Luiza_Cantuaria_Costa_doutorado.pdf

ESTUDOS GEOMECÂNICOS EM COMPOSTO DE RESÍDUOS SÓLIDOS

URBANOS

Luiza Cantuária Costa

Tese de Doutorado apresentada ao Programa de

Pós-graduação em Engenharia Civil, COPPE, da

Universidade Federal do Rio de Janeiro, como

parte dos requisitos necessários à obtenção do

título de Doutor em Engenharia Civil.

Orientador: Cláudio Fernando Mahler

Rio de Janeiro

Setembro de 2013


URBANOS


TESE SUBMETIDA AO CORPODOCENTE DO INSTITUTO ALBERTO LUIZ

COIMBRA DE PÓS-GRADUAÇÃO E PESQUISA DE ENGENHARIA (COPPE) DA

UNIVERSIDADEFEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS

REQUISITOSNECESSÁRIOSPARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE DOUTOR EM

CIÊNCIAS EM ENGENHARIA CIVIL.

Examinada por:

________________________________________________

Prof. Cláudio Fernando Mahler, D.Sc

________________________________________________

Prof. Mauricio Ehrlich, D.Sc

________________________________________________

Prof. Leonardo De Bona Becker, D.Sc

________________________________________________

Prof. Ennio Marques Palmeira, Ph.D

________________________________________________

Profa. Marcia Marques Gomes, Ph.D

RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL

SETEMBRO DE 2013

iii

Costa, Luiza Cantuária

Estudos Geomecânicos em Composto de Resíduos

Sólidos Urbanos / Luiza Cantuária Costa. – Rio de

Janeiro: UFRJ/COPPE, 2013.

XX, 162 p.: il.; 29,7 cm.


Tese (doutorado) – UFRJ/ COPPE/ Programa de

Engenharia Civil, 2013.

Referências Bibliográficas: p. 150-162

1. Resíduos Sólidos. 2. Parâmetros de Resistência. 3.

Composto. I. Mahler, Cláudio Fernando II. Universidade

Federal do Rio de Janeiro, COPPE, Programa de

Engenharia Civil. III. Título.

iv

À Deus,

Aos meus amados filhos Paulo Affonso e

Pedro Luiz ,

Aos meus incansáveis pais Norma e Francisco,

Ao meu irmão Francisco Neto,

À minha tia e segunda mãe Shirlei e

Aos meus primos-irmãos Bettina, Lysbeth e José.

v

AGRADECIMENTOS

Agradeço a Deus e a todos os espíritos de luz que me permitiram evoluir e

encontrar os caminhos do equilíbrio e da persistência para a realização desta nova etapa

na minha vida.

Aos meus amados filhos, Paulo Affonso e Pedro Luiz pela compreensão nos

momentos em que eu não podia estar lá, também pelos momentos de melancolia e

nervosismo enquanto a culpa e as cobranças me consumiam.

A meus pais pelo apoio incondicional, sem o qual não seria possível me lançar

nesta empreitada pessoal e pelo amor que me aliviava a alma nos cuidados com os meus

filhos.

Ao Professor Cláudio Mahler, pela oportunidade e por acreditar na minha

capacidade de realização deste trabalho.

Aos colegas de doutorado, Mário Nascinovic, Francesco Lugli e Ronaldo Izzo,

por toda a atenção e carinho, por todas as horas dispensadas, juntos na nossa sala de

estudos e todas as risadas que atenuaram os meus momentos de aflição.

Em especial a minha amiga Juliana Rose pelo apoio e toda a ajuda preciosa, sem

tempo nem hora, sempre com excelente humor e disposição.

Aos colegas e técnicos do Laboratório de Geotecnia, Sergio Iório e Luiz

Almeida, pela ajuda e colaboração sempre disponível, em momentos decisivos do

desenvolvimento da tese.

Aos Professores do Departamento de Geotecnia da COPPE pelos ensinamentos

proferidos, base de todo o conhecimento necessário para a conclusão deste trabalho.

Às colegas e secretárias do Laboratório de Geotecnia, Márcia Gusmão, Maria

Alice Garcia e Andréa Souza, pelos momentos de apoio e pronto-atendimento e pela

amizade que floresceu em nossas famílias.

A secretaria do PEC, em especial ao Beth,Jairo e Rita de Cássia que sempre

estiveram prontamente abertos para solucionarem os trâmites documentais nestes anos

de pesquisa.

vi

De tudo ficaram três coisas...

A certeza de que estamos começando...

A certeza de que é preciso continuar...

A certeza de que podemos ser interrompidos

antes de terminar...

Façamos da interrupção um caminho novo...

Da queda, um passo de dança...

Do medo, uma escada...

Do sonho, uma ponte...

Da procura, um encontro!

Fernando Sabino

vii

Resumo da Tese apresentada à COPPE/UFRJ como parte dos requisitos necessários

para a obtenção do grau de Doutor em Ciências (D.Sc.)


URBANOS


Setembro/2013


Programa: Engenharia Civil

O problema dos resíduos sólidos é conhecido mundialmente, e é notório que

necessita de melhor compreensão, principalmente quanto à sua composição e variação

de seus componentes com o tempo. A política nacional dos resíduos sólidos,

promulgada em 2010 depois de anos tramitando no congresso nacional, inicia uma nova

etapa no gerenciamento destes resíduos, e desperta novas perspectivas nos quesitos

tratamento e disposição final. Dentro desta nova perspectiva, esta pesquisa visou

colaborar para um melhor conhecimento do comportamento dos resíduos sólidos

urbanos pré-tratados mecânica e biologicamente. Para este trabalho, realizaram-se

ensaios triaxiais drenados e não drenados em um equipamento triaxial convencional

(Geocomp – FlowTrac-II) acoplado a um adaptador de transferência de volume com o

objetivo de obter parâmetros de resistência ao cisalhamento, com amostras íntegras e

fracionadas granulometricamente de resíduo pré-tratado mecânica e biologicamente

produzido a partir de resíduos sólidos urbanos provenientes da Usina de Triagem e

Compostagem do Cajú, no município do Rio de Janeiro. Pelos resultados obtidos,

observou-se que não há diferenças significativas nos parâmetros de resistência entre as

diferentes frações granulométricas de resíduos pré-tratados de mesma origem.

viii

Abstract of Thesis presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfillment of the

requirements for the degree of Doctor of Science (D.Sc.)

GEOMECHANICAL STUDIES IN PRETREATED URBAN SOLID WASTE


September/2013

Advisor: Cláudio Fernando Mahler

Department: Civil Engineering

The problem of solid waste is known worldwide and it is notorious it needs a

better understanding, mostly when it comes to its composition and the variation of its

components with time. The national policy of solid waste, enacted in 2010 after years of

being processed in the national Congress, begins a new stage in the management of this

waste, and awakens new perspectives in the treatment and final disposal questions.

Inside this new perspective, this research aimed to cooperate for a better knowledge of

the behavior of urban solid waste pre-treated mechanically and biologically. For this

work, drained and undrained triaxiais trials were made in formal triaxial equipment

(Geocomp – FlowTrac-II) attached to a volume transfer adapter aiming to get

parameters of shear strength, with intact and granulometrically fractionated samples of

waste pre-treated mechanically and biologically produced from urban solid waste from

Usina de Triagem e Compostagem do Cajú, in the county of Rio de Janeiro. By the

results obtained, it was observed that there is no significant difference in the parameters

of resistance between the different granulometric fractions of waste pre-treated from the

same origin.

ix

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ................................................................................................... 1

1.1 IMPORTÂNCIA DOS ESTUDOS SOBRE PARÂMETROS DE RESISTÊNCIA EM RESÍDUOS ........................................... 2 1.2 OBJETIVOS ................................................................................................................................... 2 1.3 ORGANIZAÇÃO DA TESE .................................................................................................................. 2

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA............................................................................ 4

2.1 RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS........................................................................................................... 4 2.1.1 Geração ........................................................................................................................... 4 2.1.2 Classificação dos RSU ....................................................................................................... 4 2.1.3 Disposição Final ............................................................................................................... 6

2.2 CARACTERÍSTICAS DOS RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS ............................................................................. 8 2.2.1 Propriedades Físicas e Geotécnicas .................................................................................. 8

2.2.1.1 Composição Física e Gravimétrica ........................................................................................ 9 2.2.1.2 Composição Granulométrica .............................................................................................. 13 2.2.1.3 Teor de Umidade ............................................................................................................... 16 2.2.1.4 Peso Específico .................................................................................................................. 19 2.2.1.5 Permeabilidade ................................................................................................................. 25 2.2.1.6 Temperatura ..................................................................................................................... 28 2.2.1.7 Densidade Real dos Grãos .................................................................................................. 30 2.2.1.8 Compressibilidade ............................................................................................................. 31 2.2.1.9 Capacidade de Campo ....................................................................................................... 33 2.2.1.10 Resistência ao Cisalhamento .............................................................................................. 35

2.3 PRÉ-TRATAMENTO MECÂNICO E BIOLÓGICO DE RESÍDUOS..................................................................... 55 2.3.1 Os Processos Mecânico e Biológico................................................................................. 55 2.3.2 Tecnologias de Tratamento TMB .................................................................................... 58 2.3.3 Propriedades dos Resíduos Pré-Tratados ........................................................................ 60

3 MATERIAIS E MÉTODOS ............................................................................. 64

3.1 INTRODUÇÃO.............................................................................................................................. 64 3.2 MATERIAIS ................................................................................................................................ 64

3.2.1 O Composto ................................................................................................................... 65 3.2.2 Equipamento Triaxial ..................................................................................................... 71

3.3 MÉTODOS ................................................................................................................................. 76 3.3.1 Caracterização do Composto Produzido na Usina de Tratamento e Transbordo do Caju .. 76

3.3.1.1 Análise Granulométrica ..................................................................................................... 76 3.3.1.2 Sólidos Voláteis ................................................................................................................. 77 3.3.1.3 Teor de Umidade ............................................................................................................... 77 3.3.1.4 Compactação .................................................................................................................... 78 3.3.1.5 Densidade Real dos Grãos (Gs) ........................................................................................... 78

3.3.2 Ensaios Triaxiais............................................................................................................. 78

4 RESULTADOS E DISCUSSÕES ..................................................................... 83

4.1 ANÁLISE GRANULOMÉTRICA ........................................................................................................... 83 4.2 SÓLIDOS VOLÁTEIS ....................................................................................................................... 87 4.3 COMPACTAÇÃO........................................................................................................................... 89 4.4 DENSIDADE REAL DOS GRÃOS ......................................................................................................... 97 4.5 ENSAIOS TRIAXIAIS ....................................................................................................................... 99

4.5.1 Resultados dos Ensaios CIU ............................................................................................ 99 4.5.1.1 Amostra Original ............................................................................................................... 99 4.5.1.2 Amostra x < 2 mm ........................................................................................................... 103 4.5.1.3 Amostra 2 mm< x < 9 mm ................................................................................................ 106 4.5.1.4 Amostra x > 9 mm ........................................................................................................... 110

4.5.2 Resultados dos Ensaios CID .......................................................................................... 117

x

4.5.2.1 Amostra Original ............................................................................................................. 117 4.5.2.2 Amostra x < 2 mm ........................................................................................................... 121 4.5.2.3 Amostra 2 mm< x < 9 mm ................................................................................................ 124 4.5.2.4 Amostra x > 9 mm ........................................................................................................... 128

4.5.3 Envoltórias Não drenadas efetivas x Envoltórias Drenadas ........................................... 135 4.5.4 Parâmetros de Resistência deste Trabalho com os Publicados na Literatura.................. 138

5 CONCLUSÕES E SUGESTÕES FUTURAS. ................................................ 146

5.1 CONCLUSÕES DOS ENSAIOS REALIZADOS NO COMPOSTO DE RSU ........................................................... 146 5.2 SUGESTÕES PARA FUTURAS PESQUISAS ............................................................................................ 148

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................... 150

xi

LISTA DE FIGURAS

FIGURA 2.1 - DISTRIBUIÇÃO GRANULOMÉTRICA DE RSU EM DIFERENTES IDADES

(JESSBERGER, 1994 APUD DE LAMARE NETO, 2004). ................................... 14

FIGURA 2.2– DISTRIBUIÇÃO GRANULOMÉTRICA DOS MATERIAIS COMPRESSÍVEIS QUE

COMPÕEM OS RSU EM RELAÇÃO A 100% DA MASSA TOTAL DA AMOSTRA (DIXON;

LANGER, 2006 - MODIFICADA PELO AUTOR). ...................................................... 15

FIGURA 2.3– DISTRIBUIÇÃO GRANULOMÉTRICA DOS MATERIAIS INCOMPRESSÍVEIS QUE


LANGER, 2006 - MODIFICADO PELO AUTOR). ...................................................... 15

FIGURA 2.4– DISTRIBUIÇÃO GRANULOMÉTRICA DOS MATERIAIS DE REFORÇOS QUE


LANGER, 2006 - MODIFICADO PELO AUTOR). ...................................................... 16

FIGURA 2.5 – PERFIS DE UMIDADE DE RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS (CARVALHO,1999).

............................................................................................................................ 19

FIGURA 2.6 – VARIAÇÃO DO PESO ESPECÍFICO DE RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS COM A

PROFUNDIDADE (KNOCHENMUS ET AL., 1998)................................................... 20

FIGURA 2.7 –VARIAÇÃO DO PESO ESPECIFICO COM A IDADE DO RESÍDUO (AZEVEDO ET

AL., 2003). ........................................................................................................... 24

FIGURA 2.8 – ENSAIO DE PERMEABILIDADE À CARGA CONSTANTE PARA A AMOSTRA DE

COMPOSTO DA USINA DO CAJU, COM TRÊS DIFERENTES MASSAS ESPECÍFICAS E COM

GRANULOMETRIA MENOR DO QUE 4MM (IZZO,2008). ........................................... 28

FIGURA 2.9 – VARIAÇÃO DA TEMPERATURA DO RSU COM A PROFUNDIDADE, ATERRO

ANO LIOSSIA, ATENAS (GRÉCIA), (COUMOULOS ET AL., 1995). ......................... 30

FIGURA 2.10 – VARIAÇÃO DA TEMPERATURA DOS RSU COM A PROFUNDIDADE, ATERRO

DA MURIBECA, RECIFE, (MARIANO E JUCÁ, 1998). ........................................... 30

FIGURA 2.11 –CAPACIDADE DE CAMPO VERSUS MASSA ESPECÍFICA SECA PARA O

COMPOSTO COM GRANULOMETRIA MENOR DO QUE 4 MM COM DIFERENTES MASSAS

ESPECÍFICAS (IZZO,2008) .................................................................................... 35

FIGURA 2.12 – MOBILIZAÇÃO DO INTERCEPTO DE COESÃO E ANGULO DE ATRITO COM AS

DEFORMAÇÕES AXIAIS (KONIG; JESSBERGER, 1997). ....................................... 38

FIGURA 2.13 – PROPRIEDADES DE TRAÇÃO (KOLSCH, 1996). ...................................... 39

FIGURA 2.14 – SOBREPOSIÇÃO DAS PROPRIEDADES DE RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DE

RESÍDUOS DE ATRITO E REFORÇO (KOLSCH, 1996). ............................................. 40

FIGURA 2.15 – VARIAÇÃO DA RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DOS RESÍDUOS COM A

PROFUNDIDADE (SINGH; SUN, 1995). ................................................................. 43

xii

FIGURA 2.16 – PARÂMETROS DE RESISTÊNCIA MOBILIZADOS EM FUNÇÃO DO NÍVEL DE

DEFORMAÇÕES (KONIG; JESSBERGER, 1997). .................................................. 44

FIGURA 2.17 – EQUIPAMENTO EXPERIMENTAL EM LABORATÓRIO PARA ENSAIO TRIAXIAL

DE GRANDE ESCALA – CAICEDO ET AL. (2002). ................................................... 45

FIGURA 2.18 – RESULTADOS DE ENSAIOS TRIAXIAIS EM RSU (CAICEDO ET AL.,2002). . 45

FIGURA 2.19 – FAIXA DE ENVOLTÓRIAS DE RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DE RSU

OBTIDA POR DIVERSOS PESQUISADORES E PROPOSTA PARA PROJETOS DE ATERRO DE

RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS (DIXON; JONES, 2005 APUD NASCIMENTO, 2007).

............................................................................................................................ 46

FIGURA 2.20 – NÚMERO TOTAL DE PLANTAS DE TMB EM OPERAÇÃO OU EM CONSTRUÇÃO

(WHEELER, 2006) ............................................................................................. 57

FIGURA 2.21 – CURVAS DO ENSAIO DE COMPACTAÇÃO EM RESÍDUOS PRÉ-TRATADOS. . 62

FIGURA 3.1 – RSU IN NATURA NA USINA DE TRATAMENTO E TRANSBORDO DO CAJU...... 66

FIGURA 3.2– VISTA DO PROCESSO DE SEPARAÇÃO DOS MATERIAIS RECICLÁVEIS NA USINA

DO CAJU. (A) E (B) GARRA PARA COLETA DO LIXO; (C) ESTEIRA UTILIZADA NA

SEPARAÇÃO DOS RECICLÁVEIS; (D) MATERIAL RECICLÁVEL JÁ SEPARADO

(ALMEIDA, 2011). ............................................................................................. 66

FIGURA 3.3 – VISTA DA USINA DE TRATAMENTO E TRANSBORDO DO CAJU, RIO DE

JANEIRO ............................................................................................................... 67

FIGURA 3.4 – VISTA DAS LEIRAS DE COMPOSTAGEM AO AR LIVRE. ................................. 67

FIGURA 3.5 – PILHA DE COMPOSTO RECÉM PENEIRADO NA USINA DE TRATAMENTO DO

CAJU.................................................................................................................... 68

FIGURA 3.6 –DESENHO ESQUEMÁTICO IDENTIFICANDO AS FRAÇÕES GRANULOMÉTRICAS

UTILIZADAS.......................................................................................................... 68

FIGURA 3.7 – VISTA E DETALHES DO COMPOSTO APÓS SEPARAÇÃO GRANULOMÉTRICA DE

X < 2 MM, 2 MM < X < 9 MM E X > 9 MM. ................................................................ 69

FIGURA 3.8 – COMPONENTES INERTES DO COMPOSTO DE RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS. . 71

FIGURA 3.9 – EQUIPAMENTO PARA ENSAIOS TRIAXIAIS –GEOCOMP ............................ 72

FIGURA 3.10 – PRENSA ELETROMECÂNICA .................................................................... 72

FIGURA 3.11 – MÓDULOS DE PRESSÃO .......................................................................... 73

FIGURA 3.12 – CÉLULA TRIAXIAL DESMONTADA DE 50,8 MM ........................................ 74

FIGURA 3.13 – CÂMARA PARA TRANSFERÊNCIA DE PRESSÃO (IZZO, 2010). .................. 74

FIGURA 3.14 – MVV ( MEDIDOR DE VARIAÇÃO VOLUMETRICA) ................................... 75

xiii

FIGURA 3.15 – ESQUEMA DE MONTAGEM NORMAL DO ENSAIO TRIAXIAL AUTOMÁTICO

PARA SOLOS E O ESQUEMA DE MONTAGEM DO ENSAIO TRIAXIAL, COM A ADAPTAÇÃO

PARA SE EVITAR A CORROSÃO DA UNIDADE DE PRESSÃO AUTOMÁTICA (IZZO, 2010).

............................................................................................................................ 75

FIGURA 3.16 – COMPONENTES DO MOLDE TRIPARTIDO DE 2 POLEGADAS. ....................... 79

FIGURA 3.17– DETALHES DO MOLDE TRIPARTIDO DE 2 POLEGADAS. .............................. 79

FIGURA 3.18 – DETALHES DO MOLDE TRIPARTIDO DE 3 POLEGADAS. ............................. 80

FIGURA 3.19 – DETALHE DO CORPO DE PROVA NA CÂMARA TRIAXIAL. ........................... 81

FIGURA 4.1 – CURVA GRANULOMÉTRICA DO COMPOSTO PASSANTE NA PENEIRA 2,0 MM,

COMO O COMPOSTO SECO EM ESTUFA .................................................................... 83

FIGURA 4.2 – CURVA GRANULOMÉTRICA DO COMPOSTO PASSANTE NA PENEIRA 2,07 MM

SECO AO AR. ......................................................................................................... 84

FIGURA 4.3 – CURVA GRANULOMÉTRICA DO COMPOSTO DE DIFERENTES DIÂMETROS

COMPARANDO-OS COM UM SOLO ARGILOSO (ROSE, 2009). ................................... 85

FIGURA 4.4– CURVAS GRANULOMÉTRICA DA AMOSTRA ORIGINAL. ................................ 86

FIGURA 4.5– CURVAS GRANULOMÉTRICAS DAS AMOSTRAS DE FRAÇÕES

GRANULOMÉTRICAS TRABALHADAS. ..................................................................... 86

FIGURA 4.6 – CURVA DE COMPACTAÇÃO PARA O RSU NA AMOSTRA ORIGINAL. ............. 90

FIGURA 4.7– CURVA DE COMPACTAÇÃO DO COMPOSTO NA GRANULMETRIA DE X > 9MM.

............................................................................................................................ 91

FIGURA 4.8– CURVA DE COMPACTAÇÃO DO COMPOSTO NA GRANULMETRIA DE X < 2 MM.

............................................................................................................................ 92

FIGURA 4.9– CURVA DE COMPACTAÇÃO DO COMPOSTO NA GRANULMETRIA DE 2 MM < X <

9 MM.................................................................................................................... 93

FIGURA 4.10– GRÁFICO COMPARATIVO ENTRE AS CURVAS DE COMPACTAÇÃO DA

AMOSTRA ORIGINAL E DAS 3 GRANULOMETRIAS ESTUDADAS. ................................ 94

FIGURA 4.11– GRÁFICO COMPARATIVO ENTRE AS UMIDADES MÉDIAS DAS 3

GRANULOMETRIAS ESTUDAS. ................................................................................ 95

FIGURA 4.12 – GRÁFICO COMPARATIVO ENTRE AS MASSAS ESPECÍFICAS APARENTE SECA

NAS 3 GRANULOMETRIAS ESTUDADAS. .................................................................. 96

FIGURA 4.13 – RELAÇÃO ENTRE A DENSIDADE REAL DOS GRÃO E AS 3 GRANULOMETRIAS

ESTUDADAS.......................................................................................................... 97

FIGURA 4.14 – COMPARAÇÃO ENTRE OS ÍNDICES DE VAZIOS OBTIDOS PARA AS 3

GRANULOMETRIAS DO COMPOSTO DE RSU TRABALHADAS. ................................... 98

xiv

FIGURA 4.15– CURVA TENSÃO X DEFORMAÇÃO ESPECÍFICA - CIU - AMOSTRA ORIGINAL.

.......................................................................................................................... 100

FIGURA 4.16 – CURVA PORO-PRESSÃO X DEFORMAÇÃO ESPECÍFICA - CIU - AMOSTRA

ORIGINAL. ......................................................................................................... 100

FIGURA 4.17 – ENVOLTÓRIA DE TENSÕES TOTAIS E EFETIVAS - CIU - AMOSTRA ORIGINAL.

.......................................................................................................................... 102

FIGURA 4.18 – ENVOLTÓRIA P’ X Q – CIU - AMOSTRA ORIGINAL. ............................... 102

FIGURA 4.19 – CURVA TENSÃO X DEFORMAÇÃO ESPECÍFICA - CIU - AMOSTRA X < 2 MM.

.......................................................................................................................... 103

FIGURA 4.20 – CURVA PORO-PRESSÃO X DEFORMAÇÃO ESPECÍFICA - CIU - AMOSTRA X <

2 MM.................................................................................................................. 104

FIGURA 4.21 – ENVOLTÓRIA DE TENSÕES - CIU - AMOSTRA X < 2 MM. ........................ 105

FIGURA 4.22 - ENVOLTÓRIA P’ X Q - CIU - AMOSTRA X < 2 MM. .................................. 106

FIGURA 4.23 – CURVA TENSÃO X DEFORMAÇÃO ESPECÍFICA - CIU - AMOSTRA2 MM< X <

9 MM.................................................................................................................. 107

FIGURA 4.24 – CURVA PORO-PRESSÃO X DEFORMAÇÃO ESPECÍFICA - CIU - AMOSTRA 2

MM < X < 9 MM................................................................................................... 107

FIGURA 4.25 – ENVOLTÓRIA DE TENSÕES - CIU - AMOSTRA 2MM < X < 9 MM. ............. 109

FIGURA 4.26 – ENVOLTÓRIA P’ X Q - CIU - AMOSTRA 2 MM < X < 9 MM. ...................... 109

FIGURA 4.27 – CURVA TENSÃO X DEFORMAÇÃO ESPECÍFICA - CIU – AMOSTRA X > 9 MM.

.......................................................................................................................... 110

FIGURA 4.28 – CURVA PORO-PRESSÃO X DEFORMAÇÃO ESPECÍFICA - CIU - AMOSTRA X >

9 MM.................................................................................................................. 111

FIGURA 4.29 – ENVOLTÓRIA DE TENSÕES CIU - AMOSTRA X > 9 MM. .......................... 112

FIGURA 4.30 – ENVOLTÓRIA P’ X Q – CIU - AMOSTRA X > 9 MM. ................................. 113

FIGURA 4.31 – COMPARAÇÃO DE RESULTADOS DE C E Φ CIU - TENSÕES TOTAIS - ESTE

TRABALHO E BIBLIOGRAFIA . .............................................................................. 115

FIGURA 4.32 – COMPARAÇÃO DE RESULTADOS DE C E Φ DE ENSAIOS CIU - TENSÕES

EFETIVAS - ESTE TRABALHO E BIBLIOGRAFIA . ..................................................... 116

FIGURA 4.33– CURVA TENSÃO X DEFORMAÇÃO ESPECÍFICA - CID - AMOSTRA ORIGINAL

.......................................................................................................................... 117

FIGURA 4.34 – CURVA DEFORMAÇÃO VOLUMÉTRICA X DEFORMAÇÃO ESPECÍFICA - CID -

AMOSTRA ORIGINAL .......................................................................................... 118

xv

FIGURA 4.35 – ENVOLTÓRIA DE TENSÕES CID - AMOSTRA ORIGINAL. ......................... 120

FIGURA 4.36 – ENVOLTÓRIA P’ X Q – CID - AMOSTRA ORIGINAL. ............................... 120

FIGURA 4.37 – CURVA TENSÃO X DEFORMAÇÃO ESPECÍFICA - CID - AMOSTRA X < 2 MM.

.......................................................................................................................... 121


AMOSTRA X < 2 MM. .......................................................................................... 122

FIGURA 4.39 – ENVOLTÓRIA DE TENSÕES CID - AMOSTRA X < 2 MM. .......................... 123

FIGURA 4.40 – ENVOLTÓRIA P’ X Q – CID - X < 2 MM. ................................................. 124

FIGURA 4.41 – CURVA TENSÃO X DEFORMAÇÃO ESPECÍFICA - CID - AMOSTRA 2 MM < X <

9 MM.................................................................................................................. 125


AMOSTRA 2 MM < X < 9 MM. ............................................................................... 125

FIGURA 4.43 – ENVOLTÓRIA DE TENSÕES CID - AMOSTRA 2 MM < X < 9 MM. .............. 127

FIGURA 4.44 – ENVOLTÓRIA P’ X Q – CID - 2 MM < X < 9 MM. ..................................... 127

FIGURA 4.45 – CURVA TENSÃO X DEFORMAÇÃO ESPECÍFICA - CD - AMOSTRA X > 9 MM.

