Investigação e monitoramento ambiental Geotecnia Ambiental

Transcrição

1 Investigação e monitoramento ambiental Geotecnia Ambiental

2 Objetivo Verificar a existência de contaminação Determinar o grau de contaminação Distribuição de contaminantes no subsolo Determinar as propriedades mecânicas e hidráulicas dos materiais envolvidos Avaliar o desempenho

3 Ensaios geotécnicos Sondagens de simples reconhecimento SPT Ensaios de penetração do cone Ensaios de palheta Ensaio pressiométrico Ensaio dilatométrico Parâmetros do solo

4 Instrumentação Geotécnica Força; Deslocamento; Deformação Específica - Tensão; Pressão Total; Poro-Pressão; Nível d Água.

5 Instrumentação Geotécnica Instrumentação Geotécnica Piezômetros Inclinômetro Extensômetro Perfilômetro Células pressão Strain gages Placa de recalque

6 Instrumentação Geotécnica

7 Instrumentação Geotécnica

8 Instrumentação Geotécnica - Instrumentação Recursos Piezometro Poro pressão Strain Gages Deformação Célula de Pressão Total Inclinometro Deslocamento Horizontal

9 Instrumentação Geotécnica - Recursos Perfilômetro Deslocamento vertical

10 Instrumentação Geotécnica Instalação e monitoramento geotécnico

11 Técnicas de Detecção de Contaminantes In Situ Tecnologias geofísicas Tecnologias analíticas

12 Tecnologias geofísicas Métodos Campos de força Propriedades físicas Gravimétricos Magnéticos Elétricos Sísmicos Campo gravitacional terrestre Campo magnético terrestre Campo elétrico natural ou campo elétrico artificial Campo de vibração elástica Densidade Suscetibilidade magnética Condutividade elétrica ou resistividade elétrica Velocidade de propagação de ondas elásticas Campos principais de aplicação Petróleo Mineração Água subterrânea e engenharia civil Petróleo e engenharia civil

13 Métodos Gravimétricos Campo gravitacional terrestre é função de: Latitude Elevação Efeitos das marés Topografia ao redor Distribuição das densidades na crosta

14 Métodos Gravimétricos Irregularidades na distribuição das densidades criam distorções na gravidade; Gravímetro: a aceleração da gravidade é determinada ao medir-se a força necessária para equilibrar uma massa suspensa; Precisão: 1 parte em da gravidade total da Terra

15 Perfil gravimétrico

16 Métodos Magnéticos Determinação da suscetibilidade magnética dos meios; Suscetibilidade magnética: expressa a facilidade com que os materiais se tornam magnetizados Para estudar as anomalias magnéticas causadas por estruturas pouco profundas, é necessário conhecer e subtrair as variações no campo magnético terrestre.

17 Perfil magnetométrico

18 Métodos Elétricos Grau de resistência à passagem da corrente elétrica: resistividade; Facilidade relativa de um fluxo elétrico atravessar um condutor: condutividade; Correntes circulantes: naturais ou artificiais Contínua, alternada, alta, média e baixa frequência, audível e de rádio.

19 Classificação dos métodos elétricos Modo de aplicação da energia Correntes naturais (CC) Correntes artificiais (CC ou CA) Campo eletromagnético (CA) Método Da polarização espontânea Das linhas equipotenciais Do perfil de potencial (QQP) Da resistividade Galvânico Indutivo

20 Método da Eletroresistividade Corrente elétrica artificial induzida no terreno por dois eletrodos com o objetivo de medir o potencial gerado; As relações entre corrente elétrica, potencial elétrico e disposição geométrica permitem calcular a resistividade aparente.

21 Eletroresistividade (ABGE, 1998)

22 Eletroresistividade

23 Resistividade aparente Composição mineralógica da rocha ou solo Estruturas e heterogeneidade da rocha Porcentagem de água Porcentagem de sais dissolvidos Grau de alteração da rocha Grau de compactação do solo Porosidade e permeabilidade

24 Mapas de resistividade

25 Aplicação da eletroresistividade posição e geometria do topo rochoso caracterização de estratos sedimentares zonas de falhas, contatos litológicos, cavidades, diques contraste de permeabilidade (potenciais de contaminação) nível do lençol freático direção e sentido do fluxo dos fluidos de subsuperfície

26 Métodos sísmicos Propagação de ondas elásticas, geradas artificialmente na superfície, através do meio investigado. Velocidade de propagação varia em função das propriedades elásticas dos solos e rochas; Nas interfaces, mudança de densidade, as ondas sofrem refração ou reflexão; Análise do tempo de percurso das ondas para cálculo das velocidades e profundidades das interfaces.

27 Velocidade de propagação das ondas elásticas Aluvião Arenitos Granitos 300 a 700 m/s 2300 a 3500 m/s 3500 a 4500 m/s Os métodos sísmicos são amplamente empregados na investigação de estruturas subterrâneas (dobras/falhas), nos projetos de barragens, estradas, etc.

28 Sísmica de refração (embasamento cristalino) fonte de energia geofones Raio com refração total raio refratado Raio refratado meio 1 V1 meio 2 V2

29 Sísmica de reflexão diferentes camadas presentes) fonte de energia geofones Raio refletido meio 1 V1 Refletores sísmicos meio 2 V2

30 Reflexão

31 Conclusões Utilidade em várias áreas: Projetos urbanos Mineração Transporte Ambiental Engenharia de Petróleo Equipamentos sofisticados, métodos de interpretação complexos Necessidade de correlações com métodos convencionais de investigação de campo

32 Tecnologias Analíticas Análise de vapores de mercúrio; Biossensores; Cromotografia a gás; Detectores fotoionizantes; Detectores térmicos; Espectrometria de massa; Espectrometria de plasma induzida por laser; Espectrometria por infra-vermelho; Imunoensaio;

33 Tecnologias Analíticas Fluorescência induzida por laser; Fluorescência induzida por radiação; Fluorescência por raio X; Indicadores de cor; Sensores de ondas acústicas; Sensores químicos por fibra ótica; Sonda com interface de membrana; Voltímetro anodo.

