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Tese (doutorado)-Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil, 2009. Atualmente o entendimento do comportamento mecânico dos maciços sanitários segue sendo um tema complexo que ainda depende de muito estudo. Por isto, com a finalidade de contribuir para a compreensão do comportamento mecânico dos resíduos sólidos urbanos foi desenvolvida esta pesquisa de doutorado. Este trabalho foi realizado com o objetivo principal de desenvolver um novo modelo de previsão de recalques para maciços sanitários levando em consideração a parcela da biodegradação dos resíduos sólidos urbanos. Para isso, foram executados ensaios de compressão confinada de resíduos sólidos numa célula de grandes dimensões. Também, foram construídos e monitorados 4 células e 2 lisímetros experimentais. Os resultados dos ensaios de compressão confinada permitiram conhecer e entender melhor o comportamento mecânico dos resíduos sólidos urbanos, sob a influência de um carregamento. Além disso, foi possível quantificar a influencia do teor orgânico nos parâmetros de compressibilidade. O monitoramento e análise dos resultados das células e lisímetros experimentais, permitiram conhecer os fatores e mecanismos que controlam o desenvolvimento dos recalques em maciços sanitários ao longo do tempo. A partir das análises dos resultados, tanto dos ensaios de compressão confinada como das células e lisímetros experimentais, foi possível desenvolver um novo modelo de previsão de deformações para maciços sanitários. Finalmente, verificou-se que a aplicação deste novo modelo é satisfatória na simulação de deformações em maciços sanitários. _________________________________________________________________________________ ABSTRACT Currently, the understanding of the mechanical behavior in landfills, keeps on being a complex subject, which still depends on more studies. Therefore, this research was developed to contribute to the understanding on the mechanical behavior of the urban solid waste. This work was carried out with the objective at developing a new model of settlement prediction for landfills, but considering the biological degradation of the waste. For this, confined compression tests on domestic solid waste in a great dimension edometric cell were executed. Also, four landfills experimental cells and two lisimeters were constructed and monitored. The results of the confined compression tests allowed to know and to understand better the mechanical behavior of domestic solid waste. Moreover, it was measured the influence of organic material in the compressibility parameters. The monitoring and analysis of the landfills experimental cells and lisimters results allowed to know the factors and mechanisms that control the settlement development in landfill with time. From the results of the confined compression tests and field experiments it, was possible to develop a new model for settlement estimate for landfills. Finally, it was verified that the application of this new model is satisfactory for settlement prediction.

Sludge from water treatment plants (LETAs) are classified, according to NBR 10004 (ABNT, 2004), as solid waste and, therefore, must be reused or disposed of in an environmentally appropriate manner. In this research, LETA, soil and soil/sludge (SL) characterization were carried out, aiming to evaluate its use as cover and liner material in the landfill in Santa Maria, RS. Due to the permeability it was defined that the mixture of 15% of sludge with the soil was the most satisfactory. To evaluate the behavior of this mixture, two experimental cells (lysimeters) were constructed of reinforced concrete tubes, 1.5 m in diameter and 3 m high, each, making a volume of 4.20 m³, filled with solid urban waste previously characterized and then compressed. In one of the lysimeters (L1-SL15), a soil-sludge mixture was used as waterproofing in both cover and liner layers with a maximum dry density of 1235 Kg/m³; in the other lysimeter (L2) these layers were made using soil, with a maximum dry density of 1437 Kg/m³. These experimental cells were instrumented to measure the temperature, leachate, gases, settlements and the degradation processes over 677 days. In the samples collected from the interior of the lysimeters, the humidity of the residues in L1 (SL15) varied between 53% and 214% and the pH between 6.8 and 8, in L2 this variation of humidity was between 49% and 194% and pH between 4.6 and 7.5. The temperature inside the mass of waste was measured at depths of 50 cm, 130 cm and 218 cm and resulted in, respectively, average temperatures of 26ºC, 27.5ºC and 26ºC. The ambient temperature varied between 6°C and 35°C, with an average temperature of 22°C. The results of the analysis of the two lysimeters were compared with each other in order to assess whether the use of the sludge significantly altered the analyzed parameters. The measured settlements of the mass of waste, on average, were 271.5 mm in L1 (SL15) and 202 mm