Artigos científicos para auxilo de TCC - Mecanica dos solos

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CARACTERIZAÇÃO DE PERFIS DE SOLOS CONTAMINADOS
A. Quaresma
ENGESOLOS - Engenharia de Solos e Fundações Ltda
RESUMO: Este trabalho pretende mostrar duas novas técnicas de amostragem disponíveis hoje no
país e que chegaram há pouco tempo. O artigo não esgota o assunto, mas traz essas “novidades” e
as aborda rapidamente. Em primeiro lugar discorre sobre os equipamentos e, em seguida, sobre a
amostragem citando outras possibilidades de investigação como poços de monitoramento e coleta
de gases (vapores) no solo.
1. INTRODUÇÃO
Até não muito tempo atrás, a amostragem
de solos para meio ambiente no Brasil era feita
de forma indistinta, no que se refere aos
equipamentos utilizados. De modo geral,
utilizava-se o tradicional equipamento de
sondagem a percussão para profundidades
médias e trados manuais para investigações
rasas acima do nível d’água. Em alguns casos
mais raros, eram utilizadas sondas rotativas
com amostradores especiais para a coleta de
solo. A razão disso era, em primeiro lugar, a
não disponibilidade de equipamentos mais
modernos. Como segunda razão, a mão de obra
utilizada era aquela já habituada ao manuseio
de tais ferramentas. Os equipamentos, por sua
vez, eram transportados para quase todos os
locais de trabalho e, se necessário, até na mão
(a pé).
2. EQUIPAMENTOS
Com o passar dos anos e o crescente
aumento da demanda de investigação de solos
contaminados, surgem os primeiros
equipamentos mecanizados no Brasil, porém,
largamente utilizados no exterior,
especialmente nos Estados Unidos. Temos
notícias de que os primeiros trados manuais
especiais (“hand augers”) importados e alguns
amostradores começaram a ser utilizados no
final da década de 80 e início da de 90. Porém,
os primeiros equipamentos mecanizados
surgiram aqui em 1997 e 1998. São máquinas
de porte variado, autopropulsionadas e que
permitem o trabalho com o menor contato
humano possível com a amostra,
eventualmente contaminada, o que é
extremamente importante do ponto de vista de
saúde do operador e demais envolvidos na
investigação.
Figura 1 – Equipamento CME 75
O primeiro desses equipamentos foi um
CME 75 (Figura – 1), em julho de 1997. É uma
sonda rotativa montada sobre caminhão. Esse
fabricante americano tem uma vasta série de
opções, sendo que esse é o modelo
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intermediário entre os diversos modelos
oferecidos. Dependendo do tipo de ferramenta
utilizada e do tipo solo, tem capacidade de
perfuração em solo e/ou rocha de até 200
(duzentos) metros de profundidade. O
equipamento disponível no mercado está
equipado para perfurações em solo até 30
(trinta) metros, com trados ocos (HOLLOW
STEM AUGER) – Figura 2. de diâmetro
interno 4 ¼” ou 6 ¼”, além de trados
helicoidais sólidos tradicionais, de 3” de
diâmetro aproximadamente.
Figura 2 – Trado Oco (Hollow Stem Auger)
O mais importante é o amostrador que o
equipa, possibilitando amostragens contínuas
de solo com amostras acondicionadas em
camisas (“liners”) de material plástico ou aço
inox, de 3” de diâmetro. Essa técnica permite
obter uma idéia exata do perfil do terreno
naquele local amostrado e a condição do solo.
A partir da retirada da amostra e da descrição
do material, o consultor escolhe a parte que
lhe interessa encaminhar ao laboratório. O
contato com o material é mínimo e sempre
feito por profissionais treinados para tal e
devidamente paramentados. A amostragem
realizada com a utilização desse equipamento é
obtida após perfuração a seco. O trado oco
(HOLLOW STEM AUGER) mantém o seu
interior “isolado” do resto da formação, na
maioria dos casos. Isso ocorre em função de
existir por dentro dele durante a perfuração,
outro trado helicoidal de hélice contrária, que
expulsa o material do interior
do tubo (Figura 3).
