MÉTODOS GEOFÍSICOS APLICADOS À INVESTIGAÇÃO DE CONTAMINAÇÃO SUBTERRÂNEA: ESTUDO DE CASOS W. F. Aquino CETESB RESUMO: Nos últimos anos é crescente a utilização de levantamentos geofísicos em problemas ambientais relacionados à contaminação do solo e da água subterrânea. Esta metodologia tem se revelado uma eficiente ferramenta de diagnóstico na investigação de áreas contaminadas, tendo por objetivos básicos a identificação da presença da contaminação subterrânea e a caracterização geológica e hidrogeológica dos locais investigados. Dentre os diferentes métodos geofísicos, destacam-se a eletrorresistividade, o eletromagnético indutivo (EM) e o geo-radar (GPR), como sendo aqueles mais comumente utilizados em estudos ambientais. São apresentados aqui os princípios de aplicação destes métodos, além de alguns estudos de caso de investigação de contaminação subterrânea utilizando as técnicas geofísicas 1. INTRODUÇÃO Práticas como o armazenamento incorreto, a destinação e a disposição inadequadas de resíduos e efluentes, além existência de vazamentos em dutos ou tanques, têm se constituído como uma das maiores ameaças à qualidade dos solos e das águas subterrâneas. Desta forma, como exemplos de fontes potenciais de contaminação podem-ser citadas as indústrias, os lixões, os aterros mal operados, os postos de serviço, as refinarias, entre outros. Neste contexto, o emprego de levantamentos geofísicos pode contribuir de forma efetiva para o diagnóstico da situação de áreas suspeitas ou comprovadamente contaminadas na definição da geologia e hidrogeologia local e na investigação da abrangência da contaminação subterrânea. Os métodos geofísicos são técnicas indiretas de investigação do subsolo a partir da aquisição em superfície de dados instrumentais, caracterizando-se, portanto, como métodos não invasivos ou não destrutivos. Esta metodologia possibilita a 113 avaliação das condições geológicas locais através dos contrastes das propriedades físicas de subsuperfície (condutividade ou resistividade elétrica, permissividade dielétrica, magnetismo, densidade, etc) e que podem ter como origem as diferenciações litológicas e outras heterogeneidades naturais ou não. A interpretação dos dados geofísicos podem fornecer informações sobre a litologia, estratigrafia, profundidade do embasamento, potenciometria, presença de aquíferos importantes, existência de falhas e fraturas, caminhos preferenciais de escoamento subterrâneo, delimitação da contaminação do solo e das águas subterrâneas, área e volume de material depositado, presença de tambores e tanques enterrados e possíveis vazamentos (Nobes, 1996). A existência de contaminantes em subsuperfície provoca desvios significantes do padrão normal das medidas geofísicas, constituindo assim as anomalias. A interpretação das anomalias geofísicas podem indicar a intensidade da contaminação subterrânea, sendo fundamental na orientação
dos trabalhos para o monitoramento da propagação dos contaminantes e para a remediação dos locais afetados. A aplicação de dois ou mais métodos geofísicos distintos aumentam a precisão das interpretações, sendo que a geologia local e a natureza dos contaminantes são os fatores determinantes na seleção das técnicas geofísicas a serem utilizadas. Existem diversos métodos geofísicos que podem se empregados em estudos ambientais e na investigação da contaminação dos solos e das águas subterrâneas, porém os de maior destaque e mais utilizados são os métodos da eletrorresistividade, o eletromagnético indutivo (EM) e o geo-radar (GPR). A evolução histórica da aplicação destes métodos se deu nesta ordem, sendo que o geo-radar, que é o mais recente, tem apresentando grande potencial de aplicação como ferramenta para a resolução de problemas ambientais, graças à alta resolução dos dados adquiridos e a capacidade de detectar compostos orgânicos (Greenhouse et al., 1993). A seguir são apresentados dois estudos de casos em áreas de disposição inadequada de resíduos industriais, onde foram empregados o método eletromagnético indutivo (EM) e o geo-radar para delimitar e imagear a extensão da pluma de contaminação disseminada no solo e na água subterrânea. 