.......................................................................................................................... 128

FIGURA 4.46 – CURVA DEFORMAÇÃO VOLUMÉTRICA X DEFORMAÇÃO ESPECÍFICA - CD -

AMOSTRA X > 9 MM. .......................................................................................... 129

FIGURA 4.47 – ENVOLTÓRIA DE TENSÕES CD - AMOSTRA X > 9 MM. ........................... 130

FIGURA 4.48 – ENVOLTÓRIA P’ X Q – CD - X > 9 MM. .................................................. 131

FIGURA 4.49 – COMPARAÇÃO DE RESULTADOS DE C E Φ DE ENSAIOS CID - ESTE

TRABALHO E BIBLIOGRAFIA. ............................................................................... 133

FIGURA 4.50 – COMPARAÇÃO ENTRE AS ENVOLTÓRIAS CIU E CID DA AMOSTRA

ORIGINAL. .......................................................................................................... 135

FIGURA 4.51 – COMPARAÇÃO ENTRE AS ENVOLTÓRIAS CIU E CID DA AMOSTRA X < 2 MM

.......................................................................................................................... 136

FIGURA 4.52 – COMPARAÇÃO ENTRE AS ENVOLTÓRIAS CIU E CID DA AMOSTRA 2 MM < X

< 9 MM ............................................................................................................... 137

FIGURA 4.53 – COMPARAÇÃO ENTRE AS ENVOLTÓRIAS CIU E CID DA AMOSTRA X > 9 MM

.......................................................................................................................... 138

FIGURA 4.54 – RESULTADOS DOS ENSAIOS CIU E CID - ESTE TRABALHO..................... 139

xvi

FIGURA 4.55 – RESULTADOS DOS PARÂMETROS DE ÂNGULO DE ATRITOENCONTRADOS EM

ENSAIOS TRIAXIAIS REGISTRADOS NA BIBLIOGRAFIA CONSULTADA E DESTE

TRABALHO. ........................................................................................................ 140

FIGURA 4.56 – RESULTADOS DOS PARÂMETROS DE COESÃO ENCONTRADOS EM ENSAIO

TRIAXIAIS REGISTRADOS NA BIBLIOGRAFIA E DESTE TRABALHO. .......................... 142

FIGURA 4.57 – RESULTADOS DOS PARÂMETROS DE ÂNGULO DE ATRITO ENCONTRADOS EM

ENSAIOS TRIAXIAIS E DE CISALHAMENTO DIRETO REGISTRADOS NA BIBLIOGRAFIA E

NESTE TRABALHO. .............................................................................................. 143

FIGURA 4.58 – RESULTADOS DOS PARÂMETROS DE COESÃO ENCONTRADOS EM ENSAIOS

TRIAXIAIS E DE CISALHAMENTO DIRETO REGISTRADOS NA BIBLIOGRAFIA E DESTE

TRABALHO. ........................................................................................................ 145

xvii

LISTA DE TABELAS

TABELA 2.1 - COMPONENTES DOS RSU E SEUS GRUPOS (COMLURB, 2005). .................. 9

TABELA 2.2 - COMPOSIÇÃO GRAVIMÉTRICA DO LIXO - MUNICÍPIO DO RIO DE JANEIRO-

2004 – 2010 (COMLURB, 2011) ......................................................................... 13

TABELA 2.3 – VALORES PARA O TEOR DE UMIDADE DE RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS

(RSU)(FUCALE,2005). ...................................................................................... 19

TABELA 2.4 - PESO ESPECÍFICO DE RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS (RSU).REFERÊNCIA .... 22

TABELA 2.5 – VALORES DE PESO ESPECÍFICO EM FUNÇÃO DO GRAU DE COMPACTAÇÃO

(GACHET ET AL., 1998). ..................................................................................... 23

TABELA 2.6 - VALORES DO PESO ESPECÍFICO DE ATERROS SANITÁRIOS DE RSU NO BRASIL

(DELAMARE NETO, 2004; CARVALHO, 2006 ). ............................................. 23

TABELA 2.7 – VALORES DE COEFICIENTES DE PERMEABILIDADE DE ATERROS DE RSU.

REFERÊNCIA ........................................................................................................ 26

TABELA 2.8 – MÉTODOS DE DETERMINAÇÃO DA RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DO RSU

(DIXON; JONES, 2005). ..................................................................................... 37

TABELA 2.9 – RESULTADOS DO ESTUDO COMPARATIVO ENTRE PARÂMETROS DE

RESISTÊNCIA DE AMOSTRAS COM RESÍDUOS PRÉ-TRATADOS MECÂNICA E

BIOLOGICAMENTE E RESÍDUOS SEM TRATAMENTO (ZIEHMANN, 1999). ............... 42

TABELA 2.10 – RESUMO DOS PARÂMETROS DE RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO PARA

RSU – GDA E 2-35, DGGT (1994) APUD BORGATTO, 2010. ............................. 50


RSU (STRAUSS, 1998 APUD FUCALE, 2005)..................................................... 51


RSU EM ENSAIOS DE CISALHAMENTO DIRETO. ....................................................... 53


RSU EM ENSAIOS TRIAXIAIS. ................................................................................ 54

TABELA 2.14 – COMPARAÇÃO ENTRE RESULTADOS DE ENSAIO DE COMPACTAÇÃO DE

AMOSTRAS DE RESÍDUOS PRÉ-TRATADOS MECÂNICA E BIOLOGICAMENTE (BAUER,

2006). .................................................................................................................. 61

TABELA 4.1 – RESUMO DOS RESULTADOS DE SÓLIDOS VOLÁTEIS NAS AMOSTRAS ORIGINAL

E SEPARADAS GRANULOMETRICAMENTE. .............................................................. 88

TABELA 4.2 – RESUMO DOS RESULTADOS DE MASSA ESPECÍFICA APARENTE SECA E

UMIDADE ÓTIMA NA AMOSTRA ORIGINAL E NAS AMOSTRAS SEPARADAS

GRANULOMETRICAMENTE. .................................................................................... 93

xviii

TABELA 4.3 – RESULTADOS DOS ÍNDICES DE VAZIOS E DENSIDADE REAL DOS GRÃOS PARA

A AMOSTRA ORIGINAL E AMOSTRAS SEPARADAS GRANULOMETRICAMENTE. ........... 97

TABELA 4.4 – DADOS INICIAIS DOS CORPOS DE PROVA E RESULTADOS OBTIDOS NA FASE

DE ADENSAMENTO DOS ENSAIOS CIU - AMOSTRA ORIGINAL. ............................. 101

TABELA 4.5 – TENSÕES CONFINANTES E DE RUPTURA DO ENSAIO CIU - AMOSTRA

ORIGINAL. ......................................................................................................... 101

TABELA 4.6 – PARÂMETROS DE RESISTÊNCIA PARA O ENSAIO CIU - AMOSTRA ORIGINAL.

.......................................................................................................................... 103


DE ADENSAMENTO DOS ENSAIOS CIU - AMOSTRA X < 2 MM. ............................... 104

TABELA 4.8 – TENSÕES CONFINANTES E DE RUPTURA DO ENSAIO CIU- AMOSTRA X < 2

MM. ................................................................................................................... 105

TABELA 4.9 – PARÂMETROS DE RESISTÊNCIA PARA O ENSAIO CIU - AMOSTRA X < 2 MM.

.......................................................................................................................... 106


DE ADENSAMENTO DOS ENSAIOS CIU - AMOSTRA 2 MM < X < 9 MM. .................. 108

TABELA 4.11 – TENSÕES CONFINANTES E DE RUPTURA DO ENSAIO CIU - AMOSTRA 2 MM

< X < 9 MM. ........................................................................................................ 108

TABELA 4.12 – PARÂMETROS DE RESISTÊNCIA PARA O ENSAIO CIU - AMOSTRA 2MM < X

< 9 MM . ............................................................................................................. 110


DE ADENSAMENTO DOS ENSAIOS CIU - AMOSTRA X > 9 MM. .............................. 111

TABELA 4.14 – TENSÕES CONFINANTES E DE RUPTURA DO ENSAIO CIU - AMOSTRA X > 9

MM. ................................................................................................................... 112

TABELA 4.15 – PARÂMETROS DE RESISTÊNCIA PARA O ENSAIO CIU - AMOSTRA X > 9 MM.

.......................................................................................................................... 113

TABELA 4.16 – RESUMO DOS RESULTADOS DE ÂNGULO DE ATRITO E COESÃO NOS ENSAIOS

CIU. .................................................................................................................. 114


DE ADENSAMENTO DOS ENSAIOS CID - AMOSTRA ORIGINAL. ............................. 118

TABELA 4.18 – TENSÕES CONFINANTES E DE RUPTURA DO ENSAIO CID - AMOSTRA

ORIGINAL. ......................................................................................................... 119

TABELA 4.19 - PARÂMETROS DE RESISTÊNCIA PARA O ENSAIO CID - AMOSTRA ORIGINAL.

.......................................................................................................................... 121

xix


DE ADENSAMENTO DOS ENSAIOS CID - AMOSTRA X < 2 MM. ............................... 122

TABELA 4.21 – TENSÕES CONFINANTES E DE RUPTURA DO ENSAIO CID - AMOSTRA X < 2

MM. ................................................................................................................... 123

TABELA 4.22– PARÂMETROS DE RESISTÊNCIA PARA O ENSAIO CD - AMOSTRA X < 2 MM.

.......................................................................................................................... 124


DE ADENSAMENTO DOS ENSAIOS CID - AMOSTRA 2 MM < X < 9 MM. ................... 126

TABELA 4.24 - TENSÕES CONFINANTES E DE RUPTURA DO ENSAIO CID - AMOSTRA 2 MM

< X < 9 MM. ........................................................................................................ 126

TABELA 4.25 - PARÂMETROS DE RESISTÊNCIA PARA O ENSAIO CID - AMOSTRA 2 MM < X

< 9 MM. .............................................................................................................. 128


DE ADENSAMENTO DOS ENSAIOS CID - AMOSTRA X > 9 MM. .............................. 129

TABELA 4.27 – TENSÕES CONFINANTES E DE RUPTURA DO ENSAIO CID - AMOSTRA X > 9

MM. ................................................................................................................... 130

TABELA 4.28 - PARÂMETROS DE RESISTÊNCIA PARA O ENSAIO CID - AMOSTRA X > 9 MM.

.......................................................................................................................... 131

TABELA 4.29 – RESUMO DOS RESULTADOS DE ÂNGULO DE ATRITO E COESÃO NOS ENSAIOS

CID. .................................................................................................................. 132

TABELA 4.30 – RESUMO DOS RESULTADOS DE MÓDULO DE ELASTICIDADE E COEFICIENTE

DE...................................................................................................................... 134

xx

LISTA DE SÍMBOLOS

T Força cisalhante;

W Teor de umidade;

Deformação;

Ângulo de atrito;

’ Ângulo de atrito efetivo;

Peso específico

d Peso específico seco;

seco Peso específico seco;

úmido Peso específico úmido

Tensão normal;

’ Tensão normal efetiva;

σcrít Tensão normal crítica;

τ Tensão cisalhante ou resistência ao cisalhamento;

τmáx Tensão cisalhante máxima;

A Área;

c Coesão;

c’ Coesão efetiva;

G Peso próprio;

kf Coeficiente de permeabilidade;

RSU Resíduos sólidos urbanos;

TM Tratamento mecânico;

TMB Tratamento mecânico biológico;

E0 Módulo de elasticidade de young;

ν Coeficiente de poisson

Ρs Massa específica aparente seca

e Índice de vazios

1

1 Introdução

Em julho de 2010 foi assinada a Política Nacional de Resíduos Sólidos (LEI Nº

12305, 2010), que após a espera de aproximadamente 10 anos em tramitação no

congresso, anuncia uma nova fase de compreensão e atitudes frente aos problemas de

geração e disposição de resíduos sólidos reconhecidos mundialmente.

O Brasil sempre utilizou como principal forma de disposição final os aterros.

Segundo levantamentos recentes, ainda predomina a prática de deposição direta dos

resíduos no solo, nos denominados lixões ou vazadouros a céu aberto, sem

considerações de proteção ao meio ambiente e à saúde humana. Este fato foi

considerado na referida política que determina o encerramento desta prática em todos

locais que abrigam tal forma de disposição.

A determinação do fechamento de todos os vazadouros cria uma nova demanda

para os especialistas e para a sociedade, interessada no futuro e nas possibilidades de

utilização destas áreas, que durante anos tiveram como destino o recebimento de

resíduos sem nenhuma segregação ou tratamento.

O atendimento às novas exigências requer mudanças nas práticas atuais de

disposição e intensifica a necessidade de tratar os resíduos mesmo considerando os

aterros sanitários como seu destino final. Este fato torna evidente a busca pelo

entendimento sobre as modificações de características e de comportamento sofridos

pelos resíduos sólidos urbanos durante sua decomposição.

O presente estudo colabora para a compreensão do comportamento geomecânico

dos resíduos sólidos urbanos, considerados passivos ambientais resultantes das

atividades irregulares de disposição. Face à necessidade apresentada pelo quadro de

geração crescente de resíduos no mundo, esta abordagem permitirá um caminho de

orientação para o questionamento recorrente sobre o que poderá ser realizado em

espaços antes utilizados como depósitos de lixo a céu aberto.

2

1.1 Importância dos estudos sobre parâmetros de resistência em

resíduos

A heterogeneidade presente nos resíduos sólidos urbanos, no que se referem a

sua composição, formas e dimensões, dificulta a previsão do comportamento mecânico

dos aterros e evidencia a necessidade de estudos crescentes para a determinação de

parâmetros que permitam uma maior aproximação da realidade encontrada nos aterros.

Ademais, os diferentes horizontes de decomposição dos materiais presentes na mistura

alteram constantemente a composição do resíduo a ser analisado, apresentando novas

situações que dificultam as conclusões a respeito do tema.

Apesar da pesquisa na área de resíduos sólidos ter se intensificado nas últimas

décadas, existe a dificuldade em encontrar registros e referencial bibliográfico,

principalmente em casos semelhantes, tornando evidente a necessidade de aumentar o

desenvolvimento de estudos nesta área.

1.2 Objetivos

O objetivo principal deste trabalho é estudar o comportamento geomecânico de

um composto de resíduos sólidos urbanos através da determinação dos parâmetros de

resistência ao cisalhamento em diferentes condições de granulometria pela realização de

ensaios triaxiais drenados e não drenados.

1.3 Organização da Tese

O trabalho foi dividido em 6 capítulos, no qual o segundo capítulo expõe uma

revisão da literatura, com o objetivo de posicionar o leitor sobre a situação atual em

relação ao tema de resíduos sólidos urbanos a nível mundial e nacional.

Na revisão da bibliografia também foram analisados conceitos e experiências

encontradas na literatura sobre os temas de resistência ao cisalhamento e adensamento

em resíduos e os ensaios disponíveis para determinação de parâmetros de resistência do

composto.

O terceiro capítulo trata sobre os materiais utilizados e da metodologia adotada

neste trabalho,detalhando o objeto de estudo e descrevendo os equipamentos em que

foram realizados os ensaios laboratoriais.

3

No quarto capítulo são apresentados os resultados obtidos para os ensaios

realizados no laboratório de Geotecnia da COPPE e as respectivas discussões a respeito.

No quinto capítulo estão as conclusões do trabalho junto às recomendações para

futuras pesquisas.

No sexto capítulo, são apresentadas as referências bibliográficas.

4

2 Revisão Bibliográfica

2.1 Resíduos Sólidos Urbanos

2.1.1 Geração

De acordo com Marques (2001) a geração de resíduos apresenta-se como uma

característica inerente à atividade humana, seja por processos fisiológicos, seja pelo

manejo de materiais existentes. O crescimento da população através dos tempos,

associado a outros aspectos de ordem econômica e social, implicou elevada

concentração populacional nas cidades e metrópoles (81% da população do Brasil reside

atualmente em centros urbanos, segundo dados do Censo 2000 do IBGE), criando

condições para o acúmulo e disposição inadequada dos resíduos gerados com

consequente contaminação do meio ambiente.

2.1.2 Classificação dos RSU

Segundo a última versão de 2005 da ABNT norma NBR 10.004/2004, os

resíduos sólidos podem ser classificados em:

Resíduos Classe I – Perigosos: são os chamados resíduos perigosos por

apresentarem periculosidade quanto à inflamabilidade, reatividade,

toxidade, patogenicidade ou corrosividade;

Resíduos Classe II – Não Perigosos

Resíduos Classe II A – Não Inertes: são os resíduos que

não se enquadram nas classificações de resíduos classe I –

Perigosos ou resíduos de classe II B – Inertes. Podem ter

propriedades tais como: biodegradabilidade,

combustibilidade ou solubilidade em água;

Resíduos Classe II B – Inertes: são os resíduos que quando

amostrados de uma forma representativa, submetidos a um

contato dinâmico e estático com água destilada ou

deionizada, à temperatura ambiente, não tiveram nenhum de

seus constituintes solubilizados de forma a alterar os

padrões de potabilidade da água.

5

Segundo Dixon e Langer (2006), a classificação para os RSU também pode ser

realizada com base nos requerimentos de uma classificação geotécnica. Assim, os RSU

segundo seus componentes geotécnicos são classificados conforme descrição a seguir:

Propriedades Geomecânicas: descrição das propriedades de

cisalhamento, tração e compressão dos RSU;

Distribuição Granulométrica: descrição das curvas de distribuição do

tamanho das partículas que compõem os RSU;

Classificação Morfológica: descrição das dimensões dos componentes

dos RSU ressaltando-se suas características de reforço e

compressibilidade;

Grau de Decomposição: descrição do grau de degradabilidade dos RSU

(in natura, fresco, estabilizado, etc.).

König e Jessberger (1997) citam que os RSU podem ser classificados como:

semelhantes a solos, nos quais os princípios da Mecânica dos Solos podem ser

aplicados, e não semelhantes a solos, nos quais esses princípios têm fraca ou nenhuma

aplicação.

Segundo a PNRS (LEI Nº 12.305, 2005), em seu artigo 13, os resíduos sólidos

podem ser classificados quanto a sua origem (inciso I) ou quanto a sua periculosidade

(inciso II).

Desta forma, conforme a PNRS, os resíduos sólidos são classificados segundo

sua origem em:

“a) resíduos domiciliares: os originários de atividades domésticas

em residências urbanas;

b) resíduos de limpeza urbana: os originários da varrição, limpeza

de logradouros e vias públicas e outros serviços de limpeza urbana;

c)resíduos sólidos urbanos: os englobados nas alíneas “a” e “b”;

d) resíduos de estabelecimentos comerciais e prestadores de

serviços: os gerados nessas atividades, excetuados os referidos nas

alíneas “b”, “e”, “g”, “h” e “j”;

6

e) resíduos dos serviços públicos de saneamento básico: os gerados

nessas atividades, excetuados os referidos na alínea “c”;

f) resíduos industriais: os gerados nos processos produtivos e

instalações industriais;

g) resíduos de serviços de saúde: os gerados nos serviços de saúde,

conforme definido em regulamento ou em normas estabelecidas

pelos órgãos do Sisnama e do SNVS;

h) resíduos da construção civil: os gerados nas construções,

reformas, reparos e demolições de obras de construção civil,

incluídos os resultantes da preparação e escavação de terrenos para

obras civis;

i) resíduos agrossilvopastoris: os gerados nas atividades

agropecuárias e silviculturais, incluídos os relacionados a insumos

utilizados nessas atividades;

j) resíduos de serviços de transportes: os originários de portos,

aeroportos, terminais alfandegários, rodoviários e ferroviários e

passagens de fronteira;

k) resíduos de mineração: os gerados na atividade de pesquisa,

extração ou beneficiamento de minérios”

E quanto a sua periculosidade em:

“a) resíduos perigosos: aqueles que, em razão de suas

características de inflamabilidade, corrosividade, reatividade,

toxicidade, patogenicidade, carcinogenicidade, teratogenicidade e

mutagenicidade, apresentam significativo risco à saúde pública ou

à qualidade ambiental, de acordo com lei, regulamento ou norma

técnica;

b) resíduos não perigosos: aqueles não enquadrados na alínea “a”.

2.1.3 Disposição Final

Apesar da busca crescente de técnicas de minimização da geração e do volume

de resíduos sólidos, a principal forma de descarte deste no meio ambiente é no solo. O

7

solo é o receptor da maior fração dos resíduos sólidos urbanos gerados nas formas de

disposição a seguir:

Lixões ou Vazadouros – os resíduos são depositados sobre o solo

natural, a céu aberto sem nenhum tipo de proteção ao meio ambiente ou à

saúde pública. Não existe controle da área de disposição ou dos resíduos

depositados, segundo seu volume e características básicas como

periculosidade e classe. A ausência de limites e de controle no local

resulta na presença frequente de pessoas e animais, aumentando os riscos

gerados por esta prática à sociedade.

Aterro Controlado – esta forma é baseada na tentativa de controlar a

situação de lixões já instalados com ações como a cobertura de solo

sobre os resíduos dispostos, a redução de volume pela compactação e a

imposição de limites à área de disposição com restrição de entrada de

pessoas e animais. A introdução do monitoramento geotécnico é

necessária uma vez que o aterro inicia sem considerações sobre o meio

físico que o abriga, assim como sem os sistemas de controle ambiental de

impermeabilização do solo e drenagem do lixiviado e gases produzidos.

Aterros Sanitários – segundo a NBR 15.849(ABNT, 2010), aterros

sanitários urbanos são áreas especialmente preparadas para confinar os

resíduos sólidos provenientes de domicílios, dos serviços de limpeza

urbana, de pequenos estabelecimentos comerciais, industriais e de

prestação de serviços, minimizando, assim, os impactos ambientais

causados pela destinação incorreta do lixo e, também, promovendo a

saúde pública. Esta forma analisa o meio que receberá o depósito e a

compatibilidade com os projetos de instalação e ocupação. Os elementos

principais são as células de disposição, impermeabilização de base,

sistemas de drenagem e tratamento do lixiviado e gases produzidos. As

técnicas de engenharia promovem a compactação e cobertura do resíduo,

a instrumentação e o monitoramento geotécnico e ambiental do aterro.

Tais ações associadas ao controle da área e do recebimento propiciam a

forma mais adequada de disposição de resíduos no solo.

8

Neste contexto, a utilização de aterros sanitários como método de disposição

final para os RSU tem sido uma alternativa economicamente viável e ambientalmente

mais segura, principalmente para países em desenvolvimento (NASCIMENTO,2007).

2.2 Características dos Resíduos Sólidos Urbanos

2.2.1 Propriedades Físicas e Geotécnicas

Os parâmetros “geotécnicos” para os resíduos sólidos urbanos registrados na

literatura especializada apresentam elevada dispersão, apontando algumas vezes para

inconsistências. Tal fato explica-se pela variação na composição dos resíduos, além das

diversas condicionantes que afetam as propriedades dos mesmos. Desta forma, deve-se

sempre ter em consideração as condições de contorno em que foram obtidos os

parâmetros apresentados (KONIG; JESSBERGER, 1997).

Segundo Fucale (2005), a determinação destas propriedades é difícil em função

dos seguintes fatores:

i. O resíduo sólido urbano (RSU) é heterogêneo e variável para as

diferentes localizações geográficas (TABELA 2.1);

ii. Dificuldade de obtenção de amostras de tamanho relevante,

representativas em condições “in-situ”;

iii. Não existem, geralmente, procedimentos de amostragem e ensaios

padrões para RSU;

iv. As propriedades dos resíduos sólidos urbanos mudam com o tempo;

v. Elevado nível de treinamento e educação de pessoal no local para a

interpretação e compreensão das medições.

Knochenmus et al. (1998), descreve que as principais propriedades mecânicas a

serem consideradas na estabilidade de taludes de resíduos sólidos urbanos (RSU) são a

resistência ao cisalhamento e a compressibilidade. Da mesma forma que nas

propriedades físicas, existem apenas informações limitadas e algumas vezes

contraditórias relacionadas às propriedades mecânicas dos resíduos sólidos urbanos.

Estas propriedades são influenciadas pela composição do RSU assim como do

comportamento mecânico individual de seus componentes, que pode ser

significativamente diferente daqueles normalmente aplicados a solos. Além disso, os

parâmetros mecânicos são também dependentes do tempo e estão relacionados ao

9

estado de decomposição da matéria orgânica. É importante tomar cuidados quando da

aplicação das teorias clássicas da Mecânica dos Solos e dos métodos analíticos no

estudo dos resíduos sólidos.

Tabela 2.1 - Componentes dos RSU e seus grupos (COMLURB, 2005).

Grupo Componente

Papel Papel

Papelão

Plástico Plástico Duro

Plástico Filme

Vidro Vidro Claro

Vidro Escuro

Orgânico Matéria Orgânica

Agregado Fino

Metal Metal Ferroso

Metal Não Ferroso

Inerte

Pedra

Louça

Cerâmica

Outros

Folha

Madeira

Borracha

Têxteis

Couro

Ossos

É importante ressaltar que existem significativas diferenças dos RSU com

relação aos solos (SÁNCHEZ-ALCITURRI et al., 1993; MANASSERO et al., 1996;

KONIG; JESSBERGER, 1997): o índice de vazios do resíduo sólido é muito alto, o que

implica em uma elevada compressibilidade; as “partículas” são de diferentes naturezas,

algumas delas são fracas e muito deformáveis ou quebradiças; existe um processo de

decomposição com o tempo, que causa um adensamento pelo peso próprio e variação

das propriedades.

2.2.1.1 Composição Física e Gravimétrica

A composição física, ou gravimétrica, define o percentual de cada componente

presente no resíduo em relação ao peso total da amostra. Esta informação espelha

geralmente, os níveis de desenvolvimento econômico, tecnológico, sanitário e cultural

da população que o gerou (IZZO, 2008).

10

Observa-se na Tabela 2.1 os principais componentes presentes nos RSU,

divididos em grupos.

A distribuição dos grupos de substâncias, ou comumente nominada composição

gravimétrica, consiste na separação dos grupos de substâncias que compõem os RSU

em classes, ou seja, traduz o percentual de cada grupo em relação ao peso total da

amostra estudada.

De acordo com Borgato (2010), a recomendação técnica GDA E 1-7, segundo a

DGGT (1994), traz que os componentes individuais dos RSU são escolhidos de tal

maneira que cada grupo de substâncias apresente materiais com características similares

com referência ao comportamento mecânico e estabilidade bioquímica. Os grupos de

substâncias são:

Peças grandes: substâncias residuais de grande porte, que são compostas de

diversos componentes como móveis, colchões, etc.;

Papel / Papelão: substâncias residuais compostas basicamente de papel ou

fibras semelhantes ao papel, como papelão, embalagens de papel, impressos,

etc.;

Plásticos filmes: despejos que se componham basicamente de substâncias

sintéticas macias ou cujas características sejam dominadas por tais substâncias,

como embalagens plásticas macias, lâminas plásticas, têxteis, borracha macia,

couro macio, etc.;

Plásticos duros: despejos que se componham basicamente de substâncias

sintéticas duras, como embalagens plásticas rígidas, copos de iogurte, garrafa

PET, plásticos rígidos, couro duro, borracha rígida, etc.;

Metais: metais ferrosos e não ferrosos;

Minerais: despejos que se componham basicamente de substâncias minerais ou

que apresentem um comportamento mecânico ou biológico similar (inertes)

como vidro, cerâmica, pedra, solo, etc.;

Madeira;

11

Material Misto: despejos com granulometria ≤ 20 mm que, de uma forma geral,

são constituídos por materiais orgânicos e minerais. O material misto ou residual

é divido em dois grupos a seguir: a) 8 – 20 mm e b) ≤ 8mm.

A composição física, ou gravimétrica, dos resíduos tende a se alterar ao longo do

tempo em função da degradação da matéria orgânica.

É de fundamental importância, no estudo das propriedades geomecânicas de

resíduos sólidos, o conhecimento dos elementos que compõem a massa de RSU e o

percentual de cada grupo de substância individualmente, haja visto que este parâmetro

regerá o comportamento global deste em um aterro de resíduos.

Segundo Carvalho (1999), os RSU são admitidos como materiais multifásicos

constituídos por fase sólida, líquida e gasosa, assim como os solos. Existe uma variação

do percentual das fases com o tempo devido aos processos de biodegradação que estão

relacionados com teor de umidade, conteúdo orgânico do RSU e condições climáticas.

A fase sólida é composta de diversos materiais, os quais formam um arranjo poroso,

com vazios interpartículas e intrapartículas, que podem ou não estar preenchidos por

líquido percolado e/ou biogás e ainda podem estar em processo de decomposição.

Considerando o exposto, os RSU e os solos apresentam algumas diferenças,

como o fato de a fase sólida dos RSU poder ser dividida em materiais inertes estáveis,

materiais altamente deformáveis e materiais orgânicos biodegradáveis. Desta forma,

verifica-se que um dos principais pontos para a compreensão do comportamento dos

maciços de RSU é o conhecimento das interações existentes entre estas três fases e as

suas alterações com o tempo.

O conhecimento da distribuição dos grupos de substância de uma massa de RSU,

em relação aos percentuais de matéria orgânica e de componentes fibrosos (grupo de

substância dos plásticos filmes, plásticos duros, papel/papelão) tem relação direta com a

resistência ao cisalhamento dos resíduos. O grupo de substância plástico filme, que

constitui o principal componente fibroso da massa de RSU, confere ao corpo do aterro

uma propriedade de reforço na resistência ao cisalhamento, expresso pelo parâmetro

coesão das fibras. Cabe-se salientar que esta “coesão” não tem relação alguma com a

definida para solos argilosos que é devido às forças eletroquímicas de atração de

partículas (BORGATTO, 2010).

12

Os materiais inertes estáveis (vidros, cerâmicas, solos, entulhos, etc.) apresentam

comportamento semelhante aos solos granulares muito heterogêneos, desenvolvendo

forças de atrito entre as partículas. Os materiais altamente deformáveis (plásticos,

papéis, papelões, têxteis, borracha, etc.), além de sua deformabilidade, comportamento

anisotrópico e a possibilidade de absorver ou incorporar fluidos no interior de sua

estrutura, quando submetidos a carregamentos podem sofrer deformações iniciais com

mudança de sua forma original, além da possibilidade de deformações de natureza

viscosa. Já a matéria orgânica biodegradável, passa por transformações físico-químicas

em curto prazo, gerando líquidos e gases (GRlSOLIA; NAPOLEONI, 1996).

Na Tabela 2.2 é possível verificar a distribuição gravimétrica para a cidade do

Rio de Janeiro. O percentual de matéria orgânica encontrado é típico nos demais estados

brasileiros, em que a mesma varia na faixa de valores de 40 a 60 % do peso total da

amostra (COMLURB, 2011). Elevados percentuais de componentes orgânicos

propiciam, por conseguinte, elevados teores de umidade nos corpos dos aterros de

resíduos elevando-se a produção de chorume entre outros efeitos.