Figura 3 – Trado Oco Montado
Alguns tipos de materiais impossibilitam
esse isolamento, como o caso de areias abaixo
do nível d’água, porém, a água em contato com
a amostra é aquela da qual ela provém. Não se
utiliza água na perfuração. Em raríssimos
casos é adicionada água dentro do trado oco
para equilibrar a pressão. Nesses casos, a
origem da água utilizada deve ser conhecida,
além de se recolher amostra para determinação
de eventuais componentes nela diluídos. Em
certos casos os consultores utilizam
amostragem a cada metro ou a cada metro e
meio (5’ – em função do comprimento das
ferramentas). Para tanto usamos o tradicional
amostrador SPT, em certos casos com um
“liner” plástico de parede fina, para a coleta de
amostra, ou simplesmente coletamos a amostra
dentro do próprio tubo do amostrador. O
amostrador passa a ser cravado com golpes de
martelo sendo este automático de acionamento
mecano-hidráulico. Sua massa é de 65 kg e a
altura de queda é de 75 cm, como no ensaio
SPT.
Em 1998 chegou ao país o primeiro
equipamento para utilização da técnica
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conhecida nos Estados Unidos por “Direct
Push”. Também o fabricante desse
equipamento, importado em final de 1998,
fornece uma gama variada de possibilidades de
montagem do equipamento. Basicamente o que
varia é o meio de transporte. Em alguns,
especialmente nos extremos dessa gama de
opções, varia também a potência do
equipamento. Existe desde uma torre e uma
unidade separada onde está o motor e a parte
hidráulica (Figura 4), até equipamentos
montados sobre esteiras e que se
autolocomovem, como o que aqui chegou no
final de 1998 (Figura 5). Cada qual tem sua
finalidade e não pode ser desprezado. Porém,
quando se discute produção e agilidade, os
autopropulsionados são muito mais eficientes.
Figura 4 – Equipamento portátil
Enquanto o procedimento citado
anteriormente consiste na perfuração do solo, a
técnica Direct Push é a cravação do amostrador
através de golpes de martelo hidráulico. É
como se pensássemos numa furadeira de
impacto, mas sem girar. É um martelete. Essa
técnica permite uma produtividade muito
grande e uma quase inexistente produção de
resíduos de perfuração. Como no outro caso,
não existe a conhecida “lavagem” ou
“circulação de água” para se atingir a
profundidade desejada. As hastes e demais
ferramentas são especialmente tratadas para
suportarem os golpes do martelo e
atravessarem materiais resistentes. A
profundidade possível de ser atingida é
diretamente proporcional ao tipo de formação e
sua resistência. Certos modelos, como o que
teremos disponível para utilização no mercado
nacional até o final desse ano, combinam as
duas modalidades: trado oco e Direct Push
(Figura 6). Em determinados trabalhos é
necessária a instalação de poços de
monitoramento ou de remediação, de
diâmetros 2” ou 4”, após a amostragem. Daí a
vantagem em se utilizar equipamento
combinado. Esse equipamento ocupa pequeno
espaço de manobra e trabalho e tem altura
reduzida, propiciando trabalho em locais de
difícil acesso ou estreitos e cobertos (postos de
gasolina, linhas de produção de fábricas,
taludes, etc...).
Figura 5 – Equipamento montado sobre esteira
de borracha
Em relação à amostragem, seja ela realizada
utilizando-se qualquer uma das técnicas, deve
ser executada com ferramentas e equipamentos
limpos, “descontaminados” com detergentes
próprios e, especialmente as ferramentas que
têm contato com o solo, devem estar isentas de
qualquer material que possa prejudicar a
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qualidade da amostra (do ponto de vista
contaminação), como graxa por exemplo.
Figura 6 – Equipamento Combinado Direct
Push e Hollow Stem Auger
As ferramentas devem ser igualmente
adequadas para não reagirem com o potencial
contaminante que se presume encontrar. Toda
amostragem deve prever uma estação de
descontaminação para as ferramentas que
penetram no solo de forma a não carrear
eventuais contaminantes entre as camadas de
solo ou entre furos diferentes. Após a
realização da perfuração os furos devem ser
preenchidos com cimento, bentonita ou a
combinação desses - “grout”, emtraço
adequado à formação geológica e
especificidades do local.
3. GROUT E AMOSTRAGEM
A operação de preenchimento dos furos
pode ser feita por gravidade em furos de maior
diâmetro, mas é recomendável a utilização de
equipamento específico para este fim, com
capacidade de preencher o furo de baixo para
cima. Essas “bombas de grout” (Figura – 7)
como são chamadas, são especialmente
desenhadas para bombearem a mistura em
pequenas “doses” não contínuas e seu projeto
prevê a posterior desmontagem do
equipamento para adequada limpeza. Os tubos
que levam a mistura ao furo são descartáveis e
utilizados apenas uma vez.
