RESÍDUOS SÓLIDOS DOMICILIARES EM GRANDES CENTROS: ASPECTOS DE PROJETO Alexandre de Almeida Prado Ferrari Engenheiro Civil. Cyro Bernardes Júnior Engenheiro Químico, Mestre em Engenharia Ambiental, Doutor em Geociências. Endereço: Ambiterra Soluções Ambietais S.A. Empresa do Grupo Essencis Soluções Ambientais S.A. Alameda Vicente Pinzón, 173-7º andar - Vila Olímpia - São Paulo - SP Resumo O projeto de aterro de resíduos domiciliares em grandes centros apresenta características próprias relacionadas à escala do empreendimento, proporcionando uma abordagem diferenciada em relação à aterros de pequenas comunidades. O objetivo deste trabalho é apresentar os aspectos relacionados à projetos de aterros de grandes centros e também à aplicação de novas tecnologias neste tipo de empreendimento. Como referência serão apresentados aspectos de projeto do aterro de resíduos da Central de Tratamento de Resíduos de Caieiras-S.P., que atualmente esta na sua primeira fase de operação. Abstract The project of solid wastes Iandfills in metropolis presents especial characteristics related to scale of the construction, providing a differentiated approach in relation to the solid wastes landfills in small communities. The objective of this work is to present the aspects related to projects of solid wastes landfills in metropolis and the application of new technologies in this type of construction. As reference, aspects of project of solid wastes landifill of Central de Tratamento de Resíduos of Caieiras SP, currently in its first phase of operation, will be presented. 1.INTRODUÇÃO O desenvolvimento de projetos de aterros de resíduos domiciliares em grandes centros apresenta uma abordagem específica considerando a magnitude do empreendimento. O presente trabalho pela abrangência do tema foi elaborado considerando uma abordagem expositiva dos principais aspectos relacionados à projetos de aterros de resíduos em grandes centros. Apresenta também, a aplicação de novas tecnologias atualmente empregadas. Cabe ressaltar que o enfoque deste trabalho representa o ponto de vista do projetista. 2.ASPECTOS DE PROJETOS DE ATERROS DE RESÍDUOS Os aspectos de projeto de aterros de resíduos domiciliares, tanto para pequenas e médias comunidades como para grandes centros, apresentam pontos comuns referentes à essência do empreendimento denominado aterro de resíduos. A seguir é apresentada uma relação de aspectos importantes a serem considerados em projetos de aterros de resíduos independentemente do porte: Proteção do solo e dos recursos hídricos; Prevenção e eliminação de odores;
Controle da estabilidade da massa de resíduos; Controle de impactos visuais e sonoros; Prevenção de dispersão de resíduos leves; Gerenciamento do biogás; Gerenciamento de percolado; Controle da proliferação de vetores de doenças; Encerramento com integração paisagística; Monitoramento ambiental contínuo. 3.CARACTERÍSTICAS ESPECÍFICAS DE ATERROS DE GRANDES CENTROS Aterros de resíduos domiciliares em grandes centros apresentam características específicas relacionadas ao porte do empreendimento. A seguir, são apresentadas algumas características específicas para os aterros desse porte, sugeridas pelos autores, servindo apenas como referência: Capacidade volumétrica do aterro superior a 10.000.000m 3 Área do aterro superior 300.000m 2 Altura final do aterro superior a 25,0m podendo chegar a cerca de 100,0m Taxa de disposição de resíduos superior a 1.000ton/dia Atendimento a centros urbanos com população superior a 1.000.000 de pessoas Tempo de operação do aterro superior a 20 anos. Considerando as características acima, o porte do empreendimento condiciona ao desenvolvimento de projetos com elevado grau de detalhamento para que o desempenho atenda o esperado. 4.ASPECTOS DE PROJETOS ESPECÍFICOS PARA ATERROS EM GRANDES CENTROS São apresentados a seguir os aspectos específicos para aterros localizados em grandes centros urbanos 4.1.Avaliação geológica, hidrogeológica e geotécnica detalhada A avaliação geológica, hidrogeológica e geotécnica detalhada para o desenvolvimento de projetos para aterros localizados em grandes centros é um aspecto de grande importância para o êxito do empreendimento. É importante que este conceito seja compreendido pelo empreendedor da obra de forma que não ocorram economias irrelevantes nesta etapa quando comparado com o custo total do empreendimento. Para a avaliação geológica e hidrogeológica detalhada considera-se a seguinte seqüência de atividades, sendo que a quantidade especificada deve ser apresentada pelo projetista considerando as particularidades de cada projeto. 2
