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Eng. MSc. Clovis Benvenuto geotech@terra.com.br
I Seminário sobre Geomecânica dos Resíduos Sólidos Urbanos
ESTABILIDADE GEOTÉCNICA DE ATERROS ESTABILIDADE GEOTÉCNICA DE ATERROS
SANITÁRIOSSANITÁRIOS
Eng. Clovis Benvenuto UNICAMP - 07/02/2012
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COMO SURGE A QUESTÃO
•ABNT NBR 8419/1992 > MENOR ÁREA E MENOR VOLUME.
•VERTICALIZAÇÃO DAS DISPOSIÇÕES DE RESÍDUOS.
•ECONOMIA E SEGURANÇA .
COMPROMISSO:
ESTABILIDADE GEOTÉCNICA /GEOMECÂNICA DOS MACIÇOS
PECULIARIDADES
• Variabilidade dos RSU (antes, durante e depois).
• Fluídos e “Sólidos” > decomposição física, química e
biológica, sob influência das condições climáticas.
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ENGENHARIANECESSIDADE DE ESTABELECER CRITÉRIOS DE PROJETO PARAPODER “PROJETAR” OU “OUSAR” COM SEGURANÇA.FATORES DETERMINANTES: SEGURANÇA E ECONOMIA
METODOLOGIA DA ENGENHARIA GEOTÉCNICA
RESÍDUOS SÓLIDOS ̴MATERIAL GRANULAR – “PARTÍCULAS”
RESÍDUOS SÓLIDOS ̴ FASES: “SÓLIDOS”/VAZIOS/FLUÍDOS
RESÍDUOS SÓLIDOS ̴ DISPOSTOS NO SOLO - GEOTECNIA
LOGO : OS GEOTÉCNICOS ARREGAÇARAM AS MANGAS.
DECADA DE 90 – INÍCIO DE ESGOTAMENTO DE ESPAÇO P LIXOENGENHARIA É UM ATO DE DECISÃO PERANTE INCERTEZAS Victor F. B. de Mello(1973)
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ESTABILIDADE DE TALUDESMétodos de Equilíbrio Limite - Lamelas
�Resistência dos resíduos�Poro-pressões�Massa específica�Geometria�Condição de análise�Influências externas – p.ex. fundação
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ANÁLISE DE ESTABILIDADE DE BARRAGENS DE TERRA
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RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DOS RESÍDUOSAreias sem coesão? Argila mole sem atrito? Velocidade de carregamentos? Tensões efetivas? Fibras? Anisotropias? Variações? Mohr Coulomb?
PORO-PRESSÕESRedes de fluxo? Valores pontuais? Leis e variações?
MASSA ESPECÍFICA Difícil avaliação. Composição gravimétrica.
CONDIÇÕES EXTERNASFundações. Ombreiras. Drenagem de fundação – nascentes.
CONDIÇÕES DE ANÁLISEPeríodo construtivo? Final do período construtivo? Longo tempo após a construção? Rebaixamento rápido (!?)
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O ATERRO SANITÁRIO É OBRA CIVIL QUE SE CONSTRÓEE SÓ TERMINA QUANDO SE EXAURE O ESPAÇO, OUSEJA:TEM SEU USO E UTILIDADE DURANTE A CONSTRUÇÃO.
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• Pressões de rede de percolação – superfícies piezométricas
• Pressões neutras definidas pontualmente• Pressões obtidas por funções e por regiões
No aterro sanitário as pressões de poro são definidas por:Pressões de fluídos = percolados + {biogás f(P,V,T,n)}Compressão dos vaziosGeração gases pontual PV = n.R.T, com n crescentee portanto PV/T = f(t) – variável.
Observação de campo: Efeito ”Air-Bag” ou elástico combolsões de biogás e fluxos erráticos de lixiviados.
