Caracterização De Uma Célula Experimental De RSU a Partir De
Ensaios De Laboratório e Campo.
Andressa de Araujo Carneiro, M.Sc
UFPI, Teresina, Brasil, [email protected]
Alfran Sapaio Moura, D.Sc
UFC, Fortaleza, Brasil, [email protected]
RESUMO: Este artigo apresenta os resultados de ensaios de caracterização realizados no solo de
cobertura e no resíduo sólido urbano (RSU) de uma célula experimental, construída a partir do
método da trincheira, localizada na área interna do Aterro Sanitário Metropolitano Oeste de Caucaia
(ASMOC). O solo é ensaiado em laboratório por meio de ensaios básicos de caraterização,
compactação (proctor normal) e de índice de suporte califórnia. Em campo, realizam-se sondagens
à percussão (SPT), prova de carga direta, frasco de areia e determinação da umidade por meio do
ensaio speedy. O resíduo foi caracterizado por meio da determinação da composição gravimétrica e
da determinação do peso específico in situ. O teor de umidade foi determinado, em laboratório, por
meio de estufa a 60ºC. Uma das principais dificuldades encontrados na caracterização do RSU ao
longo do tempo foi no prazo disponível para a realização da pesquisa, que seria insuficiente para a
conclusão dos processos associados com a biodegradação do resíduo. Neste sentido, foi utilizada
uma área antiga no interior do ASMOC com características semelhantes (espessura do solo de
cobertura, composição, etc), onde o processo de decomposição já estivesse praticamente encerrado.
Posteriormente, realizaram-se na área antiga do ASMOC sondagens à percussão (SPT) e uma prova
de carga, para avaliação do comportamento geomecânico do maciço sanitário com o passar do
tempo. O solo de cobertura da célula experimental, pelo sistema unificado (SUCS) é
correspondente ao grupo CL e o percentual de matéria orgânica do RSU é superior aos demais
componentes. Comparando-se as sondagens à percussão realizadas, verificou-se que não ocorreu
elevação expressiva no índice de resistência (NSPT), ao longo da profundidade ensaiada, entre a
célula experimental e o aterro de resíduo antigo.
PALAVRAS-CHAVE: Caracterização Geotécnica, Investigações Geotécnicas, Resíduos Sólidos
Urbanos.
1
INTRODUÇÃO
A escolha de uma célula experimental
localizada na área interna do Aterro Sanitário
Metropolitano Oeste de Caucaia (ASMOC), foi
realizada considerando-se a necessidade de um
aterro ainda em atividade, de forma a aproveitar
os equipamentos utilizados na operação do
aterro para a execução de uma célula
experimental.
As dimensões da célula experimental foram
definidas de forma a possibilitar a realização de
ensaios geomecânicos do conjunto solo-resíduo
para a execução da presente pesquisa.
A coleta de amostras deformadas de solo e de
Resíduos Sólidos Urbanos (RSU) foi realizada
para a execução de ensaios laboratoriais.
Os ensaios de laboratório realizados no solo
de cobertura da célula experimental foram:
granulometria conjunta, densidade real dos
grãos, limites de consistência, compactação
com Energia Proctor Normal e Índice de
Suporte Califórnia (ISC).
Além dos ensaios laboratoriais foram
realizados para maior caracterização das
propriedades geotécnicas do solo ensaios de
campo, tais como: sondagem à percussão
(SPT), prova de carga direta, frasco de areia
realizado no solo da camada de cobertura do
aterro, speedy.
No resíduo foi verificado o teor de umidade
em laboratório por meio de estufa a 60ºC.
O resíduo foi ensaiado em campo, por meio
de composição gravimétrica e densidade in
situ. Foram feitos ensaios em uma área mais
antiga do aterro, devido a indisponibilidade de
tempo hábil para ocorrência de todos os
processos de decomposição dos RSU da
célula experimental.
