II Workshop Gestão Integrada: Risco e sustentabilidade São Paulo, 19 e 20 de Maio de 2006 Centro Universitário Senac

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1 II Workshop Gestão Integrada: Risco e sustentabilidade São Paulo, 19 e 20 de Maio de 2006 Centro Universitário Senac 1 A GEOFÍSICA NO MAPEAMENTO DE ÁREAS CONTAMINADAS Debora Silveira Carvalho IDS Radar ltda. RESUMO O presente trabalho objetiva a difusão do uso da tecnologia Geofísica na identificação de áreas contaminadas, uma das etapas da gestão de áreas contaminadas, através de revisão bibliográfica de artigos, trabalhos, revistas e publicações de casos já estudados de aplicações do uso da Geofísica no mapeamento de áreas contaminadas. Palavras chave: Gerenciamento de áreas contaminadas, Geofísica, gestão ambiental. 1. INTRODUÇÃO Segundo o Manual de Gerenciamento de Áreas Contaminadas da CETESB (CETESB, 2001), as etapas de gerenciamento de áreas contaminadas englobam duas grandes etapas, subdivididas nos seguintes procedimentos: a. Identificação de áreas contaminadas: Definição da região de interesse Identificação de áreas potencialmente contaminadas Avaliação preliminar Investigação confirmatória b. Processo de recuperação de áreas contaminadas: Investigação detalhada Investigação para remediação Projeto de remediação Remediação Monitoramento

2 2 O uso da Geofísica se insere na última etapa da identificação de áreas contaminadas, quando se faz a investigação confirmatória. Esta tecnologia pode ser utilizada, de forma já reconhecida e de ampla aplicação, em áreas com características variadas, incluindo-se diferentes contaminantes e diversos contextos geológicos. Muitas já são as empresas que apresentam suas preocupações com o Meio Ambiente, e o uso da Geofísica como técnica para o mapeamento e delimitação de suas áreas contaminadas. Como exemplo, a Petrobrás, desde 1998 emprega o uso da Geofísica, associada à Geoquímica analítica, em estudos geo-ambientais, em áreas onde cause impacto por suas atividades. Já foram mapeados mais de 150 hectares, com resultados de GPR e Tomografias Elétricas Eletrorresistividade, com alta qualidade e confiabilidade, resultados estes que subsidiam as fases subseqüentes a avaliação de risco ambiental e projetos de remediação de áreas contaminadas. (Sauerbronn, 2003). 1. OBJETIVO O presente trabalho tem por objetivo ilustrar o uso de métodos geofísicos no mapeamento de áreas contaminadas, com intuito de difundir esta tecnologia, para o uso em uma das etapas do gerenciamento de áreas contaminadas. 2. METODOLOGIA Este trabalho foi realizado através de pesquisa bibliográfica relativa à gestão ambiental e à Geofísica, com a coleta, leitura e sistematização de artigos, trabalhos, revistas, publicações de eventos e livros. Realizada esta etapa da pesquisa, foram estabelecidos conceitos essenciais para o desenvolvimento do trabalho; Greenhouse e Gudjurgis (1998) definem que a Geofísica é a aplicação dos princípios físicos ao estudo da Terra, envolvendo a interpretação de campos, como o magnético e gravitacional, que são influenciados pelas estruturas geológicas, resultando em mapas de distribuição espacial ou temporal de algumas destas citadas propriedades físicas. Ainda em sua definição o autor demonstra que [...] a Geofísica não responde às questões por si só, mas é o guia para a primeira etapa de uma investigação de subsuperfície. Em se tratando de gestão de áreas contaminadas, segundo a CETESB (Op. cit.) (em seu Manual de gerenciamento de áreas contaminadas) uma área é contaminada somente se um local ou terreno

