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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
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
114
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).
I
V
A BM N
r1
r2
AB = eletrodos de corrente
MN = eletrodos de potencial
linhas do fluxo de corrente
linhas de equipotencial
r = 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
115
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).
Campo
Primário (Hp)
Campo
Secundário
(Hs)
superfície do
terreno
Loops de
Correntes
Induzidas
Bobina Trasmissora
(TX)
Bobina Receptora
(RX)
Cabo de
Referência
(10, 20 ou 40m)
s= condutividade
do meio
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 dielétricae/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).
Dados e
Comandos
TRANSMISSOR RECEPTOR
ANTENA
TRANSMISSORA
ANTENA
RECEPTORA
Apresentação
Registro
NOTEBOOK
UNIDADE DE
CONTROLE
Superfície
do terreno
ONDAS
EMITIDAS ONDAS
REFLETIDAS
Figura 3. Esquema do método de geo-radar
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.
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
116
Norte
Arara
s
Rio C
laro
Rod. S
P 191
INDÚSTRIA
ESCALA GRÁFICA
0 100
METROS
Figura 4. Mapa de isondutividade (mS/m) da área de infiltração de resíduos (Araras).
NORTE
Vala com resíduo
Limites do aterro
ESCALA
GRÁFICA0 40 80 120
metro
s
LEGENDA
Figura 5. Mapa de Isocondutividade (mS/m) da área do aterro industrial (Sto A. Posse)
117
80 160 240
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Pr
of
u
n
d
id
ad
e 
(m
)
0
distância (m)
PLUMAPLUMAPLUMA
GEO-RADAR: Aterro Industrial - Cruzando a Pluma
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.