O objetivo do presente trabalho é apresentar
os procedimentos adotados, e os resultados
obtidos, para a caracterização de uma célula
experimental de RSU realizada a partir de
ensaios de laboratório e campo, com vista a
avaliação futura do uso de uma área
desativada de um aterro de RSU como
subleito de pequenas estradas de acesso
executados para amostra de solo seguiram,
rigorosamente,
as
recomendações
estabelecidas pela Associação Brasileira de
Normas Técnicas (ABNT).
2 APRESENTAÇÃO E ANÁLISES DOS
RESULTADOS
Tabela 1. Resultados dos ensaios laboratoriais
realizados no solo de cobertura da célula experimental
2.3
Ensaios Realizados
2.3.1 Caracterização dos ensaios realizados
no Solo de Cobertura
Para a caracterização geotécnica do solo de
cobertura da célula experimental foram
realizados ensaios laboratoriais e ensaios de
campo. Com relação aos ensaios laboratoriais
foram realizados análise granulométrica,
densidade real dos grãos, índices de
consistência, compactação e Índice de
Suporte Califórnia (ISC). Os resultados dos
ensaios laboratoriais no solo de cobertura são
apresentados na Tabela 1.
Amostra
2.1
Local de Estudo
A área cedida pelo ASMOC correspondente a
225 m², (15 m x 15 m), foi estabelecida de
modo que possibilitasse a execução dos
ensaios de emissão de gases e ensaios
geomecânicos, além de não interferir na rotina
operacional do aterro.
Para a construção da célula experimental,
optou-se pelo método da trincheira, cujo
procedimento consta em escavação feita no
solo, por meio de uma retro – escavadeira. A
utilização do referido método possibilitou
uma construção mais econômica da célula,
além de facilitar a rotina operacional, devido
as dimensões da trincheira de 784 m³( 4 m de
profundidade, 14 m de comprimento e 14 m
de largura.
2.2
Coleta de Amostras
Após a coleta as amostras de solo e resíduo
foram acondicionadas em sacos plásticos e
encaminhadas para o Laboratório de
Mecânica dos Solos e Pavimentação (LMSP)
da Universidade Federal do Ceará (UFC).
Vale observar que todos os procedimentos
1
2
2"
1
1/2"
1"
Peneiramento 3/4"
Grosso
1/2"
100
100
100
100
100
98
100
100
98
98
3/8"
97
97
89
94
69
68
79
76
100
64
72
200
60
33
61
9
24
9
20
7
Granulometria
(%passando)
Nº
4
Nº1
0
40
Peneiramento
Fino
wl (%)
Limites Físicos
Compactação
(26 golpes)
Ensaio
wp (%)
IP (%)
hot (%)
ϒsmax (KN/m³)
EXP (%)
Califórnia
ISC (%)
14,6
18,2
2,52
4
Na Figura 1 apresentam-se as curvas
granulométricas das duas amostras de solo de
cobertura da célula experimental. As amostras
foram coletadas nas profundidades de 20 cm
(amostra 1) e 70 cm (amostra 2). Vale
observar que a espessura total do solo de
cobertura é 75 cm.
2 que indicou um peso específico
aparentenseco máximo (γsmax) de 18,4 kN/m³
e umidade ótima do solo (wot) de 15,5 %, para
a energia do Proctor Normal.
Figura 1. Curvas granulométricas do solo de cobertura
da célula experimental
Através da Figura 1 observam-se curvas
bastante coincidentes, permitindo observar a
semelhança das amostras de solo ensaiadas.
A amostra 1 apresenta 11% de pedregulho,
29% de areia, 54% de silte e 6% de argila. Já
a amostra 2 apresenta 6% de pedregulho 33 %
de areia, 58% de silte e 3% de argila. De
acordo com o Sistema de Classificação
Unificado (SUCS) as duas amostras de solo
correspondem ao tipo CL, que corresponde a
uma argila de baixa compressibilidade. Pela
classificação do Highway Research Board
(HRB) as amostras de solo se enquadram no
grupo A-4 equivalente a um solo siltoso.
