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JÚLIO CÉSAR FIALHO DO NASCIMENTO
Comportamento mecânico de resíduos sólidos urbanos
Dissertação apresentada à Escola de
Engenharia de São Carlos da Universidade de
São Paulo, como parte dos requisitos para a
obtenção do Título de Mestre em Geotecnia.
Orientador: Prof. Tit. Orencio Monje Vilar
São Carlos
2007
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DEDICATÓRIA
Aos meus queridos pais, João Pedro e
Edneuza, e aos meus adorados irmãos, Cris e
Pedro, com muito carinho e amor.
AGRADECIMENTOS
Ao professor Drº Orencio Monje Vilar, pelos ensinamentos, pelo apoio, confiança irrestrita e
orientação.
Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq, pela concessão
da bolsa de Mestrado.
Ao Laboratório de Geotecnia Ambiental da Universidade Federal da Bahia, por fornecer a
estrutura física e humana necessária à realização deste trabalho.
Ao Departamento de Geotecnia da Escola de Engenharia de São Carlos, por disponibilizar
suas instalações físicas e o seu acervo intelectual, que foi de grande valor ao meu
desenvolvimento profissional.
Ao professor e amigo, Sandro Lemos Machado, pela confiança depositada e pelos valiosos
ensinamentos durante minha iniciação científica. Foi o grande idealizador deste projeto e
presença imprescindível nesta empreitada.
À querida professora, Mirian de Fátima Carvalho, pelos conselhos e pelo exemplo de
profissionalismo.
Ao amigo, Kleber Azevedo Dourado, pela admirável generosidade e pela grande ajuda na
realização dos ensaios.
Aos grandes amigos da turma de Mestrado, Ana Elisa, Ana Paula, Cleber, Eder, Fagner, Julio,
Juliana, Val, Lívia, Alberto, Crisley, Marina e Lizandra, pelo companheirismo e por todos os
mementos vividos ao longo destes dois anos.
Aos demais amigos do Departamento de Geotecnia, pela convivência repleta de muitos
ensinamentos.
À todos que fazem ou fizeram parte da equipe Geoamb, Nelson, Carlos, Marcelo, Breno,
Tiago, Maíra, André, Patrícia, Larissa, Fernandinha, Help, Julian, Átila, Luciano, Gilson,
Rodrigo, Maurício, Fernando, Jeová, pelo companheirismo e pelo apoio durante os ensaios.
Às demais pessoas, que, de uma forma ou de outra, contribuíram para a realização deste
trabalho.
"A mente que se abre a uma nova idéia jamais voltará ao seu tamanho original."
Albert Einstein
RESUMO
NASCIMENTO, J. C. F. Comportamento mecânico de resíduos sólidos urbanos. 2007.
160p. Dissertação (Mestrado) - Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São
Paulo, São Carlos, 2007.
Este trabalho apresenta um estudo das propriedades de resistência e de deformabilidade
dos Resíduos Sólidos Urbanos (RSU). Amostras de resíduo de diferentes idades, obtidas no
Aterro Metropolitano Centro (Salvador-BA), foram submetidas a ensaios de compressão
triaxial e de compressão confinada em equipamentos de grandes dimensões. Os resultados
dos ensaios triaxiais demonstraram que os RSU não apresentam pico ou valor máximo de
resistência, mesmo para grandes deformações. Os parâmetros de resistência foram obtidos
a partir de níveis específicos de deformação. Não foi possível observar a influência do
processo de decomposição na resistência ao cisalhamento do RSU, porém observou-se um
aumento de resistência com o acréscimo do peso específico. Dos ensaios em resíduos sem
fibras (plásticos, têxteis, etc.), verificou-se uma redução nos parâmetros de resistência em
comparação com os do resíduo composto, indicando a grande influência do material fibroso
no comportamento mecânico do RSU. Ensaios não drenados mostraram grande
desenvolvimento de pressão neutra, que provocaram distorções nas envoltórias efetivas,
fazendo com que os ângulos de atrito obtidos fossem maiores que aqueles obtidos nos
ensaios drenados. Duas amostras de RSU novo foram submetidas a ensaios de
compressão confinada. Uma das amostras foi submetida à recirculação de chorume para
avaliação do efeito da decomposição nos recalques medidos. Os resíduos apresentaram
uma rápida compressão primária e deformações secundárias que se desenvolveram durante
todo o ensaio, sem tendência de estabilização. A recirculação de chorume não provocou
acréscimos nas deformações secundárias, provavelmente devido ao pequeno volume de
chorume utilizado e ao ambiente não favorável à decomposição.
Palavras-chave: Resíduo sólido urbano, Resistência ao cisalhamento, Compressibilidade,
Ensaios de laboratório.
ABSTRACT
NASCIMENTO, J. C. F. Mechanical behaviour of municipal solid waste. 2007. 160p.
Dissertação (Mestrado) - Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo,
São Carlos, 2007.
This work deals with the shear strenght and compressibility properties of Municipal Solid
Waste (MSW). Four years old end new waste samples recovered from Metropolitan Center
Sanitary Landfill (Salvador, Brazil) were submitted to triaxial and confined compression tests
using large dimension specimens. Triaxial test results showed that a peak or an ultimate
shear stress value was not reached even for the largest deformation attained in the tests and
thus, shear strength parameters were derived to different strain levels. It was shown that the
shear strength was not too much affected by waste decomposition process, but increased
with the waste unit weight. The waste without plastic fibres tended to show reduced shear
strength as compared to the whole waste, showing the large influence of this materials on
MSW mechanical behavior. Undrained tests showed large pore pressures build up and
tended to yield effetive shear strength parameters larger than that obtained in drained tests.
Confined compression tests were performed using samples of fresh waste with and without
leachate recirculation to investigate the influence of the waste degradation on MSW
compressibility. It was observed that the waste showed a quick primary compression and
secondary compression that extended throughout the test period without reaching
equilibrium. The leachate recirculation did not increase secondary defomation probably by
the low volume of leachate used during the test and due the ambient conditions not suitable
to the degradation.
Key-words: Municipal solid waste, Shear strength, Compressibility, Laboratory tests.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 2.1. Percentual da população, PIB e geração de resíduos sólidos por região (JUCÁ, 2003).......35
Figura 2.2. Classificação dos resíduos sólidos urbanos segundo a sua origem (SCHALCH, 1992)........36
Figura 2.3. Classificação do RSU usando o diagrama triangular (GIRISOLIA et al., 1995) ....................37
Figura 2.4. Evolução da destinação final dos resíduos sólidos no Brasil (JUCÁ,2003)............................38
Figura 2.5. Tipos de aterros sanitários (TCHOBANOGLOUS et al. 1993)................................................44
Figura 2.6. Diâmetros equivalentes dos componentes do RSU (TCHOBANOGLOUS et al.6 1993).......46
Figura 2.7. Distribuição do tamanho das partículas do RSU com 15 anos de aterrado do aterro
Bandeirantes de São Paulo (CARVALHO, 1999)...................................................................47
Figura 2.8. Teor de umidade para o resíduo sólido urbano (CARVALHO, 1999)......................................50
Figura 2.9. Variação da temperatura do RSU com a profundidade, Aterro Ano Liossia, Atenas (Grécia),
(COUMOULOS et al., 1995)...................................................................................................51
Figura 2.10. Variação da temperatura do RSU com a profundidade, Aterro da Muribeca, Recife (Brasil),
(MARIANO & JUCÁ, 1998)...................................................................................................51
Figura 2.11. Variação do peso específico com a idade do resíduo (AZEVEDO et al., 2003)...................53
Figura 2.12. Coeficiente de permeabilidade do RSU em função da profundidade (CARVALHO, 1999)..55
Figura 2.13. Curva teórica de compressibilidade do RSU (Grisolia e Napoleoni, 1996)..........................58
Figura 2.14. Modelo composto para a avaliação da compressibilidade dos RSU (VILAR et al., 2006).. .65
Figura 2.15. Mobilização do intercepto de coesão e ângulo de atrito com as deformações axiais (König
& Jessberger, 1997)..............................................................................................................66
Figura 2.16. Resultados de ensaios SPT em maciços de RSU de algumas cidades do Brasil (JUCÁ,
2003).....................................................................................................................................70
Figura 2.17. Classificação do RSU usando a Carta de Schmertmann (CARVALHO, 1999)....................71
Figura 2.18. Curvas tensão-deformação típicas para o resíduo sólido urbano (MANASSERO et al.
1996).....................................................................................................................................72
Figura 2.19. Relação tensão - deformação obtida para resíduos sólidos urbanos a partir de ensaios de
cisalhamento direto (MANASSERO et al. 1996)..................................................................73
Figura 2.20. Envoltórias de resistência obtidas para resíduos sólidos urbanos a partir de ensaios de
cisalhamento direto (VAN IMPE et al., 1998).......................................................................74
Figura 2.21. Variação dos parâmetros de resistência com a deformação axial (GRISOLIA et al. 1995b).
..............................................................................................................................................75
Figura 2.22. Resistência ao cisalhamento do RSU para diferentes deformações obtidas a partir de
ensaios triaxiais (KÖNIG & JESSBERGER, 1997)...............................................................76
Figura 2.23. Faixa de valores dos parâmetros de resistência ao cisalhamento dos RSU. Valores
recomendados para projetos por Sánches-Alciturri (1993)..................................................77
Figura 2.24. Faixa de envoltórias de resistência obtida por diversos pesquisadores. Envoltórias de
resistência propostas para projetos (DIXON & JONES, 2005)............................................78
Figura 3.1. Foto aérea com detalhes de localização do Aterro Metropolitano Centro..............................80
Figura 3.2. Fotografia aérea do Aterro Metropolitano Centro....................................................................81
Figura 3.3. Manta plástica utilizada para a homogeneizado do resíduo e evitar a sua contaminação com
solo..........................................................................................................................................83
Figura 3.4. Coleta, homogeneização, quarteamento e armazenamento do resíduo novo.......................84
Figura 3.5. Escavação do solo de cobertura para a retirada de material com 4 anos de aterrado..........85
Figura 3.6. Separação manual dos componentes do resíduo com 4 anos de aterrado...........................86
Figura 3.7. Consolidômetro de grandes dimensões utilizado para a realização dos ensaios de
compressão confinada em amostras de grande dimensão....................................................90
Figura 3.8. Compactação do resíduo para realização do ensaio de compressão confinada...................91
Figura 3.9. Mudanças realizadas no consolidômetro para a realização do ensaio de compressão
confinada com recirculação de chorume................................................................................92
Figura 3.10. Sistema de aquisição de dados e servo controle utilizado para a realização de ensaios
triaxiais e de compressão confinada em amostras de grandes dimensões..........................94
Figura 3.11. Supervisório: tela da fase de cisalhamento de um ensaio triaxial do tipo CD......................95
Figura 3.12. Câmara utilizada nos ensaios triaxiais..................................................................................96
Figura 3.13. Painel de controle utilizado para a realização dos ensaios triaxiais.....................................97
Figura 3.14. Prensa EMIC utilizada para aplicação da tensão desviadora ao corpo de prova, a uma taxa
de deformação constante.......................................................................................................97
Figura 3.15. Curva de calibração da célula de compressão triaxial..........................................................98
Figura 3.16. Procedimento de compactação estática empregado na moldagem dos corpos de prova. 100
Figura 3.17. Aspecto do corpo de prova logo após a retirada do molde de compactação (a); Corpo de
prova com a grade de geotêxtil (b); Com a membrana de látex (c)....................................101
Figura 3.18. Curvas de adensamento obtidas da fase de consolidação do ensaio triaxial, realizados em
amostras de resíduo novo e com 4 anos de aterrado.........................................................103
Figura 3.19. Aspecto dos corpos de prova após a aplicação da tensão desviadora..............................104
Figura 3.20. Câmara triaxial utilizada nos ensaios na matriz básica do RSU novo................................106
Figura 3.21. Amostra da matriz básica de RSU novo após a compactação a); Amostra revestida com a
membrana de látex b); Amostra após o cisalhamento.........................................................107
Figura 4.1. Teor de umidade global das amostras de resíduo novo e com quatro anos de aterrado.....110
Figura 4.2. Curvas granulométricas obtidas para o resíduo novo e com 4 anos de aterrado.................113
Figura 4.3. Volume percolado ao longo do tempo sob carga constante. RSU novo com peso específico
de 10 kN/m³...........................................................................................................................114
Figura 4.4. Volume percolado ao longo do tempo sob carga constante. RSU novo com peso específico
de 8 kN/m³.............................................................................................................................115
Figura 4.5. Volume percolado ao longo do tempo sob carga constante. RSU com 4 anos de aterrado e
peso específico de 14 kN/m³.................................................................................................115
Figura 4.6. Volume percolado ao longo do tempo sob carga constante. RSU com 4 anos de aterrado e
peso específico de 10 kN/m³.................................................................................................116
Figura 4.7. Curvas de índice de vazios versus raiz do tempo do ensaio convencional em resíduo novo
compactado na umidade natural com peso específico de 7,1 kN/m
3
...................................118
Figura 4.8. Curvas de índice de vazios versus logaritmo do tempo do ensaio convencional, em resíduo
novo compactado na umidade natural com peso específico de 7,1 kN/m
3
..........................119
Figura 4.9. Curvas de índice de vazios versus raiz do tempo do ensaio com recirculação de chorume,
em resíduo novo compactado na umidade natural com peso específico de 7,4 kN/m
3
.......120
Figura 4.10. Curvas de índice de vazios versus logaritmo do tempo do ensaio com recirculação de
chorume, em resíduo novo compactado na umidade natural com peso específico de 7,4
kN/m
3
...................................................................................................................................121
Figura 4.11. Curva de índice de vazios versus o logaritmo da tensão vertical para as amostras de
resíduo novo ensaiadas, compactadas com peso específico de 7 kN/m³.........................123
Figura 4.12. Curvas tensão versus deformação e deformação volumétrica versus deformação axial
obtidas para as amostras NovoCD10sat............................................................................126
Figura 4.13. Curvas tensão versus deformação e deformação volumétrica versus deformação axial
obtidas para as amostras 4anosCD10sat...........................................................................127
Figura 4.14. Envoltórias obtidas no plano t x s’ para a amostra NovoCD10sat (a) e 4anosCD10sat (b).
............................................................................................................................................128
Figura 4.15. Variação dos parâmetros de resistência com a deformação axial das amostras
NovoCD10sat e 4anosCD10sat..........................................................................................129
Figura 4.16. Curvas tensão versus deformação axial e deformação volumétrica versus deformação axial
obtidas para a amostra NovoCD8sat..................................................................................130
Figura 4.17. Envoltórias obtidas no plano t x s' para a amostra NovoCD8sat (a) e NovoCD10sat (b)...131
Figura 4.18. Variação dos parâmetros de resistência com a deformação axial das amostras
NovoCD8sat e NovoCD10sat.............................................................................................132
Figura 4.19. Curvas tensão versus deformação axial e deformação volumétrica versus deformação axial
obtidas para a amostra 4anosCD14sat..............................................................................133
Figura 4.20. Envoltórias obtidas no plano t x s' para a amostra 4anosCD10sat (a) e 4anosCD14sat (b).
............................................................................................................................................134
Figura 4.21. Variação dos parâmetros de resistência com a deformação axial das amostras
4anosCD10sat e 4anosCD14sat........................................................................................135
Figura 4.22. Curvas tensão versus deformação axial e deformação volumétrica versus deformação axial
obtidas para a amostra NovoCD10nat...............................................................................136
Figura 4.23. Envoltórias obtidas no plano t x s' para a amostra NovoCD10nat (a) e NovoCD10sat (b).
............................................................................................................................................137
Figura 4.24. Variação dos parâmetros de resistência com a deformação axial das amostras
NovoCD10nat e NovoCD10sat...........................................................................................137
Figura 4.25. Curvas tensão versus deformação axial e deformação volumétrica versus deformação
axial, obtidas para as amostras NovoMBCD12sat e NovoCD10sat...................................139
Figura 4.26. Envoltórias obtidas no plano t x s' para a amostra NovoCD12MBsat (a) e NovoCD10sat (b).
............................................................................................................................................140
Figura 4.27. Variação dos parâmetros de resistência com a deformação axial das amostras
NovoCD12satMB e NovoCD10sat......................................................................................140
Figura 4.28. Curvas tensão versus deformação axial e pressão neutra versus deformação axial obtida
para a amostra NovoCU10sat............................................................................................141
Figura 4.29. Curvas tensão versus deformação axial e pressão neutra versus deformação axial obtida
para a amostra 4anosCU10sat...........................................................................................142
Figura 4.30. Variação do parâmetro A de Skempton versus a deformação axial para a amostra
NovoCU10sat......................................................................................................................143
Figura 4.31. Variação do parâmetro A de Skempton versus a deformação axial para a amostra
4anosCU10sat....................................................................................................................143
Figura 4.32. Envoltórias obtidas nos planos t x s e t x s’ para a amostra NovoCU10sat........................143
Figura 4.33. Envoltórias obtidas nos planos t x s e t x s’ para a amostra 4anosCU10sat......................144
Figura 4.34. Relação entre a resistência não drenada e a tensão de confinamento obtidas do ensaio CU
para as amostras NovoCU10sat (a) e 4anosCU10sat (b)..................................................146
Figura 4.35. Parâmetro de resistência ao cisalhamento dos RSU, faixas de valores de diversos
pesquisadores e valores obtidos dos ensaios realizados..................................................149
Figura 4.36. Envoltórias de resistência dos ensaios CD realizados em resíduos sólidos novo e com 4
anos de aterramento para diferentes níveis de deformação axial. Envoltória proposta por
Kavazanjian et al. (1995)....................................................................................................150
Figura 4.37. Envoltórias de resistência dos ensaios CD realizados em resíduos sólidos novo e com 4
anos de aterramento para o nível de deformação axial de 20 %. Envoltória proposta por
Kavazanjian et al. (1995)....................................................................................................151
LISTA DE TABELAS
Tabela 2.1 - Geração de resíduos sólidos (JUCÁ, 2003)..........................................................................34
Tabela 2.2 - Composição do resíduo sólido urbano para diferentes cidades (CARVALHO, 1999)..........46
Tabela 2.3 - Umidade dos componentes do RSU (CARVALHO, 1999)....................................................49
Tabela 2.4 - Coeficientes de permeabilidade para o RSU (CARVALHO, 1999)........................................54
Tabela 2.5 - Modelos para previsão dos recalques em aterros sanitários e seus respectivos autores (LIU
et al., 2006)............................................................................................................................59
Tabela 2.6 - Métodos de determinação da resistência ao cisalhamento do RSU (DIXON et al. 2005)....67
Tabela 2.7 - Parâmetros de resistência ao cisalhamento do RSU obtidas a partir de retro- análise (VAN
IMPE, 1998)...........................................................................................................................68
Tabela 3.1 - Amostragens e ensaios realizados........................................................................................82
Tabela 3.2 - Características das amostras submetidas aos ensaios de compressão confinada..............93
Tabela 3.3 - Principais características das amostras e dos ensaios realizados........................................99
Tabela 3.4 - Características iniciais dos corpos de prova submetidos aos ensaios de compressão
triaxial...................................................................................................................................105
Tabela 3.5 - Características iniciais dos corpos de prova da matriz básica de resíduo novo submetidos
aos ensaios de compressão triaxial.....................................................................................107
Tabela 4.1 - Teor de umidade de cada componente das amostras de resíduos coletados....................109
Tabela 4.2 - Composição física dos resíduos estudados.........................................................................112
Tabela 4.3 - Peso específico das partículas sólidas dos resíduos coletados..........................................113
Tabela 4.4 - Características dos corpos de prova e valores dos coeficientes de permeabilidade..........116
Tabela 4.5 - Valores de C
α
e C'
α
obtidos para as amostras ensaiadas para cada estágio de
carregamento.......................................................................................................................122
Tabela 4.6 - Valores médios de C
c
e de C'
c
............................................................................................124
Tabela 4.7 - Parâmetros de resistência das amostras NovoCD10sat e 4anosCD10sat.........................129
Tabela 4.8 - Parâmetros de resistência das amostras NovoCD8sat e NovoCD10sat............................129
Tabela 4.9 - Parâmetros de resistência das amostras 4anosCD10sat e 4anosCD10sat.......................134
Tabela 4.10 - Parâmetros de resistência obtidos para resíduo sólido urbano coletado do aterro
Metropolitano Centro.........................................................................................................145
Tabela 4.11 - Características dos corpos de prova submetidos aos ensaios de compressão triaxial, após
adensamento.....................................................................................................................147
Tabela 4.12 - Características dos corpos de prova submetidos aos ensaios de compressão triaxial, após
cisalhamento......................................................................................................................148
LISTA DE SÍMBOLOS
w teor de umidade em termos de base seca
w
w
umidade calculada em termos de base úmida
M
w
massa de água
M massa total
M
s
massa seca das partículas sólidas
C
α
índice de compressão secundária
C'
α
coeficiente de compressão secundária
C
c
índice de compressão primária
C'
c
coeficiente de compressão primária
ρ
1
recalque devido a compressão primária
ρ
2
recalque devido a compressão secundária
t
1
tempo inicial da consolidação secundária, (SOWERS, 1973)
Δt acréscimo de tempo
V
CH
4
volume de metano gerado no tempo t
k taxa de geração de metano
L
o
potencial de geração do metano
f
CH
4
fração de metano no gás gerado, igual a 0,5 (SOLER et al., 1995)
γ
s
densidade dos sólidos biodegradáveis; (SOLER et al., 1995)
M(t) parcela biodegradável do resíduo, (SOLER et al., 1995)
ΔV
s
perda de volume de sólidos devido a decomposição
H
o
espessura inicial da camada de RSU
ΔH recalque total da camada de RSU
Δσ'
vo
acréscimo de tensão vertical efetiva
σ'
vo
tensão vertical efetiva inicial
CD ensaio triaxial consolidado drenado
Φ ângulo de atrito
Φ' ângulo de atrito efetivo
c coesão
c' coesão efetiva
S
u
coesão não drenada
σ
v
tensão vertical
STV sólidos totais voláteis
k coeficiente de permeabilidade à água
k
20
coeficiente de permeabilidade à água, normalizado para a temperatura de 20
o
C.
σ'
3c
pressão de confinamento na amostra
h altura inicial do corpo de prova
D diâmetro inicial do corpo de prova
ε
a
deformação axial
γ
o
peso específico inicial do corpo de prova
γ peso específico (kN/m
3
)
γ
d
peso específico seco
γ
s
peso específico das partículas sólidas do RSU
e índice de vazios do corpo de prova
e
o
índice de vazios inicial
S
ro
grau de saturação inicial do corpo de prova
S
r
grau de saturação do corpo de prova
B parâmetro de Skenpton
CU ensaio triaxial consolidado não drenado
Δu variação da pressão neutra
Δσ
1
variação da tensão principal maior
A parâmetro de pressão neutra
σ
1
tensão principal maior
σ
3
tensão principal menor
SUMÁRIO
CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO....................................................................................29
CAPÍTULO 2 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA.........................................................33
2.1 RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS.......................................................................33
2.2 CLASSIFICAÇÃO DOS RESÍDUOS SÓLIDOS.................................................35
2.3 MÉTODOS DE DESTINAÇÃO FINAL DOS RSU..............................................38
2.3.1 Compostagem.............................................................................................39
2.3.2 Incineração..................................................................................................39
2.3.3 Lixões ou vazadouros................................................................................40
2.3.4 Aterros controlados....................................................................................41
2.3.5 Aterros sanitários.......................................................................................41
2.4 PROPRIEDADES FÍSICAS DOS RSU................................................................45
2.4.1 Composição.................................................................................................45
2.4.2 Distribuição do tamanho das partículas..................................................46
2.4.3 Teor de umidade.........................................................................................48
2.4.4 Temperatura.................................................................................................50
2.4.5 Peso específico in situ...............................................................................51
2.4.6 Permeabilidade do RSU.............................................................................53
2.5 PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS RSU.......................................................56
2.5.1 Introdução....................................................................................................56
2.5.2 Compressibilidade dos RSU.....................................................................56
2.5.2.1 Modelos para previsão dos recalques em aterros de RSU.............58
2.5.2.2 Bioconsolidação...............................................................................61
2.5.3 Resistência ao cisalhamento dos RSU....................................................66
2.5.3.1 Retro-análise de dados de campo...................................................68
2.5.3.2 Ensaios in situ..................................................................................69
2.5.3.3 Ensaios de laboratório......................................................................72
CAPÍTULO 3 - MATERIAIS E MÉTODOS..............................................................81
3.1 LOCAL DE ESTUDO.....................................................................................81
3.2 COLETA DOS MATERIAIS...........................................................................83
3.2.1 Caracterização física dos resíduos..........................................................86
3.2.1.1 Determinação da composição gravimétrica dos resíduos...............87
3.2.1.2 Determinação do teor de umidade natural dos resíduos................88
3.2.1.3 Determinação da distribuição granulométrica dos resíduos...........88
3.2.1.4 Determinação dos sólidos totais voláteis (STV)..............................89
3.2.1.5 Determinação do peso específico das partículas sólidas...............89
3.3 ENSAIOS DE PERMEABILIDADE...............................................................90
3.4 ENSAIOS DE COMPRESSÃO CONFINADA...............................................90
3.4.1 Ensaio convencional..................................................................................91
3.4.2 Ensaio com recirculação de chorume......................................................93
3.5 ENSAIOS TRIAXIAIS....................................................................................95
3.5.1 Equipamentos utilizados...........................................................................95
3.5.2 Execução dos ensaios.............................................................................100
3.5.2.1 Ensaios CD e CU nos RSU............................................................101
3.5.2.2 Ensaio CD na matriz básica do RSU novo....................................106
CAPÍTULO 4 - RESULTADOS E DISCUSSÕES...............................................109
4.1 CARACTERIZAÇÃO FÍSICA DOS RESÍDUOS..........................................109
4.2 ENSAIOS DE PERMEABILIDADE..............................................................114
4.3 ENSAIOS DE COMPRESSÃO CONFINADA..............................................118
4.4 ENSAIOS TRIAXIAIS..................................................................................125
4.4.1 Ensaios triaxiais drenados (CD).............................................................125
4.4.1.1 Influência da idade.........................................................................125
4.4.1.2 Influência do peso específico.........................................................130
4.4.1.3 Influência do grau de saturação.....................................................135
4.4.1.4 Influência dos componentes de reforço.........................................138
4.4.2 Comportamento não drenado dos RSU.................................................141
CAPÍTULO 5 - CONCLUSÕES.................................................................................153
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.......................................................................155
Capítulo 1
INTRODUÇÃO
O crescimento populacional, associado ao aumento do processo de industrialização e
às mudanças dos padrões de consumo, vem contribuindo para a geração, cada vez maior,
de Resíduos Sólidos Urbanos (RSU). Estes materiais, subprodutos de diversas atividades,
vêm se transformando num grande problema para a sociedade e para os gestores públicos.