13

Tabela 2.2 - Composição gravimétrica do lixo - Município do Rio de Janeiro- 2004

– 2010 (COMLURB, 2011)

Componentes (%) 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010

Recicláveis 29,20 29,33 28,85 32,67 36,12 37,94 38,15

Papel - Papelão 10,32 10,95 11,42 12,12 14,57 14,11 14,83

Plástico 15,01 14,65 14,08 17,04 17,75 20,09 19,60

Vidro 2,30 2,29 1,88 2,03 2,28 2,05 2,46

Metal 1,57 1,44 1,48 1,48 1,52 1,69 1,26

MatériaOrgânica 61,90 65,27 64,63 59,29 58,96 56,76 55,99

Rejeitos 8,90 5,40 6,51 8,05 4,92 5,30 5,86

Inerte total 1,20 0,51 0,60 1,05 0,86 0,46 0,98

Folha / flores 3,30 1,00 2,19 2,37 1,11 1,58 1,66

Madeira 0,58 0,46 0,38 0,29 0,29 0,37 0,26

Borracha 0,21 0,27 0,43 0,33 0,27 0,30 0,25

Pano - Trapo 1,92 1,82 1,98 2,67 1,74 1,79 1,93

Couro 0,26 0,24 0,00 0,27 0,24 0,14 0,14

Osso 1,43 0,01 0,01 0,01 0,01 0,00 0,01

Coco ... 1,07 0,91 1,05 0,30 0,48 0,37

Vela / parafina ... 0,01 0,00 0,01 0,03 0,01 0,00

Eletro/ Eletrônico ... ... ... ... 0,08 0,16 0,27

Total (%) 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00

Peso Específico(kg/m³) 152,27 155,22 157,38 153,70 136,14 129,23 110,45

Teor de Umidade (%) 77,13 47,22 61,06 68,06 60,47 41,89 ...

Peso da amostra (kg) ... 1.315,33 1.455,13 1.228,34 3.705,82 3.739,84 1.194,02

Conteineres ... ... 117,00 ... 285,00 121,00 129,00

2.2.1.2 Composição Granulométrica

A composição dos resíduos sólidos urbanos é extremamente heterogênea e

dependente da origem, dos processos físico-químicos e de biodegradação atuantes na

massa.

A sistemática da determinação da dimensão e distribuição das partículas dos

RSU é limitada em face da grande heterogeneidade e variedade dos resíduos não

existindo um método padronizado para análise da distribuição do tamanho das

partículas dos RSU (SANTOS; PRESA, 1995). A análise da distribuição do tamanho

das partículas é comumente realizada utilizando-se a análise granulométrica clássica da

mecânica dos solos. Assim, a composição granulométrica do RSU o caracteriza como

14

um material predominantemente granular que apresenta elevado percentual de frações

grosseiras (tamanho correspondente a pedregulhos) e com fração fina inferior a 20%

(partículas < 0,075 mm) (CALLE,2007)

Estas características granulométricas podem ser acentuadas caso o sistema de

drenagem interna do aterro seja eficiente, ou seja, não havendo acúmulo de efluentes

líquidos e gasosos. Caso a drenagem interna seja ineficiente, ou inexistente, a

dificuldade na eliminação dos efluentes poderá gerar regiões com massas orgânicas

muito moles (IZZO, 2008).

Na Figura 2.1são apresentadas curvas granulométricas de RSU com idade

variando entre 8 meses a 15 anos, em que é possível observar o aumento do percentual

de materiais com granulação mais fina com os anos, resultado da biodegradação do

material orgânico.

Figura 2.1 - Distribuição granulométrica de RSU em diferentes idades

(JESSBERGER, 1994 apud DE LAMARE NETO, 2004).

Dixon e Langer (2006) compilaram dados de curvas de distribuição

granulométrica de materiais componentes dos RSU de diversos autores. Estes foram

distinguidos em três categorias, a saber: materiais compressíveis (papéis, papelões,

plásticos, orgânicos e materiais mistos), materiais incompressíveis (metais, minerais,

madeira e materiais mistos) e materiais de reforço (papéis, papelões, plásticos, metais,

15

madeira e minerais). Nas Figuras 2.2, 2.3 e 2.4são apresentadas as distribuições

granulométricas das supracitadas categorias dos componentes dos RSU (TABELA 2.1).

Figura 2.2– Distribuição granulométrica dos materiais compressíveis que

compõem os RSU em relação a 100% da massa total da amostra (DIXON;

LANGER, 2006 - modificada pelo autor).

Figura 2.3– Distribuição granulométrica dos materiais incompressíveis que

compõem os RSU em relação a 100% da massa total da amostra (DIXON;

LANGER, 2006 - modificado pelo autor).

16

Figura 2.4– Distribuição granulométrica dos materiais de reforços que compõem

os RSU em relação a 100% da massa total da amostra (DIXON; LANGER, 2006 -

modificado pelo autor).

Houssain et al. (2009) estudando os efeitos da trituração prévia dos resíduos

verificaram nos resultados obtidos para os parâmetros geotécnicos, que a mesma

influencia na resistência ao cisalhamento, atribuindo tais influências a um reforço

proporcionado pelas partículas menores e mais leves que formam uma estrutura mais

coesa.

2.2.1.3 Teor de Umidade

O teor de umidade do RSU, dentro de todas as outras propriedades, talvez seja a

que apresente a maior quantidade de fatores que possam influenciar no seu valor, que

depende, dentre outras coisas, da sua composição inicial, condições climáticas locais, do

processo de operação dos aterros, da taxa de decomposição biológica, da capacidade e

funcionamento dos sistemas de coleta de líquidos percolados e do sistema de liner de

recobrimento (NACIMENTO, 2007).

Landva e Clark (1990) determinam que o teor de umidade dos resíduos varia

com a composição inicial dos mesmos, com as condições climáticas locais (períodos

chuvosos e de estiagem), com as operações de lançamento e disposição e com a

capacidade e desempenho dos sistemas de drenagem interna dos líquidos percolados,

sendo um importante parâmetro para a estimativa das velocidades de modificações

biológicas e para a previsão do potencial de geração de líquidos percolados e gases,

17

além de indiretamente estar associada à geração de pressões neutras no interior do

maciço. Em geral, o teor de umidade aumenta com o acréscimo da quantidade de

matéria orgânica presente.

Os mecanismos de retenção de umidade na massa de resíduos sólidos urbanos

podem ser classificados como (i) umidade no interior das partículas sólidas, (ii)

umidade entre partículas, sustentada por tensões capilares, e (iii) umidade entre

partículas, retida por camadas de baixa condutividade hidráulica (ZORNBERG et al.,

1999).

Quando se trata de RSU, a umidade é expressa tanto em base seca, como

adotado em geotécnica, ou seja,

. Em base úmida, ter-se-ia

. Os dois índices estão relacionados, pois

. É importante

especificar o tipo de umidade que se esta utilizando, pois a depender da área de estudo é

mais comum se utilizar uma ou outra forma de representação (NACIMENTO, 2007).

Os diferentes componentes do RSU apresentam uma grande variação nos valores

de umidade, sendo a matéria orgânica responsável pelos maiores valores encontrados.

Segundo Knochenmus et al. (1998), o teor de umidade do RSU é basicamente o

resultado de altas porcentagens de lixo orgânico (resíduos alimentares, de jardim e

poda), e o seu valor tende a aumentar com o aumento do conteúdo orgânico do material.

Os componentes inorgânicos, tais como papeis e produtos plásticos, geralmente,

tem um teor de umidade abaixo de 10% (NACIMENTO, 2007).

Analisando a bibliografia consultada é possível observar que ainda existem

muitas divergências sobre a determinação da umidade em resíduos, principalmente em

perfis de aterros. Carvalho (1999) verificou em análise de perfis de umidade no aterro

de Bandeirantes, em São Paulo, que à medida que os pontos de coleta se tornavam mais

profundos maiores os teores de umidade encontrados para as amostras.

Já os autores Coumolous et al. (1995), estudando o aterro de Atenas (Itália),

verificaram que a concentração de fluidos diminuía com o acréscimo de profundidade.

Assim como para Knochenmus et al.(1998), a determinação e análise de perfis de

umidade de aterros sanitários devem ter em conta a idade dos resíduos (disposições

antigas tendem a apresentar umidades maiores do que resíduos recentes) e a presença

18

dos recobrimentos intermediários de solo, os quais apresentam umidades normalmente

inferiores à dos resíduos.

Estudos de Fucale e Jucá (2002), realizados em aterros das regiões

metropolitanas de Recife e de Salvador, apontam uma variação da umidade do RSU em

função da idade do aterro, ou que para massas com maior idade, os valores de umidade

tendem ao decréscimo.

Como já citado, as condições climáticas tais como índices pluviométricos e a

taxa de evapo-transpiração também influem na variação do teor de umidade dos RSU.

De acordo com Blight et al. (1992), no aterro de Linbro em Johanesburgo, África do

Sul, os teores de umidade entre as profundidades de 3,0 a 5,0 m praticamente

duplicaram quando comparados aos valores medidos em outubro de 1988 (cerca de

50%) e novembro de 1990 (cerca de 100%) sendo este último após um período de

intensas chuvas (BORGATTO,2010).

É importante ressaltar que as variações apresentadas pelas características físicas

e mecânicas dos resíduos e as condições internas do aterro de compactação e drenagem,

podem favorecer a formação de bolsões de umidade encapsulados na massa depositada.

Tais variações, associadas à composição química e biológica heterogênea dos RSU, são

responsáveis pelas divergências encontradas na literatura.

Na Tabela 2.3são apresentados os valores de umidade obtidos para os resíduos

em aterros sanitários, segundo relatos da literatura especializada. Observa-se pelos

valores apresentados, que há uma tendência de acréscimo dos teores de umidade com o

aumento da profundidade, esta análise pode ser verificada também com o apresentado

na Figura 2.5.

19

Tabela 2.3 – Valores para o teor de umidade de resíduos sólidos urbanos

(RSU)(FUCALE,2005).

Figura 2.5 – Perfis de umidade de resíduos sólidos urbanos (CARVALHO,1999).

2.2.1.4 Peso Específico

O peso específico representa a relação entre o peso e o volume unitário na massa

de resíduos, sendo que seu valor varia de acordo com a etapa considerada, ou seja,

20

desde sua geração até o destino final nos aterros, variando também com o tempo após

sua disposição (IZZO, 2008).

O peso especifico dos RSU é influenciado pelas características dos resíduos, da

composição, umidade e grau de decomposição, assim como pelas condições de

disposição e execução do aterro, devido às camadas de cobertura de solo utilizadas

diariamente, pelo grau de compactação apresentado e a consolidação do resíduo com o

tempo. Segundo Konig e Jessberger (1997), em aterros mais antigos, o peso especifico

depende do grau de decomposição, fatores ambientais e profundidade da amostra e este,

geralmente, aumenta com a profundidade como resultado do processo de compressão e

bioconsolidação do RSU.

O aumento do peso específico dos resíduos com a profundidade, como resultado

dos processos de adensamento e compressão do maciço sob efeito das cargas

sobrejacentes, pode ser verificado pelos resultados de Knochenmus et al.(1998),

conforme ilustrado na Figura 2.6.

Wiemer (1982) e Kavazanjianet al. (1995) demonstraram que o peso específico

pode variar de valores de 6,0 kN/m³, na superfície, até cerca de 12,0 kN/m³ a

profundidades em torno de 40 m, a partir das quais tende a se estabilizar.

Figura 2.6 – Variação do peso específico de resíduos sólidos urbanos com a

profundidade (KNOCHENMUS et al., 1998).

21

Segundo De Lamare Neto (2004), o grau de compactação é fator preponderante

no valor do peso especifico, podendo-se afirmar que, de uma maneira geral, os valores

encontrados podem variar de 3,0 a 7,0 kN/m³ para resíduos não compactados, até

valores de 9,0 a 13,0 kN/m³ quando aplicada uma compactação controlada, utilizando-

se tratores de esteira, ou rolos de compactação apropriados

Carvalho (1999) relata as dificuldades em se determinar o peso especifico do

RSU em campo. Em seu trabalho foram encontrados valores de peso especifico

variando entre 8 e 15 kN/m³, por meio da pesagem de material obtido de furos de

sondagem e da estimativa do volume do furo. No mesmo, ainda avalia a imprecisão na

determinação destes valores, porém observa a tendência do aumento do peso especifico

com a profundidade.

Miranda(2004) realizou ensaios in situ, com a utilização de um percâmetro para

determinação de peso específico nos aterros de Paracambi, Gramacho e Nova Iguaçu,

no estado do Rio de Janeiro, e no aterro de Santo André em São Paulo, onde encontrou

valores médios de 9,15 a 19,74 kN/m³. Na pesquisa, os resultados obtidos para o peso

específico em aterros sanitários foram em média menores do que os observados em

aterros controlados e não controlados. Segundo o autor, as razões para esses resultados

são essencialmente a melhor organização operacional dos aterros sanitários, o uso de

equipamentos de compactação em melhores condições e a realização de um controle da

compactação de forma a obter um valor ótimo, com regularidade da operação.

São apresentados na Tabela 2.4 valores médios para o peso específico de

resíduos obtidos por diversos autores. Enquanto que na Tabela 2.5 é apresentada uma

síntese de valores de peso específico, em função do grau de compactação, obtidos da

literatura e sistematizados por Gachet et al. (1998),na qual a análise dos dados evidencia

a importância da compactação para o aumento dos valores da densidade in situ do

resíduo.

22

Tabela 2.4 - Peso específico de resíduos sólidos urbanos (RSU).Referência

Referência Peso específico

(kN/m³) Características dos resíduos

Merz e Stone (1962) 2,2 a 2,7 RSU não compactado

Sowers (1968) 4,7 a 9,4 RSU bem compactado

Schomaker (1972)

2,9 RSU não compactado

4,7 a 5,9 RSU medianamente compactado

8,8 RSU bem compactado

Bromwell (1978)

3,1 RSU não compactado

6,2 RSU medianamente compactado

9,3 RSU bem compactado

Ham et al. (1978) 6,6 RSU bem compactado

Sargunan et al. (1986) 5,5 a 6,9 RSU pouco compactado

Landva e Clark (1986) 6,8 a 16,2 RSU bem compactado

Watts e Charles (1990) 5,4 a 8,0 RSU bem compactado

Oweis e Khera (1990) 6,3 a 9,4 RSU compactado

Sharma et al. (1990) 7,2 RSU (sem relato sobre a

compacidade do material)

Galante et al. (1991) 9,9 a 10,9 RSU bem compactado

Richardson e

Reynolds (1991) 15,0

RSU (sem relato sobre a

compacidade dos materiais)

Fassett et al. (1994)

3,0 a 9,0 RSU mal compactado

5,0 a 8,0 RSU medianamente compactado

9,0 a 10,5 RSU bem compactado

Van Impe (apud

Manassero et al., 1996)

5,0 Resíduos de papel lançados

8,0 Resíduos de papel triturados e compactados

10,0 RSU bem compactado (compactação dinâmica)

Zornberg et al. (1999) 10,0 a 15,0 RSU (sem relato sobre a compacidade dos

materiais)

Sarsby (2000) 1,2 a 3,0 Resíduo lançado no aterro

Kavazanjian (2001) 10,0 – 20,0 RSU (sem relato sobre a


Cata Preta et al. (2005) 7,0 – 11,0 Resíduo de aterro sanitário (sem relato sobre a


Bauer (2006) 8,6 – 15,6 Aterro com resíduos degradados (sem relato sobre

a compacidade dos materiais)

Ochs e Shane (2006)

7,35 Resíduo fresco, população baixa renda (sem relato

sobre a compacidade dos materiais)

4,9 Resíduo fresco, população classe média (sem

relato sobre a compacidade dos materiais)

1,96 Resíduo fresco, população classe alta(sem relato

sobre a compacidade dos materiais)

Obs.: medianamente compactado (somente tráfego de equipamentos); bem compactado (equipamentos

de compactação).

23

Tabela 2.5 – Valores de peso específico em função do grau de compactação

(GACHET et al., 1998).

Na Tabela 2.6 podem ser observados valores para peso específico de RSU no

Brasil, evidenciando que estes possuem valores semelhantes àqueles fornecidos pela

literatura internacional.

Tabela 2.6 - Valores do peso específico de aterros sanitários de RSU no Brasil

(DELAMARE NETO, 2004; CARVALHO, 2006 ).

Os valores de peso específico para RSU brasileiro encontrados na literatura

apresentam, assim como para os demais países, uma grande variação.

Apesar de não se ter maiores informações a respeito da idade destes resíduos,

pode-se observar que resíduos mais novos apresentam menor valor de peso específico,

sendo que, à medida que os resíduos vão ficando mais velhos seus respectivos pesos

24

específicos aumentam, devido à diminuição das partículas do RSU causada pelos

processos naturais de degradação (IZZO, 2008).

Azevedo et al. (2003), apresentam um estudo sobre a variação com a idade de

características dos resíduos do aterro sanitário de Santo André, São Paulo, em que os

resultados comprovam o aumento do peso especifico do RSU com a idade (FIGURA

2.7).

Figura 2.7 –Variação do peso especifico com a idade do resíduo (AZEVEDO et al.,

2003).

Zekkos et al. (2005) realizaram ensaios para a determinação do peso específico

de RSU em diversos aterros sanitários utilizando uma perfuratriz pneumática munida de

um trado helicoidal de 760 mm. Os objetos de estudo foram o aterro “Tri-Cities”

localizado na Baia de São Francisco/EUA, OII e Azusa localizados em Los

Angeles/EUA, “Cherry Island” localizado em Delaware/EUA e dois aterros

classificados como “younger- mais novo” e “older- mais velho” localizados em Nova

Jersey/EUA. Os resultados mostraram uma variação do peso específico dos RSU entre

10,0 kN/m³ a 20,0 kN/m³ em profundidades variando-se da superfície até 50m.

Houssain et al.(2009) apresentaram resultados de peso específico médio de 11,8

kN/m³ para ensaios em resíduos triturados da Estação de Transferência de Resíduos de

Wake Country, North Carolina, para a realização de ensaios de oedométricos.

Reddy et al.(2011) pesquisaram a variação das propriedades geotécnicas dos

resíduos em diferentes estágios de decomposição, pela montagem de amostras em

laboratório de acordo com a composição gravimétrica típica dos EUA. Para as amostras

25

de resíduos fresco, o peso específico encontrado foi de 8,83 kN/m³ e para as amostras de

resíduos degradado 16,87kN/m³.

As conclusões apresentadas pela pesquisa supracitada concordam com os

resultados publicados pelo trabalho de Karimpour-Fardet al.(2011) que afirma a

evidente interferência do peso específico na resistência ao cisalhamento dos resíduos,

expondo a diminuição do mesmo de 8,0 kN/m³ para 5,5kN/m³ associada à redução do

ângulo de atrito em 5° e da resistência em 40%.

2.2.1.5 Permeabilidade

A condutividade hidráulica está relacionada à quantidade de líquido que se

desloca pelos vazios do meio, controlando o processo de infiltração. A determinação do

coeficiente de permeabilidade do resíduo é um fator importante para o

dimensionamento do sistema de drenagem dos percolados e para a verificação da

estabilidade do maciço, seja na fundação ou nos taludes, principalmente ao definir o

processo de migração de líquidos no interior dos aterros.

Knochenmus et al. (1998) alertam para o fato de que a permeabilidade do

maciço de RSU ser altamente dependente da idade e composição do RSU, procedimento

de aterramento, grau de compactação e nível de tensões atuantes, portanto, deve ser

determinada de caso para caso. Os ensaios para determinação do coeficiente de

permeabilidade em campo apresentam inúmeras dificuldades em virtude do caráter

heterogêneo que o RSU apresenta.

Em estudos realizados por Cepollina et al. (1994), em poços de 50,0 cm de

diâmetro e profundidade de 30,0 m em maciço de resíduos com elevados percentuais de

matéria orgânica e 12 anos de deposição, foram obtidos valores da ordem de 10-3cm/s

para coeficiente de permeabilidade.

Em ensaios de infiltração em dois furos de sondagem, Carvalho (1999) observou

uma grande variação nos valores do coeficiente de permeabilidade, atribuindo a este

comportamento a heterogeneidade do material. Observou também a tendência do

coeficiente de permeabilidade reduzir com a profundidade em virtude do efeito da

consolidação do RSU, resultante da sobrecarga provocada pelas camadas sobrejacentes.

Na Tabela 2.7 é possível observar a variação de valores de coeficientes de

permeabilidade apresentados na literatura e seus respectivos métodos de obtenção.

26

Tabela 2.7 – Valores de coeficientes de permeabilidade de aterros de RSU.

Referência

Referência Coeficiente de

Permeabilidade (cm/s) Método de Ensaio

Fungaroli e Steiner (1979) 10-5

a 2 x 10-4 Lisímetro

Oweis e Khera (1986) 2,6 x 10-5

Estimado com base em dados de campo

Landva e Clark (1990) 10-5

a 4 x 10-4 Ensaio de cava

Oweis et al. (1990) 1,5 x 10

-6

Ensaios de campo com

carga variável 1,1 x 10

-5 Ensaios de cava

Ehrlich et al. (1994) 1,0 x10-3

Ensaio de carga variável

com fluxo horizontal

Cepollina et al.(1994) 1,0 x10-3


carga variável

Gabr e Valero (1995) 10-7

a 10-5

Ensaios laboratoriais

Manassero et al. (1996) 3 x 10

-5 a 5 x 10

-4 (3)

Ensaios laboratoriais 3 x 10

-8 a 2 x 10

-6 (4)

Brandl (apud MANASSERO et al., 1996) 7 x 10

-6 a 2 x 10

-5 (1)


carga variável

3 x 10-7

a 5 x 10-6 (2) Ensaios de cava

Brandl (MANASSERO et al.,1996) 3 x 10

-5 a 5 x 10

-4 (3)

Ensaios laboratoriais 3 x 10

-8 a 2 x 10

-6 (4)

Beaven (1996) 8 x 10-6 a 10

-4 Ensaios de bombeamento

Beaven e Powier (1995) 1,0 x 10-7

a 1 x 10-4 Laboratório

Blengino et al. (1996) 3 x 10

-7 a 3 x 10

-6

Furos profundos, ensaios

de campo com carga

variável

7x 10-6

a 2,0 x 10-5

Carga variável Brandt, 1990 5,0 x 10

-6 a3 x 10

-7 Ensaio de Poço

Landva et al. (1998) 8 x 10-7

a 9 x 10-4

Ensaios laboratoriais com

carga constante

Mariano e Jucá (1998) 1,89 x 10-8

a 4,15 x 10-6

Ensaio in situ em furo de

sondagem. Orientação

vertical

Carvalho (1999) 5,0 x 10-8

a 8,0 x 10-6


sondagem. Orientação

vertical

Powrie e Beaven (1999) 3,7 x 10-8

a 1,5 x 10-4

Ensaios laboratoriais com

distintas pressões de

confinamento Aguiar (2001) 9,39 x 10

-7 a 1,09 x 10

-6 PermeâmetroGuelph

Carrubba e Cossu (2003) 1,0 x 10-8

a 1,0 x 10-4

Ensaio Oedométrico.

Orientação vertical

Heiss-Ziegler e Fehrer (2003) 8,83 x 10-11

a 1,1 x 10-7

Ensaio Triaxial. Orientação vertical

Munnich et al. (2006) 2,0 x 10-9

a 4,0 x 10-4

Laboratório. Orientação

vertical Munnich et al. (2005) 6,0 x 10

-7 a 2,0 x 10

-3 Laboratório

Santos et.al. (1998) 1,0 x 10-7


sondagem Durmosuglu et al. (2005) 4,7x 10

-7 a 1,24 x 10

Ensaio de coluna

27

A variação dos valores de permeabilidade apresentados na Tabela 2.7(10-3 a 10-

11cm/s) confirma que o resultado de tal parâmetro é extremamente dependente das

operações de lançamento e disposição, do grau de compactação inicial, das pressões do

material sobrejacente, da temperatura e da idade e grau de decomposição do resíduo,

assim como a direção de fluxo analisada se vertical ou horizontal.

Libanio et al. (2003) avaliou a variação temporal da permeabilidade na massa de

resíduos utilizando um percâmetro em amostras retiradas do aterro sanitário de Belo

Horizonte, nas quais observou-se um aumento de 5x10-4 a 2,5x10-3cm/s após

aproximadamente um ano de monitoramento. Já Simões et al. (2002) avaliaram a

permeabilidade in situ do mesmo aterro utilizando um permeâmetro Gueph e

encontraram valores entre 10-3 e 10-5 cm/s nas camadas de cobertura e de 10-7 cm/s nas

camadas de impermeabilização das células de aterramento.

Os RSU são "livres drenantes" propensos a se comportarem de modo drenado,

ou seja, a não desenvolverem excessos de poro pressão (SANTOS; PRESA, 1995).

Segundo Boscov e Abreu (2001), esta teoria é questionável, visto que, pressões

de gás e de lixiviado, de até 170 kPa, foram medidas em aterros sanitários brasileiros.

Análises da ruptura do sub-aterro AS-l do aterro de Bandeirantes (SP) demonstraram

que o fator deflagrador do fenômeno foi a elevação da poro-pressão devido ao acúmulo

de lixiviado (IZZO, 2008).

De acordo com Münnich et al. (2005), em RSU a permeabilidade horizontal é

maior que a permeabilidade vertical, sendo de 1 a 2 ordens de grandeza. O mesmo autor

ainda conclui que, com o aumento na densidade dos RSU, ocorre uma redução na

diferença entre as permeabilidades horizontais e a verticais.

Segundo Izzo (2008),o valor do coeficiente de permeabilidade encontrado em

ensaios realizados em composto com granulometria menor do que 4 mm é compatível

com os valores encontrados na literatura para RSU. Ainda, tais valores encontrados

foram cerca de uma ordem de grandeza menores que os encontrados para o material

utilizado por Pahl (2006).

Os resultados registrados pela referida pesquisa, indicaram que quanto maior a

massa específica seca do composto com dimensão de partícula equivalente a 4 mm,

menor será a capacidade de campo e menor será o coeficiente de permeabilidade,

28

conforme ilustrado na Figura 2.8. Isto se deve a grande redução do volume de vazios

causada pelo aumento da massa específica seca.

Figura 2.8 – Ensaio de permeabilidade à carga constante para a amostra de

composto da Usina do Caju, com três diferentes massas específicas e com

granulometria menor do que 4mm (IZZO,2008).

Machado et al. (2010) avalizaram a permeabilidade dos resíduos dos aterros

Metropolitano de Salvador e Bandeirantes de São Paulo, e verificaram uma situação

comum para ambos na qual a permeabilidade diminui com o aumento da profundidade

em valores entre 10-5

cm/s e 10-8

cm/s.

Reddy et al.(2011) verificaram a variação de permeabilidade em resíduos em

diferentes fases de decomposição de amostras confeccionadas em laboratório

representando a gravimetria gerada nos Estados Unidos, em que os resíduos degradados

apresentaram valores menores de permeabilidade do que os resíduos frescos. Os

resultados apresentados foram de 10-3

cm/s a 10-8

cm/s.

2.2.1.6 Temperatura

A temperatura no interior de aterros sanitários constitui importante fator para a

deflagração e evolução dos processos de degradação dos resíduos sólidos urbanos.

(MARQUES, 2001)

Coumoulos et al. (1995) realizaram uma série de medidas de temperatura, em

diferentes períodos do ano, no aterro Ano Liossia, na Grécia, tendo obtido valores entre

29

30 e 60 °C. Registra-se que estes valores não apresentaram variações, por conta de

alterações na temperatura ambiente, nas diferentes épocas dos levantamentos, como

pode ser observado na Figura 2.9.

Yoshida et al. (1996) desenvolveram um modelo para avaliar a distribuição de

temperaturas no interior de aterros sanitários, incorporando formulações para ter em

conta os processos de geração e transporte de calor devido à decomposição biológica

dos resíduos. O estudo permitiu concluir que durante o processo de aterramento a

decomposição aeróbia é responsável por temperaturas mais elevadas (60 a 70ºC),

enquanto que temperaturas menores, da ordem de 50ºC podem ser atribuídas

unicamente à decomposição anaeróbia dos resíduos. Os autores confirmaram, portanto,

que as alterações de temperatura no interior de aterros sanitários podem refletir o

estágio de decomposição biológica dos resíduos, sendo um importante parâmetro para

avaliação da atividade e eventual reaproveitamento destes maciços.

Carvalho (1999) registra temperaturas da ordem de 31ºC e 38ºC para resíduos

localizados, respectivamente, a cerca de 4,0 e 6,0m de profundidade no Aterro Sanitário

Bandeirantes, em São Paulo. Para o mesmo aterro, relatórios de avanço de perfuração

para instalação de drenos apontam para temperaturas entre 42ºC e 59ºC a profundidades

da ordem de 30,0m(MARQUES, 2001).

Segundo Izzo (2008) em aterros sanitários a temperatura dos RSU varia entre

30º a 60ºC, crescente com a profundidade entre 5,0 a 10,0 m e a partir de 10,0 m tende a

estabilizar. De acordo com estudos de Coumoulos et al. (1995) e Mariano e Jucá (1998),

a partir de 5,0 m a temperatura no interior do aterro não é aparentemente afetada pelas

variações sazonais da temperatura ambiente conforme pode ser observado na Figura 2.9

e Figura 2.10.

30

Figura 2.9 – Variação da temperatura do RSU com a profundidade, Aterro Ano

Liossia, Atenas (Grécia), (COUMOULOS et al., 1995).

