III-198 - bvsde.paho.org · Professor Adjunto do Departamento de Engenharia de Transportes e Geotecnia da UFMG. Doutor e Mestre em Engenharia Civil (PUC-Rio). Engenheiro Civil (UFMG)

23º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental

III-198 – APLICAÇÃO DE UM MODELO TRIDIMENSIONAL DE AVALIAÇÃO DE BALANÇO HÍDRICO EM ATERROS DE DISPOSIÇÃO DE RESÍDUOS

SÓLIDOS URBANOS Gustavo Ferreira Simões(1)

Professor Adjunto do Departamento de Engenharia de Transportes e Geotecnia da UFMG. Doutor e Mestre em Engenharia Civil (PUC-Rio). Engenheiro Civil (UFMG). Lívia Cristina da Silva Lobato Engenheira Civil (UFMG). Ex Bolsista de Iniciação Científica do Departamento de Engenharia de Transportes e Geotecnia (ETG-UFMG). Henrique Lembi Martins Mestrando em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos da EE-UFMG. Engenheiro Civil (PUC-Minas). Cícero Antônio Antunes Catapreta Engenheiro Sanitarista da Secretaria Municipal de limpeza Urbana de Belo Horizonte. Doutorando em Meio Ambiente, Saneamento e Recursos Hídricos da EE-UFMG. Mestre em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos (UFMG). Engenheiro Civil (PUC-Minas). Endereço(1): Departamento de Engenharia de Transportes e Geotecnia. Av. do Contorno, 842/608 - Centro - Belo Horizonte - MG - CEP: 30110-060 - Brasil - Tel: (31) 3238-1792 - e-mail: gfsimõ[email protected] RESUMO

A avaliação do balanço hídrico em aterros de disposição final de resíduos sólidos urbanos (RSU) fornece elementos para o projeto de sistemas de drenagem e tratamento de líquidos lixiviados e envolve o entendimento dos processos de fluxo, dos processos bio-físico-químicos e da interação dos aterros com a atmosfera. Outra aplicação, ainda pouco explorada, refere-se à possibilidade de previsão dos níveis de líquidos no interior da massa de RSU. O conhecimento dos níveis de pressões nos líquidos no interior dos aterros pode fornecer elementos para a realização de análises de estabilidade mais precisas, fato que vem se tornando cada vez mais importante, dada a crescente verticalização dos aterros. Este trabalho tem como objetivo avaliar criticamente o desempenho de modelos de estimativa de balanço hídrico em aterros de disposição de RSU e apresentar os resultados preliminares da aplicação de um modelo tridimensional em um aterro de disposição final de RSU. Além da descrição do modelo, são apresentados os detalhes de sua utilização, destacando os parâmetros necessários, e os resultados preliminares de sua aplicação a um caso real. PALAVRAS-CHAVE: Aterros Sanitários, Resíduos Sólidos Urbanos, Balanço Hídrico. INTRODUÇÃO

Os líquidos lixiviados são resultado do processo de fluxo de água em um aterro sanitário, sendo provenientes de inúmeras fontes, incluindo precipitação, umidade natural dos resíduos sólidos, recirculação de líquidos dentre outros. A composição química dos líquidos lixiviados varia de acordo com a origem dos resíduos e as várias reações químicas e bioquímicas que podem ocorrer durante o processo de decomposição. Estes fluidos são caracterizados por um alto conteúdo de constituintes orgânicos, metais, ácidos, sais dissolvidos e microorganismos, constituindo assim em um fluido altamente agressivo para o meio ambiente, o que explica a necessidade de se estimar a geração de líquidos lixiviados em aterros sanitários de resíduos sólidos, como forma de minimizar o impacto desse no meio ambiente. O potencial de geração de líquidos lixiviados de um aterro sanitário pode ser avaliado pela realização do seu balanço hídrico, que é influenciado diretamente pelos seguintes fatores:

ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 1


• Teor de umidade dos resíduos sólidos: relacionado com a água de constituição dos resíduos sólidos e com a água absorvida da atmosfera. O teor de umidade dos resíduos depende principalmente da composição do lixo, das condições climáticas e das práticas de coleta.

