Técnicas de Investigação de Áreas Contaminadas Água Subterrânea

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20142014
Técnicas de 
Investigação de Áreas
Contaminadas: Água 
Subterrânea
2018
 
A T U A L I Z A Ç Ã O
P R O F I S S I O N A L
CETESB • COMPANHIA AMBIENTAL DO ESTADO DE SÃO PAULO
MISSÃO
Promover e acompanhar a execução das políticas públicas ambientais e de
desenvolvimento sustentável, assegurando a melhoria contínua da qualidade do meio ambiente de
forma a atender às expectativas da sociedade no Estado de São Paulo.
VISÃO
Buscar a excelência na gestão ambiental e nos serviços prestados aos usuários e à população em geral,
aprimorando a atuação da CETESB no campo ambiental e na proteção da saúde pública.
VALORES
Ética, legalidade, transparência, eficiência, eficácia, isonomia, imparcialidade,
responsabilidade, valorização do capital humano e compromisso com a empresa.
GOVERNO DO ESTADO DE SÃO PAULO
Governador
SECRETARIA DO MEIO AMBIENTE
Secretário
CETESB • COMPANHIA AMBIENTAL
DO ESTADO DE SÃO PAULO
Diretor-Presidente
Diretoria de Gestão Corporativa
Diretoria de Controle e
Licenciamento Ambiental, em exercício
Diretoria de Avaliação de
Impacto Ambiental
Diretoria de Engenharia e
Qualidade Ambiental
Márcio França
Eduardo Trani
Carlos Roberto dos Santos
Waldir Agnello
Carlos Roberto dos Santos
Ana Cristina Pasini da Costa
Eduardo Luís Serpa
Coordenação Técnica
Engº MSc. Vicente de Aquino Neto
Docente
Jesse Soares
Eng. Marcelo Rodrigues de Sousa
Miguel Singer - ERM
Téc. Paulo Henrique
Geól. Paulo Lojkasek Lima
Farm.Bioq. Rosana M. de Macedo Borges
Eng. Vicente de Aquino Neto
Geóf. Wagner França Aquino
TÉCNICAS DE
INVESTIGAÇÃO DE
ÁREAS CONTAMINADAS:
ÁGUA SUBTERRÂNEA
São Paulo, Novembro de 2018
CETESB
Companhia Ambiental do Estado de São Paulo
Av. Profº. Frederico Hermann Júnior, 345 - Alto de Pinheiros -
CEP: 05459-900 - São Paulo - SP
http://www.cetesb.sp.gov.br / e-mail: cursos@cetesbnet.sp.gov.br
https://www.facebook.com/escolasuperiordacetesb/
© CETESB, 2018
Este material destina-se a uso exclusivo dos participantes dos Cursos e Treinamentos
Práticos Especializados, sendo expressamente proibida a sua reprodução total ou parcial,
por quaisquer meios, sem autorização da CETESB - Companhia Ambiental do Estado de
São Paulo.
Carlos Ibsen Vianna Lacava
Gerente do Departamento de Apoio Operacional - ET
Tânia Mara Tavares Gasi
Gerente da Divisão de Gestão do Conhecimento - ETG
Irene Rosa Sabiá
Setor de Cursos e Transferência de Conhecimento ETGC
Coordenação Executiva
Claudia Maria Zaratin Bairão
Esta apostila foi diagramada pelo ETGC - ETGC - ETGC - ETGC - ETGC - Setor de Cursos e Transferência de Conhecimento
Editoração Gráfica: Rita de Cassia Guimarães - ETGC / Capa: Vera Severo / Impressão: Gráfica-CETESB
Equipe Técnica do ETGC:
Bruno Marcondes Conceição, Carolina Regina Morales,
Celia Buani, Claudia Maria Zaratin Bairão, Elizeu
Vasconcelos O. Barreto, Ladir Santana dos Santos, Marcia
Ubyratan Bispo Fabbri, Miyuki Kanashiro, Renato Medice
Kacinskis, Rita de Cassia Guimarães, Sonia Vera Beani
de Carvalho, Wanda Fernandes Carrilho e Yhoshie
Watanabe Takahashi.
APRESENTAÇÃO
A CETESB, é o primeiro órgão de controle ambiental na América Latina a possuir um
sistema organizado de gerenciamento de áreas contaminadas e se estruturar para enfrentar os
problemas por elas causados.
O gerenciamento de áreas contaminadas (ACs) visa minimizar os riscos a que estão
sujeitos a população e o meio ambiente, em virtude da existência das mesmas, por meio de um
conjunto de medidas que assegurem o conhecimento das características dessas áreas e dos
impactos por elas causados, proporcionando os instrumentos necessários à tomada de decisão
quanto às formas de intervenção mais adequadas.
Com o objetivo de otimizar recursos técnicos e econômicos, a metodologia utilizada no
gerenciamento de ACs baseia-se em uma estratégia constituída por etapas seqüenciais, em
que a informação obtida em cada etapa é a base para a execução da etapa posterior.
Nos processos de identificação e recuperação de áreas contaminadas, existe a
necessidade de confirmar a existência de contaminação, quantificá-la e comprovar a sua
recuperação, o que se realizará pelo emprego métodos diretos e indiretos de investigação,
sendo a coleta de amostras representativas dos meios investigados procedimentos indispensáveis
no desenvolvimento destes processos.
Dentro desta perspectiva é que se insere o curso de Técnicas de Investigação de
Áreas Contaminadas: Água Subterrânea, desenvolvido pelo Setor de Áreas
Contaminadas, com a finalidade de apresentar a visão do órgão de controle ambiental no que
diz respeito aos aspectos técnicos necessários ao desenvolvimento de um programa de
investigação representativo, que permita a coleta de amostras com a qualidade necessária
para subsidiar a tomada de decisões dentro dos processos que compõe o Gerenciamento de
Áreas Contaminadas.
Engº. Agrônomo Vicente de Aquino Neto
Coordenador Técnico
SUMÁRIO
Decisão de Diretoria 038/2017/C
- Eng. Rodrigo César De Araujo Cunha, Dr. ............................................................................. 9
Fluxo de Águas Subterrâneas
- Marcelo Sousa, PhD ........................................................................................................... 37
Transporte de Contaminantes em Águas Subterrâneas
- Marcelo Sousa, PhD ........................................................................................................... 69
Fase líquida não-aquosa (NAPLs)
- Marcelo Sousa, PhD ......................................................................................................... 107
Investigação da Água Subterrânea
- Eng. Vicente de Aquino Neto ............................................................................................ 147
Procedimentos de Amostragem de Água Subterrânea
- Eng. Vicente de Aquino Neto ............................................................................................ 289
Água Subterrânea
- Marcelo Sousa, PhD ......................................................................................................... 313
Investigação na Rocha Fraturada
- Geól. Paulo Lojkasek Lima ................................................................................................ 369
Metodologias de Alta Resolução para Avaliação de Sites Contaminados
- Dr. Marco Aurelio Zequim Pede ......................................................................................... 419
Geofísica Aplicada” à Investigação de Áreas Contaminadas
- Geóf. Wagner França Aquino ............................................................................................ 443
Controle de Qualidade na Amostragem
- Farm.Bioq. Rosana M. de Macedo Borges .......................................................................... 469
Água Subterrânea
- Marcelo Sousa, PhD ......................................................................................................... 491
Programa do Curso ............................................................................................................. 507
Cadernos daCadernos daCadernos daCadernos daCadernos da
Gestão do ConhecimentoGestão do ConhecimentoGestão do ConhecimentoGestão do ConhecimentoGestão do Conhecimento
ENG. RODRIGO CÉSAR DE ARAUJO
CUNHA, DR.
DECISÃO DE DIRETORIA
038/2017/C
9
10
Decisão de Diretoria 038/2017/C
ENG. RODRIGO CÉSAR DE ARAUJO CUNHA, DR.
CETESB, 2017
Evolução do número de áreas cadastradas 
1002 (17,7%)
300 (5,3%)
172 (3%)
4137 (73%)Outras fontes: 51 (1%)
DISTRIBUIÇÃO DAS ACs POR ATIVIDADE
R.C.A.Cunha,2017
11
CETESB, 2017
Distribuição do número de áreas cadastradas quanto à classificação
(74)
1%
LEGISLAÇÃO APLICADA
2009
• Lei Estadual nº 13577
2013
• Decreto Estadual nº 59263
2017
• Resolução SMA 10
• Resolução SMA 11
R.C.A.Cunha, 2017
DECISÕES DE DIRETORIA PARA ÁREAS 
CONTAMINADAS
2000
• Cerca de 200 áreas conhecidas
• Aprovação prévia de relatórios
2007
• Cerca de 2300 áreas conhecidas
• Dispensada aprovação prévia de relatórios
• Manifestação por meio de ParecerTécnico
2017
• Cerca de 5700 áreas conhecidas
• Estabelecimento de procedimentos detalhados
• Autuação
R.C.A.Cunha, 2017
12
ANEXO 1 - Procedimento para a Proteção da 
Qualidade do Solo e das Águas Subterrâneas
ANEXO 2 - Procedimento para o Gerenciamento de 
Áreas Contaminadas
ANEXO 3 - Diretrizes para Gerenciamento de Áreas 
Contaminadas no Âmbito do Licenciamento 
Ambiental
DECISÃO DE DIRETORIA Nº 038/2017/C
R.C.A.Cunha, 2017
ANEXO 1 - Procedimento para a Proteção da 
Qualidade do Solo e das Águas Subterrâneas
R.C.A.Cunha, 2017
Monitoramento Preventivo - Obrigatório
• Áreas com Potencial de Contaminação (AP) onde 
ocorre o lançamento de efluentes ou resíduos no 
solo como parte de sistemas de tratamento ou 
disposição final; 
• Áreas com Potencial de contaminação (AP) onde 
ocorre o uso de solventes halogenados; 
• Áreas com Potencial de Contaminação (AP) onde 
ocorre a fundição secundária ou a recuperação de 
chumbo ou mercúrio. 
R.C.A.Cunha, 2017
13
SD LICENÇA DE 
INSTALAÇÃO
SD RENOVAÇÃO DA 
LICENÇA DE 
OPERAÇÃO
PROGRAMA DE MONITORAMENTO PREVENTIVO 
DA QUALIDADE DO SOLO E DA ÁGUA 
SUBTERRÂNEA
R.C.A.Cunha, 2017
Programa de Monitoramento Preventivo da 
Qualidade do Solo e da Água Subterrânea 
Elaborado por responsável técnico
habilitado
Implantado sem aprovação prévia
Apresentação periódica de relatórios
R.C.A.Cunha, 2017
Monitoramento Preventivo 
Ultrapassagem 
dos Valores de 
Intervenção
Notificar a 
CETESB
Adotar as 
ações previstas 
no Anexo 2 
R.C.A.Cunha, 2017
14
Monitoramento Preventivo – causas para autuação 
Programa inadequado
Não execução do programa
Relatórios inadequados
Ultrapassagem dos Valores de 
Intervenção
R.C.A.Cunha, 2017
Monitoramento Preventivo – Amostragem de Solo
• Realizar amostragem de solo na
caracterização inicial da área. Nas áreas
que utilizem o solo como meio de
tratamento o monitoramento do solo
deverá ser continuado devendo ser
proposto cronograma para novas
amostragens;
R.C.A.Cunha, 2017
ANEXO 2: PROCEDIMENTO PARA GERENCIAMENTO DE 
ÁREAS CONTAMINADAS
R.C.A.Cunha, 2017
15
Identificação/Priorização de APs
Avaliação Preliminar
Investigação Confirmatória
Investigação Detalhada
Avaliação de Risco
Processo de Identificação de Áreas Contaminadas
Relação de APs
Empresas
SIPOL
Resolução
SMA 10
R.C.A.Cunha, 2017
XIII Painel de Debates sobre Áreas 
Contaminadas
16
Relação de APs prioritárias
Resolução
SMA 11
Relação
de APs
 Processo de 
identificaçã o de ACs 
Definição da região de 
interesse 
Identificação de áreas 
com potencial de 
contaminação 
Cadastro de ACs 
Priorização 1 
Avaliação preliminar 
Classificação 2 
Classificação 3 
Investigação 
confirmatória 
Priorização 2 
Exclusão 
Exclusão 
Processo de 
reabilitação de ACs 
Investigação 
detalhada 
Avaliação de risco 
Concepção da 
remediação 
Remediaç ão da AC 
Classi ficação 1 
Exclusão 
Monitoram ento 
Projeto de remediação 
AP 
AS 
AC 
AP áreas com potencial de contaminação. 
