01 Unidade 1 Planejamento de investigação de campo

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Investigação de campo e remediação
Unidade 1
Planejamento de investigação de campo 
Rafael Sathler
UNIDADE 1
PLANEJAMENTO DE INVESTIGAÇÃO DE CAMPO
1.1. Informações prévias relevantes
1.2. amostragem: tipos de amostras, amostradores, qualidade de amostras
1.1 Informações prévias relevantes
Escolha de locais de investigação
Alguns lugares possuem características que ajudam os cientistas ambientais a escolher um “tema” de estudos em vez de outros.
Ex.: área contaminada, erosão, terreno edificável, minério, rio com corredeiras (hidrelétrica), jazidas em geral (rocha) etc.
O conhecimento a priori (revisão da literatura) das características físicas, químicas e biológicas é essencial em pesquisas ambientais.
Conhecimento prévio do local de estudos
Informações sobre horizontes do solo e camadas de rocha podem determinar onde coletar, p.ex. em áreas com resíduos industriais.
Indispensável conhecer os ciclos dominantes que afetam o ambiente (clima, hidrologia etc.).
Informação sobre a taxa de degradação de um pesticida ajuda a projetar série de amostras de solo eficaz em termos de custos:
meia vida de 6 meses = amostras de 3 em 3 meses, 2 a 3 anos. 
meia vida de 30 dias = amostras semanais durante 6 meses.
Exemplos de informações prévias relevantes 
Variável de acordo com o tipo de investigação a se realizar, como se verá a seguir:
Lavra de rochas ornamentais
Ênfase no planejamento de campo (fase 1) e no reconhecimento de campo (fase 2), previamente às análises (fase 3).
Fase 1 – Revisão de informações
1. ESTUDOS BIBLIOGRÁFICOS
1.1. Introdução
1.2. Fisiografia
1.3. Infra-estrutura
1.4. Geologia regional
1.5. Unidades de conservação ambiental
Fase 02 – Exploração de campo a nível regional: já posterior às informações prévias relevantes
2.1. Reconhecimento local
2.2. Levantamento topográfico em campo
2.3. Mapeamento geológico/estrutural
2.4. Amostragem dos corpos de rocha
2.4.1. Para testes em laboratório (petrografia e testes físicos)
2.4.2. Para testes industriais
2.4.3. Para testes de mercado
2.5. Sondagem rotativa a diamante
2.6. Geofísica
Análises laboratoriais e relatório final 
2.7. Caracterização tecnológica da rocha (apresentar boletins e laudos)
2.8. Testes de beneficiamento
3. Cálculo de reservas
3.1. Matacão
3.2. Maciço
4. Análise de pré-exequibilidade econômica de lavra
5. Apresentação do relatório final de pesquisa
6. Conclusão
Levantamentos preliminares em canteiro de obras
Atender ao programa de necessidades, considerando as dimensões necessárias ao empreendimento. Considerar ou verificar ainda:
infra estrutura (vias de acesso, água, energia),
áreas de estacionamento, recuos, vegetação e outras exigências fixadas pela legislação nas diversas esferas,
disponibilidade de mão de obra e materiais,
tipo de solo, nível do lençol freático,
situação legal do terreno etc.
Levantamento prévio ao canteiro de obras
Fluxograma de atividades preliminares ao canteiro de obras
Levantamento preliminar em áreas com erosão, contaminação, degradação ambiental em geral
Cadastros governamentais ou não governamentais de acidentes, contaminações, desabamentos, erosões etc., para escolha do local a investigar: INEA, IBAMA, Chico Mendes, MMA, CEDAE, bombeiros, Prefeituras Municipais, Defesa Civil, Marinha do Brasil etc.
Levantamento bibliográfico sobre informações da área – solos, rochas, clima, relevo, vegetação, população, vias de acesso etc.: EMBRAPA (solos), RADAMBRASIL (vários), IBGE (relevo), CPRM (rochas) etc.
Exemplo de investigação sobre erosão
(e geotecnia em geral)
Capítulo 2 é todo baseado em publicações de terceiros e pode ser realizado sem sequer ir a campo.
Exemplo de investigação de erosão
Apenas a partir de determinado momento, se torna necessário ir a campo: para levantamento detalhado (cap. 4)
Levantamentos topográficos
Acompanha a fase de mapeamento, definido por um plano (X,Y) ao longo da superfície terrestre e uma 3a dimensão (eixo Z): altura (atmosfera) ou profundidade (oceanos).
Pode variar de escalas de 1: 5.000 a 1: 500, a depender das dimensões do fenômeno pesquisado (tamanho do canteiro de obras, da erosão etc.)
Para questões de contaminação, depende da área atingida; quanto menor a área contaminada, maior terá de ser o detalhamento.