• Teor de umidade do material de cobertura do aterro: relacionado com a quantidade de água presente no solo de cobertura, depende do tipo do material de cobertura, e também da estação do ano (estação seca ou úmida).

• Água que penetra o topo do aterro: formada pela parcela da precipitação que percola através da camada de cobertura.

• Água perdida na formação do biogás: durante a decomposição anaeróbica dos compostos orgânicos consome-se água e gera-se o biogás.

• Água perdida na forma de vapor d’água: relacionado à saturação do biogás por vapor d’água. • Água perdida por evaporação: relacionado à evaporação que ocorre de acordo com as condições

climáticas locais. A produção de líquidos lixiviados ainda é função dos seguintes fatores: disponibilidade de água no local (recirculação dos líquidos gerados, irrigação da camada de cobertura, presença de lodos etc), das características da camada de cobertura (umidade, vegetação, declividades etc), das características dos resíduos depositados (composição, umidade, idade, densidade, método de disposição, etc) e do método de impermeabilização do local. Por meio da avaliação do balanço hídrico consegue-se realizar uma estimativa da geração de líquidos lixiviados, o que é de extrema importância para a execução de projetos adequados de aterros sanitários de RSU. A avaliação do balanço hídrico em aterros de disposição final de resíduos sólidos urbanos (RSU) fornece elementos para o projeto de sistemas de drenagem e tratamento de líquidos lixiviados e envolve o entendimento dos processos de fluxo, dos processos bio-físico-químicos e da interação dos aterros com a atmosfera. Outra aplicação, ainda pouco explorada, refere-se à possibilidade de previsão dos níveis de líquidos no interior da massa de RSU. O conhecimento dos níveis de pressões nos líquidos no interior dos aterros pode fornecer elementos para a realização de análises de estabilidade mais precisas, fato que vem se tornando cada vez mais importante, dada a crescente verticalização dos aterros. De uma forma sintética, a avaliação do balanço hídrico envolve a solução da equação da continuidade, onde a diferença entre as diversas parcelas que fornecem umidade ao sistema (p.ex. umidade inicial dos resíduos e de todas as camadas de cobertura, precipitação, recirculação etc) e aquelas que retiram umidade (p.ex. evaporação, transpiração da cobertura vegetal, escoamento superficial, extração de líquidos lixiviados, água consumida nas reações, água perdida na forma de vapor d’água etc) corresponde à retenção de umidade pelo sistema (resíduos e camadas de cobertura). A avaliação dessas diversas parcelas requer o conhecimento de um volume significativo de informações, envolvendo registros meteorológicos (precipitação, temperatura, radiação solar, umidade relativa etc), propriedades dos resíduos (composição, teor de umidade, permeabilidade, capacidade de campo etc), dados operacionais (histórico de enchimento do aterro, projeto de sistema de drenagem interno, registros de vazões de escoamento superficial etc), dados de monitoramento ambiental (volume de líquido lixiviado e gases extraídos) e dados de monitoramento geotécnico (níveis internos de líquidos etc). Esse volume de informações nem sempre está disponível, o que leva o projetista a utilizar métodos simplificados, que podem produzir resultados incoerentes. MODELOS PARA AVALIAÇÃO DE BALANÇO HÍDRICO

Dentre os métodos mais utilizados pode-se citar o método Suíço, o método do Balanço Hídrico e o modelo HELP. No método Suíço, o volume gerado de líquido lixiviado é uma função da precipitação e da forma de compactação dos resíduos. Este método pode ser utilizado para casos mais simples, visto que a produção de líquido lixiviado é função apenas da precipitação e de um coeficiente K, onde estão embutidas todas as perdas de água.