PORO-PRESSÕES
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METODOLOGIAS DE ÁNÁLISES DE ESTABILIDADE COMUNS
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OS CRITÉRIOS DE PROJETO ATUAIS NO BRASIL FORAM ESTABELECIDOS NA DÉCADA DE 90, A PARTIR DO ACIDENTE DO ATERRO SANITÁRIO BANDEIRANTES EM 24/06/1991. MEIO TÉCNICO INICIOU AS PESQUISAS.
ESTUDOS FORAM REALIZADOS A PARTIR DAÍ COM EXPERIÊNCIAS NO ATERRO SANITÁRIO BANDEIRANTES COM APOIO DA PMSP -1996.
COMO A MAIOR PARTE DAS OBRAS DE ENGENHARIA OS MAIORES AVANÇOS ACONTECEM DEVIDO A ACIDENTESOU AS NECESSIDADES BÉLICAS EM GUERRAS.
NOVOS ESTUDOS EM 2007/2008 NO ASSSJ E OUTROS ATERROS.
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CURSO DE ATERROS SANITÁRIOS - ABLP 15/10/2008
“PROPOSIÇÃO DE MODELO REOLÓGICO DECOMPORTAMENTO DE RESÍDUOS EATERROS SANITÁRIOS, SEGUNDO CRITÉRIOS DEPROJETO E OPERAÇÃO ATUAIS NO BRASIL”.
BENVENUTO E CIPRIANO (2010) REVISTA LIMPEZA PÚBLICA N°74.
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ESQUEMA DAS “BOLHAS”
LEIS DE HENRY, DALTON E RAOULT- LEIS DOS GASES PERFEITOS E SOLUÇÕES IDEAIS
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ESQUEMA DAS “BOLHAS”- BOLSÕES DE GÁS
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Hidrogeotecnia dos aterros e influência do bloqueio de gases (“air locked”) e líquidos suspensos
A complexa hidrogeotecnia dos aterros define-se com obiogás e os percolados, regidos por forças de campo, com osgases, em bolsões e sob pressões, impedindo que o fluxo doslíquidos seja, exclusivamente, governado pela a equação deBernouilli e por sua vez os gases, pelo princípio deArquimedes.
g
vz
u
2
2
++=Φγ
02
2
=g
v
onde, em meio porosoe
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A hidrogeotecnia do aterro é portanto, complexa com movimentações de fluídos comandadas por:
1. Umidade dos resíduos e infiltrações das chuvas;
2. Gerações pontuais de gases na massa de resíduos;
3. Compressões dos vazios, com “expulsão” de líquidos e gases;
4. Perdas de massa “sólida” que passam a “pasta”, líquido e gás (reações fisico-químico-biológicas com lixiviados e gases);
5. Variações de permeabilidade aos fluídos (gases e lixiviados) e do meio poroso;
6. Formação de níveis suspensos de percolados (empoleirados); e
7. Bolsões de gases que tentam se expandir, por ganho de “massa”, variação de temperatura e compressão dos vazios (poros).
Tudo isto variável no tempo.
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Nessa massa definida em camadas a coexistência de planospreferenciais horizontais de disposição e compactação dosresíduos e solos define o sistema de estado dos líquidos egases, com as drenagens ocorrendo em sentidos opostosverticais. Gases para cima e líquidos para baixo , nos sistemasassociados.Os sistemas de drenagem projetados descontínuos, geram níveis“empoleirados” de percolados e bolsões de gases, que propiciama drenagem de forma conjunta, porém fazendo com que a massade resíduos “arfe” com “inchamentos” e “expirações” alternando-se a intervalos de tempo, ao bloquear/desbloquear os vazios nomeio dos resíduos.O bloqueio dos gases e percolados é fenômeno observado nosaterros sanitários, não ocorrendo os modelos tradicionais daengenharia de barragens de terra, por exemplo, onde as redes depercolação uniformes são representativas do fluxo de água emmeio poroso, no caso o solo, em regime permanente.
