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119
O EMPREGO DA PROSPECÇÃO GEOFÍSICA NA AVALIAÇÃO DE PLUMAS DE
CONTAMINAÇÃO POR HIDROCARBONETOS
E. Azambuja
Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul
A. F. U. Costa
Universidade Federal do Rio Grande do Sul
A. S. Nanni
Azambuja Engenharia e Geotecnia Ltda
RESUMO: As sondagens indiretas têm sido utilizadas para identificar anomalias no subsolo, como
forma de delinear uma envoltória preliminar das contaminações, esboçando a provável dinâmica da
pluma e permitindo racionalizar e orientar as prospecções diretas, amostragens e análises
geoquímicas. Entre as técnicas que têm sido adotadas para investigar problemas de contaminações
com hidrocarbonetos, especialmente em postos de abastecimento de combustíveis, destaca-se o
emprego da eletrorresistividade. O presente trabalho apresenta uma revisão dos métodos geofísicos
por resistividade elétrica, considerando a sua aplicabilidade na identificação de plumas de
contaminação por hidrocarbonetos no solo. São apresentados cinco casos históricos desta
aplicação, descrevendo-se os arranjos adotados para a definição da pluma de contaminação, as
sondagens diretas e as técnicas de amostragem e análise utilizadas para o diagnóstico. Conclui-se
com uma avaliação da aplicabilidade das prospecções geofísicas na avaliação de plumas de
contaminação por hidrocarbonetos, destacando-se suas vantagens e limitações.
1. INTRODUÇÃO
Um dos problemas de difícil solução nas
atividades voltadas para a proteção ambiental
consiste na detecção da extensão, em
subsuperfície, da contaminação provocada por
vazamentos em tanques de combustíveis
(gasolina e óleo diesel).
Tipicamente as investigações têm sido
conduzidas por métodos diretos de prospecção,
ou seja, pela execução de uma malha de
sondagens mecânicas e coleta de amostras para
análise geoquímica. Os problemas
relacionados com esse método, em que pese a
sua boa acurácia, estão relacionados com o seu
custo e morosidade.
Os métodos geofísicos elétricos podem
auxiliar consideravelmente na solução do
problema, permitindo a delimitação rápida e
contínua da distribuição lateral e em
profundidade da pluma de contaminação. O
contraste de resistividade elétrica entre as
águas subterrâneas e os hidrocarbonetos é
muito grande, normalmente 1 para 1011. As
dificuldades que podem ocorrer, e que em
certas situações podem resultar em insucessos
na aplicação dos métodos, resultam da forma
como os contaminantes (gasolina e óleo diesel)
comportam-se em subsuperfície e das
características elétricas do meio em que se
encontram (Mazác et ali. 1994).
Na superfície do topo do nível freático,
entre a zona normalmente mais resistiva
subsaturada e a zona abaixo saturada, mais
condutiva, forma-se uma fina camada com
hidrocarbonetos livres, cuja detecção através
dos métodos elétricos depende basicamente da
profundidade em que se encontra.
Normalmente, utilizando-se parâmetros
adequados, as condições de detecção são
favoráveis até profundidades da ordem de 3
metros, em terrenos baixos, formados por 
120
sedimentos mais condutivos, com fração
argilosa predominante. Em terrenos onde o
nível freático é mais profundo e os solos
menos argilosos e mais resistivos, a detecção
dos hidrocarbonetos livres pode tornar-se
muito difícil ou mesmo impossível. Neste caso,
a anomalia capaz de ser detectada refere-se
normalmente aos hidrocarbonetos adsorvidos
às superfícies das partículas do solo, situados
na zona parcialmente saturada, acima do nível
freático. Nesta zona, a capacidade dos métodos
elétricos detectarem a contaminação depende
fundamentalmente das características elétricas
do meio. Quanto mais resistivo for o material,
maior a dificuldade de detecção.
Neste trabalho, são apresentados e
discutidos os resultados dos estudos realizados
em cinco áreas distintas, os quais empregaram,
além dos métodos elétricos, as técnicas de
sondagens mecânicas, com coleta de amostras
de solo e água em diferentes níveis de
profundidade, e análises.