Diversos estudos apontam caminhos alternativos para minimizar os efeitos da geração
e do descarte dos resíduos sólidos urbanos. Técnicas como a reutilização, a reciclagem e a
compostagem têm sido incentivadas como alternativas de destinação destes materiais.
Estes métodos buscam dar um tratamento final aos resíduos menos impactante ao meio
ambiente e à sociedade.
Mesmo com a adoção de políticas voltadas para a redução e o reaproveitamento dos
resíduos sólidos urbanos, devido a sua grande quantidade produzida, principalmente nas
grandes cidades, torna inevitável a implantação de sistemas de destinação final.
Os métodos mais comuns de destinação final dos resíduos sólidos urbanos são os
lixões, os aterros controlados e os aterros sanitários. Existem ainda outros métodos de
destinação, como a compostagem e a incineração, porém muito menos utilizados devido
aos custos envolvidos na operação destes sistemas. Os lixões são caracterizados por não
presentarem qualquer característica sanitária ou de proteção ambiental na disposição dos
RSU. Apesar dos aterros controlados possuírem melhores características que o lixões na
disposição dos resíduos sólidos, eles não garantem total proteção ao meio ambiente.
30 Capítulo 1 – Introdução
Neste contexto, a utilização de aterros sanitários como método de disposição final
para os RSU têm sido uma alternativa economicamente viável e ambientalmente mais
segura, principalmente para países menos desenvolvidos.
Os aterros sanitários constituem obras de engenharia que visam ao armazenamento
dos RSU de maneira segura, garantindo a proteção das águas superficiais e subsuperficiais,
do solo, do ar e do próprio homem. Ele é constituído de sistemas que permitem o tratamento
dos líquidos e gases gerados pela decomposição dos resíduos, além de apresentar
aspectos visuais menos impactantes se comparados a outros métodos de disposição.
No Brasil, o aterro sanitário é o principal sistema de destinação final dos RSU, ele é
responsável pelo armazenamento de 37 % dos resíduos produzidos. No entanto, para a
grande maioria das pequenas cidades ou mesmo para o caso de algumas capitais, os
resíduos são dispostos de forma inadequada, se transformando em uma ameaça não só
para o meio ambiente como também para o próprio homem.
A demanda crescente de áreas para disposição dos resíduos e a carência de locais
adequados a este propósito induzem à exigência de otimizar a capacidade de disposição
dos locais disponíveis. Dessa forma, os aterros sanitários estão sendo construídos com
alturas cada vez maiores, sendo comum encontrar aterros com mais de 100 metros de
altura. Devido à estas características, problemas envolvendo operação, funcionamento,
estabilidade e deformabilidade de aterros sanitários são constantes
Por se tratar de uma obra de engenharia, é necessário que se conheça as
características dos materiais que são utilizados na sua construção. No caso dos aterros
sanitários, os próprios resíduos sólidos constituem os principais materiais de sua construção
e, portanto, precisam ter suas propriedades bem definidas para que estas estruturas sejam
construídas sobre critérios de segurança aceitáveis.
Os resíduos sólidos urbanos são formados por componentes das mais diversas
origens. Assim, eles são caracterizados por apresentarem uma grande heterogeneidade dos
seus constituintes, tanto com relação aos tipos de materiais, como na variedade de formas e
dimensões. Na sua fase sólida, por exemplo, os RSU são constituídos por materiais inertes
Capítulo 1 – Introdução 31
estáveis, com características semelhantes a de materiais geotécnicos convencionais,
materiais muito deformáveis e componentes biodegradáveis.
Alguns materiais presentes nos RSU estão sujeitos a diferentes formas de
decomposição causadas por processos físico-químicos ou biológicos. Estes mecanismos
provocam o surgimento de outras substâncias, que ao interagir com os demais
componentes presentes nos RSU pode influenciar nas propriedades de todo o conjunto.
As características físicas e mecânicas dos resíduos sólidos urbanos têm sido obtidas
de diferentes formas, porém o completo entendimento dos mecanismos que governam o seu
comportamento ainda está longe de ser alcançado. Em geral, estas propriedades têm sido
avaliadas empregando-se teorias e conceitos advindos da Mecânica dos Solos. No entanto,
diversas pesquisas têm demonstrado que existem diferenças significativas entre estes dois
materiais. Dessa forma, a simples extensão destes conceitos aos RSU podem levar à
interpretações equivocadas sobre o comportamento do material, portanto eles devem ser
aplicados com certas restrições.
Para a avaliação das propriedades de resistência e de deformabilidade, por exemplo,
muitos pesquisadores têm utilizado de ensaios típicos da mecânica dos solos, como ensaios
de compressão triaxial, cisalhamento direto, compressão confinada e etc.
Este trabalho teve como objetivo a obtenção de parâmetros de resistência e de
compressibilidade de amostras de RSU coletados do Aterro Metropolitano Centro
(Salvador - BA). Foram analisados a influência da idade, do peso específico, do grau de
saturação, do desenvolvimento de pressões neutras e também da presença dos materiais
de reforço na sua resistência ao cisalhamento. As propriedades de compressibilidade foram
avaliadas através de ensaios de compressão confinada, onde foi analisada a influência da
recirculação de chorume nos seus parâmetros de deformabilidade.
Capítulo 2
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS
O constante crescimento dos centros urbanos, a forte industrialização, as mudanças
nos níveis de renda da população de uma forma geral, vêm provocando uma aceleração na
geração de lixo. A palavra lixo vem do Latim lix, que significa cinzas ou lixívia, porém o termo
mais usado na comunidade científica para estes subprodutos, resultante das diversas
atividades, é Resíduos Sólidos Urbanos (RSU). Na realidade, este termo é bastante
amplo, englobando, além dos materiais no estado sólido que o termo sugere, também
os materiais no estado semi-sólido, tais como lodos e até líquidos.
Zanta e Ferreira (2003) definem resíduos sólidos urbanos como sendo os materiais
resultantes das inúmeras atividades desenvolvidas em áreas com aglomerações humanas,
abrangendo resíduos de várias origens, como residencial, comercial, de estabelecimentos
de saúde, industriais, da limpeza pública (varrição, capina, poda e outros), da construção
civil e, finalmente, os agrícolas. Outros autores consideram que os resíduos sólidos urbanos
compreendem, estritamente, os resíduos de origem residencial, comercial, de serviços de
varrição, de feiras livres, de capinação e poda (BIDONE & POVINELLI, 1999; SCHALCH,
1992).
Segundo dados do PNSB - Pesquisa Nacional sobre Saneamento Básico, realizado
pelo IBGE em 2000, coleta-se diariamente no Brasil cerca de 228.413 toneladas de resíduos
34 Capítulo 2 – Revisão bibliográfica
sólidos, sendo 125.258 toneladas referentes aos resíduos domiciliares. O valor médio dos
resíduos domiciliares produzidos no Brasil era de 0,74 kg por habitante por dia,
destacando-se a região Norte com a menor taxa (0,58 kg/hab./dia) e a região Sudeste por
possuir a maior taxa, correspondente à 1,3 kg por habitante por dia (JUCÁ, 2003). Isso, de
certa forma, reflete a influência do nível de desenvolvimento do local na produção de
resíduos sólidos. A Tabela 2.1 apresenta a população brasileira e sua distribuição regional, a
distribuição da geração total de resíduos entre as regiões do Brasil e a geração per capita.
Tabela 2.1 - Geração de resíduos sólidos (JUCÁ, 2003).
População Total Geração de Resíduos (t/dia)
Valor (%) Valor (%)
Geração per
capita
(kg/hab.dia)
Brasil 169.799.170 - 228.413 100 1,35
Norte 12.900.704 7,6 11.067 4,8 0,86
Nordeste 47.741.711 28.1 41.568 18,2 0,87
Sudeste 72.412.411 42,6 141.617 62 1,96
Sul 25.107.616 14,8 19.875 8,7 0,79
Oeste 11.636.728 6,9 14.297 6,3 1,23
Jucá (2003) apresenta dados que relacionam a distribuição regional da população
brasileira, seu PIB e sua geração de resíduos, podendo-se destacar a Região Sudeste com
42,6% da população brasileira, sendo responsável pela geração de 62% dos resíduos
sólidos no País (Figura 2.1).
Capítulo 2 – Revisão bibliográfica 35
Norte Nordeste Sudeste Sul Centro-Oeste
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
7,6
28,1
42,6
14,8
6,9
4,5
13,1
58,3
17,8
6,4
4,8
18,2
62,0
8,7
6,3
População
PIB
Geração de Resíduos
(%)
Figura 2.1. Percentual da população, PIB e geração de resíduos sólidos por região (JUCÁ, 2003).
2.2 CLASSIFICAÇÃO DOS RESÍDUOS SÓLIDOS
A Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), por meio da norma NBR 10004
- Resíduos Sólidos: Classificação - de 2004 define os resíduos sólidos como sendo
[...] resíduos nos estados sólido e semi-sólido, que resultam de atividades de
origem industrial, doméstica, hospitalar, comercial, agrícola, de serviços e de
varrição. Ficam incluídos nesta definição os lodos provenientes de sistemas
de tratamento de água, aqueles gerados em equipamentos e instalações de
controle de poluição, bem como determinados líquidos cujas particularidades
tornem inviável o seu lançamento na rede pública de esgotos ou em corpos
d’água, ou exijam para isso soluções técnica e economicamente inviáveis em
face à melhor tecnologia disponível.
Schalch (1992), com base na NBR 10004 de 1987, apresenta uma forma de
classificação dos resíduos sólidos em função da sua origem (Figura 2.2).
36 Capítulo 2 – Revisão bibliográfica
Figura 2.2. Classificação dos resíduos sólidos urbanos segundo a sua origem (SCHALCH, 1992).
A NBR 10004 de 2004, que substitui a antiga versão de 1987, apresenta uma proposta
de classificação dos resíduos sólidos mais voltada às questões gerenciais destes materiais,
ela classifica os resíduos sólidos nas seguintes classes:
• Resíduos Classe I – se enquadram os resíduos perigosos de acordo com os
critérios de periculosidade estabelecidos pela norma (inflamabilidade, corrosividade,
reatividade, toxidade ou patogenicidade);
• Resíduos Classe II A – resíduos não perigosos e não inertes, podendo apresentar
propriedades como biodegradabilidade, combustibilidade ou solubilidade em água.
Estão incluídos nessa categoria os papéis, papelão, restos vegetais e outros;
• Resíduos Classe II B – se enquadram os resíduos não perigosos e inertes. São as
rochas, tijolos, vidros e certos plásticos e borrachas que não são decompostos
facilmente.
RESÍDUOS
SÓLIDOS
URBANOS
INDUSTRIAIS
TÓXICOS E
PERIGOSOS
RADIOATIVOS
LIXO
ATÔMICO
AGRÍCOLAS
DOMICILIAR
COMERCIAL
DE VARRIÇÃO
DE SERVIÇOS
Capítulo 2 – Revisão bibliográfica 37
Uma outra forma de classificação está relacionada com o grau de degradabilidade dos
resíduos sólidos: a) facilmente degradáveis: matéria orgânica presente nos resíduos sólidos
de origem urbana; b) moderadamente degradáveis: papéis, papelão e material celulósico; c)
dificilmente degradáveis: são os pedaços de pano, retalhos, aparas e serragens de couro,
borracha e madeira; d) não-degradáveis: vidros, metais, plásticos, pedras, solo, entre outros
(BIDONE & POVINELLI, 1999).
Existe ainda uma classificação baseada nas características físicas do RSU: teor de
umidade, distribuição do tamanho das partículas e identificação das diferentes categorias de
materiais contido em uma amostra representativa (composição gravimétrica ou volumétrica)
(KNOCHENMUS et al. 1998).
Grisolia et al. (1995a) propuseram uma sistemática de classificação para o resíduo,
usando um diagrama triangular formado por três classes de materiais: materiais inertes,
materiais muito deformáveis e materiais orgânicos biodegradáveis (Figura 2.3). Essa
classificação consiste em plotar os dados de composição de cada classe do RSU no
diagrama triangular e a partir da determinação da posição de cada amostra no diagrama,
pode-se avaliar as propriedades mecânicas esperadas para o material.
Figura 2.3. Classificação do RSU usando o diagrama triangular (GRISOLIA et al., 1995a)
'
20 %
40 %
60 %
80 %
100 %
20 %
40 %
60 %
40 % 60 % 80 %
80 %
100 %
100 %
Classe A
(Inertes)
Classe B
(Biodegradáveis)
Classe C (Altamente deformáveis)
A – (Sudeste da Ásia)
B – (Área do Mediterrâneo)
C – (Centro-Norte da Europa)
D – (USA, Canadá, Japão)
20 %
38 Capítulo 2 – Revisão bibliográfica
2.3 MÉTODOS DE DESTINAÇÃO FINAL DOS RSU
Dentro de uma visão mais ampla a respeito do gerenciamento dos resíduos sólidos
urbanos, a destinação final seria, como o próprio nome sugere, a última fase a ser cumprida
com relação a todos os processos que envolvem estes materiais. Neste ponto de vista, a
implantação de políticas voltadas à redução da produção dos resíduos, ao seu reúso, e
posteriormente a sua reciclagem, constituem medidas de extrema importância na
minimização dos problemas que envolvem a disposição final dos resíduos sólidos urbanos,
como por exemplo, na obtenção de áreas para a implantação de aterros.
Baseado nos dados do PNSB 2000, Jucá (2003) apresenta a evolução da destinação
final dos resíduos sólidos domiciliares no Brasil desde 1991 até o ano de 2000, sendo
observado o aumento acentuado da quantidade de resíduos produzidos em decorrência de
uma melhora no quadro político econômico do Brasil e o aumento de métodos de disposição
mais adequados, como os aterros controlados e os aterros sanitários (Figura 2.4).
Figura 2.4. Evolução da destinação final dos resíduos sólidos no Brasil (JUCÁ, 2003).
0
10.000
Compostagem
Triagem
Incineração
Aterro sanitário
Aterro controlado
Lixões – Vazadouro a céu aberto
20.000
30.000
40.000
50.000
60.000
70.000
80.000
90.000
100.000
110.000
120.000
130.000
1991 1995 2000
Quantidade de resíduos domiciliares (ton/dia)
Capítulo 2 – Revisão bibliográfica 39
Os métodos mais comuns de destinação final dos resíduos sólidos são:
Compostagem, Incineração, Lixões ou Vazadouros, Aterros Controlados e Aterros
Sanitários.
2.3.1 Compostagem
A compostagem é uma reciclagem da fração orgânica dos resíduos sólidos urbanos,
transformando estes materiais em uma substância com aplicação mais nobre. Tem como
objetivo, além da recuperação, o preparo da fração orgânica, favorecendo a ação de
agentes biológicos.
Segundo Bidone e Povinelli (1999), a compostagem consiste de um processo biológico
aeróbio e controlado de transformação da matéria orgânica em um material estabilizado com
propriedades distintas daquele material que lhe deu origem. Algumas substâncias são
volatilizadas, outras são utilizadas pelos microrganismos para formação de seus tecidos e
outras, ainda, transformadas biologicamente em uma substância escura, uniforme, com
consistência amanteigada e aspecto de massa amorfa, com propriedades físicas, químicas
e físico-químicas inteiramente diferente da matéria-prima original.
2.3.2 Incineração
A incineração é definida como um processo de redução da massa e do volume dos
resíduos através da combustão controlada.
40 Capítulo 2 – Revisão bibliográfica
Países com pequena disponibilidade de área, como Japão, Suíça e Suécia,
apresentam um grande número de incineradores e uma tendência acentuada de
crescimento deste tipo de destinação dos RSU (IPT, 2000).
Apesar de possuir inúmeras vantagens com relação aos outros métodos de
destinação, sendo uma boa alternativa para países que apresentam escassez de áreas para
a implantação de aterros sanitários, este método apresenta algumas desvantagens: i) custo
elevado de instalação e de operação; ii) exigência de mão-de-obra qualificada para garantir
a qualidade da operação; iii) presença de materiais nos resíduos que geram compostos
tóxicos e corrosivos.
2.3.3 Lixões ou vazadouros
É uma forma de disposição final dos RSU, na qual estes são lançados sobre o solo,
sem qualquer medida de proteção ao meio ambiente ou a saúde pública. Não existem
controles sobre o tipo, volume ou grau de periculosidade dos resíduos depositados. Os
resíduos são simplesmente lançados sobre o solo natural sem receber qualquer tipo de
tratamento mecânico para redução de seu volume.
Esta forma de disposição facilita a proliferação de inúmeros vetores (moscas, ratos,
mosquitos), geração de maus odores e, principalmente, a contaminação do solo e das
águas subterrâneas e superficiais, pela infiltração dos líquidos gerados pela decomposição
do RSU.
Capítulo 2 – Revisão bibliográfica 41
2.3.4 Aterros controlados
É uma forma de disposição final dos RSU no solo, na qual precauções tecnológicas
executivas adotadas durante o desenvolvimento do aterro, como o recobrimento dos
resíduos com argila (quase sempre sem compactação), aumentam a segurança do local,
minimizando os riscos de impactos ao meio ambiente e à saúde pública. Este método é
preferível ao lixão, mas devidos aos problemas ambientais que podem causar em
consequência da quase inexistência da aplicação de técnicas sanitários adequadas,
principalmente para o tratamento dos efluentes, este método também deve ser evitado.
Constitui uma técnica aceitável para pequenos municípios que não possuem equipamentos
compactadores ou arrecadação suficiente para contratação de empresas especializadas na
implantação e operação de aterros sanitários. Nas cidades do semi-árido brasileiro, com
suas características de baixa pluviosidade e por constituírem regiões que apresentam baixo
desenvolvimento econômico, a implantação deste método de disposição final está sendo
muito estimulada.
2.3.5 Aterros sanitários
Em todo o mundo, sabe-se que o método de disposição de resíduos sólidos urbanos
denominado de Aterro Sanitário constitui o principal sistema de destinação para grade parte
dos resíduos produzidos. Trata-se de obras de engenharia nas quais os resíduos sólidos
gerados nos Centros Urbanos são dispostos, respeitando-se as suas características
peculiares e tomando-se todas as medidas cabíveis para que o solo, a água, o ar e as
pessoas que vivem em seu entorno sejam o menos impactados possível. Devido ao caráter
bio-degradável do material armazenado e aos sub-produtos gerados no processo de
42 Capítulo 2 – Revisão bibliográfica
decomposição deste material (basicamente chorume e gases), estas obras são
inequivocamente multidisciplinares, exigindo profissionais de diversas áreas para a sua boa
execução.
A norma NBR 8419 (ABNT,1992) define aterro sanitário como sendo uma
[...] técnica de disposição de resíduos sólidos no solo sem causar danos ou
riscos à saúde pública e à segurança, minimizando os impactos ambientais,
método este que utiliza princípios de engenharia para confinar os resíduos
sólidos à menor área possível e reduzi-los ao menor volume permissível,
cobrindo-os com uma camada de terra na conclusão de cada jornada de
trabalho ou intervalos menores se necessário.
A obra de um aterro sanitário compreende um conjunto de componentes e técnicas
operacionais tais como: divisão em células, compactação dos resíduos, cobertura, sistema
de impermeabilização do solo de fundação, sistema de coleta e drenagem de líquidos e
gases, tratamento do chorume, monitoramento geotécnico e ambiental entre outros.
Segundo Leite (1995), a implantação de um aterro sanitário tem como principais
objetivos evitar:
• o aparecimento e a proliferação de roedores, moscas, baratas, etc;
• o estabelecimento de catadores na área;
• o espalhamento de papéis e lixo pela redondeza, pela ação do vento;
• a criação e a engorda de animais, como porcos e aves, que podem transmitir
doenças ao homem;
• a poluição das águas superficiais e subsuperficiais.
Pode-se classificar os aterros sob duas formas: quanto ao tipo de material a ser
aterrado e quanto ao método de aterramento.
a) Quanto ao tipo de aterro: destacam-se os aterros sanitários convencionais para
resíduos sólidos, para resíduos sólidos triturados e para resíduos especiais.
Capítulo 2 – Revisão bibliográfica 43
Os aterros convencionais são aqueles usados para disposição de resíduos sólidos
urbanos e materiais inertes, empregando os processos de compactação. Já os aterros de
resíduos sólidos triturados, recebem resíduos previamente triturados, perdendo muitas
características consideradas insatisfatórias num aterro convencional. Estes tipos de aterros
podem atingir altas densidades, cerca de 35% maior que em aterros convencionais. Além
disso, dependendo da legislação local, os resíduos podem ser dispostos sem recobrimento
diário, aumentando a vida útil do aterro. Os aterros de resíduos específicos são aterros
conhecidos como monoaterros, pois são exclusivos para um tipo de material. Os aterros de
resíduos de saúde constituem um exemplo deste tipo de aterro (TCHOBANOGLOUS et al.
1993).
b) Quanto ao método de aterramento: quanto ao método de aterramento os aterros
podem ser classificados como de célula escavada ou trincheira, de área ou de superfície e
de depressão (Figura 2.5).
Segundo Tchobanoglous et al. (1993) o método da trincheira ou de célula escavada
deve ser aplicado quando o local de aterro for plano ou levemente inclinado, sendo próprio
para pequenas comunidades onde a produção diária não ultrapassa 10 t. O lençol freático
também não deve ser muito elevado, para evitar que possíveis líquidos que venham a
percolar pela base do aterro possam alcança-lo.
Este tipo de aterro é muito utilizado no Brasil, pois se busca através deste método
aproveitar ao máximo a área de disposição, acondicionando o maior volume possível de
resíduos. Quantidades diárias muitos superiores à 10 t são dispostas nestes aterros.
Nas trincheiras de grande porte o RSU é descarregado em seu interior e com o auxílio
de um trator esteira o mesmo é empurrado de baixo para cima, sendo compactado em uma
rampa de aproximadamente 1:3. No final da jornada de trabalho o mesmo é coberto com
solo formando dessa forma uma célula do aterro (BIDONE & POVINELLI, 1999).
O método da área ou aterro de superfície é usado em locais de topografia plana onde
não é apropriada a execução de trincheiras e células. Os resíduos são descarregados e
44 Capítulo 2 – Revisão bibliográfica
compactados, formando uma elevação em forma de tronco-de-pirâmide, que recebe a
cobertura de solo no final do dia. Os desníveis para disposição dos resíduos são obtidos
com um dique de terra ou do próprio resíduo. Esse método é bastante oneroso, pois requer
cuidados especiais, como por exemplo, construção de diques, bombeamento constante do
lençol freático, etc.
Figura 2.5. Tipos de aterros sanitários (TCHOBANOGLOUS et al. 1993).
aterro de solo
cobertura final
(inclinação)
a) Trincheiras / células escavadas
células de
resíduos
aterro de solo
célula de RSU
cobertura final
b) Superfície
curvas de nível
topo do aterro
valeta de
drenagem
cobertura final
(inclinação)
superfície original
do terreno
c) Depressão
Capítulo 2 – Revisão bibliográfica 45
Os aterros de depressão são usados em regiões de topografia acidentada, como
depressões, ravinas, pedreiras abandonadas e encostas. As técnicas de disposição e
compactação do resíduo variam com a geometria do local, as características de
disponibilidade de materiais para cobertura, com a hidrologia e geologia do local,
compatibilidade aos sistemas de drenagem de gás e de líquidos e características de acesso
ao local (TCHOBANOGLOUS et al., 1993).
Segundo Leite (1995) e Assis (1999), um fator restritivo ao uso de aterros sanitários
como método de disposição dos resíduos sólidos é o custo cada vez mais elevado à sua
implantação, advindo do alto preço da terra, principalmente nas regiões urbanas e
industrializadas e das condicionantes impostas pelos órgãos ambientais visando a proteção
do meio ambiente. Apesar disso, em comparação aos outros métodos de disposição final, os
aterros sanitários ainda representa uma boa alternativa, principalmente para os países em
desenvolvimento que apresentam boa disponibilidade de terra.
2.4 PROPRIEDADES FÍSICAS DOS RSU
2.4.1 Composição
A composição física ou gravimétrica define o percentual dos diversos componentes
presentes no lixo. A composição gravimétrica normalmente espelha o nível de renda da
população; deste modo, é de se esperar que regiões mais ricas apresentem, por exemplo,
um menor percentual de material orgânico, em conseqüência de uma menor manipulação
de alimentos, isto é, maior utilização de alimentos semi-prontos. Em contra-partida, os
percentuais de vidro e de materiais plásticos tendem a ser mais elevados.
46 Capítulo 2 – Revisão bibliográfica
Neste contexto, a fase sólida dos RSU é constituída por uma mistura de materiais de
diferentes tipos, formas e dimensões, tais como, papel, plástico, papelão, tecidos, borracha,
madeira, vidro, metais, resíduos alimentares e de feiras, entulho e outros. A composição do
RSU é muito heterogênea e pode variar de pequenos materiais orgânicos até grandes
materiais inorgânicos. Carvalho (1999) apresenta dados compilados de alguns autores da
composição dos RSU de diversas localidades, representados na Tabela 2.1.
Tabela 2.2 - Composição do resíduo sólido urbano para diferentes cidades (CARVALHO, 1999).
Componetes Cidade / País
Bangkok Pekin Nairobi
Hong
kong
New
York
Istanbul Atenas Cochabamba Brasil
Tailândia China Kenia USA Turquia Grecia Bolivia São Paulo Recife
Metal 1 1 3 3 5 2 4 1 5 2
Papel 25 5 12 3 22 10 19 2 14 15
Plástico - 1 5 - - 3 7 3 14 8
Borracha, couro
e madeira
7 1 - 7 3 6 4 1 7 -
Têxteis 3 - - 10 - 3 - - 3 -
Matéria org. 44 45 74 15 20 61 59 71 51 60
Vidro 1 1 4 10 6 1 2 1 1 2
Outros 19 46 2 22 46 14 5 21 5 13
2.4.2 Distribuição do tamanho das partículas
Devido a grande heterogeneidade e variedade dos resíduos sólidos urbanos, um
procedimento para determinação da distribuição das dimensões de seus componentes é
bastante limitado. Para uma primeira aproximação, tem-se procurado correlacionar os
componentes individuais do resíduo a diâmetros equivalentes (TCHONOBANOGLOUS et
al., 1993) (Figura 2.6).