23º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental O método do Balanço Hídrico, um dos modelos mais utilizados atualmente em aterros sanitários para determinação dos volumes de líquidos lixiviados gerados, é baseado na relação existente entre a precipitação, a evapotranspiração, o escoamento superficial e o armazenamento da água no solo. A precipitação representa a recarga de água do sistema, enquanto a evapotranspiração representa a combinação entre a evaporação das plantas e da superfície do solo, estando incluída a transpiração das plantas. O escoamento superficial representa o fluxo superficial da água diretamente na área de interesse. A capacidade de armazenamento representa a quantidade de água que pode ficar retida no solo e nos resíduos sólidos. Este método admite fluxo unidimensional, conservação de massas e nas características de transmissão e retenção de líquidos nas camadas de solo e resíduos. O modelo HELP, apresentado por SCHROEDER e outros (1994), pode ser definido como um modelo quasi-bidimensional, semi-empírico, que executa o balanço de umidade em uma coluna unidimensional, considerando parâmetros climatológicos, configuração das camadas e propriedades dos materiais envolvidos. O programa utiliza inúmeras soluções para computar os efeitos de armazenamento de água na superfície, escoamento, infiltração, evapotranspiração, crescimento das espécies vegetais, drenagem lateral das camadas, recirculação dos líquidos percolados e infiltração pelas barreiras de fundo, entre outros. Como principais características do modelo pode-se destacar:

• O processamento de cálculo é realizado numa base diária, assumindo relevada importância os dados climatológicos (temperaturas, radiação solar e precipitação).

• A água se transmite das camadas superiores as inferiores, sendo uma camada, um elemento indivisível, homogêneo e infinito. Como algumas camadas permitem uma perda lateral de água (drenagem lateral) considera-se então o modelo quasi-bidimensional.

• A quantidade de água que entra no sistema pela camada de cobertura (infiltração) leva em consideração a umidade armazenada, a densidade da vegetação, o potencial de escoamento e evaporativo da camada.

• A percolação vertical no solo é função do teor de umidade. Quando o solo está totalmente saturado, o fluxo respeita a lei de Darcy. Nas condições não saturadas, a condutividade hidráulica das camadas é calculada baseada em uma função linear da umidade do solo. Quando o teor de umidade iguala a capacidade de campo o fluxo torna-se livre.

• A drenagem lateral pelas camadas drenantes é computada analiticamente através da equação linearizada de Boussinesq.

• O programa incorpora um modelo de crescimento de plantas para aterros fechados, visto que estas colaboram na intercepção da água da chuva.

Por considerarem condição unidimensional, os modelos citados dificultam a simulação da distribuição espacial e temporal da produção de líquidos lixiviados no aterro durante a operação e subseqüente fechamento das células com a camada de cobertura de solo. Além disso, a interação entre células, induzidas pela construção de células adjacentes e/ou a construção de outras células sobre as camadas criadas, não é considerada. No intuito de diminuir as limitações dos modelos citados, VELÁSQUEZ et al (2003) apresentam o Modelo SWB (Serial Water Balance Method), que incorpora elementos adicionais, como tempo de construção e de exposição das células, capacidade de campo e sua variação de acordo com o incremento da altura do aterro. Usando essas informações torna-se possível avaliar o balanço hídrico para cada célula e a inter-relação entre as mesmas dentro do aterro, em uma situação bidimensional. O programa assume que o líquido lixiviado flui verticalmente para baixo, de acordo com a lei de Darcy para fluxos em zonas saturadas. Embora simule a construção em etapas, esse modelo admite que todas as seções transversais do aterro apresentam o mesmo histórico de enchimento e que não há fluxo horizontal entre as células. Considerando as diversas particularidades dos projetos de grandes aterros, tais como a necessidade de incorporar o histórico de enchimento do aterro, com células expostas sujeitas a uma maior infiltração de águas pluviais, a existência de complexos sistemas de drenagem internos, as diferenças nas propriedades dos materiais e a existência de interações entre células adjacentes (fluxos horizontais), LOBO e outros (2002a) e LOBO e outros (2002b) apresentam um modelo, denominado MODUELO, descrito a seguir, para avaliação de balanço hídrico em aterros de disposição de RSU.