2. FASES DE CONTAMINAÇÃO E
MECANISMOS DE TRANSFERÊNCIA
DE MASSA
Os hidrocarbonetos que constituem os
combustíveis como óleo diesel e gasolina são
compostos de baixa densidade e a maioria dos
seus componentes consistem de uma fase não
solúvel em água. Normalmente, um vazamento
de combustível em um tanque de
abastecimento promove diferentes fases de
contaminação, conforme relatam Mercer e
Coheb (1990). Diante das evidências obtidas
em vários trabalhos realizados no sul do Brasil
e apoiados em relativo consenso no meio
técnico (Kierchheim et al, 1998), propomos a
designação de cinco fases de contaminação que
tipicamente se manifestam em vazamentos de
tanques de combustível e que podem ser assim
descritas:
Fase adsorvida – constitui no halo de
dispersão entre a fonte e o nível freático e
caracteriza-se por uma fina película de
hidrocarbonetos envolvendo grumos de solo ou
descontinuidades existentes no saprólito ou
rocha, sendo mais importante para os produtos
mais viscosos como o diesel;
Fase livre – constitui em um véu não miscível
sobre o topo do freático livre e que pode ser
mais espesso em casos onde o sistema freático
é pouco dinâmico (várzeas);
Fase dissolvida – constitui em contaminações
por dissolução de aditivos polares e por uma
fração emulsionada de hidrocarbonetos que
possui maior mobilidade e dissipa-se abaixo no
nível freático livre, sendo mais importante para
fluidos menos viscosos como a gasolina;
Fase vaporizada – constitui uma fase gasosa
dos componentes voláteis dos combustíveis e
que ocupa vazios do solo ou rocha, sendo mais
importante para os hidrocarbonetos de menor
ponto de vaporização, como aqueles que
compõe a gasolina;
Fase condensada – aparece mais tipicamente
em áreas urbanas onde a pavimentação do solo
é intensa e pouco permeável, caracterizando-se
pela acumulação de produtos condensados sob
os pavimentos.
Na maioria dos casos de contaminação por
combustíveis em postos de abastecimento, a
preocupação do diagnóstico consiste em
delimitar as fases adsorvida e livre, pois estas
são as mais importantes no que concerne ao
risco ambiental e, além disto, são as fases onde
as ações de remediação podem ser mais
efetivas.
A dinâmica dos contaminantes no solo pode
ser modelada através de três mecanismos de
transferência de massa, a saber: advecção,
dispersão e atenuação.
Advecção – consiste no mecanismo onde os
contaminantes seguem coincidentemente com
os vetores de fluxo e guardam uma relação
direta com a velocidade de percolação no solo.
É o mecanismo responsável pela formação e
pela mobilização da fase livre de
hidrocarbonetos.
Dispersão – consiste no mecanismo
responsável pela diminuição da concentração
de contaminantes no fluido de percolação e
que pode se dar através de dois processos:
dispersão hidrodinâmica e difusão molecular.
A dispersão hidrodinâmica acontece pela
restrição de fluxo nos poros do solo que gera
redução de velocidade da percolação dos
componentes mais viscosos. Este processo está
associado à redução da espessura da fase livre
e também pela produção de uma fração de
emulsões que podem compor a fase dissolvida.
121
A difusão molecular é, intrinsecamente, um
fenômeno de diluição de componentes solúveis
e é o principal processo formador da fase
dissolvida, responsável pela maior mobilidade
dos contaminantes.
Atenuação – consiste na redução de
contaminantes transportados pela advecção ou
diluição através de reações químicas ou físico-
químicas entre o solo e os produtos. A
atenuação química é mais intensa em solos
com maior capacidade de troca catiônica e atua
reduzindo componentes das fases livre e
adsorvida. A atenuação físico-química é a
responsável pela formação da fase adsorvida e
consiste no aprisionamento de contaminantes
que se aderem aos grãos do solo, sobretudo aos
grumos de argilas com maior atividade.