O SUCS indica que, apesar da maior
porcentagem da fração silte, as amostras
foram classificadas como argila. Tal fato pode
ser atribuído a atividade da fração de argila
contida nas amostras. A Equação (1) mostra
uma expressão proposta por Skempton para a
estimativa da atividade das argilas.
A
Figura 2. Curva de compactação do solo de cobertura
no Proctor Normal
O relação do teor de umidade x peso
específico aparente seco máximo (γsmax)
referente à Figura 2 apresenta uma curva
com forma característica de solos finos
(SOUSA PINTO, 2006). Além disso, a
umidade ótima também apresenta valor
característico desse mesmo grupo de solos.
A Figura 3 mostra os gráficos pressão x
penetração obtidos a partir do ensaio de ISC.
IP
%  0,002mm
(1)
Tanto a amostra 1, quanto para a amostra
2, a atividade do solo ensaiado foi superior a
1,25, correspondendo a argila ativa, o que
explica seu comportamento argiloso, pelo
sistema do SUCS.
A densidade real dos grãos (G) foi
determinada pelo método do picnômetro por
meio da realização de três ensaios, onde
foram obtidos resultados em média de 2,69
para amostra 1 e 2,68 para amostra 2. De
acordo com Terzaghi e Peck (1967), valores
típicos para os solos ficam em torno de 2,7,
logo, os valores obtidos encontram-se na faixa
de variação típica dos solos.
A curva de compactação do solo de obertura
da célula experimental encontra-se na Figura
Figura 3. Gráficos obtidos com resultados dos ensaios
ISC para amostra de solo, no gráfico 3a) não há
correção do ISC no gráfico 3b) foi necessário utilizar
o fator de correção do ISC.
De acordo com a Figura 3a observa-se que
não foi necessária correção para a curva
pressão x penetração. No entanto na Figura
3b observa-se a necessidade de uma correção
de 0,02 mm para determinação do ISC, em
função da curva não apresentar trecho inicial
linear.
Os valores do ISC foram determinados pela
Equação (2) e os resultados são expressos em
porcentagem.
e 24 horas.
p
ISC 
medida
P
x100
(2)
padrão
Figura 5. Gráfico expansão x umidade
A Tabela 2 apresenta os valores do ISC
obtidos com a penetração de cada um dos
corpos de prova (CP’s) assim como seus
correspondentes teores de umidade.
Tabela 2. Valores do ISC e teor de umidade dos cp’s
ensaiados do solo de cobertura
CP's nº
W (%)
ISC (%)
1º
9,4
1
2º
10,4
1
3º
14,7
4
4º
17,7
1
5º
18,3
1
Na Figura 4 apresenta-se a curva ISC x w
obtida com a realização da penetração de
cinco corpos de prova do solo de cobertura da
célula de RSU, moldados a diferentes teores
de umidade e de peso específico.
A partir da Norma do DNIT (2009) verificase que o valor de ISC é adequado para
execução do corpo de aterros rodoviários,
pois apresenta um ISC ≥ 2% e expansão ≤
4%, como pode ser verificado na Figura 5.
Já a determinação da umidade natural do
solo de cobertura da célula experimental
determinada com a utilização do speedy, que
forneceu um valor médio de 14,0 %, e pela
estufa, com valor médio de 14,6%.
O peso específico in situ, foi determinado
através do ensaio de frasco de areia, cujo
valor médio foi 15,70 kN/m³.
Os valores obtidos com os mencionados
ensaios são apresentados na Tabela 3.
Tabela 3. Valores dos ensaios de umidade e peso
específico, realizados no solo da camada de cobertura
Umidade (% )
Ensaios
Figura 4. Gráfico ISC x teor de umidade para o solo
de cobertura da célula experimental.