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REDES DE FLUXO SEGUEM BERNOUILLI
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A adoção do modelo de poro-pressões pontuais é o quemelhor reflete a condição de poro-pressões interna aosresíduos, com a natural tendência de pressões de gases elíquidos serem maiores conforme aumentam asprofundidades. É no entanto difícil ter-se em todos os pontosdo aterro essas medidas.
O desenvolvimento das poro-pressões ao longo daprofundidade segue uma determinada equação que dependede vários fatores conforme já citado, porém com tendência deser crescente com a profundidade, seguindo os princípios doaumento das pressões nos resíduos com a profundidade,devido ao aumento da coluna de massa.Resta, portanto encontrar um modelo de representação dasporo-pressões que pode ser o de linhas piezométricas,poro-pressões pontuais ou uma equação de variaçãodessas poro-pressões com a profundidade .
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OBSERVAÇÃO IMPORTANTE:
SE A DISPOSIÇÃO FOR EM FORMA DE VAZADOURO OU, SITUAÇÃO INTERMEDIÁRIA DE ATERRO “CONTROLADO”, COM OPERAÇÃO E DRENAGEM DIFERENTES DE ATERRO SANITÁRIO, PROJETADO SEGUNDO OS CRITÉRIOS DE 1990, O MODELO HIDROGEOTÉCNICO DEVE SE ADAPTADO À REALIDADE EXISTENTE.
A “RADIOGRAFIA” DA DISPOSIÇÃO É FUNDAMENTAL PARA TRATAR, ADEQUADAMENTE, A QUESTÃO.
“RADIOGRAFIA” = PROSPECÇÃO E CONHECIMENTO
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Necessidade de modelagem dos resíduos e aterro para simular a ruptura
• Geometria da disposição – Projeto do aterro sanitário
• Peso específico dos resíduos (tipologia, tempo, umidade,condições de disposição, etc.)
• Definição dos parâmetros de resistência – Critério de MohrCoulomb (c e ϕ)
• Distribuição das pressões internas de gases e percolados
• Modelo matemático representativo do comportamento
• Determinação das condições de CRITICIDADE
• Definição de projeto de instrumentação geotécnica emonitoramento no tempo, para verificar e garantir asegurança
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RESISTENCIA AO CISALHAMENTO DOS RESÍDUOS
ENSAIOS DE LABORATÓRIO
TRIAXIAIS E CISALHAMENTO DIRETO
PORCENTAGEM DAS FIBRAS
DEGRADABILIDADE NO TEMPO
% “FOOD WASTE”
ANIZOTROPIA
ENSAIOS IN SITU
SONDAGENS GEOTÉCNICAS
CPT
RETROANÁLISES
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PROPOSIÇÕES
COESÃO DAS FIBRAS(German Geothecnical Society, 1997) – tensão de tração dos resíduos. (Kölsch, 1995, 2005).
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MÉTODO SEMI-PROBABILÍSTICO SIMPLIFICADO
Método de “Monte Carlo”
• Consideração de “domínio” de c e φ.• Admite-se função de densidade de probabilidade para c e φ.• Hipóteses de pressões neutras, seções, etc.• Processamentos de estabilidade definindo iguais curvas de Fatores de Segurança.• Relação de áreas define Probabilidade de Ruína para determinado FS, por exemplo = a 1.
MÉTODOS DE ANÁLISE - DETERMINÍSTICOSEQUILIBRIO LIMITE – BISHOP, SPENCER, JAMBUTENSÕES – MEF, DF
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PROBABILIDADE DE RUÍNA x RU
PR = 2,2258.RU + 0,1115
R2 = 0,995
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
RU
PR
MÉTODO DE MONTE CARLO
INTERVALO DE VARIAÇÃOCOM DISTRIBUIÇÃO DEPROBABILIDADE CONSTANTE
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MONITORAMENTO GEOTÉCNICOConceituaçãoBaseado na instrumentação geotécnica de obras de terra,
principalmente de barragens de terra e taludes.Única adaptação é o piezômetro sifão , ou de câmara dupla, para tentar
separar fase líquida da gasosa, porém com resultado = ao “standpipe”.