3. MÉTODOS GEOFÍSICOS POR
ELETRORRESISTIVIDADEA medição das resistividades elétricas dos
materiais em subsuperfície é feita através de
um arranjo de quatro eletrodos, sendo um
circuito de emissão de corrente e outro de
medição da diferença de potencial. A
resistividade elétrica é determinada
multiplicando-se a resistência medida por uma
constante (k), denominada constante
geométrica, que depende da geometria do
arranjo de eletrodos adotado.
Diversos tipos de arranjo de eletrodos são
empregados: Schlumberger, Wenner, Dipolo-
dipolo, Polo-dipolo, Gradiente, Unipolo, Três
eletrodos, Dois eletrodos, Laterolog, etc. A
escolha do arranjo depende principalmente das
facilidades executivas, em função do modo de
operação adotado para o levantamento.
Existem três modos básicos de operação:
sondagem, caminhamento, e sondagem-
caminhamento. Na sondagem (conhecida como
sondagem elétrica vertical ou SEV) mede-se a
variação vertical de resistividade, fazendo-se
sucessivas leituras com aumento do
espaçamento entre os eletrodos de corrente.
Essa técnica é adequada aquelas situações em
que um modelo formado por uma seqüência de
camadas aproximadamente horizontais pode
representar a realidade. No caminhamento
elétrico a distância entre eletrodos permanece
fixa, medindo-se a variação lateral de
resistividade. Ideal para estudar situações que
podem ser representadas por corpos condutores
ou resistivos com alto mergulho, verticais a
subverticais. A técnica mais apropriada,
sobretudo em áreas complexas, consiste na
combinação sondagem-caminhamento, que
permite definir tanto as variações verticais
como horizontais de resistividade.
Nos casos em que o alvo a ser detectado é
de pequena dimensão ou apresenta contraste
fraco de resistividade em relação à encaixante,
a escolha do arranjo depende de outros fatores,
além das facilidades operacionais. Dentre
estes, destacam-se a profundidade de
penetração, a profundidade de detecção, a
resolução vertical e lateral obtida. Não são
muitos os trabalhos publicados que tratam de
analisar o desempenho dos diferentes arranjos.
Apparao (1991) analisou diversos arranjos
concluindo que, para alvos resistivos (que é o
caso dos hidrocarbonetos) nenhum arranjo
apresenta comportamento claramente superior
aos demais. De qualquer modo, considerando o
fator resolução vertical, destaca os arranjos
Wenner e Schlumberger. Ward (1994)
relacionou 14 fatores importantes na escolha
do arranjo adequado, classificando-os por
notas de 1 a 5, conforme o desempenho. No
que se refere aos dois mais importantes fatores
relacionados ao problema da detecção do
subsolo por hidrocarbonetos, resolução vertical
(camadas horizontais) e lateral (estruturas
verticais a subverticais) os arranjos
considerados mais eficientes são o gradiente
(variação do Schlumberger para
caminhamento) para resolução lateral, e os
Schlumberger e Wenner para resolução
vertical.
A escolha do arranjo Schlumberger em
SEV’s próximas entre si, permitindo a
combinação das informações na forma de
sondagem-caminhamento, justifica-se para a
solução dos problemas relativos ao presente
trabalho.
4. CASOS HISTÓRICOS
Foram estudados três locais em zonas
baixas onde ocorrem depósitos flúvio-aluviais
recentes, com predomínio de sedimentos
argilo-arenosos e duas áreas altas formadas por
122
rochas graníticas e granodioríticas com manto
de intemperismo espesso e nível freático
profundo.
O emprego da investigação geofísica teve
como objetivo identificar o perfil geotécnico e
proceder um delineamento preliminar da
extensão da pluma de contaminação. Esse
delineamento permite racionalizar o número de
sondagens, as profundidades alvo para a coleta
de amostras e suas correspondentes análises.
Em nenhum caso, portanto, a geofísica foi
considerada um método auto-suficiente para o
diagnóstico da contaminação.
O método eletrorresistividade (ER) foi
empregado através das técnicas de sondagens
elétricas verticais e de caminhamentos
elétricos, através dos arranjos Schlumberger e
parâmetros adaptados a cada caso. As SEV's,
normalmente visaram a estimativa da
profundidade do nível freático e a
caracterização indireta do perfil geológico em
cada área. Os caminhamentos elétricos visaram
a detecção da contaminação em vários níveis
definidos. As técnicas de sondagem
empregadas foram trado manual e em alguns
casos sondagens rotativas até 8 metros. Nas
análises para determinação de gasolina e óleo
diesel foram empregadas as técnicas de
cromatografia a gás e absorção em gel de
sílica.