Figura 2.10 – Variação da temperatura dos RSU com a profundidade, Aterro da

Muribeca, Recife, (MARIANO e JUCÁ, 1998).

De acordo com os estudos de Junqueira (2000) as temperaturas no interior da

massa de lixo são de grande importância principalmente no que se refere à atividade de

micro-organismos que promovem a degradação dos diversos componentes do lixo.

2.2.1.7 Densidade Real dos Grãos

Densidade real (Gs) ou massa específica real (S) dos grãos, também conhecida

como densidade de partículas, é a relação entre a massa de determinada amostra de

material poroso e o volume ocupado pelas partículas do material. Considera-se o

31

volume do material ocupado efetivamente pelas partículas, sem levar em conta o espaço

poroso.

A densidade de partícula é uma característica que varia com a composição das

partículas, não sendo afetada por variação no seu tamanho. Por exemplo, no solo que

apresenta quantidades elevadas de minerais mais pesados, como magnetita, a densidade

de partículas também se elevará. Da mesma forma, num solo que apresente elevado teor

de matéria orgânica, terá uma densidade de partícula mais baixa.

No caso dos resíduos sólidos urbanos tratados ou não, é importante considerar a

mutação contínua das condições da matéria em função da decomposição, isto posto, a

determinação da densidade deve ser realizada para cada caso em particular, respeitando

a escala temporal e de atuação dos ensaios, para que os valores representem um banco

de dados representativo.

2.2.1.8 Compressibilidade

A compressibilidade dos aterros de resíduos sólidos urbanos está relacionada,

basicamente, ao carregamento imposto e às transformações bioquímicas de seus

materiais constituintes. (DE LAMARE,2009) Os mecanismos envolvidos nos recalques

que são muito complexos devido à heterogeneidade dos resíduos, a deformabilidade de

suas partículas e a presença de grandes vazios, foram discutidos por Sowers (1973),

Huitric (1981), Gilbert e Murphy (1987), Manassero et al. (1996), Van Impe (1998).

Segundo o proposto por Manassero et al. (1996) estes mecanismos podem ser

assim sumarizados:

Compressão física devido à quebra e reorientação dos elementos sólidos;

Recalques de desagregação devido à migração de pequenas partículas para os

vazios das partículas maiores;

Comportamento viscoso e fenômeno de consolidação envolvendo o esqueleto

sólido e partículas simples ou componentes;

Recalques de decomposição devido à biodegradação dos componentes

orgânicos;

Colapso dos componentes devido às alterações físico-químicas como a corrosão,

oxidação e degradação dos componentes inorgânicos.

32

De acordo com Carvalho (1999), deve ser acrescentado aos itens acima a

deformação devida à dissipação das pressões neutras de líquidos e gases.

Os fatores que afetam e condicionam a magnitude dos recalques provocados por

peso próprio ou sobrecargas são muitos e se inter-relacionam entre si, podendo ser

destacados (EDIL et al., 1990apud FUCALE, 2005; WALLIS, 1991apud FUCALE,

2005): densidade ou índice de vazios inicial dos resíduos; quantidade de matéria

orgânica presente nos resíduos; altura do aterro sanitário; trajetória de tensões durante e

após a disposição dos resíduos; nível dos líquidos percolados e faixa de variação do

mesmo no interior do maciço; e condições ambientais (umidade, temperatura, presença

de gases, etc).

Diversos ensaios de carregamento de placa foram realizados sobre resíduos

sólidos urbanos dispostos em célula experimental (1,8m de largura x 1,2m de

comprimento x 1,0m de profundidade), visando avaliar a influência de alguns fatores

(densidade inicial dos resíduos, espessura da camada de cobertura e utilização de

sobrecarga) na compressibilidade dos resíduos no Aterro de Bandeirantes. Como

principais conclusões do estudo podem ser destacadas: (MACHADO et al ,2010)

Aumento do recalque, sob um determinado nível de carregamento, com o

aumento daárea carregada, porém com valores inferiores aos previstos pela

teoria da elasticidade;

A compressibilidade dos resíduos é inversamente proporcional à densidade dos

mesmos, apesar da elevada dispersão dos resultados obtidos;

Significativa redução da compressibilidade dos resíduos com a aplicação de pré-

carregamento;

Redução dos recalques com o aumento da espessura da camada de solo de

cobertura;

Obtenção de coeficientes de compressão secundária (Cα) entre 0,05 e 0,07.

Durmusoglu et al. (2006) compararam índices de compressão em dois

equipamentos, de pequena e de larga escala. Os resultados obtidos foram de Cc=0,475,

para os realizados em pequena escala e de Cc=0,904, para os ensaios de larga escala.

Tais resultados, segundo os autores demonstram a dependência das dimensões da célula

para amostragem, que deve ser de tamanho suficiente para representar as condições de

campo.

33

Já autores como Reddy et al.(2009), Dixon et al.(1995), Hettiarachchi (2005) e

Langer (2005), afirmam que independente das dimensões da célula ou do tamanho

máximo das partículas, o índice de compressão em amostras de resíduos produzidas em

laboratório publicados, varia entre 0,16 a 0,28.

Em pesquisas mais recentes, Reddy et al.(2011) relatam valores de índices de

compressão iguais a 0,24 a 0,33, para resíduos triturados com compressão total entre

46% e 58% sob uma tensão máxima de 766kPa.

Segundo algunsautores, pode-se observarque não hádiferença significativaou

qualquertendência específicada taxa de compressão, apesar de diferentes idades,

tamanho da amostrados resíduos eaumento noteor de umidade. (REDDY et al., 2009;

DURMUSOGLU et al., 2006; HETTIARACHCHI, 2005)

No entanto, outros pesquisadores registraram altos índices de compressão para

os resíduos antigos maiores que os apresentados para os resíduos frescos. (WALL;

ZEISS, 1995; LANDVA; CLARK, 1990)

2.2.1.9 Capacidade de Campo

Segundo Veihmeyer e Hendrickson (1931apud IZZO, 2008), a quantidade de

água que um perfil de terreno sem vegetação e evaporação retém contra a ação da

gravidade, após plenamente inundado e deixado drenar livremente por alguns dias (um a

quatro dias), em condições de campo, determina o volume máximo aproximado de água

que um solo bem drenado pode armazenar por longos períodos sem evapo-transpiração,

sendo este parâmetro chamado de capacidade de campo.

A capacidade de campo dos RSU pode ser influenciada pela composição dos

resíduos, grau de tratamento, granulometria das partículas componentes bem como pelo

teor inicial de umidade.

Bligth et al. (1992apud BORGATTO, 2006) e Zornberg et al.(1999apud

BORGATTO, 2006) realizaram experimentos em laboratório para a determinação da

capacidade de campo dos RSU. O experimento constou na inundação de uma amostra

de resíduo sólido, sendo permitido o escoamento do excesso de líquido num período de

24 horas. Na segunda etapa aplicou-se sobre a amostra uma sobrecarga a pressões

crescentes, para as quais a capacidade de campo foi determinada. Os valores de

capacidade de campo encontrados variaram entre 225%, para resíduo novo com baixa

34

pressão de confinamento, a 55%, para resíduo velho comprimido a um peso especifico

de aproximadamente 10kN/m³.

Fungaroli e Steiner (1979 apud IZZO, 2008) afirmam que a capacidade de

campo aumenta com a massa específica do resíduo. Os resultados do teste indicaram

que, para lixo triturado, a capacidade de campo aumenta. Para o lixo não triturado, a

capacidade de campo, (%), e o peso específico, (kN/m³), foram relacionados pela

seguinte expressão:

Carvalho (2002 e 2006) desenvolveu um equipamento composto de um cilindro

metálico denominado “percâmetro”, com 15,2 cm de diâmetro e 17,8 cm de altura,

capaz de medir a capacidade de campo, umidade, massa específica e permeabilidade de

amostras indeformadas de RSU coletadas pelo cilindro. O referido pesquisador concluiu

que a capacidade de campo tem uma tendência de crescimento com a idade do resíduo,

ou seja, com a degradação dos componentes orgânicos a capacidade de campo dos RSU

tende a crescer. Em 2002, Carvalho relatou a coleta em campo e a determinação, em

laboratório, de valores de capacidade de campo volumétrica de amostras de RSU,

compactados por trator com rolo, em dez amostras com idades variando entre 6 meses a

5 anos, nas bermas do aterro sanitário de Santo André/SP, tendo-se chegado a uma

média de valores de 33,8%.

Lins (2003 apud DE LAMARE NETO, 2004) determinou a capacidade de

campo do lixo no Aterro da Muribeca. Os ensaios foram feitos para resíduos com idades

de 05 anos, considerados como RSU novo, e 10 anos, como RSU velho. Chegando a

valores de 43 a 56 % para o RSU novo e de 30 a 44 % para o RSU velho.

O valor da capacidade de campo para RSU apresenta uma grande variação,

necessitando assim mais estudos para entender os mecanismos que regulam o

comportamento deste parâmetro em RSU. No entanto, sabe-se que a capacidade de

campo varia com a idade, densidade e composição do RSU (IZZO, 2008).

Izzo (2008) realizou ensaios de capacidade de campo em composto oriundo da

compostagem de RSU. Os resultados apresentaram valores de 56,0% para o corpo de

prova com massa específica de 0,492 g/cm³ (grau de compactação de 60%), de 48,3%

para o corpo de prova com massa específica de 0,656 g/cm³ (grau de compactação de

35

80%), e finalmente apresentou uma capacidade de campo de 46,8% para o corpo de

prova com massa específica de 0,82 g/cm³ (grau de compactação de 100%).Segundo o

autor, os resultados indicam que quanto maior a massa específica seca do composto

com dimensão de partícula equivalente a 4 mm, menor será a capacidade de campo e

menor será o coeficiente de permeabilidade. Isto se deve a grande redução do volume de

vazios causada pelo aumento da massa específica seca. Os resultados da capacidade de

campo para os três corpos de prova com massas específicas diferentes são apresentados

no gráfico da Figura 2.11.

Figura 2.11 –Capacidade de Campo versus Massa Específica Seca para o composto

com granulometria menor do que 4 mm com diferentes massas específicas

(IZZO,2008)

Durmusoglu et al. (2006) compararam a capacidade de campo em amostras

ensaiadas em dois equipamentos, de pequena e de larga escala, apresentando resultados

de capacidade de campo de 0,259 para o de pequena escala, e de 0,990 para o de larga

escala.

2.2.1.10 Resistência ao Cisalhamento

A resistência dos resíduos sólidos urbanos, da mesma forma que para solos, é

um parâmetro geotécnico de interesse fundamental na descrição de suas propriedades.

Apesar de existirem diferenças significativas entre resíduos sólidos e solos, a

36

interpretação dos ensaios em resíduo sólido mediante conceitos da Mecânica dos Solos

clássica pode ser proveitosa, e constitui numa das ferramentas mais utilizadas pelos

pesquisadores, ao menos para o presente estado de conhecimento. Sobre esta base, a

resistência ao cisalhamento de maciços de RSU é normalmente associada a um ângulo

cisalhante, ou ângulo de atrito interno “”, e uma coesão, “c”, definidos a partir da

envoltória de resistência Mohr-Coulomb (FUCALE,2005).

A resistência ao cisalhamento dos resíduos é influenciada por diversos fatores,

tais como, a composição e idade do resíduo, o teor de umidade e de matéria orgânica, o

grau de compactação e a dimensão das partículas. Devido ao inter-travamento das

partículas, a resistência ao cisalhamento dos resíduos sólidos normalmente aumenta

com as tensões normais atuantes(MARQUES,2001).

Ensaios triaxiais e de cisalhamento direto tem sido desenvolvidos e realizados,

in situ e em laboratório, ao longo das últimas décadas para a determinação de

parâmetros de resistência em resíduos sólidos urbanos. As dificuldades apontadas pelos

autores envolvem a falta de padronização dos ensaios e de métodos de amostragem, a

diferença de composição dos resíduos ensaiados, os tamanhos de amostras insuficientes

para serem representativas in situ, a limitação dos equipamentos para as condições

impostas durante os testes laboratoriais e a dificuldade na comparação de resultados

frente a todas estas variações. DIXON e JONES (2005) apresentaram os métodos mais

usuais de determinação da resistência ao cisalhamento dos RSU (TABELA 2.8).

37

Tabela 2.8 – Métodos de determinação da resistência ao cisalhamento do RSU

(DIXON; JONES, 2005).

Os parâmetros de resistência dos resíduos sólidos urbanos são extremamente

dependentes do nível de deformações impostos aos mesmos, conforme constatado por

diversos autores (JESSBERGER; KOCKEL, 1991; GRISOLIA et al., 1991, 1995). Nos

ensaios realizados, admitindo a validade da lei de Mohr-Coulomb, a ruptura não tem

sido claramente identificada para os níveis de deformação factíveis aos equipamentos,

mesmo para elevadas tensões de compressão, e que o resíduo apresenta um

comportamento do tipo “strainhardening”, ou seja, continua a ganhar resistência com o

aumento das deformações a que é submetido. Desta forma, faz-se necessário incorporar

um critério de deformação para que os parâmetros de resistência fiquem claramente

definidos (KONIG; JESSBERGER, 1997).

Embora os RSU não tenham comportamento idêntico aos solos, um critério de

ruptura de Mohr-Coulomb modificado tem sido reconhecido como útil. O grande

número de pesquisadores adotando este critério em trabalhos com RSU demonstra que

38

tal abordagem possui uma expressiva aceitação internacional (OWEIS, 1993 e

MANASSERO et al., 1996)

Segundo Konig e Jessberger (1997), com relação às propriedades de resistência,

mesmo com diferenças na composição, idade e estado de alteração, os RSU apresentam

um comportamento bastante peculiar que o distingue dos outros materiais geotécnicos,

pois a sua curva tensão-deformação não apresenta pico de ruptura, mesmo para grandes

deformações. À medida que as deformações evoluem o material apresenta-se mais

resistente, sendo que os materiais fibrosos (plásticos, têxteis, etc.), presentes em sua

constituição, parecem exercer uma grande influencia neste comportamento, como pode

ser observado na Figura 2.12. Como é possível observar nessa figura que o intercepto de

coesão é altamente dependente da quantidade de plástico da amostra, porém este não

tem influencia significativa nas propriedades de atrito do resíduo.

Figura 2.12 – Mobilização do intercepto de coesão e angulo de atrito com as

deformações axiais (KONIG; JESSBERGER, 1997).

Da mesma maneira que em solos, a resistência dos resíduos sólidos urbanos

aparentemente aumenta com o incremento da tensão normal. Porém, devido ao seu alto

teor de matéria orgânica e sua estrutura fibrosa, os resíduos sólidos se comportam mais

como um solo orgânico fibroso do que simplesmente como um solo. Em consequência,

os fatores que devem afetar os parâmetros de resistência dos resíduos são

(GONZALEZ, 1995):

Teor de matéria orgânica e fibras;

Idade e grau de decomposição dos resíduos sólidos;

Época em que se construiu o aterro;

Esforço de compactação, composição e quantidade de solo de cobertura.

39

De acordo com Howland e Landva (1992), a resistência dos resíduos sólidos é

de caráter principalmente friccional, porém, Mitchell e Mitchell (1992) apontam que

embora a natureza coesiva dos resíduos não tenha sido ainda adequadamente

caracterizada, (estes autores acreditam que provavelmente não é uma “verdadeira

coesão”, mas o resultado da união das partículas que compõem o resíduo sólido), é

razoável incluir um componente coesivo nas avaliações de resistência ao cisalhamento.

Esta suposição está baseada no fato de que existem cortes praticamente verticais, em

aterros de resíduos sólidos e que permanecem estáveis por longo período de tempo

(BORGATTO, 2010).

Segundo Kölsch (1990, 1993, 1995, 1996) os componentes fibrosos presentes na

composição dos resíduos são capazes de suportar forças de tração que dependeriam do

vínculo das fibras com a massa de resíduo, ou seja, função da tensão normal atuante.

Neste sentido, a parcela significativa de resistência dos resíduos sólidos urbanos,

mobilizada com o aumento das deformações, pode ser explicada pelo efeito de reforço

que alguns de seus constituintes fibrosos (plásticos, papéis, pedaços de madeira, etc.)

passam a desempenhar contribuindo assim para um incremento do intercepto de coesão.

Deste modo a resistência ao cisalhamento pode ser representada pela

composição de duas parcelas distintas, a 1ª referentes às forças de atrito no plano de

cisalhamento e a 2ª referente às forças de tração das fibras ou coesão das fibras.

Figura 2.13 – Propriedades de tração (KOLSCH, 1996).

40

Figura 2.14 – Sobreposição das propriedades de resistência ao cisalhamento de

resíduos de atrito e reforço (KOLSCH, 1996).

A resistência total ao cisalhamento é composta do atrito no plano cisalhante e da

força de tração nas fibras. Dependendo da transmissão das forças nas fibras, que

aumentam com a tensão normal, e também dependendo da resistência à tração das

fibras, a resistência total ao cisalhamento em um determinado intervalo de tensão

normal é maior do que a resistência friccional (devido ao atrito). Como existe uma

correlação linear entre a resistência friccional e a tensão normal (descrita pelo ângulo de

atrito interno), uma correlação não linear, descontínua entre a resistência total ao

cisalhamento e a tensão normal é produzida pelos componentes fibrosos.

O valor máximo da tensão de tração ativada em função da tensão normal

aplicada é denominado de resistência à tração específica das fibras (Zmáx) e a tensão

necessária para mobilizar tal resistência, chamada de tensão normal crítica (σcrít). A

parcela de tensões de tração independentes da tensão normal é denominada de Z0. A

Figura 2.13e 2.14 apresentam gráficos com as definições das propriedades de tração e

propriedades de resistência ao cisalhamento de RSU, com suas parcelas de atrito e

reforço, segundo Kölsch (1996).

Ainda de acordo com o referido autor, os ângulos de tensão à tração situam-se

entre os valores de ζ = 0° (para resíduos peneirados sem componentes fibrosos) a ζ =

35° (para resíduos frescos com alto teor de componentes fibrosos).

41

Na mesma linha de pensamento, Kockel e Jessberger (1995) propõe analisar os

resíduos como uma matriz composta, constituída por duas componentes: uma básica,

onde estão presentes as partículas finas e médias (≤ 120 mm), e uma reforçada, que

engloba as partículas fibrosas e de maiores dimensões (> 120 mm).

Os mesmos autores, a partir de ensaios laboratoriais, mostraram que a resistência

ao cisalhamento da componente básica da matriz (partículas ≤ 120 mm) é quase que

totalmente condicionada pela resistência friccional, com ângulos de atrito máximo entre

42°e 45°, mobilizados com elevadas deformações. Por outro lado, a parcela de coesão é

preponderante na componente reforçada da matriz, sendo função direta da resistência à

tração dos “elementos de reforço” e mobilizada com deformações superiores a 20 %.

Apesar de naturalmente os RSU não apresentarem “coesão”, por serem

basicamente granulares, o intercepto coesivo apresentado por vários autores deve ser

entendido como similar ao de um solo granular reforçado com fibras orientadas

aleatoriamente, também conhecido como “efeito-fibra” (BORGATTO,2010).

Segundo vários autores da bibliografia internacional, a resistência ao

cisalhamento nos resíduos é resultante da soma dos efeitos de atrito e tração provocados

pelas fibras presentes. Para Ziehmann (1999), a resistência ao cisalhamento dos RSU

pode ser dividida em duas distintas parcelas de resistência: a 1ª corresponde ao

cisalhamento e, a exemplo dos solos, resulta do atrito entre as partículas expresso

matematicamente pelo ângulo de atrito e pela coesão; a 2ª corresponde ao reforço pela

resistência à tração das fibras, sendo expresso pelo ângulo de tensão à tração.

Em 1999, Ziehman realizou um estudo comparativo entre valores de parâmetros

de resistência ao cisalhamento entre resíduos pré-tratados mecânica e biologicamente e

sem tratamento, considerando a influência das fibras e obteve os resultados

apresentados na Tabela 2.9.

42

Tabela 2.9 – Resultados do estudo comparativo entre parâmetros de resistência de

amostras com resíduos pré-tratados mecânica e biologicamente e resíduos sem

tratamento (ZIEHMANN, 1999).

Singh e Sun (1995), com base em valores medidos e observados, apresentam

uma relação entre a resistência ao cisalhamento dos resíduos e a profundidade,

conforme pode ser visualizada na Figura 2.15, juntamente com a proposição de outros

autores (BRANDL,1990, KNOCHENMUS et al.,1998,CAICEDO et al. 2002). Os

autores sugerem também a existência de uma profundidade crítica, a partir da qual as

tensões verticais efetivas não contribuem para a resistência ao cisalhamento dos

resíduos. Baseado no gráfico da Figura 2.15 observa-se uma profundidade crítica da

ordem de 55,0m e valores limites para resistência dos resíduos de cerca de 250 kN/m²

Além deste efeito, acréscimos de densidade com o tempo podem igualmente

aumentar a resistência dos resíduos, efeito este que pode ser anulado ou mesmo

revertido, perante a intensidade dos processos de biodegradação atuantes no maciço

(KNOCHENMUS et al.,1998). Quanto à compactação, estudos realizados por Brandl

(1995) demonstram que o ângulo de atrito para resíduos compactados é

significativamente superior ao obtido para resíduos não compactados, especialmente

para baixas deformações axiais, conforme apresentado na Figura 2.16.

43

Figura 2.15 – Variação da resistência ao cisalhamento dos resíduos com a

profundidade (SINGH; SUN, 1995).

A Figura 2.16 permite ainda observar que o ângulo de atrito máximo é

mobilizado para deformações menores ou iguais a 20%, podendo este valor ser

entendido como representativo do material em seu estado limite de ruptura. A coesão,

por outro lado, necessita de deformações bem maiores para sua mobilização, não sendo

observado um valor que caracterize a condição limite do material (KONIG;

JESSBERGER, 1997).

44

Figura 2.16 – Parâmetros de resistência mobilizados em função do nível de

deformações (KONIG; JESSBERGER, 1997).

Segundo o relatado por Gabr e Valero (1995), caso o efeito de reforço não se

faça presente, em função, por exemplo, da composição do resíduo (inexistência de

plásticos, tecidos, etc.), passa a ser preponderante para a resistência ao cisalhamento o

teor de umidade. Estes autores observaram redução significativa da parcela de coesão,

de 100 kPa para40 kPa, quando o teor de umidade foi acrescido de 55% para cerca de

65%.

Caicedo et al. (2002) realizaram ensaios triaxiais consolidados não drenados

com medição de poro-pressão nos resíduos sólidos urbanos do Aterro Sanitário Dona

Juana, na cidade de Bogotá, Colômbia. O material amostrado foi retirado do local onde

ocorreu o deslizamento de resíduos sólidos em 1997. É apresentado na Figura 2.17 o

equipamento experimental utilizado. As amostras possuíam as dimensões seguintes: 300

mm de diâmetro e 600 mm de altura. Os resultados típicos deste ensaio estão

apresentados na Figura 2.18. A forma da curva tensão desviatória versus deformação

mostra que o material não sofreu ruptura para deformações de até 15 %, mas sim um

endurecimento contínuo do material, concordando com o que foi observado por Grisolia

et al. (1995) e Jessberger e Kockel (1993).

45

Caicedo et al. (2002), também executaram ensaios de cisalhamento direto de

grande porte em resíduos relativamente novos, aproximadamente de um ano e meio no

mesmo aterro, onde as amostras apresentavam percentuais elevados de matéria

orgânica, em torno de 47,8% em peso, e a coesão correspondente (78kPa), maiores que

os registrados em aterros no Japão e no Estados Unidos.

Figura 2.17 – Equipamento experimental em laboratório para ensaio triaxial de

grande escala – CAICEDO et al. (2002).

Figura 2.18 – Resultados de ensaios triaxiais em RSU (CAICEDO et al.,2002).

Dixon e Jones (2005) apresentaram uma faixa de envoltórias de resistência ao

cisalhamento dos RSU obtida a partir de dados encontrados na literatura. Na Figura 2.19

pode ser observada a faixa de envoltórias de resistência ao cisalhamento propostas pelos

referidos autores e por Manassero et al. (1996) e Kavazanjian et al.(1995).

46

Figura 2.19 – Faixa de envoltórias de resistência ao cisalhamento de RSU obtida

por diversos pesquisadores e proposta para projetos de aterro de resíduos sólidos

urbanos (DIXON; JONES, 2005 apud NASCIMENTO, 2007).

Gabr et al.(2007) fizeram uma relação entre a variação do ângulo de atrito de

resíduos com a quantidade de partículas de plástico existentes e concluíram que com o

avanço da biodegradação, a fração orgânica presente diminui, aumentando a fração de

plásticos em relação à massa total da amostra. Segundo os autores, o ângulo de atrito

inicial de 32° pode reduzir para 24° com o processo de decomposição. O ângulo de

atrito verificado nas amostras com o percentual de plástico elevado foi de 18 a 19°.

Nascimento (2007) realizou ensaios triaxiais convencionais do tipo CD em

amostras saturadas de resíduos sólidos urbanos novos e com idade de 4 anos, para a

verificação da variação dos parâmetros de resistência em relação à idade e ao peso

específico. Com relação à influência da idade, os resultados publicados para os resíduos

novos e de quatro anos, respectivamente, foram de coesão de 25,8 kPa e 4,6 kPa e

ângulo de atrito 27,1° e 34,9°, para peso específico de 10 kN/m³. Considerando a

variação com o peso específico, os resultados de coesão foram de 14,8 kPa e ângulo de

atrito 19,2°, para peso específico de 8 kN/m³;de 25,8 kPa e 27,1°, para peso específico

de 10 kN/m³ e de 4,6 kPa e 39,8°, para peso específico de 14 kN/m³.

47

Segundo o mesmo autor, os resultados das curvas tensão-deformação

apresentadas permitem identificar um comportamento típico para o resíduo sólido

urbano, em que as tensões aumentam continuamente com o aumento das deformações

axiais, sem atingir qualquer pico na curva tensão-deformação ou alcançar um valor

máximo, como normalmente ocorre em solos. Tal fato já observado por Grisolia e

Napoleoni (1996), em amostras deformadas de RSU, e Jessberger e Kockel (1993), em

RSU triturado e por Carvalho (1999), em resíduos do aterro Bandeirantes em São Paulo.

Neste caso, devido às características das curvas tensão-deformação dos resíduos,

adotou-se critérios de deformação para determinação dos parâmetros de resistência.

Calle (2007) realizou ensaios de cisalhamento direto em amostras de resíduos

pré-tratados originados das cidades de São Sebastião/SP e Novo Hamburgo/RS. Para tal

foi utilizado um equipamento convencional de dimensões 60 x 60 x 41,6 mm no

laboratório da geotecnia da COPPE. Para os resíduos de São Sebastião/SP verificou-se

que, com o incremento do tamanho das partículas de 2,0 mm para 9,50 mm o parâmetro

coesão aparente aumentou, porém, para o ângulo de atrito não houve variações

significativas.

No mesmo estudo, os ensaios com as amostras com granulometria passante na

peneira de 19 mm, ou seja, amostras com partículas mais grosseiras, resultaram em

valores mais baixos para os parâmetros de resistência, ângulo de atrito e coesão (35º e

15,0 kN/m² respectivamente) quando comparados aos resultados encontrados com as

amostras com granulometria mais finas (2,0 mm e 9,50 mm).Para os ensaios com

amostras de RSU de Novo Hamburgo/RS a variação do parâmetro coesão com o

tamanho de partícula apresentou um comportamento irregular, segundo o autor. O valor

máximo observado foi 25,0 kN/m². Com o aumento da compacidade, um significativo

acréscimo da coesão foi observado chegando-se a valores superiores a 60,0 kN/m². O

ângulo de atrito não foi significativamente influenciado com o tamanho de partícula e a

compacidade e atingiu um valor máximo de 35º.

Cardim (2008) analisou os resíduos sólidos urbanos frescos da cidade de Brasília

com um equipamento desenvolvido por ele, para ensaios de resistência por meio de uma

caixa de cisalhamento direto com grandes dimensões (1000 x 1000 x 1000 mm) e

capacidade de deslocamento relativo entre as caixas de 50% do comprimento da

amostra. Os resultados obtidos apresentam valores de ângulo de atrito no intervalo de

28° a 43°, aproximadamente, e de coesão entre 3 a 20kN/m².

48

Zekkos et al(2008) realizaram ensaios triaxiais com amostras de 30cm de

diâmetro, com composições granulométricas diferentes, apresentando apenas os

resultados das amostras com maiores percentuais de partículas finas, menores de 2mm.

Estas apresentaram comportamento convencional, mostrando pico de tensão e uma

redução de resistência pós-pico. As demais amostras não mostram picos de tensão

semelhante aos resultados apresentados por Jessberger (1997) e Grisollia (1995).

Reddy et al .(2009)realizaram ensaios de cisalhamento direto e triaxiais em

amostras de resíduos sólidos urbanos de um ano e meio de idade coletados no aterro de

Orchard Hills, Illinois, com aplicação da técnica de recirculação de chorume. Os

mesmos ensaios também foram realizados em resíduos frescos destinados ao mesmo

aterro para comparação de resultados. Os resultados dos ensaios de cisalhamento direto

apresentaram coesão e ângulo de atrito variando entre 12 a 64kPa e 31 a 35° para os

resíduos do aterro e de 31 a 64kPa e 26 a 30° para os resíduos frescos, apresentando

menores valores de resistência ao cisalhamento.