23º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental DESCRIÇÃO DO MODELO MODUELO

O MODUELO é um modelo tridimensional baseado nas equações de fluxo saturado, no escoamento de água entre as células e no balanço de umidade, capaz de gerar, em caráter horário, os dados de umidade e a vazão de líquidos lixiviados, a partir de uma representação tridimensional do aterro, cuja forma se atualiza instantaneamente mediante a definição de um modelo de produção. Além do cálculo das vazões de líquidos lixiviados e do registro instantâneo da umidade nas células, que possibilita a avaliação do nível interno de líquidos em células pré-determinadas, o modelo simula a degradação dos RSU, estimando a composição do líquido lixiviado, o volume e a composição do biogás gerado. Os dados de entrada, necessários para a realização das simulações, são divididos em quatro blocos independentes:

• Climatologia. • Produção de RSU. • Morfologia do aterro. • Parâmetros de cálculo para simulação.

Os três primeiros blocos podem ser denominados de “parâmetros reais”, onde são fornecidos todos os dados necessários para as simulações. Já o quarto bloco refere-se aos “parâmetros de simulação” que permitem ajustar os valores calculados aos esperados nas medições reais. No bloco “Climatologia”, são armazenadas as séries temporais de precipitação horária, temperatura média diária, insolação média diária, velocidade do vento e umidade relativa do ar diária. No bloco “Produção de RSU” são armazenados os parâmetros que caracterizam os RSU que chegam ao aterro, tais como, produção total, composição gravimétrica, propriedades dos resíduos (umidade, densidade e poder calorífico), crescimento das taxas de produção, proporção de recicláveis, biodegradáveis e composição química. A partir destes dados calcula-se a evolução anual da quantidade de resíduos produzidos, sua composição e características. Os dados morfológicos necessários para a realização das simulações referem-se à disposição geométrica do aterro (topografia da área do aterro, situação de cada célula, ordem de enchimento) e as características de discretização (dimensão horizontal das células, espessura da cobertura, tipologia das células e posição dos drenos). A morfologia do aterro é obtida com a representação tridimensional, a partir de um Modelo Digital do terreno. Por meio dos dados operacionais e de produção obtêm-se a seqüência de enchimento das células. São utilizados seis tipos de células para a representação tridimensional do aterro:

• Células terreno: célula impermeável inativa que reflete as irregularidades da base do aterro. São fixadas e definidas pela topografia original da área e sua discretização correspondente.

• Células vazias: células que nunca terão elementos em seu interior e permitem fluxo em direção as células inferiores.

• Células de resíduos (V): são as células que contêm os resíduos que chegam ao aterro, sendo sempre dispostas sobre elas uma camada de cobertura intermediária. Cada célula conserva seu número de ordem, que consiste em uma informação temporal sobre a materialização daquela célula no aterro, uma vez que haja lixo suficiente para seu preenchimento.

• Células de resíduos com camada de cobertura final (Vs): tem as mesmas características das células de resíduos, no entanto para estas células são definidos os parâmetros para a camada de cobertura final.

• Células de solo (R): são células formadas por um único material (solo) diferente dos resíduos. • Células de dreno (D): células similares às células de solo, elas simulam a presença dos drenos

verticais e permitem o fluxo vertical e horizontal conforme a permeabilidade definida.


23º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental Para facilitar a visualização do aterro o programa possui uma janela onde aparece a malha de discretização, em que a altura de cada célula é conhecida por meio de um código de cores. Cada célula tem, ainda, uma marca superposta ao código de cores para sua fácil distinção. Ainda nesta janela pode-se obter informações sobre cada célula, tais como, espessura, coordenadas absolutas e o número de ordem caso seja célula de resíduos. Os parâmetros de simulação contêm tanto os que governam cada um dos modelos teóricos utilizados (permeabilidade, capacidade de campo, umidade, densidade e parâmetros de Horton) como aqueles que controlam as simulações propriamente dita (data inicial e final, discretização temporal, raio de influência dos drenos).