AS áreas suspeitas de contaminação. 
AC áreas contaminadas. 
Exclusão áreas excluídas do cadastro de á reas contaminadas. 
AI 
AR 
AI áreas contaminadas sob investigação. 
áreas reabilitadas para o uso declarado. 
AR 
AMR 
AMR áreas em processo de monitoramento para reabilitação. 
Definição da região de interesse
Levantamento das bases para a definição dos
limites da região de interesse e o posicionamento
dos bens a proteger
Considerar as atribuições e interesses do órgão
gerenciador
AC
AS
AP
Cadastro de ACs
Representação gráfica da região de interesse e
bens a proteger
Definição dos objetivos do gerenciamento de ACs
17
Regiões Prioritárias – Critérios de Seleção
• Região onde ocorreu ou está ocorrendo mudança de uso do 
solo, especialmente para o uso residencial ou comercial; 
• Região com evidências de contaminação regional de solo e de 
água subterrânea; 
• Região com restrições legais ambientais; 
• Região com utilização de recursos hídricos para 
abastecimento. 
R.C.A.Cunha, 2017
R.C.A.Cunha, 2017
500 m500 m
Poços não licenciados: 10Poços não licenciados: 10
N
SP Market
(Shopping)
Cnaga
Avon
Baxter
UnipacMWM
Viena
Refugiu’s
(Hotel)
Ergomat
Fibra
Ferlex
Auto-Posto
Sucesso
Projeto 1
Fiat
Multimix
Poços licenciados: 14Poços licenciados: 14
JURUBATUBA
Santo Amaro
Antiga ZUPI em 
processo de 
mudança de uso 
com contaminação 
extensa do 
aquífero fraturado 
e grande 
exploração da 
água subterrânea 
18
APs Prioritárias – Critérios de Seleção
• Áreas com Potencial de Contaminação (AP) onde ocorre ou 
ocorreu o uso de solventes halogenados. 
• Áreas com Potencial de Contaminação (AP) ativas. 
Outros critérios de priorização poderão ser adotados pela 
CETESB, caso necessário.
Anualmente a Relação de Áreas com Potencial de Contaminação 
Prioritárias será atualizada e as Regiões Prioritárias para o 
Gerenciamento de Áreas Contaminadas selecionadas serão 
publicadas no site da CETESB.
R.C.A.Cunha, 2017
PROCESSO DE 
IDENTIFICAÇÃO DE 
ÁREAS 
CONTAMINADAS
Convocação
Monitoramento
Preventivo
Licenciamento
Desativação
R.C.A.Cunha, 2017
R.C.A.Cunha, 2017
Licenciamento
Convocação
Desativação
Avaliação
Preliminar
Investigação
Confirmatória
19
ENTREGA DOS RELATÓRIOS
– SOMENTE arquivo digital (pdf)
- Declaração de Conteúdo
R.C.A.Cunha, 2017
R.C.A.Cunha, 2017
 Processo de 
identificaçã o de ACs 
Definição da região de 
interesse 
Identificação de áreas 
com potencial de 
contaminação 
Cadastro de ACs 
Priorização 1 
Avaliação preliminar 
Classificação 2 
Classificação 3 
Investigação 
confirmatória 
Priorização 2 
Exclusão 
Exclusão 
Processo de 
reabilitação de ACs 
Investigação 
detalhada 
Avaliação de risco 
Concepção da 
remediação 
Remediaç ão da AC 
Classi ficação 1 
Exclusão 
Monitoram ento 
Projeto de remediação 
AP 
AS 
AC 
AP áreas com potencial de contaminação. 
AS áreas suspeitas de contaminação. 
AC áreas contaminadas. 
Exclusão áreas excluídas do cadastro de á reas contaminadas. 
AI 
AR 
AI áreas contaminadas sob investigação. 
áreas reabilitadas para o uso declarado. 
AR 
AMR 
AMR áreas em processo de monitoramento para reabilitação. 
20
Avaliação Preliminar
Coleta de dados
existentes
Inspeção de
reconhecimento da
área
Estudo
histórico
Estudo
sobre
meio físico
Vistoria
(observ. em
campo)
Entrevistas
Classificação 1
exclusão
Modelo conceitual 1
AC
AS
AP
Cadastro de ACs
Ficha Cadastral de
ACs
CROQUI DA ÁREA / MODELO CONCEITUAL
Croqui/Seção Esquemática
A’
B’
B
C
C’
A
REPRESA
casa
casa
escritório
Área de
Produção
Infiltração
de efluente
Disp. de
resíduos
poço
poço
poço
poço
residências
residências
Depósito
de MP e P
xxxxxx
xxxx
xxxxx
horta
xxxxx
xxxxx
xxxxx
horta
corte A-A’
corte B-B’
corte C-C’
NA
A A’
NA
B
B’
NA
C
C’
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
rachaduras
A’
Resíduos espalhados
MCA 1A
Situação em que foi possível identificar todas as áreas fonte existentes (atuais 
e pretéritas) e obter dados e informações adequadas e completas para cada 
uma delas - Estratégia 1
Modelo Conceitual Inicial
MCA 1B
Situação em que foram determinadas incertezas quanto à identificação,
caracterização e localização de áreas fonte e/ou das fontes potenciais de
contaminação associadas a essas áreas fonte - Estratégia 2
MCA 1C
Situação em que não há informações sobre a localização e características 
das áreas fonte - Estratégia 2
21
Estratégia 1
Plano de InvestigaçãoConfirmatória poderá se basear em uma estratégia de 
amostragem voltada às substâncias químicas de interesse e direcionada a 
todas as fontes potenciais de contaminação identificadas.
Modelo Conceitual Inicial
Estratégia 2,
Emprego de métodos de investigação que proporcionem informações sobre o 
meio físico ou sobre a natureza e a distribuição das substâncias químicas de 
interesse (como por exemplo, métodos de screening e geofísicos), ou
Plano de amostragem adote abordagem probabilística, de modo a possibilitar 
o direcionamento, ou o posicionamento adequado das amostragens.
 Processo de 
identificaçã o de ACs 
Definição da região de 
interesse 
Identificação de áreas 
com potencial de 
contaminação 
Cadastro de ACs 
Priorização 1 
Avaliação preliminar 
Classificação 2 
Classificação 3 
Investigação 
confirmatória 
Priorização 2 
Exclusão 
Exclusão 
Processo de 
reabilitação de ACs 
Investigação 
detalhada 
Avaliação de risco 
Concepção da 
remediação 
Remediaç ão da AC 
Classi ficação 1 
Exclusão 
Monitoram ento 
Projeto de remediação 
AP 
AS 
AC 
AP áreas com potencial de contaminação. 
AS áreas suspeitas de contaminação. 
AC áreas contaminadas. 
Exclusão áreas excluídas do cadastro de á reas contaminadas. 
AI 
AR 
AI áreas contaminadas sob investigação. 
áreas reabilitadas para o uso declarado. 
AR 
AMR 
AMR áreas em processo de monitoramento para reabilitação. 
AC
AS
AP
Cadastro de
ACs
Investigação
confirmatória Modelo
conceitual 1
Plano de
amostragem
Coleta de
Amostras
Realização
das análises
Interpretação
dos
resultados
Classificação 2
Métodos
geofísicos e de
"screening"
Valores naturais
Listas de
padrões
Modelo
conceitual 2exclusão
Ficha Cadastral de
ACs
Definição do
responsável
pela
contaminação
22
RUA UM
R
U
A
 D
O
IS
RUA SEIS
R
U
A
 T
R
Ê
S R
U
A
 C
IN
C
O
RUA QUATRO
R
U
A
 S
E
TE
RUA SEIS
REPRESA
* * * * * * * * * * * *
* * * * * * * * * * * *
* * * * * * * * * * * *
* * * * * * * * * * * *
* * * * * * * * * * * *
* * * * * * *
* * * * * * *
Rachaduras
no piso
Escoamento
superficial de
resíduos
Investigação
geofísica
30 μS/m
60 μS/m
90 μS/m
Depósito de
matérias
primas e
produtos
Área de
disposição de
resíduos
Área de produção
Área de
infiltração de
efluentes
Escritório
Relatório de estabelecimento de Valores 
Orientadores para Solos e Águas Subterrâneas 
(CETESB, 2001)
• valores de referência de qualidade
• valores de alerta
• valores de intervenção
– Valores revisados em 2005 (Decisão de Diretoria n. 
195/2005/E); 
– www.cetesb.sp.gov.br
subsidiam as ações de 
controle
e de gerenciamento.
É a 
concentração 
de determinada 
substância no 
solo ou na água 
subterrânea, 
que define um 
solo como 
limpo ou a 
qualidade 
natural da água 
subterrânea
VALOR DE REFERÊNCIA 
DE QUALIDADE
É a 
concentração de 
determinada 
substância, 
acima da qual 
podem ocorrer 
alterações 
prejudiciais à 
qualidade do 
solo e da água 
subterrânea. 
VALOR DE 
PREVENÇÃO
É a concentração 
de determinada 
substância no solo 
ou na água 
subterrânea acima 
da qual existem 
riscos potenciais, 
diretos ou 
indiretos, à saúde 
humana, 
considerado um 
cenário de 
exposição 
genérico
VALOR DE 
INTERVENÇÃO
Relatório de estabelecimento de Valores Orientadores para Solos e Águas 
Subterrâneas (CETESB, 2005)
23
Avaliação
Preliminar/ 
Investigação
Confirmatória
• Área Contaminada sob 
Investigação (ACI)
Classificação
“I – Contaminantes no solo ou 
na água subterrânea em 
concentrações acima dos 
Valores de Intervenção;
II – Produto ou substância em 
fase livre;
III – Substâncias, condições ou 
situações que, de acordo com 
os parâmetros específicos, 
possam representar perigo, 
conforme artigo 19, § 3º deste 
decreto;
IV – Resíduos perigosos 
dispostos em desacordo com 
as normas vigentes.”
 Processo de 
identificaçã o de ACs 
Definição da região de 
interesse 
Identificação de áreas 
com potencial de 
contaminação 
Cadastro de ACs 
Priorização 1 
Avaliação preliminar 
Classificação 2 
Classificação 3 
Investigação 
confirmatória 
Priorização 2 
Exclusão 
Exclusão 
Processo de 
reabilitação de ACs 
Investigação 
detalhada 
Avaliação de risco 
Concepção da 
remediação 
Remediaç ão da AC 
Classi ficação 1 
Exclusão 
Monitoram ento 
Projeto de remediação 
AP 
AS 
AC 
AP áreas com potencial de contaminação. 
AS áreas suspeitas de contaminação. 
AC áreas contaminadas. 
Exclusão áreas excluídas do cadastro de á reas contaminadas. 
AI 
AR 
AI áreas contaminadas sob investigação. 
áreas reabilitadas para o uso declarado. 
AR 
AMR 
AMR áreas em processo de monitoramento para reabilitação. 