in L2. The settlement curves were modeled using eight settlement prediction models, and the models that presented the best fit were those of Bjarngard and Edgers (1990) and Gourc, Staub and Conte (2010). The settlements in L1 (SL15) were slightly higher than those measured in L2, however, statistically, there was no differentiation between the averages of settlements between them, with a probability of error of 5%. Among the drawn conclusions, there is evidence that the sludge did not cause changes in the chemical, physical and biological parameters of the leachate produced in L1 (SL15), so this evaluated mixture can be used as cover and liner material in landfills. Os lodos de estações de tratamento de água (LETAs) são classificados, de acordo com a NBR 10004 (ABNT, 2004), como resíduos sólidos e, portanto, devem ser reutilizados ou descartados de maneira ambientalmente adequada. Nessa pesquisa foram realizadas caracterização do LETA, do solo e da mistura solo/lodo (SL), com objetivo de avaliar sua utilização como material de cobertura e base no aterro sanitário de Santa Maria, RS. Em função da permeabilidade definiu-se que a mistura de 15% de lodo com o solo era a mais satisfatória. Para avaliar o comportamento desta mistura foram construídas duas células experimentais (lisímetros) de tubos de concreto armado, com 1,5 m de diâmetro e 3 m de altura, cada, perfazendo um volume de 4,20 m³, preenchidos com resíduos sólidos urbanos previamente caracterizados e posteriormente compactados. Em um dos lisímetros (L1-SL15) foi utilizada mistura solo-lodo como camadas de impermeabilização de fundo e de cobertura com massa específica aparente seca máxima de 1235 Kg/m³; no outro lisímetro (L2) essas camadas foram executadas, utilizando solo, com massa específica aparente seca máxima de 1437 Kg/m³. Estas células experimentais foram instrumentadas para medir a temperatura, lixiviado, gases, recalques e os processos de degradação ao longo de 677 dias. Nas amostras coletadas, do interior dos lisímetros, a umidade dos resíduos no L1(SL15) variou entre 53% e 214% e o pH entre 6,8 e 8, no L2 essa variação de umidade ficou entre 49% e 194% e pH entre 4,6 e 7,5. A temperatura no interior da massa de resíduos foi medida nas profundidades de 50 cm, 130 cm e 218 cm e registraram, respectivamente, temperaturas médias de 26ºC, 27,5ºC e 26ºC. A temperatura ambiente variou entre 6°C e 35°C, com temperatura média de 22°C. Os resultados das análises dos dois lisímetros foram comparados entre si com objetivo de avaliar se o emprego do lodo altera ou não, significativamente, os parâmetros analisados. Os recalques medidos da massa de resíduos, em média, foram de 271,5 mm em L1(SL15) e 202 mm em L2. As curvas de recalque foram modeladas com empego de 8 modelos de previsão de recalques, sendo que os modelos que apresentaram o melhor ajuste foram de Bjarngard e Edgers (1990) e de Gourc, Staub e Conte (2010). Os recalques no L1(SL15) foram ligeiramente superiores aos medidos em L2, porém, estatisticamente, não houve diferenciação das médias dos recalques entre eles, com probabilidade de erro de 5%. Dentre as conclusões obtidas há evidências de que o lodo não tenha provocado alterações nos parâmetros químicos, físicos e biológicos do lixiviado produzido em L1(SL15), portanto esta mistura avaliada pode ser utilizada na base e cobertura em aterros sanitários.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES The municipal solid waste (MSW) contain a high content of organic matter, which generates leachate and gases due to biodegradation processes, resulting in settlements. Storage capacity and slope stability are among the most significant engineering concerns in the operation of MSW landfills. The research aims to study the compressibility behavior of MSW based on results of tests and monitoring carried out in phase D2/4 (89,990m³ and 97,324t) of the landfill of the Caturrita Waste Treatment Plant in Santa Maria/RS. By means of the characterization and analysis of the parameters, it tries to establish a relation between the evolution of the mechanisms involved in the compressibility of these waste and the mechanical, biodegradation and climatic aspects. It was made the instrumentation of this phase (measures of settlement), characterization of the base layer and the cover layer, of the wastes (gravimetry, moisture content, STV, temperature), of the leachate (temperature, pH, BOD5, COD, microbiology, metals), and biogas (volume, composition, temperature). In the compressibility evaluation, was used mathematical methods, rheological methods, methods based on soil mechanics and methods that take into account biodegradation. The gravimetric composition of MSW showed organic matter variation between 31.2 and 64.5%, with an average value of 46.1% (wet basis). The specific weight of MSW after compaction, values obtained in situ, ranged from 6.0 to 14.0kN/m³, with a mean value of 10.0kN/m3 (indicative of good compaction). The external temperature did not influence the temperature