Capítulo 2 – Revisão bibliográfica 47
Figura 2.6. Diâmetros equivalentes dos componentes do RSU (TCHOBANOGLOUS et al., 1993).
Muitos pesquisadores têm utilizado o processo clássico do peneiramento e traçado a
curva de distribuição dos tamanhos dos grãos. Segundo Knochenmus et al. (1998), o
tamanho dos constituintes pode variar entre partículas com dimensões de pedregulho até
partículas com dimensões inferiores a 0,075mm. Existe contudo, uma tendência no aumento
da porcentagem da fração mais fina do RSU com o tempo, como resultado da
biodegradação da matéria orgânica (KNOCHENMUS et al.,1998; MACHADO et al., 2005).
Para representação da distribuição granulométrica do RSU do aterro Bandeirantes em
São Paulo, Carvalho (1999) utilizou uma série de peneiras pré-selecionadas (2”, 1
1/2
”,1”,
5/8”, 3/8”, 4,76 mm, 2mm e 0,59), medindo manualmente os componentes com dimensões
maiores que 2”. Foram utilizadas amostras de RSU com 15 anos de aterrado, secas em
estufa a uma temperatura de 70
o
C. Foram excluídos os materiais plásticos e têxteis (estes
materiais representavam 20% em peso da amostra total). A Figura 2.7 apresenta as curvas
48 Capítulo 2 – Revisão bibliográfica
granulométrica dos resíduos estudados por Carvalho (1999), juntamente com a faixa de
ocorrência sugerida por Jessberger (1997).
0
2 0
4 0
6 0
8 0
1 0 0
% q u e p a s s a
1 E - 0 2 1 E - 0 1 1 E + 0 0 1 E + 0 1 1 E + 0 2 1 E + 0 3
D i â m e t r o ( m m )
J e s s b e r g e r ( 1 9 9 4 )
D a d o s o b t i d o s
Diâmetro (mm)
0,01 0,1 1 10 100 1000
0
20
40
60
80
100
Carvalho (1999)
Faixa sugerida por
Jessberger (1994)
% que passa
Figura 2.7. Distribuição do tamanho das partículas do RSU com 15 anos de aterrado
(CARVALHO, 1999).
2.4.3 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. Num
mesmo aterro sanitário o teor de umidade pode variar significativamente entre um ponto e
outro, tornando-se relevante a obtenção do perfil de umidade com a profundidade, o qual
pode ser obtido através de secagem de amostras representativas em estufa ou de
Capítulo 2 – Revisão bibliográfica 49
outros métodos de determinação da umidade, como da sonda de nêutrons. Quando se
trata de RSU, a umidade é expressa tanto em base seca, como adotado em geotecnia, ou
seja, w = (M
w
/M
s
) x 100 (%), como em base úmida, w
w
= (M
w
/M) x 100 (%). Os dois índices
estão relacionados, pois w
w
= w / (1+w). É importante especificar o tipo de umidade que se
está utilizando, pois a depender da área de estudo é mais comum se utilizar de uma ou da
outra forma de representação.
Carvalho (1999) encontrou valores de teor de umidade entre 50% e mais de 100%
para resíduos do aterro Bandeirantes em São Paulo. Em seu estudo, ela apresenta os
valores de umidade para os diferentes constituintes do resíduo (Tabela 2.3).
Tabela 2.3 - Umidade dos componentes do RSU (CARVALHO, 1999)
Componentes Umidade (%)
Base seca Base úmida
Metais 19,6 16,4
Papel 74,8 42,8
Vidro 5,9 5,57
Plástico 41,5 29,3
Borracha 24,5 19,6
Têxteis 55,0 35,5
Pedra 12,6 11,2
Madeira 69,8 41,1
Pasta Orgânica 47,0 32,0
Existe uma grande variação nos valores de umidade entre os diferentes componentes
do RSU, 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. Azevedo et al.
(2003) comprovam esse fato, apresentando resultados de teores de umidade para resíduos
de diversas idades do aterro de Santo André, São Paulo, onde observaram uma diminuição
dos valores com o aumento da idade (w (%) = -0,63.t (meses) + 59,3), provavelmente
causada pela diminuição da quantidade de matéria orgânica devido a sua decomposição,
pois durante o processo há o consumo de água tanto intrínseca (água presente na
composição da matéria orgânica) como da água livre.
50 Capítulo 2 – Revisão bibliográfica
Na Figura 2.8 estão apresentados resultados publicados por alguns autores do teor de
umidade em função da profundidade.
Figura 2.8. Teor de umidade para o resíduo sólido urbano (CARVALHO, 1999).
Os componentes inorgânicos, tais como papéis e produtos plásticos, geralmente, têm
um teor de umidade abaixo de 10%. Assim, o teor de umidade tende a aumentar com o
aumento do conteúdo orgânico do material.
2.4.4 Temperatura
As temperaturas dos aterros de resíduos sólidos urbanos normalmente variam entre
30º e 60º, apresentando valores crescentes com o aumento da profundidade. Após
profundidades entre 5 e 10 m, estes valores tendem a se estabilizar e a variação da
Teor de umidade (%)
0 50 100 150
Profundidade (m)
0
5
10
15
20
25
30
35
outubro 1988
novembro 1990
Gabr & Valero (1995)
Jucá et al. (1997)
Variação de valores medidos
(Coumoulos et al., 1995)
Blight et al. (1992)
Capítulo 2 – Revisão bibliográfica 51
temperatura ambiente perde parte de sua importância, conforme verificado em estudos de
Coumolos et al. (1995) (Figura 2.9) e Mariano e Jucá (1998) (Figura 2.10).
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 do RSU com a profundidade, Aterro da Muribeca, Recife
(Brasil), (MARIANO & JUCÁ, 1998).
2.4.5 Peso específico in situ
Existem várias técnicas para determinação do peso específico in situ, dentre elas
destacam-se os ensaios em poços escavados (2 a 4 m de profundidade) ou trincheira e
aqueles empregando radiação gama. Os ensaios em poços consistem na pesagem do
52 Capítulo 2 – Revisão bibliográfica
material e determinação do volume a partir do preenchimento da cava com água, antes
devidamente impermeabilizada com manta sintética. Devido as características peculiares do
RSU, nenhum dos métodos é realmente preciso, podendo haver variações significativas nos
resultados obtidos.
O peso específico dos maciços de RSU é influenciado pela composição e umidade do
RSU, pelas camadas de cobertura de solo utilizadas diariamente, pelo grau de compactação
e pela decomposição e consolidação do resíduo com o tempo. Em aterros mais antigos, o
peso específico 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 (KÖNIG & JESSBERGER, 1997).
Manassero et al. (1996) apresentaram valores de pesos específicos em função do
grau de compactação dos aterros: 3 a 9 kN/m
3
para aterros mal compactados, de 5 a 8
kN/m
3
para moderadamente compactados e de 9 a 10,5 kN/m
3
para aterros bem
compactados.
Os pesos específicos obtidos para os resíduos sólidos urbanos aterrados apresentam
uma ampla faixa de variação, desde pequenos valores como 3 kN/m
3
, para aterros não
compactados a pobremente compactados, até valores como 17 kN/m
3
, para aterros com alto
grau de compactação (KÖNIG & JESSBERGER,1997).
Carvalho (1999) relata as dificuldades em se determinar o peso específico do RSU em
campo. Em seu trabalho foram encontrados valor de peso específico entre 8 e 15 kN/m
3
, por
meio da pesagem de material obtido de furos de sondagem e da estimativa do volume do
furo. Comenta da imprecisão na determinação destes valores, porém observa a tendência
do aumento do peso específico com a profundidade.
Resultados de Azevedo et al. (2003), comprovam o aumento do peso específico do
RSU com a idade (Figura 2.11).
Capítulo 2 – Revisão bibliográfica 53
Figura 2.11. Variação do peso específico com a idade do resíduo (AZEVEDO et al., 2003).
2.4.6 Permeabilidade do RSU
A determinação do coeficiente de permeabilidade (k) é de fundamental importância
para o dimensionamento dos sistemas de drenagem interna de chorume e gás dos aterros
sanitários de RSU.
A permeabilidade é normalmente avaliada por meio de ensaios de laboratório e
ensaios in situ, executados em trincheiras e poços escavados de grande diâmetro ou em
furos de sondagem.
Carvalho (1999) apresenta dados de condutividade hidráulica de RSU publicados por
vários autores (Tabela 2.4).
Knochenmus et al. (1998) alertam para o fato de que a permeabilidade do maciço de
RSU é altamente dependente do procedimento de aterramento, grau de compactação, nível
de tensões, idade e composição do RSU, portanto, deve ser determinada de caso para
caso. Manassero et al. (1996) sugere o uso de um coeficiente de permeabilidade de
10
-3
cm/s como uma primeira aproximação nos projetos.
0 10 20 30 40 50 60 70
0
5
10
15
20
Peso Específico
(kN/m³)
γ (kN/m³) = 0,0687t + 8,1719
Idade (meses)
54 Capítulo 2 – Revisão bibliográfica
Tabela 2.4 - Coeficientes de permeabilidade para o RSU obtidos por diferentes autores
(CARVALHO, 1999).
Referência Peso
específico
(kN/m³)
Coeficiente de
permeabilidade
(m/s)
Método de ensaio
Fungaroli et al. (1979) 1,1 - 4 1 x 10
-5
– 2 x 10
-4
Determinação em lisímetros
Koriates et al. (1983) 8,6 3,15 x 10
-5
– 5,10 x 10
-5
Ensaio de laboratório
Oweis & Khera (1986) 6,45 1 x 10
-5
Estimativa de dados de campo
Oweis et al. (1990) 6,45
9,4 – 14
6,3 – 9,4
1 x 10
-5
1,5 x 10
-6
1,1 x 10
-5
Ensai de bombeamento
Ensaio de campo com carga
variável
Ensaio em poço
Landva & Clark (1990) 10,1 – 14,4 1 x 10
-5
– 4 x 10
-4
Ensaio em poço
Gabr & Valero - 1 x 10
-7
– 1 x 10
-5
Ensaio de laboratório
Blengino et al. (1996) 9 - 11 3 x 10
-7
– 3 x 10
-6
Ensaio de campo em furos
profundos (30 – 40 m) e com
carga variável
Manassero et al. (1990) 8 - 10 1,5 x 10
-5
– 2,6 x 10
-4
Ensaio de bombeamento (15 –
20m de profundidade)
Beaven & Powrie (1995) 5 – 13 1 x 10
-7
– 1 x 10
-4
Ensaio de laboratório com
pressão conf. De 0 – 600 kPa
Brandi (1990) 11 – 14
13 – 16
7 x 10
-6
– 2 x 10
-6
(comp. Rolo)
5 x 10
-6
– 3 x 10
-7
(comp. dinâmica)
Ensaio de campo com carga
variável
Ensaio em poço
Brandi (1994) 9 – 12
9 – 12
13 – 17
2 x 10
-6
– 1 x 10
-6
5 x 10
-4
– 3 x 10
-5
(pré-tratado)
2 x 10
-6
– 3 x 10
-5
(muito compactado)
Ensaio de laboratório
Jessberger (1984) RSU mist. com
entulho
(ensaio I)
1 x 10
-8
– 1 x 10
-3
3 x 10
-8
– 1 x 10
-5
Antes da comp. dinâmica
Depois da comp. dinâmica
Jessberger (1984) RSU mist. com
entulho
(ensaio II)
4 x 10
-6
– 4 x 10
-3
1 x 10
-7
– 1 x 10
-4
Antes da comp. dinâmica
Depois da comp. dinâmica
Santos et al. (1998) 14 – 19 1 x 10
-7
Ensaio in situ em furo de
sondagem
Blengino et al. (1996) - 3 x 10
-7
– 2,5 x 10
-6
Ensaio in situ em furo de
sondagem
Capítulo 2 – Revisão bibliográfica 55
Os ensaios para determinação do coeficiente de permeabilidade em campo
apresentam inúmeras dificuldades em virtude do caráter heterogêneo que o RSU apresenta.
Realizando ensaios de perda d’água em furos de sondagem, Simões et al. (2003) avaliaram
a permeabilidade do resíduo da Central de Tratamento de Resíduos Sólidos em Belo
Horizonte, obtendo para este resíduo valores situados na faixa de 10
-4
cm/s.
Realizando ensaios de infiltração em dois furos de sondagem, Carvalho (1999)
observou uma grande variação nos valores do coeficiente de permeabilidade, atribuindo à
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.
Os valores situaram-se na faixa de 8 x 10
-4
a 5 x 10
-6
cm/s.
3 0
2 5
2 0
1 5
1 0
5
0
P r o f u n d i d a d e ( m )
1 E - 0 6 1 E - 0 5 1 E - 0 4 1 E - 0 3
k ( c m / s e g )
S P T - T 0 3
S P T - T 0 5
30
25
20
15
10
5
0
1E-06 1E-05 1E-04 1E-03
k (cm/s)
Profundidade (m)
SPT-T 03
SPT-T 05
Figura 2.12. Coeficiente de permeabilidade do RSU em função da profundidade (CARVALHO,
1999).
Utilizando um permeâmetro especial, capaz de obter amostras indeformadas (as
amostras, na verdade, eram pouco deformadas), Azevedo et al. (2003) tentaram avaliar o
comportamento da permeabilidade do RSU com sua idade. Os valores obtidos da
condutividade hidráulica praticamente não variaram com a idade dos resíduos, obtendo-se o
valor médio de 9,5 x 10
-4
cm/s.
56 Capítulo 2 – Revisão bibliográfica
2.5 PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS RSU
2.5.1 Introdução
As principais propriedades mecânicas do RSU (resistência ao cisalhamento e
compressibilidade) são bastante influenciadas pela composição e estado de alteração do
resíduo, bem como pelo comportamento mecânico individual de cada componente. As
informações sobre essas propriedades dos RSU são escassas e, em alguns casos, os
dados publicados são contraditórios (KNOCHENMUS et al., 1998 e DIXON, 2005).
Em geral, as propriedades mecânicas dos resíduos sólidos urbanos são avaliadas
empregando, para esses materiais, os métodos convencionais de ensaios, tanto de campo
como de laboratório, desenvolvidos na Mecânica dos Solos.
2.5.2 Compressibilidade dos RSU
Uma propriedade mecânica muito importante dos RSU para a previsão do
comportamento dos aterros sanitários está relacionada às suas características de
deformabilidade. A previsão dos recalques em aterros sanitários de RSU é de grande
importância para a avaliação da integridade dos seus componentes, tais como camadas de
cobertura final e sistemas de drenagem de líquidos e gases, além de possibilitar a avaliação
do desempenho desses empreendimentos após o seu fechamento. Além disso, a previsão
dos recalques ao longo do tempo permite uma estimativa da vida útil dos aterros sanitários,
aspecto importante no contexto do gerenciamento dos resíduos sólidos (SIMÕES &
CAMPOS, 2003).
Capítulo 2 – Revisão bibliográfica 57
De acordo com Sowers (1973), nos aterros sanitários ocorrem os seguintes
mecanismos responsáveis pelos recalques:
1. Solicitações mecânicas, como distorções, dobramentos, esmagamentos e
reorientação dos materiais, que ocasionam processos similares à consolidação dos
solos orgânicos;
2. Carreamento e erosão interna, fazendo com que as partículas mais finas ocupem
os espaços compreendidos entre as partículas maiores;
3. Mudanças físico-químicas, tais como, oxidações, corrosões e combustões;
4. Degradação bioquímica: fermentação e decomposição, tanto anaeróbia como
aeróbia;
5. Interação entre os diversos mecanismos, como por exemplo, o metano gerado pela
biodecomposição pode entrar em combustão espontânea pelo calor gerado no
interior do aterro, ou ainda os ácidos orgânicos da decomposição podem acelerar
ou desencadear processos de corrosão e erosão.
Os aterros sanitários de RSU recalcam, sob peso próprio, entre 10 a 30% da altura
original e a maioria dos recalques ocorre nos primeiros anos após o seu fechamento
(GRISOLIA & NAPOLEONI, 1996).
Grisolia e Napoleoni (1996) apresentam uma curva de compressibilidade teórica para
explicar os diversos mecanismos responsáveis pelos recalques nos aterros sanitários de
RSU, Figura 2.13.
58 Capítulo 2 – Revisão bibliográfica
Figura 2.13. Curva teórica de compressibilidade do RSU (Grisolia e Napoleoni, 1996).
Após a sua disposição no aterro, o resíduo apresenta uma estrutura porosa que pode
variar bastante de forma e volume. Com o acréscimo das sobrecargas, ocorre uma
acentuada redução de volume dos materiais altamente deformáveis e deslocamento dos
inertes estáveis (Fase II). Mantendo a sobrecarga constante, ocorrem deformações por
fluência e transformações da matéria orgânica (Fase III), até que estabeleçam, no fim do
processo, contatos diretos entre os elementos inertes estáveis.
2.5.2.1 Modelos para previsão dos recalques em aterros de RSU
Existem diversos modelos na literatura utilizados para a previsão dos recalques em
aterros sanitários de resíduos sólidos urbanos com diferentes formas de abordagens dos
mecanismos responsáveis por esses recalques. A maioria dos modelos existentes podem
ser divididos nas seguintes categorias: i) modelo de consolidação, no qual a teoria do
adensamento unidimensional de Terzaghi normalmente é utilizada; ii) modelos que se
Capítulo 2 – Revisão bibliográfica 59
apoiam na descrição do processo reológico, como por exemplo, o modelo exponencial de
creep (Power creep law) de Gibson e Lo; iii) modelo de biodegradação, onde a degradação
da matéria orgânica provoca uma redução de volume da massa de resíduos, podendo ser
avaliada através de modelos de geração de gás; iv) modelos baseados em regressões (por
exemplo, logarítmicas, hiperbólicas, bi-linear, multi-linear), obtidas a partir de dados de
recalques dos aterros sanitários. Liu et al. (2006) apresenta um tabela com alguns modelos
utilizados na previsão dos recalques dos aterros sanitários e seus respectivos
pesquisadores (Tabela 2.5).
Tabela 2.5 - Modelos para previsão dos recalques em aterros sanitários e seus respectivos
autores (LIU et al., 2006).
Categoria do modelo Pesquisador
Modelo de base
reológica
Função logarítmica Edil et al. (1990) Bleiker et al. (1995)
Chen & Chou (1998)
Yen & Scanlon (1975)
Modelo exponencial de
creep
Edil et al. (1990) Punyamurthula (1995)
Zhao et al. (2001)
Método da regressão Função hiperbólica Ling et al. (1998)
Função bi-linear Bjarngard & Edgers (1990)
Jesserberger & Kockel (1991)
Stulgis et al. (1995)
Função multi-linear Deutsch, Jr. et al. (1994)
Sowers (1973) Yen & Scanlon (1975)
Rao et al. (1977) Oweis & Khera (1986)
Bjarngard & Edgers (1990) Edil et al. (1990)
Landva & Clark (1990) Morris & Woods (1990)
Teoria da consolidação Wall & Zeiss (1992) Deutsch, Jr. et al. (1994)
Fasset et al. (1994) Boutwell & Fiore (1995)
Stulgis et al. (1995) Ourry & Page (2005)
Gourc & Olivier (2005)
Wall & Zeiss (1992)
Park & Lee (1997)(202)
Bioconsolidação Edgers et al. (1992)
Afonso et al. (2003)
60 Capítulo 2 – Revisão bibliográfica
Os modelos mais tradicionais consideram que os recalques ao longo do tempo podem
ser divididos em algumas fases distintas:
A) Compressão inicial ou imediata, associada às cargas impostas nos processos de
operação dos aterros sanitários;
B) Compressão primária, provocada pela drenagem dos fluidos, sendo analisada
através das teorias do adensamento de Terzaghi. Segundo Sewors (1973), a
compressão primária é relativamente rápida, ocorrendo em aproximadamente 30
dias. A avaliação dos recalques totais devido à compressão primária utilizando
essas teorias têm fornecido estimativas razoáveis (SIMÕES & CAMPOS, 1998). A
compressão primária dos RSU pode ser estimada com auxílio da Equação (2.1):
1
=
H
o
1e
o
⋅C
c
⋅log
'
vo
'
vo
'
vo
(2.1)
Onde: ρ
1
- Recalque devido à compressão primária da camada de espessura H
o
;
e
o
- Índice de vazios inicial; C
c
- Índice de compressão primário; σ'
vo
= tensão vertical efetiva
inicial e Δσ'
vo
= Acréscimo de tensão vertical efetiva;
C) Compressão secundária, causada por deformações viscosas e pela
decomposição da matéria orgânica. De acordo com Sowers (1973), a compressão
secundária é responsável pela maior parcela das deformações nos aterros
sanitários e os recalques secundários estão associados a combinação da
compressão secundária mecânica, da ação físico-química e da degradação
biológica. De acordo com o autor, o índice de compressão secundária (C
α
) é
proporcional ao índice de vazios inicial do resíduo e à condições favoráveis a
degradação. Condições favoráveis a decomposição da matéria orgânica
acarretam elevados valores do coeficiente de compressão secundária e,
consequentimente, altas taxas de recalques. Permanecendo constantes os
Capítulo 2 – Revisão bibliográfica 61
parâmetros relacionados à degradação dos resíduos, os recalques decorrentes da
compressão secundária podem ser previstos a partir da Equação 2.2:
2
=
H
o
1e
o
⋅C
⋅log
t
1
t
t
1
(2.2)
O recalque final é a soma das parcelas dos efeitos da compressão imediata, primária e
secundária. Existe uma grande dificuldade no emprego dessa modelo na previsão dos
recalques de aterros sanitários, pois os parâmetros requeridos C
c
, C
α
e e
o
à sua aplicação
são difíceis de serem determinados, visto que os resíduos apresentam grande
heterogeneidade e presença de materiais de grandes dimensões, necessitando
equipamentos de ensaios de dimensões maiores e que contemplem esses aspectos
particulares (MACHADO et al, 2005; SIMÕES & CAMPOS, 1998).
Simões et al. (1996) e Simões e Campos (1998) chamam a atenção para a aplicação
de modelos para previsão dos recalques em aterros de RSU que levam em consideração
aspectos mais realistas das características destes maciços, como, por exemplo, a existência
de deformações finitas e de se tratar de meios não saturados.
2.5.2.2 Bioconsolidação
A composição dos RSU pode variar bastante com o local e com o tempo de
disposição, e isso depende de inúmeros fatores, como por exemplo, as condições sócio-
econômicas, condições climáticas, coleta dos resíduos, métodos de disposição,
procedimentos de amostragem e de separação (TCHOBANOGLOUS el al., 1993). Apesar
da variabilidade na composição, a porcentagem de matéria orgânica presente na
composição dos RSU é bastante elevada. Essa matéria orgânica biodegradável pode ser
62 Capítulo 2 – Revisão bibliográfica
reduzida a componentes mais simples pela ação de microorganismos aeróbios e
anaeróbios.
Durante o processo aeróbio, o qual é relativamente curto, a matéria orgânica
biodegradável reage com o oxigênio para formar dióxido de carbono, água, e outros
subprodutos. A redução do oxigênio no meio indica o início do processo microbiano
anaeróbio, que persiste por um longo tempo. No meio anaeróbio a degradação da matéria
orgânica prossegue sequencialmente, iniciando com a hidrólise dos materiais complexos,
transformando-os em substâncias mais simples, como as proteínas, os carboidratos e os
lipídios, os quais são ainda mais hidrolisados. Altas concentrações de ácidos orgânicos,
amônia, hidrogênio, água e calor são produzidos. À medida que o processo de
biodegradação evolui, chegando a fase conhecida como fase matanogênica, ocorre uma
intensificação na produção de gases, principalmente dióxido de carbono e metano
(MCBEAN et al., 1995; BIDONE & POVINELLI, 1999).
O processo de biodegradação anaeróbio é influenciado por diversos fatores, os quais
incluem as próprias características do resíduo, seu teor de umidade, a temperatura do meio,
pH, disponibilidade de nutrientes e microorganismos, como também a presença de
inibidores, assim como oxigênio, metais, e sulfatos (BIDONE & POVINELLI, 1999; EL-
FADEL et al., 1999). Segundo Bidone e Povinelli (1999) é possível que exista um grau de
compactação ótimo dos resíduos associado a um teor de umidade que favoreça a
metanogênese.
As fases do processo de biodegradação mencionadas anteriormente estão bem
definidas. É de se esperar, que a contínua perda de massa da fase sólida resulte em
significantes alterações nas propriedades geotécnicas do RSU, tais como permeabilidade e
compressibilidade (SOLER et al., 1995). Segundo Soler et al. (1995), a fase metanogênica,
onde predomina a geração de metano e dióxido de carbono, é a mais longa, portanto é a
que mais interfere nos processos de bioconsolidação. Desta forma os modelos de geração e
transporte de gases no interior dos aterros sanitários têm se concentrado nessa fase.
Capítulo 2 – Revisão bibliográfica 63
Alguns métodos para previsão dos recalques que incorporam em suas formulações
aspectos da biodegradação são baseados nos modelos de geração de gases, uma vez que
a perda de massa, e consequentemente a redução de volume ao longo do tempo
(bioconsolidação), são função da taxa de produção de gases no interior dos aterros
sanitários. Existem vários métodos e modelos que podem ser usados para a estimativa da
taxa de geração de biogás nos aterros sanitários, como o modelo Scholl Canyon,
desenvolvido pela Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos (USEPA),
reconhecidamente o mais difundido. O modelo Scholl Canyon é derivado da seguinte
equação geral:
V
CH
4
=k⋅L
o
∫
t=0
t=i
M t ⋅e
−k⋅t
⋅dt
(2.3)
Onde: V
CH
4
(m³) é o volume de metano gerado no tempo t; k (1/ano) é a taxa de
geração de metano; L
o
(m³ CH
4
/t RSU) é o potencial de geração do metano, expresso em
volume por unidade de massa do resíduo; M (t) é a parcela biodegradável do resíduo.