3 3 possui comprovadamente poluição ou contaminação, gerada pela introdução de elementos não originários daquela área, que podem alocar-se em todos os meios constituintes desta área solos, água, sedimentos, estruturas e demais materiais. Gestão define-se pelo ato de gerir, tornar-se responsável; representa um conjunto de procedimentos ou atos determinados; para a gestão de áreas contaminadas, pode-se definir a gestão como as medidas tomadas com o intuito de minimizar riscos à população e ao meio ambiente. Incluindo-se tomadas de decisões quanto às formas de intervenção mais adequadas. (CETESB, Op. cit.). 3. RESULTADOS Conforme apresentado na revisão bibliográfica, alguns autores apresentam a aplicação dos métodos geofísicos no mapeamento de áreas contaminadas, de acordo com as características dos solos estudados e seus contaminantes e as propriedades físicas dos métodos geofísicos. A Tabela 1 apresenta os métodos geofísicos existentes, classificados de acordo com o número decrescente de aplicações de cada um dos métodos, seguido pela classificação de cada técnica englobada pelos diferentes métodos, a propriedade física atribuída, e por fim alguns exemplos de aplicações para os métodos da Eletrorresistividade e GPR (Ground Penetrating Radar), pois são estes os métodos de maior ocorrência em estudos ambientais. O método O GPR é um método de investigação geofísica que se baseia na propagação e reflexão de ondas eletromagnéticas. Um pulso (onda) de energia eletromagnética é irradiado para o interior do solo pela antena transmissora. Parte da energia desta onda é refletida de volta para a antena receptora sendo amplificada, digitalizada e registrada em um meio magnético digital para processamento e armazenamento dos dados. O método da Eletrorresistividade (ER) baseia-se nas propriedades elétricas dos solos e rochas, sendo alterado por fatores tais como: quantidade de água nos poros das rochas e solos, quantidades de sais dissolvidos na água que preenche os poros; porosidade dos materiais e seus minerais formadores. Desta forma, a investigação pelo método da Eletrorresistividade consiste na injeção de corrente elétrica no solo e a detecção das propriedades elétricas do meio, pela resposta encontrada à injeção de corrente.

4 4 A Tabela 02 apresenta casos de aplicações dos métodos GPR e Eletrorresistividade, classificados de acordo com suas aplicações, GPR atingindo menores profundidades e a Eletrorresistividade atingindo profundidades maiores. Foi possível verificar que alguns métodos apresentam as mesmas aplicações, e em muitos casos são inclusive aplicados de forma integrada, visando cobrir as diferentes características físicas do meio. Alguns métodos apresentam diferentes técnicas de arranjo de campo, porém as informações obtidas por um mesmo método devem ser convergentes, ainda que sejam distintas. Como exemplo, o método da Eletrorresistividade possui três diferentes técnicas; cada uma delas apresenta resultados em formatos distintos, porém, nos casos de aplicações das três técnicas, os resultados se complementam. No caso de haver ainda a integração com mais um método (e.g. Carvalho e Okabe, 2006), as informações poderão ser ainda mais completas. No caso de investigações para o mapeamento ambiental, são três os métodos mais comumente aplicados: Eletromagnético, Eletrorresistividade e o GPR. Em geral, as aplicações dos métodos geofísicos se dá de maneira integrada quando utilizado para a gestão de áreas contaminadas (Carvalho e Okabe, Op. cit). Isto ocorre pois a integração de dois ou mais métodos permite investigar o solo em diferentes profundidades, bem como em suas diferentes características físicas, obtendo assim informações de naturezas distintas com o mesmo objetivo. No caso dos métodos de GPR e Eletrorresistividade, mapas de contraste de cor podem indicar a presença de diferentes substâncias no solo, sugerindo a partir da intensidade destes contrastes a presença ou não de contaminação e a investigação com uso de técnicas de investigação direta para confirmação destas informações.

5 Tabela 01 Métodos e técnicas geofísicas 5 MÉTODO EM Eletromagnético Eletrorresistividade Sísmica de reflexão e Refração GPR TÉCNICAS LIN low induction numbers Indutivo CE Caminhamento elétrico SEV Sondagem elétrica vertical PERF Perfilagem CMP Commom Mid-Point CDP Commom Depht Point CMP Commom Mid-Point WARR Wide Angle Reflection and Refraction Magnetometria PROPRIEDADE FÍSICA Condutividade elétrica Indutância Condutividade elétrica Cargabilidade Densidade Elasticidade Condutividade elétrica Permissividade dielétrica Susceptibilidade magnética Gravimetria Densidade Radiometria Cintilometria Espectrometria Gama Radioatividade PRINCIPAIS APLICAÇÕES Meio Ambiente/ Mapeamento de plumas de contaminação Hidrogeologia/Água subterrânea Meio Ambiente/ Mapeamento de plumas de contaminação Depósitos minerais / Exploração mineral Engenharia Civil/ Mapeamento de estruturas em subsuperfície Arqueologia Meio Ambiente/ Mapeamento de plumas de contaminação Hidrogeologia/Água subterrânea/ Estimativa de parâmetros hidráulicos Mapeamento de topo rochoso/falhamentos e fraturamentos Depósitos minerais Caracterização litológica Estudos geológicos regionais Petróleo Engenharia Civil Mapeamento de topo rochoso/falhamentos e fraturamentos Profundidade do Nível d água / Estimativa de porosidade da rocha Meio Ambiente/ Mapeamento de plumas de contaminação Engenharia Civil/ Mapeamento de estruturas em subsuperfície Arqueologia Caracterização geológica Estudos geológicos regionais Depósitos minerais Gradiente geotérmico Arqueologia Estudos geológicos regionais / Contatos geológicos e falhamentos Petróleo Diques/Derrames basálticos Falhamentos e fraturamentos Arqueologia EXEMPLO DE APLICAÇÃO Brewster, Annan, 1994 Daniels, Roberts, Vendl, 1995 Deuster, Chaballe e Kaufmann, 2005 Moraes e Grazinoli, 2001 Peterson e Nobes, 2003 Shevnin et. al, 2005 Aquino e Botelho, 2001 Chambers et Al., 2004 Dourado et. al, 2004 Heitzmann, 2003 Pedrosa et. Al., 2004 Olhoeft, 1999