Investigações superficiais Mapeamento da geologia local Investigações geofísicas Investigações Subsuperficiais Sondagens a trado Sondagens a percussão Sondagens mistas Ensaios de permeabilidade in situ Instalação de piezômetros ou futuros poços de monitoramento Interpretação de dados Mapas potenciométricos Seções geológicas Análise de geologia estrutural Elaboração de plano de monitoramento Na figura 01 é apresentado fluxograma com a seqüência de atividades para a elaboração da avaliação geológica e hidrogeológica detalhada. Considerando que parte das atividades acima expostas também fazem parte de uma avaliação geotécnica, é apresentada a seguir relação de atividades que complementam a investigação geotécnica. Ensaios geotécnicos para a camada de impermeabilização Argila ou Silte Ensaios de Caracterização e Classificação Ensaios de Compactação (variação do grau de compactação, umidade e energia) Ensaios de Permeabilidade de Laboratório Ensaios de Resistência de Compressão Triaxial Ensaios geotécnicos para aterros de conformação Silte Ensaios de Caracterização e Classificação Ensaios de Compactação (variação do grau de compactação, umidade e energia) Ensaios de Resistência de Compressão Triaxial Ensaios geotécnicos para o solo de fundação Ensaios de Caracterização e Classificação Ensaios de Permeabilidade de Laboratório Ensaios de Resistência de Compressão Triaxial Ensaios geotécnicos para material drenante Areia ou Brita Ensaios de Caracterização e Classificação O planejamento adequado, considerando o rigor técnico, prazos e custos de uma avaliação geológica, hidrogeológica e geotécnica, é fundamental para o êxito do projeto. 3
INVESTIGAÇÃO FASE I MAPEAMENTO GEOLÓGICO INVESTIGAÇÕES GEOFÍSICAS SONDAGENS MECÂNICAS AUXILIARES Yes GEOFÍSICA No MODELO CONCEITUAL PRELIMINAR PLANO DE SONDAGEM SONDAGENS E ENSAIOS IN SITU SEÇÕES GEOLÓGICAS GEOLOGIA ESTRUTUAL LOCAÇÃO E INSTALAÇÃO DOS PIEZÔMETROS Yes PIEZÔMETROS MODELAGEM MATEMÁTICA No No Yes MODELO MATEMÁTICO MODELO CONCEITUAL MAPAS POTENCIOMÉTRICOS PLANO DE MONITORAMENTO Figura 1. Atividades para a elaboração da avaliação geológica e hidrogeológica detalhada. 4
4.2.Escavações de grande porte Para aterros de grande porte dependendo da topografia local, pode ser necessária a realização de escavações com volumes significativos para a implantação do empreendimento. O projeto deve desta forma considerar o balanço entre o material de corte e aterro durante a obra e operação do aterro. A não realização de um balanço satisfatório pode inviabilizar a obra. Outro aspecto importante é a adequada conformação da terraplenagem considerando a estabilidade geotécnica da obra e permitindo a aplicação dos geossintéticos. É apresentada a seguir seqüência de atividades relacionadas com as escavações para implantação do aterro. Escavações Limpeza preliminar Drenagem das nascentes Retirada de solo mole Escavação conforme cotas de projeto Utilização do solo escavado Acessos Aterros de conformação Camada de impermeabilização do aterro Cobertura diária do resíduo Cobertura final do aterro Diques de contenção O projeto deve, portanto, minimizar a quantidade de solo enviada para bota-fora externo, de forma a maximizar a utilização do solo escavado como material de construção do aterro. Nas Fotos 1 e 2 são apresentadas escavações realizadas para implantação do aterro de resíduos no CTR-Caieiras, incluindo a drenagem das nascentes. 