14º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental

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1 14º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental INVESTIGAÇÃO GEOAMBIENTAL DE ÁREAS CONTAMINADAS COM ELABORAÇÃO DO MODELO CONCEITUAL EM CAMPO UTILIZANDO FERRAMENTAS DE ALTA RESOLUÇÃO (HRSC) Marcos Tanaka Riyis 1 ; Heraldo Luiz Giacheti 2 ; Rafael Muraro Derrite 3 ; Mauro Tanaka Riyis 4 1 Resumo Os estudos geoambientais de áreas contaminadas no Brasil, em geral, não estabelecem um Modelo Conceitual do Site (MCS) adequado. As investigações são, em sua maioria, inadequadas e há um desconhecimento muito grande sobre o meio físico, gerando dados inconsistentes que vão nortear avaliações de risco e projetos de remediação com muitas incertezas, causando demora no encerramento dos casos, remediações ineficientes e custos globais mais altos. Para se elaborar um adequado MCS, é preciso que seja dada prioridade à etapa de coleta de dados, e isso requer o uso de ferramentas mais eficazes que as tradicionais e que, preferencialmente, as decisões sejam tomadas em campo. O presente estudo relata duas investigações geoambientais com tomada de decisão em campo e com uso de ferramentas de alta definição e de ferramentas tradicionais com recursos adicionais, que proporcionaram uma economia significativa de tempo, permitiram a detecção das heterogeneidades e um entendimento adequado do meio físico, e geraram a elaboração de um MCS sólido e em tempo real. Esse MCS vai subsidiar projetos de remediação baseados em dados mais confiáveis que os que seriam obtidos em investigações tradicionais, preocupadas somente em seguir as regras. Abstract The Brazilian geo-environmental studies usually do not provide a suitable Conceptual Site Model (CSM). Site assessments are inappropriate and there is a lack of knowledge about subsurface environment, generated inconsistent data that will guide risk analyses and remediation projects full of uncertainties, causing delay on closing cases, inefficient remediation and high global projects costs. To develop a suitable CSM, the step of data collection must have high priority, and this demand tools more effective than the traditional and, preferably, decisions-making have to be in the field. The present study shows two geo-environmental site characterization, with decisionmaking was in the field. The geo-environmental investigations were performed with high resolution site characterization (HRSC) and traditional tools with additional resources. These tools provided a significant savings of time, allowed the detection of heterogeneities, a proper understanding of the subsurface environmental, and have generated the development of a solid CSM at real time. This CSM will subsidize remediation projects based on more reliable data than those that would be obtained in traditional site assessments, concerned only in follow the rules. Palavras-chave: Investigação geoambiental, modelo conceitual, TRIAD Approach, investigação de alta resolução, remediação de áreas contaminadas 1 ECD Sondagens Ambientais Ltda Avenida Américo de Carvalho, 790 Sorocaba-SP. CEP Tel. (15) marcos@ecdambiental.com.br 2 Faculdade de Engenharia de Bauru (FEB)/UNESP Departamento de Engenharia Civil. Av. Eng. Luiz Edmundo C. Coube Bairro: Vargem Limpa. CEP Bauru SP. Tel. (14) giacheti@feb.unesp.br 3 ECD Sondagens Ambientais Ltda / UNESP-Sorocaba Avenida Américo de Carvalho, 790 Sorocaba-SP. CEP Tel. (15) rafael@ecdambiental.com.br 4 ECD Sondagens Ambientais Ltda Avenida Américo de Carvalho, 790 Sorocaba-SP. CEP Tel. (15) mauro@ecdambiental.com.br 14º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental 1