Os modelos que se baseiam na teoria do adensamento unidimensional de Terzaghi
incorporam nas suas formulações os efeitos das compressões secundárias, que são a
combinação entre as compressões mecânicas secundárias, ações físico-químicas, e os
processos bio-químicos de decomposição. Toda essa associação de fatores, responsáveis
pelas compressões secundárias, são incorporadas à um único parâmetro, o índice de
compressão secundária (C
α
). Segundo Sowers (1973), a relação entre os recalques e o
logarítimo do tempo será linear se não houverem mudanças drásticas nas condições
ambientais do meio.
Os modelos mais atuais, utilizados na avaliação dos recalques em aterros de RSU,
incorporam nas suas formulações, não só parâmetros mecânicos, mas também parâmetros
biológicos e de operação dos aterros. Soler et al. (1995), a partir do modelo Scholl Canyon
de geração de metano, determinam a perda de volume de sólidos devido a biodegradação
através da equação:
64 Capítulo 2 – Revisão bibliográfica
V
s
t=
k
f
CH
4
⋅
s
⋅
∫
t=0
t=i
M t⋅e
−k⋅t
⋅dt
(2.4)
Onde: f
CH
4
é a fração de metano no gás gerado, que geralmente está na ordem de 0,5;
ρ
s
é a densidade dos sólidos biodegradáveis.
O modelo proposto Simões e Campos (2003) é um modelo simples unidimensional, no
qual o recalque nos aterros de RSU é o resultado de duas componentes: uma devido ao
comportamento mecânico e a outra devido a degradação biológica. A componente mecânica
é composta de um recalque imediato, no qual a aplicação de cargas resulta na redução da
macroporosidade e na drenagem de líquidos e gases, e uma componente de longo prazo,
associada a deformação lenta da estrutura do resíduo (fluência). A componente biológica
resulta dos processos de decomposição das frações orgânicas no interior da massa de
resíduos e é derivada da equação de geração de gás. A Equação (2.5) apresenta o modelo
proposto pelo autor.
H=
H
o
1 e
o
⋅C
c
⋅log
'
vo
'
vo
'
vo
H
o
1e
o
⋅C
⋅log
t
1
t
t
1
M t ⋅1−e
−k⋅t −t
o
(2.5)
O modelo considera ainda as etapas de construção das diversas camadas do aterro,
onde os seus parâmetros variam de acordo com as características dos resíduos de cada
camada e do seu tempo de disposição. A aplicação do modelo em dois aterros sanitários
apresentou boa concordância com os dados de campo.
Marques et al. (2002) apresentam um modelo reológico para a previsão dos recalques
em aterros de resíduos sólidos, o qual considera as parcelas de compressão mecânica
primária e secundárias, bem como a compressão devido à biodegradação. As compressões
mecânicas primárias são avaliadas de acordo com as abordagens tipicamente usadas para
argilas normalmente adensadas, inicialmente aplicadas para os RSU por Sowers (1973). As
deformações mecânicas secundárias, devido à fenômenos viscosos, são avaliados de
Capítulo 2 – Revisão bibliográfica 65
acordo com o modelo empírico de Gibson e Lo (1991). As compressões secundárias
biológicas relacionadas a degradação são calculadas a partir da proposta de Park e Lee
(1997), o qual relaciona o processo da perda de massa através da degradação biológica.
De acordo com Marques et al. (2002) o modelo reológico proposto pode ser associado
a três elementos reológicos (Figura 2.14): i) um elemento Hooke com coeficiente de mola
não-linear, definido pela coeficiente de compressão primário (C'
c
); ii) um elemento Kelvin
com uma constante de mola b paralelo a um amortecedor Newtoniano com coeficiente de
viscosidade c; iii) um terceiro elemento, relacionado a compressão secundária biológica,
representada por uma associação em paralelo de um elemento de compressão infinita
(máxima compressão biológica, E
DG
) e um amortecedor com coeficiente de viscosidade d.
Figura 2.14. Modelo composto para a avaliação da compressibilidade dos RSU (VILAR et al.,
2006).
Δσ
C'
c
b
d
E
DG
Compressão instantânea
c
Deformação do tipo creep
Biocompressão
66 Capítulo 2 – Revisão bibliográfica
2.5.3 Resistência ao cisalhamento dos RSU
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 (KÖNIG & JESSBERGER,
1997). 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 influência neste comportamento, como mostra a Figura 2.15.
Como é possível observar dessa figura, o intercepto de coesão é altamente dependente da
quantidade de plástico da amostra, porém esta não tem influência significativa nas
propriedades de atrito do resíduo.
Figura 2.15. Mobilização do intercepto de coesão e ângulo de atrito com as deformações axiais
(KÖNIG & JESSBERGER, 1997).
A resistência ao cisalhamento do RSU é usualmente determinada por meio de ensaios
in situ, ensaios de laboratório (triaxiais, cisalhamento direto) e retro-análise de dados de
campo. No presente momento, existem limitadas informações a respeito da resistência ao
cisalhamento dos RSU. Dixon et al (2005) apresentada os métodos mais usuais de
determinação da resistência ao cisalhamento dos RSU (Tabela 2.6).
Capítulo 2 – Revisão bibliográfica 67
Tabela 2.6 - Métodos de determinação da resistência ao cisalhamento do RSU (DIXON et al.
2005).
Local de Ensaio Método de Medida Comentários Referência
Campo Retro-análise de Ruptura de
Taludes
Informações adequadas
raramente disponíveis
Koener & Soong (2000)
Retro-análise de ensaios de
corte em taludes
Grandes deformações
observadas, mas sem
apresentar ruptura
Singh & Murphy (1990),
Cowland et al. (1993),
Gotteland et al. (2002)
Retro-análise de taludes
estáveis
Mudando a composição dos
resíduos, as experiências
passadas não servem como
guia para futuros
desempenhos
Cisalhamento Direto in situ Dificuldade na execução e
resultados relacionados a
baixos níveis de tensão
Por exemplo Jessberger &
Kockel (1993)
SPT, CPT e Vane test Relação não muito clara
entre a resistência a
penetração e a resistência
ao cisalhamento do RSU
Laboratório Compressão Triaxial Amostras deformadas, não
há a obtenção da resistência
de pico devido a compressão
e densificação da amostra
Jessberger (1994),
Grisolia et al. (1995)
Cisalhamento Direto Requer equipamentos de
grande porte (1 x 1 x 1m),
amostras deformadas,
grandes deslocamentos para
mobilizar a resistência de
pico
Cisalhamento Simples Equipamentos de grande
porte, amostras deformadas,
informação útil do módulo de
rigidez cisalhante
Kavazanjian et al. (1999)
A resistência destes materiais é usualmente definida usando o critério de ruptura de
Mohr-Coulomb, muito utilizado na Mecânica dos Solos e no estudo de outros materiais
particulados. Os parâmetros de resistência que definem a envoltória de ruptura são o ângulo
de atrito (Φ), que corresponde a inclinação da envoltória, e o intercepto de coesão (c),
correspondente ao cruzamento da envoltória com o eixo y. Este intercepto, c, pode ser
denotado como uma coesão entre as partículas, mas é freqüentemente uma função de um
ou mais fatores: curvatura da envoltória de ruptura, variação entre as amostras, erros de
medidas, ou uma indicação de uma resistência a tração. Desta forma é comum na sua
definição o termo “coesão aparente” ou “intercepto de coesão”. Deve-se tomar cuidado na
transferência dos conhecimentos a respeito do comportamento de resistência dos solos aos
68 Capítulo 2 – Revisão bibliográfica
RSU, pois estes possuem, diferentemente dos solos, partículas que são altamente
compressíveis, outras que suportam grandes deformações de tração, e ainda partículas que
mudam suas características com o tempo devido à processos de biodegradação (DIXON et
al., 2005).
2.5.3.1 Retro-análise de dados de campo
Segundo König e Jessberger (1997) e Manassero et al. (1996) deve-se tomar um
cuidado especial com o emprego de parâmetros de resistência obtidos de retro-análise, pois
existe um número infinito de combinações de resistência ao cisalhamento o qual satisfaz a
equação de equilíbrio (uma equação e duas incógnitas) e portanto, a solução não pode ser
obtida precisamente.
As informações para a obtenção dos parâmetros de resistência do RSU, a partir de
retro-análise do comportamento do maciço, são raramente disponíveis (DIXON et al., 2005).
Van Impe (1998) apresenta alguns parâmetros de resistência ao cisalhamento resultantes de
retro-análise (Tabela 2.7).
Tabela 2.7 - Parâmetros de resistência ao cisalhamento do RSU obtidas a partir de retro- análise
(VAN IMPE, 1998).
Referência Parâmetros de resistência Comentários
c' (kPa) Φ' (
o
)
Cowland et al. (1993) 10 25 corte no RSU em trincheira
profunda
Kavazanjian et al (1995) - 25 - 34 45 kPa < σ
v
< 180 kPa
Van Impe et al. (1996) 20 0 sobrecarga < 20 kPa
Van Impe et al. (1996) 0 38 20 kPa < sobrecarga < 60 kPa
Van Impe et al. (1996) 20 30 sobrecarga > 60 kPa
Benvenuto e Cunha (1991) 13,5 22 peso específico 10 – 13 kN/m
3
Capítulo 2 – Revisão bibliográfica 69
2.5.3.2 Ensaios in situ
As dificuldades de se avaliar a resistência do RSU através da execução de ensaios
campo, tais como CPT, SPT e vane test, estão vinculadas a heterogeneidade do material,
com a presença de componentes resistentes como madeira, pedra, metal e outros, os quais
provocam grandes picos na resistência medida, desvio das haste dos equipamentos e
avarias nos amostradores, paletas e ponteiras.
Segundo Manassero et al. (1996), os resultados obtidos dos ensaios de vane não são
representativos da resistência do RSU, pois as palhetas usadas neste ensaio são muito
pequenas comparadas com as dimensões dos componentes do RSU.
A maioria dos ensaios apresentam um alto grau de dispersão nos resultados o que
torna difícil sua interpretação e obtenção das propriedades de resistência do RSU através,
por exemplo, de correlações entre o número de golpes do ensaio de SPT (KNOCHENMUS
et al. 1998).
Embora as medidas do CPT apresentem picos de resistência, indicando que o cone
frequentemente encontra objetos rígidos (madeira, metal, pedras, etc), pode-se observar
uma tendência geral onde, na maioria dos casos, a resistência de ponta aumenta com
profundidade (MANASSERO et al. 1996).
Jucá (2003) apresenta uma série de resultados de ensaios de SPT em três aterros e
em um lixão de algumas cidades do Brasil. Em dois dos aterros e no lixão os resultados de
resistência permaneceram praticamente constantes ao longo da profundidade, sendo que
apenas um dos aterros verificou-se uma elevação dos valores de resistência à penetração
com o aumento da profundidade (Figura 2.16). Para os três primeiros casos o número de
golpes do ensaio SPT apresentaram-se ente 2 e 10, e no segundo caso o número de golpes
foi de 5 a 10 nas profundidades iniciais (até 4 m) e de 10 a 20 golpes com o acréscimo da
profundidade.
70 Capítulo 2 – Revisão bibliográfica
Figura 2.16. Resultados de ensaios SPT em maciços de RSU de algumas cidades do Brasil
(JUCÁ, 2003).
Através de ensaios de SPT com medidas de torque, realizados no Aterro Sanitário
Bandeirantes em São Paulo, Carvalho (1999) inferiu os parâmetros de resistência do
material, sempre destacando as limitações do procedimento. Empregando as correlações
existentes entre valores de N e Ф propostos para solos arenosos, obteve-se uma faixa de
variação de 26° - 32° para o ângulo de atrito efetivo. Já considerando o material puramente
coesivo (Φ = 0), obtiveram-se valores de resistência ao cisalhamento não-drenada (s
u
)
variando entre 90 a 150 kPa. Verificou-se também, neste caso, uma tendência de aumento
da resistência à penetração média e do torque com a profundidade.
Através de correlações entre os valores de resistência de ponta e de atrito lateral nos
ensaios de CPT, aplicados para solos arenosos, foram obtidos valores de ângulo de atrito
efetivo entre 29
o
e 33
o
. Correlacionando os resultados a solos puramente coesivos estimou-
se os valores de coesão não drenada (s
u
) variando entre 45 a 120 kPa (CARVALHO, 1999).
Alguns autores têm utilizado a Carta de Schmertmann para uma classificação
geotécnica do RSU. Nesta carta são plotados os resultados médios obtidos dos ensaios de
penetração do cone, excluindo os picos de resistência causados pela presença de objetos
rígidos do lixo. Resultados de ensaios de penetração contínua (CPT) obtidos para RSU, por
vários autores e plotados na Carta de Schmertmann, situam o RSU dentro de uma variação
de areia fofa a argila siltosa e arenosa (CARVALHO, 1999), Figura 2.17.
Capítulo 2 – Revisão bibliográfica 71
Figura 2.17. Classificação do RSU usando a Carta de Schmertmann (CARVALHO, 1999).
Foi realizada uma tentativa de ruptura controlada de um talude de resíduos com 6 m
de altura em um aterro de Belo Horizonte com o objetivo de se obter seus parâmetros de
resistência. Foram aplicadas sobrecargas no topo do talude por meio de recipientes
preenchidos com entulho. A tentativa não foi bem sucedida, verificando-se apenas pequenos
deslocamentos verticais e horizontais (SIMÕES et al., 2003). Este caso demonstra as
dificuldades que se têm na determinação dos parâmetros de resistência do RSU por meio
de ensaios de campo.
72 Capítulo 2 – Revisão bibliográfica
2.5.3.3 Ensaios de laboratório
Na avaliação da resistência ao cisalhamento dos resíduos sólidos urbanos, os ensaios
laboratoriais de compressão triaxial e de cisalhamento direto têm sido os mais usados.
Estes vêm sendo executados em amostras de lixo reconstituídas, coletadas em aterros
sanitários. A maior limitação desses ensaios reside na dificuldade de se obter amostras
representativas do maciço, bem como na necessidade do emprego de equipamentos
especiais de grandes dimensões (KÖNIG & JESSBERGER 1997; KNOCHENMUS et al.,
1998; MACHADO et al., 2006).
Conforme expõe Manassero et al. (1996), a interpretação dos ensaios com RSU
usando os conceitos teóricos derivados do comportamento de solos, é bastante útil no atual
estado de conhecimento. Dessa forma, os conceitos de ângulo de atrito e intercepto de
coesão são normalmente utilizados.
Manassero et al. (1996) apresenta resultados de ensaios de compressão triaxial em
resíduos sólidos de alguns pesquisadores. Verifica-se que os RSU apresentam grandes
deformações sem demostrar uma mobilização de pico da tensão cisalhante (Figura 2.18)
Figura 2.18. Curvas tensão-deformação típicas para o resíduo sólido urbano (MANASSERO et al.
1996).
Curvas tensão-deformação típicas obtidas de ensaios de cisalhamento direto com
RSU, apresentadas por vários autores, são mostradas na Figura 2.19 (MANASSERO et al.
Capítulo 2 – Revisão bibliográfica 73
1996). As curvas exibem ganho contínuo de resistência com a deformação medida e
nenhuma delas apresentou pico de resistência. Nesse caso, similarmente aos ensaios
triaxiais, os parâmetros de resistência serão determinados a partir de uma deformação
considerada admissível. Para esses ensaios, em geral, tem-se empregado deformações de
10% e 15%. Na Figura 2.20 são apresentados resultados de ensaios de cisalhamento direto
obtidos por vários autores, para níveis de deformação de 10 e 15% (VAN IMPE et al., 1998).
Figura 2.19. Relação tensão - deformação obtida para resíduos sólidos urbanos a partir de
ensaios de cisalhamento direto (MANASSERO et al. 1996).
Deslocamento cisalhante relativo (%)
Tensão cisalhante (kPa)
0 2 4 6 8 10 11
0
100
200
300
RSU pré-tratado
Brandl (1995)
vários autores
Van Impe (1993)
F
a
r
d
o
d
e
l
ix
o
i
n
o
r
g
.
c
o
mp
.
,
σ
v
=
1
7
k
Pa
74 Capítulo 2 – Revisão bibliográfica
Figura 2.20. Envoltórias de resistência obtidas para resíduos sólidos urbanos a partir de ensaios
de cisalhamento direto (VAN IMPE et al., 1998).
Com base nos resultados dos ensaios triaxiais de RSU não se pode definir com
facilidade as condições de ruptura. Dessa forma, os parâmetros de resistência (c e Ф)
devem ser determinados diferentes níveis de deformação, sendo os valores de 10 a 20%, os
mais comuns. Segundo König e Jessberger (1997) uma forma interessante de apresentar os
resultados de ensaios triaxiais de RSU é o emprego das trajetórias de tensões, pois estas
facilitam a visualização dos resultados. Pode-se ainda traçar diversas envoltórias de
resistência, para diferentes deformações, através dos pontos obtidos das trajetórias. Os
parâmetros de resistência obtidos seriam apresentados em função das deformações axiais
como se ilustra na Figura 2.21.
Capítulo 2 – Revisão bibliográfica 75
Figura 2.21. Variação dos parâmetros de resistência com a deformação axial (GRISOLIA et al.
1995b).
Diversos autores vêm procurando avaliar os efeitos do envelhecimento nas
propriedades de resistência dos RSU. Um dos principais efeitos desse fenômeno é a
mudança na composição dos resíduos, causada principalmente pela decomposição da
matéria orgânica. De uma forma geral, diminui-se a fração orgânica e aumenta-se a
proporção de fibras, pois esses, na sua grande maioria constituída de plásticos, necessitam
de um tempo muito maior para se decompor. Isso pode ter uma consequência direta no
comportamento do RSU ao longo do tempo, visto a influência que estes materiais têm na
sua resistência ao cisalhamento.
König e Jessberger (1997) apresentaram parâmetros de resistência para os RSU com
diferentes idades a partir de ensaios de compressão triaxial em câmaras de grandes
dimensões (Figura 2.22). Os autores comentam que a redução da resistência ao
cisalhamento dos resíduos sólidos com a idade não está claramente evidenciada e conclui
que a idade do resíduo não é o fator mais importante nas suas propriedades de resistência.
König e Jessberger (1997) comentaram que o valor limite do ângulo de atrito é
usualmente mobilizado para deformações axiais abaixo de 20% e, por outro lado, não se
pode observar nenhum valor limite para a coesão, mesmo para grandes deformações.
Deformação axial (%) Deformação axial (%)
Ângulo de atrito (º)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
0
10
20
30
40
50
60
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Coesão (kPa)
76 Capítulo 2 – Revisão bibliográfica
Figura 2.22. Resistência ao cisalhamento do RSU para diferentes deformações obtidas a partir
de ensaios triaxiais (KÖNIG & JESSBERGER, 1997).
König e Jessberger (1997), Manassero et al. (1996) dentre outros autores, chamam a
atenção para o fato de que o RSU não apresenta uma envoltória de ruptura
significativamente bilinear, como acontece para solos reforçados com fibras. De acordo com
os autores, isto pode ser explicado pelo fato de que o RSU é reforçado por plásticos com
tamanhos e com propriedades tensão-deformação diferentes. Fucale e Jucá (2006) chamam
a atenção para o fato de que, por serem materiais diferentes (solos reforçados e resíduos), a
interação entre o tipo de material e os elementos de reforço podem gerar diferentes
comportamentos tensão-deformação.
Machado et al. (2002) apresentam um modelo constitutivo, o qual considera que o
comportamento dos RSU é comandado pelo efeito combinado dos componentes de reforço
e a sua matriz básica. Machado et al. (2006), a partir de ensaios de tração simples nas
fibras de resíduos novos e nas fibras de resíduos com quatro anos de degradação (resíduo
aterrado por quatro anos), tentaram relacionar as mudanças nas propriedades mecânicas
das fibras, provocadas pela degradação, na resistência ao cisalhamento dos RSU. Os
resultados obtidos não demonstraram diferenças significativas dos parâmetros de
resistência entre os resíduos de diferentes idades. Portanto, não se constatou a relação
entre a redução das propriedades mecânicas dos componentes de reforço com as
propriedades de resistência de resíduos de diferentes idades.
Deformação axial (%) Deformação axial (%)
Ângulo de atrito (º)
0 5 10 15 20
0 5 10 15 20
0
10
20
30
40
0
50
100
150
200
Coesão kPa)
Capítulo 2 – Revisão bibliográfica 77
Diversos autores têm apresentado os parâmetros de resistência ao cisalhamento dos
resíduos sólidos urbanos num diagrama que relaciona a coesão com o ângulo de atrito.
Sánchez-Alciture et al. (1993), a partir de dados de ensaios de campo e de laboratório de
diversos pesquisadores, propõem uma faixa de valores para os parâmetros de coesão e
ângulo de atrito que podem ser utilizados em projetos (Figura 2.23).
Figura 2.23. Faixa de valores dos parâmetros de resistência ao cisalhamento dos RSU. Valores
recomendados para projetos por Sánchez-Alciturri (1993).
Em um trabalho de referência realizado no Brasil, Carvalho (1999) apresentou um
estudo sobre as características geotécnicas do RSU. O seu estudo reuniu uma compilação
de uma ampla faixa de informações a respeito das principais características dos RSU
disponíveis na época. Através de um grande número de ensaios triaxiais em amostra de
grandes dimensões (15 x 30 cm e 20 x 40 cm), variando inúmeros parâmetros, foi obtida
uma grande quantidade de informações a respeito do comportamento resistente dos RSU.
Dos ensaios executado em corpos de provas com dimensões de 15 x 30 cm,
considerando deformações de axiais de 20%, foram obtidos valores de ângulo de atrito de
cerca de 27
o
e coesão variando de 42 a 55 kPa.
De forma mais sistemática, têm sido encontrados valores para o ângulo de atrito entre
10
o
e 53
o
e valores de coesão variando entre 0 e 67 kPa, porém valores maiores que estes
0
1 0
2 0
3 0
4 0
5 0
6 0
7 0
8 0
0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5
 n g u l o d e a t r i t o ( º )
C o e s ã o ( k P a )
Análise de
ensaios de
campo
Resultados de
laboratório
Área recomendada
para projetos
0 5 10 15
20 25 30 35
40 45
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Ângulo de atrito (
o
)
Coesão (kPa)
78 Capítulo 2 – Revisão bibliográfica
não raramente são reportados. Presume-se que a grande variabilidade nos parâmetros de
resistência dos RSU seja motivada pela sua heterogeneidade, a idade e grau de
processamento, o nível de deformação escolhido nos ensaios, o processo de escolha de
amostras representativas e o tipo de ensaio realizado (VILAR & CARVALHO, 2004;
MACHADO et al., 2006).
Dixon e Jones (2005) apresentam uma faixa de envoltórias de resistência ao
cisalhamento dos RSU, obtida de dados reportados na literatura de diversos pesquisadores
(Figura 2.24). Nesta figura é mostrado também as envoltórias de resistência propostas por
Kavazanjian et al. (1995), Manassero et al. (1996) e Jones et al. (1997)
Figura 2.24. Faixa de envoltórias de resistência obtida por diversos pesquisadores. Envoltórias
de resistência propostas para projetos (DIXON & JONES, 2005).
Kavazanjian et al. (1995) propõem o uso de uma envoltória bi-linear, onde consideram
que para tensões normais abaixo de 30 kPa o RSU é puramente coesivo (c = 24 kPa) e para
tensões acima deste valor, o material é não coesivo com ângulo de atrito de 30
o
. Na
proposta de Manassero et al. (1996), considera-se a aplicação de uma envoltória de ruptura
com três partes: c = 20 kPa para 0 < σ
v
< 20 kPa; c = 0 e Φ ≈ 38
o
para 20 < σ
v
< 60 kPa; c
Envoltórias obtidas da literatura por Jones et al. (1997)
Envoltória para projeto sugerida por Jones et al. (1997)
Envoltória para projeto sugerida por Kavazanjian et al.
(1995)
Envoltória para projeto sugerida por Manassero et al.
(1996)
Tensão normal (kPa)
Tensão cisalhante (kPa)
Capítulo 2 – Revisão bibliográfica 79
> 20 kPa e Φ ≈ 30
o
para σ
v
> 60 kPa. Jones et al. (1997) são mais conservadores e
sugerem para projetos a utilização de uma envoltória linear com c = 5 kPa e Φ = 25
o
.
Devido as dificuldade na realização de ensaios de laboratório em RSU, causada pela
heterogeneidade deste material, da necessidade de utilização de equipamentos especiais,
dentre outros aspectos, alguns pesquisadores buscam estudar o comportamento do RSU
através de ensaios realizados em outros tipos de matérias que possuam comportamento
similar à do RSU. SIMONINI & RONCH (2004), por exemplo, realizam ensaios de
cisalhamento direto utilizando grãos de EPS sobre diferentes condições de drenagem.
Vários autores têm apresentado valores para os parâmetros de resistência ao
cisalhamento dos resíduos sólidos urbanos, obtidos a partir de ensaios de campo, de
laboratório e de retro-análise. Os valores apresentados para cada caso variam
consideravelmente em virtude das características do material, tipo de ensaio adotado e
condições de tensões aplicadas, etc, portanto devendo-se tomar muito cuidado ao se fazer
uma análise dos resultados pelos vários métodos através da simples comparação dos
valores obtidos.
Capítulo 3
MATERIAIS E MÉTODOS
3.1 LOCAL DE ESTUDO
As amostras de resíduo estudadas foram oriundas do Aterro Metropolitano Centro
(AMC), localizado na cidade de Salvador-BA, no quilômetro 6,5 da BA-526 (Estrada CIA-
Aeroporto). A Figura 3.1 apresenta uma foto aérea com detalhes de localização do local de
estudo.
Figura 3.1. Foto aérea com detalhes de localização do Aterro Metropolitano Centro.
AMC
AMC
82 Capítulo 3 – Materiais e métodos
Grande parte dos resíduos sólidos urbanos produzidos na cidade de Salvador é levada
por caminhões compactadores para uma estação de transbordo localizada no bairro de
Canabrava, na área do antigo lixão da cidade. Da estação de transbordo o resíduo é
transportado por carretas, com capacidade para grandes volumes, direto para o AMC. No
caso de locais mais próximos ao aterro e das cidades vizinhas atendidas pelo AMC, os
resíduos são transportados diretamente em caminhões compactadores.