Com base nos dados externos o modelo calcula, para cada célula, a água que é transportada para as células vizinhas através dos submodelos de fluxo horizontal e vertical. Por meio do submodelo de fluxo de drenagem o líquido lixiviado é coletado pelo sistema de drenagem. O programa conta, ainda, com os modelos de infiltração, evaporação e evapotranspiração, e de absorção dos resíduos. Após os cálculos referentes a todos estes modelos, o programa realiza o balanço hídrico célula por célula, que consiste na aplicação da equação de continuidade nas entradas e saídas de água na célula. A figura 1 traz a seqüência dos cálculos utilizados pelo modelo e adiante serão mostradas algumas considerações sobre os modelos utilizados.

Topografia e ordem de enchimento das células

Definição do aterro

Produção de resíduos

Volume e composição dos

resíduos

Configuração atual do aterro

Balanço hidrológico célula por célula

Degradação Biogás

Precipitação Temperatura

Células ativas

Quantidade delixiviados

Registro instantâneo e temporal de

umidade

Composiçãolixiviados

Quantidade e composição do biogás

Figura 1: Seqüência de cálculos do modelo Submodelo de fluxo horizontal

As células foram idealizadas como depósitos com alturas de água, h1 e h2, correspondentes à umidade de cada célula, considerando toda a água contida nelas como pertencente à zona saturada. No fluxo entre células, supondo que não existe fluxo d’água abaixo do menor nível (h2), pode-se admitir que a água percorre o trajeto entre centros de células (Lx) atravessando uma área vertical (Ax), conforme equação 1:

( )[ ] yx LhhA ∗−= 2/21 equação (1)


23º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental Por percorrer através de duas células, uma parte do fluxo se transporta ao fim com uma permeabilidade k1 e a outra metade com uma permeabilidade k2, onde os índices 1 e 2 correspondem às células 1 e 2, respectivamente. Por este motivo se define uma permeabilidade equivalente, conforme equação 2:

( 2121 /..2 kkkkk xeq += ) equação (2)

De acordo com as equações 1 e 2, e assumindo a hipótese de que o fluxo entre células ocorre em um meio poroso onde é válida a lei de Darcy, obtêm-se a equação 3 que explica o submodelo de fluxo vertical.

iAktLLhQ xxeqyx ../.. =ΔΔ−= equação (3)

Para obter uma expressão do gradiente hidráulico i, admite-se que entre células com diferentes alturas de água (h1 e h2), se produz uma transição do nível 1 ao nível 2 em uma distância horizontal Rh, chamada de “raio de influência horizontal”, que pode ser modificado para potencializar ou reduzir o fluxo horizontal. A figura 2 apresenta um esquema do submodelo de fluxo horizontal entre células.

Figura 2: Fluxo horizontal entre células Submodelo de fluxo vertical

Como no caso anterior, a célula superior foi idealizada como um depósito de altura de água, h1, correspondente à umidade da mesma. O fluxo vertical se produz através de uma camada de cobertura de espessura e, e permeabilidade kv. Neste submodelo são consideradas as seguintes hipóteses:

• Os vazios dos resíduos, mesmo quando compactados, apresentarão caminhos preferenciais por onde o líquido escoará em fluxo livre;

• A camada de cobertura é considerada sempre saturada, não colaborando para o armazenamento de umidade, que ocorre somente na camada de RSU;

• O fluxo vertical através da camada de cobertura é considerado Darciano. Isto pode ser simplificado considerando que o movimento da água (Qd) se produz através de um permeâmetro (camada uniforme do terreno) de permeabilidade kv, espessura e e área da seção transversal Az.(Lx.Ly), expresso na equação 4.

( ) eehkAtAhQ vzzv /../. 1 +=ΔΔ−= equação (4)

A Figura 3 apresenta um esquema do submodelo de fluxo vertical entre células.