2 1. INTRODUÇÃO 1.1. Panorama Atual Como regra geral, os estudos geoambientais de áreas contaminadas, no Brasil, não estabelecem um Modelo Conceitual da Área (também chamado de Modelo Conceitual do Site - MCS) adequado, com as incertezas gerenciáveis. Para AQUINO NETO (2009), os relatórios não possuem a qualidade necessária, porque consideram um MCS único para todas as áreas, as plumas não são corretamente mapeadas (muitas sequer são delimitadas), as fontes não são identificadas, nem o centro de massa das plumas. As investigações, portanto, são inadequadas e há um desconhecimento muito grande sobre o meio físico, gerando dados ruins e inconsistentes que vão nortear avaliações de risco e projetos de remediação baseados nesses dados ruins, causando demora no encerramento dos casos, remediações ineficientes e custos globais mais altos. Problemas na investigação, portanto, são as maiores causas das falhas nas remediações de áreas contaminadas (CLEARLY, 2009). Como exemplo da prática cotidiana dos estudos de investigação de áreas contaminadas tem-se a instalação de poços de monitoramento. Estimou-se, através de entrevistas informais, que menos de 1% dos poços de monitoramento são instalados após a elaboração de um modelo conceitual hidrogeológico prévio (com sondagens, ensaios in situ ou piezômetros), o que desrespeita a NBR Quase na totalidade dos estudos, a sondagem para a instalação do poço de monitoramento é a única forma de se obter dados para construir o MCS. Segundo RIYIS (2012), as causas principais para os estudos inadequados são: - Foco na Remediação: as empresas direcionam seus melhores profissionais para atuar nessa etapa do gerenciamento, investem em pesquisa, desenvolvimento e conhecimento de novas técnicas e objetivam ganhar os contratos para realizar as remediações, e diminuem ao máximo os custos nas etapas iniciais de diagnóstico (investigação preliminar, confirmatória e detalhada). - Investigação com a abordagem errada: para diminuir os custos, a coleta de dados em campo é feita, em geral, por profissionais sem experiência e sem autonomia para tomada de decisão. As decisões são tomadas pelo profissional Sênior que fica no escritório, gerando lentidão nessa tomada de decisão e elaborando um MCS repleto de incertezas, pois foi baseado na coleta de dados deficiente. A investigação é realizada estritamente para cumprir as normas estabelecidas, seguindo uma receita única e sem planejamento e seleção adequada de ferramentas. - Técnicas inadequadas de investigação: Por questões relativas aos custos e/ou por desconhecimento sobre as tecnologias disponíveis, os diagnósticos são realizados exclusivamente através do binômio: Amostragem de solo Direct Push + Instalação de poço de monitoramento. Mesmo quando realizada de forma correta, essa técnica, usada de forma isolada, se mostra ineficiente, pouco representativa e com muitas incertezas associadas, pois não considera as heterogeneidades do meio físico subterrâneo, que geram as maiores incertezas de todo o estudo (QUINNAN, 2012). - Erros de execução: em muitos trabalhos, as boas práticas e as normas técnicas são deixadas de lado, por desconhecimento ou em nome de um custo aparentemente menor Propostas de Mudança Inicialmente, propõe-se que, após confirmada a contaminação da área, seja dada total prioridade para a elaboração de uma investigação que permita a elaboração de um MCS sólido e com incertezas gerenciáveis. Essa mudança de enfoque tende a diminuir os custos do projeto global, embora aumente o custo da investigação (AQUINO NETO, 2009; SINGER & FIACCO, 2010;), como pode-se observar na Figura 01. Essa diminuição dos custos globais é, nos EUA, da ordem de 5 a 10 vezes o valor investido em uma investigação adequada (QUINNAN, 2012). 14º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental 2

3 Figura 01 Comparação dos custos globais de um projeto com os diferentes abordagens de investigação (Singer e Fiacco, 2010) Dentro dessa prioridade para a investigação, deve-se realizar um diagnóstico de qualidade, para isso, o paradigma atual deve ser invertido, ou seja, é fundamental que a coleta de dados seja privilegiada dentro do projeto, com o melhor profissional participando dessa etapa, tomando as decisões em campo, refinando o MCS durante os trabalhos e finalizando o diagnóstico no menor tempo possível, após desenvolver um entendimento adequado do meio físico e suas heterogeneidades. Para que esse novo paradigma tenha sucesso, é fundamental que não se utilize somente as ferramentas consagradas e obrigatórias, mas também as ferramentas para investigação de alta resolução, ou High Resolution Site Characterization (HRSC) tools (USEPA, 2013). Somente com essas ferramentas será possível identificar as heterogeneidades presentes em escala de centímetros (Figura 02) e estabelecer as zonas preferenciais de fluxo e armazenamento que são a essência da elaboração de um MCS sólido (RIYIS, 2012; WELTY, 2012) Figura 02 Uma amostra de menos de 10 cm em um liner com as diferentes condutividades hidráulicas Welty (2012) 14º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental 3