O AMC é o maior aterro sanitário da Bahia e um dos maiores do Brasil em termos de
quantidade diária de resíduos recebidos. Ele atende não só a capital baiana como também
os municípios de Simões Filho e Lauro de Freitas. O aterro possui uma área de 250
hectares e recebe diariamente cerca de 2500 toneladas de resíduos sólidos urbanos. O
AMC foi inaugurado em Outubro de 1997 e sua vida útil estimada é de 20 anos. A empresa
que administra o AMC é a Battre - Bahia Transferência e Tratamento de Resíduos S/A, que
detém a concessão para o período de operação do aterro, devendo permanecer na área por
mais 20 anos para o seu monitoramento após fechamento.
A Figura 3.2 apresenta uma fotografia aérea, com uma visão geral do AMC. Vale
lembrar, no entanto, que estas estruturas são muito dinâmicas, mudando suas
características e feições num tempo relativamente muito curto.
Figura 3.2. Fotografia aérea do Aterro Metropolitano Centro.
Capítulo 3 – Materiais e métodos 83
A Battre possui um convênio de cooperação técnica com o laboratório de Geotecnia
Ambiental - Geoamb da Universidade Federal da Bahia. O laboratório é responsável pelo
monitoramento geotécnico do aterro, bem como pela realização de estudos relacionados à
caracterização, resistência e compressibilidade dos resíduos que são depositados no AMC.
3.2 COLETA DOS MATERIAIS
Para a realização dos ensaios triaxiais, de compressão confinada e para os demais
ensaios de caracterização dos resíduos, foram realizadas quatro campanhas de coleta no
Aterro Sanitário Metropolitano Centro de Salvador.
Estas campanhas ocorreram em épocas diferentes devido as dificuldades no
armazenamento destes materiais. Foram realizadas três campanhas para coleta de
amostras de resíduo novo e uma para a obtenção de amostras de resíduos com 4 anos de
aterrado. Na primeira e quarta campanha coletou-se material para a realização dos ensaios
de caracterização e para os ensaios de compressão confinada no resíduo novo. A segunda
campanha teve como objetivo a obtenção de amostras para a realização dos ensaios de
compressão triaxial. Na terceira campanha foram obtidos amostras de resíduos com 4 anos
de aterrado. A Tabela 3.1 apresenta um resumo das campanhas de coletas efetuadas e dos
ensaios realizados para cada amostragem.
Tabela 3.1 - Amostragens e ensaios realizados.
Amostragem 1
a
2
a
3
a
4
a
Resíduo Novo Novo 4 anos Novo
Data da coleta Mar/2006 Mai/2006 Jul/2006 Out/2006
Quantidade (kg) 200 150 250 200
Ensaios de caracterização
✔ ✔ ✔
Umidade natural
✔ ✔ ✔ ✔
Ensaios triaxiais
✔ ✔
Ensaio de compressão confinada
✔ ✔
✔ - Ensaios realizados.
84 Capítulo 3 – Materiais e métodos
As amostragens foram realizadas tendo como base as recomendações da NBR 10007
(ABNT, 2004) e de acordo com a metodologia adotada pelo laboratório de Geotecnia
Ambiental da Universidade Federal da Bahia.
As amostras de resíduo novo foram obtidas de carretas provenientes da estação de
transbordo de Canabrava e de caminhões compactadores. Com auxílio de uma retro-
escavadeira, foram coletados cerca de 250 l de cada uma das duas carretas e mais 250 l de
cada um dos dois caminhões compactadores. Os materiais foram coletados no momento da
descarga no aterro sanitário. Todo o resíduo foi colocado sobre uma manta plástica para
evitar sua mistura com o solo e para a homogeneização da amostra, Figura 3.3.
Figura 3.3. Manta plástica utilizada para a homogeneização do resíduo e evitar a sua
contaminação com solo.
Com a própria retro-escavadeira o material foi homogeneizado e quarteado,
acondicionando em tambores a parcela destinada a realização dos ensaios laboratoriais
(Figura 3.4). Foram coletadas três amostras para a determinação da umidade natural dos
resíduos, sendo que estas foram acondicionadas em sacos plásticos.
Capítulo 3 – Materiais e métodos 85
Figura 3.4. Coleta, homogeneização, quarteamento e armazenamento do resíduo novo.
Todo o material foi levado para uma estação de apoio, localizada no próprio aterro,
para a separação das parcelas destinadas à cada ensaio. Os resíduos destinados à
realização dos ensaios de compressão triaxial e de compressão confinada foram pesados e
acondicionados em sacos plásticos, assim como as amostras para determinação da
umidade natural. A massa necessária para a composição de um corpo de prova, para o
ensaio de compressão triaxial, foi dividida e armazenada em quatro sacos plásticos,
correspondentes a cada camada de compactação empregada no processo de modelagem
do corpo de prova.
Na terceira campanha foi coletado material com aproximadamente quatro anos de
aterrado. Neste caso foi necessário a escavação do material, que se encontrava confinado
sob uma camada de cobertura de solo de aproximadamente 1 m (Figura 3.5). Novamente o
material foi colocado em uma manta plástica para a homogeneização e quarteamento. O
86 Capítulo 3 – Materiais e métodos
resíduo foi levado para a estação de apoio, onde uma parcela foi separada manualmente
para a determinação de sua composição, e outra parcela foi pesada e armazenada em
sacos plásticos para a realização dos ensaios de compressão triaxial e de compressão
confinada. Excetuando-se a etapa de separação manual, todos os demais ensaios foram
realizados no Laboratório de Geotecnia Ambiental da Universidade Federal da Bahia.
Figura 3.5. Escavação do solo de cobertura para a retirada de material com 4 anos de aterrado.
3.2.1 Caracterização física dos resíduos
A caracterização física do resíduo foi realizada por meio da execução de ensaios para
a determinação da sua composição gravimétrica, teor de umidade, distribuição
granulométrica, massa específica das partículas sólidas, dentre outras.
Capítulo 3 – Materiais e métodos 87
3.2.1.1 Determinação da composição gravimétrica dos resíduos
As composições gravimétricas dos resíduos estudados foram obtidas por meio da
separação manual e quantificação, em peso seco, dos componentes presentes, tais como
madeira, papel, pedra, materiais têxteis, borracha, plástico, vidro, metal e fração pastosa. O
termo fração pastosa foi utilizado para definir a parcela da amostra remanescente da
segregação manual, constituída de restos alimentares, podas de jardim, eventuais
quantidades de solo de cobertura, componentes em diferentes estágios de degradação e
outros não facilmente identificáveis.
Na estação de apoio foi feita a separação dos constituintes do resíduo para a
obtenção de sua composição. Aproximadamente 100 kg de cada resíduo foi separado
manualmente em cada coleta. A Figura 3.6 apresenta o processo de separação dos
constituintes. Posteriormente as frações do resíduo foram pesadas e armazenadas em
sacos plásticos e levadas ao laboratório de Geotecnia Ambiental da Universidade Federal da
Bahia.
Figura 3.6. Separação manual dos componentes do resíduo com 4 anos de aterrado.
88 Capítulo 3 – Materiais e métodos
No laboratório de Geotecnia Ambiental realizou-se a secagem em estufa das diversas
frações do resíduo. A temperatura utilizada na estufa foi de 70°C, a fim de evitar a queima
de materiais orgânicos.
3.2.1.2 Determinação do teor de umidade natural dos resíduos
Conforme relatado, para todas as amostras coletadas foi obtido o teor de umidade
natural global do resíduo, através da relação entre a massa total de água e a massa total
seca. As amostras previamente pesadas no aterro foram levadas para o laboratório da
UFBA, onde também foram colocadas na estufa a 70 ºC para retirada da umidade. Devido
ao mau cheiro emitido pelos resíduos, principalmente pelos resíduos novos, foi usada uma
estufa com exaustão forçada, permitindo que os gases fossem expelidos para fora do
laboratório. O teor de umidade de cada componente foi obtido da mesma forma que o teor
de umidade global.
3.2.1.3 Determinação da distribuição granulométrica dos resíduos
Após a realização da composição gravimétrica, determinou-se a curva granulométrica
do resíduo seco, através da passagem do material por uma série 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, 0,125mm, 0,090mm e 0,075mm). Assim, obteve-se a percentagem das partículas
que passavam em cada peneira, possibilitando o traçado da curva granulométrica
representativa dos diâmetros dos componentes. Salienta-se que para a determinação da
Capítulo 3 – Materiais e métodos 89
distribuição granulométrica, os materiais fibrosos (têxteis e plásticos moles) não foram
incluídos nos ensaios.
3.2.1.4 Determinação dos sólidos totais voláteis (STV)
Além dos demais testes, foram realizados ensaios para a determinação dos sólidos
totais voláteis, cujos resultados servem de suporte na avaliação do potencial de geração de
metano do RSU.
A fração pastosa, a qual, conforme definido anteriormente, possui a maior parte da
matéria orgânica, foi utilizada para a determinação do teor de sólidos totais voláteis - STV.
Inicialmente, essa fração foi triturada para a diminuição de sua textura original. Logo após,
pequenas quantidades (10 g) de material triturado foram colocadas em estufa a 70 ºC por
um hora e depois calcinadas em mufla a 600 ºC por duas horas. O valor do STV foi obtido
pela relação entre a massa perdida durante a calcinação na mufla (material não inerte) e o
material após secagem na estufa (material inerte + não inerte).
3.2.1.5 Determinação do peso específico das partículas sólidas
O peso específico das partículas sólidas dos resíduos estudados foi obtido através das
técnicas utilizadas na mecânica dos solos, tendo como base a NBR 6508 (ABNT, 1984).
O material secado em estufa à 70 ºC, destinado à obtenção do teor de umidade
natural, foi picado e triturado com auxílio de um pequeno triturador para tornar possível ser
inserido no picnômetro. Após a sua trituração, uma pequena quantidade de material de
aproximadamente 120 g foi obtida com auxílio de um repartidor de amostras. Para cada
90 Capítulo 3 – Materiais e métodos
resíduo foram realizados pelo menos três determinações para obtenção do peso específico
médio das partículas sólidos presentes nos resíduos.
3.3 ENSAIOS DE PERMEABILIDADE
Os ensaios de permeabilidades foram realizados aproveitando-se a fase de saturação
dos ensaios triaxiais dos tipos CD e CU. Isso só foi possível graças às características do
sistema supervisório e dos equipamentos destinados à realização dos ensaios triaxiais. Por
meio destes aparatos, foi possível obter as leitura do volume de água percolado através do
corpo de prova juntamente com o seu tempo de duração.
A câmara medidora de variação de volume foi conectada às entradas da base do
corpo de prova e aplicada uma pressão de 10 kPa. Foi conectada uma mangueira à saída
de topo do corpo de prova e deixada aberta para a atmosfera. Dessa forma mantinha-se um
gradiente constante de 2,5.
3.4 ENSAIOS DE COMPRESSÃO CONFINADA
Foram realizados dois ensaios de compressão confinada em amostras de resíduo
novo, coletados na frente de lançamento do aterro. Um ensaio foi do tipo convencional, com
aplicação de estágios de tensões verticais e medidas de deslocamento. No segundo ensaio,
foram realizados, além dos estágios de aplicação das tensões verticais, a recirculação do
chorume drenado da amostra. As amostras foram nomeadas como: RN – Resíduo novo;
RN-R – Resíduo novo submetido a recirculação de chorume.
Capítulo 3 – Materiais e métodos 91
3.4.1 Ensaio convencional
Para estudo da compressibilidade do resíduo sólido urbano em laboratório, foi utilizado
um consolidômetro de grandes dimensões, com diâmetro interno de 548 mm e altura de 497
mm. O corpo do consolidômetro é constituído de um tubo de aço carbono galvanizado, cuja
seção interna foi revestida com uma chapa de aço inox, soldada e usinada para adquirir
uma seção circular. O equipamento possui também uma câmara de pressão para aplicação,
através de um pistão, da tensão vertical e saídas de base e pelo topo. O êmbolo do pistão
possui dois o’rings para vedar a passagem de ar para o RSU. À medida que o ar
comprimido é aplicado na câmara de pressão, o êmbolo reage contra o resíduo, fazendo-o
deformar. As deformações são medidas por meio de um relógio comparador posicionado no
topo do pistão. A Figura 3.7 apresenta uma vista geral do consolidômetro utilizado.
Figura 3.7. Consolidômetro de grandes dimensões utilizado para a realização dos ensaios de
compressão confinada em amostras de grande dimensão.
Relógio comparador
Válvula de controle
de pressão
92 Capítulo 3 – Materiais e métodos
Para facilitar a drenagem e evitar o carreamento de partículas finas, foi colocado na
base e no topo do consolidômetro um geocomposto (geotêxtil e geodreno). O resíduo foi
colocado manualmente no consolidômetro em 4 camadas e comprimido até atingir o peso
específico de 7 kN/m
3
(Figura 3.8). Em seguida, aplicaram-se vários estágios de pressão
vertical na amostra, sempre dobrando o seu valor a cada novo estágio (20, 40, 80, 160, 320
e 640 kPa). As deformações verticais foram medidas por meio de um relógio comparador de
50 mm, com sensibilidade de 0,01mm, posicionado no topo do pistão.
Figura 3.8. Compactação do resíduo para realização do ensaio de compressão confinada.
Cada estágio de carregamento teve em média duração de 25 dias, sendo que alguns
estágios foram prolongados por mais tempo para caracterizar adequadamente as
compressões secundárias.
Capítulo 3 – Materiais e métodos 93
3.4.2 Ensaio com recirculação de chorume
Para a aplicação da recirculação do chorume no ensaio de compressão confinada
foram feitas algumas modificações no consolidômetro. Foram instaladas três entradas na
tampa do consolidômetro com mangueiras de polietileno de diâmetro de 3/8”, que se
estendem pelo espaço vazio entre a tampa e o êmbolo do consolidômetro. As mangueiras
se conectam ao êmbolo do consolidômetro permitindo que o chorume seja injetado no topo
da amostra. A Figura 3.9 mostra as mudanças realizadas no consolidômetro para a
aplicação da recirculação do chorume. Foi utilizado um reservatório para o armazenamento
do chorume com capacidade de 1300 ml localizado a um metro da tampa do
consolidômetro.
Figura 3.9. Mudanças realizadas no consolidômetro para a realização do ensaio de compressão
confinada com recirculação de chorume.
Com a abertura da válvula, o chorume infiltrava a partir do topo da amostra e era
coletado nas saídas da base do consolidômetro. Durante cada estágio de carregamento, o
Reservatório para
recirculação de chorume
Reservatórios para coleta
de chorume
94 Capítulo 3 – Materiais e métodos
chorume que era drenado era coletado e, posteriormente, era feita a sua recirculação. No
reservatório existe uma entrada de ar que possibilitava a aplicação de uma pressão extra
para aumentar o gradiente hidráulico na amostra. A partir do 5º estágio, a taxa de percolação
do chorume reduziu-se bastante, sendo necessário a aplicação de uma pressão adicional.
Para os estágios 5 e 6 foi aplicada uma pressão de ar de 20 kPa, triplicando a carga
hidráulica no topo da amostra.
O volume recirculado através da amostra variou de estágio para estágio, sendo que no
1º estágio (20 kPa) não houve recirculação, pois não houve saída de chorume durante o
carregamento. Nos três estágios seguintes (40, 80 e 160 kPa) percolou-se uma média diária
de 2600 ml, e para os estágios 5 e 6 (320 e 640 kPa, respectivamente) a média diária de
chorume percolado foi de 1300 ml. Cabe salientar, no entanto, que os volumes percolados
foram relativamente pequenos se comparados ao volume de vazios da amostra, que para o
início do 2º estágio, por exemplo, era de 67000 ml, aproximadamente, ou seja, o volume
diário percolado de chorume para este estágio representava apenas 3,9 % do volume de
vazios da amostra. A Tabela 3.2 apresenta as principais características das amostras
submetida aos ensaios de compressão confinada.
Tabela 3.2 - Características das amostras submetidas aos ensaios de compressão confinada.
Amostra w γ
o
γ
d
γ
s
e
o
S
ro
(%) (kN/m
3
) (kN/m
3
) (kN/m
3
) (%)
RN 114 7,11 3,37 17,29 4,13 46,4
RN-R 80 7,37 4,05 17,29 3,27 43,3
Capítulo 3 – Materiais e métodos 95
3.5 ENSAIOS TRIAXIAIS
3.5.1 Equipamento utilizado
Para a realização dos ensaios triaxiais em RSU foram utilizados equipamentos
especialmente desenvolvidos para a realização de ensaios em amostras de grandes
dimensões, juntamente com um sistema de aquisição de dados servo-controlado. O sistema
envolve um conjunto de dispositivos desenvolvidos para a realização de ensaios triaxiais e
de compressão confinada com controle de tensão e deformação. O equipamento permite a
coleta automatizada dos dados obtidos, controle das taxas de imposição de tensões e
variação da tensão confinante em função da variação da tensão desviadora, conforme
explicitado pela inclinação da trajetória de tensões escolhida (diagrama q x p de
Cambridge). A Figura 3.10 apresenta fotos do conjunto de equipamentos utilizados para a
aquisição de dados e servo controle dos ensaios.
S
i
s
t
e
m
a
d
e
s
e
r
v
o
c
o
nt
r
ol
e
Figura 3.10. Sistema de aquisição de dados e servo controle utilizado para a realização de
ensaios triaxiais e de compressão confinada em amostras de grandes dimensões.
Motores de passo
Válvula porporcional
CPU
96 Capítulo 3 – Materiais e métodos
O sistema é composto basicamente de uma CPU, uma placa controladora de motores
de passo, motores de passo conectados a válvulas controladoras de pressão, válvulas
on/off, válvula proporcional e um micro computador.
Foi utilizado um sistema supervisório desenvolvido no programa ELIPSE Scada.
Através do supervisório é possível acompanhar todas as variáveis do ensaio: tensões
aplicadas, variações de volume, deslocamento e duração de cada fase do ensaio. Após
cada fase era gerado um arquivo no formato .csv, contendo todas as informações da fase.
Isso facilitou bastante a realização dos ensaios, evitando um dispêndio maior de tempo. A
Figura 3.11 apresenta uma das telas do programa supervisório.
Figura 3.11. Supervisório: tela da fase de cisalhamento de um ensaio triaxial do tipo CD.
As Figuras 3.12 à 3.14 apresentam os principais equipamentos utilizados para a
realização dos ensaios triaxiais nas amostras de RSU. A Figura 3.12 apresenta a câmara
triaxial utilizada para a realização dos ensaios. A câmara é composta por um corpo em PVC;
tampas inferior e superior em alumínio fundido e uma base também em alumínio; duas
entradas que se conectam à base do corpo de prova; uma entrada que se conecta ao
Capítulo 3 – Materiais e métodos 97
espaço entre o interior do tubo da câmara e o corpo de prova (entrada para aplicação da
pressão confinante) e uma entrada que se conecta ao topo do corpo de prova. A base da
câmara possui dois tipos de pedestal, um para a realização de ensaios em amostras de 200
mm de diâmetro e outro para amostras de 150 mm.
100 cm
50 cm
Figura 3.12. Câmara utilizada nos ensaios triaxiais.
A Figura 3.13 apresenta um painel com os outros equipamento utilizados para a
realização dos ensaios. Estão apresentados os transdutores de pressão utilizados (fundo de
escala de 1000 kPa), as válvulas automáticas on/off, os medidores de volume, a interface
ar/água, os cabos que levam a informação medida para a CPU do sistema de aquisição de
dados, etc. A Figura 3.14 apresenta a prensa utilizada para a aplicação da tensão
desviadora aos corpos de prova. A capacidade da prensa é de 30 toneladas e o controle de
deformação é capaz de aplicar taxas de deformação variando em um largo intervalo. Uma
célula de carga com capacidade de 10 toneladas foi utilizada para as medidas da tensão
desviadora.
98 Capítulo 3 – Materiais e métodos
Figura 3.13. Painel de controle utilizado para a realização dos ensaios triaxiais.
Figura 3.14. Prensa EMIC utilizada para aplicação da tensão desviadora ao corpo de prova, a
uma taxa de deformação constante.
Medidores de volume
Trasdutores de pressão
Interface ar/água
Válvula on/off
Capítulo 3 – Materiais e métodos 99
Por se tratar de um equipamento de grande porte, as deformações volumétricas
devidas às variações de pressão no interior da célula triaxial são bastante significativas.
Estas deformações volumétricas são o somatório entre as deformações das hastes que
prendem a tampa superior ao anel da base, das hastes que prendem a base da célula ao
seu corpo e principalmente pela deformação do tubo de pvc.
Para a realização da calibração da célula triaxial foi utilizada a câmera medidora de
variação de volume. Inicialmente fez-se o completo enchimento da célula triaxial com água;
posteriormente conectou-se a saída da câmara medidora de variação de volume a entrada
da célula correspondente à de aplicação da pressão confinante; a célula então foi submetida
a estágios de carregamento efetuando-se os respectivos valores de volume.
As deformações da câmara medidora de variação de volume e suas respectivas
conexões foram supostas desprezíveis em relação as deformações volumétricas que os
corpos de prova foram submetidos durante os ensaios. Na Figura 3.15 é apresentado o
resultado da calibração da célula triaxial. É possível verificar uma grande variação de
volume da célula quando a mesma é submetida a grandes pressões. A relação encontrada
entre a variação de volume e o acréscimo de pressão foi de 1,07 cm³/kPa.
0 250 500 750
0
200
400
600
800
Valores medidos
Ajuste
Pressão (kPa)
Variação de volume (cm³)
Figura 3.15. Curva de calibração da célula de compressão triaxial.
É importante observar que as medidas de variação de volume das amostras foram
realizadas através das medidas dos volumes de água que entravam ou saíam dos corpos de
100 Capítulo 3 – Materiais e métodos
prova, ou seja, a câmara medidora de variação de volume era conectada na saída da base
ou na saída do topo das amostras. Este método eliminava a influência da variação de
volume da célula triaxial nas medidas de variação de volume dos corpos de prova. Este
procedimento de medida das variações de volume, através do fluxo de água do interior dos
corpos de prova, só é possível quando se tem uma completa saturação dos mesmos. No
caso dos resíduos, que apresentam elevadas porosidades e elevadas permeabilidades, este
método pôde ser usado sem grandes comprometimentos com relação às medidas.
3.5.2 Execução dos ensaios
Na Tabela 3.3 são apresentados os ensaios executados em resíduos novos e com 4
anos de aterramento. São mostradas as principais características das amostras e dos
ensaios executados.
Tabela 3.3 - Principais características das amostras e dos ensaios realizados.
Resíduo Amostra Tipo de ensaio γ
o
Teor de umidade no
cisalhamento
(kN/m³)
Novo
NovoCD10sat CD 10 Saturada
NovoCD10nat CD 10 Natural
NovoCU10sat CU 10 Saturada
NovoCD8sat CD 8 Saturada
NovoCD12MBsat* CD 12 Saturada
4 anos de
aterramento
4anosCD10sat CD 10 Saturada
4anosCU10sat CU 10 Saturada
4anosCD14sat CD 14 Saturada
*Ensaio realizado na matriz básica do resíduo novo.
Capítulo 3 – Materiais e métodos 101
3.5.2.1 Ensaios CD e CU nos RSU
Para avaliação da resistência ao cisalhamento do resíduo, foram realizados ensaios
triaxiais convencionais (tensão confinante constante), do tipo consolidado drenado (CD) e do
tipo consolidado não-drenado (CU) em amostras deformadas de RSU novo (coletadas na
frente de lançamento do aterro) e em resíduos com 4 anos de aterramento. Foram
ensaiados corpos de prova com cerca de 200 mm de diâmetro e 400 mm de altura
(posteriormente reduzido para 350 mm), com peso específico de 10 kN/m
3
e 8 kN/m³,
compactados pelo processo estático, em quatro camadas, na própria base da célula triaxial.
Durante o processo de compactação observou-se a saída de líquidos pelas fendas do
molde, resultando numa perda de massa, não quantificada, que levava a uma redução do
peso específico final. As dimensões finais dos corpos de prova também variaram em torno
dos valores previstos. Devido à expansão da amostra quando da retirada do molde,
normalmente os valores das dimensões dos corpos de prova se encontraram acima dos
valores pré-determinados. O processo de compactação das amostras de RSU é ilustrado na
Figura 3.16.
Figura 3.16. Procedimento de compactação estática empregado na moldagem dos corpos de
prova.
102 Capítulo 3 – Materiais e métodos
Após a compactação, o molde foi removido e o corpo de prova foi revestido por uma
grade de geotêxtil para proteger a membrana de látex de possíveis materiais pontiagudos.
Em seguida, o corpo de prova foi revestido pela membrana de látex. A Figura 3.17 ilustra
uma amostra de RSU logo após a retirada do molde de compactação e o aspecto do corpo
de prova revestido com a tela de geotêxtil e logo depois com a membrana de látex.
Figura 3.17. Aspecto do corpo de prova logo após a retirada do molde de compactação (a);
Corpo de prova com a grade de geotêxtil (b); Com a membrana de látex (c).
Inicialmente, a câmara era preenchida com água, tomando-se o cuidado de retirar todo
o ar presente em seu interior. Nos ensaios realizados em corpos de prova saturados, a
saturação foi realizada com auxílio da câmara medidora de volume, sendo possível
acompanhar os volumes percolados através dos corpos de prova. Para se evitar grandes
deformações volumétricas durante a fase de saturação por fluxo, foi aplicada uma pressão
confinante de 20 kPa e uma pressão de 10 kPa na base dos corpos de prova, ficando a
saída do topo aberta para atmosfera, isso resultava em uma pressão efetiva média de 15
kPa.
Na etapa seguinte, os corpos de prova foram submetidos à saturação por aplicação de
contra pressão, onde fizeram-se as medidas do parâmetro B de Skempton. Nesta fase,
manteve-se sempre uma diferença de pressão de 10 kPa entre a pressão de confinamento e
a) b)
c)
Capítulo 3 – Materiais e métodos 103
a pressão de água no interior dos corpos de prova Obtiveram-se valores de B acima de 0,90
para todos os corpos de prova ensaiados.
Mesmo adotando baixas diferenças entre as pressões de confinamento e as pressões
do interior do corpo de prova para as etapas iniciais do ensaio, os corpos de prova
apresentaram redução de volume significativa. Estas deformações foram acompanhadas por
meio do deslocamento do pistão de aplicação da tensão desviadora, que era
constantemente monitorado para garantir o seu contato com o cabeçote do topo da amostra.