Uma síntese de cada caso, mostrando o
perfil, arranjos utilizados e a correlação obtida
com as amostragens diretas pode ser vista no
quadro 1.
4.1 Caso 1
O posto localiza-se sobre sedimentos
argilosos recentes dispostos em camadas e
lentes. Na realização da prospecção geofísica
foi utilizado o arranjo Schlumberger com
espaçamento fixo de 5m entre eletrodos de
corrente. Este espaçamento visou avaliar a
variação da resistividade elétrica em
subsuperfície a uma profundidade entre 1,5 e
2,0, intervalo de oscilação do lençol freático e
de desenvolvimento da franja capilar.
As resistividades elétricas medidas em
pontos mais afastados do posto, permitiram
identificar valores de background do terreno
que compreendem ao intervalo entre 30 e 50
ohm.m.
O background sugeriu que valores acima de
50 ohm.m podem significar contaminação e
que valores superiores a 100 ohm.m
representam anomalias possivelmente
associadas à acumulação de hidrocarbonetos
ou às fontes dos mesmos.
Esses dois valores foram adotados como
filtros para a identificação da máxima
envoltória de contaminação e para a avaliação
das fontes de contaminação, respectivamente.
A figura 01 mostra a espacialização das áreas
de isorresistividade para os dois filtros
escolhidos.
Quadro 1 – Síntese dos casos históricos diagnosticados com o auxílio da eletrorresistividade.
Caso Perfil Modo de
operação
Arranjo Correlação com as
análises geoquímicas
1 Sedimentos recentes muito
argilosos, NF 1,50 m
sondagem-
caminhamento
SchlumbergerBoa
2 Sedimentos recentes arenosos
e argilosos, NF 1,60 m
sondagem-
caminhamento
SchlumbergerSatisfatória
3 Sedimentos recentes arenosos
e argilosos, NF 3,0 m
sondagem-
caminhamento
SchlumbergerRegular
4 Alteração de granodiorito, NF
7,00 m
sondagem SchlumbergerSatisfatória
5 Alteração de sienogranito, NF
não identificado
sondagem-
caminhamento
SchlumbergerRuim
123
Na prospecção direta, foram executados
cinco furos com trado manual e amostrados
níveis de solo até dois metros de profundidade.
Os teores de hidrocarbonetos encontrados
variaram entre 160 e 390 mg/kg para óleos e
graxas e 0,08 e 87,7 mg/kg para gasolina. Foi
verificada também a presença de óleo diesel,
mas em concentrações pouco expressivas.
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150
250
350
450
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POSTO
tanques
(A)
(B)
Figura 01: envoltórias de isorresistividade com
filtros em (A) 50 ohm.m e (B) 100 ohm.m.
4.2 Caso 2
Este posto também situa-se em terreno
baixo onde predominam sedimentos da calha
fluvial de natureza areno-argilosa e depósitos
de várzea. O nível freático está a 1,6 m de
profundidade, mas sofre variações expressivas
mesmo com pequenas contribuições pluviais.
Na detecção de anomalias resistivas, as
SEV’s revelaram zonas de escape de
contaminantes na profundidade de 1,0m junto
às instalações do posto. Em profundidades
superiores a 1,5m, as linhas de
isorresistividade indicam a migração de
contaminantes coincidente com as redes de
esgoto pluvial e sanitário, uma vez queestas
foram reaterradas com solos granulares.
As envoltórias de isorresistividade para os
níveis 1.0m e 1.6m aparecem na figura 02.
Na prospecção direta, foram visados os
locais onde as medições geofísicas mostraram
resistividades anômalas. Para as anomalias
resistivas registradas a noroeste do posto nos
níveis 0,6m e 1,0m (figuras 02a), as análises
químicas mostraram concentrações de
1.845mg/kg para gasolina e de 57,6mg/kg para
óleo diesel. Outra amostragem de solo foi
realizada no ponto onde a resistividade se
apresentou anômala, em uma porção mais a
noroeste, como pode ser visto na figura 02(b).