4 Essa mudança de paradigma somente fará sentido se o profissional que atuará na coleta de dados tiver condições de tomar decisões rápidas em campo. E isso só será possível se ele dispuser de uma variedade de ferramentas de aquisição de dados em alta resolução, como: - Sondagens com coleta de amostras de solo representativas, com grande produção e capazes de obter amostras da zona saturada (Dual Tube Sampling, Piston Sampling) Figura 03. Figura 03 Sonda Direct Push modelo Power Probe 9100-ATV e ferramentas de amostragem de solo Piston Sampler - Coleta de amostras de água em diferentes profundidades via Direct Push. - Instalação rápida de poços provisórios ou piezômetros de pequeno diâmetro, preferencialmente pré-montados. - Análise das amostras em campo, com laboratório móvel - Ensaios de Piezocone de Resistividade, ou RCPTu Figura 04 Figura 04 Sonda preparada para realização do ensaio RCPTu e log do ensaio on line - Ferramentas para obtenção qualitativa de concentração de contaminantes, como Membrane Interface Probe (MIP), ou métodos LIF (Laser-Induced Fluorescence). 14º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental 4

5 Todas essas ferramentas já estão disponíveis no Brasil, em maior ou menor escala. O uso delas propiciaria uma grande densidade de dados, e consequente diagnóstico de alta resolução. Com o MCS refinado, sólido e com baixo grau de incertezas, seria possível estabelecer adequadamente a rede de monitoramento e os pontos exatos de coleta de amostras a serem encaminhadas ao laboratório acreditado. Além dessas, há outras ferramentas muito úteis, que certamente seriam trazidas para o nosso país se as investigações seguirem esse novo paradigma, tais como: - Direct Push Logging Injection DPIL (QUINNAN et al, 2010) - Hydraulic Pressure Test HPT (McCALL, 2011) - High Resolution Piezocone HRP (KRAM et al, 2010) - Sondas Sônicas - Outros métodos LIF, com sensibilidade para outros compostos químicos 1.3. O Piezocone de Resistividade (RCPTu) Todas essas são ferramentas úteis para a elaboração de um adequado MCS. Entretanto, muitos autores consideram o perfil hidroestratigráfico (perfil estratigráfico com as condutividades hidráulicas em alta resolução) como o componente mais sensível da investigação, pois é o que apresenta maior variação (QUINNAN et al, 2010; VIENKEN et al, 2012). Welty (2012) fala em variação de 4 ordens de grandeza em 1 metro, enquanto KILLENBECK (2012) conclui que é essa hidroestratigrafia que governa o fluxo e transporte no site. Welty (2012) cita como ferramentas adequadas para estabelecer o perfil hidroestratigráfico de uma área, as seguintes: Cone Penetration Test (CPTu com poro-pressão), DirectPush (DP) Injection methods (HPT ou Waterloo Profile), EC (Condutividade Elétrica), Ensaios de dissipação de poro-pressão e DP Slug Test. O estudo de QUINNAN et al (2010) comparou as diversas ferramentas para a elaboração do perfil hidroestratigráfico e mostrou uma boa correlação entre as medidas diretas (Pneumatic Slug Test e DPIL) e as medidas indiretas que compõem o RCPTu: poro-pressão, resistência de ponta e condutividade elétrica, conforme está mostrado na Figura 05. Figura 05 Comparação entre metodologias para obter perfil hidroestratigráfico (Quinnan et al, 2010) 14º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental 5