2.PRINCIPAIS MÉTODOS GEOFÍSICOS EM APLICAÇÕES AMBIENTAIS Existem diversos métodos geofísicos que podem se empregados em estudos ambientais e na investigação da contaminação dos solos e das águas subterrâneas, porém os de maior destaque e mais utilizados são os métodos da eletrorresistividade, o eletromagnético indutivo (EM) e o geo-radar (GPR). A evolução histórica da aplicação destes métodos se deu nesta ordem, sendo que o geo-radar, que é o mais recente, tem apresentando grande potencial de aplicação como ferramenta para a resolução de problemas ambientais, graças à alta resolução dos dados adquiridos e a capacidade de detectar compostos orgânicos. O método de eletrorresistividade é uma técnica que fornece uma grande diversidade de aplicações em estudos de água subterrânea e contaminação. A propriedade física obtida é a resistividade elétrica dos solos ou rochas. A execução desta técnica (Figura 1) se dá através da injeção de corrente elétrica no solo e da leitura da diferença de potencial obtida. A corrente elétrica é transmitida através de dois eletrodos cravados no solo, designados por AB ou eletrodos de corrente. A diferença de potencial que se estabelece no local é medida por um milivoltímetro ligado a outro par de eletrodos, também colocados no solo, designados por MN ou eletrodos de potencial. Na técnica da sondagem elétrica vertical (SEV), que é representada na Figura 1, o ponto de investigação é estabelecido entre os eletrodos e fixo no centro do arranjo. A profundidade atingida depende do meio que a corrente elétrica atravessa e da distância entre os eletrodos de corrente (AB). Quanto maior for essa separação, maiores profundidades poderão ser investigadas (Nobes, 1996). A AB = eletrodos de corrente MN = eletrodos de potencial I V M N B linhas do fluxo de corrente linhas de equipotencial ρ = resistividade verdadeira das camadas superfície do terreno Figura 1. Método de eletrorresistividade A eletroresistividade é utilizada principalmente para caracterização hidrogeológica, determinação dos estratos geológicos, identificação de fraturas, localização de resíduos enterrados e mapeamento de plumas de contaminantes inorgânicos. O método eletromagnético indutivo se baseia na indução de um campo eletromagnético primário (Hp) para subsuperfície, através de uma bobina transmissora, e sua relação de amplitude e fase com um campo eletromagnético secundário (Hs), captado numa bobina receptora (Figura 2). A propriedade física envolvida nesse método é a condutividade elétrica, e esta é ρ1 ρ2 114
proporcional a relação entre o campo primário emitido e o secundário captado. A profundidade de investigação desse método depende da frequência de operação e da distância entre as bobinas (Monier-Williams et al., 1990). O geo-radar pode ser empregado para caracterização geológica e hidrogeológica, localização de resíduos enterrados, localização de dutos e galerias subterrâneas, cubagem em aterros e lixões, e detecção de contaminação orgânica ou inorgânica. Bobina Trasmissora (TX) Loops de Correntes Induzidas Campo Primário (Hp) Cabo de Referência (10, 20 ou 40m) Campo Secundário (Hs) Bobina Receptora (RX) σ= condutividade do meio superfície do terreno Figura 2. Método eletromagnético indutivo Os métodos eletromagnéticos indutivos são aplicados para definição das condições hidrogeológicas naturais, identificação de contatos geológicos, localização de resíduos, tambores e tanques enterrados, detecção de galerias subterrâneas, e delimitação de plumas de contaminação inorgânica. O emprego do geo-radar consiste na emissão e reflexão de ondas eletromagnéticas em subsuperfície (Figura 3), na faixa de frequência entre 10 e 1000MHz. Quando as ondas emitidas atingem estruturas