Figura 3: Fluxo vertical entre células Submodelo de drenagem

Como nas demais análises a célula superior é idealizada como um depósito com uma altura de água, h1, correspondente à umidade livre da mesma. O submodelo de drenagem aplica-se somente nas células em que foram definidos drenos inferiores. Neste submodelo a quantidade de água que infiltra, através do material contido na célula, em direção ao dreno, passa a formar parte do líquido lixiviado. Supõe-se que o fundo da célula possui uma camada de material granular capaz de conduzir todo o líquido ao tubo de drenagem. O fluxo dentro da célula em direção a camada de material granular é, como no caso do submodelo de fluxo vertical, um fluxo Darciano com gradiente hidráulico unitário. A permeabilidade vertical utilizada corresponde a do terreno sobre o dreno, no interior da célula, denominada Kvdren.. A equação 5 resume o submodelo de drenagem:

vdrenzzv kAtAhQ ./. =ΔΔ−= equação (5) A figura 4 apresenta um esquema do submodelo de drenagem.

Figura 4: Modelo de drenagem de fundo


23º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental Modelo de infiltração

Para decompor a precipitação sobre o aterro, em infiltração e escoamento superficial, utiliza-se a fórmula de Horton, conforme equação 6.

( ) ktcoc effff −−+= * equação (6)

Sendo: f → capacidade de infiltração; t → tempo transcorrido desde o início da precipitação; fc → capacidade de infiltração mínima alcançada em um certo tempo; fo → capacidade de infiltração máxima que se dá ao iniciar-se a precipitação. Os parâmetros de Horton, fc, fo e k, são estimados conforme o tipo de solo considerado. Neste modelo compara-se a intensidade da precipitação, I, com a capacidade de infiltração no instante considerado, sendo que se I < f, toda chuva se infiltra, caso contrário, se I > f, uma parte da chuva infiltra e o restante escoa superficialmente. Modelo de evaporação e evapotranspiração

A evaporação é calculada, quando a célula encontra-se em condição saturada, pelo método desenvolvido por Pennan, caso a célula encontre-se em condição não saturada calcula-se de acordo com Turc. A evapotranspiração que ocorre após a cobertura do aterro com vegetação é simulada usando uma versão simplificada do modelo de Thorthwaite. Modelo de absorção dos resíduos

Os solos e os RSU possuem a propriedade de absorver parte da água que circula através dos mesmos. Para simular este comportamento empregou-se um modelo teórico, sendo necessário a introdução do conceito de capacidade de campo, que é definida como a quantidade máxima de água que um material pode reter contra a gravidade. Aplicando este conceito, uma célula submetida a um fluxo de água incrementará sua umidade até alcançar sua capacidade de campo (CC), momento a partir do qual toda água que entrar no sistema circulará livremente. A capacidade de campo depende da porosidade do resíduo e esta, por sua vez, diminui com a pressão a que o mesmo está submetido. O modelo de absorção pode ser expresso pela equação 7:

)/100001/(1)(( ibaai WCCCCCCCC +−−= ) equação (7) Sendo: Wi → peso das células situadas sobre a célula “i” dividido pela área da mesma. CCi → capacidade de campo da célula “i” expressa em %. CCa → capacidade de campo inicial dos resíduos, sem estar submetido a pressão (corresponde a máxima umidade que um resíduo pode reter). CCb → capacidade de campo mínima, que corresponde a umidade que um resíduo pode reter quando estiver submetido a uma pressão infinita ( ) . ∞=iWCCc → um parâmetro de calibração, como o anterior, que define a rapidez da variação de CC com a profundidade entre os valores extremos CCa e CCb.