6 Vienken et al (2012) utiliza o CPTu como ferramenta fundamental para investigação geombiental de alta resolução, pois permite a elaboração de um adequado perfil hidroestratigráfico. Schulmeister et al (2003) diz que o sensor EC é uma ferramenta poderosa para investigação em alta resolução, e comparando-se com os métodos tradicionais de se obter o perfil hidroestratigráfico da área, o sensor de EC (portanto, o ensaio de RCPTu) é mais eficiente, rápido, barato, de maior resolução e que obtém maior densidade de dados, sem prejuízo da qualidade desses dados. Um estudo de McCALL (2011) comprova a eficiência da ferramenta HPT para obter os valores de k relativos em perfil de alta definição. Uma das comprovações da eficiência da ferramenta HPT foi através da comparação com o sensor de EC, conforme pode ser observado na Figura 06. Essa comparação indica que o RCPTu tem uma excelente correlação com as ferramentas de obtenção de perfil hidroestratigráfico. Figura 06 Comparação entre o sensor EC e o HPT (MacCall, 2011) O presente trabalho mostra dois estudos de caso, um em Bauru-SP, outro em Sorocaba-SP onde a tomada de decisão ocorreu em campo e o MCS foi sendo elaborado em tempo real com o uso de ferramentas de alta resolução (HRSC), em uma abordagem que se aproxima da Tríade, ou Triad Approach (SINGER e FIACCO, 2010; CRUMBLING, 2004) 2. RESULTADOS E DISCUSSÃO No município de Bauru-SP, o estudo foi realizado em uma área (que já havia sido alvo de estudos geotécnicos prévios) com o objetivo de se estabelecer um MCS adequado, simulando uma área contaminada. Foram utilizadas ferramentas tradicionais, como amostragem de solo Direct Push (DP), modalidade Single Tube e instalação de poços de monitoramento, e ferramentas de alta resolução, como o RCPTu. Inicialmente foram realizadas as amostragens DP para se estabelecer um modelo preliminar. Com esses resultados, foram efetuados os ensaios RCPTu, que identificaram, em escala de centímetros, as heterogeneidades hidrogeológicas e permitiram a elaboração dos perfis e seção hidroestratigráficos. Para confirmar essas informações e refinar o MCS, instalou-se dois pares de poços multiníveis e três poços no aquífero livre, todos com a seção filtrante na posição exata determinada pelos ensaios RCPTu de modo a obter os dados hidrogeológicos (carga hidráulica, condutividade hidráulica, entre outros) da camada de interesse, não uma média de muitas camadas diferentes. A seção transversal obtida pode ser vista na Figura 07. Só foi possível elaborar o MCS adequado, com grau reduzido de incertezas pelo uso de ferramentas adequadas e pela abordagem utilizada, que priorizou a tomada de decisão em campo. 14º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental 6

7 Figura 07 Seção Hidrogeológica Transversal na área de Bauru-SP após ensaios RCPTu e instalação de poços multiníveis No município de Sorocaba-SP, a investigação foi realizada em um site contaminado por benzeno em fase dissolvida. A abordagem foi semelhante à Tríade (CRUMBLING, 2004), mas sem a presença dos stakeholders (como CETESB, dono do empreendimento, Ministério Público, entre outros agentes públicos ou privados interessados), como pode ser observado na Figura 08. A investigação realizada utilizou ferramentas de alta definição (HRSC), como RCPTu e dissipação de poro pressão e tradicionais inovadoras, como amostragem de solo DP nas modalidades Dual Tube e Piston Sampler, e Slug Test pontual via DP. Figura 08 Equipes trabalhando em uma abordagem semelhante à Tríade, com investigação de alta resolução com tomada de decisão em campo Partiu-se de um relatório de investigação detalhada tradicional, seguindo os procedimentos da CETESB, mas que não estabelecia claramente o MCS hidrogeológico e deixava muitas incertezas para se efetuar o projeto de remediação. Foram realizadas amostragens de solo em 10 pontos pelo método Piston Sampler, 10 ensaios RCPTu, 35 ensaios de dissipação de poro pressão e 5 slug tests pontuais em 5 dias de trabalho, que possibilitaram a elaboração de um sólido Modelo Conceitual Hidrogeológico, com as heterogeneidades do meio físico devidamente 14º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental 7

8 mapeadas e o mapa de condutividades hidráulicas construído com poucas incertezas, maximizando a eficiência do futuro projeto de remediação. Alguns resultados, mostrando zonas preferenciais de fluxo e armazenamento, obtidas através dos ensaios RCPTu, podem ser observados na Figura 09. Figura 09: Ensaios típicos interpretados, indicando as zonas preferenciais de fluxo e armazenamento Em ambos os trabalhos, a investigação geoambiental com tomada de decisão em campo, especialmente com o uso de ferramentas de alta definição e/ou inovadoras, detectou as heterogeneidades e, com isso, possibilitou um entendimento adequado do meio físico, que é a base para a elaboração de um MCS sólido. Essa abordagem permite uma economia significativa de recursos, pois economiza tempo, refina a investigação durante os trabalhos evitando remobilizações, diminui os custos totais do projeto, possibilita a instalação de poços de monitoramento adequadamente posicionados e permite a elaboração de um projeto de remediação mais adequado às condições do site. 3. CONSIDERAÇÕES FINAIS Dentro do objetivo traçado no início do estudo, os resultados obtidos nesse trabalho, em linhas gerais, foram os seguintes: - Os resultados obtidos nos ensaios de RCPTu têm maior nível de detalhamento que os métodos tradicionais de investigação do solo para elaboração do modelo conceitual. As camadas hidroestratigráficas são detectadas com precisão de centímetros, o que não ocorre com as amostragens Direct Push - O sensor de condutividade elétrica do solo complementa muito bem os resultados de resistência de ponta e de atrito lateral. Desta forma, pode-se dizer que o ensaio de RCPTu fornece maior densidade de dados que o ensaio de CPTu, que por sua vez, fornece mais dados que o ensaio de CPT, que fornece densidade de dados muito maior que qualquer instrumento tradicional de coleta de dados hidroestratigráficos. - A investigação tem um resultado melhor quando a tomada de decisão ocorre em tempo real, no campo, com os dados obtidos em alta resolução. - Com os ensaios RCPTu é possível elaborar um perfil hidroestratigráfico de alta definição e detectar as zonas preferenciais de fluxo e armazenamento; 14º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental 8