4.3.Análise de estabilidade geotécnica criteriosa Para aterros de grande porte a análise de estabilidade a ser realizada deve considerar aspectos característicos do porte do empreendimento. Infelizmente, acidentes como grandes rupturas de aterro sanitários continuarão à ocorrer. Os motivos principais destes são a operação inadequada dos aterros e o desenvolvimento de projetos inadequados. Com relação aos aspectos de projetos, a análise de estabilidade geotécnica a ser realizada deve ser criteriosa e considerar os seguintes tipos de ruptura: Ruptura nos taludes e fundação de base solo escavado Escorregamento do sistema de impermeabilização da trincheira de amcoragem Ruptura na massa de resíduos Ruptura global (Resíduo, Impermeabilização e solo de fundação) Ruptura por blocos deslizantes ao longo do sistema de impermeabilização Na Figura 2 é apresentado esquema conceitual dos tipos de ruptura a serem consideradas na análise de estabilidade. 5
Foto 1. Escavação para implantação de aterro de resíduos CTR/Caieiras Foto 2. Escavação para instalação de dreno profundo (nascentes) CTR/Caieiras 6
Figura 2. Esquema conceitual dos tipos de ruptura 7
Para a análise de estabilidade de grandes aterros de resíduos é fundamental a adequada consideração dos seguintes aspectos: Pressões neutras de gás e percolado Parâmetros geotécnicos dos resíduos, solo de fundação, camada de impermeabilização e drenagem e materiais geossintéticos A incerteza dos valores de pressões neutras de gás e percolado e parâmetros geotécnicos dos resíduos sugerem que o monitoramento de aterros existentes e a retro-análise de rupturas ocorridas sejam ferramentas fundamentais para a realização de projetos de novos aterros. Cabe, entretanto, registrar que no Brasil, este tipo de informação ainda é precário. 4.4. Análise de recalques Pelo fato de um aterro de resíduos ser uma obra em construção contínua, diferente, por exemplo, de uma barragem, a análise de recalques para este tipo de obra apresenta características próprias, que uma análise simplista acaba sendo de pouca utilidade. Os recalque em um aterro de grande porte começam a interessar na medida que o aterro atinge cotas elevadas, servindo principalmente para fornecer ao empreendedor a quantidade de resíduos que será possível dispor ainda no aterro, manutenção do sistema de drenagem de águas pluviais e sistema de drenagem de gás e no caso da área do aterro ser utilizada como fundação de alguma edificação, avaliar se os recalque são compatíveis com a construção prevista. Um ponto a considerar na análise de recalques é a degradação do resíduo e a variação do seu comportamento geotécnico com o tempo. A realização de pesquisas e o monitoramento contínuo de aterros, na opinião dos autores, é a melhor alternativa para diminuir as incertezas deste tipo de análise, que atualmente são exemplos de simples aplicação de fórmulas com pouco aproveitamento prático. 4.5.Projeto detalhado do sistema de impermeabilização O sistema de impermeabilização de um aterro de resíduo na maioria dos casos é composto dos seguintes elementos: Camada de solo compactado Geomembrana O projeto deve considerar o correto dimensionamento destes elementos e a interação do conjunto. 4.5.1.Camada de solo compactada A camada de solo compactado geralmente é executada com argila devendo apresentar permeabilidade inferior a 10-7 cm/s e espessura variando de 0,60m à 1,0m, sendo estes valore na maioria dos projetos condicionados à aprovação do aterro. Em aterros de grande porte esta especificação muitas vezes precisa ser revista, considerando o tamanho do empreendimento, é necessário que alternativas sejam propostas, quando não se dispõe de jazida de solo argiloso próxima à obra. Soluções de engenharia como alternativas às práticas tradicionais devem ser estimuladas. A seguir, de maneira superficial, são apresentados alguns pontos propostos como alternativas para a camada de solo argiloso compactado: Aumento da energia de compactação (exemplo: Proctor Modificado) Compactação do solo no ramo úmido 8