Os resultados dos ensaios triaxiais apresentaram valores totais de coesão e

ângulo de atrito de 39 kPa e 12° para o resíduo do aterro e 32 kPa e 12° para os resíduos

frescos, enquanto os valores efetivos foram de 34 kPa e 23° para os resíduos do aterro

32 kPa e 16° para o resíduo fresco.

Segundo pesquisa realizada por Houssain et al. (2009), o tamanho das partículas

influencia na resistência ao cisalhamento, independentemente do tamanho das amostras.

Os ângulosde atritomedidos apresentaram máximos de 32 °e 27° paratamanhos de

partículasmáximos de 50 mm e25 mm, respectivamente. No caso, parece

quemaiorescomponentesde reforçona amostraproporcionaram um melhorreforço

dacontribuição durante cisalhamento. No entanto,esta conclusãoé valida para

comparação de resultadosa partir decorpos de provano mesmo nívelde degradação.

Borgatto (2010) realizou ensaios de cisalhamento direto em amostras de resíduos

pré-tratados em diferentes configurações provenientes da Central de Tratamento de

Resíduos da cidade de Northeim (Alemanha)em seu estado fresco (pós-tratamento

mecânico - TM) e estabilizado (tratamento mecânico e biológico - TMB). Os ensaios

foram realizados em amostras de resíduos pré-tratados mantendo-se sua composição

original como também “alterada” (amostras de resíduos sem o grupo de substância

plástico filme) para avaliação da influência do componente fibroso nos parâmetros de

49

resistência ao cisalhamento. Segundo o autor, os resultados mostraram que o parâmetro

coesão é amplamente influenciado pela variação das configurações das amostras. Já a

mobilização do parâmetro ângulo interno de atrito permanece em uma estreita faixa de

variação sendo pouco influenciado pela variação das configurações das amostras.

Zekkos et al.(2010), realizaram ensaios de cisalhamento direto em equipamentos

de grande porte e apresentaram valores de coesão de 15 kPa e ângulo de atrito de 36°,

para resíduos coletados no aterro da Baia de São Francisco, no Estados Unidos e relatou

os efeitos do aumento de resistência causados pela influência dos materiais fibrosos nas

amostras ensaiadas.

Reddy et al. (2011), simularam uma composição de resíduos com percentuais

definidos em laboratório, em diferentes fases de decomposição, para o conhecimento de

suas propriedades geotécnicas segundo suas características e variações. Ensaios triaxiais

e de cisalhamento direto foram realizados para os resíduos frescos e degradados

segundo a técnica de composição das amostras. Os resultados dos ensaios triaxiais

foram de coesão entre 21 a 57kPa e ângulo de atrito entre 1° a 9°.Os parâmetros de

resistência para o resíduo fresco em amostras confeccionadas em laboratório foram

menores que os observados para o resíduo fresco vindo do aterro.

De acordo com os referidos autores, o resíduo degradado apresentou um

acréscimo de coesão e um decréscimo no ângulo de atrito, diferente da situação

apresentada por outros autores e publicações. Tais resultados foram atribuídos às

características dos resíduos escolhidos para a confecção das amostras e o

comportamento de suas partículas durante a decomposição.

Karimpour-fard et al(2011), publicaram os resultados de sua pesquisa em

resíduos do aterro Metropolitano de Salvador, pela da utilização de equipamento triaxial

de grande porte, variando o percentual de fibras nas amostras e verificando sua

influência nos parâmetros de resistência ao cisalhamento. Para a situação drenada com a

composição sem a presença de fibra, o material apresentou valores de coesão entre 4 e

18kPa e ângulo de atrito entre 11 e 14°. Para uma composição com 25% de fibra,

apresentou valores de coesão entre 17 e 46kPa e ângulo de atrito entre 12 e 20°.

Segundo o referido autor, no caso drenado a presença do efeito fibra influi mais

expressivamente no aumento de coesão do que no caso do ângulo de atrito (TABELA

2.10).

50

Tabela 2.10 – Resumo dos parâmetros de resistência ao cisalhamento para RSU –

GDA E 2-35, DGGT (1994) apud BORGATTO, 2010.

Segundo o estudo realizado por Cho et al. (2011), sobre os efeitos do percentual

de matéria orgânica presente em amostras produzidas de RSU fresco da Flórida, os

ângulos de atrito diminuíram de 39º para 31º, com variação de 0 a 40% de matéria

orgânica de alimentos e de 31º para 7º, com a variação de 40 a 80% de presença do

mesmo material nas amostras. Tais resultados mostram que o aumento de matéria

orgânica provoca um decréscimo na resistência ao cisalhamento dos resíduos sólidos

urbanos.

Finalmente, Zekkos et al.(2012), realizou ensaios triaxiais em larga escala para

avaliar as respostas drenadas de amostras selecionadas de RSU oriundas de um aterro da

Califórnia e verificou que a redução do peso específico testado nas amostras resultou

em uma redução de 20 a 30% na resistência ao cisalhamento das mesmas.

De acordo com o conteúdo exposto neste tópico, foi realizado na pesquisa

bibliográfica, um levantamento dos valores mais recentes de parâmetros de resistência

ao cisalhamento obtidos em ensaios de cisalhamento direto e ensaios triaxiais. Os

valores apresentados estão em escala de tempo a partir da referência utilizada por

Fucale (2005), conforme a Tabela 2.11e as recomendações da referência alemã na

51

Tabela 2.10. Na Tabela 2.12 e na Tabela 2.13, valores para ensaios de cisalhamento

direto e para ensaios triaxiais, respectivamente, podem ser observados.

Tabela 2.11 – Resumo dos parâmetros de resistência ao cisalhamento para RSU

(STRAUSS, 1998 apud FUCALE, 2005).

(o)

c

(kN/m2)

(kN/m3)

Tipo de resíduos e/ou

ensaio

Referência

bibliográfica

32,7 24 10 – 12,1 Cisalhamento direto drenado

(63,5 mm diâm. x 23 mm esp)

Gabr e Valero (1995)

42 7 9 – 12 Cisalhamento direto.

Resíduos com 9 meses de decomposição

Gay et al. (1981)

26,5 28 8 – 11 Cisalhamento direto.

Resíduos municipais novos Gay et al. (1981)

24 23 Cisalhamento direto.

Resíduos novos Landva et al. (1984)

38 16 - Cisalhamento direto.

Resíduos antigos Landva et al. (1984)

0 34,5 - Triaxial UU. Amostras recolhidas por Shelby

Cooper Engineers (1986) em Gabr e Valero (1995)

18,2 65 - Cisalhamento direto. Dois

fardos de resíduos Fang et al. (1977) em Gabr e Valero (1995)

35,1 0 - Triaxial multi-estágio. Amostra indeformada

Earth Techn Corp (1988) em Gabr e Valero (1995)

34 0 - Triaxial CU Duplanic (1990) em


26,3 1 - Prova de carga in -situ Converse, Davis e Dixon

Associates (1975) em Gabr e Valero (1995)

13,2 40,5 - Prova de carga in -situ Converse, Davis e Dixon

Associates (1975) em


0,5 79 - Prova de carga in -situ Converse, Davis e Dixon

Associates (1975) em

Gabr; Valero (1995)

28 16 - Retro-análise de ruptura no aterro Bandeirantes (1991).

Resíduos novos

Kaimoto e Cepollina (1996)

22 16 -

Retro-análise de ruptura no aterro Bandeirantes (1991).

Resíduos antigos – boa

drenagem

Kaimote e Cepollina (1996)

Continua…

52

Continuação

(o)

c

(kN/m2)

(kN/m3)


ensaio

Referência

bibliográfica

22 13,5 -

Retro-análise de ruptura no aterro Bandeirantes (1991).

Resíduos antigos – má

drenagem

Kaimoto e Cepollina (1996)

0 34 - Retro-análise conservadora, baseada em Converse et al.

(1975).

Cooper Engineers (1986)

em Gabr e Valero (1995)


(1975)

Cooper e Clark (1982)

em Gabr e Valero (1995)


(1975)

Purcell et al. (1983) em Gabr e Valero (1995)

19,6 27 - Retro-análise conservadora, baseada em Converse et al.

(1975).

Harding-Lawson and Assoc. (1987) em Gabr

e Valero(1995).

20 21 - Retro-análise conservadora,

baseada em Converse et al. (1975).

Dames e Moore (1988) em Gabr e Valero (1995)

25,2 2 - Retro-análise de talude

estável durante terremoto de 1971

Purcell et al. (1987) em Gabr& Valero (1995)

4,5 –14,9 59 - Retro-análise de talude

estável durante terremoto de

1987

Purcell et al. (1987) em Gabr e Valero (1995)


(1975).

EMCON (1986) em Gabr e Valero (1995)


(1975)

EMCON (1987) em Gabr e Valero (1995)

20,2 23,5 - Retro-análise conservadora, baseada em Converse et al.

(1975).

EMCON (1989) em


0 98 SPT Earth Techn Corp (1988) em Gabr e Valero (1995)

0 78 - Ensaio de palheta Earth Techn. Corp.

(1988)

0 42; 55; 62; 66;

68

7,1 – 7,6 Triaxial CU (sem medida

de u). Parâmetros à 20% de

desl. vert.


Continua…

53

Continuação

(o)

c

(kN/m2)

(kN/m3)


ensaio

Referência

bibliográfica

34 16 7,1 – 7,6 Triaxial CU (c/ medidas de

w/u). Gabr e Valero (1995)

29 5 - Retro-análise de taludes de

aterros não rompidos. FS = 2

GeoSyntec Consultants (1993) apud Kavazanjian

et al. (1995)

34 5 - Retro-análise de taludes de aterros não rompidos. FS = 2

GeoSyntec Consultants

(1993) apud Kavazanjian et al. (1995)

37 5 - Retro-análise de taludes de aterros não rompidos. FS = 2

GeoSyntec Consultants

(1993) apud Kavazanjian et al. (1995)

18 – 43 10 15 Cisalhamento direto in -situ

Richardson e Reynolds (1991) apud

Kavazanjian et al.

(1995)

19 – 24 16 – 32 - Valores recomendados de

cálculo Landva et al. (1984)

Tabela 2.12 – Resumo dos parâmetros de resistência ao cisalhamento para RSU em

ensaios de cisalhamento direto.

Referência Ano Φ

(°)

C

(kN/m²)

Landva e Clark 1990 24 23

Howland e Landva 1992 33 17

Gabr e Valero 1995 20 a 39 0 - 28

Edinculer et al. 1996 23 a 31

Jones et al. 1997 31 10,5

Tomas et al. (*) 2000 29,6 23,4

Eid et al. 2000 35 0 - 50

Pelky et al 2001 29 0

Kavazagian 2001 26 43

Kavazagian 2001 33 16,3

Caicedo et al 2002 23 78

Hossain 2002 24 a 32

Gabr et al 2007 33º 18 - 19

Continua…

54

Continuação

Referência Ano Φ

(°)

C

(kN/m²)

D.Zekkos et al 2007 36 a 41

Calle 2007 35 15

Dixon et al 2008 34SI 0 SI

Cardim 2008 28 a 43 3 - 20

Reddy et al 2009 31 a 35 12 a 64

Reddy et al 2009 26 a 30 31 a 64

Reddy et al 2009 27º a 29º 16 a 19

Kolsch 2009 29,7-31 15

Kolsch 2009 33,9 a 39,8 10 a 17

Kolsch 2009 45,1 10,7

Borgatto 2010 30º a 35º 10 a 15

Reddy et al. 2011 35º 1

Reddy et al. 2011 28º 16 a 40

Tabela 2.13 – Resumo dos parâmetros de resistência ao cisalhamento para RSU em

ensaios triaxiais.

Referência Ano Φ

(°)

C

(kN/m²)

Tipo de

Ensaio

Gabr e Valero 1995 34° 17 CIU TOT.

Carvalho 1999 17 - 23° 3 - 200 CIU TOT.

Carvalho 1999 21 - 63° 0 CIU EFET.

Caicedo 2002 45 14 CIU EFET.

Vilar e Carvalho 2004 22 20 CIU EFET.

Nascimento 2007 15,5 - 40° 4,6 - 7,9 CIU TOT.

Nascimento 2007 33 - 66° 0 CIU EFET.

Tony et al. 2007 15 33 CID

Tony et al. 2007 26 a 39° 0 a 23 CID

Reddy et al 2009 12 32 CIU TOT.

Reddy et al 2009 16 38 CIU EFET.

Reddy et al 2009 6 - 8 19 - 23 CIU TOT.




Continua...

55

Continuação

Referência Ano Φ

(°)

C

(kN/m²)

Tipo de

Ensaio


Karimpour-Fard 2011 10 - 14 9 - 14 CD

Karimpour-Fard 2011 14 - 22 6 - 17 CD

2.3 Pré-Tratamento Mecânico e Biológico de Resíduos

2.3.1 Os Processos Mecânico e Biológico

O pré-tratamento mecânico biológico, representado pela sigla TMB, é uma

combinação de processos mecânicos e biológicos utilizados para o tratamento de

resíduos, visando à disposição em aterro sanitário.

O processo mecânico tem como objetivo preparar o resíduo para o processo

biológico. Neste processo são separadas, idealmente, as substâncias que podem

interferir no tratamento biológico tais como metais, vidros, plásticos e baterias, por

diversos dispositivos como homogeneização, moagem, aglomeração, classificação,

separação e peneiramento. A finalidade da minimização e homogeneização é agilizar a

degradação dos resíduos remanescentes pelo do aumento da superfície de contato

(IZZO,2008).

O resíduo minimizado e homogeneizado mecanicamente é disposto em leiras

que podem permanecer estáticas ou ser revolvidas a cada período de tempo, com o

auxílio de máquinas específicas para este procedimento (CALLE, 2007).

O tratamento biológico de resíduos é baseado na biodegradação das substâncias

orgânicas por microrganismos. A decomposição durante a fase biológica pode ocorrer

na presença de ar (aerobiamente) ou na ausência dele (anaerobiamente), e resulta na

decomposição da fração de matéria orgânica existente.

Os fatores que limitam o processo e definem o nível de degradação que a fração

orgânica pode atingir ou a sua estabilização são a composição do resíduo, o método de

tratamento aplicado e a duração do tratamento. As variações no tipo de tratamento

aplicado apresentam condições diferentes nas características de aeração, temperatura,

granulometria e de composição química que implicam nos diferentes resultados obtidos

para os resíduos.

56

No processo aeróbio a matéria orgânica é degradada liberando calor que a

transforma em CO2, água e biomassa. A ventilação utilizada pode ser a natural ou com

ajuda de dispositivos aplicados quando da montagem das leiras para se obter uma

ventilação ideal desejada por um processo semelhante a uma chaminé, no qual há uma

troca de energia entre a massa de resíduos da leira e o meio ambiente. Na forma

anaeróbica ocorre a exclusão do oxigênio e os resíduos orgânicos podem ser convertidos

em biogás e resíduos de digestão. Este processo que ocorre em um ambiente fechado

exige um monitoramento dos gases produzidos (DE LAMARE, 2004).

Na massa de resíduos, durante o processo de degradação há uma produção de

microrganismos, acelerada pela presença abundante de matéria orgânica, provocando

uma elevação de temperatura, o que, devido à busca de equilíbrio com o meio externo,

ocasiona um fluxo praticamente espontâneo de ar através de estruturas de madeira

(palettes), tubos e da própria leira. Ao invés de palettes podem ser empregados outros

meios de apoio da leira os quais também garantem um fluxo de ar. No entanto, um

aspecto importante a ser observado é a umidade que deve ser mantida em um nível

específico, e garantida por uma irrigação descontínua. O controle de umidade periódica

da leira é importante bem como o uso de conceitos de balanço hídrico (IZZO, 2008).

De acordo com Reandra et al. (2003), que estudaram a influência da recirculação

de chorume e lama no RSU utilizando modelos de reatores aeróbios e anaeróbios, a

estabilização sob condições aeróbias é aproximadamente duas vezes mais rápida

comparada a anaeróbia.

Na Alemanha, a tecnologia TMB passou a ter importância como elemento da

gestão de resíduos sólidos urbanos somente no final da década de 90. Porém,

experiências com a tecnologia TMB datam dos anos 70. As instalações em

funcionamento desta época tinham como principal objetivo melhorar o comportamento

dos resíduos sob a ótica construtiva, ou seja, aumentar sua densidade e reduzir a

quantidade a ser aterrada. Com isso, elevada eficiência na estabilização da matéria

orgânica não era priorizada (BORGATTO, 2010).

De acordo com a Regulamentação Alemã sobre Disposição de Resíduos de 2001

- Abfallablagerungsverordnung, desde 1º Junho 2005 todo resíduo doméstico e/ou

industrial que venha a ser disposto em corpos de aterros sanitários deve passar por um

tratamento prévio que impeça a ocorrência de processos de conversão biológica. Isto

57

pressupõe que os resíduos devam ser pré-tratados por métodos térmicos ou mecânico-

biológicos antes de serem aterrados. Esta regulamentação segue as Diretrizes de

Disposição de Resíduos da União Europeia – EU Landfill Directive, que enfatiza que

todos os países da comunidade devem reduzir em 35% o volume de resíduos

biodegradáveis depositados em aterros até o ano de 2016. (MUNNICHet al, 2006).

Segundo Wheeler (2006), até o ano de 2005 aproximadamente 170 plantas de

TMB estariam em operação ou em construção no mundo. A Alemanha lidera o número

de plantas TMB seguida por Itália e Espanha, e atualmente cerca de 25% dos resíduos

gerados na Alemanha são tratados pelo processo mecânico biológico.

A capacidade de processamento por planta TMB em cada país pode ser

observada na Figura 2.20.

Figura 2.20 – Número total de plantas de TMB em operação ou em construção

(WHEELER, 2006)

É possível observar recalques significativos da ordem de 20 a 25% da altura do

aterro devido aos processos de degradação biológica, os quais, com uma operação

realizada de forma desordenada e sem monitoramento podem gerar problemas de

estabilidade e danificar os sistemas de impermeabilização de base e de coleta de gás e

de líquidos percolados (BORGATTO, 2010).

De acordo com Mahler et al, 2001, o comportamento do aterro melhora

significativamente com o processo de pré-tratamento dos resíduos, considerando os

recalques e a diminuição na geração de líquidos e gases, em que o volume do resíduo a

ser disposto pode ser reduzido em mais de 60%.

58

É importante ressaltar que apesar do pré-tratamento mecânico biológico

apresentar muitas similaridades com a compostagem, seu objetivo não é produzir um

composto como adubo orgânico para ser utilizado na agricultura ou horticultura, uma

vez que, metais pesados e outras substâncias nocivas, com teores inaceitáveis, ainda

podem estar presentes no final do processo de pré-tratamento mecânico biológico

(IZZO, 2008).

Nos aterros de resíduos pré-tratados o objetivo é atingir o máximo de densidade

e uniformidade na compactação, o que pode ser feito facilmente com o auxílio de

máquinas compactadoras ou rolo compressor. Tal prática promove uma conformação

geométrica estável, onde a execução dos taludes contribui para diminuição do acúmulo

de lixiviado no interior do aterro e permite quando associado a uma cobertura, o

escoamento superficial da precipitação que facilita o seu posterior encaminhamento para

as redes de drenagem.

No Brasil, um pequeno número de pesquisas na área de pré-tratamento mecânico

e biológico foram registradas. Pereira Neto (1996) estudou a viabilidade do processo

mecânico biológico aeróbio com ventilação forçada. Mahler (2002) e Münnich et al.

(2001) realizaram estudos, na Usina de Transferência de Resíduos de Jacarepaguá, de

pré-tratamento mecânico biológico aeróbio de RSU em leiras aeradas. Calle (2007)

estudou a utilização do sistema Faber-Ambra no Brasil no município de São

Sebastião/SP e Novo Hamburgo/RS e finalmente, Pinheiro et al. (2004) cita o mesmo

sistema e sua aplicação no município de Blumenau/SC.

2.3.2 Tecnologias de Tratamento TMB

Resumidamente, baseado na própria definição do TMB, o pré-tratamento

destina-se principalmente ao gerenciamento adequado dos resíduos sólidos tendo os

seguintes objetivos:

Separação de diferentes tipos de resíduos para reaproveitamento de materiais;

Enriquecimento do fluxo parcial calorífico para incorporá-lo no reaproveitamento

térmico e,

Tratamento do resíduo para disposição final.

59

De acordo com o objetivo pretendido com o pré-tratamento, existem vários sistemas

para o processamento mecânico biológico de resíduos sólidos urbanos tais como

(BORGATTO, 2010):

Tecnologia TMB-LINKENBACH: Esta tecnologia consiste na separação prévia de

materiais feita manualmente para um posterior tratamento mecânico baseado em trituração e

peneiramento. Segue-se um tratamento biológico com a degradação aeróbia de material

disposto em pilhas. O produto final é aterrado e compactado. O sistema é semelhante ao da

Faber-Ambra;

Tecnologia TMB-KIRCHDORF: Esta tecnologia tem como principal diferencial um

separador que divide os resíduos em três categorias distintas (pesada, leve e fina).

Aproximadamente 2/3 dos resíduos são destinados para incineração;

Tecnologia TMB-VAGRON: Esta tecnologia consiste em uma separação preliminar

manual dos materiais vidro e mineral, para a reciclagem. Logo depois o resíduo restante é

distribuído através do tratamento mecânico em várias frações. A maior é formada de ferro e

materiais leves como papel e plástico que são levados e aproveitados para a incineração. No

final o que sobra é um material fino e úmido que pode ser utilizado energeticamente e como

cobertura de aterros sanitários.

Tecnologia TMB-BASSUM: Tecnologia que possui um complexo aparato de

equipamentos elaborados para a separação e processamento dos resíduos. Possui um forno

de aquecimento que efetua a incineração no próprio local onde o resíduo é tratado, ou seja,

tratam-se tanto resíduos de origem doméstica/comercial quanto industrial. Nesta tecnologia

existem três linhas de tratamento: a primeira para os resíduos de grande porte como os de

origem industrial, a segunda para o doméstico/comercial e a terceira para os resíduos com

consistência de lama ou pasta (geralmente lodo de esgoto doméstico).

Tecnologia TMB-FABER–AMBRA: Nesta tecnologia os resíduos são inicialmente triados

com o intuito de resgatar os materiais. Em seguida, o material restante é submetido ao

tratamento mecânico onde ocorrerá o rompimento estrutural e a homogeneização dos

materiais. Como esta etapa do tratamento ocorre em tambores de homogeneização fechado,

podem-se adicionar líquidos como chorume, oferecendo assim uma possibilidade de

tratamento com baixo custo e ambientalmente benéfico. Após o tratamento mecânico

60

sucede-se o biológico. A etapa de tratamento biológico objetiva atender as exigências da

Technische Anleitung Siedlungsabfall - TASi (norma alemã de resíduos), onde a

decomposição da carga orgânica ativa presente nos resíduos deve ser decomposta

microbiologicamente através de reações aeróbias (durante um período de 9 a 12 meses).

Caso o material residual venha a ser disposto em aterro sanitário um novo processo de

decomposição microbiológica anaeróbia é iniciado. Após o tratamento biológico, os

resíduos são dispostos em aterro sanitários aplicados em camadas finas, altamente

compactadas. Como finalização do tratamento mecânico biológico pode-se realizar um

peneiramento das frações comburentes e ainda, resgatar as frações menores através do

beneficiamento dos materiais restantes.

2.3.3 Propriedades dos Resíduos Pré-Tratados

O TMB, através de seus tratamentos físicos e biológicos, promove mudanças

estruturais nos componentes dos resíduos, alterando as suas propriedades físicas,

geotécnicas, químicas e biológicas e suas respostas quando dispostos em aterros.

Assim sendo, o comportamento de um aterro de resíduos que foram previamente

submetidos a um processo TMB diferem de um aterro de resíduo sem tratamento tanto

no seu desempenho geomecânico quanto em sua operação. Mudanças significativas na

distribuição granulométrica, densidade, porosidade, permeabilidade, resistência ao

cisalhamento e outras propriedades dos resíduos pré-tratados induzem à aterros com

diferente desempenho estrutural quando comparados a aterros de resíduos sem

tratamento (BORGATTO, 2010).

A maior contribuição das alterações supracitadas origina-se da homogeneização

no tamanho das partículas e consequente aumento da superfície específica de contato,

promovendo uma aceleração biológica do processo de decomposição e conferindo uma

estabilização no processo de mutação do material.

De acordo com Klumper (1998), pode-se concluir que o peso específico aparente

seco máximo obtido é tanto maior quanto menor for o diâmetro máximo das partículas

do resíduo TMB. Esta conclusão é confirmada por Heiss-Ziegler eFehrer (2003), através

de resultados de ensaios de compactação Proctor, onde concluem que as partículas de

maior diâmetro, em função de seu menor peso específico, ocupam maiores volumes e

necessitam de peneiramento no final do processo.

Segundo Bauer (2006), um maior grau de compactação pode ser alcançado

quando comparados resíduos pré-tratados com resíduos sem tratamentos submetidos à

61

mesma energia de compactação. Em ensaios de Proctor Normal, com amostras de

resíduos com diâmetro máximo de 60 mm ensaiadas num cilindro de 250 mm diâmetro,

conclui que resultados de ensaios de compactação de amostras de resíduos pré-tratados

em condições anaeróbias tendem a atingir menores valores de densidade seca na ordem

de 0,70 a 1,20 g/cm3. A variação da umidade ótima obtida ficou na ordem de 28 a 40%

(base úmida), e mais frequentemente 30 a 34%. Os resultados do estudo comparativo

encontram-se apresentados na Tabela 2.14.

Tabela 2.14 – Comparação entre resultados de ensaio de compactação de amostras

de resíduos pré-tratados mecânica e biologicamente (BAUER, 2006).

Tipo de

Tratamento

Material

Proctor Normal Teste de Campo

Densidade

Max. Seca

(g/cm³)

Umidade

Ótima

(%)

Densidade

Max. Seca

(g/cm³)

Umidade

Ótima

(%)

Aeróbio < 25mm 0,91 31 0,78-0,97 38-48

< 60mm 0,97 25 1,17-1,45 33-25

< 60mm 0,96 31 0,92-0,97 38

Anaeróbio/Aeróbico < 60mm 0,87 33 0,85-1,08 30

Segundo ensaios realizados por Calle (2007) em resíduos pré-tratados mecânica

e biologicamente provenientes de duas fontes distintas, São Sebastião e Novo

Hamburgo, as diferenças de composição apresentaram umidades diferentes para atingir

a massa específica seca máxima, de 29,8 % e 42,5%, respectivamente. No caso do

resíduo de São Sebastião, a massa específica solicitou menor umidade máxima e

apresentou-se igual a1,18g/cm3, enquanto que o valor encontrado para o resíduo de

Novo Hamburgo foi de0,91g/cm3. Ainda segundo o autor, de acordo com a Figura 2.21,

tais valores foram condizentes com o esperado, pois o resíduo de São Sebastião

continha mais material inorgânico do que o resíduo de Novo Hamburgo.

62

Figura 2.21 – Curvas do Ensaio de Compactação em Resíduos Pré-Tratados.

A compressibilidade dos aterros de resíduos do pré-tratamento mecânico e

biológico do lixo é baixa quando comparada com o próprio lixo. Isto é compreensível

uma vez que, estando esta compressibilidade relacionada, basicamente, ao carregamento

imposto e às transformações bioquímicas dos materiais constituintes, no caso do resíduo

do pré-tratamento esta 2ª parcela é pouco representativa ou até mesmo negligenciada,

dependendo do período de duração deste pré-tratamento (DE LAMARE, 2004).

De acordo com a referência bibliográfica consultada para a realização desta

pesquisa, a resistência ao cisalhamento dos resíduos pré-tratados mostra-se superior à

dos resíduos sem nenhum tipo de tratamento.

No entanto, as influências geradas pela composição gravimétrica, granulometria,

percentual orgânico presente e tamanho das amostras, ainda não são unânimes em suas

conclusões, apresentando resultados distintos mesmo para resíduos TMB com muito

tempo de tratamento. Em contrapartida, a maioria dos autores concorda com a

participação importante do peso específico, assim como dos efeitos da compactação e

presença das fibras no aumento da resistência ao cisalhamento dos resíduos sólidos

urbanos, sendo eles pré-tratados ou não.

A Tabela 2.10 apresenta resultados encontrados na literatura internacional de

diferentes autores relatando parâmetros de resistência ao cisalhamento para resíduos

sólidos urbanos pré-tratados mecânica e biologicamente.

63

Tabela 2.10 – Parâmetros de resistência ao cisalhamento de resíduos sólidos

urbanos pré-tratados mecânica e biologicamente.