9 - A instalação de poços de monitoramento, embora seja considerada, no Brasil, a melhor metodologia para se realizar um estudo hidrogeológico, deve ser precedida de uma elaboração de um MCS com a maior resolução e maior detalhamento possível. Caso esse modelo prévio não exista, e a única informação do meio seja a própria sondagem para a instalação do poço, as incertezas associadas ao processo de instalação e à região onde esse poço está efetivamente monitorando, são tão grandes que podem inviabilizar qualquer tomada de decisão adequada. - Os ensaios de RCPTu são uma ferramenta muito útil para elaboração de um adequado MCS, especialmente em uma abordagem que se priorize a coleta de alta densidade de dados, em alta resolução para tomada de decisão em tempo real. Mesmo em uma abordagem tradicional, o RCPTu se mostra uma alternativa mais eficaz e mais rápida para se obter informações hidroestratigráficas, comparando-se com os métodos tradicionais de coleta de dados. REFERÊNCIAS AQUINO NETO, V. Roteiro para Execução de Investigação Detalhada e Plano de Intervenção em Postos e Sistemas Retalhistas de Combustíveis. Apresentação no Curso de Capacitação para Técnicos das Agências Ambientais do Programa PIA promovido pela Câmara Ambiental do Comércio de Derivados de Petróleo. Nov/2009. CLEARLY, R Por que a maioria dos sistemas de remediação falha? In: Anais do I Congresso Internacional do Meio Ambiente Subterrâneo (CIMAS). São Paulo-SP KILLENBECK, E. Depositional Systems: Why is Geology Important. In Anais da North American Environmental Field Conference. Tampa, FL. Mar/2012 KRAM, M.; DALZELL, T.D.; LJUNGGREN, P.; Use of the High Resolution Piezocone for Geoenvironmental Applications. In: Anais do 2 nd Internacional Symposium of Cone Penetration Test CPT 10. Paper Huntington Besch, CA. Mar/2010. McCALL, G.W. Applications of Geoprobe HPT Logging System for Geo-Environmental Investigations. Geoprobe Technical Bulletin MK Fev/2011. QUINNAN, J. Real-Time High Resolution LNAPL and DNAPL Characterization Part 1: Philosophy and Background. In: Anais da North American Environmental Field Conference. Tampa, FL. Mar/2012 QUINNAN, J; WELTY, N; KILLEMBECK, E.; Hydrostratigraphic and permeability profiling for groundwater remediation projects. In: Anais do 2 nd Internacional Symposium of Cone Penetration Test CPT 10. Paper Huntington Beach, CA. Mar/2010. RIYIS, M. T. Investigação Geoambiental com Tomada de Decisão em Campo Utilizando o RCPTu como Ferramenta de Alta Resolução. Dissertação de Mestrado apresentada no Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil e Ambiental da FEB/UNESP. Bauru-SP SINGER, M; FIACCO, J. Abordagen Tríade: Você Consegue Viver sem Ela? In: Anais do VII Seminário Internacional Sobre Revitalização de Áreas Contaminadas. Instituto Ekos. São Paulo. Out/2010. SCHULMEISTER, M.K.; BUTLER JR, J.J.; HEALEY, J. M.; ZHENG, L; WISOCKY, D. A.; McCALL, G. W. Direct-Push Electrical Conductivity Logging for High-Resolution Hydrostratigraphic Characterization. Ground Water Monitoring & Remediation 23, no 3: VIENKEN, T; LEVEN, C.; DIETRICH, P Use of CPT and other direct push methods for (hydro-) stratigraphic aquifer characterization a field study. Canadian Geotechnical Journal, Volume 49, Number 2, February 2012, pp WELTY, N. Permeability Mapping: Strategies and Methods. In: Anais da North American Environmental Field Conference. Tampa, FL. Mar/ º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental 9