Utilização de silte/solo arenoso com ou sem adição de bentonita Aumento de espessura da camada Utilização de geocomposto bentonítico É importante considerar que não basta apenas o projeto conter a especificação da permeabilidade, tipo de solo, espessura da camada, grau de compactação e umidade. É fundamental para este tipo de obra introduzir a prática de aterros experimentais anteriormente a execução da camada de solo compactado para confirmar o resultado esperado. A execução de aterros experimentais demanda tempo e custo e, portanto, deve ser realizado com antecedência, estando o empreendedor ciente que os custos são irrelevantes quando comparados ao custo da obra e a importância desta camada. No item 5 são apresentadas algumas características do aterro experimental realizado em Caieiras SP. 4.5.2.Geomembrana A utilização de geomembranas como elemento do sistema de impermeabilização de aterros é uma prática usualmente utilizada atuando em conjunto com acamada de solo compactada.na função de impermeabilização do aterro. Principalmente para grandes aterros a especificação da geomembrana deve considerar os seguintes itens relacionados: Compatibilidade com os resíduos Resistência aos esforços solicitantes Parâmetros geotécnicos ângulo de atrito de interface com solo e outros elementos geossintéticos Devido ao porte dos aterros em grandes centros pode ser conveniente a utilização de geomembrana texturizada como uma opção à geomembrana lisa, principalmente para que seja atingida uma melhor condição de estabilidade geotécnica. Na foto 03 pode ser observada a geomembrana instalada na fase 1 do aterro de resíduos do CTR-Caieiras. 4.6.Sistema de drenagem de águas pluviais O sistema de drenagem de drenagem de águas pluviais para aterros domiciliares geralmente é calculado para chuvas com período de retorno de 5 anos (NBR-13896). Na maioria dos aterros não é dada a devida importância tanto em projeto como para a execução e manutenção do sistema de drenagem de águas pluviais, principalmente com relação às canaletas de drenagem e ao controle de sedimentos. Alternativas com relação ao uso indiscriminado de canaletas tipo meia cana de concreto, prática geralmente utilizada nos aterros de resíduos, devem ser propostas, considerando que na maioria dos casos estas são instaladas de forma inadequada. Canaletas moldadas in loco, utilização de colchões tipo Reno e a utilização de geotêxtil são opções a serem consideradas. O controle de sedimentos em grandes aterros é uma atividade importante para evitar o assoreamento das drenagens de jusante. Devido aos grandes volumes de escavação e áreas expostas este controle pode ser feito com a utilização de bacias de sedimentação localizadas a jusante do empreendimento. No Brasil são poucos aterros que apresentam estruturas para este controle. Na foto 04 é apresentada bacia de sedimentação do aterro de resíduos do CTR-Caieiras, onde pode-se observar a retenção do solo carreado. 9
Foto 3. Geomembrana instalada CTR/Caieiras Foto 4. Bacia de sedimentação CTR/Caieiras 10
4.7. Gerenciamento do biogás O gerenciamento do biogás em grandes aterros é tema de extrema importância considerando principalmente a emissão de poluentes, possibilidade de geração energia através do biogás e a relação com projetos de crédito de carbono. O gerenciamento do biogás passa pelas seguintes etapas necessárias de serem consideradas em um projeto para aterro de grande porte: Captação do biogás Poços e trincheiras Sistemas de sucção/exaustão Sistemas de tratamento Queimadores tipo flare Evaporação de percolado Aproveitamento energético Geração de energia elétrica Créditos de Carbono 4.8.Gerenciamento do percolado O gerenciamento de percolado em grandes aterros deve considerar o volume de geração e o custo de tratamento deste percolado. O balanço adequado fará com que a operação seja satisfatória ambiental e economicamente. Na fase de projeto é importante a utilização modelos para estimativa do balanço hídrico, de forma a dimensionar os elementos de drenagem de percolado, tanques de acumulação e estimar os custos de tratamentos. Na foto 06 é apresentada lagoa de armazenamento de percolado construída no CTR-Caieiras. Outro aspecto importante em grandes aterros é que o dimensionamento de tubulações de drenagem de percolado e elementos de proteção à geomembrana deve considerar as cargas atuantes considerando elevadas alturas de resíduos disposto, em alguns aterros pode-se chegar a alturas da ordem de 100m. O dimensionamento hidráulico de tubulações e elementos geossintéticos também deve considerar a agressividade do meio e a presença de finos. Uma aplicação que em alguns casos substitui a camada de drenagem tradicional de brita ou areia é a utilização de geocompostos drenantes principalmente nos taludes. 