Desta forma, considerando que as deformações foram do tipo isotrópicas, foi possível
corrigir as dimensões dos corpos de prova após as fases de saturação e de saturação por
contra pressão. A deformação diametral da amostra foi considerada igual a sua deformação
axial.
Os corpos de prova de RSU foram consolidados com pressões de confinamento
efetiva de 50, 100 e 200 kPa e em seguida submetidos a ruptura com velocidade de
cisalhamento de 0,8 mm/min. Esta velocidade foi obtida com auxílio da Equação (3.1), de
acordo com Head (1986). Os valores de t
100
, que corresponde ao tempo necessário para o
completo adensamento primário, foram obtidos das curvas de adensamento na fase de
consolidação dos ensaios triaxiais.
A Figura 3.18 apresenta duas curvas de adensamento obtidas da fase de consolidação
durante os ensaios triaxiais. São mostradas as curvas de adensamento dos ensaios
realizados em resíduo novo com 50 kPa de tensão confinante e em resíduo com 4 anos de
aterramento com uma tensão de confinamento de 100 kPa. Os valores de t
100
obtidos para
ambos os resíduos foram muito próximos, adotando-se, dessa forma, a mesma velocidade
de cisalhamento para os dois resíduos. Por questão de segurança, a velocidade de
cisalhamento adotado foi um pouco menor que o valor calculado por meio da Equação (3.1).
104 Capítulo 3 – Materiais e métodos
v =
a
⋅h
⋅t
100
(3.1)
Onde: Ψ = 14 para ensaio CD em amostras com drenos nas extremidades e na lateral;
8,5 para ensaios CD com drenos apenas nas extremidades; 1,8 para ensaios CU com
drenos nas extremidades e na lateral.
Figura 3.18. Curvas de adensamento obtidas da fase de consolidação do ensaio triaxial,
realizados em amostras de resíduo novo e com 4 anos de aterrado.
O valor da velocidade de cisalhamento utilizado foi superior ao valor adotado por
Carvalho (1999), que foi de 0,7 mm/min. Nos ensaios CU, a velocidade de cisalhamento foi
de 1,5 mm/min, que é bem inferior ao valor obtido utilizando o procedimento de Head (1986)
para ensaios não drenados.
Nos ensaios saturados, as variações de volume dos corpos de prova foram medidas
através da saída ou entrada de água do interior da amostra, já nos ensaios em amostras
com umidade natural (amostra NovoCD10nat), as variações de volume foram medidas por
meio da entrada ou saída da água do interior da câmara, ou seja, a câmara medidora de
variação de volume foi conectada à entrada de aplicação da pressão confinante.
Cabe ressaltar que alguns problemas ocorreram durante a execução dos ensaios,
como perfurações nas membranas de látex e entortamento do corpo de prova durante a
0 4 8 12 16
0
1000
2000
3000
4000
Raiz tempo (min)
Variação de volume (cm³)
t
100
0 3 6 9 12
0
500
1000
1500
2000
Raiz do tempo (min)
Variação de volume (cm³)
t
100
Resíduo Novo
σ'
3c
= 50 kPa
Resíduo com 4 anos
σ'
3c
= 100 kPa
Raiz do tempo (√min) Raiz do tempo (√min)
Capítulo 3 – Materiais e métodos 105
aplicação da tensão desviadora na fase de cisalhamento, levando a perda de alguns
ensaios. A Figura 3.19 mostra alguns aspectos dos corpos de prova após a aplicação da
tensão desviadora. Nesta figura é possível observar a forma do corpo de prova de um
ensaio mal sucedido devido ao seu entortamento. A solução adotada para resolver o
problema do entornamento foi a redução na altura dos corpos de prova de 400 mm para
350 mm, conforme relatado anteriormente.
Figura 3.19. Aspecto dos corpos de prova após a aplicação da tensão desviadora.
A Tabela 3.4 apresenta as principais características dos corpos de prova submetidos
aos ensaios de compressão triaxial. Os valores dos índices de vazios e graus de saturação
para os corpos de prova do resíduo novo foram calculados adotando-se o valor do peso
específico das partículas sólidas de 17,3 kN/m
3
. Para o resíduo com quatro anos de
aterrado, o valor do peso específico das partículas sólidas foi de 20,3 kN/m³.
106 Capítulo 3 – Materiais e métodos
Tabela 3.4 - Características iniciais dos corpos de prova submetidos aos ensaios de compressão
triaxial.
Amostra Ensaio σ'
3c
D h w
o
γ
o
γ
d
e
o
Sr
o
(kPa) (mm) (mm) (%) (kN/m
3
) (kN/m
3
) (%)
NovoCD10sat
1 50 214 378 84,11 8,08 4,39 2,94 49,51
2 100 219 393 84,11 7,44 4,04 3,28 44,32
3 200 214 365 84,11 8,35 4,54 2,81 51,75
NovoCD8sat
1 50 214 418 135,17 6,72 2,86 5,05 46,27
2 100 214 409 135,17 6,81 2,90 4,97 47,03
3 200 217 408 135,17 6,63 2,82 5,13 45,57
NovoCD10nat
1 50 215 424 135,17 8,16 3,47 3,99 58,64
2 100 208 427 135,17 8,63 3,67 3,71 62,99
3 200 212 431 135,17 8,25 3,51 3,93 59,52
NovoCU10sat
1 50 212 417 135,17 8,57 3,64 3,75 62,37
2 100 209 424 135,17 8,67 3,69 3,69 63,34
3 150 213 429 135,17 8,21 3,49 3,95 59,10
4anosCD10sat
1 50 214 310 53,15 7,46 4,87 3,56 33,14
2 100 211 318 53,15 8,00 5,22 3,26 36,28
3 200 214 310 53,15 7,99 5,22 3,26 35,25
4anosCD14sat
1 50 213 416 63,38 10,42 6,38 2,19 58,91
2 100 210 401 63,38 11,09 6,79 2,00 64,53
3 200 213 402 63,38 10,71 6,55 2,10 61,29
4anosCU10sat
1 50 212 429 63,38 8,30 5,08 3,00 42,93
2 100 211 430 63,38 8,39 5,13 2,96 43,52
3 200 215 419 63,38 7,24 4,43 3,59 35,93
3.5.2.2 Ensaio CD na matriz básica do RSU novo
O efeito dos materiais fibrosos no RSU pôde ser apreciado através da realização de
ensaios triaxiais na matriz básica do RSU (resíduo sem o material fibroso). Foram realizados
ensaios triaxiais do tipo CD em amostras saturadas da matriz básica do resíduo novo. A
metodologia utilizada para a realização dos ensaios na matriz básica foi a mesma aplicada
aos ensaios com os resíduos compostos, porém foram utilizadas amostras de menor
dimensão e em uma célula triaxial convencional (Figura 3.20). Foram ensaiados corpos de
provas com 100 mm de diâmetro e 200 mm de altura, submetidos à tensões confinantes de
Capítulo 3 – Materiais e métodos 107
50, 100 e 200 Kpa, compactados estaticamente, com auxílio da prensa eletromecânica, em
quatro camadas e com peso específico de 12 kN/m³. Para efeito de comparação, o ideal
seria a realização de ensaios em amostras com 10 kN/m³ (peso específico utilizado nos
ensaios com amostras compostas de RSU novo), porém as amostras moldadas com esse
peso específico não se mantinham íntegras após a retirada do molde. A umidade de
compactação das amostra foi 185%, que foi a umidade natural encontrada para o material.
Esta elevada umidade é justificada pela alta quantidade de matéria orgânica presente na
matriz básica do resíduo.
Figura 3.20. Câmara triaxial utilizada nos ensaios na matriz básica do RSU novo.
A matriz básica era composta basicamente por restos alimentares, solo, metais, vidro,
madeira e etc, e foi obtida a partir da retirada manual dos materiais fibrosos, tais como,
plásticos (na sua grande maioria), têxteis e borrachas. Partículas com dimensões maiores
que 20 mm também foram retiradas.
A Figura 3.21 mostra um corpo de prova da matriz básica do RSU novo após a
compactação, com a membrana de látex e após o seu cisalhamento. As amostras foram
108 Capítulo 3 – Materiais e métodos
rompidas com uma velocidades de cisalhamento de 0,4 mm/min, obtida a partir da Equação
(3.1). Nestes ensaios não houve a necessidade de utilização da tela de geotêxtil, pois os
materiais pontiagudos, que poderiam danificar a membrana, também foram retirados na
etapa de separação.
Figura 3.21. Amostra da matriz básica de RSU novo após a compactação a); Amostra revestida
com a membrana de látex b); Amostra após o cisalhamento.
A Tabela 3.5 apresenta as principais características dos corpos de prova da matriz
básica de resíduo novo submetidos aos ensaios de compressão triaxial. Os valores dos
índices de vazios e graus de saturação dos corpos de prova foram calculados adotando-se o
valor do peso específico das partículas sólidas de 17,7 kN/m
3
.
Tabela 3.5 - Características iniciais dos corpos de prova da matriz básica de resíduo novo
submetidos aos ensaios de compressão triaxial.
Amostra Ensaio σ'
3c
D h w
o
γ
o
γ
d
e
o
S
ro
(kPa) (mm) (mm) (%) (kN/m
3
) (kN/m
3
) (%)
NovoCD12MBsat
1 50 102 206 185,06 10,89 3,54 3,98 91,85
2 100 102 204 185,06 11,04 3,67 3,82 93,04
3 200 103 214 185,06 10,46 3,67 3,81 85,68
a)
c)
b)
Capítulo 4
RESULTADOS E DISCUSSÕES
4.1 CARACTERIZAÇÃO FÍSICA DOS RESÍDUOS
A Tabela 4.1 mostra o valor médio do teor de umidade gravimétrico de cada
componente presente nas amostras dos resíduos coletados. Observa-se desta tabela uma
grande variabilidade no teor de umidade de cada componente.
Tabela 4.1 - Teor de umidade de cada componente das amostras de resíduos coletados.
Componentes w (%)*
RSU novo RSU com 4 anos de aterrado
Mar/2006 Out/2006 Jul/2006
Madeira 60,05 114,31 115,80
Pedra/cerâmica 11,99 12,34 15,36
Têxteis 98,79 181,81 138,48
Borracha 16,86 19,18 41,26
Plástico 77,24 42,97 52,22
Vidro 0,55 1,97 2,00
Metal 33,05 34,57 21,24
Papel/papelão 125,96 127,15 166,78
Fração pastosa 144,53 96,96 72,37
*w (%) = (M
w
/M
s
) x 100, M
w
= massa de água; M
s
= massa de material seco.
Para as amostras de resíduo novo, verifica-se que os componentes vidro, pedra
cerâmica, borracha, e metal são aqueles que apresentaram menores valores de teor de
umidade, pois são os componentes que apresentam menor capacidade de absorção de
110 Capítulo 4 – Resultados e discussões
água. Já os componentes fração pastosa, papel/papelão, madeira e os têxteis apresentaram
os teores de umidade mais elevados, em virtude de suas maiores capacidades de retenção.
Os componentes do resíduo com quatro anos de aterrado também mostraram este
comportamento.
Comparando os teores de umidade das amostras de resíduo novo coletadas em
épocas diferentes, observa-se uma significativa variação nos resultados obtidos. Os
componentes com menor capacidade de absorção de água não apresentaram grandes
diferenças entre as duas amostras, porém os componentes com maior capacidade de
absorção apresentaram diferenças significativas nos teores de umidade, como por exemplo
os têxteis, que para a a amostra coletada em Março de 2006 apresentou teor de umidade de
98,79 % e para a mostra coletada em Outubro de 2006 seu valor foi de 181,81 %.
A Figura 4.1 apresenta o teor umidade natural global para as amostras de resíduo
novo e com quatro anos de aterrado.
Mar/2006 Mai/2006 Jul/2006 Out/2006
0
20
40
60
80
100
120
140
RSU Novo
RSU Novo
RSU com 4 anos
RSU Novo
Período da amostragem
Teor de umidade (%)
Figura 4.1. Teor de umidade global das amostras de resíduo novo e com quatro anos de
aterrado.
Com relação ao resíduo novo, é importante ressaltar que o teor de umidade com que
os resíduos chegam ao aterro dependem da composição inicial de seus componentes e das
condições climáticas locais, principalmente nos períodos da coleta. Após a sua disposição, o
Capítulo 4 – Resultados e discussões 111
teor de umidade passará a depender também do processo de operação dos aterros, da taxa
de decomposição biológica, da capacidade e funcionamento dos sistemas de coleta de
líqüidos percolados e do sistema de liner de recobrimento, etc (MACHADO et al, 2004).
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).
Os componentes inorgânicos, tais como os produtos plásticos, vidros, metais e etc,
geralmente têm um teor de umidade abaixo de 10%. Assim, o teor de umidade tende a
aumentar com o aumento do conteúdo orgânico do material. Esse comportamento também
foi observado por Landva e Clark (1990) para resíduos do Canadá. Cabe ressaltar que nas
amostras estudadas obtiveram-se para a fração plástico teores de umidade bem superiores
às indicações de Knochenmus et al (1998). Esse alto valor no teor de umidade dos
componentes plásticos pode ser explicado pela presença de outros materiais aderidos à
eles, como por exemplo matéria orgânica, e que não foram possíveis de serem retirados
durante a fase de separação dos constituintes.
Na Tabela 4.2 apresenta-se a composição física obtida para os resíduos coletados na
área do Aterro Metropolitano Centro. Observa-se que com o tempo ocorreu uma redução no
percentual de papel/papelão enquanto que o plástico sofreu um aumento no seu percentual.
Supondo que as duas amostras tivessem originalmente a mesma composição, pode-se
afirmar que parcelas significativas de papel/papelão são incorporadas à fração pastosa à
medida que o processo de degradação evolui. No entanto, é importante destacar a redução
na porcentagem da fração pastosa, diferentemente dos resultados encontrados por
Machado et al. (2005) para resíduos do mesmo aterro sanitário e com as mesmas idades.
Os autores comentam que, apesar de haver uma incorporação de outros componentes à
parcela da fração pastosa, aumentando assim sua porcentagem com relação à massa total
do resíduo, parte do solo de cobertura do aterro pode ter sido incorporado ao material
durante a fase de operação. Segundo os autores, isso pode ter contribuído para o aumento
da porcentagem da fração pastosa do resíduo de mais idade. Contudo, chamam a atenção
112 Capítulo 4 – Resultados e discussões
para a redução do percentual da matéria orgânica biodegradável presente nesta fração, que
também foi verificada nos resíduos estudados.
Para quantificar a porcentagem de matéria orgânica biodegradável presente na fração
pastosa dos resíduos e sua variação com o tempo, foram realizados, para cada amostra,
diversos ensaios de quantificação dos sólidos totais voláteis (STV). Obtiveram-se valores de
STV médio de 23,2 % para o resíduo com 4 anos de aterramento, e de cerca de 56,8 %
para o resíduo novo. Os resultados de STV obtidos estão de acordo com dados encontrados
por Machado et al. (2005) para os resíduos do mesmo aterro e com as mesmas idades.
Tabela 4.2 - Composição física dos resíduos estudados.
Componentes Porcentagem de ocorrência (%)
RSU novo RSU com 4 anos de aterrado
Mar/2006 Out/2006 Jul/2006
Madeira 4,22 3,85 12,64
Pedra / cerâmica 9,64 12,55 5,78
Têxteis 0,95 9,46 3,30
Borracha 0,03 0,11 0,99
Plástico 16,47 17,08 34,25
Vidro 5,23 1,21 3,55
Metal 1,36 0,83 2,55
Papel / papelão 15,60 10,68 5,50
Fração pastosa 42,31 44,23 31,45
Sólidos totais voláteis STV (%) 56,81 54,86 23,21
Matéria orgânica presente na
fração pastosa (%)
24,04 24,28 7,30
Na Figura 4.2 são mostradas as curvas granulométricas dos resíduos estudados,
obtidas pela passagem do material seco à temperatura de 70°C, através de uma série de
peneiras pré-selecionadas, onde também está apresentado a faixa de ocorrência indicada
por Jessberger (1994). Salienta-se que para o traçado destas curvas, o material fibroso
(têxteis e plásticos moles) não foi incluído.
É possível observar uma pequena diferença na granulometria entre as duas amostras
de resíduo novo estudadas, porém ambas se apresentaram dentro da faixa sugerida por
Jessberger (1994). Essa diferença é justificada pela heterogeneidade intrínseca do material.
Capítulo 4 – Resultados e discussões 113
Nesta figura pode ser observado ainda uma diminuição da textura do resíduo com a sua
idade.
0,010 0,100 1,000 10,000 100,000 1000,000
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Limite sup. Jessberger
Limite inf. Jessberger
Resíduo Novo - Mar/2006
Resíduo Novo - Out/2006
Resíduo com 4 anos
Diâmetro (mm)
Porcentagem que passa
Figura 4.2. Curvas granulométricas obtidas para o resíduo novo e com 4 anos de aterrado.
O peso específico das partículas sólidas dos resíduos estudados foi obtido através das
técnicas utilizadas na mecânica dos solos. Os pesos específicos das partículas sólidas para
o resíduo novo e para o resíduo com 4 anos de aterrado são apresentados na Tabela 4.3. É
apresentado também o valor encontrado para a matriz básica do resíduo novo.
Tabela 4.3 - Peso específico das partículas sólidas dos resíduos coletados.
Resíduo γ
s
(kN/m³)
Novo - Mar/2006 17,3
Novo - Out/2006 17,2
Novo - Matriz Básica 17,6
4 anos de aterrado 20,3
114 Capítulo 4 – Resultados e discussões
4.2 ENSAIOS DE PERMEABILIDADE
As Figuras 4.3 à 4.6 apresentam os dados dos ensaios de percolação ao longo do
tempo sob carga constante, fornecidos durante a fase de saturação dos corpos de prova, no
decorrer da realização dos ensaios triaxiais na célula de grandes dimensões. Foram
realizados ensaios em amostras de resíduo novo com 8 e 10 kN/m³ de peso específico e em
amostras de resíduo com 4 anos de aterrado com 10 e 14 kN/m³ de peso específico, todos
compactados na umidade natural.
0 500 1000 1500 2000 2500
0
1000
2000
3000
4000
5000
NovoCU10sat-1
NovoCU10sat-2
NovoCU10sat-3
Tempo (s)
Volume percolado (cm³)
Figura 4.3. Volume percolado ao longo do tempo sob carga constante. RSU novo com peso
específico de 10 kN/m³.
Capítulo 4 – Resultados e discussões 115
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
NovoCD8sat-1
NovoCD8sat-2
NovoCD8sat-3
Tempo (s)
Volume percolado (cm³)
Figura 4.4. Volume percolado ao longo do tempo sob carga constante. RSU novo com peso
específico de 8 kN/m³.
0 1000 2000 3000 4000 5000
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
4anosCD14sat-1
4anosCD14sat-2
4anosCD14sat-3
Tempo (s)
Volume percolado (cm³)
Figura 4.5. Volume percolado ao longo do tempo sob carga constante. RSU com 4 anos de
aterrado e peso específico de 14 kN/m³.
116 Capítulo 4 – Resultados e discussões
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4anosCU10sat-1
4anosCU10sat-2
4anosCU10sat-3
Tempo (s)
Volume percolado (cm³)
Figura 4.6. Volume percolado ao longo do tempo sob carga constante. RSU com 4 anos de
aterrado e peso específico de 10 kN/m³.
Os valores dos coeficientes de permeabilidade foram determinados utilizando-se a
Equação (4.1), baseada na lei de Darcy para fluxo laminar de água em solos.
k
20
=
Q
A⋅i
⋅f
(4.1)
Onde: Q = vazão de água através da amostra, que é o coeficiente angular da reta
ajustada para as curvas das Figuras 4.1 à 4.4; A = área da seção transversal da amostra;
i = gradiente hidráulico utilizado no ensaio; f = coeficiente de correção da viscosidade da
água para a temperatura de 20
o
C.
As características das amostras ensaiadas, juntamente com os seus respectivos
valores de coeficientes de permeabilidade, estão apresentadas na Tabela 4.4.
Capítulo 4 – Resultados e discussões 117
Tabela 4.4 - Características dos corpos de prova e valores dos coeficientes de permeabilidade.
Amostra Ensaio D h
γ
e i T f k
20
(mm) (mm) (kN/m³) (
o
C) (cm/s)
NovoCD8sat
1 206 381 7,5 4,43 2,5 25,0 0,887 1,4 x 10
-3
2 197 376 8,8 3,64 2,7 23,0 0,930 1,5 x 10
-3
3 203 381 8,2 3,99 2,6 24,5 0,898 9,2 x 10
-4
NovoCU10sat
1 203 400 9,7 3,19 2,5 22,0 0,952 2,3 x 10
-3
2 199 404 10,0 3,06 2,5 25,0 0,887 1,8 x 10
-3
3 211 399 9,0 3,51 2,5 26,5 0,857 2,7 x 10
-3
4anosCU10sat
1 201 407 9,7 2,41 2,5 24,5 0,898 2,3 x 10
-3
2 199 407 9,9 2,35 2,5 24,0 0,908 9,6 x 10
-4
3 201 392 8,8 2,76 2,6 25,0 0,887 1,8 x 10
-3
4anosCD14sat
1 195 382 13,5 1,46 2,6 24,0 0,908 1,1 x 10
-3
2 196 375 13,6 1,44 2,7 25,0 0,887 8,9 x 10
-4
3 197 371 13,6 1,44 2,7 26,0 0,867 6,9 x 10
-4
Como é possível observar da Tabela 3.4, não foi possível verificar diferenças
pronunciadas entre os valores dos coeficientes de permeabilidade para as amostras com
diferentes valores de peso específico. Também não foram verificadas diferenças
significativas entre os valores dos coeficientes de permeabilidade do resíduo novo com os
do resíduo com 4 anos de aterrado. Os valores dos coeficientes de permeabilidade variaram
entre 6,9 x 10
-4
e 2,7 x 10
-3
cm/s. Estes resultados estão de acordo com os diversos valores
encontrados na literatura e são equivalentes aos valores das areias finas. Azevedo et al.
(2004) também não verificaram mudanças no coeficiente de permeabilidade para resíduos
de diferentes idades, encontrando um valor médio de 9,5 x 10
-4
cm/s. Carvalho (1999),
através de ensaios de infiltração em furos de sondagens, verificou uma diminuição do
coeficiente de permeabilidade com uma maior compactação do resíduo. Seus resultados,
apesar de dispersos, são da mesma ordem de grandeza dos encontrados nos ensaios
realizados neste trabalho.
118 Capítulo 4 – Resultados e discussões
4.3 ENSAIOS DE COMPRESSÃO CONFINADA
A Figura 4.7 apresenta as curvas de índice de vazios versus raiz do tempo, obtidas do
ensaio convencional para o resíduo novo compactado com 7,1 kN/m
3
. Como é possível
observar nas curvas, o adensamento primário ocorre nos primeiros minutos do ensaio,
seguido das deformações secundárias, que se estendem por um período de tempo muito
maior.
0 25 50 75 100 125 150 175
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
4,00
4,50
20kPa
40kPa
80kPa
160kPa
320kPa
640kPa
Raiz do tempo (√min)
Índice de vazios
Figura 4.7. Curvas de índice de vazios versus raiz do tempo do ensaio convencional em resíduo
novo compactado na umidade natural com peso específico de 7,1 kN/m
3
.
Capítulo 4 – Resultados e discussões 119
A Figura 4.8 apresenta as curvas de índice de vazios versus o logaritmo do tempo do
ensaio de compressão confinada convencional. Nestas curvas, pode-se observar um
acentuado processo de compressão secundária que apresenta uma tendência de
comportamento linear entre os índices de vazios e o logaritmo do tempo.
0,1 1 10 100 1000 10000 100000 1000000
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
4,00
4,50
20 kPa
40 kPa
80 kPa
160 kPa
320 kPa
640 kPa
Tempo (min)
Índice de vazios
Figura 4.8. Curvas de índice de vazios versus logaritmo do tempo do ensaio convencional, em
resíduo novo compactado na umidade natural com peso específico de 7,1 kN/m
3
.
A Figura 4.9 apresenta as curvas de índice de vazios versus raiz do tempo, obtidas do
ensaio com recirculação de chorume para o resíduo novo compactado com 7,4 kN/m
3
.
120 Capítulo 4 – Resultados e discussões
0 50 100 150 200 250
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
20kPa
40kPa
80kPa
160kPa
320kPa
640kPa
Raiz do tempo (√min)
Índice de vazios (mm)
Figura 4.9. Curvas de índice de vazios versus raiz do tempo do ensaio com recirculação de
chorume, em resíduo novo compactado na umidade natural com peso específico de 7,4 kN/m
3
.
A Figura 4.10 apresenta as curvas de índice de vazios versus o logaritmo do tempo do
ensaio de compressão confinada com recirculação de chorume, realizado em resíduo novo
compactado com peso específico de 7,4 kN/m³.
Capítulo 4 – Resultados e discussões 121
0,10 1,00 10,00 100,00 1000,00 10000,00 100000,00 1000000,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
20 kPa
40 kPa
80 kPa
160 kPa
320 kPa
640 kPa
Tempo (min)
Índice de vazios
Figura 4.10. Curvas de índice de vazios versus logaritmo do tempo do ensaio com recirculação
de chorume, em resíduo novo compactado na umidade natural com peso específico de 7,4 kN/m
3
.
A partir destes gráficos foi possível determinar os índices de compressão secundária
C
α
(C
α
= Δe/Δlog t) e os coeficientes de compressão secundária C'
α
(C'
α
= C
α
/(1+e
o
); onde e
o
é o índice de vazios do início de cada estágio) para cada estágio de carregamento, os quais
são apresentados na Tabela 4.5.
122 Capítulo 4 – Resultados e discussões
Tabela 4.5 - Valores de C
α
e C'
α
obtidos para as amostras ensaiadas para cada estágio de
carregamento.
