo realizado pelo registro topográfico semanal da frente de serviço associado à pesagem dos veículos na central de balanças. O número e as características dos equipamentos utilizados na compactação, bem como a inclinação das rampas de compactação e o número de passadas, também vêm sendo monitoradas. i) Inspeções de campo Inspeções de campo vêm sendo realizadas regularmente e tem como objetivo avaliar as condições dos sistemas de drenagem de águas pluviais, controle de processos erosivos, ocorrência de trincas nos taludes, dentre outras. j) Verificação do nível de manta líquida no interior do aterro Com o objetivo acompanhar o evolução das poro-pressões no interior da massa de resíduos, subsidiando, dessa forma, a avaliação da estabilidade geotécnica do aterro sanitário, vem sendo realizado o monitoramento do nível de manta líquida. Este acompanhamento vem sendo realizado regularmente pelo registro das profundidades do nível de manta líquida nos piezômetros, definidos em projeto, constituídos de tubos de concreto perfurados instalados no aterro sanitário. A presença de camadas de cobertura diária, muitas vezes de espessura significativa e baixa permeabilidade, pode resultar na formação de bolsões de líquidos. Dessa forma os piezômetros passam a funcionar como medidores de nível de manta líquida. k) Registro de dados pluviométricos e de vazão de líquidos percolados ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 5

6 Como atividade complementar ao monitoramento, também vem sendo realizado o acompanhamento dos dados pluviométricos e da vazão de líquidos percolados, que fornecem elementos para a avaliação do balanço hídrico no aterro. RESULTADOS PRELIMINARES A principal dificuldade encontrada para a instalação dos instrumentos do monitoramento geotécnico refere-se à sua interferência com a rotina operacional do aterro. Como forma de evitar essa interferência, optou-se por posicioná-los em pontos onde as células já apresentavam a configuração final de projeto. À medida que as células forem encerradas dar-se-á prosseguimento na instalação dos instrumentos. O primeiro conjunto de placas de recalque, totalizando 21 placas, foi instalado nas bermas e no topo da chamada célula emergencial, onde os resíduos apresentam espessuras variando entre 10 e 50 m, e idade entre 4 e 7 anos. Nos doze meses de registros não foram observados recalques verticais e movimentações horizontais significativas, o que se deve, provavelmente, à idade dos resíduos. O segundo conjunto de placas de recalque, totalizando 19 placas, foi posicionado no topo das Células AC 03 e AC 04, onde os resíduos apresentam espessuras de aproximadamente 45 m e idade entre 2 e 4 anos. Os registros obtidos em um ano de monitoramento vêm sendo avaliados. As Figuras 2 e 3 apresentam resultados típicos da evolução dos recalques superficiais em dois medidores localizados no topo da Célula AC 04. Cota (m) 903,5 903,0 902,5 902,0 901,5 Cota (m) 902,0 901,5 901,0 900,5 901, Tempo (dias) 900, Tempo (dias) Figuras 2 e 3 Evolução dos recalques superficiais nos medidores 29 e 38. Foram instalados inclinômetros e piezômetros no Dique de Contenção das Células AC 03, AC 04 e AC 05. Os registros dos inclinômetros têm indicado pequenas movimentações horizontais, possivelmente causadas pela acomodação do maciço de terra, em função da aterragem de resíduos na Célula AC 05. Como esperado, não têm sido registradas poro-pressões no interior do maciço de terra do Dique de Contenção. As medidas do nível de manta líquida realizadas nos piezômetros e em alguns furos exploratórios executados nos topos das células vêm sendo registradas e seus valores médios situam-se entre 4 e 5 m abaixo do topo das células. As Figuras 4 e 5 apresentam resultados típicos da variação do nível de manta líquida ao longo do tempo em dois pontos localizados no topo das Células AC 03 e AC 04. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 6