Investigação detalhada
Coleta de dados
Caracterização
hidrogeológica
AC
AS
AP
Cadastro de
ACs
Plano de investigação
Modelo
conceitual 2
Caracterização
da fonte de
contaminação
Mapeamento
da pluma de
contaminação
Monitoramento Modelagemmatemática
Interpretação dos resultados
Modelo
conceitual 3
24
Investigação Detalhada
• Observação 1: Recomenda-se a utilização de
métodos de investigação de alta resolução na
investigação de áreas com complexidades
associadas ao meio físico e à distribuição das
substâncias químicas de interesse, além da
localização de fontes primárias de
contaminação não identificadas nas etapas de
Avaliação Preliminar e Investigação
Confirmatória.
Investigação Detalhada
• caracterização do meio físico, com plantas e
seções estratigráficas e modelos tridimensionais
representativos das rochas, sedimentos, solos e
aterros identificados no local.
• Perfil de cada sondagem realizada,
indicando as unidades hidroestratigráficas
ou materiais observados (definidos a partir
de observações em campo e de análises
granulométricas);
Investigação Detalhada
• Descrição dos procedimentos efetuados durante
a instalação de cada poço de monitoramento
(perfuração, montagem e desenvolvimento);
• Perfil construtivo de cada poço de
monitoramento, com a justificativa para o seu
posicionamento e da seção filtrante, levando em
consideração a distribuição das substâncias
químicas de interesse, unidades
hidroestratigráficas responsáveis pelo
armazenamento e pela movimentação
preferencial dos contaminantes;
25
Investigação Detalhada
• Descrição dos procedimentos efetuados durante
a instalação de cada poço de monitoramento
(perfuração, montagem e desenvolvimento);
• Perfil construtivo de cada poço de
monitoramento, com a justificativa para o seu
posicionamento e da seção filtrante, levando em
consideração a distribuição das substâncias
químicas de interesse, unidades
hidroestratigráficas responsáveis pelo
armazenamento e pela movimentação
preferencial dos contaminantes;
Investigação Detalhada
• Resultados e interpretação dos métodos de
investigação de alta resolução (quando esses
forem utilizados), com a apresentação em
planta e seções transversais e longitudinais;
• Interpretação dos ensaios destinados à
caracterização das propriedades físicas e
químicas dos materiais;
Investigação Detalhada
• Dados hidrogeológicos obtidos para todos os
materiais identificados (porosidade total e
efetiva, condutividade hidráulica);
• Identificar as unidades hidroestratigráficas de
importância para o transporte e a retenção dos
contaminantes;
26
Investigação Detalhada
• Plantas e seções representando as superfícies
de mesmo potencial hidráulico (nos planos
horizontal e vertical) e as relações hidráulicas
com os corpos d’água superficiais,poços de
captação, nascentes e sistemas de drenagem
ou de rebaixamento do nível d’água;
Investigação Detalhada
• Quantificação e caracterização das
contaminações associadas a todas as fontes
primárias de contaminação;
• Concentrações das substâncias químicas de
interesse a elas associadas que possam estar
presentes em fase livre, dissolvida, gasosa e
retida;
Investigação Detalhada
• Delimitação tridimensional das plumas de
contaminação;
• Estimativa calculada das massas das
substâncias químicas de interesse nas
diferentes unidades hidroestratigráficas
identificadas;
27
Investigação Detalhada
• Planta e seções, com a localização e
dimensionamento das fontes potenciais,
primárias e secundárias de contaminação, com
a representação da localização dos pontos de
amostragem executados;
• Texto com justificativa da escolha do
posicionamento dos pontos de amostragem e
das profundidades de investigação;
• Texto com descrição dos métodos de
investigação e amostragem utilizados,
justificando as escolhas realizadas
Investigação Detalhada
• Texto e representações gráficas da distribuição
das substâncias químicas de interesse
(tridimensional), em fase livre, retida,
dissolvida e gases/vapores;
• Modelagem matemática para o tempo em que
será atingida a concentração máxima onde
estão localizados os receptores identificados,
quando aplicável;
• Atualização do Modelo Conceitual (MCA 3);
RUA UM
R
U
A
 D
O
IS
RUA SEIS
R
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A
 T
R
Ê
S R
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A
 C
IN
C
O
RUA QUATRO
R
U
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 S
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TE
RUA SEIS
REPRESA
0.3
0.2
0.9
1.4
1.2
0.8
1.55
1.8
2.3
2.6 2.4
0.0
0.5
1.5
2.0
0.2
1.75
0.8
1.6
-0.7
-0.6
-0.9
0.3
0.6
0.9
1.3
1.41.1
1.0
28
 Processo de 
identificaçã o de ACs 
Definição da região de 
interesse 
Identificação de áreas 
com potencial de 
contaminação 
Cadastro de ACs 
Priorização 1 
Avaliação preliminar 
Classificação 2 
Classificação 3 
Investigação 
confirmatória 
Priorização 2 
Exclusão 
Exclusão 
Processo de 
reabilitação de ACs 
Investigação 
detalhada 
Avaliação de risco 
Concepção da 
remediação 
Remediaç ão da AC 
Classi ficação 1 
Exclusão 
Monitoram ento 
Projeto de remediação 
AP 
AS 
AC 
AP áreas com potencial de contaminação. 
AS áreas suspeitas de contaminação. 
AC áreas contaminadas. 
Exclusão áreas excluídas do cadastro de á reas contaminadas. 
AI 
AR 
AI áreas contaminadas sob investigação. 
áreas reabilitadas para o uso declarado. 
AR 
AMR 
AMR áreas em processo de monitoramento para reabilitação. 
RISCO
Risco à 
saúde 
humana
Risco 
ecológico
Padrões 
Legais
Padrões 
Legais e 
modelagem
Risco à 
vida
R.C.A.Cunha, 2017
Gerenciamento do risco
Avaliação de risco
AC
AS
AP
Cadastro de
ACs
Modelo
conceitual 3
Coleta e
avaliação de
dados
Avaliação
da
toxicidade
Avaliação
da
exposição
Caracterização
do risco
Forma de
intervenção?Remediação
Compatibilização
do uso do solo
Modelo
conceitual 4
29
Meta de Risco
Padrão Genérico
Custo
Total ($)
Risco
Total
Processo de Remediação 
Concentração do
Poluente
O que deve-se esperar de um Processo de Ações 
Corretivas?
Resultados Protetores e Atingíveis
 Conduzir ações de remediação quando apropriadas para atingir os critérios 
legais.
 Concentração do poluente avaliada com base na exposição e no risco. 
 Redução de massa pode ou não resultar na redução de risco mais eficiente.
Avaliação de Risco
Classificação da Área como ACRi
• I – Ultrapassagem do risco aceitável à saúde humana;
• II – Risco inaceitável para organismos presentes nos ecossistemas, por meio da 
utilização de resultados de Avaliação de Risco Ecológico;
• III – Ultrapassagem dos padrões legais aplicáveis ao enquadramento dos corpos 
d’água e de potabilidade;
• IV – Nas situações em que os contaminantes gerados possam atingir corpos 
d’água superficiais ou subterrâneos, determinando a ultrapassagem dos 
padrões legais aplicáveis, comprovadas por modelagem do transporte dos 
contaminantes;
• V – Nas situações em que haja risco à saúde ou à vida em decorrência de 
exposição aguda a contaminantes, ou à segurança do patrimônio público e 
privado."
30
Elaboração do Plano de Intervenção
Execução do Plano de Intervenção
Monitoramento para Encerramento
Emissão do Termo de Reabilitação
Processo de Reabilitação de Áreas Contaminadas
 Processo de 
identificaçã o de ACs 
Definição da região de 
interesse 
Identificação de áreas 
com potencial de 
contaminação 
Cadastro de ACs 
Priorização 1 
Avaliação preliminar 
Classificação 2 
Classificação 3 
Investigação 
confirmatória 
Priorização 2 
Exclusão 
Exclusão 
Processo de 
reabilitação de ACs 
Investigação 
detalhada 
Avaliação de risco 
Concepção da 
remediação 
Remediaç ão da AC 
Classi ficação 1 
Exclusão 
Monitoram ento 
Projeto de remediação 
AP 
AS 
AC 
AP áreas com potencial de contaminação. 
AS áreas suspeitas de contaminação. 
AC áreas contaminadas. 
Exclusão áreas excluídas do cadastro de á reas contaminadas. 
AI 
AR 
AI áreas contaminadas sob investigação. 
áreas reabilitadas para o uso declarado. 
AR 
AMR 
AMR áreas em processo de monitoramento para reabilitação. 
Ações decorrentes da Avaliação de Risco
Técnicas de Remediação
Contenção Tratamento
Ação
emergencial
Monitoramento
PerigoRisco à saúdeRisco aceitável
Gerenciamento do Risco
Monitoramento da eficiência
Controle
Institucional
Recuperação para uso declarado
Controle de
Engenharia
Risco ecológico
31
MEDIDAS DE CONTROLE INSTITUCIONAL
• Restrição de uso do solo
• Restrição de uso de água subterrânea
• Restrição de uso de água superficial
• Restrição ao consumo de alimentos
• Restrição ao uso de edificações
PROCEDIMENTO PARA GERENCIAMENTO DE ÁREAS CONTAMINADAS
MEDIDAS DE CONTROLE DE ENGENHARIA
– Pavimentação da superfície do solo (por exemplo:
concreto, asfalto, manta sintética, solo limpo, etc.)
– Impermeabilização de edificações de modo a evitar
a migração de vapores para o interior das mesmas
PROCEDIMENTO PARA GERENCIAMENTO DE ÁREAS CONTAMINADAS
RUA UM
R
U
A
 D
O
IS
RUA SEIS
R
U
A 
TR
Ê
S R
U
A
 C
IN
C
O
RUA QUATRO
R
U
A
 S
ET
E
RUA SEIS
REPRESA
CDT
IG+CDT
IA
PQ+IA+CD
MCI
ME
32
Investigação para remediação
AC
AS
AP
Cadastro de
ACs
Ensaios piloto em
campo
Ensaios piloto em
laboratório
Modelo
conceitual 4
Modelo
conceitual 5
Plano de investigação
Monitoramento Modelagemmatemática
Interpretação dos resultados
Levantamento das técnicas de remediação
Definição das técnicas de remediação
Plano de Intervenção
Objetivos
Medidas de Intervenção
Técnicas de Remediação
Monitoramento Operacional
Projeto Executivo
R.C.A.Cunha, 2017
Plano de Intervenção
Aprovação obrigatória Apresentação obrigatória
Áreas em 
processo de 
Reutilização
Áreas 
Críticas
33
Plano de 
Intervenção Projeto
Executivo Relatório de 
Implantação
(as built)
R.C.A.Cunha, 2017
CETESB
ACRi - Apresentação do Plano de Intervenção
Processo de Aprovação do Plano de Intervenção – Áreas
Contaminadas em Processo de Reutilização
CETESBSD ParecerTécnico
Projeto da 
Edificação
Plano de 
Intervenção
PREÇO = 750 + W √ A
W - fator de complexidade da atividade (Anexo 5, Decreto 8468/76)
A - área total do empreendimento
Preço - UFESP 
R.C.A.Cunha, 2017
CETESBResponsávelLegal
Projeto da 
Edificação
Plano de 
Intervenção
Projeto
Executivo
Relatório de 
Instalação
Parecer Técnico
favorável
R.C.A.Cunha, 2017
34
• Período de Vigência
• Programa de Acompanhamento
Medidasde 
Controle
Institucional
• Período de Vigência
• Programa de Acompanhamento
Medidas de 
Engenharia
• Monitoramento da Eficácia
• Seguro Ambiental
Medidas de 
Remediação
por Contenção
R.C.A.Cunha, 2017
Elaboração do 
Plano de 
Intervenção
Implantação do 
Plano de 
Intervenção
Monitoramento
para 
Encerramento
R.C.A.Cunha, 2017
Emissão do 
Termo de 
Reabilitação
Metas de 
remediação
atingidas
Medidas de 
Controle
Institucional
Plano de Intervenção – causas para autuação 
Relatórios inadequados
Elaboração por profissional não habilitado
Não execução do Plano de Intervenção
Execução em desacordo com os procedimentos
Paralisar a operação
R.C.A.Cunha, 2017
35
36
Cadernos daCadernos daCadernos daCadernos daCadernos da
Gestão do ConhecimentoGestão do ConhecimentoGestão do ConhecimentoGestão do ConhecimentoGestão do Conhecimento
FLUXO DE ÁGUAS
SUBTERRÂNEAS
MARCELO SOUSA, PHD
37
38
Conceitos de Fluxo e Transporte da 
Água Subterrânea
Parte 1: Fluxo de Águas Subterrâneas
São Paulo, 05 de novembro, 2018
Curso 
“Técnicas de Investigação de Áreas 
Contaminadas - Parte 2 - Água Subterrânea”
Marcelo Sousa, PhD
1. Fluxo de águas subterrâneas
Técnicas de Investigação de Áreas Contaminadas: Parte 2 – Água Subterrânea
Juliana Gardenalli de Freitas
jgfreitas@unifesp.br
http://soloeagua-unifesp.webs.com
Fluxo e transporte
Por que?