Amostra γ
0
Tensão C
α
C'
α
R
2
(kN/m
3
) (kPa)
RN 7,1
20 0,538 0,105 0,928
40 0,098 0,023 0,993
80 0,058 0,016 0,960
160 0,096 0,029 0,953
320 0,081 0,029 0,977
640 0,062 0,026 0,996
RN-R 7,4
20 0,171 0,040 0,942
40 0,148 0,037 0,886
80 0,079 0,025 0,908
160 0,077 0,028 0,958
320 0,055 0,024 0,985
Descartando-se os valores obtidos para os estágios de 20 kPa, cujo resultados foram
afetados muito provavelmente pela acomodação do pistão e também do próprio resíduo,
verifica-se para o ensaio convencional que o valor de C
α
varia de 0,058 à 0,098, podendo-se
adotar um valor médio de 0,079 e que o coeficiente de compressão secundária, C'
α,
varia de
0,016 a 0,029, com valor médio de 0,024. Para a amostra submetida a recirculação de
chorume os valores do índice de compressão secundária variaram entre 0,055 e 0,148,
sendo o valor médio de 0,090. O coeficiente de compressão secundária variou de 0,024 à
0,037, obtendo-se um valor médio de 0,028. Considerando os valores médios, houve um
aumento nos valores de C
α
e de C'
α
de 13,94 % e 16,50 %, respectivamente, na amostra
com recirculação.
Os valores de C
α
encontrados são menores que aqueles apresentados por Sowers
(1973), mas apresentam-se dentro da faixa de valores encontrado por Gabr e Valero (1995),
e são levemente superiores aos obtidos por Machado et. al. (2005) e por Vilar e Carvalho
(2004).
Os efeitos da aceleração da decomposição nos parâmetros de deformabilidade foram
observados por Olivier e Gourc (2007). Os autores observaram um aumento no valor do
índice de compressão secundária de até 6 vezes.
Capítulo 4 – Resultados e discussões 123
A Figura 4.11 apresenta as curvas de compressão confinada obtidas para os resíduos
estudados. Por meio desta curva, pôde-se determinar o índice de compressão primária C
c
(C
c
= Δe/Δlogσ
v
) para o resíduo novo coletado do Aterro Metropolitano Centro, bem como o
coeficiente de compressão primária, C'
c
(C'
c
= C
c
/(1+e
o
)). Os valores dos índices de vazios
foram obtidos a partir dos estágios do ensaio de compressão confinada, que duraram em
média 25 dias. Os valores do índice de compressão primária e do coeficiente de
compressão primária, obtidos do ensaio convencional, foram de 1,459 e 0,284,
respectivamente. No ensaio com recirculação os valores destes parâmetros foram de
C
c
= 1,585 e C'
c
= 0,371.
10 100 1000
0,80
1,20
1,60
2,00
2,40
2,80
3,20
3,60
RN
RN-R
Tensão vertical (kPa)
Índice de vazios
Figura 4.11. Curva de índice de vazios versus o logaritmo da tensão vertical para as amostras de
resíduo novo ensaiadas, compactadas com peso específico de 7 kN/m³.
124 Capítulo 4 – Resultados e discussões
Os valores obtidos são similares aos reportados por Sowers (1973) e por Machado et.
al (2005), porém são bem superiores que os apresentados por Gabr e Valero (1995) e Vilar
e Carvalho (2004) para resíduos antigos, o que era de se esperar, pois nestes últimos casos
os resíduos apresentam uma maior quantidade de materiais inertes que são menos
deformáveis. Comparando os valores dos parâmetros de deformabilidade do ensaio
convencional com os do ensaio com recirculação, é observado um aumento de 8,6 % no
valor do índice de compressão primária, e de 30,6 % no valor do coeficiente de compressão
primária. É importante observar que o coeficiente de compressão primária é afetado pelo
valor do índice de vazios inicial da amostra, ou seja, o aumento de 30,6 % no valor de C'
c
do
ensaio convencional para o ensaio com recirculação de chorume foi, em grande parte,
devido à diferença nos índices de vazios entre as duas amostras. Como já foi mencionado
anteriormente, os volumes de chorume percolados foram pequenos se comparados ao
volume da amostra e o tempo de duração do ensaio foi relativamente curto se comparado
ao tempo necessário para a intensificação do processo de decomposição, além disso, as
condições ambientais de laboratório não foram as mais propícias à biodegradação. Dessa
forma, mesmo os parâmetros de deformabilidade apresentando valores ligeiramente
superiores para o ensaio com recirculação, não se pode afirmar com clareza que esse
aumento tenha sido causada pelo mecanismo da recirculação e, consequentemente, pela
aceleração da decomposição. Na Tabela 4.6 são apresentados algumas das características
iniciais das amostras submetidas aos ensaios de compressão confinada juntamente com
seus parâmetros de deformabilidade. É apresentado também a perda de massa das
amostras após a realização dos ensaios.
Tabela 4.6 - Valores médios de C
c
e de C'
c.
Amostra
γ
o
γ
d
e
o
ΔM
s
C
c
C'
c
R
2
(kN/m³) (kN/m³) (%)
RN 7,11 4,05 4,134 13,9 1,459 0,284 0,9960
RN-R 7,38 3,33 3,269 4,4 1,585 0,371 0,9703
Capítulo 4 – Resultados e discussões 125
É importante observar que a amostra submetida à recirculação apresentou uma perda
de massa menor do que a amostra submetida ao ensaio convencional. Imprecisões na
determinação das umidades finais dos materiais, como por exemplo a perda de massa de
material durante as pesagens, podem ter contribuído para esta diferença.
4.4 ENSAIOS TRIAXIAIS
4.4.1 Ensaios triaxiais drenados (CD)
4.4.1.1 Influência da idade
As Figuras 4.12 e 4.13 apresentam os resultados obtidos dos ensaios triaxiais
convencionais do tipo CD, realizados em amostra saturada de resíduo novo e em amostra
saturada de resíduo com 4 anos de aterrado, ambas com peso específico de 10 kN/m
3
(amostras NovoCD10sat e 4anosCD10sat).
As curvas tensão-deformação apresentadas permitem identificar um comportamento
típico para o resíduo sólido urbano, onde 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, 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 resíduo do aterro Bandeirantes em São
Paulo.
126 Capítulo 4 – Resultados e discussões
Devido às características das curvas tensão-deformação dos resíduos, não foi
possível determinar os parâmetros de resistência empregando os critério de ruptura de
Mohr-Coulomb, adotou-se então critérios de deformação para determinação destes
parâmetros.
0 5 10 15 20 25 30
0
200
400
600
800
Conf. = 50 kPa
Conf. = 101 kPa
Conf. = 203 kPa
Deformação axial (%)
Tensão desviadora (kPa)
0 5 10 15 20 25 30
0
2
4
6
8
10
12
14
Conf. = 50 kPa
Conf. = 101 kPa
Conf. = 203 kPa
Deformação axial (%)
Deformação volumétrica (%)
Figura 4.12. Curvas tensão versus deformação e deformação volumétrica versus deformação
axial obtidas para as amostras NovoCD10sat.
Capítulo 4 – Resultados e discussões 127
0 5 10 15 20 25 30
0
200
400
600
800
Conf. = 49 kPa
Conf. = 101 kPa
Conf. = 202 kPa
Deformação axial (%)
Tensão desviadora (kPa)
0 5 10 15 20 25 30
0
2
4
6
8
10
12
Conf. = 49 kPa
Conf. = 101 kPa
Conf. = 202 kPa
Deformação axial (%)
Deformação volumétrica (%)
Figura 4.13. Curvas tensão versus deformação e deformação volumétrica versus deformação
axial obtidas para as amostras 4anosCD10sat.
Com os dados apresentados nas Figuras 4.12 e 4.13 foram traçados gráficos dos
parâmetros t e s' para diferentes níveis de deformação axial (5%, 10%,15%, 20%), Figura
4.14. Em alguns casos obtiveram-se, através da regressão linear, valores do coeficiente
linear (a) abaixo de zero, ou seja, valores de coesão negativos. Nestes casos, ajustaram-se
envoltórias passando pela origem dos eixos. Os valores de t e s' foram obtidos a partir das
seguintes equações:
s '=
'
1
'
3
2
(4.2)
128 Capítulo 4 – Resultados e discussões
t =t ' =
'
1
− '
3
2
(4.3)
Figura 4.14. Envoltórias obtidas no plano t x s’ para a amostra NovoCD10sat (a) e 4anosCD10sat
(b).
Os coeficientes linear (a') e angular (α') das envoltórias podem ser transformados no
ângulo de atrito e coesão mobilizados pelo RSU através das Equações 4.4 e 4.5, para cada
nível de deformação. Nestas equações c' e Φ' correspondem à coesão e ao ângulo de atrito
mobilizado pela amostra de RSU para o nível de deformação escolhido.
' =arcsen tg '
(4.4)
c ' =
a'
cos'
(4.5)
Como é possível observar na Figura 4.14, as envoltórias de resistência no plano t x s'
variam em função da deformação axial, ou seja, os parâmetros de resistência mudam a
depender do nível de deformação aplicado. A Tabela 4.7 apresenta os valores da coesão e
do ângulo de atrito para as amostras NovoCD10sat e 4anosCD10sat, para os diferentes
níveis de deformação. Para ambas as amostras houve um aumento do ângulo de atrito com
as deformações, sendo que para uma deformação de 20 % os valores obtidos foram de
27,1
o
para a amostra NovoCD10sat e de 34,9
o
para a amostra 4anosCD10sat. O valor da
coesão para a amostra NovoCD10sat também apresentou um crescimento com as
0 100 200 300 400 500 600
0
100
200
300
s' (kPa)
t (kPa)
0 500
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
49
109
202
N.R.
Def. Axial = 5%
Def. Axial = 10%
Def. Axial = 15%
Def. Axial = 20%
Pts. medidos (25%)
Ajuste (5%)
Ajuste (10%)
Ajuste (15%)
Ajuste (20%)
Ajuste (25%)
s' (kPa)
t (kPa)
(a)
0 100 200 300 400 500 600
0
100
200
300
s' (kPa)
t (kPa)
0 500
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
49
109
202
N.R.
Def. Axial = 5%
Def. Axial = 10%
Def. Axial = 15%
Def. Axial = 20%
Pts. medidos (25%)
Ajuste (5%)
Ajuste (10%)
Ajuste (15%)
Ajuste (20%)
Ajuste (25%)
s' (kPa)
t (kPa)
(b)
Capítulo 4 – Resultados e discussões 129
deformações, atingindo um valor de 25,8 kPa para 20 % de deformação axial,
diferentemente da amostra 4anos10, cujo valor se manteve abaixo de 10 kPa sem
apresentar tendência de crescimento.
Tabela 4.7 - Parâmetros de resistência das amostras NovoCD10sat e 4anosCD10sat.
Amostra ε
a
(%)
Equação
(kPa)
R
2
Parâmetros
c' (kPa) Φ'(
o
)
NovoCD10sat
5 t = 0,2552 s' + 6,61 1,000 6,8 14,8
10 t = 0,3455 s' + 10,66 1,000 11,4 20,2
15 t = 0,4098 s' + 16,01 0,999 17,6 24,2
20 t = 0,4906 s' + 23,01 0,995 25,8 27,1
4anosCD10sat
5 t = 0,2475 s' + 5,79 0,997 6,0 14,3
10 t = 0,3684 s' + 8,31 0,995 8,9 21,6
15 t = 0,4650 s' + 7,28 0,999 8,2 27,7
20 t = 0,5725 s' + 4,05 1,000 4,6 34,9
Para melhor visualizar o desenvolvimento dos parâmetros de resistência com as
deformações, são apresentadas na Figura 4.15 as curvas de variação da coesão e variação
do ângulo de atrito para os diferentes níveis de deformação axial para as amostras
NovoCD10sat e 4anosCD10sat.
0 5 10 15 20 25
0
5
10
15
20
25
30
NovoCD10sat
4anosCD10sat
Deformação axial (%)
Coesão (kPa)
0 5 10 15 20 25
0
10
20
30
40
50
Deformação axial (%)
Ângulo de atrito (º)
Figura 4.15. Variação dos parâmetros de resistência com a deformação axial das amostras
NovoCD10sat e 4anosCD10sat.
130 Capítulo 4 – Resultados e discussões
4.4.1.2 Influência do peso específico
a) Resíduo Novo
A Figuras 4.16 apresenta os resultados obtidos a partir dos ensaios triaxiais drenados
em amostra saturada de resíduo novo, compactadas na umidade natural com peso
específico de 8 kN/m
3
(amostra NovoCD8sat).
0 5 10 15 20 25 30
0
100
200
300
400
Conf. = 49 kPa
Conf. = 99 kPa
Conf. = 195 kPa
Deformação axial (%)
Tensão desviadora (kPa)
0 5 10 15 20 25 30
0
2
4
6
8
10
12
14
Conf. = 49 kPa
Conf. = 99 kPa
Conf. = 195 kPa
Deformação axial (%)
Deformação volumétrica (%)
Figura 4.16. Curvas tensão versus deformação axial e deformação volumétrica versus
deformação axial obtidas para a amostra NovoCD8sat.
Capítulo 4 – Resultados e discussões 131
Como é possível verificar na Figura 4.16, comparando-se à Figura 4.12, as curvas
tensão versus deformação da amostra de resíduo novo, compactada com peso específico
de 8 kN/m³, apresentaram o mesmo comportamento da amostra de resíduo novo
compactada com peso específico de 10 kN/m³. No entanto, os valores das tensões
desviadoras foram menores.
As curvas de deformação volumétrica versus deformação axial também apresentaram
comportamento similar aos do ensaio com maior peso específico, exceto o ensaio com
tensão de confinamento de 200 kPa, que apresentou menores deformações volumétricas.
Este comportamento pode ser explicado pela presença de materiais menos compressíveis
na composição deste corpo de prova.
A influência do peso específico na resistência ao cisalhamento dos RSU pode ser
observada na Figura 4.17. Nesta figura são apresentadas as envoltórias no plano t x s' dos
resultados dos ensaios triaxiais drenados em amostras saturadas de resíduos novo com 8 e
10 kN/m
3
de peso específico, estas últimas, já apresentadas na Figura 4.14 (a).
Figura 4.17. Envoltórias obtidas no plano t x s' para a amostra NovoCD8sat (a) e NovoCD10sat
(b).
Como é possível verificar na Figura 4.17, houve um aumento sensível nos parâmetros
de resistência com o aumento do peso específico. Os valores da coesão e do ângulo de
atrito para a deformação axial de 20% da amostra NovoCD8sat foram de 14,8 kPa e de
19,2
o
, respectivamente, bem inferiores aos da amostra NovoCD10sat. Estes resultados
diferem dos encontrados para os resíduos do Aterro Bandeirantes-SP com 15 anos de
0 100 200 300 400 500 600
0
100
200
300
s' (kPa)
t (kPa)
0 500
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
49
109
202
N.R.
Def. Axial = 5%
Def. Axial = 10%
Def. Axial = 15%
Def. Axial = 20%
Pts. medidos (25%)
Ajuste (5%)
Ajuste (10%)
Ajuste (15%)
Ajuste (20%)
Ajuste (25%)
s' (kPa)
t (kPa)
(a)
0 100 200 300 400 500 600
0
100
200
300
s' (kPa)
t (kPa)
0 500
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
49
109
202
N.R.
Def. Axial = 5%
Def. Axial = 10%
Def. Axial = 15%
Def. Axial = 20%
Pts. medidos (25%)
Ajuste (5%)
Ajuste (10%)
Ajuste (15%)
Ajuste (20%)
Ajuste (25%)
s' (kPa)
t (kPa)
(b)
132 Capítulo 4 – Resultados e discussões
aterrado, que não apresentaram variação significativa nos parâmetros de resistência para
diferentes valores de peso específico (VILAR & CARVALHO, 2002, 2004). A Tabela 4.8
apresenta os parâmetros de resistência para os diversas níveis de deformação das
amostras NovoCD8sat e NovoCD10sat.
Tabela 4.8 - Parâmetros de resistência das amostras NovoCD8sat e NovoCD10sat.
Amostra ε
a
(%)
Equação
(kPa)
R
2
Parâmetros
c' (kPa) Φ' (
o
)
NovoCD8sat
5 t = 0,2398 s' + 0,64 0,999 0,7 13,9
10 t = 0,2629 s' + 4,75 0,994 4,9 15,2
15 t = 0,3011 s' + 10,72 0,992 11,2 17,5
20 t = 0,3293 s' + 13,96 0,985 14,8 19,2
NovoCD10sat
5 t = 0,2552 s' + 6,61 1,000 6,8 14,8
10 t = 0,3455s' + 10,66 1,000 11,4 20,2
15 t = 0,4098 s' + 16,01 0,999 17,6 24,2
20 t = 0,4906 s' + 23,01 0,995 25,8 27,1
São apresentadas na Figura 4.18 as curvas de variação da coesão e variação do
ângulo de atrito para os diferentes níveis de deformação axial para as amostras de resíduo
novo com 8 e 10 kN/m³ de peso específico.
0 5 10 15 20 25
0
5
10
15
20
25
30
NovoCD8sat
NovoCD10sat
Deformação axial (%)
Coesão (kPa)
0 5 10 15 20 25
0
10
20
30
40
Deformação axial (%)
Ângulo de atrito (º)
Figura 4.18. Variação dos parâmetros de resistência com a deformação axial das amostras
NovoCD8sat e NovoCD10sat.
Capítulo 4 – Resultados e discussões 133
b) Resíduo com 4 anos de aterrado
A Figuras 4.19 apresenta os resultados obtidos a partir dos ensaios triaxiais drenados
em amostra saturada de resíduo com 4 anos de aterrado, compactada na umidade natural
com peso específico de 14 kN/m
3
(amostra NovoCD14sat).
0 5 10 15 20 25 30
0
200
400
600
800
1000
1200
Conf. = 51 kPa
Conf. = 97 kPa
Conf. = 198 kPa
Deformação axial (%)
Tensão desviadora (kPa)
0 5 10 15 20 25 30
0
3
6
9
12
15
18
Conf. = 51 kPa
Conf. = 97 kPa
Conf. = 198 kPa
Deformação axial (%)
Deformação volumétrica (%)
Figura 4.19. Curvas tensão versus deformação axial e deformação volumétrica versus
deformação axial obtidas para a amostra 4anosCD14sat.
Na Figura 4.20 são apresentadas as envoltórias no plano t x s' dos resultados dos
ensaios triaxiais drenados em amostras saturadas de resíduo com 4 anos de aterrado e com
peso específico de10 kN/m
3
, cujos resultados já foram mostrados na Figura 4.13, e de 14
kN/m
3
.
134 Capítulo 4 – Resultados e discussões
Figura 4.20. Envoltórias obtidas no plano t x s' para a amostra 4anosCD10sat (a) e
4anosCD14sat (b).
Como é possível verificar na Figura 4.20, assim como observado para o resíduo novo,
houve um aumento nos parâmetros de resistência com o aumento do peso específico da
amostra. Os valores de coesão e do ângulo de atrito para a deformação axial de 20% da
amostra 4anosCD10sat foram de 4,6 kPa e de 34,9
o
, respectivamente. Para a amostra
4anosCD14sat com peso específico de 14 kN/m³ os valores de coesão e do ângulo de atrito
foram de 22,9 kPa e 39,8
o
. A Tabela 4.9 apresenta os parâmetros de resistência para os
diversas níveis de deformação das amostras 4anosCD10sat e 4anosCD14sat.
Tabela 4.9 - Parâmetros de resistência das amostras 4anosCD10sat e 4anosCD14sat.
Amostra ε
a
(%)
Equação
(kPa)
R
2
Parâmetros
c' (kPa) Φ'(
o
)
4anosCD10sat
5 t = 0,2475 s' + 5,79 0,997 6,0 14,3
10 t = 0,3684 s' + 8,31 0,995 8,9 21,6
15 t = 0,4650 s' + 7,28 0,999 8,2 27,7
20 t = 0,5725 s' + 4,05 1,000 4,6 34,9
4anosCD14sat
5 t = 0,3582 s' + 9,00 0,981 9,6 21,0
10 t = 0,4719 s' + 17,45 0,992 19,8 28,2
15 t = 0,5579 s' + 21,55 1,000 26,0 33,9
20 t = 0,6400 s' + 17,59 1,000 22,9 39,8
0 100 200 300 400 500 600 700
0
100
200
300
400
500
s' (kPa)
t (kPa)
(a)
0 500
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
49
109
202
N.R.
Def. Axial = 5%
Def. Axial = 10%
Def. Axial = 15%
Def. Axial = 20%
Pts. medidos (25%)
Ajuste (5%)
Ajuste (10%)
Ajuste (15%)
Ajuste (20%)
Ajuste (25%)
s' (kPa)
t (kPa)
0 100 200 300 400 500 600 700
0
100
200
300
400
500
s' (kPa)
t (kPa)
0 500
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
49
109
202
N.R.
Def. Axial = 5%
Def. Axial = 10%
Def. Axial = 15%
Def. Axial = 20%
Pts. medidos (25%)
Ajuste (5%)
Ajuste (10%)
Ajuste (15%)
Ajuste (20%)
Ajuste (25%)
s' (kPa)
t (kPa)
(b)
Capítulo 4 – Resultados e discussões 135
São apresentadas na Figura 4.21 as curvas de variação da coesão e variação do
ângulo de atrito para os diferentes níveis de deformação axial para as amostras de resíduo
com 4 anos de aterrado com 10 e 14 kN/m³ de peso específico.
0 5 10 15 20 25
0
5
10
15
20
25
30
4anosCD10sat
4anosCD14sat
Deformação axial (%)
Coesão (kPa)
0 5 10 15 20 25
0
10
20
30
40
50
Deformação axial (%)
Ângulo de atrito (º)
Figura 4.21. Variação dos parâmetros de resistência com a deformação axial das amostras
4anosCD10sat e 4anosCD14sat.
4.4.1.3 Influência do grau de saturação
A Figuras 4.22 apresenta os resultados obtidos a partir dos ensaios triaxiais drenados
em amostra de resíduo novo, compactada na umidade natural com peso específico de 10
kN/m
3
(amostra NovoCD10nat). O grau de saturação dos corpos de prova no início do
ensaio ficou em torno de 55 %.
136 Capítulo 4 – Resultados e discussões
0 5 10 15 20 25 30
0
100
200
300
400
500
600
700
Conf. = 50 kPa
Conf. = 96 kPa
Conf. = 199 kPa
Deformação axial (%)
Tensão desviadora (%)
0 5 10 15 20 25 30
0
3
6
9
12
15
18
Conf. =50 (kPa)
Conf. =96 (kPa)
Conf. =199 (kPa)
Deformação axial (%)
Deformação volumétrica (%)
Figura 4.22. Curvas tensão versus deformação axial e deformação volumétrica versus
deformação axial obtidas para a amostra NovoCD10nat.
Como é possível observar na Figura 4.22, o ensaio com pressão de confinamento de
100 kPa apresentou praticamente a mesma resistência que o ensaio com pressão de
confinamento de 50 kPa. Possivelmente houve algum problema durante a execução deste
ensaio que não foi detectado, como por exemplo, o entortamento do corpo de prova durante
o seu cisalhamento.
Na Figura 4.23 são apresentadas as envoltórias no plano t x s' dos resultados dos
ensaios triaxiais drenados em amostras de resíduo novo com peso específico de10 kN/m
3
,
com grau de saturação de 55 % e
na condição saturada (amostras NovoCD10nat e
Capítulo 4 – Resultados e discussões 137
NovoCD10sat). As envoltórias da amostra NovoCD10nat foram ajustadas apenas para os
ensaios com pressão de confinamento de 50 kPa e de 200 kPa.
Figura 4.23. Envoltórias obtidas no plano t x s' para a amostra NovoCD10nat (a) e NovoCD10sat
(b).
Nota-se na Figura 4.24, que a amostra ensaiada na umidade natural apresentou
praticamente os mesmos valores de ângulo de atrito que a amostra saturada, porém os
valores de coesão foram bem menores. Para 20 % de deformação, por exemplo, a amostra
NovoCD10sat apresentou ângulo de atrito e intercepto de coesão de 27,1
o
e 25,8 kPa,
respectivamente, enquanto que a amostra NovoCD10nat apresentou ângulo de atrito de
29,1
o
e valor de intercepto de coesão nulo.
0 5 10 15 20 25
0
5
10
15
20
25
30
NovoCD10nat
NovoCD10sat
Deformação axial (%)
Coesão (kPa)
0 5 10 15 20 25
0
10
20
30
40
Deformação axial (%)
Ângulo de atrito (º)
Figura 4.24. Variação dos parâmetros de resistência com a deformação axial das amostras
NovoCD10nat e NovoCD10sat.
0 100 200 300 400 500 600
0
100
200
300
s' (kPa)
t (kPa)
0 500
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
49
109
202
N.R.
Def. Axial = 5%
Def. Axial = 10%
Def. Axial = 15%
Def. Axial = 20%
Pts. medidos (25%)
Ajuste (5%)
Ajuste (10%)
Ajuste (15%)
Ajuste (20%)
Ajuste (25%)
s' (kPa)
t (kPa)
(a)
0 100 200 300 400 500 600
0
100
200
300
s' (kPa)
t (kPa)
0 500
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
49
109
202
N.R.
Def. Axial = 5%
Def. Axial = 10%
Def. Axial = 15%
Def. Axial = 20%
Pts. medidos (25%)
Ajuste (5%)
Ajuste (10%)
Ajuste (15%)
Ajuste (20%)
Ajuste (25%)
s' (kPa)
t (kPa)
(b)
138 Capítulo 4 – Resultados e discussões
4.4.1.4 Influência dos componentes de reforço
A Figura 4.25 apresenta os resultados dos ensaios triaxiais realizados na matriz básica
(resíduo sem o material fibroso) em amostras com peso específico de 12 kN/m³ e teor de
umidade natural de 185 %. Este valor de peso específico foi adotado, por não se conseguir
moldar amostras com peso específico de 10 kN/m³, que para efeito de comparação seria
mais adequado.
O efeito dos materiais fibrosos no RSU pode ser melhor percebido comparando-se os
resultados do ensaio NovoCD10sat com o resultado do ensaio na matriz básica do resíduo
novo (amostra NovoCD12satMB), Figura 4.25. Para maiores valores de confinamento é
possível observar uma tendência no aparecimento de um valor máximo na curva tensão-
deformação das amostras sem fibras, diferentemente dos ensaios com fibras, que
apresentam, inclusive, concavidade voltada para cima. Este comportamento se reflete nos
parâmetros de resistência que têm seus valores reduzidos, principalmente os de coesão.