Referência Ano Φ

(°)

C

(kN/m²) Tipo de Ensaio

Landva e Clark 1990 24 23 Cisalhamento Direto/Resíduos

Frescos

Howland eLandva 1992 33 17 Cisalhamento Direto/Resíduos

Velhos

Ziehmann,1999 1999 35 15 Cisalhamento Direto/Resíduos

tratados biologicamente

Ziehmann,1999 1999 35-38 15 Cisalhamento Direto/Resíduos

Velhos

Hossain 2002 24 a 32 15 Cisalhamento Direto/Resíduos

Novos

Heissziegler e Fehrer 2003 31,5 a 39,5 4,2 a 9,5 Cisalhamento Direto/Resíduos

Novos

Calle 2007 35 15 Cisalhamento Direto/Resíduos

Velhos

Reddy et al 2009 26 a 30 31 a 64 Cisalhamento Direto/Resíduos

Frescos

Reddy et al 2009 31 a 35 12 a 64 Cisalhamento Direto/Resíduos

Novos

Kolsch 2009 33,9 a 39,8 10 a 17 Cisalhamento Direto/Resíduos

Velhos

Borgatto 2010 30 a 35 10 a 15 Cisalhamento Direto/Resíduos

Velhos

Reddy et al 2009 12 32 Triaxiais / CIU T.Totais./

Resíduos Frescos

Reddy et al 2009 16 38 Triaxiais /CIU T.

Efetivas*/Resíduos Frescos

Reddy et al 2009 12 39 Triaxiais / CIU T.Totais./

Resíduos Novos

Reddy et al 2009 23 34 Triaxiais /CIU T.

Efetivas*/Resíduos Novos

64

3 Materiais e Métodos

3.1 Introdução

Neste capítulo será apresentado o programa de investigação realizado em

laboratório, utilizando-se amostras de composto produzido a partir de resíduos sólidos

urbanos provenientes da Usina de Triagem e Compostagem do Cajú, no município do

Rio de Janeiro. A metodologia dos ensaios laboratoriais realizados nesta pesquisa, bem

como a descrição das características do objeto de estudo e das amostras são também

apresentadas. Estas amostras foram submetidas a ensaios de resistência, por meio do

equipamento triaxial (Geocomp – FlowTrac-II), a fim de verificar o comportamento

geotécnico do composto com a determinação dos parâmetros de resistência. Vale ainda

frisar que nas atividades conduzidas pela pesquisa, foram realizados uma série de

ensaios de caracterização para melhor conhecimento do material estudado.

Os resultados têm o objetivo de servir como base para o estudo do

comportamento geotécnico de compostos para posteriores comparações com os

registrados sobre resíduos sólidos urbanos, visando estabelecer uma analogia entre os

referidos materiais.

3.2 Materiais

Atualmente, na Alemanha, segundo a Regulamentação Alemã sobre a disposição

de Resíduos, desde o ano de 2005, todo o resíduo sólido urbano que é destinado para

aterros sanitários passa pelo processo de pré-tratamento mecânico biológico. No Brasil,

este tipo de tecnologia ainda não é utilizada. No entanto, a expectativa é de que a partir

das determinações da nova Política Nacional de Resíduos Sólidos (LEI 12.305/2010), os

resíduos recebam tratamento antes de serem encaminhados para os aterros sanitários.

No Brasil, apenas experiências isoladas com a tecnologia de pré-tratamento

mecânico biológico foram realizadas e hoje se encontram encerradas. No entanto,

algumas cidades brasileiras aplicam um processo similar, que é o da compostagem, que

tem como único objetivo a produção de um adubo orgânico. Assim, decidiu-se utilizar o

composto produzido pela COMLURB, na Usina de Tratamento e Transbordo do Caju,

localizada no município do Rio de Janeiro, RJ.

65

Neste item serão apresentados os materiais utilizados para a realização dos

ensaios e as características do composto estudado.

3.2.1 O Composto

O composto utilizado sofreu processo de compostagem na Usina de Tratamento

e Transbordo do Caju. Na Usina, o resíduo sólido urbano in natura (Figura 3.1) passa

por um processo no qual há uma separação manual com o auxilio de esteiras, dos

materiais com valor comercial (plástico, papelão, garrafas PET, latas de alumínio, etc.),

a exceção dos metais que são separados com a utilização de imãs. Na Figura 3.2é

possível visualizar o processo de separação dos materiais recicláveis e a Figura 3.3

mostra o equipamento de homogeneização e esteiras de catação da usina. Em seguida, é

feita a homogeneização e disposição do material não reciclável em leiras de

compostagem ao ar livre (leiras aeróbias estáticas) (FIGURA 3.4). Após noventa dias de

disposição nas leiras, o composto obtido então é peneirado em peneiras de malha 22

mm (FIGURA 3.5), e após análises químicas e biológicas aprovadas, utilizado como

adubo.

Para a realização desta pesquisa, o material foi estudado em sua forma original e

separada granulometricamente em três frações. Assim, do material que passou pela

malha de 22 mm, fez-se novos peneiramentos nas peneiras de malha 2 mm e 9 mm,

ficando, então, três diferentes frações granulométricas (FIGURA 3.6): uma que ficou

retida na peneira de malha de 9 mm (x > 9 mm), outra que ficou retida na peneira de

malha de 2 mm, mas que passou pela peneira de malha de 9 mm (2 mm < x < 9 mm), e

uma terceira fração, que passou pela peneira de malha de 2 mm (x < 2 mm). Na Figura

3.7 podem ser observadas as frações granulométricas obtidas.

66

Figura 3.1 – RSU in natura na Usina de Tratamento e Transbordo do Caju.

Figura 3.2– Vista do processo de separação dos materiais recicláveis na Usina do

Caju. (a) e (b) Garra para coleta do lixo; (c) Esteira utilizada na separação dos

recicláveis; (d) Material reciclável já separado (ALMEIDA, 2011).

67

Figura 3.3 – Vista da Usina de Tratamento e Transbordo do Caju, Rio de Janeiro

Figura 3.4 – Vista das leiras de compostagem ao ar livre.

68

Figura 3.5 – Pilha de composto recém peneirado na Usina de Tratamento do Caju.

Figura 3.6 –Desenho esquemático identificando as frações granulométricas

utilizadas

69

Figura 3.7 – Vista e detalhes do composto após separação granulométrica de x < 2

mm, 2 mm < x < 9 mm e x > 9 mm.

70

A composição gravimétrica do composto apresenta percentuais elevados de

matéria orgânica e inertes, de acordo com as análises realizadas pela COMLURB em

2011, época da coleta do material peneirado na peneira de 22 mm, e separado em

bombonas para confecção das amostras. Tal composição pode ser observada na Tabela

3.1. Na Figura 3.8são apresentados em detalhe a composição das frações

granulométricas separadas e utilizadas nos ensaios, permitindo visualizar as diferenças

entre forma, superfície e material de constituição dos grãos.

Tabela 3.1 – Composição gravimétrica do composto de resíduos sólidos urbanos.

Composição Gravimétrica do Composto

Matéria Orgânica 57,02%

Minerais Solúveis 15,21%

Inertes 27,77%

Composição dos Inertes

Vidro 63,19%

Metal 0,18%

Pedra / louça 34,68%

Plástico Filme 0,00%

Plástico Duro 1,95%

Tecido 0,00%

Borracha 0,00%

Couro 0,00%

Total 100,00%

71

Figura 3.8 – Componentes inertes do composto de resíduos sólidos urbanos.

3.2.2 Equipamento Triaxial

Nos ensaios convencionais, onde a aplicação das pressões é dada por potes de

coluna de mercúrio, é necessária a presença de um técnico para acompanhar todas as

suas fases distintas: saturação por contra pressão, consolidação e ruptura, mesmo com a

automação da parte de aquisição dos dados. A utilização do equipamento da

GEOCOMP (FlowTrac-II) permite que estas fases sejam programadas distintamente e

inseridas em um software que controla toda a operação de aquisição de dados e

hardware de uma só vez, diminuindo consideravelmente o tempo de acompanhamento

do técnico na realização do ensaio.

O equipamento utilizado para realização de ensaios triaxiais (Figura 3.9) é de

grande potencialidade e versatilidade, pois permite a realização de vários tipos de

ensaios de resistência, compressibilidade e permeabilidade.

72

Figura 3.9 – Equipamento para ensaios triaxiais –GEOCOMP

O equipamento é composto por uma prensa eletromecânica com capacidade de

50 kN (Figura 3.10), com visor e controles digitais que permite seu uso

individualmente ou acionada por sistema de aquisição de dados que controla a

velocidade de carregamento. As medidas de deslocamento são registradas por um

transdutor de deslocamento com curso de 75 mm, acoplado ao prato inferior da prensa.

Na parte superior da prensa é fixado um transdutor de força com capacidade de 45 kN,

onde são registradas as forças de carregamento aplicadas a amostra.

Figura 3.10 – Prensa eletromecânica

73

A pressão confinante (3) e a contra-pressão (Uc), são aplicadas individualmente

por módulos de pressão (Figura 3.11), que também podem ser acionados

individualmente de forma mecânica ou pelo sistema de aquisição de dados, utilizando

os software programados adequadamente para os ensaios. As pressões são registradas

por um transdutor de pressão com capacidade de 1350 kPa, conectado a um reservatório

de água, cilíndrico e metálico, com capacidade de armazenamento de 220 ml,

comandado por duas válvulas solenóides que controlam o fluxo de entrada e saída de

água.

Figura 3.11 – Módulos de pressão

A célula triaxial suporta até 1200 kPa de pressão, permitindo que sejam

ensaiadas amostras com 50,8 e 76 mm de diâmetro (Figura 3.12).

O sistema de aquisição de dados possui um conversor A/D, que converte o sinal

analógico em digital, onde são lidos por um microcomputador interligado aos módulos

de pressão e a prensa de carregamento. O software TRIAXIAL utilizado permite que

todas as operações de ajustes da prensa como aplicação das pressões na fase de

saturação, adensamento (isotrópico e anisotrópico), e ruptura (velocidade de

carregamento), sejam inseridas no programa de uma só vez. O programa acompanha em

tempo real todas as fases, gerando gráficos e tabelas com os parâmetros obtidos no

ensaio.

74

Figura 3.12 – Célula triaxial desmontada de 50,8 mm

Com o objetivo de preservar o equipamento das condições químicas de

agressividade da mistura da água do ensaio com o resíduo, Izzo (2010) desenvolveu

uma adaptação à configuração original (Figura 3.11) utilizando uma câmara para

transferência de pressão, permitindo a troca dos fluidos no ensaio conforme pode ser

observado na Figura 3.13.

Figura 3.13 – Câmara para Transferência de Pressão (IZZO, 2010).

No entanto, para as amostras ensaiadas, a câmara original mostrou-se ineficiente

pela incompatibilidade entre a sua dimensão e dos corpos de prova, segundo o volume

de lixiviado gerado pelo ensaio. Desta forma, a mesma foi substituída por um medidor

automático de variação volumétrica, com capacidade máxima de 80 cm3 da marca

Wykeham Farrance, modelo 17044, que desempenhou a mesma função protetora do

75

equipamento e permitiu o desenvolvimento do trabalho, conforme pode ser observado

na Figura 3.14.

Figura 3.14 – MVV ( Medidor de Variação Volumetrica)

O esquema de montagem normal do ensaio triaxial automático para solos e o

esquema de montagem do ensaio triaxial, com a adaptação para se evitar a corrosão da

unidade de pressão automática, pode ser vista na Figura 3.15.

Figura 3.15 – Esquema de montagem normal do ensaio triaxial automático para

solos e o esquema de montagem do ensaio triaxial, com a adaptação para se evitar

a corrosão da unidade de pressão automática (IZZO, 2010).

76

3.3 Métodos

Neste tópico serão apresentadas as metodologias aplicadas na investigação do

composto de acordo com os ensaios para determinação das características do mesmo e

dos ensaios para definição dos parâmetros de resistência ao cisalhamento.

Alguns ensaios preliminares foram realizados objetivando identificação do

material a ser estudado. Tais ensaios foram: granulometria, verificação da umidade

natural, determinação de sólidos voláteis, ensaios de compactação e de densidade real

dos grãos.

As amostras foram confeccionadas com o composto peneirado na própria usina

de compostagem do Cajú e separadas em bombonas de polietileno, conforme a estrutura

apresentada na Figura 3.6, sem a realização de posteriores peneiramentos em

laboratório.

3.3.1 Caracterização do Composto Produzido na Usina de Tratamento e

Transbordo do Caju

A determinação das características físicas do material estudado é fundamental

para auxiliar a compreensão do seu comportamento frente às variações de volume,

forma e estado da matéria, uma vez que esta possui um percentual orgânico em sua

composição, que ao se decompor sofre transformações contínuas ao longo do tempo.

Nos itens a seguir serão apresentadas as metodologias utilizadas para os ensaios

de granulometria, determinação de sólidos voláteis, teor de umidade, compactação,

densidade real dos grãos e dos ensaios triaxiais realizados.

3.3.1.1 Análise Granulométrica

Os ensaios de granulometria seguiram a norma NBR 7181 (1984), para análise

granulométrica de solos. As amostras do composto foram secas em forno a uma

temperatura de 70 °C durante 72 horas e após esta etapa passaram por um processo de

peneiramento para a determinação de suas curvas granulométricas.

77

3.3.1.2 Sólidos Voláteis

O teor de sólidos voláteis trata-se do parâmetro indicativo do grau de

degradabilidade da matéria orgânica presente em uma determinada amostra de RSU. O

conhecimento deste parâmetro na caracterização de uma amostra de resíduo tem sua

importância uma vez que as propriedades mecânicas dos RSU são diretamente

influenciadas pela degradação da matéria orgânica.

O ensaio de sólidos voláteis, realizado no composto coletado, seguiu a norma

NBR 13600 (1996), para determinação do teor de matéria orgânica em solos, uma vez

que não existe norma brasileira específica para determinação dos sólidos voláteis em

resíduos. Este ensaio teve por objetivo ter uma noção do teor de matéria orgânica

presente no composto coletado.

A determinação do teor de sólidos voláteis procedeu-se com a coleta de cerca de

1 kg da amostra de resíduo. Deste material, aproximadamente 5 g foi depositado em um

cadinho de porcelana e levado para secagem em estufa com temperatura média de 70

°C. Após a constância em peso o conjunto foi levado para uma mufla com temperatura

de 550ºC, lá permanecendo por aproximadamente 2 horas. Depois de retirado da mufla

e resfriado determinou-se o peso seco do material (peso final). O valor do teor de

sólidos voláteis (SV) dos resíduos foi determinado em porcentagem segundo a Equação

(3.1).

Equação 3.1

Onde SV = teor de sólidos voláteis

3.3.1.3 Teor de Umidade

Em mecânica dos solos, define-se teor de umidade como sendo a relação entre o

peso da água e o peso dos sólidos. A determinação da umidade normalmente é feita em

estufa a 110oC para solo e 60

oC para material orgânico, até que o peso da amostra torne-

se constante (NBR 6457; ABNT, 1986). Desta forma, o teor de umidade (ω) é definido

como sendo a relação entre o peso de água e o peso de sólidos, ou peso da amostra

(Equação 3.2).

78

Equação 3.2

Onde w = umidade (%); mágua = massa de água (g) e mseco = massa seca (massa

seca do material - g)

3.3.1.4 Compactação

Para a realização destes ensaios, utilizou-se como padrão, a norma NBR7182

(ABNT, 1986), e a energia de compactação foi a do Proctor normal.

3.3.1.5 Densidade Real dos Grãos (Gs)

Para a determinação da densidade real dos grãos empregou-se a metodologia

descrita na norma da NBR 6508 (Grãos de solos que passam na peneira de 4,8 mm –

Determinação da massa específica) (ABNT, 1984).

3.3.2 Ensaios Triaxiais

Já com a adaptação feita no sistema para a utilização do equipamento

GEOCOMP, foram realizadas uma série de ensaios triaxiais do tipo CIU e CD em

amostras de composto de RSU, de acordo com a norma técnica ASTM D4767/2002,

referência para execução dos ensaios pretendidos.

O procedimento para a realização do ensaio triaxial tem início com o cálculo e

preparação da quantidade necessária de amostra para compactar o corpo de prova a ser

ensaiado.

Em todos os ensaios o material foi compactado com o ajuste para umidade

ótima, primeiramente com sua composição original, sem peneiramentos, e

posteriormente com amostras confeccionadas com a separação granulométrica em três

frações, partículas menores que 2 mm, partículas entre 2 mm e 9 mm e partículas

maiores que 9 mm, no intuito de obter parâmetros para futuras investigações acerca da

influência da granulometria à resistência ao cisalhamento.

Para a confecção das amostras foram utilizados moldes tripartidos de duas e três

polegadas conforme o exposto nas Figuras 3.16 a 3.18. As amostras foram compactadas

manualmente com o auxílio de pistões confeccionados especialmente para os moldes

tripartidos utilizados.

79

Figura 3.16 – Componentes do molde tripartido de 2 polegadas.

Figura 3.17– Detalhes do molde tripartido de 2 polegadas.

80

Figura 3.18 – Detalhes do molde tripartido de 3 polegadas.

A compactação de todos os corpos de prova para os ensaios triaxiais foram feitas

em 4 camadas, sendo que, após a compactação de uma camada eram feitas ranhuras no

seu topo para receber a próxima camada, procurando garantir desta maneira, um corpo

de prova homogêneo, conforme o apresentado na Figura 3.19. Após a compactação do

corpo de prova, procedia-se a montagem e colocação na câmara triaxial. (Figura 3.20).

Figura 3.19 – Corpos de prova antes do ensaio triaxial.

81

Figura 3.19 – Detalhe do corpo de prova na câmara triaxial.

Os corpos de prova foram preparados com dimensões médias de 12 cm de altura

e 5,08 cm de diâmetro, para as amostras de composto original e das frações de x < 2

mm e 9 mm < x < 2 mm. Para as amostras da fração de x > 9 mm, os corpos de prova

foram preparados com dimensões médias de 15 cm de altura e 7,62 cm de diâmetro,

respeitando os limites de representatividade considerados entre tamanho das partículas e

tamanho da amostra.

Depois de moldados, os corpos de prova foram identificados, envolvidos em

sacos plásticos e dispostos em um isopor posteriormente guardado em câmara úmida

com o objetivo de manter a umidade desejada para os ensaios.

As tensões confinantes aplicadas foram de 100, 150, 200 e 300 kPa, para as

amostras originais e 25, 50, 100 e 200kPa, para as amostras fracionadas

granulometricamente. Os resultados de tais ensaios podem ser observados no capítulo

de resultados.

As velocidades adotadas para o cisalhamento foram de 0,04 mm / min, no caso

dos ensaios não drenados e de 0,035 mm / min, para o caso dos ensaios drenados. Estes

valores são inferiores aos valores calculados pela equação de velocidade de ruptura,

com o objetivo de atuar preventivamente e permitir melhor acompanhamento dos

ensaios.

Em todos os ensaios as amostras foram saturadas com água destilada, da base

para o topo, por aplicação de contra pressão cuja pressão de saída era em torno de 15

82

kPa. Anteriormente à percolação de água através da amostra, foi aplicada uma pressão

de 15 kPa na câmara, com as torneiras de drenagem fechadas. Em seguida permitia-se a

a percolação da água da base para o topo até atingir um valor de 200 ml de volume

percolado. Após isto, a torneira do topo era fechada mantendo-se aberta a entrada de

água pela base da câmara, neste momento a contra pressão era aplicada junto às

medições do parâmetro B de Skempton, obtendo-se para este, valores médios de 0,98.

Uma vez que em resíduos normalmente não é possível definir diretamente um

pico de ruptura nas curvas de tensão-deformação, apresentando as mesmas um

crescimento contínuo com aumento das tensões aplicadas, adotou-se um critério de

ruptura de 20 % de deformação específica para a construção do círculo de Mohr-

Coulomb para todos os ensaios realizados.

83

4 Resultados e Discussões

4.1 Análise Granulométrica

Nas Figuras 4.1 e 4.2 são apresentados os primeiros resultados de granulometria

do composto do Cajú para o material de diâmetro menor ou igual a 2,07 mm. A

descontinuidade visível na curva marca a etapa de sedimentação do ensaio onde se

percebeu a falta de adequação da metodologia para o material estudado.

A análise granulométrica de finos é baseada na lei de Stokes, que correlaciona o

diâmetro da partícula mineral de massa específica conhecida com sua velocidade de

decantação. No caso de resíduos, é possível encontrar partículas com mesma

granulometria, porém com massas específicas diferentes (possuem uma distribuição de

massa específica). Sendo assim a análise granulométrica baseada na lei de Stokes

tradicional não pode ser aplicada para o caso de resíduos e compostos orgânicos

oriundos da compostagem de resíduos sólidos urbanos.

Figura 4.1 – Curva Granulométrica do composto passante na peneira 2,0 mm,

como o composto seco em estufa

84

Figura 4.2 – Curva Granulométrica do composto passante na peneira 2,07 mm

seco ao ar.

Observa-se que no caso da Figura 4.2, é observada uma fração de partículas

maiores que 2 mm, apesar do composto analisado ter sido classificado como menor que

2mm. Isto pode ser explicado pelo processo de união das partículas devido à

decomposição da matéria orgânica, que em função de suas propriedades químicas,

transformam e agregam tais partículas, formando "grumos" e gerando granulometrias

maiores.

85

Figura 4.3 – Curva Granulométrica do composto de diferentes diâmetros

comparando-os com um solo argiloso (ROSE, 2009).

Fontes (2008) utilizou um granulômetro a laser MasterSizer 2000 para a

realização de ensaios granulométricos em materiais moídos, cuja composição continha

cinzas de lodo de esgoto e de resíduo sólido para formação de concreto de alto

desempenho. Sendo esta uma metodologia uma opção à utilização de peneiras para a

determinação da curva granulométrica de composto orgânico.

Outra alternativa para a execução da curva granulométrica, utilizada neste estudo,

foi realizado ensaio com o resíduo seco, através da passagem do material por uma serie

de peneiras pré-selecionadas (com aberturas de malhas de 101mm, 88,9mm, 76,2mm,

44,4mm, 31,7mm, 25,0mm, 11,2mm, 6,3mm, 4,75mm, 2,0mm, 1,4mm, 1,0mm,

0,71mm, 0,355mm, 0,25mm, 0,18mm, 0,125 mm, 0,090 mm e 0,075 mm) e retirando a

análise de sedimentação.

Na Figura 4.4 observa-se a curva granulométrica para o composto orgânico

coletado na usina do Caju antes da realização do peneiramento para a formação das

frações granulométricas para a realização dos ensaios propostos.

Na Figura 4.5 observam-se as curvas granulométricas das três frações propostas.

86

Figura 4.4– Curvas granulométrica da amostra original.

Figura 4.5– Curvas granulométricas das amostras de frações granulométricas

trabalhadas.

87

O pré-tratamento proporciona uma alteração nas características físicas e

biológicas dos resíduos, reduzindo o tamanho de suas partículas quando comparadas a

resíduos sem o tratamento, promovendo uma homogeneidade do material.

Observa-se nas curvas de distribuição granulométrica apresentadas nas Figuras

4.4 e 4.5 uma distribuição dentro do esperado, com uma participação expressiva de

materiais de granulometrias menores nas amostras, resultado da degradação biológica

da matéria orgânica e dos processos de trituração e peneiramento provenientes do TMB

(tratamento Mecânico Biológico), conforme o explicado anteriormente.

Por meio da comparação entre as curvas granulométricas obtidas, observa-se

claramente a redução do tamanho das partículas, de acordo com a seleção

granulométrica definida pela pesquisa.

Segundo Borgatto (2010) o tamanho da partícula que compõem o resíduo tem

influência direta no comportamento mecânico deste material afetando as propriedades

de resistência ao cisalhamento. Em tese, materiais menores granulometricamente levam

a um maior peso específico da massa de resíduo em corpos de aterros sanitários, baixa

permeabilidade a percolação de líquidos e a menor resistência ao cisalhamento devido à

redução dos componentes fibrosos.

Por outro lado, os resultados deste estudo corroboram com os apresentados por

outros pesquisadores, Klumper (1998 apud DE LAMARE NETO, 2004) e Nascimento

(2007), em que as amostras constituídas de partículas de diâmetros menores tendem a

apresentar maior homogeneidade e provocar um melhor entrosamento entre as

partículas e consequentemente, maiores pesos específicos e resistência ao cisalhamento.

4.2 Sólidos Voláteis

A metodologia utilizada para este ensaio encontra-se descrita no item 3.3.1.2.

Foram ensaiadas amostras de resíduos sólidos urbanos provenientes da Usina de

Compostagem do Cajú, em seu estado pós - tratamento.

Os ensaios foram realizados em etapas, no momento da confecção dos corpos de

prova para os ensaios CIU e posteriormente, para os ensaios CD. A Tabela 4.1 apresenta

os resultados encontrados na determinação do teor de sólidos voláteis das amostras de

resíduos utilizados nesta pesquisa.

88

Tabela 4.1 – Resumo dos resultados de sólidos voláteis nas amostras original e

separadas granulometricamente.

Amostras

Sólidos Voláteis

(%)

CIU CD

Original 37,0 32,5

x <2mm 40,0 38,0

9 mm < x < 2 mm 33,2 31,4

x > 9 mm 22,4 20,9

Observa-se que os valores percentuais de sólidos voláteis verificados variam entre

um ensaio e outro, o que poderia significar que estes materiais ainda não se encontram

em uma situação de estabilização completa, apesar do tempo de disposição em leiras

aeróbias ter sido considerado suficiente. Verifica-se também que há um maior

percentual de matéria orgânica nas amostras mais finas, isto é, que apresentam

partículas menores, como se poderia esperar.

A composição gravimétrica inicial do resíduo sólido urbano formador do

composto, em situação fresca formada com elevado teor de matéria orgânica também

colabora para a compreensão dos resultados apresentados.

Almeida (2011) observou a partir dos resultados do ensaio que a amostra de

composto de resíduos apresentou um total de 16,01% de sólidos voláteis para o

composto de granulometria inferior a 2,07 mm e 15,64% para o material de diâmetro

entre 7,57 mm e 9,56 mm. Por estes resultados, verifica-se que tal composto poderia se

encontrar em situação mais estabilizada que o utilizado pela presente pesquisa.

Em resíduos pré-tratados da Alemanha, Pahl (2006) realizou o ensaio de sólidos

voláteis para os materiais provenientes de Mansie e Rethmann. O material proveniente

de Mansie teve uma perda de 38,2% e o material proveniente de Rethmann teve uma

perda de 42,0%. Observa-se por estes resultados que provavelmente o material

proveniente de Rethmann tem mais material orgânico do que o material proveniente de

Mansie. Já nos utilizados por Fucale (2005) os valores do teor de sólidos voláteis

correspondentes aos resíduos sólidos velhos, do Aterro de Ihlenberg, e pré-tratados do

89

Aterro de Buchenforam apresentaram valores, respectivamente, de 10,5 % e 16,0 %.

Desta forma, verifica-se que ambos resíduos possuem baixo teor de sólidos voláteis,

decorrente de processos já avançados de degradação da matéria orgânica, assim como,

no caso específico dos resíduos velhos, devido também a uma grande quantidade de

minerais e solo que existe em sua composição.

Borgatto (2010) realizou ensaios para a determinação de sólidos voláteis de

resíduos de duas fontes de tratamento na Alemanha, Northeim e Hannover em estado

fresco (pós-tratamento mecânico - TM) e estabilizado (tratamento mecânico e biológico

- TMB) e encontrou resultados de 40,62% e 18,98% respectivamente. O que se pode

observar é que a fase de estabilização biológica somada ao fato do resíduo não estar

fresco previamente ao tratamento, proporcionam maior de composição e estabilização

do percentual orgânico presente na amostra.

4.3 Compactação

Compactação de solos é uma técnica empregada para aumentar mecanicamente a

densidade de um solo, sua resistência e estabilidade. Este processo também diminui os

vazios do solo. Ressalte-se que há uma relação entre a massa específica aparente seca

do solo e a umidade de compactação deste. Existe um ponto em que estes valores são

máximos. Dependendo em que ponto a relação se encontra, esta pode diminuir ou

aumentar de acordo com a compactação.

Pelos resultados dos ensaios de compactação determinou-se uma umidade ótima

de 39,6 % e massa específica aparente seca máxima de 1,09 g/cm³ para a amostra de

composto original. Na Figura 4.6 é possível visualizar a curva de compactação do

composto de RSU em amostra original.

90

Figura 4.6 – Curva de compactação para o RSU na amostra original.

Após a compactação da amostra original (sem separação granulometrica), foram

realizados ensaios de compactação com as três frações granulométricas pretendidas para

o estudo.

Para o composto na granulometria x > 9 mm, analisando-se a curva de

compactação, com energia de compactação normal (Figura 4.7), determinou-se que a

massa específica aparente seca máxima para deste material é de 0,953 g/cm3e que a

umidade ótima é de 45,00%.

Umidade (%)

20 25 30 35 40 45 50 55

Massa E

sp.

Ap.

Seca (

g/c

m³)

1,03

1,04

1,05

1,06

1,07

1,08

1,09

1,10

Origial

91

Figura 4.7– Curva de compactação do composto na granulmetria de x > 9mm.

Para o composto na granulometria x < 2 mm, analisando-se a curva de


massa específica aparente seca máxima para deste material é de 1,105 g/cm3 e que a

umidade ótima é de 39,30 %.

Umidade (%)

30 35 40 45 50 55 60 65

Ma

ssa

Ep

ecífic

a A

pa

ren

te S

eca

(g/c

m3)

0,80

0,82

0,84

0,86

0,88

0,90

0,92

0,94

0,96

x > 9 mm

92

Figura 4.8– Curva de compactação do composto na granulmetria de x < 2 mm.

Para o composto na granulometria 2 mm< x < 9mm, analisando-se a curva de


massa específica aparente seca máxima para deste material é de 1,005 g/cm3 e que a

umidade ótima é de 40,69%.