34 O Uso do Piezocone na Detecção de Contaminantes In Situ Meio para atingir profundidade; Sensores analíticos; Sensores geotécnicos.

35

36

37

38 Execução

39 Classificação de solos

40 Piezocone de resistividade É um piezocone padrão acrescido de um módulo que permite medir continuamente a resistência a um fluxo de corrente elétrica aplicada ao solo. Permite detectar a presença ou estimar a concentração de certas substâncias presentes nas águas subterrâneas.

41 Tecnologias Analíticas Métodos Óticos Região dos Espectros nm Raios X Ultravioleta Visível Infravermelho Microondas

42 O Uso do Piezocone na Detecção de Contaminantes In Situ Fabricante Equipamento Técnica de detecção Contaminante Tri-Service SCAPS LIF POL MS asperção líquida MS dessorção térmica LIBS XRF VOC s VOC s Fugro ROST LIF POL Geoprobe - MIP VOC s Tufts University - LIF EEM POL Metais pesados Metais pesados

43 Fluorescência Induzida por Laser (LIF) Derivados de petróleo; Informações qualitativas: distribuição e extensão da pluma de contaminantes; VANTAGEM: coleta de dados dinâmica; LIMITAÇÃO: dificuldade na excitação de alguns HC

44 Fluorescência Induzida por Laser (LIF)

45 Tri-Service SCAPS - LIF Sistema de Conepenetrômetro para Análise e Caracterização Local LIF Fluorescência Induzida por Laser

46 Fugro ROST - LIF Ferramenta de Classificação Ótica Rápida LIF Fluorescência Induzida por Laser

47 Tufts University LIF-EEM LIF Fluorescência Induzida por Laser EEM Matriz de Excitação/Emissão

48 Comparação Técnica LIF (Compostos Orgânicos) Fabricante Tri-Service SCAPS Fugro ROST Tufts University EEM Comprimento de Onda Excitação / Detecção FIXO (único) 337 / nm VARIÁVEL / nm FIXO (10 opções) / nm Detecção Positiva / negativa Qualitativa (estático) Qualitativa (estático)

49 Fluorescência por Raio X (XRF) Metais pesados, metais radioativos e elementos tóxicos não metálicos; Informações qualitativas e quantitativas; VANTAGEM: zonas não saturadas e saturadas, alta resolução; DESVANTAGEM: análise estática.

50 Fluorescência por Raio X (XRF)

51 Tri-Service SCAPS XRF Sistema de Conepenetrômetro para Análise e Caracterização Local XRF Fluorescência Induzida por Raio X

52 Espectrometria de Plasma Induzida por Laser (LIBS) Metais Pesados; Informações qualitativas e quantitativas: distribuição e extensão da pluma de contaminantes; VANTAGEM: alta resolução; LIMITAÇÃO: não atua em zona saturada.

53 Espectrometria Espectrômetro: mede a quantidade de energia luminosa absorvida em cada comprimento de onda COMPRIMENTO DE ONDA ESPECTRO GRANDEZA

54 Espectrometria de Plasma Induzida por Laser (LIBS) Fonte de íons: quebra dos átomos. Laser Nd:YAG Lente Aquisição Cabo de fibra ótica Espectrômetro Detector

55 Tri-Service SCAPS LIBS Sistema de Conepenetrômetro para Análise e Caracterização Local LIBS Espectrometria de Plasma Induzida por Laser

56 Comparação Técnica LIBS x XRF (Metais Pesados) Técnica Tri-Service SCAPS-LIBS Tri-Service SCAPS-XRF Detecção ppb ppm Condição de saturação Zona não saturada Zona saturada e não saturada

57 Espectrometria de Massa (MS) Contaminantes orgânicos; VANTAGEM: coleta em zona não saturada; LIMITAÇÃO: contaminação do filtro e linhas de transferência, não permite sensores litológicos.

58 Espectrometria de Massa (MS)

59 Espectrometria de Massa (MS) fonte de íons

60 Espectrometria de Massa (MS) fonte de íons

61 Tri-Service SCAPS MS aspersão líquida Sistema de Conepenetrômetro para Análise e Caracterização Local MS Espectrometria de Massa

62 Tri-Service SCAPS MS dessorção térmica Sistema de Conepenetrômetro para Análise e Caracterização Local MS Espectrometria de Massa

63 Sonda com Interface de Membrana (MIP) Hidrocarbonetos voláteis; Membrana semi-permeável; Cromatógrafo a gás, detectores fotoionizantes e detectores íons inflamáveis: quantificação e identificação; VANTAGEM: zonas saturadas e não saturadas; DESVANTAGEM: apenas captação.

64 Geoprobe MIP MIP Sonda com Interface de Membrana

65 Aspersão Líquida Dessorção Térmica Sistema MIP Características do Sistema de Detecção Consiste de um espectrômetro de massa (ITMS) com quadrupolo magnético. Os VOC são levados diretamente ao ITMS sem antes passar por separação anterior. A identificação do contaminante é feita através da relação carga/massa do íon. Um tubo de Teflon leva os contaminantes até o sistema de detecção, que pode ser um cromatógrafo a gás ou um espectrômetro de massa. Contaminantes Detectáveis BTEX, tetraclorocarbono, TCE, DCE, PCE e outros compostos clorados. Contaminantes orgânicos voláteis em geral. Espécies cloradas e não cloradas, além de DNAPL e LNAPL.