Observa-se que o ISC da amostra de solo
foi de 4 %. Vale destacar que o valor do ISC
determinado foi o correspondente, na curva
ISC x w, à umidade ótima do solo.
A Figura 5 apresenta o gráfico expansão x
umidade obtido após a realização do ensaio
de compactação e saturação dos cinco
cilindros após 96 horas e feito a leitura em 24
Método da Estufa
Peso Específico (kN/m³)
Speedy
Frasco de Areia
Amostra 1 16,5
13,4
15,3
Amostra 2 12,4
12,6
15,5
Amostra 3 14,9
16
16,2
Média
14
15,7
14,6
Para efeito de análise foi adotado o valor
médio da umidade fornecido pelo método da
estufa.
O ensaio de frasco de areia foi realizado em
três posições e os valores, assim obtidos,
juntamente com as umidades correspondentes,
são plotadas na curva de compactação do
mesmo solo (Figura 6). Além desses valores
foi inserido também, em destaque, o valor
médio de ambas as variáveis, ou seja, peso
específico médio de campo e umidade natural
média.
Figura 6. Valores de umidade e peso específico na
curva de compactação.
Como podem ser observados na Figura 6, os
pontos de umidade in situ com relação à
umidade ótima ficou na faixa de variação
aceitável (±3).
O grau de compactação no aterro foi de
apenas 84 %, de acordo com a Tabela 4 este
valor se encontra abaixo da faixa
recomendada para aterro rodoviário que é de
95–100% pelo ensaio de Proctor Normal.
específico de campo. Na composição
gravimétrica
o
percentual
de
cada
componente do RSU é determinado em
relação ao peso da amostra analisada. A
Tabela 5 mostra a composição gravimétrica
da amostra de RSU da célula experimental em
análise. Vale mencionar que a amostra de
RSU coletada para determinação da
composição
gravimétrica
inicialmente
apresentava 1600 kg em seguida foi
subdividida
em
quatro
porções,
posteriormente 800 kg foram retirados destas
porções e finalmente subdividido em quatro
outros grupos, de onde foi escolhido de forma
aleatória 200 kg para a análise.
Tabela 5. Composição gravimétrica do resíduo sólido
Tabela 4. Faixa de variação do grau de compactação
90 - 95% do Proctor Modificado *
95 - 100% do Proctor Simples
90 - 95% do Proctor Modificado
Barragens de terra
90 - 95% do Proctor Modificado
Aterros sob fundações de Prédios
95 - 100% do Proctor Simples
Camadas de base em pavimentos
95 - 100% do Proctor Modificado
Recomendado para o topo do aterro, até 60 cm
Aterros Rodoviários
Fonte: Ricardo e Catalani (2007).
A partir da análise táctil visual realizada nas
sondagens à percussão (SPT) realizadas,
verifica-se que o solo de cobertura da célula
experimental é constituído de areia argilosa,
com presença de pedregulhos de coloração
escura, variando entre marrom e vermelha.
O NSPT médio foi de 9, conferindo ao solo a
condição de medianamente compacto.
A partir de 0,75 m de profundidade
encontra-se o resíduo do aterro sanitário,
constituído basicamente por plástico e matéria
orgânica, como pode ser observado na Figura
8.
2.3.2 Caracterização dos ensaios realizados
no RSU
A caracterização dos RSU presentes na célula
experimental estudada foi realizada por meio
da determinação de sua composição
gravimétrica, de sua umidade e do peso
A amostra de resíduo indicou a presença
predominante de matéria orgânica e em
menor quantidade foi encontrado borracha e
alumínio. Este resultado está coerente com
outros trabalhos citados na literatura, que
mencionam que, no Brasil, a componente de
maior fração nos resíduos sólidos urbanos é a
matéria orgânica.
Segundo IBAM (2001), o conhecimento
detalhado sobre as características físicas dos
RSU pode auxiliar na estimativa das
quantidades de resíduos a coletar em cada
região da cidade, dimensionamento dos
veículos de coleta e estações de transferência,
implementação de programas de coleta
seletiva, etc.