93

Figura 4.9– Curva de compactação do composto na granulmetria de 2 mm < x < 9

mm.

Na Tabela 4.2, estão apresentados o resumo dos valores de massa específica

aparente seca máxima e umidade ótima obtidos neste estudo.

Tabela 4.2 – Resumo dos resultados de massa específica aparente seca e umidade

ótima na amostra original e nas amostras separadas granulometricamente.

Amostra Ρs (g/cm3) Umidade Ótima (%)

Original 1,090 39,60

x <2mm 1,105 39,30

9mm<x<2mm 1,005 40,69

x >9mm 0,953 45,00

Os resultados de massa específica encontram-se dentro do intervalo de valores

obtidos por outras pesquisas realizadas em resíduos pré-tratados, como a de Bauer

(2006), com massa específica aparente seca de 0,70 g/cm3 a 1,20 g/cm

3 e Izzo (2008),

com 0,82 g/cm3.

94

O pequeno aumento entre as massas específicas das amostras x < 2 mm e as de x

> 9 mm, pode ser explicado por que se observou um acréscimo no valor do peso

específico sofrido pelo resíduo com a retirada do grupo de substância plástico filme da

composição das amostras, independente do seu estado de tratamento. Borgatto (2010),

alerta ainda que elementos estruturais (base, sistema de drenagem) de um aterro

sanitário constituído por resíduos pré-tratados devem ser dimensionados para

suportarem tal acréscimo de carga em função do maior peso específico do material

disposto.

Observa-se uma correlação entre a granulometria e as umidades, assim como

uma correlação entre os valores de massa específica aparente seca e as diferentes

granulometrias, como podem ser verificadas nas Figuras 4.10, 4.11 e 4.12.

Figura 4.10– Gráfico comparativo entre as curvas de compactação da amostra

original e das 3 granulometrias estudadas.

Umidade (%)

10 20 30 40 50 60 70

Massa E

sp.

Ap.

Seca (

g/c

m³)

0,80

0,85

0,90

0,95

1,00

1,05

1,10

1,15

G02

G29

G90

Origial

95

Figura 4.11– Gráfico comparativo entre as umidades médias das 3 granulometrias

estudas.

Para amostras de resíduos sólidos urbanos, verifica-se que os componentes mais

rígidos, como vidro, pedra, cerâmica, borracha, e metal apresentaram menores valores

de teor de umidade, pois são os componentes que apresentam menor capacidade de

absorção de água. Já os componentes de consistência mais pastosa, papel/papelão,

madeira e os têxteis apresentaram os teores de umidade mais elevados, em virtude de

suas maiores capacidades de retenção.

Como pode ser observado na Figura 4.11 verifica-se que houve um aumento da

umidade ótima na medida em que o composto de RSU vai sendo peneirado, isto é,

quanto menor a granulometria, menor a umidade ótima. Isto define que os resíduos de

granulometrias maiores, a amostra x > 9 mm, requerem maior umidade para atingir a

massa específica seca máxima em comparação com as amostras de resíduos menores, x

< 2 mm.

Col 5 vs Col 6

Plot 1 Regr

x <

2 m

m

9 m

m <

x <

2 m

m

x >

9 m

m

Orig

inal

Um

idade (

%)

38

39

40

41

42

43

44

45

46

b[0] = 38,8133333333b[1] = 2,85r ²= 0,9195595322

96

Figura 4.12 – Gráfico comparativo entre as massas específicas aparente seca nas 3

granulometrias estudadas.

De acordo com o observado na Figura 4.12 verifica-se que houve uma redução

da massa específica seca máxima na medida em que o composto de RSU vai sendo

peneirado, isto é, quanto menor a granulometria, maior a massa específica seca máxima.

Em relação ao aumento de umidade ótima, a possível explicação para este fato

seria a diferença de percentual de matéria orgânica presente nas amostras de RSU que

varia em função do peneiramento. A redução de massa específica seca máxima para a

amostra x > 9 mm pode ser justificada pela granulometria, em que a fração mais fina

proporciona um melhor arranjo dos grãos.

Com relação aos resultados de umidade ótima e massa específica aparente seca

máxima obtidos para a amostra original, pode-se dizer que era esperado a obtenção de

valores mais próximos dos correspondentes apresentados para a menor granulometria (x

< 2 mm), pois ao menos 50% da granulometria deste material corresponde a esta fração.

x <

2 m

m

9 m

m <

x <

2 m

m

x >

9 m

m

Orig

inal

Massa

Esp.A

pa

ren

te S

eca

(g/c

m3)

0,92

0,94

0,96

0,98

1,00

1,02

1,04

1,06

1,08

1,10

1,12

b[0] = 1,097b[1] = -0,076r ²= 0,9678284182

97

4.4 Densidade Real dos Grãos

Os resultados dos ensaios para a determinação da densidade real dos grãos, e

índices de vazios, na amostra original e nas frações granulométricas estão sintetizados

na Tabela 4.3.

Tabela 4.3 – Resultados dos índices de vazios e densidade real dos grãos para a

amostra original e amostras separadas granulometricamente.

Material Gs e

Original 2,05 0,88

x < 2 mm 2,01 0,86

2 mm < x < 9 mm 2,09 1,07

x > 9 mm 2,12 1,23

Na Figura 4.13 pode ser observada a correlação entre as três granulometrias e

suas densidades real dos grãos. Já a Figura 4.14 pode ser observada a correlação entre as

três granulometrias e seus índices de vazios

Figura 4.13 – Relação entre a densidade real dos grão e as 3 granulometrias

estudadas.

x < 2 mm 2 mm < x < 9 mm x > 9 mm

Gs

2,00

2,02

2,04

2,06

2,08

2,10

2,12

2,14b[0]2,018b[1]0,055r ²0,935

98

A densidade real dos grãos apresentou-se uniforme com valores entre 2,0 e 2,1,

que indica uma predominância de partículas mais leves, e para o índice de vazios,

valores entre 0,88 e 1,23, que permitem inferir que o material moldado seja considerado

fofo, mesmo sem a determinação formal da compacidade relativa.

Figura 4.14 – Comparação entre os índices de vazios obtidos para as 3

granulometrias do composto de RSU trabalhadas.

Os valores de densidade real dos grãos apresentaram-se menores que 2,2, em

solos referência para essencialmente orgânicos ou turfas. Considerando que a

composição do material é heterogênea, os vazios representam principalmente os

macroporos da estrutura e justificam os resultados do índice de vazios maiores para as

frações granulométricas maiores.

Desta forma, pela análise dos resultados da massa específica máxima, densidade

real dos grãos e índice de vazios, observou-se que os valores obtidos para estes

parâmetros apresentam uma tendência dentro do esperado para este tipo de material, um

composto RSU e suas características específicas.

Col 1 vs Gs

x < 2 mm 2 mm < x < 9 mm x > 9 mm

Índ

ice d

e v

azio

s (

e)

0,8

0,9

1,0

1,1

1,2

1,3b[0]0,868b[1]0,185r ²0,994

99

4.5 Ensaios Triaxiais

Nos itens a seguir serão apresentados os resultados de ensaios triaxiais realizados

no composto da Usina de Compostagem do Cajú, utilizando o equipamento GEOCOMP

(FlowTrac-II),no Laboratório de Geotecnia da COPPE/UFRJ.

Os ensaios foram efetuados em condições drenada (CID) e não drenada (CIU),

sob pressões confinantes de 100, 150, 200 e 300 kPa, para as amostras originais e 25,

50, 100 e 200 kPa, para as amostras fracionadas granulometricamente.

Os corpos de prova foram preparados com dimensões médias de 12 cm de altura

e 5,08 cm de diâmetro, para as amostras de composto original, das frações de x < 2 mm

e 9 mm< x < 2 mm. Para as amostras da fração de x > 9 mm, os corpos de prova foram

preparados com dimensões médias de 15 cm de altura e 7,10 cm de diâmetro.

As velocidades adotadas para os ensaios foram de 0,04 mm / min para os ensaios

CIU e 0,035 mm / min, para os ensaios CD. Optou-se por velocidades menores que as

sugeridas pela equação da velocidade de ruptura, para atuar a favor da segurança.

4.5.1 Resultados dos Ensaios CIU

4.5.1.1 Amostra Original

Esta amostra corresponde à fração total do composto, chamada de amostra

original isto é, sem separação granulométrica.

Na Figura 4.15 e Figura 4.16 são apresentados os resultados das curvas de tensão

x deformação específica e poro-pressão x deformação específica, dos ensaios triaxiais

CIU para a amostra original.

100

Figura 4.15– Curva Tensão x Deformação específica - CIU - Amostra Original.

Figura 4.16 – Curva Poro-Pressão x Deformação específica - CIU - Amostra

Original.

Na Tabela 4.4 são apresentadas as características iniciais dos corpos de prova e

os valores da fase de adensamento dos ensaios CIU realizados na amostra original.

101

Tabela 4.4 – Dados Iniciais dos Corpos de Prova e Resultados Obtidos na Fase de

Adensamento dos Ensaios CIU - Amostra Original.

CP

σc

(kPa)

Dados Iniciais Adensamento

e0

S0

(%)

V0

(cm3)

h0

(cm)

ΔV

(cm3)

Δh

(cm)

01 100 1,01 72 244,47 11,86 39,84 0,64

02 150 0,92 75 213,12 10,54 36,2 0,60

03 200 0,86 81 227,65 11,52 50,63 0,85

04 300 0,91 69 206,53 10,19 43,06 0,71

Na Tabela 4.5 e Tabela 4.6 são apresentados os valores de tensão obtidos para

cada corpo de prova e os parâmetros de resistência obtidos em cada ensaio,

respectivamente.

Tabela 4.5 – Tensões Confinantes e de Ruptura do Ensaio CIU - Amostra Original.

Corpo de

Prova

σ1 σ3 σ'1 σ'3 u

kPa

CP3 290,55 100 214,37 23,82 76,18

CP4 457,64 150 353,74 46,11 103,90

CP5 498,09 200 342,97 44,88 155,12

CP5A 411,86 150 298,67 36,81 113,19

CP6 789,10 300 568,80 79,70 220,30

Na Figura 4.17 e Figura 4.18 são apresentadas as envoltórias obtidas pelos

ensaios triaxiais CIU para a amostra original.

Os parâmetros de resistência encontrados para os ensaios triaxiais CIU na

amostra original foram de ângulo de atrito igual a 25,17° e coesão igual a 14 kPa, para

a envoltória de tensões totais e de ângulo de atrito igual a 45,9° e coesão igual a 16 kPa,

para a envoltória de tensões efetivas.

102

Figura 4.17 – Envoltória de tensões totais e efetivas - CIU - Amostra Original.

Figura 4.18 – Envoltória p’ x q – CIU - Amostra Original.

103

Tabela 4.6 – Parâmetros de Resistência para o Ensaio CIU - Amostra Original.

Parâmetros de Resistência T.Totais T.Efetivas

Φ (°) 25 46

c (kPa) 14 16

4.5.1.2 Amostra x < 2 mm

Esta amostra corresponde à fração do composto que passou pela peneira de

malha de 2 mm.

Na Figura 4.19 e na Figura 4.20 são apresentados os resultados das curvas de

tensão x deformação específica e poro-pressão x deformação específica, dos ensaios

triaxiais CIU para a amostra x < 2 mm.

Figura 4.19 – Curva Tensão x Deformação específica - CIU - Amostra x < 2 mm.

104

Figura 4.20 – Curva Poro-Pressão x Deformação específica - CIU - Amostra x < 2

mm.


os valores da fase de adensamento dos ensaios CIU realizados na amostra x < 2 mm.


Adensamento dos Ensaios CIU - Amostra x < 2 mm.

CP σc

(kPa)


e0

S0

(%)

V0

(cm3)

h0

(cm)

ΔV

(cm3)

Δh

(cm)

01 100 0,88 64 210,25 9,90 34,60 0,54

02 150 1,03 75 190,46 9,70 34,30 0,58

03 200 0,81 78 182,61 9,30 28,52 0,48

04 300 0,83 80 186,28 9,30 28,81 0,48

Na Tabela 4.8 e na Tabela 4.9 são apresentados os valores de tensão obtidos para

cada corpo de prova e os parâmetros de resistência utilizados em cada ensaio,

respectivamente.

105

Tabela 4.8 – Tensões Confinantes e de Ruptura do Ensaio CIU- Amostra x < 2 mm.

Corpo de

Prova

σ1 σ3 σ'1 σ'3 u

kPa

CP1 87,25 25 83,49 21,24 3,76

CP2 205,71 50 195,59 39,88 10,72

CP3 264,17 100 203,2 39,03 60,97

CP4 646,56 200 534,27 87,71 112,29

Na Figura 4.21 e na Figura 4.22 são apresentadas as envoltórias obtidas pelos

ensaios triaxiais CIU para a amostra x < 2 mm.

Os parâmetros de resistência encontrados para os ensaios triaxiais CIU na

amostra x < 2 mm foram de ângulo de atrito igual a 30° e coesão igual a 15 kPa, para a

envoltória de tensões totais e de ângulo de atrito igual a 46° e coesão igual a 0 kPa, para

a envoltória de tensões efetivas.

Figura 4.21 – Envoltória de tensões - CIU - Amostra x < 2 mm.

106

Figura 4.22 - Envoltória p’ x q - CIU - Amostra x < 2 mm.

Tabela 4.9 – Parâmetros de Resistência para o Ensaio CIU - Amostra x < 2 mm.


Φ (°) 30 46

c (kPa) 15 0

4.5.1.3 Amostra 2 mm< x < 9 mm


malha de 9 mm e ficou retido na peneira de malha de 2 mm.


x deformação específica e poro-pressão x deformação específica, dos ensaios triaxiais

CIU para a amostra 2 mm < x < 9 mm.

107

Figura 4.23 – Curva Tensão x Deformação específica - CIU - Amostra2 mm< x < 9

mm.

Figura 4.24 – Curva Poro-Pressão x Deformação específica - CIU - Amostra 2 mm

< x < 9 mm.


os valores da fase de adensamento dos ensaios CIU realizados na amostra 2 mm < x < 9

mm.

108


Adensamento dos Ensaios CIU - Amostra 2 mm < x < 9 mm.

CP σc

(kPa)


e0

S0

(%)

V0

(cm3)

h0

(cm)

ΔV

(cm3)

Δh

(cm)

01 100 1,02 56 194,29 9,70 29,92 0,49

02 150 1,15 60 181,10 9,15 48,78 0,82

03 200 1,28 55 196,35 10,00 56,70 0,96

04 300 1,06 51 210,31 10,50 58,19 0,97

Na Tabela 4.11 e na Tabela 4.12 são apresentados os valores de tensão obtidos

para cada corpo de prova e os parâmetros de resistência utilizados em cada ensaio,

respectivamente.

Tabela 4.11 – Tensões Confinantes e de Ruptura do Ensaio CIU - Amostra 2 mm <

x < 9 mm.

Corpo de

Prova

σ1 σ3 σ'1 σ'3 u

kPa

CP1 88,07 25 74,50 11,43 13,57

CP2 226,47 50 195,59 19,12 30,88

CP3 324,33 100 250,46 26,13 73,87

CP4 690,22 200 555,47 65,25 134,75


ensaios triaxiais CIU para a amostra 2 mm < x < 9 mm.

Os parâmetros de resistência encontrados para os ensaios triaxiais CIU para a

amostra de 2 mm < x < 9 mm foram de ângulo de atrito igual a 33° e coesão igual a 15

kPa, para a envoltória de tensões totais e de ângulo de atrito igual a 46° e coesão igual a

10 kPa, para a envoltória de tensões efetivas.

109

Figura 4.25 – Envoltória de tensões - CIU - Amostra 2mm < x < 9 mm.

Figura 4.26 – Envoltória p’ x q - CIU - Amostra 2 mm < x < 9 mm.

110

Tabela 4.12 – Parâmetros de Resistência para o Ensaio CIU - Amostra 2mm < x <

9 mm .


Φ (°) 33 49

c (kPa) 15 10

4.5.1.4 Amostra x > 9 mm

Esta amostra corresponde à fração do composto que ficou retida na peneira de

malha de 9 mm.


tensão x deformação específica e poro-pressão x deformação específica, dos ensaios

triaxiais CIU para a amostra x > 9 mm.

Figura 4.27 – Curva Tensão x Deformação específica - CIU – Amostra x > 9 mm.

111

Figura 4.28 – Curva Poro-Pressão x Deformação específica - CIU - Amostra x > 9

mm.


os valores da fase de adensamento dos ensaios CIU realizados na amostra x > 9 mm.


Adensamento dos Ensaios CIU - Amostra x > 9 mm.

CP σc

(kPa)


e0

S0

(%)

V0

(cm3)

h0

(cm)

ΔV

(cm3)

Δh

(cm)

01 100 1,31 65 848,42 17,71 9,70 0,07

02 150 1,12 54 840,04 17,58 20,74 0,14

03 200 1,26 50 876,83 18,35 48,96 0,34

04 300 0,93 63 859,49 18,22 59,20 0,42

Na Tabela 4.14 e na Tabela 4.15 são apresentados os valores de tensão obtidos

para cada corpo de prova e os parâmetros de resistência utilizados em cada ensaio,

respectivamente.

Os parâmetros de resistência encontrados para os ensaios triaxiais CIU da

amostra de x > 9 mm foram de ângulo de atrito igual a 20° e coesão igual a 15 kPa, para

112

a envoltória de tensões totais e de ângulo de atrito igual a 50° e coesão igual a 5 kPa,

para a envoltória de tensões efetivas.

Tabela 4.14 – Tensões Confinantes e de Ruptura do Ensaio CIU - Amostra x > 9

mm.

Corpo de

Prova

σ1 σ3 σ'1 σ'3 u

KPa

CP1 87,54 25 71,58 9,04 15,96

CP2 142,40 50 104,96 12,56 37,44

CP3 184,05 100 101,46 17,41 82,59

CP4 423,17 200 248,62 25,45 174,55


ensaios triaxiais CIU para a amostra x > 9 mm.

Figura 4.29 – Envoltória de tensões CIU - Amostra x > 9 mm.

113

Figura 4.30 – Envoltória p’ x q – CIU - Amostra x > 9 mm.

Tabela 4.15 – Parâmetros de Resistência para o Ensaio CIU - Amostra x > 9 mm.


Φ (°) 20 50

c (kPa) 15 5

As curvas tensão-deformação apresentadas permitem identificar um

comportamento típico para o resíduo sólido urbano, onde as tensões desvio aumentam

continuamente com o aumento das deformações axiais, sem atingir qualquer pico na

curva tensão-deformação ou alcançar um valor máximo, como normalmente ocorre em

solos de comportamento compacto, fato já observado por vários autores como, por

exemplo, Grisolia e Napoleoni (1996), em amostras deformadas de RSU, Jessberger e

Kockel (1993), em RSU triturado, Carvalho (1999), em resíduos do aterro Bandeirantes

em São Paulo, Zekkos et al. (2009) e Reddy et al. (2010) em resíduos dos Estados

Unidos.

Uma vez que não foi identificado o pico de ruptura nas curvas de tensão-

deformação adotou-se um critério de ruptura de 20 % de deformação específica para a

construção do círculo de Mohr-Coulomb para todos os ensaios realizados.

114

A análise dos valores apresentados na Tabela 4.16 permite verificar um aumento

expressivo no valor do ângulo de atrito para a envoltória de tensões efetivas em relação

a envoltória de tensões totais e uma variação mínima no caso da coesão.

Por outro lado, os parâmetros de resistência não foram significativamente

influenciados pela seleção granulométrica estabelecida no estudo, onde o parâmetro

coesão aparente diminuiu, e o ângulo de atrito apresentou um pequeno aumento.

Na tabela 4.16 são apresentados os resultados dos parâmetros de resistência,

ângulo de atrito e coesão nos ensaios triaxiais CIU para as amostras original e frações

determinadas neste estudo.

Tabela 4.16 – Resumo dos resultados de ângulo de atrito e coesão nos ensaios CIU.

Parâmetros de Resistência T. Totais T. Efetivas Granulometria

Φ (°)

25 46 Original

30 46 x < 2 mm

33 49 2 mm < x < 9 mm

25 50 x > 9 mm

c (kPa)

14 16 Original

15 0 x < 2 mm

15 10 2 mm < x < 9 mm

12 5 x > 9 mm

Nas figuras 4.31 e 4.32 são apresentados os gráficos com os parâmetros de

resistência, ângulo de atrito e coesão das envoltórias de tensões totais e efetivas em

ensaios triaxiais com valores deste trabalho e de outros encontrados na bibliografia.

115

Figura 4.31 – Comparação de resultados de c e ϕ CIU - tensões totais - este

trabalho e bibliografia .

Comparando os resultados deste trabalho com outros apresentados na

bibliografia consultada, observa-se que existe um aumento nos parâmetros de

resistência ao cisalhamento quando os resíduos são pré-tratados.

É importante ressaltar que o composto de RSU, triturado e peneirado, não conta

com o efeito fibra, presente nos RSU em virtude da alta quantidade de plásticos

presentes neste tipo de material, que proporciona um aumento da resistência ao

cisalhamento, principalmente na parcela de coesão. O efeito fibra foi estudado por

Kölsh (2000), De Lamare Neto (2004), Borgatto (2006), Calle (2007), Karimpour- Fard

(2011).

116

Figura 4.32 – Comparação de resultados de c e ϕ de ensaios CIU - tensões efetivas -

este trabalho e bibliografia .

Para os ensaios não drenados, apesar dos resultados estarem dentro do espectro

de valores publicados, estes apresentam uma grande dispersão, desta forma não foi

possível estabelecer uma clara tendência de variação dos parâmetros de resistência com

a separação granulométrica estudada ou com as publicações utilizadas como fonte

bibliográfica.

Como citado anteriormente, uma vez que o resíduo está estabilizado, não

existem grandes diferenças entre as respostas de resistência ao cisalhamento, mesmo em

diferentes horizontes de tempo, entretanto existe um peso específico que aliado à

umidade ótima permite melhores repostas do material.

Concordam com estas proposições Carvalho (1999), Nascimento (2007) e

Zekkos (2012).

117

4.5.2 Resultados dos Ensaios CID

4.5.2.1 Amostra Original

Esta amostra corresponde à fração total do composto, chamada de amostra

original isto é, sem separação granulométrica.


x deformação específica e deformação volumétrica x deformação específica, dos

ensaios triaxiais CID para a amostra original.

Figura 4.33– Curva Tensão x Deformação específica - CID - Amostra Original

118

Figura 4.34 – Curva Deformação volumétrica x Deformação específica - CID -

Amostra Original


os valores da fase de adensamento dos ensaios CID realizados na amostra original.


Adensamento dos Ensaios CID - Amostra Original.

CP σc

(kPa)


e0

S0

(%)

V0

(cm3)

h0

(cm)

ΔV

(cm3)

Δh

(cm)

01 100 1,03 75 220,80 10,72 34,74 0,56

02 150 1,11 68 219,02 10,84 39,60 0,65

03 200 0,92 69 217,34 10,61 44,72 0,73

04 300 0,81 71 220,85 10,52 46,40 0,74



respectivamente.

Os parâmetros de resistência encontrados para os ensaios triaxiais CID da

amostra original foram de ângulo de atrito igual a 36° e coesão igual a 37 kPa.

119

Tabela 4.18 – Tensões Confinantes e de Ruptura do Ensaio CID - Amostra

Original.

Corpo de Prova σ1 σ3

CP4A 535,46 100

CP2A 765,80 150

CP3A 948,61 200

CP1A 1314,38 300

Na fase de cisalhamento, a amostra original, sem a separação granulométrica,

mostrou uma variação volumétrica homogênea, com valores próximos, mesmo com

diferentes tensões confinantes. É possível observar tal comportamento em ensaios

drenados de areias fofas e argilas normalmente adensadas.

Como é possível verificar na Tabela 4.13, comparando-a à Tabela 4.4, as tensões

efetivas no ensaio não drenado são menores que as tensões no caso drenado, portanto a

envoltória de tensões efetivas pode ser vista em duas parcelas, a primeira representada

pelos valores obtidos nos ensaios CIU (no domínio de tensões confinantes na ruptura

entre 24 e 80 kPa - Tabela 4.4) e a segunda representada pelos valores obtidos nos

ensaios CID (no domínio das tensões confinantes de ruptura entre 100 e 300 kPa -

Tabela 4.13) .

Assim, a envoltória pode ser visualizada com duas inclinações, inicialmente

mais íngreme com ϕ igual a 46º e posteriormente menos íngreme com ϕ igual a 36º,

como observado nas Tabelas 4.5 e 4.14.


ensaios triaxiais CID para a amostra original.

120

Figura 4.35 – Envoltória de tensões CID - Amostra Original.

Figura 4.36 – Envoltória p’ x q – CID - Amostra Original.

121

Tabela 4.19 - Parâmetros de Resistência para o Ensaio CID - Amostra original.

Parâmetros de Resistência

Φ (°) 36

c (kPa) 37

4.5.2.2 Amostra x < 2 mm


malha de 2 mm.


tensão x deformação específica e deformação volumétrica x deformação específica, dos

ensaios triaxiais CID para a amostra x < 2 mm.

Figura 4.37 – Curva Tensão x Deformação específica - CID - Amostra x < 2 mm.

122


Amostra x < 2 mm.


os valores da fase de adensamento dos ensaios CID realizados na amostra x < 2 mm.


Adensamento dos Ensaios CID - Amostra x < 2 mm.

CP σc

(kPa)


e0

S0

(%)

V0

(cm3)

h0

(cm)

ΔV

(cm3)

Δh

(cm)

01 100 0,87 77 192,42 9,80 17,80 0,30

02 150 0,91 76 190,46 9,70 22,31 0,38

03 200 1,01 76 193,29 9,65 30,79 0,51

04 300 1,07 78 190,46 9,70 61,94 1,05

Para o composto de granulometria mais fina, x < 2 mm, foi obsevado em seus

gráficos um comportamento bem próximo ao dos solos granulares; pois em baixas

tensões confinantes, este material, supostamente fofo, pode se comportar como

compacto, ou seja, o seu comportamento não depende apenas do índice de vazios, mas

sim de uma combinação entre índice de vazios e tensão confinante.

123



respectivamente.


amostra x < 2 mm foram de ângulo de atrito igual a 35° e coesão igual a 30 kPa.

Tabela 4.21 – Tensões Confinantes e de Ruptura do ensaio CID - Amostra x < 2

mm.


CP4A 121,19 25

CP2A 333,46 50

CP3A 524,38 100

CP1A 942,21 200


ensaios triaxiais CID para a amostra x < 2 mm.

Figura 4.39 – Envoltória de tensões CID - Amostra x < 2 mm.

124

Figura 4.40 – Envoltória p’ x q – CID - x < 2 mm.

Tabela 4.22– Parâmetros de Resistência para o Ensaio CD - Amostra x < 2 mm.


Φ (°) 40

c (kPa) 20

4.5.2.3 Amostra 2 mm< x < 9 mm


malha de 9 mm, mas ficou retida na peneira de malha de 2 mm.



ensaios triaxiais CID para a amostra 2 mm < x < 9 mm.

125

Figura 4.41 – Curva Tensão x Deformação específica - CID - Amostra 2 mm < x <

9 mm.


Amostra 2 mm < x < 9 mm.

Na Tabela 4.23 são apresentadas as características dos corpos de prova, os

valores da fase de adensamento dos ensaios CID realizados na amostra 2 mm < x < 9

mm.

126


Adensamento dos Ensaios CID - Amostra 2 mm < x < 9 mm.

CP σc

(kPa)


e0

S0

(%)

V0

(cm3)

h0

(cm)

ΔV

(cm3)

Δh

(cm)

01 100 1,48 58 206,33 10,10 13,40 0,22

02 150 1,02 63 180,90 9,40 76,22 1,32

03 200 0,98 53 207,35 10,15 52,66 0,86

04 300 1,09 58 197,38 9,70 77,80 1,27



respectivamente.


amostra 2 mm < x < 9 mm foram de ângulo de atrito igual a 43° e coesão igual a 20

kPa.

Tabela 4.24 - Tensões Confinantes e de Ruptura do ensaio CID - Amostra 2 mm <

x < 9 mm.


CP4A 113,99 25

CP2A 485,10 50

CP3A 605,17 100

CP1A 1214,38 200

Novamente, na Figura 4.42 é possível observar um comportamento altamente

compressível, com variações volumétricas expressivas para as tensões confinantes

aplicadas nos ensaios.


ensaios triaxiais CID para a amostra 2 mm < x < 9 mm.

127

Figura 4.43 – Envoltória de tensões CID - Amostra 2 mm < x < 9 mm.

Figura 4.44 – Envoltória p’ x q – CID - 2 mm < x < 9 mm.

128

Tabela 4.25 - Parâmetros de Resistência para o Ensaio CID - Amostra 2 mm < x <

9 mm.


Φ (°) 45

c (kPa) 10

4.5.2.4 Amostra x > 9 mm

Esta amostra corresponde à fração do composto que ficou retida na peneira de

malha de 9 mm.



ensaios triaxiais CD para a amostra x > 9 mm.

Figura 4.45 – Curva Tensão x Deformação específica - CD - Amostra x > 9 mm.

129

Figura 4.46 – Curva Deformação volumétrica x Deformação específica - CD -

Amostra x > 9 mm.