23º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental Balanço hídrico

A partir dos resultados de todos os modelos apresentados, o MODUELO executa o balanço de umidade em cada célula obtendo como resultados, a geração de líquido lixiviado no aterro e a variação do teor de umidade em cada célula. A água entra em uma célula através das células vizinhas (escoamento) e mediante infiltração (precipitação, escoamento e evaporação). O armazenamento ocorre em cada célula até atingir a capacidade de campo, ou seja, incrementa-se a umidade (H) dos resíduos até alcançar a capacidade de campo (CC). Ao completar-se este primeiro fenômeno, as próximas entradas de água incrementarão umidade (H) em forma de água livre (Ld: lixiviado disponível). A geração de líquido lixiviado em uma célula pode ser produzida por diversas causas: escoamento para a célula inferior ou adjacente (Lfv, Lfh), consumo de água na formação de biogás e efeitos de sobrecarga. O balanço hídrico em uma célula será expresso mediante a equação 8:

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )tPStCCtEVTtEtLtLtPtL

wrsfhfvd +−−−±+=Δ

Δ equação (8)

em que:

→ΔΔ

tLd variação da quantidade de lixiviado disponível. Supõe-se um armazenamento que posteriormente

escoará vertical ou horizontalmente para as células vizinhas.

( )→tH umidade que estará presente em duas formas: como CC e/ou como tLd

ΔΔ .

( )→tP precipitação sobre a célula

( )→tL fv volume escoado verticalmente proveniente da célula imediatamente superior.

( )→tL fh volume escoado horizontalmente proveniente das quatro células laterais. Será positivo ou negativo

em função do que entra ou sai da célula em estudo. ( )→tEs escoamento superficial da água de chuva que escorre pela superfície sem infiltrar.

( )→tEVT evapotranspiração ou evaporação, de acordo com a existência de plantas na superfície.

( )→tCCr capacidade de campo remanescente CCr(t) = CC(t-1) – H(t-1) ≥ 0. Se a capacidade de campo não está saturada CCr(t) >0, tem-se H(t) = CC(t), caso contrário, se a capacidade de campo está saturada, CCr(t) = 0, tem-se H(t) = ΔLd/Δt.

( )→tPSw umidade liberada pela compressão dos poros PSw(t) = CC(t-1) – CC(t).

APLICAÇÃO DO MODELO MODUELO

Foi realizada uma simulação preliminar para um período de um ano, a partir do início do enchimento de uma das células do aterro sanitário da BR-040 em Belo Horizonte, o qual pode ser visualizado na figura 5.



Figura 5: Vista geral da célula utilizada na simulação Para a execução da simulação, com o modelo MODUELO, foi necessário obter os parâmetros referentes aos quatro blocos de dados de entrada, quais sejam, climatologia, produção de RSU, morfologia do aterro e parâmetros de cálculo. Os dados climatológicos - precipitação, temperatura, umidade, insolação e velocidade do vento - foram obtidos nos registros climatológicos da Companhia Energética de Minas Gerais – CEMIG. Esses dados foram sistematizados de forma a gerar um banco de dados compatível com o programa utilizado. Os dados de produção de RSU, a história de enchimento do aterro e os parâmetros de cálculo foram levantados a partir dos registros operacionais junto a Superintendência de Limpeza Urbana de Belo Horizonte – SLU. De acordo com os dados operacionais levantou-se, primeiramente, a topografia da base do aterro, a qual pode ser visualizada nas figuras 6 e 7.



800.00 850.00 900.00 950.001000.00

1050.00

1100.00

1150.00

1200.00

1250.00

1300.00

1350.00

Dique

BArreira Vertical

Figura 6: Topografia original da célula utilizada na simulação

Barreira Vertical

Dique

Figura 7: Modelo digital do terreno da célula utilizada na simulação


23º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental Após ter sido realizada a discretização da base do aterro, os dados operacionais referentes a cada mês de operação foram trabalhados para a obtenção da seqüência de enchimento mês a mês, obtendo como resultado a configuração do aterro para o período considerado na simulação (figura 8).