A porcentagem do RSU em análise é
extremamente heterogênea e está relacionada
com os aspectos sociais, econômicos e hábitos
culturais da região geradora do resíduo.
A determinação da umidade foi realizada
em laboratório por meio de uma estufa
tomando-se como temperatura máxima o
valor de 60º C, onde as amostras
permaneceram até seu peso atingir constância
de massa. As leituras ocorreram diariamente e
se estenderam por quatro dias.
A Tabela 6 apresenta os teores de umidade
e os respectivos períodos de leitura
correspondente a cada amostra.
Tabela 6. Variação da umidade das amostras de RSU
com o tempo a)amostra coletada em maio de 2012
b)amostra coletada em abril de 2013
A umidade correspondente ao RSU da
amostra 1, realizada no mês de maio, foi de
32,80 % e da amostra 2 foi 33,60 %, com
média de 33,20%, e para o ensaio de abril de
2013, da amostra 1 foi de 20,56 % e da
amostra 2 foi 23,06 %, com média de 21,81%
(Tabela 6). Santos (2012) realizou na mesma
célula experimental em 2011 o ensaio de
umidade, e a média encontrada para o resíduo
foi de 37,7%. Dessa forma, pode-se observar
que o teor de umidade tem apresentado
diminuição de valor com o passar do tempo, o
que também foi verificado por Azevedo,
2003.
O teor de umidade do RSU, talvez seja a
propriedade que apresente a maior quantidade
de fatores que possam influenciar no seu
valor, que depende, dentre outras, da sua
composição inicial, das 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. Em um mesmo
aterro sanitário o teor de umidade pode variar
significativamente entre diferentes pontos.
O peso específico do RSU da célula
experimental foi determinado em três
momentos. Em 2011 foi determinado por
Santos (2012), referindo-se ao resíduo
despejados durante o preenchimento da célula
experimental obtendo um peso específico de 7
kN/m³. Posteriormente em 2012, determinouse o peso específico a partir da execução de
uma escavação, de 37 cm x 20 cm e
profundidade de aproximadamente 25 cm, no
interior da célula experimental, obtendo-se
um peso específico de 17 kN/m³. Mais
recentemente, em 2013, a partir de uma nova
escavação de 20 cm x 20 cm e profundidade
de 17 cm, determinou-se o peso específico em
21,18 kN/m³.
Os valores elevados obtidos para o peso
especifico nos anos de 2012 e 2013 são
referentes ao resíduo compactado, além disso,
o carreamento de solo da camada de cobertura
para o maciço e a elevação dos valores com o
tempo, em função dos processos de
biodegradação
justificam
a
diferença
considerável nos resultados encontrados
conforme foi observado também por
Azevedo, 2003 e Silveira, 2004, (Figura 7).
Figura 7. Gráfico peso especifico do resíduo x idade do
Resíduo (Silveira, 2004)
2.3.3 Caracterização dos ensaios realizados
no conjunto solo de cobertura/RSU
Foram realizados no conjunto solo de
cobertura/RSU, tanto da célula experimental
como quanto do aterro antigo, sondagens à
percussão (SPT) e provas de carga diretas.
Como pode ser observado na Figura 8, o
valor do NSPT no resíduo, ao longo da
profundidade, variou de 4 a 12, com média de
9 golpes.
Em função da sondagem à percussão (SPT)
realizada no solo de cobertura do aterro antigo
(Figura 8), verifica-se um solo constituído de
uma areia argilosa com pedregulhos, de
coloração amarelada. O NSPT médio foi de 8
indicando que trata-se de um solo
medianamente compacto.
A partir da profundidade de 0,75 m verificase a presença de resíduo do aterro sanitário no
maciço antigo. O resíduo também é
constituído basicamente de plástico e matéria
orgânica.