Na Tabela 4.26 são apresentadas as características dos corpos de prova, os

valores da fase de adensamento dos ensaios CID realizados na amostra x > 9 mm.


Adensamento dos Ensaios CID - Amostra x > 9 mm.

CP σc

(kPa)


e0

S0

(%)

V0

(cm3)

h0

(cm)

ΔV

(cm3)

Δh

(cm)

01 100 2,08 42 774,10 16,20 8,39 0,06

02 150 1,96 48 739,23 15,59 18,12 0,13

03 200 1,99 42 747,82 15,65 33,13 0,23

04 300 2,19 56 753,62 16,10 29,14 0,21



respectivamente.


amostra x > 9 mm foram de ângulo de atrito igual a 40° e coesão igual a 15 kPa.

130

Tabela 4.27 – tensões Confinantes e de Ruptura do ensaio CID - Amostra x > 9

mm.


CP4A 125,40 25

CP2A 294,12 50

CP3A 473,32 100

CP1A 648,06 200


ensaios triaxiais CD para a amostra x > 9 mm.A envoltória de resistência para a

granulometria x > 9 mm, mostra uma tendência bilinear em seu traçado.

Figura 4.47 – Envoltória de tensões CD - Amostra x > 9 mm.

131

Figura 4.48 – Envoltória p’ x q – CD - x > 9 mm.

Tabela 4.28 - Parâmetros de Resistência para o Ensaio CID - Amostra x > 9 mm.


Φ (°) 41

c (kPa) 10

A proposta de envoltória bilinear em resíduos foi desenvolvida por Kölsh (2000)

e testada por Borgatto (2010) para resíduos pré-tratados da Alemanha, porensaios de

cisalhamento direto e caixa de tração. Este método possibilitoua determinação de

envoltórias de resistência ao cisalhamento considerando as duas propriedades regentes –

o atrito, proveniente dos componentes granulares e tração, advindo dos componentes

fibrosos.

Segundo os referidos autores, adotando como referência a amostra de resíduo em

sua composição original observa-se que o acréscimo de fibras induz a um aumento do

ângulo de tensão à tração e, consequentemente, a um maior reforço advindo das fibras

na resistência final da amostra ao cisalhamento, assim como, com a retirada das fibras,

observa-se uma redução do ângulo de tensão à tração e do reforço de resistência gerado

por elas.

132

Aliado a esta análise, de acordo com o exposto sobre a participação das fibras

em dimensões e quantidade, tem-se o fato de que para os resíduos pré-tratados com

tamanho máximo de partícula de 60 mm, o teor de componentes fibrosos cai abaixo de

5%, o que leva a praticamente a perda do reforço adicional na resistência ao

cisalhamento advindos das fibras.

Isto posto, como nesta pesquisa o composto de RSU estudado tem uma

granulometria máxima de 22 mm, não é possível, sem os ensaios explicados

anteriormente, admitir a participação das fibras na característica apresentada pela

envoltória.

Na tabela 4.29 são apresentados os resultados dos parâmetros de resistência,

ângulo de atrito e coesão nos ensaios triaxiais CID para as amostras, original e frações

determinadas neste estudo.

Tabela 4.29 – Resumo dos resultados de ângulo de atrito e coesão nos ensaios CID.

Parâmetros de Resistência Granulometria

Φ (°)

36 ORIGINAL

40 x < 2mm

45 2mm < x < 9mm

41 x > 9mm

c (kPa)

37 ORIGINAL

20 x <2mm

10 2mm < x < 9mm

10 x > 9mm

Como também observado nos resultados dos ensaios com amostras de resíduos

frescos, as curvas de resistência ao cisalhamento das amostras crescem com o aumento dos

deslocamentos horizontais sem apresentarem um comportamento de formação de ponto

claro de ruptura.

Os resultados do composto de RSU nos ensaios drenados foram compatíveis

com os intervalos publicados por Gabr e Valero (1995), que encontraram valores entre

42 e 55 kPa, e Reddy et al. (2011) que obtiveram valores entre 21 e 57 kPa para

coesão.

133

O composto apresentou um acréscimo expressivo de coesão entre as situações

não drenada e drenada. Tais resultados podem ser atribuídos às características de

composição do resíduo e ao comportamento de suas partículas durante o ensaio.

Já o parâmetro ângulo interno de atrito permanece em um valor dentro da faixa

apresentada em publicações anteriores como de Gabr e Valero (1995), Nascimento

(2007), Calle (2007), Zekkos et al. (2010) e Reddy et al. (2009).

Todas estas variações podem ser melhor comparadas pela análise da Figura 4.49

Figura 4.49 – Comparação de resultados de c e ϕ de ensaios CID - este trabalho e

bibliografia.

Segundo os resultados dos ensaios drenados é possível verificar que a separação

granulométrica resultou em uma redução do parâmetro de coesão, o que sugere uma

desagregação das partículas em função do peneiramento. Por outro lado, verifica-se um

aumento sutil no caso do ângulo de atrito, em virtude de uma maior homogeneidade do

material fracionado granulometricamente, melhorando o arranjo entre as partículas.

Com o objetivo de auxiliar na definição de dados para a realização de análises

numéricas, buscou-se analisar os parâmetros de deformabilidade para o caso do material

estudado na presente pesquisa.

134

A partir da curvas tensão x deformação realizadas para os ensaios drenados -

CID, foram calculados os Módulos de Elasticidade de Young e dos Coeficientes de

Poisson, para as amostras original, x < 2 mm, 2 mm < x < 9 mm e x > 9 mm.

Tabela 4.30 – Resumo dos resultados de Módulo de Elasticidade e Coeficiente de

Poisson nos ensaios CID.

Amostra σc E0

(kPa)

ν (kPa)

Original 100 25,50 0,048

150 36,70 0,057

200 47,00 0,075

300 61,30 0,056

x < 2 mm 25 11,00 0,215

50 32,40 0,181

100 54,90 0,212

200 180,40 0,262

2 mm < x < 9 mm 25 6,80 0,167

50 24,90 -0,150

100 28,70 0,132

200 126,70 0,156

x > 9 mm 25 5,80 0,422

50 13,20 0,382

100 22,60 0,384

200 33,40 0,376

O módulo de Elasticidade de Young apresentou valores 25,50 a 61,30 kPa, para

tensões confinantes variando de 100 a 150 kPa, para a amostra original; de 11,00 a

180,40 kPa, para a amostra x < 2 mm; de 6,80 a 126,70 kPa, para a amostra 2 mm < x <

9 mm; 5,80 a 33,40 kPa, para a amostra de x > 9 mm; estes últimos com tensões

confinantes variando entre 25 e 200 kPa. Em todos os casos apresentando um aumento

dos valores com o aumentos das tensões confinantes aplicadas.

Os valores de Coefiente de Poisson apresentaram-se maiores para as amostras

das frações estudadas, ou seja, após separação granulométrica, variando em média entre

135

0,15 a 0,38, assim como os valores mais baixos de 0,048 a 0,075 foram obtidos para a

amostra original do composto.

4.5.3 Envoltórias Não drenadas efetivas x Envoltórias Drenadas

Os ensaios triaxiais apresentados e discutidos foram realizados objetivando a

compreensão do comportamento do composto de RSU nas situações drenadas e não

drenadas. Para colaborar com o entendimento dos valores exibidos nas Tabelas 4.12 e

4.21, foram desenhados gráficos comparativos entre as envoltórias da situação não

drenada de tensões efetivas e da situação drenada. Na Figura 4.50, é apresentado o

gráfico com as envoltórias em parâmetros efetivos obtidos em ensaios drenado e não

drenado da amostra original.

Figura 4.50 – Comparação entre as envoltórias CIU e CID da amostra original.

É possível observar a proximidade de inclinação entre as envoltórias, o que

poderia permitir um ajuste linear, e a determinação de valores médios para os

parâmetros de resistência ao cisalhamento. Esta pequena diferença pode ser explicada

pela separação e preparo das amostras, que foram selecionados primeiramente para a

sequência de ensaios CIU e posteriormente para os ensaios CID. Esta metodologia foi

adotada para conservar as características do material semelhantes a todos os corpos de

y = 0,7646x

R² = 0,997

y = 0,5881x + 34,628

R² = 0,9991

0

100

200

300

400

500

600

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900

q (

kP

a )

p´ ( kPa )

CIU EFETIVA - ORIGINAL

CID - ORIGINAL

136

prova envolvidos e ensaiados para a confecção da envoltória, considerando a

inconstância de alguns componentes da amostra.

Entre o início dos ensaios CIU e CID para cada fração estudada, houve uma

diferença de tempo de aproximadamente um mês, proporcionando uma possível

variação na composição do material em função de sua degradação orgânica, refletida

nos valores obtidos nos ensaios.

Nas Figuras 4.51 e 4.52 são apresentados os gráficos com as envoltórias em

parâmetros efetivos obtidos em ensaios drenado e não drenado das amostras de material

x < 2 mm e material 2 mm < x < 9 mm.

Figura 4.51 – Comparação entre as envoltórias CIU e CID da amostra x < 2 mm

y = 0,7046x

R² = 0,9958

y = 0,6386x + 9,9858

R² = 0,9968

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 100 200 300 400 500 600

q (

kP

a )

p´ ( kPa )

CIU EFETIVA - x < 2 mm

CID - x < 2 mm

137

Figura 4.52 – Comparação entre as envoltórias CIU e CID da amostra 2 mm < x <

9 mm

Nas duas figuras citadas é possível observar o mesmo comportamento com uma

tendência de maior proximidade entre as envoltórias, assim como igual possibilidade de

utilização de um valor médio para os parâmetros de resistência.

No caso das envoltórias de amostras com diâmetros maiores que 9 mm foi

observado uma diferença mais acentuada entre as inclinações da envoltória para a

situação não drenada efetiva e a envoltória para a situação drenada. Os resultados dos

ensaios realizados para situação drenada apresentaram um comportamento bilinear, que

também pode ser percebido na Figura 4.53, em que o ajuste linear fica prejudicado.

y = 0,795x

R² = 0,9991

y = 0,7144x + 5,994

R² = 0,9946

0

100

200

300

400

500

600

0 100 200 300 400 500 600 700 800

q (

kP

a )

p ( kPa )

CIU EFETIVA - 9mm < x < 2 mm

CID - 9 mm < x < 2 mm

138

Figura 4.53 – Comparação entre as envoltórias CIU e CID da amostra x > 9 mm

É importante citar que, conforme explicado anteriormente, tal comportamento

não é esperado para um composto de resíduos nesta granulometria, face o pré-

tratamento mecânico-biológico e peneiramentos realizados. Por outro lado é possível

observar uma porção mais elevada de materiais fibrosos nestas amostras. Desta forma,

verifica-se que a envoltória drenada poderia ser analisada em suas duas inclinações,

considerando apenas os seus três primeiros pontos e considerando apenas os seus três

últimos pontos.

Pela análise dos três primeiros pontos observam-se resultados de 40° para o

ângulo de atrito e 7 kPa para a coesão, já considerando os três últimos pontos de 24º

para o ângulo de atrito e 60 kPa para a coesão. Tais resultados permitem a utilização dos

parâmetros de acordo com a situação de tensões envolvidas na análise pretendida.

4.5.4 Parâmetros de Resistência deste Trabalho com os Publicados na

Literatura.

Diversos autores realizam a análise dos parâmetros de resistência ao

cisalhamento em resíduos por gráficos c x Ø, permitindo visualizar a faixa de valores

que os mesmos estão compreendidos frente aos demais encontrados para situações

y = 0,7946x

R² = 0,9912

y = 0,4968x + 26,623

R² = 0,9564

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

q (

kP

a )

p ( kPa )

CIU EFETIVA - x > 9 mm

CID - x > 9 mm

139

semelhantes como, idade dos resíduos analisados, tipo de ensaio realizado, ou

características dos resíduos ensaiados quanto ao fato de serem pré-tratados ou não.

Para melhorar a compreensão dos resultados de parâmetros de resistência ao

cisalhamento desta pesquisa, e verificar sua compatibilidade frente às publicações

consultadas, foram feitos os gráficos apresentados nas Figuras 4.54 a 4.58.

Figura 4.54 – Resultados dos ensaios CIU e CID - Este trabalho.

Na Figura 4.54 são apresentados apenas os pares resultantes da presente

pesquisa, e permite observar o pequeno aumento do ângulo de atrito e de redução da

coesão com a separação granulométrica nas frações estudadas, estas respostas são

esperadas, já que tal separação aumenta a homogeneidade entre as amostras, assim

como a desagregação parcial das partículas.

Na Figura 4.55 observam-se os resultados de ângulos de atrito através da

realização de ensaios triaxiais registrados por diversos autores e os encontrados por este

trabalho, e permite visualizar comparativamente o aumento da resistência ao

cisalhamento dos resíduos quando os mesmos passam por um tratamento prévio à sua

disposição final.

140

Figura 4.55 – Resultados dos parâmetros de ângulo de atrito encontrados em

ensaios triaxiais registrados na bibliografia consultada e deste trabalho.

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26

(o)

0

10

20

30

40

50

60

70

Este Trabalho

1 - CARVALHO (1999)

2 - CARVALHO (1999)

3 - VILAR; CARVALHO (2004)

4 - NASCIMENTO (2007)


6 - REDDY et al. (2011)

7 - TONY et al.(2007)

8 - TONY et al.(2007)

9 - KARIMPOUR-FARD (2011)




13 - REDDY et al. (2009)

14 - REDDY et al. (2011)

15 - CAICEDO (2002)

16 - TONY et al. (2007)

17 a 24 - Este Trabalho

141

Autores como Carvalho et al. (1999), Machado (2006), e Zekkos (2010), não

encontraram em suas pesquisas evidências claras de que a resistência ao cisalhamento

tenha sido alterada pela degradação dos resíduos após a sua estabilização. No entanto,

quando se compara resíduos frescos com os antigos, já dispostos há muito tempo em

aterros, observa-se na Figura 4.55 que os valores definidos para os ângulos de atrito em

ensaios triaxiais para resíduos antigos ou pré-tratados, são aparentemente maiores que

os encontrados para os frescos.

Na Figura 4.56 são apresentados os resultados de coesão pela realização de

ensaios triaxiais registrados por diversos autores e os encontrados por este trabalho. Em

geral, não foi possível determinar uma correlação entre os valores ponderados. No

entanto, é importante destacar que, mesmo após todas as pesquisas citadas, é necessário

compreender mais acerca da participação do intercepto de coesão, correspondente ao

cruzamento da envoltória com o eixo y, na resistência ao cisalhamento dos resíduos

sólidos urbanos tratados ou não. É sabido que este intercepto de coesão pode ser

considerado uma função de um ou mais fatores, como a curvatura da envoltória de

ruptura, a variação entre as amostras ensaiadas, ou indicação de uma reposta da

resistência à tração das fibras. Neste caso é comum em sua definição o termo “coesão

aparente” ou “intercepto de coesão”, podendo ser interpretado como um mero ajuste

matemático para a determinação da envoltória.

142

Figura 4.56 – Resultados dos parâmetros de coesão encontrados em ensaio triaxiais

registrados na bibliografia e deste trabalho.

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26

c (

kN

/m2)

0

10

20

30

40

50

60

Este Trabalho

1 - CARVALHO (1999)

2 - CARVALHO (1999)




6 - REDDY et al. (2011)

7 - TONY et al.(2007)

8 - TONY et al.(2007)





13 - REDDY et al. (2009)

14 - REDDY et al. (2011)

15 - CAICEDO (2002)

16 - TONY et al. (2007)


143

Diferente dos resultados apresentados pelo gráfico da Figura 4.56, no qual apenas os

derivados de ensaios triaxiais foram considerados, no gráfico apresentado pela Figura

4.57, são apresentados os resultados de ângulos de atrito resultantes de ensaios triaxiais

e de cisalhamento direto publicados na literatura incluindo os deste trabalho.

Figura 4.57 – Resultados dos parâmetros de ângulo de atrito encontrados em

ensaios triaxiais e de cisalhamento direto registrados na bibliografia e neste

trabalho.

0 2 4 6 810

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

32

34

36

38

40

42

44

46

48

50

52

54

56

58

60

62

64

66

68

70

(o)

0

10

20

30

40

50

60

70

Resíduos Antigos - Triaxial

Resíduos Frescos- Triaxial

Resíduos Novos- Triaxial

Resíduos Antigos - DS

Resíduos Frescos - DS

Resíduos Novos- DS

Este Trabalho - CIU

Este Trabalho - CD

Este Trabalho






Resíduos Novos- DS

Este Trabalho - CIU

Este Trabalho - CD

1 e 2 - CARVALHO (1999)


4 e 5 - NASCIMENTO (2007)

6 - REDDY et al. (2011)

7 e 8 - TONY et al.(2007)

9 a 12 - KARIMPOUR-FARD (2011)

13 e 14 - REDDY et al. (2009)

15 - CAICEDO (2002)

16 - TONY et al. (2007)

17 - HOWLAND; LANDVA (1992)

18 e 19 - GABR; VALERO (1995)

20 e 21 - VAN IMPE (1998)

22 - PELKY et al. (2001)

23 - TOMAS et al. (2000)

24 e 25 - EID et al.(2000)

26 e 27 - KAVAZAGIAN (2001)

28 e 29 - GABR et al. (2007)

30 e 31 - D.ZEKKOS et al. (2007)

32 - CALLE (2007)

33 a 35 - KOLSCH (2009)

36 e 37 - BORGATTO (2010)

38 - REDDY et al. (2011)

39 - LANDVA; CLARK (1990)

40 e 41 - EDINCULER et al.(1996)

42- PELKEY et al.(2001)

43- DIXON et al. (2008)

44 e 45 - CARDIM (2008)

46 a 49 - REDDY et al. (2009)

50 e 51 - KOLSCH (2009)

52 - REDDY et al. (2011)

53 - JONES et al.(1997)

54 - CAICEDO et al. (2002)

55 e 56 - HOSSAIN (2002)

57 e 58- REDDY et al. (2009)


144

É possível analisar na Figura 4.57 que nos resultados oriundo dos ensaios de

cisalhamento direto as diferenças de faixas de valores não são visíveis entre os resíduos

frescos e degradados ou pré-tratados. Por outro lado, tais resultados se encontram em

uma faixa mais restrita de valores se comparados à faixa apresentada pelos resultados de

ensaios triaxiais.

Na comparação entre os poucos valores encontrados para a resistência ao

cisalhamento da amostra de resíduos tratados mecânica e biologicamente com os

resíduos frescos, observa-se que maiores valores de resistência ao cisalhamento foram

atingidos para a condição mais estabilizada do resíduo.

Observam-se na Figura 4.58 os resultados dos parâmetros de coesão pelos ensaios

triaxiais e de cisalhamento direto registrados na bibliografia com a inclusão dos obtidos

neste trabalho. Conforme o exposto anteriormente, mesmo comparando os valores de

coesão com os demais publicados, ainda não é possível realizar uma análise de

tendência ou correlação entre os mesmos. Observando que resíduos frescos e antigos

apresentam uma mesma faixa de valores para este parâmetro. De acordo com a Figura

4.58, os registros ficam entre 0 e 30 kPa segundo o intervalo de maior atuação dos

pontos considerados para a amostragem.

145

Figura 4.58 – Resultados dos parâmetros de coesão encontrados em ensaios

triaxiais e de cisalhamento direto registrados na bibliografia e deste trabalho.

0 2 4 6 81

01

21

41

61

82

02

22

42

62

83

03

23

43

63

84

04

24

44

64

85

05

25

45

65

86

06

26

46

66

87

0

c (

kN

/m2)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90






Resíduos Novos- DS

Este Trabalho - CIU

Este Trabalho - CD

Este Trabalho






Resíduos Novos- DS

Este Trabalho - CIU

Este Trabalho - CD

1 e 2 - CARVALHO (1999)


4 e 5 - NASCIMENTO (2007)

6 - REDDY et al. (2011)

7 e 8 - TONY et al.(2007)

9 a 12 - KARIMPOUR-FARD (2011)

13 e 14 - REDDY et al. (2009)

15 - CAICEDO (2002)

16 - TONY et al. (2007)

17 - HOWLAND; LANDVA (1992)

18 e 19 - GABR; VALERO (1995)

20 e 21 - VAN IMPE (1998)

22 - PELKY et al. (2001)

23 - TOMAS et al. (2000)

24 e 25 - EID et al.(2000)

26 e 27 - KAVAZAGIAN (2001)

28 e 29 - GABR et al. (2007)

30 e 31 - D.ZEKKOS et al. (2007)

32 - CALLE (2007)

33 a 35 - KOLSCH (2009)

36 e 37 - BORGATTO (2010)

38 - REDDY et al. (2011)

39 - LANDVA; CLARK (1990)

40 e 41 - EDINCULER et al.(1996)

42- PELKEY et al.(2001)

43- DIXON et al. (2008)

44 e 45 - CARDIM (2008)

46 a 49 - REDDY et al. (2009)

50 e 51 - KOLSCH (2009)

52 - REDDY et al. (2011)

53 - JONES et al.(1997)

54 - CAICEDO et al. (2002)

55 e 56 - HOSSAIN (2002)

57 e 58- REDDY et al. (2009)


146

5 Conclusões e Sugestões Futuras.

5.1 Conclusões dos ensaios realizados no composto de RSU

Segundo a pesquisa bibliográfica realizada para o desenvolvimento da presente

pesquisa, fica clara a necessidade de dar continuidade e aprofundar os conhecimentos

sobre o tema resíduos para discutir metodologias mais adequadas e atingir melhores

resultados. Outra falta evidente, é a de não existir uma padronização de ensaios ou

equipamentos de investigação, o que dificultou a análise comparativa dos valores

obtidos ou o entendimento das variações nos resultados publicados.

O objetivo deste trabalho foi a determinação de parâmetros de resistência ao

cisalhamento para o composto de resíduo sólido urbano pela realização de ensaios

triaxiais em diferentes condições de granulometria e posterior análise de influência. A

presente pesquisa e seus resultados mostram que esse objetivo foi alcançado.

Na ausência de normas para a análise granulométrica em resíduos ficou evidente

a necessidade de substituição da fase de sedimentação, comumente utilizada para solos,

por um peneiramento em série.

A utilização da Lei de Stokes, baseada em densidades e tamanho dos grãos, não

se aplica para a análise em resíduos provocando uma descontinuidade na curva

granulométrica, outra alternativa avaliada, a utilização de um granulômetro a laser

também não pode ser aplicada , já que apenas o material passante na peneira #100, pode

ser avaliado.

Nas curvas originadas da análise granulométrica, o pré-tratamento torna evidente

as alterações nas características físicas e biológicas dos resíduos, promovendo uma

homogeneidade do material e reduzindo o tamanho de suas partículas quando

comparadas a resíduos sem o tratamento. Com a separação granulométrica reduziu-se

mais o espectro de tamanho das partículas, como o pretendido, para dar sequência à

presente pesquisa.

Os valores resultantes dos ensaios de determinação de sólidos voláteis

apresentou maior participação de matéria orgânica nas frações mais finas, quando da

separação granulométrica, para a amostra de x < 2 mm. Esta maior participação é

esperada uma vez que os resíduos passam por um tratamento biológico que reduz as

dimensões das partículas orgânicas através da decomposição e posterior peneiramento.

147

A curvas de compactação, realizadas nos mesmos moldes de orientação para

solos, obedeceram a um padrão bem definido de comportamento em relação a variação

da massa específica aparente seca. Segundo os resultados das curvas de compactação,

verificou-se que houve um aumento da umidade ótima na medida em que o composto

de RSU foi sendo peneirado, isto é, quanto menor a granulometria, menor a umidade

ótima. Por outro lado, verificou-se também que houve uma redução da massa específica

aparente seca máxima na medida em que o composto de RSU vai sendo peneirado, isto

é, quanto menor a granulometria, maior a massa específica aparente seca máxima.

No caso de resíduos sólidos tratados ou não, verifica-se que os componentes

mais rígidos, como vidro, pedra, cerâmica, borracha, e metal apresentam menores

valores de teor de umidade, pois são os componentes que apresentam menor capacidade

de absorção de água. Já os componentes de consistência mais pastosa, papel/papelão,

madeira e os têxteis apresentaram os teores de umidade mais elevados, em virtude de

suas maiores capacidades de retenção.

Isto define que os resíduos de granulometrias mais grosseiras requerem maior

umidade para atingir a massa específica seca máxima em comparação com as amostras

de resíduos menores.

Os ensaios para determinação de densidade real dos grãos não foram simples de

realizar para o material estudado, em função das características instáveis da parcela

orgânica presente nas amostras que apresentou fermentação. Apesar da coerência dos

resultados, é importante tomar cuidados para a definição de tal parâmetro, uma vez que

ele é representativo apenas para a amostra em particular ensaiada segundo o específico

horizonte de decomposição em que a mesma se encontra.

A utilização do equipamento triaxial GEOCOMP foi bem sucedida e permitiu a

obtenção de resultados satisfatórios. No entanto, é preciso ressaltar a importância da

utilização da câmara de transferência de pressão como elemento intermediário, para

evitar que o fluído intersticial dos corpos de prova, com condições químicas mais

agressivas, entrem em contato direto com o equipamento.

Outra orientação a ser tomada é com relação às dimensões da câmara de

transferência, para que a mesma não interfira nas medições das pressões geradas no

ensaio e também não seja insuficiente para o acúmulo necessário ao ensaio realizado.

148

Com a estrutura adaptada, foi possível a realização de ensaios drenados e não

drenados, assim como a determinação de envoltórias de ruptura para as amostras

original e separadas granulometricamente nas frações x < 2 mm, 2 mm < x < 9 mm e x

> 9 mm.

Os parâmetros de resistência obtidos com os ensaios triaxiais para RSU pré-

tratado apresentaram-se equivalentes ou maiores do que os parâmetros de resistência

obtidos na literatura para RSU, inclusive os publicados recentemente, apontando uma

melhora nas condições de resistência ao cisalhamento de resíduos quando os mesmos

encontram-se mais homogêneos e estabilizados. Apresentando, para a amostra original,

valores de ângulo de atrito de 36º e coesão de 37 kPa para ensaios drenados e valores de

ângulo de atrito de 46º e coesão de 16 kPa para ensaios não drenados, ambos em tensões

efetivas. No entanto, os resultados publicados para ensaios com resíduos pré-tratados

mecânica e biologicamente são escassos, não permitindo uma melhor comparação.

A separação granulométrica realizada na pesquisa, segundo os limites de

granulometria analisados, não ofereceram informações suficientes que permitissem

admitir uma tendência de resultados, pois os mesmos ficaram em uma faixa pequena de

variação. Com valores de ângulo de atrito entre 40º e 45º e coesão entre 10 e 20 kPa

para ensaios drenados e valores de ângulo de atrito entre 46º e 50º e coesão entre 0 e 10

kPa para os ensaios não drenados, todos parâmetros efetivos.

Assim, mais ensaios são necessários para um maior entendimento das mudanças

nas características do composto de RSU e compreensão da influência da umidade e do

peso específico, na resistência ao cisalhamento destes resíduos em particular.

A determinação dos parâmetros de resistência ao cisalhamento de resíduos pelos

ensaios triaxiais realizados para RSU pré-tratado mecânica e biologicamente, é uma

opção viável a ser utilizada previamente à disposição final, produzindo uma evidente

melhora do seu comportamento e permitindo melhores previsões da evolução dos

mesmos ao longo dos anos.

5.2 Sugestões para futuras pesquisas

A continuação do estudo de determinação de parâmetros de cisalhamento com

RSU pré-tratado mecânica e biologicamente é de extrema importância, pois permite

melhorar o seu comportamento e auxiliar na previsão de aterros de resíduos, frente as

alterações no gerenciamento do mesmos após a continuidade das determinações da

149

Política Nacional de Resíduos Sólidos, assinada em agosto de 2010.A comparação entre

o comportamento de resíduos tratados e não tratados também é fundamental para tornar

evidente a necessidade de melhorar as suas características e possíveis consequências

para o meio ambiente.

Desta forma, sugere-se os seguintes estudos:

Estudo de previsão e através da criação de uma célula de monitoramento de

RSU pré-tratado para acompanhamento de suas características com o tempo.

Estudo para a determinação da influência da umidade e do peso específico na

resistência ao cisalhamento de RSU pré-tratados.

Análise comparativa através da aplicação dos resultados dos parâmetros de

resistência em análises de estabilidade de taludes de aterros sanitários entre

resíduos pré-tratados e sem tratamento.

Estudo de viabilidade para a implantação de uma técnica de pré-tratamento

adequada a realidade brasileira.

Desenvolvimento de equipamentos para estudos dos parâmetros de resistência

em dimensões compatíveis para realização de testes com resíduos sólidos

urbanos sem pré-tratamento.

Desenvolvimento de equipamentos para a obtenção de parâmetros de resistência

com a utilização de medida direta de sucção.

Desenvolvimento de equipamento para a realização de ensaios para

determinação da porosidade de amostras de resíduos sólidos urbanos utilizando-

se dos conceitos de equipamentos utilizados na mecânica dos solos como

picnômetros de água e ar.

Estudo de análise simultânea de corpos de prova para determinação de

parâmetros de resistência em resíduos tratados ou não, com o mesmo momento

de decomposição.

150

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Documents

Luiza_Cantuaria_Costa_doutorado.pdf