Definição do modelo conceitual
Plano de amostragem/investigaçãoIdentificação de potenciais fontes e receptoresOnde e quando monitorar?...O que esperar?
39
FLUXO DE ÁGUAS 
SUBTERRÂNEAS
Ciclo Hidrológico
Sistemas de Fluxo
regionalgwflow.iah.org
Configuração depende de:
(1) condições hidráulicas/hidrológicas 
(2) propriedades do meio
Muda com o tempo (longo prazo e sazonal) e com intervenções 
humanas (pavimentação, irrigação, poços, etc.)
40
Sistemas de Fluxo
regionalgwflow.iah.org
O fluxo de águas subterrâneas é dividido em diferentes 
sistemas de fluxo (e.g.: local, intermediário, regional)
(adapted from Winter et al., 1998).
Sistemas de Fluxo
Relacionado com tempos de trânsito 
(tempo que a água permanece em subsuperfície)
Bacia de águas subterrâneas
Área de 
recarga
regional
Linhas de 
fluxo
Sistema de fluxo regional
Sistema
de fluxo
local
Sistema
de fluxo
local
Área de 
descarga
regional
Corpo
d’água
Corpo
d’água
Área de 
descarga
local
Nível d’água
Fonte: Rosswall et al. (1988)
Divisor de águas
subterrâneas
Coincidência dos
divisores de águas
subterrâneas e 
superficiais no 
SISTEMA LOCAL
Sistemas de Fluxo
41
Sistemas de Fluxo
Sistemas de Fluxo e o diagrama de Tóth 
József Tóth
Sistemas de fluxo
- Sistemas locais: normalmente mais impactados
- Sistemas mais profundos podem impactados também e 
são extremamente importantes como recurso hídrico
- Investigação caracterização desses sistemas
42
Meio
Meio poroso
(granular )
Meio poroso
fraturado
Meio fraturado
não poroso
Areia, cascalho, argila não-fraturada
Arenito, argila fraturadaGranito, mármore
Conceitos básicos
Parâmetros importantes para o fluxo
Distribuição granulométricaSaturaçãoPorosidade – total e efetivaCarga hidráulicaGradiente hidráulico – horizontal e verticalCondutividade hidráulica
Granulometria e Textura
Tamanho e distribuição dos grãos
Tamanho e distribuição dos poros
Para tubos lisos em regime laminar: Q α r4 (!!!!)
Principal fator que define a condutividade hidráulica (K)
Uma das principais razões para as descrições litológicas
43
Distribuição granulométrica
Classificação com o tamanho
Classificação Diâmetro dos grãos
Argila menor que 0,002 mm
Silte entre 0,06 e 0,002 mm
Areia entre 2,0 e 0,06 mm
Pedregulho entre 60,0 e 2,0 mm
Distribuição granulométrica
Bem selecionada
mal selecionada
Remediation hydraulics / Fred C. Payne,
Joseph A. Quinnan, Scott T. Potter, 2008, CRC
Press
Distribuição granulométrica
Diâmetros variam ordens de magnitude
Comparison of grain-
size distributions for 
glacial till, dune sand 
and hydraulically 
dredged
silt (adapted from 
Perloff and Baron, 
1976).
Remediation hydraulics / Fred C. Payne, Joseph A. Quinnan, Scott T.
Potter, 2008, CRC Press
44
Cuidado para não 
subestimar 
importância das 
partículas mais finas!
Remediation hydraulics / Fred C. Payne, Joseph A.
Quinnan, Scott T. Potter, 2008, CRC Press
Well sorted sand
Nordhouse Dunes, Lake Michigan 
0.2 to 0.5 mm
Well sorted sand
Pacific Ocean intertidal zone,California
0.2 to 0.5 mm.
Well sorted sand
Makaha Beach, Oahu, Hawaii
0.5 to 1.5 mm.
Poorly sorted sand and gravel
20 meters bgs, Quebec, Canada
0.01 to 5 mm
Remediation hydraulics / Fred C. Payne, Joseph A. Quinnan, Scott T. Potter, 2008, CRC Press
Distribuição granulométrica
Solos tropicais – Estruturados!
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
Sand Silt Clay Sand Silt Clay Sand Silt Clay
LatossoloVermelhoAmarelo LatossoloVermelho NeossoloQuartzarênico
(Renata Rollo & Fernanda Oliveira)
45
Distribuição granulométrica
Solos tropicais – Estruturados!
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
Sand Silt Clay Sand Silt Clay Sand Silt Clay
LatossoloVermelhoAmarelo LatossoloVermelho NeossoloQuartzarênico
Sem dispersante
Microagregados 
extrememamente 
estáveis
POROSIDADE
Conceitos básicos
Fração ou porcentagem do volume total composto por poros(ex., 0,1 ou 10%)
www.geo.duke.edu/geo41
a b
c d
Espaço de poros
fraturas Volume de vaziosVolume totaln=
Porosidade
46
Porosidade
Porosidade (n, η) ( 0 < n < 1)
T
sT
T
v
V
VV
V
V −
== η
VV : volume de vazios
VT : volume total
VS : volume de sólidos
meio Porosidade 
(%)
Brita, grossa 24 – 36
Brita, fina 25 – 38 
Areia grossa 31 – 46
Areia fina 26 – 53
Silte 34 – 61
Argila 34 – 60
Rochas sedimentares
Arenito 5 – 30
Siltito 21 – 41
Calcário, Dolomita 0 – 40
Rochas cristalinas
Rochas cristalinas fraturadas 0 – 10
Basalto 3 – 35
Porosidade total
Porosidade
Porosidade (n, η) ( 0 < n < 1)
Porosidade efetiva – considera somente os poros conectados, 
pelos quais há fluxo
meio Porosidade (%)
total Efetiva
Calcário, dolomita 0,5 - 5 0,05 – 0,5
Arenito 5 - 15 0,5 – 10
Xisto 1 - 10 0,5 – 5
Granito 0,1 0,0005
Porosidade efetiva
Transporte
porosidade móvel × porosidade imóvel 
efetiva
Fração da porosidade total que contribui para o fluxo e transporte
Atua como reservatório de água imóvel (ou muito lenta)
47
Porosidade
Porosidade (n, η)
Remediation hydraulics / Fred C. Payne, Joseph A. Quinnan, Scott T. Potter, 2008, CRC Press
SATURAÇÃO
Conceitos básicos
Franja capilar
Zona
não-saturada
NA no poço
Topo da 
franja capilar
Distribuição de água no solo
48
sólidos águaar
Distribuição de água no solo
Saturação
Definição:
• Saturação pode ser definida para qualquer fluido
• Curva de saturação
S = 1
θ  =   á
  =   á  =   ó
  =  
Porosidade 
(Φ ou n)
Teor de Umidade 
Volumétrica (θ)
Saturação (S)
Capillary fringe
Unsaturated
zone
Water level
in well
Por que estudar a 
zona não-saturada?
- Recarga
- Escoamento superficial
- Mecânica dos solos 
(estabilidade)
- Armazenamento de água para
plantas
- Parte do caminho entre fontes
e receptores de contaminantes
- Atua como reservatório de 
água e contaminantes
49
CARGA HIDRÁULICA E 
GRADIENTE HIDRÁULICO
Conceitos básicos
Carga hidráulica
Carga hidráulica (h)
z
h
z = 0
Ψ = P/ρw g
h = + zψ
Poço
filtro
Nível d’água
elevação
pressão
(Beth Parker, Earth 458, 1999)
Carga hidráulica
Sentido de fluxo
Maior carga
Menor carga
(Beth Parker, Earth 458, 1999)
hp1
z1
hp2
z2
Q
z1 z2
hp1
hp2
z1
z2
h p1 hp2
1
2 z1
z2
hp1
hp2
- Sempre da maior para menor carga hidráulica
- Nem sempre da maior pressão para menor
( a ) ( b )
( c ) ( d )
50
Carga hidráulicaFluxo da maior para menor carga
NA e RelevoEm geral, NA é uma réplica do relevo
TLTH, fig. 16.2
Gradiente hidráulico
Gradiente hidráulico (i)
Variação de carga hidráulica dividido pela distância= = ∆
Gradiente hidráulico
Gradiente hidráulico – horizontal
(Beth Parker, Earth 458, 1999)
36 m
z = 0
L = 200 m
34 m
Gradiente hidráulico = i = h
Δ
i = h
Δ
Δ L
36 - 34
200
= 0.01 [ - ]=
dimensionless
SI units
m
m
A B
h = 2mΔ
Δ
Δ L
flow
51
Gradiente hidráulico
Gradiente hidráulico – vertical
www.uri.edu/cels/nrs/whl/Teaching/361-10/6_Groundwater/Mapping_Groundwater_Flow_Patterns.pdf
Gradiente hidráulico
Gradiente hidráulico – vertical
www.epa.gov/athens/learn2model/part-two/onsite/vgradient02.html
http://serc.carleton.edu/woburn/student-modules/hydrology/potent-profile.html
= = ∆
Gradiente hidráulico
Gradiente hidráulico – verticalFerramenta de cálculo:
www.epa.gov/athens/learn2model/part-two/onsite/vgradient02.html 
= = ∆
52
FLUXO - QUANTIFICAÇÃO
Henry Darcy
1803-1858
Lei de Darcy
Fluxo - Quantificação
Lei de Darcy
q: fluxo de DarcyVolume / área * tempo (não é velocidade!)
volume de solução que passa por uma área do meio poroso por unidade de tempo: m3/(m2 s)
área total da seção = A
53
Fluxo - Quantificação
Lei de Darcy
q: fluxo de DarcyVolume / área * tempo (não é velocidade!)
q α gradiente hidráulico
área total da seção = A
Lei de Darcy
K: Condutividade hidráulicaÉ uma constante de proporcionalidade
Depende do fluidoDepende do meio porosoPermeabilidade (k)
l
hKq
Δ
Δ
−= 
μ
ρgkK =
Velocidade da água
Velocidade da água subterrânea
q: fluxo de Darcy (m/s) → unidade de velocidadeÉ igual a velocidade da água subterrânea?