Nesta camada, o NSPT varia de 6 a 15, com
valor médio de 10.
A Figura 8 mostra o gráfico comparativo
entre a sondagem realizada no resíduo antigo
e na célula experimental.
Figura 8. Gráfico comparativo entre SPT do aterro
antigo e célula experimental
Como se observa na Figura 8 não houve
alteração significativa entre os valores do
índice de resistência (NSPT) das sondagens
realizadas na célula experimental e no aterro
antigo.
Para uma melhor caracterização do
comportamento geomecânico do conjunto
solo de cobertura/maciço sanitário realizaramse ainda provas de carga no topo do solo de
cobertura da célula experimental e do aterro
antigo. Na Figura 9 mostra-se a curva pressão
x recalque obtida com a realização de uma
prova de carga direta realizada na célula
experimental utilizando a placa de 30 cm de
diâmetro.
Figura 9. Curva Pressão x recalque utilizando a placa
de 30 cm de diâmetro na célula experimental
Através da Figura 9 observa-se que a
máxima tensão aplicada na prova de carga foi
de 800 kPa e o máximo recalque
correspondente foi de apenas 2,03 mm. Já o
recalque residual foi de 1,36 mm. Observa-se
ainda, para essa mesma prova de carga, uma
relação bastante linear entre a pressão
aplicada e o recalque da placa ao longo de
toda curva.
Na Figura 10 apresentam-se as curvas
pressão x recalque das provas de carga
realizadas no aterro antigo utilizando duas
placas, uma com 30 cm e a outra com 50 cm
de diâmetro.
Figura 10. Gráfico comparativo entre as placas de 30 e
50 cm de diâmetro no aterro antigo
Pela Figura 10 observa-se que a partir da
prova de carga realizada na placa de maior
tamanho (50 cm), ocorrem recalques mais
elevados devido ao bulbo de tensões dessa
atingirem maiores profundidades.
Comparando-se as provas de carga de
mesmo diâmetro (30 cm) realizadas na célula
experimental (Figura 9) e no aterro antigo
(Figura 10), observa-se que houve um
acréscimo nos recalques da ordem de 50 %.
3 CONCLUSÕES
A partir da realização desta pesquisa foi
possível estabelecer as seguintes conclusões:
O solo utilizado na cobertura da célula
experimental possui o valor de Índice de
Suporte Califórnia (ISC) de 4 % e expansão
2,52 %, valores adequados para a execução do
corpo de um aterro rodoviário.
A composição gravimétrica dos RSU
proveniente da cidade de Fortaleza indicou a
predominância de matéria orgânica o que
confirma as informações apresentadas na
literatura.
O teor de umidade do resíduo variou
inversamente com o tempo, e o peso
específico dos resíduos aumentou com o
tempo.
Os resultados das sondagens à percussão
(SPT) realizada nos resíduos do aterro antigo
e da célula experimental não apresentaram
variação significativa nos valores do índice de
resistência das sondagens.
A capacidade de carga com base no NSPT,
calculada no solo de cobertura e no maciço de
resíduo no aterro antigo e na célula
experimental, apresentou valores semelhantes.
A partir das provas de cargas realizadas no
solo de cobertura verificou-se que as tensões
externas aplicadas pela base das placas não
atingiram de forma significativa o maciço de
resíduos sólidos urbanos (RSU).
AGRADECIMENTOS
Ao Departamento de Pós-Graduação em
Engenharia Hidráulica e Ambiental, por
proporcionar a realização desta pesquisa.
Aos colaboradores do Laboratório de
Mecânica dos Solos pelo apoio no
desenvolvimento da pesquisa.
Á equipe do Aterro Sanitário Metropolitano
Oeste de Caucaia (ASMOC).
Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento
Científico e Tecnológico – CNPq, pela
concessão da bolsa de Mestrado.
À FUNCAP pelos recursos necessários para
a obtenção dos equipamentos referentes aos
ensaios de placa.
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