As concentrações de gasolina e óleo diesel
encontradas nesta amostra de solo foram 1.131
e 984mg/kg, respectivamente. Amostras
coletadas fora da envoltória de anomalia de
resistividade apresentaram teores inferiores a
10 mg/kg de hidrocarbonetos.
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tanques
tanques
(A)
(B)
Figura 02: envoltórias de isorresistividade para
os níveis (A) 1,0 m e (B) 1,6 m.
4.3 Caso 3
Este posto também encontra-se em terreno
baixo onde os materiais que constituem o
subsolo são de natureza argilo-arenosa,
associando sedimentos de calha fluvial e
leques aluviais. O nível freático local encontra-
se a 3,0m de profundidade e apresenta
oscilações apenas em situações de grande ou
constante pluviosidade.
A campanha de prospecção indireta
procurou determinar resistividades em
intervalos de profundidade de 1,0 a 2,0m e 2,5
a 4,5m. Em ambos os níveis, os resultados
obtidos foram filtrados em 60 ohm.m, em
função das interferências causadas por redes de
124
serviço existentes no subsolo.
Foram detectadas anomalias resistivas nos
dois níveis amostrados. As envoltórias de
isorresistividade para o nível mais profundo
são apresentadas na figura 03.
A campanha de prospecção direta valeu-se
de cinco análises químicas em amostras
retiradas em pontos lindeiros ao posto. As
concentrações de hidrocarbonetos encontradas
foram correlacionadas com as possíveis fases
de contaminação existentes em cada nível do
subsolo. Cada nível amostrado parece
caracterizar uma fase de contaminação e, em
especial, as amostras retiradas sob a base dos
pavimentos sugerem a presença de uma fase
condensada. O quadro 2 mostra os teores para
cada fase de contaminação.
Quadro 2: Teores de hidrocarbonetos
identificados em cada fase de contaminação.
Fase Teor (mg/kg)
Livre 300 a 500
Adsorvida 30 a 150
Condensada 100 a 300
Figura 03: envoltórias de isorresistividade para
profundidades entre 2,5 e 4,0 m.
4.4 Caso 4
Este posto está disposto sobre o manto de
alteração de rocha granodiorítica onde
intercalam-se solos argilosos e níveis mais
granulares. A hidrogeologia local é comandada
pelos diferentes materiais que constituem o
manto de alteração, sendo verificada a
presença de dois aqüíferos: um suspenso a
1,7m e outro livre a 7m de profundidade.
Na campanha geofísica, identificou-se
anomalias de resistividade superficiais e
profundas que coincidiram com os aqüíferos
existentes.
Na prospecção direta foram coletadas 18
amostras na envoltória resistiva superficial e 9
amostras para a pluma resistiva profunda. O
quadro 3 mostra os resultados obtidos. As
envoltórias resultantes de ambas prospecções
podem ser apreciadas na figura 04.
Quadro 3: Teores de hidrocarbonetos
encontradas nas amostras de solo.
Nível Fase Teor (mg/kg)
Superf. Livre 0,01 a 150
Profunda Livre/Adsorvida 0,01 a 497
4.5 Caso 5
Este posto encontra-se disposto sobre manto
de alteração de rocha granítica, onde os
materiais que compõem o regolito são de
natureza areno-argilosa.
A campanha de prospecção geofísica
executou três SEV’s de calibragem em
profundidade e posteriormente mais 44 em 6
diferentes níveis de profundidade.
Os resultados obtidos forneceram
informações sobre a espessura do manto de
alteração e possíveis locais de saturação em
água. Devido às características do substrato, o
tênue contraste resistivo gerado pelos
hidrocarbonetos não foi detectado claramente
pelas investigações geofísicas.
Na prospecção direta, foram realizados 11
furos e coletadas 14 amostras. Os teores
encontrados nas amostras possibilitaram a
geração de uma envoltória de contaminação
com filtro em 15 mg/kg.
Uma comparação entre as envoltórias de
isorresistividade e de isoteores de gasolina e
diesel para uma profundidade de 1,6m é
apresentada na figura 05, na qual fica evidente
o insucesso da prospecção geofísica.