Não!
n: porosidade
dxdHKq −=
dxdHnKnqv −==
54
Relação entre q (Fluxo de Darcy) e velocidade
“Porosidade” = 1
TUBO
Definição:
“Porosidade” = 0.5“Porosidade” = 1
TUBOTUBO
Relação entre q (Fluxo de Darcy) e velocidade
51
“Porosidade” = 0.5
en
qv =
xA
Qv =
“Porosidade” = 0.5
TUBO
MEIO POROSO
Relação entre q (Fluxo de Darcy) e velocidade
55
Marion King Hubbert
1903-1989
Exemplos de Fluxos descritos por potenciais
Fluxo de Fluidos em Meios Porosos (Lei de 
Darcy)
Condução de Temperatura em Sólidos (Lei de 
Fourier)
Difusão de contaminantes em água (Lei de 
Fick)
Hubbert (1940): Potencial
Potencial: quantidade física que descreve o fluxo em 
um sistema. O fluxo sempre vai das áreas de maior 
potencial para menor potencial
Lei de Darcy aplicada a sistemas naturais
FONTE
RECEPTOR
Como se existissem
diversas “colunas”
de Darcy
CONDUTIVIDADE HIDRÁULICA
56
Condutividade hidráulica
l
hKq
Δ
Δ
−= 
Freeze and Cherry (1979)
Condutividade 
hidráulica
Dingman (2002)
Condutividade hidráulica
Faixa de 
variação de K 
para diferentes 
materiais
57
Condutividade hidráulica
Faixa de variação
Só vale para material bem 
selecionado, não estruturado, 
25% < n < 45%, ...!
Remediation hydraulics / Fred C. Payne, Joseph A. Quinnan, Scott T. Potter, 2008, CRC Press
Condutividade hidráulica
Pode ser mais 
complicado ainda
Latossolos Bastante comum no Brasil~40% do território brasileiro
Let’s take a look at one soil...
58
Distribuição Granulométrica
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
0,001 0,01 0,1 1 10
Po
rc
en
ta
ge
m
 m
en
or
diâmetro (mm)
70% argila
8% silte
22% areia (fina)
(Freeze and Cherry, 1979)
70% argila
8% silte
22% areia (fina)
Resultados
10-3 cm/s
Areia?
59
O que acontece?
Soil is structured in 
microaggregates
0
20
40
60
80
100
120
clay silt sand
pe
rc
en
ta
ge
dispersed
without dispersion
Extremely stable
Condutividade hidráulica
Solo com ~ 70% argila
Água subterrânea flui com velocidade 
equivalente ao que seria em areia...
http://soils.usda.gov/use/worldsoils/mapindex/order.html
Does it matter?
How?
60
HETEROGENEIDADE E 
ANISOTROPIA
Heterogeneidade e Anisotropia
Homogêneo x Heterogêneo
K(x,y,z) = constante → Homogêneo
Isotrópico x Anisotrópico
Kx = Ky = Kz → Isotrópico
(Beth Parker, Earth 458, 1999)
Heterogeneidade e Anisotropia
Heterogeneidade, AnisotropiaHomogêneo x HeterogêneoIsotrópico x Anisotrópico
Kx
Kz
( x , z )1 1
( x , z )2 2
x
z
Homogeneous, Isotropic Homogeneous, Anisotropi
Heterogeneous, Isotropic Heterogeneous, Anisotrop
(Beth Parker, Earth 458, 1999)
61
Heterogeneidade e Anisotropia
Heterogeneidade – Importância da ESCALAEx. camadas 1 km
100 m
1 m
10 cm
Unidades estratigráficas
Variações em pequena escala 
dentro de uma mesma camada
(Beth Parker, Earth 458, 1999)
Heterogeneidade e Anisotropia
HeterogeneidadeDescontinuidades (falhas, dobras, contato rocha-solo)
(Beth Parker, Earth 458, 1999)
Heterogeneidade e Anisotropia
HeterogeneidadeTendências espaciaisEspaçamento e frequência de fraturas
Deposição
(Beth Parker, Earth 458, 1999)
DEPTH
62
Heterogeneidade e Anisotropia
Anisotropia
Orientação dos grãos
Orientação de fraturas
Kz Ky
Kx
(Beth Parker, Earth 458, 1999)
Fig.5 Outcrop photography of the Lower portion of the Madison Limestone divided into two large-scale fracturing units (FU1) and 
ten intermediate-scale fracturing units (FU2) (modified from Barbier et al., 2012a and Barbier et al., 2012b).
Mickael Barbier , Remi Lepretre , Jean-Paul Callot , Marta Gasparrini , Jean-Marc Daniel , Youri Hamon , Olivier Lacombe, Marc 
Floquet
Impact of fracture stratigraphy on the paleo-hydrogeology of the Madison Limestone in two basement-involved folds in the 
Bighorn basin, (Wyoming, USA)
Tectonophysics Volumes 576-577 2012 116 - 132
http://dx.doi.org/10.1016/j.tecto.2012.06.048
Heterogeneidade e Anisotropia
Heterogeneidade e Anisotropia
AnisotropiaCamadas
(Beth Parker, Earth 458, 1999)
Kz
Kx
KyK1
K2
K3
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
=
∑ =
n
i
i
i
z
K
l
lK
1
 
∑ ==
n
i iix
Kl
l
K
1
 1 
Dominado pela camada 
MENOS condutiva
Dominado pela camada MAIS
condutiva
63
COMO MAPEAR O FLUXO
Como mapear o fluxo?
HidráulicaCargas hidráulicasCondutividade hidráulica
Testes com traçadores
Como mapear o fluxo?
Carga hidráulicaPiezômetros ou poçosDiferentes posiçõesDiferentes profundidadesVariável no espaço (x, y, z) e tempo
Condutividade hidráulica Diferentes posiçõesDiferentes profundidadesComo: slug testes, testes de bombeamento, determinações em laboratório
Mapa potenciométrico
64
Como mapear o fluxo?
Mapa potenciométrico NA é uma superfíciecurva de nível dessa superfície Mapa potenciométrico
Mapa potenciométrico
1. Elevações do NA em vários poços
2. Interpolar as elevações entre os pontos
3. Se material for homogêneo e isotrópico, direção do fluxo é perpendicular aos contornos
TLTH, fig. 16.3
Como mapear o fluxo?
Hidráulica
(Schwartz and Zhang, 2002)
Mapa potenciométrico
Seção transversal
linhas equipotenciais
65
Como mapear o fluxo?
Hidráulica
(Schwartz and Zhang, 2002)
linhas equipotenciais
Nesse caso:- Fluxo perpendicular as linhas equipotenciais
Seção transversal
Ponto de medida (centro do filtro de um poço ou piezômetro)
Como mapear o fluxo?
Hidráulica
(Schwartz and Zhang, 2002)
Mapa potenciométrico
• Superfície que coincide com carga hidráulica num aquífero (para aquíferos não confinados ≌ nível d’água)
• Deve ser relacionado a um único aquífero
• Gradiente hidráulico é inversamente proporcional a distância entre linhas equipotenciais
Como mapear o fluxo?
Condutividade hidráulica
Alexander, et al. (2011). Field Study of 
Hydrogeologic Characterization Methods 
in a Heterogeneous Aquifer. Ground 
Water, 49(3), 365–382.
66
Como mapear o fluxo?
Condutividade hidráulica
Avaliação1. K estimado por granulometria: análises granulométricas realizadas a cada mudança observada e K estimado por Hazen2. Testes em permeâmetro: Amostras coletadas a cada 10cm e K medido em laboratório3. Testes de slug: 28 testes realizados nos poços CMT4. Testes de bombeamento: 6 testes realizados em níveis isolados
Alexander, et al. (2011). Field Study of Hydrogeologic Characterization Methods in 
a Heterogeneous Aquifer. Ground Water, 49(3), 365–382.
Como mapear o fluxo?
Condutividade 
hidráulica
Dados foram avaliados usando modelo numérico para simular teste de bombeamento
Alexander, et al. (2011). GroundWater, 
49(3), 365–382.
Como mapear o fluxo?
Condutividade hidráulica
Nenhum método se destacou como o melhor“the model performed poorly for ports that exhibited large drawdowns that were hydraulically connected to the pumped zone”Necessidade de maior resolução horizontal para definirconectividade entre camadasExtremamente difícil prever fluxo em aquíferosheterogêneos
Alexander, et al. (2011). Ground Water, 49(3), 365–382.
67
Como mapear o fluxo?
Testes de traçadores Traçadores ideaisÍons: Cl-, Br-,Isótopos ambientais: 2H, 3H, 18OTraçadores orgânicos (rodamina, fluoresceina...)
Vamos voltar a traçadores na parte de transporte...
Como mapear o fluxo?
Testes de traçadores - Vantagens:Identificação de caminhos preferenciaisCaracterização de anisotropia
68
Cadernos daCadernos daCadernos daCadernos daCadernos da
Gestão do ConhecimentoGestão do ConhecimentoGestão do ConhecimentoGestão do ConhecimentoGestão do Conhecimento
TRANSPORTE DE
CONTAMINANTES EM ÁGUAS
SUBTERRÂNEAS
MARCELO SOUSA, PHD
69
70
Conceitos de Fluxo e Transporte da Água 
Subterrânea
Parte 2: Transporte de Contaminantes em 
Águas Subterrâneas
São Paulo, 05 de novembro, 2018
Curso 
“Técnicas de Investigação de Áreas 
Contaminadas - Parte 2 - Água Subterrânea”
Marcelo Sousa, PhD
2. Transporte em águas subterrâneas
Juliana Gardenalli de Freitas
jgfreitas@unifesp.br
http://soloeagua-unifesp.webs.com
Técnicas de Investigação de Áreas Contaminadas: Parte 2 – Água Subterrânea
Comportamento dos poluentes
Produto puro –
fase separada 
(NAPL)
Fase 
dissolvidadissolução
volatilização
sorção
Fase vapor
Fase sorvida
71
TRANSPORTE EM ÁGUAS 
SUBTERRÂNEAS
Transporte
Contaminantes dissolvidos em águaAdvecçãoDispersãoRetardamento (Sorção)Reações
Processos
FONTE
Fluxo de 
água 
subterrânea
Distância
Advecção
Dispersão
Retardamento
Reação
72
ADVECÇÃO
Advecção
Deslocamento do soluto acontece devido ao 
fluxo da água subterrânea
Deslocamento ao longo das linhas de fluxo 
com velocidade igual a velocidade média da 
água subterrânea
Força atuando é o gradiente hidráulico
Advecção
L
L
73
Advecção
Advecção
x
x
C t0 t3t2t1
Concentração máxima (pico) é constante: Advecção não causa diluição!
x = ?
s = s0 + v t
x2 = v t2
Advecção
Curva de chegada (breakthrough curve)
xi
tempo
C
Dado x = xi
t = ?
s = s0 + v t
ti = xi / v
74
Advecção
Lei de Darcy (fluxo da água subterrânea)
q: fluxo de Darcy (m/s)K: condutividade hidráulica (m/s)dH/dx: gradiente hidráulico
dxdHKq −= volume de solução que passa por uma área do meio poroso por unidade de tempo: m3/(m2 s)
área total da seção = A
Advecção
Transporte de soluto
Fluxo advectivo (JA): massa de soluto passando pela seção A por tempo
dxdHKq −=volume de solução que passa por uma área do meio poroso por unidade de tempo: m3/(m2s)
Aágua injetada contém traçador concentração C
CqJA ×=
Advecção
Transporte de solutoFluxo advectivo (JA): massa de soluto passando pela seção A por tempo
soluçãovolume solutomassatempoárea soluçãovolumeJA ××=
CqJA ×=
tempoárea solutomassaJA ×=
75
Advecção
• Direção do fluxo
• Mapa potenciométrico
40m 38m 36m 34m 32m
Advecção
• Direção do fluxo
• Mapa potenciomátrico
40m 38m 36m 34m 32m
100m K = 10
-4 m/s
n = 0.35
• Velocidade da água subterrânea
dL
dh
n
K
An
Qv ⋅=
⋅
=
100
2
35.0
10v
4
⋅=
−
d
cm50
s
m107.5v 6 ≈×= −
A água demora
aproximadamente 200 dias para 
andar 100 m
Transporte – Fase dissolvida
Plumas de 
contaminaçãoCompostos dissolvidos
40m 38m 36m 34m 32m
40m
30m
20m
50m
100m
76
Qual a velocidade da água subterrânea?