Segundo Manassero et al. (1996), o ganho de resistência causado pela presença dos
materiais fibrosos pode ser considerado análogo ao comportamento de solos reforçados
com fibras, porém, diferentemente destes últimos, os RSU não apresentam envoltória de
ruptura significativamente bilinear devido à diferença nos tamanhos e no comportamento
tensão-deformação de seus materiais de reforço. As deformações observadas nos ensaios
sem fibras foram menores do que as do ensaio com o material composto. Possivelmente,
isso se deve ao fato de que os materiais fibrosos (na grande maioria, plásticos), presentes
no resíduo, são muito compressíveis. Para uma deformação axial de 20 %, por exemplo, as
deformações volumétricas do ensaio sem a presença das fibras variaram entre 3,5 e 5,2 %,
enquanto que para a amostra com o material composto estes valores variaram entre 8,2 e
9,9 %.
Capítulo 4 – Resultados e discussões 139
0 5 10 15 20 25 30
0
100
200
300
400
500
600
700
MB (49 kPa)
MB (109 kPa)
MB (202 kPa)
NovoCD10sat
(50 kPa)
NovoCD10sat
(101 kPa)
NovoCD10sat
(203 kPa)
Deformação axial (%)
Tensão desviadora (kPa)
0 5 10 15 20 25 30
0
2
4
6
8
10
12
14
MB (49 kPa)
MB (109 kPa)
MB (202 kPa)
NovoCD10sat
(50 kPa)
NovoCD10sat
(101 kPa)
NovoCD10sat
(203 kPa)
Deformação axial (%)
Deformação volumétrica (%)
Figura 4.25. Curvas tensão versus deformação axial e deformação volumétrica versus
deformação axial, obtidas para as amostras NovoMBCD12sat e NovoCD10sat.
Também para as curvas tensão-deformação do ensaio na amostra NovoCD12MBsat,
foram traçadas no plano t x s' as suas envoltórias para os diversos níveis de deformação,
podendo-se, dessa forma, ter uma melhor apreciação da evolução dos seus parâmetros de
resistência, Figura 4.26.
140 Capítulo 4 – Resultados e discussões
Figura 4.26. Envoltórias obtidas no plano t x s' para a amostra NovoCD12MBsat (a) e
NovoCD10sat (b).
Carvalho (1999) não observou diferenças significativas nos resultados de ensaios
realizados em resíduos antigos com os ensaios na sua matriz básica. O autor credita a este
comportamento a presença de fibras de tamanhos reduzidos que não foram possíveis de
serem retirados manualmente.
0 5 10 15 20 25
0
5
10
15
20
25
30
NovoMBCD12
NovoCD10sat
Deformação axial (%)
Coesão (kPa)
0 5 10 15 20 25
0
10
20
30
40
Deformação axial (%)
Ângulo de atrito (º)
Figura 4.27. Variação dos parâmetros de resistência com a deformação axial das amostras
NovoCD12satMB e NovoCD10sat.
Observa-se na Figura 4.27, que o valor da coesão do ensaio sem fibras se manteve
praticamente constante para os diversos valores de deformação, e num valor mais baixo do
que o do ensaio com os componentes de reforço, e mesmo o ângulo de atrito apresentou
ser influenciado pela presença destes materiais, diferentemente dos resultados obtidos por
Kockel e Jessberger (1995 apud König e Jessberger, 1997).
0 100 200 300 400 500 600
0
100
200
300
s' (kPa)
t (kPa)
0 500
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
49
109
202
N.R.
Def. Axial = 5%
Def. Axial = 10%
Def. Axial = 15%
Def. Axial = 20%
Pts. medidos (25%)
Ajuste (5%)
Ajuste (10%)
Ajuste (15%)
Ajuste (20%)
Ajuste (25%)
s' (kPa)
t (kPa)
(a)
0 100 200 300 400 500 600
0
100
200
300
s' (kPa)
t (kPa)
0 500
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
49
109
202
N.R.
Def. Axial = 5%
Def. Axial = 10%
Def. Axial = 15%
Def. Axial = 20%
Pts. medidos (25%)
Ajuste (5%)
Ajuste (10%)
Ajuste (15%)
Ajuste (20%)
Ajuste (25%)
s' (kPa)
t (kPa)
(b)
Capítulo 4 – Resultados e discussões 141
4.4.2 Comportamento não-drenado dos RSU
As Figuras 4.28 e 4.29 apresentam os resultados dos ensaios CU nas amostra de
resíduo novo e com 4 anos de aterrado. As duas amostras foram compactadas na umidade
natural com peso específico de 10 kN/m³.
0 5 10 15 20 25 30
0
50
100
150
200
250
Conf. = 44 kPa
Conf. = 93 kPa
Conf. = 129 kPa
Deformação axial (%)
Tensão desviadora (%)
0 5 10 15 20 25 30
0
20
40
60
80
100
120
Conf. = 44 kPa
Conf. = 93 kPa
Conf. = 129 kPa
Deformação axial (%)
Pressão neutra (kPa)
Figura 4.28. Curvas tensão versus deformação axial e pressão neutra versus deformação axial
obtida para a amostra NovoCU10sat.
Como nos ensaios CD, as curvas tensão-deformação dos ensaios CU não
apresentaram picos de ruptura, muito menos tendência de alcançar um valor máximo,
142 Capítulo 4 – Resultados e discussões
concordando com os resultados apresentados por Carvalho (1999), para resíduos com 15
anos de aterrado e por Caicedo et al. (2002) para resíduos com um ano de decomposição
do Aterro Sanitário de Dona Juana em Bogotá. Durante o cisalhamento foram gerados altos
valores de pressão neutra, com uma tendência de estabilização num valor próximo ao da
tensão de confinamento.
0 5 10 15 20 25 30
0
100
200
300
400
500
Conf. = 49 kPa
Conf. = 99 kPa
Conf. = 192 kPa
Deformação axial (%)
Tensão desviadora (%)
0 5 10 15 20 25 30
0
25
50
75
100
125
150
175
200
Conf. = 49 kPa
Conf. = 99 kPa
Conf. = 192 kPa
Deformação axial (%)
Pressão neutra (kPa)
Figura 4.29. Curvas tensão versus deformação axial e pressão neutra versus deformação axial
obtida para a amostra 4anosCU10sat.
Altos valores do parâmetro A de Skempton foram observados durante os ensaios,
demonstrando um comportamento típico de materiais muito compressíveis que apresentam
altos desenvolvimentos de pressão neutra quando submetidos ao cisalhamento (Figuras
Capítulo 4 – Resultados e discussões 143
4.30 e 4.31). Os valores dos parâmetros A de Skempton foram obtidos a partir da Equação
(4.6).
A=
u
1
(4.6)
0 5 10 15 20 25 30
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
Conf. = 44 kPa
Conf. = 93 kPa
Conf. = 129 kPa
Deformação axial (%)
Parâmetro A de pressão neutra
Figura 4.30. Variação do parâmetro A de Skempton versus a deformação axial para a amostra
NovoCU10sat.
0 5 10 15 20 25 30
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
Conf. = 49 kPa
Conf. = 99 kPa
Conf. = 192 kPa
Deformação axial (%)
Parâmetro A de pressão neutra
Figura 4.31. Variação do parâmetro A de Skempton versus a deformação axial para a amostra
4anosCU10sat.
A comparação entre as trajetórias de tensão totais e efetivas no plano t x s e t x s',
respectivamente, demonstram o efeito das elevadas pressões neutras positivas geradas
144 Capítulo 4 – Resultados e discussões
durante os ensaios, Figuras 4.32 e 4.33. É possível observar que, com o desenvolvimento
das deformações axiais e das pressões neutras, as trajetórias efetivas se apresentam a
esquerda das envoltórias totais, demonstrando um comportamento típico de materiais muito
compressíveis.
Figura 4.32. Envoltórias obtidas nos planos t x s e t x s’ para a amostra NovoCU10sat.
Figura 4.33. Envoltórias obtidas nos planos t x s e t x s’ para a amostra 4anosCU10sat.
O desenvolvimento de elevados valores de pressão neutra durante o cisalhamento dos
RSU provocam grandes distorções nas envoltórias efetivas das amostras. Isso dificulta
bastante as análises em termos de tensões efetivas. Foram observados nos ajustes lineares
das Figuras 4.32 e 4.33 elevados valores de ângulo de atrito e uma grande redução nos
valores de coesão efetiva, inclusive com valores negativos, sendo, para estes casos, feitos
ajustes obrigando as envoltórias a passar pela origem dos eixos coordenados. Para uma
0 50 100 150 200 250
0
50
100
150
s (kPa)
t (kPa)
0 500
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
49
109
202
N.R.
Def. Axial = 5%
Def. Axial = 10%
Def. Axial = 15%
Def. Axial = 20%
Pts. medidos (25%)
Ajuste (5%)
Ajuste (10%)
Ajuste (15%)
Ajuste (20%)
Ajuste (25%)
s' (kPa)
t (kPa)
0 50 100 150 200 250
0
50
100
150
s' (kPa)
t (kPa)
0 500
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
49
109
202
N.R.
Def. Axial = 5%
Def. Axial = 10%
Def. Axial = 15%
Def. Axial = 20%
Pts. medidos (25%)
Ajuste (5%)
Ajuste (10%)
Ajuste (15%)
Ajuste (20%)
Ajuste (25%)
s' (kPa)
t (kPa)
0 100 200 300 400
0
50
100
150
200
250
s (kPa)
t (kPa)
0 500
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
49
109
202
N.R.
Def. Axial = 5%
Def. Axial = 10%
Def. Axial = 15%
Def. Axial = 20%
Pts. medidos (25%)
Ajuste (5%)
Ajuste (10%)
Ajuste (15%)
Ajuste (20%)
Ajuste (25%)
s' (kPa)
t (kPa)
0 100 200 300 400
0
50
100
150
200
250
s' (kPa)
t (kPa)
0 500
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
49
109
202
N.R.
Def. Axial = 5%
Def. Axial = 10%
Def. Axial = 15%
Def. Axial = 20%
Pts. medidos (25%)
Ajuste (5%)
Ajuste (10%)
Ajuste (15%)
Ajuste (20%)
Ajuste (25%)
s' (kPa)
t (kPa)
Capítulo 4 – Resultados e discussões 145
deformação axial de 20 % na amostra de resíduo novo, seu valor de coesão efetiva foi nulo
e seu ângulo de atrito foi 57,7
o
. O resíduo com 4 anos de aterrado também apresentou valor
de coesão efetiva nulo, e seu ângulo de atrito foi de 66,0
o
para uma deformação axial de 20
%. Comparando estes resultados com os dos ensaios drenados, verifica-se um grande
aumento nos valores dos ângulos de atrito efetivo para ambos os resíduos e uma redução
nos valores de coesão.
A Tabela 4.10 apresenta, os valores de coesão e de ângulo de atrito, bem como a
equação e o coeficiente de determinação, obtidos a partir dos gráficos apresentados nas
Figuras 4.32 e 4.33, para diferentes níveis de deformação axial.
Tabela 4.10 - Parâmetros de resistência obtidos para resíduo sólido urbano coletado do aterro
Metropolitano Centro.
Amostra Trajetória ε
a
Equação R
2
Parâmetros
(%) (kPa) c/c' (kPa) Φ/Φ'(
o
)
NovoCU10sat
Total
5
t = 0,2990 s + 1,58
0,9604 1,66 17,4
10
t = 0,3512 s + 1,33
0,9871 1,42 20,6
15
t = 0,3782 s + 2,22
0,9974 2,39 22,2
20
t = 0,4210 s
0,9979 0,00 24,9
Efetiva
5
t = 0,4792 s' + 0,56
0,9514 0,64 28,6
10
t = 0,6536 s'
0,9907 0,00 40,8
15
t = 0,7683 s'
1,0000 0,00 50,2
20
t = 0,8456 s'
0,9997 0,00 57,7
4anosCU10sat
Total
5
t = 0,3194 s' + 7,36
0,9759 7,76 18,6
10
t = 0,3521 s' + 11,33
0,9792 12,11 20,6
15
t = 0,3973 s' + 7,36
0,9922 12,79 23,4
20
t = 0,4900 s'
0,9889 0,00 29,3
Efetiva
5
t = 0,4823 s' + 11,70
0,9996 13,36 28,8
10
t = 0,6812 s' + 6,89
0,9995 9,41 42,9
15
t = 0,8527 s'
0,9992 0,00 58,5
20
t = 0,9138 s'
0,9990 0,00 66,0
É comum apresentar os resultados de ensaios CU em um gráfico que relaciona o parâmetro
t (t = (σ
1
-σ
3
)/2) e a tensão efetiva de confinamento atuante no corpo de prova no início do
146 Capítulo 4 – Resultados e discussões
cisalhamento. O parâmetro t representa a resistência não drenada no ensaio CU para cada
corpo de prova. São apresentadas na Figura 4.34 os valores da resistência não drenada em
função da tensão confinante, obtidos dos ensaios CU, realizados nas amostras de resíduo
novo e com 4 anos de aterrado. São mostrados os valores da resistência não drenada para
diferentes níveis de deformação axial. No ensaio com resíduo novo, se verificou um bom
ajuste linear entre o parâmetro t e a tensão confinante efetiva do início do cisalhamento.
Para uma deformação axial de 20 %, a relação entre a resistência não drenada e a tensão
de confinamento foi de 0,73. A amostra de resíduo com 4 anos de aterrado não apresentou
a mesma relação. Como é possível observar na Figura 4.29, o corpo de prova ensaiado com
tensão confinante de 100 kPa apresentou valores de tensão desviadora muito próximos do
ensaio com tensão de confinamento de 50 kPa. Isso explica a não linearidade entre a
relação da resistência não drenada e a tensão de confinamento para esta amostra.
Figura 4.34. Relação entre a resistência não drenada e a tensão de confinamento obtidas do
ensaio CU para as amostras NovoCU10sat (a) e 4anosCU10sat (b).
0 50 100 150
0
50
100
150
Tensão de confinamento (kPa)
t (kPa)
0 500
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
49
109
202
N.R.
Def. Axial = 5%
Def. Axial = 10%
Def. Axial = 15%
Def. Axial = 20%
Pts. medidos (25%)
Ajuste (5%)
Ajuste (10%)
Ajuste (15%)
Ajuste (20%)
Ajuste (25%)
s' (kPa)
t (kPa)
(a)
0 50 100 150 200 250
0
50
100
150
200
250
Tensão de confinamento (kPa)
t (kPa)
0 500
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
49
109
202
N.R.
Def. Axial = 5%
Def. Axial = 10%
Def. Axial = 15%
Def. Axial = 20%
Pts. medidos (25%)
Ajuste (5%)
Ajuste (10%)
Ajuste (15%)
Ajuste (20%)
Ajuste (25%)
s' (kPa)
t (kPa)
(b)
Capítulo 4 – Resultados e discussões 147
As Tabelas 4.11 e 4.12 apresentam as condições de ensaio e as principais
características dos corpos de prova submetidos aos ensaios de compressão triaxial, após o
adensamento e após o seu cisalhamento.
Tabela 4.11 - Características dos corpos de prova submetidos aos ensaios de compressão
triaxial, após adensamento.
Amostra Ensaio σ'
3c
D h w
γ
γ
d
e S
r
(kPa) (mm) (mm) (%) (kN/m
3
) (kN/m
3
) (%)
NovoCD10sat
1 50 201 331 - - 5,71 2,03 -
2 100 195 305 - - 6,59 1,63 -
3 200 186 297 - - 7,46 1,32 -
NovoCD8sat
1 50 194 360 - - 4,02 3,30 -
2 100 182 320 - - 5,12 2,38 -
3 200 185 295 - - 5,39 2,21 -
NovoCD10nat
1 50 205 371 - - 4,36 2,96 -
2 100 193 351 - - 5,23 2,30 -
3 200 167 350 - - 7,02 1,46 -
NovoCD12MBsat
1 50 94 178 - - 4,89 2,61 -
2 100 90 165 - - 5,76 2,07 -
3 200 87 171 - - 6,51 1,71 -
NovoCU10sat
1 50 192 367 111,33 10,64 5,03 2,43 79,08
2 100 188 353 124,37 12,28 5,47 2,16 99,60
3 150 179 337 101,37 12,75 6,33 1,73 101,21*
4anosCD10sat
1 50 202 285 - - 6,36 2,49 -
2 100 179 265 - - 8,69 1,56 -
3 200 181 255 - - 8,81 1,52 -
4anosCD14sat
1 50 185 363 - - 9,62 1,11 -
2 100 183 367 - - 9,81 1,07 -
3 200 179 330 - - 11,35 0,79 -
4anosCU10sat
1 50 196 399 89,18 12,07 6,38 2,19 82,92
2 100 191 384 73,44 12,16 7,01 1,90 78,60
3 200 176 328 77,66 15,00 8,44 1,41 112,06*
148 Capítulo 4 – Resultados e discussões
Tabela 4.12 - Características dos corpos de prova submetidos aos ensaios de compressão
triaxial, após cisalhamento.
Amostra Ensaio σ'
3c
D h w
γ
γ
d
e S
r
(kPa) (mm) (mm) (%) (kN/m
3
) (kN/m
3
) (%)
NovoCD10sat
1 50 224 228 100,6 13,42 6,69 1,58 109,74*
2 100 218 202 53,28 12,11 7,90 1,19 77,67
3 200 210 197 52,21 13,33 8,76 0,97 92,71
NovoCD8sat
1 50 211 260 117,87 10,22 4,69 2,69 75,86
2 100 203 224 102,85 12,01 5,92 1,92 92,64
3 200 219 194 72,92 13,22 5,84 1,96 99,97
NovoCD10nat
1 50 224 270 105,75 10,35 5,03 2,44 75,06
2 100 217 250 46,94 8,48 5,77 2,00 40,65
3 200 191 244 77,02 13,56 7,66 1,26 106,00*
NovoCD12MBsat
1 50 108 127 135,39 12,24 5,20 2,40 99,82
2 100 101 127 106,06 12,37 6,00 1,94 96,42
3 200 98 129 92,99 13,14 6,81 1,59 103,06
NovoCU10sat
1 50 222 274 111,33 10,64 5,03 2,43 79,08
2 100 221 254 124,37 12,28 5,47 2,16 99,60
3 150 214 235 101,37 12,75 6,33 1,73 101,21*
4anosCD10sat
1 50 227 202 44,72 10,32 7,13 2,12 46,96
2 100 198 185 34,92 13,76 10,20 1,18 34,92
3 200 201 179 28,23 13,06 10,18 1,18 53,04
4anosCD14sat
1 50 201 264 44,00 16,18 11,23 0,81 110,39*
2 100 199 267 51,08 17,14 11,35 0,79 131,07*
3 200 192 240 27,99 17,36 13,57 0,50 113,99*
4anosCU10sat
1 50 226 301 89,18 12,07 6,38 2,19 82,92
2 100 223 281 73,44 12,16 7,01 1,90 78,60
3 200 208 234 77,66 15,00 8,44 1,41 112,06*
Observam-se nas Tabelas 4.11 e 4.12 valores de grau de saturação superiores a 100
%, os quais representam um volume de água maior que o volume de vazios existente no
corpo de prova, o que fisicamente não é possível de acontecer. Cabe lembrar que os demais
índices físicos foram calculados, admitindo-se que o peso específico médio das partículas
sólidas de cada corpo de prova não mudou, sendo igual ao obtido do ensaio de
caracterização. Contudo, a composição de cada corpo de prova poderia variar de uma
amostra para outra, alterando o peso específico médio das partículas sólidas e,
consequentemente, o valor dos demais índices físicos.
Capítulo 4 – Resultados e discussões 149
Foram plotados no diagrama proposto por Sánchez-Alciturre et al. (1993) os
parâmetros de resistência dos resíduos sólidos urbanos estudados (Figura 4.34). Neste
diagrama são mostrados as faixas de valores dos parâmetros de resistência ao
cisalhamento dos RSU para os diferentes métodos de ensaio. Foram plotados os pares de
valores de coesão e ângulo de atrito referentes aos ensaios CD para os níveis de
deformação de 10 ,15 e 20 %. Excetuando-se os resultados dos ensaios realizados na
matriz básica, verificou-se que os dados obtidos se situaram dentro da faixa sugerida pro
Sánchez-Alciturre et al. (1993) para os ensaios de laboratório.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Ângulo de atrito (º)
Coesão (kPa)
NovoCD10sat
NovoCD8sat
NovoCD10nat
4anosCD10sat
4anosCD14sat
NovoCD12M Bsat
Figura 4.35. Parâmetro de resistência ao cisalhamento dos RSU, faixas de valores de diversos
pesquisadores e valores obtidos dos ensaios realizados.
É apresentada na Figura 4.36 a envoltória de ruptura proposta por Kavazanjian et al.
(1995), juntamente com as envoltórias obtidas para os resíduos estudados. É mostrado o
conjunto de envoltórias no plano σ x τ obtidas a partir dos resultados dos ensaios drenados
(CD) para os níveis de deformação de 10, 15 e 20%. As envoltórias dos ensaios realizados
com a matriz básica de resíduo novo não foram incluídas na Figura 4.36, pois estes não
representam o comportamento do RSU como um todo. Do conjunto de envoltórias obtido, é
possível observar uma grande variação na inclinação e no coeficiente linear, que
representam o ângulo de atrito e o intercepto de coesão, respectivamente. Observa-se que
Resultados de laboratório
Análise de
ensaios de
campo
150 Capítulo 4 – Resultados e discussões
a envoltória proposta por Kavazanjian et al. (1995) situa-se, praticamente, numa porção
média do conjunto das envoltórias obtido.
0
50
100
150
200
250
300
0 50 100 150 200 250 300 350
Tensão normal (kPa)
Tensão cisalhante (kPa)
Kavazanjian et al. (1995)
Resultados obtidos
Figura 4.36. Envoltórias de resistência dos ensaios CD realizados em resíduos sólidos novo e
com 4 anos de aterramento para diferentes níveis de deformação axial. Envoltória proposta por
Kavazanjian et al. (1995).
Na Figura 4.37 são mostradas as envoltórias dos ensaios CD para o nível de
deformação de 20 %, juntamente com a envoltória proposta por Kavazanjian et al. (1995). É
possível observar que a amostra de quatro anos com peso específico de 14 kN/m
3
foi a que
apresentou maior ângulo de atrito, e a amostra de resíduo com 10 kN/m³ de peso específico,
a que apresentou maior valor de intercepto de coesão. Para o nível de deformação de 20 %
foram obtidos valores de ângulo de atrito variando de 19,2 à 39,8
o
e intercepto de coesão
variando entre 0 e 25,8 kPa.
Capítulo 4 – Resultados e discussões 151
0
50
100
150
200
250
300
0 50 100 150 200 250 300 350
Tensão normal (kPa)
Tensão cisalhante (kPa)
Kavazanjian et al. (1995)
NovoCD10sat
NovoCD8sat
NovoCD10nat
4anosCD10sat
4anosCD14sat
Figura 4.37. Envoltórias de resistência dos ensaios CD realizados em resíduos sólidos novo e
com 4 anos de aterramento para o nível de deformação axial de 20 %. Envoltória proposta por
Kavazanjian et al. (1995).
Capítulo 5
CONCLUSÕES
Resíduos de diferentes idades, provenientes do Aterro Metropolitano Centro de
Salvador, foram submetidos a diversos ensaios para a avaliação de suas propriedades
mecânicas.
Foram realizados ensaios triaxiais e de compressão confinada em resíduos novos,
coletados na frente de lançamento, e em resíduos com 4 anos de aterramento, obtidos
através de escavação. Foram realizados ainda, durante os ensaios triaxiais, ensaios de
permeabilidade em ambos os resíduos.
Os valores do coeficiente de permeabilidade encontrados para as mostras de resíduo
novo e com 4 anos de aterrado situaram-se na ordem de 10
-3
cm/s e estão de acordo os
diversos valores encontrados na literatura. Não foram observadas diferenças significativas
entre os coeficientes de permeabilidade para os resíduos de diferentes idades. Comparando
os resultados obtidos para resíduos com diferentes densidades, também não se observaram
grandes mudanças nestes valores.
Foi feita uma tentativa de avaliar o efeito a biodegradação no comportamento de
deformação dos RSU através da realização de ensaios de compressão confinada em
resíduo novo. Para tentar incorporar o efeito da biodegradação, foi realizado um ensaio de
compressão confinada com recirculação de chorume.
Apesar dos valores dos parâmetros de deformabilidade do ensaio com recirculação
terem sido ligeiramente superiores aos do ensaio convencional, não ficou evidenciada a
aceleração da decomposição do resíduo pelo processo de recirculação. A pequena variação
nos resultados dos ensaios pode ter sido causada por diversos outros fatores, como a
154 Capítulo 5 – Conclusões
própria composição das amostras. Dessa forma, a avaliação da influência da biodegradação
nas características de deformabilidade do RSU ficou comprometida.
Comparando os resultados obtidos com os de outros trabalhos encontrados na
literatura em resíduos de outras idades é possível verificar que os valores dos parâmetros
de deformabilidade (C
α
, C'
α
, C
c
e C'
c
) tenderam a diminuir com a idade do resíduo.
Dos ensaios de compressão triaxial foi possível observar que os parâmetros de
resistência mobilizados tendem a aumentar com as deformações, num processo que parece
ser comandado pelo efeito reforço dos materiais fibrosos (plásticos, têxteis).
Os ensaios triaxiais realizados em resíduos de diferentes idades não demostraram
diferenças pronunciadas nos parâmetros de resistência dos RSU, mesmo os materiais
apresentando diferenças significativas em suas composições.
Os ensaios realizados em resíduos com diferentes idades tiveram como objetivo
verificar os efeitos da decomposição do resíduo nas suas propriedades de resistência. No
entanto, é importante observar que, apesar de pertencerem ao mesmo aterro sanitário, o
resíduo com 4 anos de aterramento pode não apresentar as mesmas características do
resíduo novo, caso este estivesse com a mesma idade de aterramento. Ou seja, para efeito
de comparação, admitiu-se que o resíduo com 4 anos de aterramento seria o próprio
resíduo novo estudado, após sofrer os processos de degradação.
O aumento do peso específico parece contribuir para o aumento da resistência ao
cisalhamento dos resíduos sólidos urbanos, como verificado nos ensaios com diferentes
pesos específico, demostrando um comportamento similar ao dos solos.
Através de ensaios na matriz básica do resíduo novo, foi constatada a grande
influência que os componentes de reforço atribuem ao RSU. Verificou-se que para a
amostra sem a presença destes componentes, houve uma redução tanto nos valores de
coesão como do ângulo de atrito.
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