4.9.Acessos Os acessos nos aterros de resíduos podem ser classificados em dois tipos: Acessos permanentes do empreendimento Acessos operacionais Em grandes aterros a execução de acessos permanentes muitas vezes é uma obra independente. Sendo necessário a elaboração de projetos especializados. Na foto 07 é apresentado o acesso principal do CTR-Caieiras, obra realizada com elevado volume de corte e aterro. Para os acessos operacionais a utilização de geotêxtil em conjunto com brita tem sido a solução mais econômica freqüentemente utilizada. 11
Foto 5. Poço de gás instalado no início de operação CTR/Caieiras Foto 6. Lagoa de armazenamento de percolado CTR/Caieiras 12
Foto 7. Acesso principal - CTR/Caieiras 5. ESTUDO DE CASO - ATERRO EXPERIMENTAL CTR- CAIEIRAS - UTILIZAÇÃO DE SILTE COMPACTADO COMO MATERIAL DE CONSTRUÇÃO O projeto do aterro experimental tem como objetivo viabilizar a utilização de silte compactado, como material de impermeabilização para aterros de resíduos, promovendo uma alternativa à utilização de argila compactada freqüentemente utilizada para este fim. A pesquisa irá avaliar principalmente a permeabilidade em função da especificação de compactação considerando também a adição do produto Permagel (bentonita). Esta pesquisa esta sendo desenvolvida sob orientação da Prof a. Maria Eugênia Gimenez Boscov do Laboratório de Mecânica dos Solos da Poli-USP, e conta com apoio das empresas BENTONIT União Nordeste S.A., CTR-Caieiras - ESSENCIS Soluções Ambientais S.A., EPT- Engenharia e Pesquisas Tecnológicas S.A. e TERRAM Terraplenagem Mecanizada Ltda.. Foram construídos dois aterros experimentais no CTR-Caieiras com dimensão de 10,0m x 25,0m x 0,60m, sendo um realizado apenas com o silte local e o outro com adição de Permagel (bentonita). A execução de aterros experimentais deve ser uma prática rotineira na construção de aterro de resíduos de forma a possibilitar que o solo utilizado na camada de impermeabilização Nas fotos 8, 9 e 10 são apresentadas atividades realizadas durante a construção do aterro experimental no CTR-Caieiras. 13
Foto 8. Compactação do aterro experimental - CTR/Caieiras Foto 9. Adição de Permagel (bentonita) no aterro experimental - CTR/Caieiras 14
Foto 10. Realização de ensaio de permeabilidade in situ tipo Matsuo - CTR/Caieiras 6. CONSIDERAÇÕES FINAIS Soluções de engenharia inovadoras como alternativa às práticas utilizadas correntemente são desafios necessários para o desenvolvimento das técnicas de projeto, construção e operação de aterro de resíduos. A implantação dessas esbarram muitas vezes na dificuldade de aprovação dos aterros. Os projetos de aterros de resíduos de grande porte, devem desta forma, apresentar soluções alternativas às práticas usuais de forma a compatibilizar o desempenho ambiental com resultado econômico satisfatório. 7. REFERÊNCIAS ABNT (1997). NBR-13896 Aterro de resíduos não perigosos Critérios para projeto, implantação e operação. AMBITERRA (1999), CAVO Companhia Auxiliar de Viação e Obras. Projeto Básico Centro Tecnológico de Resíduos CTR-Caieiras. Bagchi (1994). Design, construction, and monitoring of landfills, Wiley-Interscience Publication. Benvenuto, Clóvis (1994). A Metodologia Geotécnica Aplicada à Disposição do Resíduos Sólidos Geoambiental 94 COPPE-UFRJ. CETESB (1992). Resíduos Sólidos Industriais, Trabalho elaborado pelo corpo técnico da CETESB. CNEC (1998), CAVO - Companhia Auxiliar de Viação e Obras. EIA/RIMA do Centro Tecnológico de Resíduos CTR-Caieiras Koerner, Robert M. (1998). Designing with Geosynthetics, Prentice Hall. Qian, X.; Koerner, R.M.; Gray, D.H. (2002) Geotechnical Aspects of Landfill Design and Construction. Prentice Hall, Upper Saddle River. SUEZ AMBIENTAL (2002) - Treinamento interno 15
Tchobanoglous, George (1993). Integrated Solid Waste Management Engineering Principles and Managemente Issues, McGraw-Hill, Inc. USEPA/530-SW-86-031 (1886). Construction quality assurance for hazardous waste land disposal facilities, USA. 16