Transporte – Fase dissolvida
cloro tetracloreto de 
carbono
fluxo de água 
subterrânea
~ 50 m
v = ΔS / Δ t
v = 50/ 647
v = 0,07 m/dia
v = 7 cm/dia
Porque a pluma aumenta de tamanho?
Dispersão
Transporte
cloro
fluxo de água 
subterrânea
DISPERSÃO
77
Longitudinal
Transversal (horizontal)Limite da pluma
pluma formadapor advecção somente
Fluxo uniforme
Barker 2007, after John Cherry, 1999Co
ncentra
ção(C/
C o) frente da plumaafetada pordispersão
C = Co
Dispersão
Fonte
Dispersão
Qualquer processo que faz com que diferentes 
solutos se movam com velocidades diferentes
Espalhamento ao 
redor do centro de 
massa
http://thayer.dartmouth.edu/~cushman/courses/engs43.html
Dispersão
Em geral:
Dispersão longitudinal 
>dispersão transversal
cloro
fluxo de água 
subterrânea
78
Dispersão
Em geral:
Dispersão longitudinal 
>dispersão transversal
>dispersão vertical
cloro
fluxo de água 
subterrânea
0
-2
-4
-6
0 10 20 30 40 50 60
Distance ( m )
Z
 (
 m
 ) 1 day 462 days
Dispersão
Aterro
Pluma de cloro gerada por aterro sanitário
Freeze and Cherry, Groundwater, 1979
Dispersão - Exemplo
79
Dispersão - Mecanismos
Dispersão
Difusão molecular
Dispersão mecânica
Dispersão mecânica mistura devido a variações de velocidade
Difusão molecularmistura devido a gradientes de concentração (movimento aleatório)
DISPERSÃO MECÂNICA
Dispersão
Dispersão Mecânica
Mistura devido a gradientes de velocidade
velocidade média
Na escala de poros, a velocidade varia...
dxdHnKnqv −==
80
Dispersão MecânicaVariação devido a diferentes canais
Variação de velocidade em um poro
Variações de velocidade devido a mudanças de tamanho dos poros
u
Dispersão Mecânica
Fluxo devido à dispersão mecânica
n: porosidadeDm: coeficiente de dispersão mecânicadC/dx: gradiente de concentração
http://thayer.dartmouth.edu/~cushman/courses/engs43.html
dxdCDnJ mM −=
Dispersão Mecânica
Mistura devido a gradientes de velocidade
Se v=0, o que acontece com a dispersão mecânica?
Não tem!
Dm = α v
Dm: coeficiente de dispersão mecânicaα: dispersividade (função do meio)
81
DIFUSÃO
Dispersão
Difusão
Movimentação aleatória das moléculas
C1 C2
Não existe fluxo preferencial do fluido de uma caixa pra outra
(C1+C2)/2 (C1+C2)/2t t
Difusão
Movimentação aleatória das moléculas
http://ocw.mit.edu/courses/civil-and-environmental-engineering/1-061-transport-processes-in-the-
environment-fall-2008/lecture-notes/
82
Difusão
Movimentação aleatória das moléculasAdolf Eugen Fick(1829-1901)
1855: artigo sobre difusãoC1 C2Δx
vv'
dxdCDJ dd −= Dd: coeficiente de difusão molecular,difusividade
Difusão
Fluxo por difusão molecular
C1 C2
Δx
vv'
dxdCDnJ dd −= Dd: coeficiente de difusão molecular,difusividade
Difusão
Coeficiente de difusão molecular: Dd
[Dd] = L2 T-1 ; ex.: m2/s
Dd = f (composto, meio)
dxdCDnJ dd −=
83
Difusão
Coeficiente de difusão: D dxdCDj −=
Schwarzenbach, Gschwend, Imboden, 2003. Environmental Organic Chemistry.
No ar: Na água:
Difusão molecular
Papel muito importante em meios fraturados e 
aquitardesFluxo de água somente pelas fraturas
Chapman & Parker, 2005. WRR. 41: W12411, doi: 10.1029/2005WR 32(5):805-820.
Pré-remediação
Conc.
Perfil de concentração
Conc.
Perfil de concentraçãoaquífero
aquitarde
aquífero
aquitarde
pluma nova pluma
Pós-remediação
Difusão molecular
Remediation hydraulics / Fred C. Payne, Joseph A. Quinnan, Scott T. Potter, 2008, CRC Press
PLATE 10 - Results of back-diffusion experiments at Colorado State University.
84
DISPERSÃO
Dispersão
Dispersão ou dispersão hidrodinâmicaFluxo (JH): JH = JM + Jd
( )dxdCDDndxdCDndxdCDnJ dmdmH +−=−−=
dh DvD +α=
difusão moleculardispersão mecânica
dxdCDnJ hH −=
Dispersão
Dispersão em meio anisotrópico
Massa lançada em: x = 0, y = 0, t = 0 Difusão anisotrópica:Dx = 4 Dy
Atenção!Homogêneo × HeterogêneoIsotrópico × Anisotrópico
http://ocw.mit.edu/courses/civil-and-environmental-engineering/1-061-transport-processes-in-the-
environment-fall-2008/lecture-notes/
85
4. ADVECÇÃO + DISPERSÃO
Aula 2
Advecção e Dispersão
Advecção
Advecção + dispersão
500 m
Linha equipotencial
500 m
50 m
Linha equipotencial
Fonte
Pluma formada
por advecção
Domenico and Schwartz, 1998
Advecção + Dispersão
x
x
C t0 t3t2t1
Só advecção
Advecção+ dispersão
86
Advecção e dispersão
Fonte tipo pulso – Injeção
Seção transversal
Planta
t1 t2
t01
0
xΔ distance
C/Co
t1 t2
Fonte t1 t2
Advecção + Dispersão
Fluxo
fluxo advectivo:
fluxo dispersivo:
Total: dxdCDncqJ −⋅=
cqJA ⋅=
dxdCDnJ hh −=
Tipos de Fontes
Pulso × Contínuas
x
C
Só advecção!
x
C
t t
C C
Mais dispersão...
87
Fonte Tipo Pulso
Pulso: x=0, y=50Fluxo uniforme
Advecção e dispersão simultaneamente
http://ocw.mit.edu/courses/civil-and-environmental-engineering/1-061-transport-
processes-in-the-environment-fall-2008/lecture-notes/
Fonte Contínua
Fonte: contínuaX=0, y=50Velocidade do fluxo: constante = 1 cm/s
http://ocw.mit.edu/courses/civil-and-environmental-engineering/1-061-transport-
processes-in-the-environment-fall-2008/lecture-notes/
Advecção e dispersão simultaneamente
PLUMAS
88
Plumas
Plumas em 
meios porosos
Migração dos poluentes controlada por advecção e dispersão
Recarga
Aquífero
arenoso
Resíduo
Lixiviado
Pluma
DETALHE A :
ZONA DE DISPERSÃO NA FRENTE DA PLUMA
A
Cherry, 1999
Plumas
Plumas em 
meios fraturados 
não-porosos
Migração dos poluentes controlada por advecção e dispersão
Resíduo
Migração do poluente
ADVECÇÃO NAS FRATURAS
Matriz rocha não
porosa
Fratura
A
A
Cherry, 1999
Plumas
Plumas em 
meios fraturados 
porosos
Migração dos poluentes controlada por advecção e dispersão
Resíduo
B
Migração do poluente
ADVECÇÃO E DIFUSÃO
Matriz rocha porosa
Zona de 
Difusão
Fratura
B
Cherry, 1999
89
Desenvolvimento de pluma 3-D em funçãodo tempo
Perfil de 
concentrações
ao longo da 
pluma (t →∞ )
transiente
1000 2000 3000 4000 5000 days
0 100 200 300 400 500 600
0.5
1.0
0
C/C0
Distância (m)
Fonte constante
pluma
h
w
h = 2 m
w = 2 m
Retardamento R = 1
= 0.1 cm
= 3 cm
= 30 cm
= 10 cm/day
PARAMÊTROS
αTV
L
αTH
α
u
Sem reações
John Cherry, 1999
Pluma – desenvolvimento no tempo
Concentrações 
constantes num 
poço significam que 
a pluma não está 
mais avançando?
Plumas em meios heterogêneos
Aquíferos nunca são homogêneos
Pequenas variações podem não ser significativas para entender o fluxo de água subterrânea, mas interferem
significativamente no transporte de poluentes
Plumas em meios heterogêneos
ExemploDistribuição da condutividade hidraúlica (areia fina)
K1 
90
Plumas em meios heterogêneos
Meio
homogêneo
Meio
heterogêneo
Plumas em meios heterogêneos
Sempre existe heterogeneidade
J. Barker
Transporte de soluto no meioindicado na sondagem ao lado
RETARDAMENTO
91
Alguns compostos se movem mais devagar
Transporte – Fase dissolvida
cloro tetracloreto de 
carbono
fluxo de água 
subterrânea
vcloro = vágua = 7cm/diavCCl4 = ?vCCl4 = 25/633 vCCl4 = 4 cm/diaFator de retardamento (R)R = 7 / 4 = 1,75
Transporte – Fase dissolvida
cloro tetracloreto de 
carbono
fluxo de água 
subterrânea
25m
Retardamento
Fator de retardamento
R = vágua / vpoluente
Acontece devido a sorção no solo 
poluentes hidrofóbicos → R ↑
92
Retardamento
Fator de retardamento
R = vágua / vpoluente
Vale para compostos orgânicos ou inorgânicos
Retardamento
Exemplo 
Aterro de Vejen, 
DinamarcaSorção do cloro não é significativaSódio migrou distância menor, devido a sorção no solo
(Christensen et al., 2001)
Retardamento
Fator de retardamento – estimativa
Hipóteses sobre sorçãoRápidaReversívelIsoterma linear
Dunnivant, Anders, 2006. A Basic Introduction to Pollution Fate and Transport. Wiley Interscience.
93
Retardamento
Fator de retardamento – estimativa
v: velocidade média da água subterrâneavc: velocidade do contaminanteρb: densidade aparente do solo (valores típicos de 1,6 a 2,1 g/cm3)η: porosidade (valores típicos de 0,2 a 0,4)Kd: coeficiente de distribuição, ou coeficiente de partição - Kd ≅ Koc × foc ≅ foc × 0,41 Kow
dbc K1vvR ×ηρ+==
Então: R ~ 1+ 7 Kd
Exercício
Qual distância os seguintes poluentes vão
migrar em um ano num aquífero arenoso, 
onde a velocidade da água é de 
aproximadamente 20 cm/dia?
Dados:porosidade = 0,25densidade aparente = 1,8 g/cm3fOC = 0,5%Log Kow:benzeno 2,13antraceno 4,54benzo(a)pireno 6,50
Sorção em meios fraturados
Fratura
Meio não-fraturado
Penetração por
difusão
Matriz porosa
matriz porosa
t 1
t 1
t 1
Penetração por
difusão
SEM sorção
COM sorção C
on
ce
nt
ra
çã
o
re
la
ti
va
( 
C
/C
 
)
oIn
pu
t (
 C
 ) o
In
pu
t (
 C
 ) o
In
pu
t (
 C
 ) o
1
0
x
x
x
x1
x3
x2
Freeze and Cherry, 1979
94
Retardamento
Retardamento ocorre devido a 
sorção nos sólidos
Sorção é um processo reversível
Atrasa o transporte, NÃO causa 
redução na massa
Retardamento
Exemplo – coluna com injeção 
contínua
1
0
t o Tempo
C/C0Injeção contínua de substância emconcentração C0após tempo t0
saída da substância com concentração C
1
0
a b
compostos nãoretardados
concen
tração
relativa
(C/C 0)
Distância
compostosretardados
Retardamento
Exemplo: coluna com injeção em pulso
Injeção de substância com concentração C0 empulso no tempo t0
saída da substância com concentração C
1
0
t o Tempo
C/C0
1
0
a b
compostos nãoretardados
concen
tração
relativa
(C/C 0)
Distância
compostosretardados
95
(Allen-King et al. in Pankow and Cherry, p.246, 1996)
Retardamento
Valores estimados × Medidos em campo
Retardamento
Limitações da estimativa de R a partir de Kd
Quando o modelo é aplicável?