Monitoramento geotécnico:• Tensões totais de peso de lixo e pressões neutras de líquidos e gases;• Deslocamentos horizontais e verticais superficiais do aterro;• Vazões de drenos de fundação;• Pluviometria local e evapotranspiração.
Complementações:Deslocamentos verticais e horizontais internos ao aterro (raro) – “slope
indicator”;Ensaios de cobertura – permeabilidade ao gás (raro).Composição e pressão do biogás.
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• REVISTA DA ABLP – LIMPEZA PÚBLICA N° 77 – 2011.
1. Geometria da disposição;
2. Resistência dos resíduos sólidos dispostos e massa específica;
3. Medidas de poro-pressões internas à massa de resíduos;
4. Medidas das deformações dos taludes;
5. Medidas de vazões e pressões de biogás, em condições de extração forçada por bombeamento;
6. Medidas de vazões de lixiviados, associadas à pluviometria local;
7. Inspeções técnicas de campo;
8. Histórico da disposição, com características dos resíduos dispostos, geometrias de projeto e peculiaridades intrínsecas acontecidas no passado, inclusive re-projetos e situação original do terreno;
9. Condições operacionais, com observação de fatores influentes.
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TOPOGRAFIA PRIMITIVA
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ESSENCIAL...INSPEÇÕES TÉCNICAS DE CAMPO COM OBSERVAÇÃO DE:
– TRINCAS E FISSURAS
– AFUNDAMENTOS
– INCHAMENTOS
– ENRUGAMENTOS
– MANUTENÇÃO DE DRENAGEM PLUVIAL
– SAÍDA DE PERCOLADOS
– EROSÕES
– OPERAÇÃO AO LONGO DO TEMPO (COMPACTAÇÃO, COBERTURA, PROJETO)
AS ESTRUTURAS SEMPRE AVISAM ANTES DE RUIR, PORÉM É NECESSÁRIO TER O AVISO COM
ANTECEDÊNCIA SUFICIENTE PARA INTERVIR.
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ESCORREGAMENTOS DE ATERROS DE RESÍDUOS SÓLIDOS ESCORREGAMENTOS DE ATERROS DE RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS NO BRASILURBANOS NO BRASIL
• (1991) BANDEIRANTES � 65.000 m3
• (1992) ITAPECERICA DA SERRA� 8.000 m3
• (1995) LARA, MAUÁ � 100.000 m3
• (2000) ITAQUAQUECETUBA � 250 A 300.000 m3
• (2004) JUIZ DE FORA � 70.000 m3
• (2004) GUARUJÁ � 40.000 m3
• CANABRAVA, BARUERI, SÍTIO DAS NEVES, GUARAREMA E GRAMACHO
• (2006) ITAPECERICA DA SERRA � 150.000 m3
• (2007) SITIO SÃO JOÃO � 220.000 m3
• (2011) ATERRO SANITÁRIO ITAQUAQUECETUBA � 300.000 m3(?)
ATERROS “CONTROLADOS” ANTIGOS, VERTICALIZADOS+
BALANÇO HÍDRICO POSITIVO:=
GRANDE RISCO DE RUPTURA
• AUSÊNCIA DE SISTEMAS EFICAZES DE DRENAGEM DE LÍQUIDOS, GASES E DE MONITORAMENTO.
• OPERAÇÃO COM DEFICIÊNCIAS DE COMPACTAÇÃO DOS RESÍDUOS.