Figura 7 – Bomba de Grout
A amostragem de solo com a técnica Direct
Push pode ser contínua ou localizada. Tanto é
possível amostrar todo o perfil do solo
perfurado como conduzir o amostrador até
determinada profundidade com a ponta
fechada, remover da superfície o plug de
fechamento do amostrador e prosseguir
amostrando o solo. O comprimento de
amostragem pode ser de aproximadamente
0,60 m ou de aproximadamente 1,20 m. As
amostras são sempre coletadas em camisas de
plástico de parede fina (“liners”) Figura 8. Os
diâmetros dessas camisas podem ser de 3/4” ou
1 ½”. A perfuração do solo com essa técnica,
praticamente não produz resíduos de
perfuração
Figura 8 – Amostragem de solo com camisa de
plástico
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O material atravessado é “empurrado” para a
lateral quando o amostrador de ponta fechada é
cravado ou entra dentro do amostrador, ficando
alojado na camisa de plástico que está dentro
dele (Figura 9).
Figura 9 – Amostra acondiciona no “liner”
4. AMOSTAGEM DE ÁGUA E GÁS
Além da amostragem do solo, ambas as
técnicas apresentadas nos possibilitam a
instalação de poços de monitoramento para a
amostragem da água do subsolo. Os mais
conhecidos são aqueles em que são instalados
em perfurações de 4” ou 6” de diâmetro
interno. No Brasil, normalmente são
confeccionados em PVC geomecânico, exceto
quando o contaminante previsto de ser
encontrado não permite sua utilização devido à
reação. No caso da utilização do trado oco
como citado acima, estes poços de
monitoramento são instalados dentro deste
(Figura 10) e o pré-filtro é executado com areia
que é lançada à medida que se retira o trado
oco (revestimento).
A técnica Direct Push nos permite instalar
poços de monitoramento temporários, de
pequeno diâmetro. Após a amostragem de solo,
é instalado um filtro de aço inox (Figura 11),
no qual é introduzido uma mangueira com
válvula, para possibilitar a amostragem de
água através de movimentos peristálticos. Esse
tipo de amostragem é extremamente útil
quando não se pode deixar instalado um poço
de monitoramento definitivo, de maior
diâmetro. Tem porém, suas desvantagens. Em
determinadas formações não se consegue
eliminar toda a turbidez da água e em outras, a
permeabilidade é muito baixa demandando
muito tempo para se coletar a amostra. No
Brasil ainda não está disponível o tubo de PVC
schedule 40 ou 80 de pequeno diâmetro – ¾”
ou ½”, o que nos permitiria a instalação de
filtros pré-montados (Figura 12) e poços de
monitoramento desse diâmetro (1”), muito
utilizados em outros países.
Figura 10 – Trado oco pronto para instalação
do poço de monitoramento
Figura 11 – Poços de monitoramento
temporários
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Figura 12 – Filtro pré-montado
Igualmente à construção dos poços de
monitoramento de pequeno diâmetro, temos a
opção de amostrar gás (vapores no solo),
utilizando-se ferramentas especialmente
desenvolvidas para tal, quando se utiliza a
técnica Direct Push. Ao invés de se instalar um
filtro de aço inox dentro da composição
utilizada na perfuração para amostragem de
solo, instala-se um tubo especial para a coleta
de gases.
Esse sistema apresentado na Figura 13 é
conectado na superfície a uma bomba de
vácuo. Essa bomba tem saída para diversos
tipos de recipientes tais como sacos de material
apropriado, balões de aço, e saída direta para
cromatógrafos de campo. A amostragem de
vapores através dessa técnica começa a ser
utilizada mais freqüentemente. Até então, o
mais comum tem sido a medição do gás
(vapor) diretamente na amostra retirada do
solo.
5. AGRADECIMENTOS
Eng. Orozimbo A de Lima Campos
Geol. Nilton Jorge Miyasiro
Geol. Fernando de Medeiros Ferraz
Enga. M. Rosana. B. Dragone
Sondadores e demais funcionários da
ENGESOLOS
6. REFERÊNCIAS
GEOPROBE SYSTEMS, manuais e fotos
CME – Central Mine Equipment CO,
catálogos e manuais
ENGESOLOS – Engenharia de Solos e
Fundações Ltda, fotos
Figura 13 – Esquema de funcionamento do
dispositivo de coleta de gás