Compostos orgânicosSem carga, hidrofóbicos (Kow > ~100)Todos os compostos em baixas concentrações (competição, cosolvência)Meiofoc > 0,1%
Retardamento
Limitações da estimativa de R a partir de KdCompetição: Exemplo - Sorção de PCE com e sem TCE
Rivett & Allen-King, 2003
96
Retardamento
Limitações da estimativa de R a partir de KdCompostos inorgânicosDesde os anos 80 o uso de Kd para compostos inorgânicos têm diminuídoProblema: Kd não é constante!Só aplicável para ions em baixas concentrações, quando a geoquímica está em equilíbrio em todo o percurso (ex. radionuclídeos em baixissímas concentrações)
Retardamento - Inorgânicos
Processos - Troca iônicaConsidera competição dos íons por sites de sorção Mg2+Mg2+
Mg2+
Ca2+
Mg2+
Na
Ca
concen
tração
Volume de água injetado
Teste de coluna
Na
Ca C=?
Retardamento - Inorgânicos
Processos - Troca iônicaCTC: capacidade de troca catiônica Mg2+
Mg2+
Mg2+
Ca2+
Mg2+
Estimativa de CTC: proporcional ao conteúdo de argila + carbono orgânico
97
Retardamento - Inorgânicos
Processos - Reações de superfícieFunção do pH
Appel e Ma, 2001. J. Env. Quality.
Retardamento
Curvas de chegada “reais” – medidas em 
laboratório
Time (Pore Volume)
C
/C
o
non-sorptive
sorptive
1
0
t o Tempo
C/C0Injeção contínua de substância emconcentração C0após tempo t0
saída da substância com concentração C
(Allen-King et al. in Pankow and Cherry, p.246, 1996)
Retardamento
Curvas de chegada “reais” – medidas em 
campo
curva não é simétrica –
“cauda”
98
Retardamento
Motivos para comportamento “não-ideal”
Efeitos em escala de porosSorção não-linear, sem atingir equilíbriohisterese (sorção ≠ dessorção)difusão para dentro da partícula e/ou matéria orgânicaEfeitos na escala de campoHeterogeneidades
Retardamento
Resumo...Causado por sorção do poluente no soloFator de retardamento: R = vágua / vpoluenteR estimado usando Kd, desde que:Sorção seja rápida, reversível, isoterma linearUsualmente para compostos orgânicosInorgânicos em concentrações muito baixas
Processos
FONTE
Fluxo de 
água 
subterrânea
Distância
Advecção
Dispersão
Retardamento
Reação
99
Pluma inferida distância
concen
tração
Planta Direção do fluxo estabelecida
Pluma real
concentrações medidas ao longoda linha de fluxo
concentrações “reais” ao longo da linha de fluxo
Planta
Desafio para interpretação do comportamento de plumas
(Barker, 2007)
seção transversal
planta
Pluma “mergulhando”
Fluxo mudando de direção
seção transversal
planta
Solução? melhorar o monitoramento
(Barker, 2007)
Desafiopara interpretação do comportamento de plumas
TRANSPORTE NA FRANJA 
CAPILAR
100
Franja capilar
Zona
não-saturada
NA no poço
Topo da 
franja capilar
Distribuição de água no solo
(Marcelo Sousa)
Poços
multinívei
s
vapor
sondagen
s
direção do 
fluxo
Transporte na franja capilar
4 m
Transporte na franja capilar
Benzeno
Tolueno
101
TESTES COM TRAÇADORES
Testes com traçadores
Informações que podem ser obtidasParâmetros de transportePorosidadeVelocidadeDispersividadesIdentificação de caminhos preferenciaisCaracterização de anisotropia
Testes com traçadores
IdeiaInjeção + monitoramentoEstimativa dos parâmetros: soluções analíticas, modelagem numérica inversa, análise de momentos
TiposTraçadores conservativos × traçadores reativosGradiente natural × gradiente forçadoMonitoramento integrado × monitoramento de alta resolução
Sais (NaCl, NaBr), 
fluorescentes 
(fluoresceina), 
radioativos, gases 
dissolvidos (He, SF6)
102
Exemplo 1
Testes de diluição em 1 poçoGradiente naturalMonitoramento de alta resoluçãoTraçador conservativo
Exemplo 1
Teste de diluição 
em 1 poço
Hall, S. H. (1993). Single well tracer tests 
in aquifer characterization. Ground Water 
Monitoring & Remediation, 118–124.
Gradiente natural
Gradiente natural, monitoramento de alta 
resoluçãoConhecimento prévio da direção e velocidade de fluxoMonitoramento precisa ser muito detalhado
103
Exemplo 2
Gradiente natural, 
monitoramento de 
alta resolução
Mackay, D.M., Freyberg, D.L., Roberts, P.V., 1986. 
Water Resources Research 22, 2017-2029.
Gradiente forçado
ConvergenteBombeamento de um poçoInjeção do traçador em poços próximo
DivergenteInjeção de água em um poçoInjeção do traçador no mesmo poço e monitoramento em poços adjacentes
Divergente e convergenteInjeção em um poçoBombeamento do mesmo poço
Exemplo 2
Gradiente forçado, monitoramento de alta 
resolução, multi traçadores
Injeção simultânea detraçador conservativo e reativoDiferença é devido a reação
Ptak, T., Piepenbrink, M., 
Martac, E., 2004. Journal of 
Hydrology 294, 122-163.
104
Referências – testes com 
traçadoresPtak, T., Piepenbrink, M., Martac, E., 2004. Tracer tests for the investigation of heterogeneous porous media and stochastic modelling of flow and transport—a review of some recent developments. Journal of Hydrology 294, 122-163.
Hall, S.H., 1993. Single well tracer tests in aquifer characterization. Ground Water Monitoring & Remediation 118-124.
105
106
Cadernos daCadernos daCadernos daCadernos daCadernos da
Gestão do ConhecimentoGestão do ConhecimentoGestão do ConhecimentoGestão do ConhecimentoGestão do Conhecimento
FASE LÍQUIDA NÃO-
AQUOSA (NAPLS)
MARCELO SOUSA, PHD
107
108
Conceitos de Fluxo e Transporte da Água 
Subterrânea
Parte 3: Fase líquida não-aquosa (NAPLs)
São Paulo, 05 de novembro, 2018
Curso 
“Técnicas de Investigação de Áreas 
Contaminadas - Parte 2 - Água Subterrânea”
Marcelo Sousa, PhD
3. NAPLs
Juliana Gardenalli de Freitas
jgfreitas@unifesp.br
http://soloeagua-unifesp.webs.com/
Técnicas de Investigação de Áreas Contaminadas: Parte 2 – Água Subterrânea
Transporte
Contaminantes dissolvidos em águaAdvecçãoDispersãoRetardamentoReações
Contaminantes em fase separada (imiscíveis)Propriedades dos NAPLsFase livre e fase residualFontes e plumas - DNAPL / LNAPL
109
NAPL
Fase separada → INTERF�CENAPL: non-aqueous phase liquids (fase líquida não-aquosa)
interface
águaNAPL
NAPL – E daí?
Problema!Não são completamente imiscíveis!
Baixa solubilidade Muito maior que limites de potabilidadesDissolução lenta
Fonte de contaminação de longa duração
NAPL – E daí?
Problema!Ocorrência muito comum
www.precodoscombustiveis.com.br/
Postos de gasolina+ Indústrias + transporte+ serviços+ ...
110
NAPL – E daí?
Importância
Toronto, 9 de setembro de 2011 
PROPRIEDADES DOS NAPLs
NAPL – Propriedades
PropriedadesComposiçãoDensidadeViscosidadeSolubilidadePressão de vaporTensão interfacial / superficial
111
NAPL – Composição
Composto puro
MisturaCompostos com diferente propriedades
TCE - tricloroetileno
Gasolina (>200 compostos ≠)
Exemplo: gasolina
API 91-01
a lista continua...
NAPL - Composição
NAPL – Densidade
Importância decisiva no comportamento!Relativo a densidade da água:ρw ~ 1 kg/LCompostos mais leves flutuam, mais densos afundamDivisão em 2 grupos
ρ < ρw – LNAPL: light NAPL
ρ > ρw – DNAPL: dense NAPL
112
LN�PL
Flutuam, ficam no topo 
da zona saturada
Exemplos:GasolinaBenzenoXilenos
DN�PL
Tem uma têndencia de 
afundar, atravessar o 
nível d’água e continuar 
migrando
Exemplos: Solventes clorados como PCE, TCE, TCA
NAPL - Densidade
LN�PL DN�PL
NAPL - Densidade
Mayer, A.S., Hassanizadeh, S.M., 2005.
NAPL - Densidade
MisturasDensidade estimadapela média ponderada pelo volume
ri: fração volumétrica do composto iρi: densidade do composto i
∑ ρ⋅=ρ
n
1 iim r
1,03 kg/L
113
NAPL - Densidade
Gasolina
0.75 g/cm3
TCE
1.46 g/cm3
Gasolina + TCE
proporção 2:1
(≈ 0.9 g/cm3)
Gasolina + TCE
proporção 1:2
(≈ 1.2 g/cm3)
NAPL – Viscosidade
Propriedade do fluido (μ)Tendência de um fluido de reduzir diferenças de velocidade no fluxo
→ Impacto no fluxo(μ: viscosidade dinâmica)
Unidade: Pascal . s (1 Pa.s = 10 P)
μ
ρ gkK ⋅⋅=
NAPL - Viscosidade
Exemplos
Viscosidade
(cP)
Densidade
(g/cm3)
Água 1 1
Gasolina 0.36 - 0.49 0.72 - 0.78
Jet fuel 0.83 0.75
Benzeno 0.60 0.87
TCE 0.55 1.46
TCA 0.90 1.35
Creosoto 10 - 70 1.02 – 1.20
LNAPLs
DNAPLs
fontes: Lide (ed.) 2009, CRC Handbook 2009; Mayer and Hassanizadeh 2005, 
Giese and Powers, 2002, J. Cont. Hyd. 58: 147-167.
114
NAPL - Viscosidade
ExercícioUm aquífero tem uma condutividade hidráulica de 10-4 m/s. Calcule a condutividade para o TCE e para o creosoto.
Viscosidade (cP) Densidade
(g/cm3)
Água 1 1
TCE 0.55 1.46
Creosoto 10 - 70 1.02 – 1.20
fontes: Lide (ed.) 2009, CRC Handbook 2009; Mayer and Hassanizadeh 2005, 
Giese and Powers, 2002, J. Cont. Hyd. 58: 147-167.
μ
ρ gkK ⋅⋅=
KTCE = 2,65 E-4
Kcreosoto = 2,75 E-6
Líquido ou sólido
NAPL - Solubilidade
Máxima concentração de uma substância que 
pode estar presente em uma solução em 
condições de equilíbrio
Solubilidade em água: mols/L, mg/L
água
Líquido ou sólido
NAPL - Solubilidade
Máxima concentração de uma substância que 
pode estar presente em uma solução em 
condições de equilíbrio
Solubilidade em água: mols/L, mg/L
água
C = S
equilíbrio
115
NAPL - Solubilidade
DefiniçãoEquílibrio: fluxo de moléculas do composto orgânico para a água e da água para o NAPL é igual
Água
- NAPL -
composto PURO
Solubilidade do composto orgânico na fase aquosa: concentração do composto orgânico na água em condições de equilíbrio(também pode-se definir solubilidade da água no composto orgânico)
Solubilidade - Orgânicos
Valores determinados em laboratórioDifı́cil determinação → Muitos valores diferentes na literatura
Dunnivant, Anders, 2006. A Basic Introduction to Pollution Fate and Transport. Wiley Interscience.