6 Tabela 02 Métodos geofísicos e suas aplicações no mapeamento de áreas contaminadas. 6 MÉTODO TÉCNICAS PROPRIEDADE FÍSICA PRINCIPAIS APLICAÇÕES Aplicações do GPR para o mapeamento de plumas de contaminação em áreas urbanas, em postos de gasolina são apresentados por Dehaini, Op. Cit., em local de depósitos sedimentares aluviais associados ao Rio Tietê, com contexto geológico areno-argiloso. O contaminante deste local era gasolina em fase livre, observada em poços de monitoramento. Conforme esperado, o sinal do GPR apresentou zonas de sombra onde havia GPR CMP Commom Mid-Point WARR Wide Angle Reflection and Refraction Condutividade elétrica Permissividade dielétrica presença de contaminação, o que permitiu delimitar qualitativamente a pluma. O uso do GPR no mapeamento de pluma de contaminação gerada por acidente de derramamento de petróleo num contexto geológico descrito por terraços aluvionares de origem fluvial, constituída por areias finas a grossas e cascalhos, observou nos radargramas locais onde um forte refletor mapeia a interface argila-areia, de grande importância para a determinação da profundidade máxima atingida pelo material derramado, uma vez que as camadas de argila são pouco porosas e impermeáveis. Integrando os resultados do GPR com os obtidos por poços de monitoramento, é possível delimitar a pluma de espalhamento do material derramado. (Sansonowski e Remacre, 2003). Bem como nos resultados do uso do GPR em aplicações de mapeamento de área de disposição de resíduos, o método da Eletrorresistividade também apresenta resultados positivos no mapeamento de locais com estas características, em geral associados ao uso do GPR, possibilitando mapear, como o método ER, maiores profundidades e a pluma de contaminação por efluentes gerados pelos resíduos. Este efluente, o chorume, possui lata solubilidade em água e é rico em sais minerais, o que faz com que sua condutividade elétrica seja CE Caminhamento alterada e permite que o uso deste método apresente sucesso, para aplicação na zona saturada, na delimitação Eletrorresistividade elétrico SEV Sondagem elétrica vertical Condutividade elétrica da área de alcance da contaminação por este efluente. Neste caso apresentado por Elis, Op. Cit, o método da Eletrorresistividade pode ser considerado eficaz no mapeamento da profundidade da zona saturada, fluxo das águas subterrâneas, variações texturais do solo, presença e distribuição espacial de resíduos, contaminação dos PERF Perfilagem solos, águas e delimitação do formato da pluma de contaminação. Plumas de contaminação geradas por atividades industriais e desenvolvimento urbano forma mapeadas com o uso da Eletrorresistividade em superfície e em poços de monitoramento, no município de Camaçari BA, onde o contaminante gerou anomalias de baixa resistividade e as informações obtidas em plantas de diferentes profundidades puderam ser comparadas às informações pontuais dos poços de monitoramento. (Palma et Al., Op. cit.)