geológicas de diferentes propriedades elétricas (permissividade dielétrica e/ou condutividade elétrica), estas são refletidas e registradas no equipamento, que proporcionam seções contínuas dos perfis levantados, gerando imagens do subsolo. Nos casos de contaminação do solo e das águas subterrâneas, os contrastes de condutividade elétrica do meio, ocasionados pela presença de contaminantes, podem provocar anomalias que serão identificadas nas seções (Greenhouse et al., 1993). TRANSMISSOR ANTENA TRANSMISSORA ONDAS EMITIDAS NOTEBOOK UNIDADE DE CONTROLE Apresentação Registro Dados e Comandos RECEPTOR Superfície ANTENA RECEPTORA do terreno ONDAS REFLETIDAS Figura 3. Esquema do método de geo-radar 3. ESTUDO DE CASOS O primeiro exemplo (Araras) se refere ao estudo em área industrial abandonada, onde a contaminação decorreu por infiltração de resíduos diretamente no solo através de poços de injeção. Esses resíduos eram provenientes da fabricação de sais e solventes halogenados (organoclorados), cujo o período de produção foi de 1981 a 1988. O segundo caso (Santo Antonio de Posse), está associado a um aterro industrial desativado em 1987, onde ocorreu a disposição dos resíduos, tais como borra ácida, organoclorados, sais, inclusive em estado líquido, cujas valas mal construídas e sem impermeabilização de fundo, favoreceram a dispersão dos contaminantes. A geologia desses locais é bastante similar, caracterizada pela presença e alternância de sedimentos argilosos e arenosos pertencentes ao Grupo Tubarão (IPT, 1981) e a condutividade hidráulica média desses locais, obtidas através de ensaios em sondagens, é da ordem de 10-6 e 10-7 cm/s. 4. RESULTADOS Nos dois casos foi possível através do método eletromagnético indutivo (EM) estabelecer a extensão da contaminação, determinar o sentido de fluxo dos contaminantes e verificar a homogeneidade litológica dos locais. Esses resultados podem ser vistos através de mapas de isocondutividade aparente (Figuras 4 e 5). Nas seções do geo-radar, puderam ser visualizadas as plumas de contaminação como regiões de forte atenuação do sinal ( zonas de sombra ) e estabelecido o sentido de propagação dos contaminantes. Os melhores resultados foram obtidos com o emprego da antena de 100MHz de frequência, pois como os terrenos são predominantemente argilosos, e consequentemente condutivos, o sinais 115
Norte Araras Rio Claro Rod. SP 191 INDÚSTRIA ESCALA GRÁFICA 0 100 METROS Figura 4. Mapa de isondutividade (ms/m) da área de infiltração de resíduos (Araras). NORTE ESCALA 0 40 80 120 metro LEGENDA Vala com resíduo Limites do aterro Figura 5. Mapa de Isocondutividade (ms/m) da área do aterro industrial (Sto A. Posse) 116
0 0 GEO-RADAR: Aterro Industrial - Cruzando a Pluma distância (m) 80 160 240 1 Profundidade (m) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Figura 6. Seção de geo-radar cruzando a contaminação do aterro industrial (Sto A. Posse) provenientes da antena de 200MHz sofreram forte atenuação natural devido a este tipo de solo.nas seções do aterro industrial, foi possível individualizar as plumas de contaminação de diferentes valas de disposição (Figura 6). 5. REFERÊNCIAS BIBIBLIOGRÁFICAS Greenhouse,J.P.; Brewster,M.; Schneider,G.W.; Redman,D.; Annan,A.P.;Olhoeft,G;Lucius,J.; Sander,K.; Mazzella,A.(1993). Geophysics and solventes: The Borden experiment, The Leading Edge 12, 261-267. Instituto de Pesquisas Tecnólogicas (IPT-SP) (1981). Mapa Geológico do Estado de São Paulo Escala 1:500.000 - Vols. I e II. Monier-Williams,M.E.; Greenhouse,J.P.; Mendes, J.M.; Ellert,N (1990). Terrain conductivity mapping with topographic corrections at three waste disposal sites in Brazil, in S.H. Ward (ed.) Geotechnical and Environmental Geophysics, Vol II - Environmental e Groundwater, Society of Exploration Geophysicists, 41-45. Nobes,C.D.(1996) Troubled waters: environmental applications of electrical and eletromagneticmethods, Surveys in Geophysics 17, 393-454. 117