NAPL - Solubilidade
Mistura de Compostos
Lei de Raoult
Cágua = xN�PL × SCágua: concentração na águaxNAPL: fração molar do composto no NAPLS: solubilidade
116
NAPL - Pressão de vaporPressão do vapor de um composto em equílibrio com sua fase condensada pura, nas condições normais de temperatura e pressão (25°C, 1 atm)
Determina se um composto vai volatilizar, e quão rápido
gás - p
líquido ou sólido
NAPL – Pressão de Vapor
Equilíbrio: taxa de evaporação = taxa de condensação
www.chem.purdue.edu/gchelp/liquids/vpress.html
sólido - vapor líquido - vapor
↑ T
líquido - vapor
NAPL - Pressão de vapor
Grande faixa de variação com o composto
Exemplos:Metano: 275 atmTolueno: 0,03 atm
Dunnivant, Anders, 2006. A Basic Introduction to Pollution Fate and Transport. Wiley 
Interscience.
117
NAPL – Pressão de vapor
Lei de Raoultpi0: pressão de vapor do composto ixi: fração molar do composto i na mistura (xi = ni/ntotal)0iii pxp ⋅=
NAPL - Propriedades
Referências:
Livro: Schwarzenbach, Gschwend, Imboden. Environmental Organic Chemistry.USEPApriority organic contaminants:http://www.epa.gov/region9/superfund/prg/International Programme on Chemical Safetyhttp://www.inchem.org/SRC - Interactive PhysProp Database Demohttp://www.syrres.com/what-we-do/databaseforms.aspx?id=386
NAPL – Propriedades
PropriedadesComposiçãoDensidadeViscosidadeSolubilidadePressão de vaporTensão interfacial / superficial
118
TENSÃO SUPERFICIAL, 
INTERFACIAL E PRESSÃO CAPILAR
interface
Tensão Superficial / Interfacial
2 fluidos imiscíveis
Forças coesivas em cada fluidoForças adesivas entre fluidos
Diferença em energia entre moléculas na interface e moléculas na fase⇩
Tensão interfacial
Tensão Superficial / Interfacial
2 fluidos imiscíveis
Tensão interfacial:Tangencial a interface entre os fluidosInterface comporta-se como membrana esticada www.sciencephoto.com/media/86444/enlarge
http://fusedglass.org/learn/project_tutorials/kiln_pressed_glass_surface_tension
119
2 líquidos imiscíveis
interface
águaNAPL
Tensão interfacial (σ)
Tensão Superficial / Interfacial
Tensão Superficial / Interfacial
Tensão superficialinterfaces entre um líquido e o seu próprio vapor oulíquido-ar
Tensão interfacialpara interfaces entre líquido-líquido ou líquido-sólido
Unidadeforça/comprimento (dina/cm, mN/m)
Tensão Superficial / Interfacial
Valores típicos (dinas/cm)
Composto Fluido – artensão superficial
Fluido – água
tensão interfacial
Água 72 -
Gasolina 21 - 25 15 - 25
Benzeno 28 35
Pentano 15 50
TCE 30 35
PCE 33 44
Fontes: Lide (ed.) 2009, CRC Handbook 2009; Goebel and 
Lunkenheimer 1997, API; McDowell et al. 2003; Oliveira 1997
Mercúrioσ = 435 dinas/cm
www.britannica.com/EBchecked/media/157735/Liquid-mercury-
beads-and-a-glass-container
120
Tensão Superficial / Interfacial
3 Fases
gás (ar)
água
óleo
σágua-ar
σóleo-ar
σágua-óleo
Equilíbrio:
σágua-ar
σóleo-ar σágua-óleo
Tensão Superficial / Interfacial
3 Fases
θ < 90°fluido é a fase molhanteθ
θ > 90°fluido é a fase não-molhanteθ
Tensão Superficial / Interfacial
Usual:
Fase molhante
água – ar: água
água – N�PL: água
N�PL – ar: N�PL
3 Fases:Água é molhante, ar é não molhante, NAPL é intermediário
Fase molhante tende a envelopar os grãos de solo, não-molhante ocupa poros maiores
121
Molhabilidade
2 fases
after Mayer et al., 2005
Wilson et al., 1990Fig. XVa from Schwille, 1988
3 fases
Tensão Superficial / Interfacial
2 líquidos imiscíveis
interface
águaNAPL
Pi P0
Tensão interfacial (σ)
Para equilíbrio: Pi > P0
Tensão Superficial / Interfacial
2 fluidos imiscíveis
Pi P0
σ Pi > P0
Pc = Pi – P0Semprepositivo!
não-molhante molhante
Pressão Capilar
122
Exemplo
Tubo capilar cilíndricoraio: r
Água é molhante do vidro em relação ao ar
σ
Pressão Capilar
Ascensão Capilar
�scensão capilar: Água - �r
gr
h
w ⋅⋅
⋅
=
ρ
θσ cos2
Tipo de solo h (cm)Areia 7Silte 62Argila siltosa 200Argila 125
Mayer e Hassanizadeh, 2005
DISTRIBUIÇÃO DO NAPL
123
Fase livre
Móvel ContínuaEx. Pode ser bombeada a partir de um poço
Fase residual
ImóvelDescontínuaFilmes ou bolhas
Fases livre e residual
As duas são fases separadas ! (óleo, ar...)
DIFERENÇA - MOBILIDADE
Fase livre
2 modelos
Canal: Cada fase estabelece seu caminho, com continuidade de poros
Funicular: 2 fases nos mesmos poros
FASE RESIDUAL
124
Fase residual
Como surge?
Quando migra, NAPL vai deixando traços... 
Quando a água desloca NAPL, também sobra uma fase residual
Fase 
residual
Modelo em escala de 
poro: água + n-decanoQuem é a fase molhante?Exemplo de formação de fase residual - molhante
Chatzis e Dullien, 1983
Fase residual
Modelo em escala de poro: água + n-decanoÁgua deslocando n-decano: Imbibição
Chatzis e Dullien, 1983
NESSE caso, 
não houve formação de fase residual
125
Fase residualFormação de fase residual depende da geometria dos poros
Imbibição: n-decano deslocando ar(Chatzis e Dullien, 1983)
Fase residual
O que acontece com a fase livre de gasolina 
quando o nível d’água sobe?
Migração de LNAPLs – Oscilação NA
Exemplo: M. Oostrom, C. Hofstee & T. W. Wietsma (2006): Behavior of a Viscous LNAPL Under Variable Water Table Conditions, Soil and Sediment Contamination: An International Journal,15:6, 543-564,
LNAPL: 90% (volume) of Peacock lard oil and 10% 1-iodoheptane μ = 3.23 × 10−2 Pa s ρ = 971 kg/m3
126
400 mL
Aumento do NA
15 dias depois 45 dias depois
127
Fase residual
ÁGU� → TCE: drenagemCaixa inicialmente saturada com água
filme TCE_flood – Mayer e Hassanizadeh, 2005
Fase residual
ÁGU� → TCE: drenagem
filme TCE_flood – Mayer e Hassanizadeh, 2005
Relação pressão capilar × Saturação
Fase residual
ÁGU� → TCE → ÁGU� : imbibição
filme water_flood – Mayer e Hassanizadeh, 2005
128
Fase residual
Usual:
Fase molhante
água – ar: água
água – N�PL: água
N�PL – ar: N�PL
3 Fases:Água é molhante, ar é não molhante, NAPL é intermediário
Fase molhante tende a envelopar os grãos de solo, não-molhante ocupa poros maiores
Fase residual
2 fases
after Mayer et al., 2005
Wilson et al., 1990
Fig. XVa from Schwille, 1988
3 fases
Fase residual
Valores típicos
Tipo de solo
Saturação residual
Zona não saturada Zona saturada
Areia 3% 26%
Sandy loam 5% 23%
Silty loam 7% 17%
Argila arenosa 7% 10%
Argila siltosa 4% 5%
Mayer and Hassanizadeh, 2005
129
FONTES E PLUMAS
Fontes e plumas
Água subterrânea flui por essas zonas com 
produto em fase separada imóvel formando 
plumas dissolvidas
(Bedient et al., 1994)
Linhas de fluxo
água limpa N�PL
Água contaminada
formando as plumas
dissolvidas
Fontes e plumas
Dissolução de N�PLs
Em geral, assume-se equílibrio entre fases
Meio subterrâneo tem fluxo e transferência de massa lentos, favorecendo que se aproxime de condições de equílibrio
130
Fontes e plumas
Como são pouco solúveis, 
essas zonas com fase 
separada de produto 
permanecem por longo 
tempo, e as plumas crescem
FONTES!
Linhas de fluxo
água limpa N�PL
Fontes e plumas
John Cherry, 1999; revised by D. Mackay, 2000
Pluma
Área
Fonte
Massa móvelMassa imóvel(resíduo sólido, NAPL)
poço
Fontes e plumas
Fase residual
Por que é muito raro encontrar concentrações na água igual a solubilidade?
131
DNAPL
LNAPLsolvente óleo
After John Cherry, 1999
aquitarde
aquífero
Fontes e Plumas
LN�PL X DN�PL
Fontes e plumas
(L ou D) N�PL na zona não-saturada (acima do 
nível d’água)
Zona não-
saturada
vapores
do N�PL
N�PL na zona
não-saturada
direção de fluxo
Infiltração, lixiviação
Porção da pluma de contaminantesdissolvidos que se originou da infiltração na área do NAPLPorção da pluma de contaminantes dissolvidosque se originou dos vaporesdo NAPL
(John Cherry, 1999)
LNAPL
132
Fontes e plumas
Sw
1
Franja capilar
Distribuição de água no solo
Fontes e plumas
Sharma and Mohamed, 2003, Geotechnique, 53: 225–239
Infiltração de LN�PL
LN�PL (Gasolina: ρ = 0,75 g/cm3)
http://soloeagua-unifesp.webs.com/extras
Fontes e plumas
LNAPL (light non-aqueous phase liquid)
133
Fontes e plumas
LN�PL na zona saturada
Fonte
LNAPL
(fase residual)
Vapor
Zona não-saturada
Volatilização dos
contaminantes
franja capilar
Zona saturada
Fluxo
LNAPL
fase livre
Pluma
(John Cherry, 1999)
Migração de LNAPLs
Você instalou um poço de monitoramento
num posto de gasolina, e mediu uma fase livre
de 80 cm: Onde está o NA?Qual a saturação de NAPL no solo?
Interface água - óleo
Interface óleo - ar
Migração de LNAPLs
Perfis de saturação
Baseado em Lenhard and Parker, 1990
Sw (antes do 
derramento)
Stotal
SwSnapl
134
Migração de LNAPLs
After Lenhard and Parker, 1990
LNAPL water
total
- A distribuição de LNAPL no solo é diferente do que naausência de meiosporosos- Modelo “panqueca” representa bem a distribuição de LNAPL num copo, mas capilaridademuda a distribuiçãodo NAPL
LNAPL
water
Modelo conceitual
“panqueca”
Migração de LNAPLs
Extração hidráulica de LN�PL (poços de 
bombeamento ou trincheira)
oil water
LNAPL water
total
Vazão de NAPL é função de:- permeabilidade do solo- kr (SNAPL)
Migração de LNAPLs
time V
ol
um
e 
cu
m
ul
at
iv