7 Profundidade (m) Data 05/11/ /12/ /02/ /04/ /05/ /07/2002 0,0-1,0-2,0-3,0-4,0-5,0 Profundidade (m) Data 05/11/ /12/ /02/ /04/ /05/ /07/2002 0,0-1,0-2,0-3,0-4,0-5,0-6,0-7,0-8,0 Figuras 4 e 5 Variação do nível de manta líquida nos pontos PZ 3.1 (a) e PZ 5.1 (a) Correlações entre a precipitação, registrada em pluviômetros instalados na CTRS e apresentada na Figura 6, o nível de manta líquida e as vazões de líquidos percolados ainda não são conclusivas. 400,0 350,0 300,0 Precipitação (mm) 250,0 200,0 150,0 100,0 50,0 0,0 mai/98 jul/98 set/98 nov/98 jan/99 mar/99 mai/99 jul/99 set/99 nov/99 jan/00 mar/00 mai/00 jul/00 set/00 nov/00 jan/01 mar/01 mai/01 jul/01 set/01 nov/01 jan/02 mar/02 mai/02 Período (mês) Figura 6 - Precipitação média mensal acumulada no período de janeiro/1998 a agosto/2001 O controle tecnológico dos materiais utilizados nas camadas de impermeabilização da base e no Dique de Contenção das células AC 03, AC 04 e AC 05 foi realizado através de ensaios de permeabilidade em laboratório, com utilização de amostras indeformadas. Os valores obtidos situaram-se na faixa de 10-7 cm/s. Todas as etapas referentes à compactação dos diques e camadas de impermeabilização da base das células vêm sendo controladas em campo com a utilização do frasco de Areia, estando o grau de compactação e os desvios de umidade dentro do especificado em projeto. As medidas de permeabilidade nas camadas de cobertura foram realizadas com o Permeâmetro de Guelph e apresentaram valores variando entre 10-3 e 10-5 cm/s. Esta variação deve-se principalmente à heterogeneidade dos materiais utilizados nessas camadas. A densidade dos resíduos aterrados vem sendo avaliada através do controle topográfico da frente de serviço e das pesagens dos veículos. Os valores obtidos situam-se na faixa de 7 a 11 kn/m 3, conforme apresentado na Tabela 3. A metodologia utilizada consistiu na avaliação de três hipóteses: a) Considerando todos os resíduos recebidos e encaminhados para aterragem, exceto os Resíduos de Construção Civil; b) Considerando todos os resíduos recebidos e encaminhados para aterragem; c) Considerando todos os resíduos recebidos e encaminhados para aterragem e uma camada de cobertura de 0,50 metros com Resíduos de Construção Civil. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 7

8 Tabela 3 Distribuição de freqüência das densidades dos resíduos aterrados (SMLU, 2002) Faixa Hipótese (a) % Hipótese (b) % Hipótese (c) % 0,7< 57,00 51,35 2,00 1,80 21,00 18,92 0,70 a 0,80 31,00 27,93 7,00 6,31 35,00 31,53 0,81 a 0,90 12,00 10,81 14,00 12,61 26,00 23,42 0,91 a 1,00 6,00 5,41 19,00 17,12 15,00 13,51 1,01 a 1,10 4,00 3,60 13,00 11,71 8,00 7,21 >1,1 1,00 0,90 56,00 50,45 6,00 5,41 Total 111,00 100,00 111,00 100,00 111,00 100,00 CONSIDERAÇÕES FINAIS Foram apresentados os aspectos básicos do Programa de Monitoramento Geotécnico que vem sendo implantado na Central de Tratamento de Resíduos Sólidos Urbanos (CTRS) da BR 040 em Belo Horizonte. As principais variáveis que vêm sendo avaliadas e os instrumentos utilizados são descritos. Os resultados preliminares que vêm sendo obtidos foram comentados. A continuidade do monitoramento possibilitará uma análise mais conclusiva sobre o comportamento geotécnico da CTRS, contribuindo para o melhor entendimento do comportamento de sistemas de disposição de RSU em condições brasileiras. As etapas seguintes do programa de monitoramento prevêem a instalação de novos instrumentos, principalmente no interior da massa de resíduos, e a execução de ensaios de campo para a avaliação de propriedades hidráulicas e mecânicas dos resíduos. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1 Antoniutti Neto, L.; Val, E.C. e Abreu, R.C. (1995) Desempenho de piezômetro Vector em aterro sanitário. Anais do III Simpósio sobre Barragens de Rejeitos e Disposição de Resíduos, vol. 2, pp Benvenuto, C. e Cunha, M.A. (1991) Escorregamento em massa de lixo no aterro sanitário Bandeirantes em São Paulo, SP. Anais do II Simpósio sobre Barragens de Rejeitos e Disposição de Resíduos, vol. 2, pp Jucá, J.F.T.; Monteiro, V.E.D.; Oliveira, F.J.S. e Maciel, F.J. (1999) Monitoramento ambiental do aterro de resíduos sólidos da Muribeca. Anais do 4 o Congresso Brasileiro de Geotecnia Ambiental, São José dos Campos. 4 König, D. e Jessberger, H.L. (1997) Report of the Technical Committee 5 (Environmental Geotechnics), Sub Committee 3 (Waste Mechanics). Int. Society of Soil Mechanics and Geotechnical Engineering. 5 Oliveira, F.J.P., Mahler, C.F. (1998) Proposta de monitoramento ambiental para operação de aterros sanitários. Anais do Congresso Brasileiro de Limpeza Pública. 6 SMLU - Secretaria Municipal de Limpeza Urbana (2002). Relatório de avaliação do grau de compactação dos resíduos sólidos urbanos dispostos no aterro sanitário da CTRS BR 040. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 8