• RESÍDUOS COM CARACTERÍSTICAS GEOTÉCNICAS DELETÉRIAS À ESTABILIADE DO ATERRO
• EXPLORAÇÃO DE BIOGÁS SEM CONSIDERAÇÃO DOS CRITÉRIOS GEOTÉCNICOS
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Aterro Sanitário Bandeirantes (SP)Aterro Sanitário Bandeirantes (SP)Maio de Maio de 1991 1991 -- Antes da RupturaAntes da Ruptura
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Aterro Sanitário Bandeirantes (SP)Aterro Sanitário Bandeirantes (SP)09/Set/1991 09/Set/1991 –– Ruptura em recuperaçãoRuptura em recuperação
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Sertãozinho Sertãozinho (SP) (SP) - 1995 – Antes e Depois da ruptura
Antes
Depois
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Aterro Sanitário, Itaquaquecetuba (SP)Aterro Sanitário, Itaquaquecetuba (SP)
Antes (21-01-2000) e Depois da Ruptura (16-03-2000)
AntesAntes
DepoisDepois
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Antes � 12 / Fev / 2004
Depois � 27 / Abr / 2004
Aterro Controlado, Aterro Controlado, Juiz de Fora (MG)Juiz de Fora (MG)
2004 – Ruptura
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Trincas e Coesão das Fibras
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Aterro Guarujá (SP) Aterro Guarujá (SP) -- 20042004
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Aterro Itapecerica da Serra (SP)Aterro Itapecerica da Serra (SP)2006 2006 -- Depois da rupturaDepois da ruptura
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Aterro Aterro Sanitário Sítio São João Sanitário Sítio São João –– SPSP2007 - Antes e Depois da ruptura
Antes � 30/Jul/2007
Depois � 13/Ago/2007
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Aterro Sanitário ItaquaquecetubaAterro Sanitário Itaquaquecetuba–– SPSP25/Abr/2011 – Ruptura do talude frontal
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Aterro Sanitário ItaquaquecetubaAterro Sanitário Itaquaquecetuba–– SPSP25/Abr/2011 – Ruptura do talude frontal
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Aterro Sanitário ItaquaquecetubaAterro Sanitário Itaquaquecetuba–– SPSP25/Abr/2011 – Ruptura do talude frontal
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Rupturas de Aterros Sanitários em outros paísesRupturas de Aterros Sanitários em outros países
•(1994) LA CORUÑA, ESPANHA (um morto) � 100.000 t
•(1996) RUMPKE, EUA � 1.200.000 m3
• (1997) DONA JUANA, BOGOTÁ, COLÔMBIA � 800.000 t
• (2000) PAYATAS, FILIPINAS (278 mortos)� 16.000 m3
• (2001) NAVARRO, COLÔMBIA � 250.000 m3
• (2005) LEUWIGAIAH, BANDUNG, INDONÉSIA (147 mortos) �2.700.000 m3
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GALICIA, LA CORUNA, O PORTIÑO, PEQUENA VILA DE PESCADORES100.000 t DE LIXO, MOTIVADO POR PRESSÕES DE BIOGÁSUMA VÍTIMA, 250 DESABRIGADOS, 1994
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Aterro de Aterro de RumpkeRumpke (EUA) (EUA) -- 1996 - Ruptura
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Aterro Dona Juana Aterro Dona Juana (Colômbia)(Colômbia)
1997 - Ruptura
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Aterro de Aterro de PayatasPayatas(Filipinas)(Filipinas)
2000 - Ruptura
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Ruptura do Aterro Sanitário de Navarro, Colômbia21/09/2001
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Aterro Aterro LeuwigaiahLeuwigaiah(Indonésia)(Indonésia)
2005 - Ruptura
Análise da estabilidade do aterro considerando os resíduos queimados.Sem coesão das fibras.
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OBRIGADO!
geotech@terra.com.brCLOVIS BENVENUTO – 011 3742-0804
GEOTECH Geotecnia Ambiental Consultoria e Projetos Ltda.
Associação Brasileira de Resíduos Sólidos e Limpeza Pública - ABLP
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