of the waste mass, which presented average temperature in the range of 39.0°C. The values found during the monitoring of the leachate refer the landfill to the methanogenic phase. The pH of the leachate ranged from 7.7 to 9.2, remaining within a range of 8.0 after 400 days of monitoring. Practically all the analyzed elements presented, with the time of grounding, a considerable reduction in their concentrations. Among other factors, this behavior is associated with the phases of the degradation process. The peak of methane generation occurred around 303 days, with a value equal to 180.0Nm³/h. The 06 benchmarks installed at the top of the D2/4 phase (SM5, SM6, SM17, SM18, SM19 and SM20) showed settlement equal to: 5.1m, 5.0m, 10.5m, 13.5m, 8.2m and 8.0m, with deformations corresponding to 32.7%, 31.4%, 40.6%, 32.1%, 48.1% and 49.1%. In relation to the mathematical models, they need a series of measured data, and many of the parameters have no physical meaning, and although they have presented high values of R2 (since they were adjusted to the measured values), when extrapolated the results are not consistents. Models of compressibility of residues were evaluated, regarding the statistical significance, practicality of application of the model and extrapolation to represent future settlement. Among the selected models, the model proposed by Gourc et al. (2010) can be considered the most practical because it requires a low number of parameters and presented a high statistical performance for forecast (R2 = 0.996). A new proposal was made with the purpose of hone the method from the consideration of fractions of food, garden waste and leather. Os resíduos sólidos urbanos (RSU) contêm alto teor de matéria orgânica, que gera lixiviado e gases devido a processos de biodegradação, resultando em recalques nos aterros sanitários. A capacidade de armazenamento e a estabilidade de taludes estão entre as preocupações de engenharia mais significativas na operação de aterros sanitários de RSU. A pesquisa tem por objetivo estudar o comportamento da compressibilidade de RSU baseado em resultados de ensaios e monitoramentos realizados na fase D2/4 (89.990m³ e 97.324t) de um aterro sanitário, em Santa Maria/RS. Por meio da caracterização e análise dos parâmetros, procura estabelecer uma relação entre a evolução dos mecanismos envolvidos na compressibilidade destes resíduos e os aspectos mecânicos, biodegradativos e climáticos. Foi realizada a instrumentação desta fase (medidas de recalques), caracterização da camada de base e da camada de cobertura, dos resíduos (gravimetria, teor de umidade, STV, temperatura), do lixiviado (temperatura, pH, DBO5, DQO, microbiologia, metais) e do biogás (volume, composição, temperatura). Na avaliação da compressibilidade foram utilizados métodos matemáticos, métodos reológicos, métodos baseados na mecânica dos solos e métodos que levam em conta a biodegradação. A composição gravimétrica dos RSU apresentou variação de matéria orgânica entre 31,2 e 64,5%, com valor médio de 46,1% (massa úmida). O peso específico dos RSU após a compactação, valores obtidos in situ, variou de 6,0 a 14,0kN/m³, com valor médio igual 10,0kN/m3 (indicativo de uma boa compactação). A temperatura externa não causou influência na temperatura do maciço de resíduos, que apresentou temperatura média na faixa de 39,0°C. Os valores encontrados durante o monitoramento do lixiviado remetem o aterro a fase metanogênica. O pH do lixiviado variou entre 7,7 e 9,2, mantendo-se numa faixa próxima de 8,0 após 400 dias do início do monitoramento. Praticamente todos os elementos analisados apresentaram, com o tempo de aterramento, uma redução considerável nas suas concentrações. Entre outros fatores, esse comportamento está associado às fases do processo de degradação. O pico da geração de metano ocorreu por volta dos 303 dias, com valor igual a 180Nm³/h. Os 06 marcos superficiais instalados no topo da fase D2/4 (SM5, SM6, SM17, SM18, SM19 e SM20) apresentaram recalques iguais a: 5,1m, 5,0m, 10,5m, 13,5m, 8,2m e 8,0m, com deformações correspondentes a 32,7%, 31,4%, 40,6%, 32,1%, 48,1% e 49,1%. Em relação aos modelos matemáticos, os mesmos precisam de uma série de dados medidos, sendo que muitos dos parâmetros não apresentam significado físico, e apesar de terem apresentado valores de R2 elevados (pois foram ajustados aos valores medidos), quando extrapolados os resultados não são consistentes. Foram avaliados modelos de compressibilidade de resíduos, no que diz respeito a significância estatística, praticidade de aplicação do modelo e extrapolação para representar o recalque futuro. Dentre os modelos selecionados, o modelo proposto por Gourc et al. (2010) pode ser considerado o mais prático, pois necessita de um baixo número de parâmetros e apresentou um elevado desempenho estatístico para previsão (R2=0,996). Foi realizada uma nova proposta com a finalidade de qualificar o método a partir da consideração das frações de restos alimentares, restos de jardim e couro.