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Prof. entre 2,5 e 4,0 m
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Figura 04: Envoltórias de isorresistividades e de isoteores de hidrocarbonetos em área de alteração
de granodiorito
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37,78
32,8
42,3
42,3
40,5
41,3
41,1
43,5
41,7
42,6
33,6
Prospecções Geofísicas Prospecções Geoquímicas
PROF. 0,5m PROF. 1,0m
PROF. 1,0 A 2,0mPROF. 1,0m
PROF. 7,0m PROF. 6,5m
126
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
550
600
650
700
750
re
si
st
iv
id
ad
e 
(o
hm
.m
)
Prof. 1,6 m
F11
F9
F2
F10
F1F3
F4
F5
F6
F7
F8
F11
F9
F2
F10
F1F3
F4
F5
F6
F7
F8
15
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
1500
15
100
200
300
400
500
600
700
800
co
nc
en
tr
aç
ão
 (
m
g/
kg
)
co
nc
en
tr
aç
ão
 (m
g/
kg
)
sanga
sanga
tanques, bombas e 
rampa de troca de óleo
rede de esgoto desativada
rede de esgoto atual
tanques, bombas e 
rampa de troca de óleo
rede de esgoto desativada
rede de esgoto atual
sanga
tanques, bombas e 
rampa de troca de óleo
rede de esgoto desativada
rede de esgoto atual
(A)
(B)
(C)
Figura 05: resultados das investigações direta e
indireta para profundidade de 1,6m – (a)
envoltórias de isorresistividade, (b) isoteores
de gasolina e (c) isoteores de diesel.
5. CONCLUSÕESO método de prospecção geofísica por
eletrorresistividade apresentou-se como uma
ferramenta útil no diagnóstico de plumas de
contaminação por hidrocarbonetos e
combustíveis correlatos. Entretanto, a técnica
mostra-se mais acurada quando associada a
determinados perfis de subsolo, especialmente
aqueles que favorecem o contraste de
resistividade a partir da presença do próprio
hidrocarboneto, sabidamente mais resistivo do
que a água e do que os argilo-minerais.
Em ambientes de depósitos recentes,
especialmente nas várzeas com freático
próximo à superfície, a geofísica pode
determinar com relativa acurácia a fase livre de
contaminantes, ou seja, aquelas ocorrências em
forma de lâminas não miscíveis sobre o
freático. Para freáticos com profundidades
superiores a 4 metros, a determinação indireta
da fase livre é virtualmente impossível.
Em ambientes com menor saturação, a
geofísica pode determinar a fase adsorvida dos
contaminantes, ou seja, aquela que
corresponde ao halo de dispersão de
hidrocarbonetos, especialmente se esses
produtos forem mais viscosos como o diesel.
Essa determinação, todavia, só possui boa
correlação com a pluma de contaminação
quando essa fase desenvolve-se em solos mais
argilosos, onde o contraste de condutividade
elétrica é maior.
6. REFERÊNCIAS
Apparao, A., 1991, Geoelectric profiling.
Geoexploration, 27, 351-389.
Kierchheim, R.E.; Cota, S.D.S.; Caicedo, N.L.
contaminação de águas subterrâneas por
vazamentos em tanques de combustíveis na
cidade de Porto Alegre – RS: diagnóstico
preliminar. In: II SIMPÓSIO
INTERNACIONAL DE QUALIDADE
AMBIENTAL, Porto Alegre, 1998. Anais.
pp.500-504.
Mazác, O., Benes, L., Landa, 1. & Maskova,
A. Determination of extent of oil
contamination in groundwater by
geoelectrical methods. Geotechnical and
Environmental Geophysics, Ed: Stanley H.
Ward, SEG, V. 11, 1994, pp.107-112.
Mercer, J.W.; Coheb, R.M. A Review of
immscible fluids in the subsurface:
properties, models, characterization and
remediation. Journal of Contamin.
Hydrology, V.6, 1990. pp. 107-163.
Ward, S. H., 1994, Resistivity and induced
polarization methods. Geotechnical and
environmental geophysics. SEG, Volume I,
147-190

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