7 4. CONCLUSÃO 7 Com a metodologia empregada foi possível sistematizar e compreender os realizar uma pesquisa bibliográfica que demonstrasse que, na literatura, alguns casos de aplicação de métodos geofísicos como tecnologia para a gestão de áreas contaminadas apresentam sucesso. Com o estudo dos métodos geofísicos aplicáveis à mapeamentos de áreas contaminadas para a gestão das mesmas, em se tratando de tema na qual nota-se escassez de bibliografia, por ser uma aplicação recente da Geofísica, que ainda apresenta diversas falhas em experiências anteriores e grande potencial em desenvolvimento para trabalhos futuros, existe espaço para uma análise de casos de aplicações práticas, englobando diferentes contextos geológicos e diversos tipos de substâncias contaminantes. 5. REFERÊNCIAS AQUINO, W. F., BOTELHO, M. A. B. BOTELHO. Método Eletromagnético Indutivo e GPR aplicados à detecção de contaminação do solo e água subterrânea por resíduos industriais. In: 7TH INTERNATIONAL CONGRESS OF THE BRAZILIAN GEOPHYSICAL SOCIETY, out BRASIL, p CHAMBERS, J. E. et Al. Noninvasive monitoring of DNAPL migration through a saturated porous medium using electrical impedance tomography. Journal of contaminant Hydrology, v. 68, p. 1-22, BREWSTER, M. L., ANNAN, P. Ground-penetrating radar monitoring of a controlled DNAPL release: 200 MHz radar. Geophysics, v. 57 nº 8, p , ago CARVALHO, D., OKABE, R. Contaminated site mapping using GPR and Electrical resistivity in Brazil. 19 TH ANNUAL MEETING SAGEEP SYMPOSIUM ON THE APPLICATION OF GEOPHYSICS TO ENGINEERING AND ENVIRONMENTAL PROBLEMS, abril. EUA, p CETESB. Manual de gerenciamento de áreas contaminadas/cetesb, GTZ. 2.ed. São Paulo: CETESB, DANIELS, J. J., ROBERTS, R., VENDL, M. Ground Penetrating Radar for the detection of liquid contaminants. Journal of applied Geophysics. v. 33, p , DECEUSTER, John, CHABALLE, Mélanie, KAUFMANN, Olivier. 3D Resistivity and IP Tomography as promising tools to monitor remedial actions over a gas plume. In: 18 TH ANNUAL MEETING SAGEEP SYMPOSIUM ON THE APPLICATION OF

8 8 GEOPHYSICS TO ENGINEERING AND ENVIRONMENTAL PROBLEMS, abril. EUA, p DOURADO, Tiago da Costa et al. Experimentos controlados para detecção de hidrocarbonetos em sedimentos arenosos analisando a amplitude e a velocidade de propagação do pulso de radar (GPR 1MHz). In: I SIMPÓSIO DE GPR/I SIMPÓSIO DE HIDROGEOFÍSICA, nov BRASIL, GREENHOUSE, J, GUDJURGIS, P. Introduction to environmental and engineering geophysics. 12 TH ANNUAL MEETING SAGEEP SYMPOSIUM ON THE APPLICATION OF GEOPHYSICS TO ENGINEERING AND ENVIRONMENTAL PROBLEMS, 26 mar. EUA, HEITZMANN, José Francisco Jr. A Geofísica como ferramenta em estudos ambientais uma visão do usuário. In: III WORKSHOP DE GEOFÍSICA APLICADA À ENGENHARIA E MEIO AMBIENTE, 26 e 27 maio BRASIL, p MORAES, Eduardo, GRAZINOLI, Patrícia. Prospecção do contaminante (BHC) através da Eletrorresistividade. In: 7TH INTERNATIONAL CONGRESS OF THE BRAZILIAN GEOPHYSICAL SOCIETY, out BRASIL, OLHOEFT, Garry R. Applications and frustrations in using ground penetrating radar. In: III WORKSHOP DE GEOFÍSICA APLICADA À ENGENHARIA E MEIO AMBIENTE, 26 e 27 maio BRASIL, p PEDROSA, T. R. M. A. M., CASTRO, D. L., BRANCO, R. M. G. C. Caracterização de plumas de hidrocarbonetos em postos de abastecimento em Fortaleza, usando o método eletromagnético radar de Penetração do Solo (GPR).In: I SIMPÓSIO DE GPR/I SIMPÓSIO DE HIDROGEOFÍSICA, nov BRASIL, PETTERSON, J. P., NOBES, D. C. Environmental geophysics at Scott Base: ground penetrating radar and electromagnetic induction as tools for mapping contaminated ground at Antarctic research bases. Cold regions science and technology. v. 37, p , SAUERBRONN, Jose Luiz Bampa. Aplicação de ferramentas geofísicas no diagnóstico ambiental de áreas impactadas. In: III WORKSHOP DE GEOFÍSICA APLICADA À ENGENHARIA E MEIO AMBIENTE, 26 e 27 maio BRASIL, p SHEVNIN, Vladimir et al. Study of Petroleum Contaminated sites in Mexico with Resistivity and EM Methods. In: 18 TH ANNUAL MEETING SAGEEP SYMPOSIUM ON THE APPLICATION OF GEOPHYSICS TO ENGINEERING AND ENVIRONMENTAL PROBLEMS, abril. EUA, p

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