Figura 8: Exemplo da tela correspondente ao enchimento da célula Para verificar a aplicabilidade do programa, compararam-se os resultados obtidos com os registros de campo das vazões de líquidos lixiviados gerados, nos últimos três meses do ano simulado. Destaca-se que, por se tratar de uma análise preliminar, alguns parâmetros utilizados na simulação foram obtidos na literatura e a partir de sugestões do próprio modelo, o que, em parte, pode explicar as diferenças encontradas entre os valores medidos em campo e os produzidos pelo modelo, conforme apresentado na Figura 9. Observa-se um atraso entre a ocorrência da precipitação e o inicio da geração de líquidos lixiviados, indicando a importância da incorporação da capacidade de campo dos materiais na avaliação do balanço hídrico em aterros de disposição de RSU.

0

500

1000

1500

2000

2500

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12Meses

Volu

me

gera

do (m

3 )

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

Prec

ipita

ção

(mm

)

Lixiviado gerado MODUELOLixiviado gerado no aterroPrecipitação

Figura 9: Comparação entre os resultados do modelo e os obtidos em campo


23º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental CONCLUSÕES

O modelo descrito e utilizado na simulação mostrou-se versátil e com grande capacidade de simular o balanço hídrico em aterros de disposição de RSU desde a fase inicial de enchimento, considerando geometrias complexas e existência de sistemas de drenagem internos. As principais dificuldades encontradas se referem a necessidade de conhecimento de um grande volume de informações, principalmente o histórico de preenchimento, usualmente não disponível. No entanto, por ser um modelo tridimensional que contempla a interação entre células, sua utilização em aterros onde se dispõe dos dados permitirá a sua calibração e posterior comparação dos resultados com modelos mais simplificados, permitindo a validação desses. As análises preliminares apresentadas estão sendo refinadas e ampliadas para todo o período de enchimento da célula estudada, o que possibilitará uma análise mais detalhada dos resultados, incluindo os módulos de degradação e geração de biogás, não utilizados no presente trabalho. AGRADECIMENTOS

Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico – CNPq, pela concessão da bolsa de Iniciação Científica; à Superintendência de Limpeza Urbana de Belo Horizonte – SLU e a Companhia Energética de Minas Gerais – CEMIG pelo fornecimento dos dados, e à Profa. Amaya Lobo G. de Cortazar, da Universidade da Cantabria, Espanha, pelo apoio na utilização do modelo MODUELO. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. LOBO, A. Comunicação Pessoal, 2004. 2. LOBO, A., HERRERO, J., MONTERO, O., FANTELLI, M., TEJERO, I. Modelling for Environmental

Assessment of Municipal Solid Waste Landfills (Part 1: Hydrology). Waste Management and Research, v.20, n.2, pp. 198-210, 2002a.

3. LOBO, A., HERRERO, J., MONTERO, O., TEJERO, I., FANTELLI, M., Modelling for Environmental Assessment of Municipal Solid Waste Landfills (Part 2: Biodegradation). Waste Management and Research, v.20, n.6, pp. 514-528, 2002a.

4. Manual Técnico e do Usuário do Modelo Moduelo. Universidade da Cantabria, Espanha, 1999. 5. SCHROEDER, P.R.; DOZIER, T.S.; ZAPPI, P.A.; Mc ENROE, B.M.; SJOSTROM, J.W.; PEYTON,

R.L. The hydrologic evaluation of landfill performance (HELP) Model: engineering documentation for version 3. Report EPA/600/R-94/168b, 1994.

6. VELÁSQUEZ, M.T.O., CRUZ-RIVERA, R., ROJAS-VALENCIA, N., MONJE-RAMÍREZ, I., SÁNCHEZ-GÓMEZ, J. Serial Water Balance Method for Predicting Leachate Generation in Landfills. Waste Management and Research, v.21, n.2, pp. 127-136, 2003.


Documents

III-198 - bvsde.paho.org · Professor Adjunto do Departamento de Engenharia de Transportes e Geotecnia da UFMG. Doutor e Mestre em Engenharia Civil (PUC-Rio). Engenheiro Civil (UFMG)