Fontes potenciais de poluição da água
(Arizona Water Resources Research Center, 2002)
Tanques de estocagem enterrados
Estações de tratamento de água residual
Aterros permeáveis
Pastagens, mineração
Fontes salinas naturais
Águas pluviais urbanas
Fertilizantes, pesticidas
Caixas sépticas
Lixões ilegais
1.2. amostragem:
tipos de amostras, amostradores, qualidade de amostras
Tipos de amostras
Tipos de Amostragens Ambientais
Coletas, ensaios, monitoramentos e medidas não podem ser realizados sem afetar o ambiente de algum modo.
Amostragens destrutivas:
Impactam de modo permanente o meio ambiente, afetando a sua integridade ou removendo algumas de suas unidades. 
Exs.: construção de um poço para coletar amostras de água subterrânea; coleta de amostras biológicas (muitas vezes são sacrificadas).
Amostragens não destrutivas, ou não-invasivas:
Minimizam alterações no meio ambiente em decorrência do próprio processo de amostragem.
Exs: sensoriamento remoto, que registra radiação eletromagnética através de sensores (imagens de satélite), sensores geofísicos em geral (GPR).
Relacionados ao tipo de unidade: água, solo, rocha.
Menor amostra ou observação que tem (ou acredita-se ter) todos os atributos do ambiente alvo.
Geralmente segue ciclos naturais como estação do ano, dia, mês, ano, etc. Intervalos de tempo mais precisos são também utilizados (segundos, minutos, horas, semanas, etc.)
Tipos de coletas
Exemplos de diferentes protocolos de amostragem:
 A amostra de água de um rio é feita no centro do seu leito, à metade da profundidade, em uma determinada posição ao longo de seu curso.
A amostra deve ser coletada em uma localização que possua propriedades tais como velocidade e composição química, representativas das propriedades médias do rio.
O tamanho da amostra é definido pelos requisitos metodológicos e analíticos selecionados.
Protocolos de amostragem
 Amostra de solo coletada em um campo agrícola.
As amostras são coletadas independentemente de características especiais do terreno (cobertura vegetal, depressões, saliências).
A massa de solo coletada (usualmente de 300g a 1 Kg) é determinado pelo equipamento e pelos requisitos metodológicos e analíticos.
Protocolos de amostragem e representatividade
 Amostra de ar coletada no cruzamento de ruas durante um certo intervalo de tempo para análise de partículas.
Requer a passagem de um volume de ar fixo e determinado através de um filtro.
A amostra real é o quantidade de partículas coletadas. Todavia, o volume ar é limitado pelo mecanismo do sistema de filtragem; o número de partículas mínimo e máximo necessárias de serem coletadas para detecção e o intervalo de amostragem.
Protocolos de amostragem e representatividade
 Amostra coletada de uma planta para medir a absorção de nutrientes ou acumulação de poluentes.
Tecidos de parte da planta (folhas e raízes) são coletados de plantas em estágio de crescimento similar.
O suporte da amostra (de 10 a 200g de peso) é definido pelo genotipo e morfologia da planta.
De uma maneira geral as folhas podem ser coletadas integralmente (ao contrário das raízes, ramos e caules).
Protocolos de amostragem e representatividade
Amostragem de folhas de nogueira-pecã para análise de nitrogênio. 
Apenas o par central de folíolos, e de folhas novas, é coletado.
(Nitrogen Fertilizer Management in Arizona, T. Doerge, R. Roth, and B. Gardner, University of Arizona, 1991)
Broto
Novo
crescimento
amostras
 A medição da cobertura de uma superfície viaaerofotografia.
O número de arbustos por unidade de área deve ser contado. Portanto deve-se escolher uma resolução suficiente que possibilite identificar arbustos individuais de um certo tamanho.
A resolução da foto em pixels será determinada pelo tamanho mínimo do arbusto a ser detectado e pela área de cobertura.
O equipamento fotográfico, o tipo de avião, incluindo altitudes máxima e mínima, devem ser levados em consideração.
Protocolos de amostragem e representatividade
FIGURE 2.4 (A) Picture shows a digital picture of a landscape with partial vegetation. (B) Picture shows an enhanced section of one 20-cm-tall shrub (30 x 30 pixels). If(A) had a lower resolution (less pixels per unit area), the shrub could not be identified. (Source: J. Artiola.) 
(A) Picture shows a digital picture of a landscape with partial vegetation.
(B) Picture shows an enhanced section of one 20-cm-tall shrub (30 x 30 pixels).
If(A) had a lower resolution (less pixels per unit area), the shrub could not be identified.
(Source: J. Artiola.)
Padrões espaciais de amostragem
A coleta de amostras (às vezes) se dá em 3 dimensões.
Ao invés de se coletar amostras randômicas (aleatórias), na maioria das vezes usa-se amostragem sistemática (em intervalos fixos), ou amostragem estratificada (definida por camadas geológicas).
Geralmente quando ainda não se tem um alvo definido para análise, ou área focada.
Evita resultados tendenciosos. Oferece resultados preliminares.
Randômico (Random)
Para mapear poluentes em mapas de contorno; para encontrar hot spots, vazamentos subsuperficiais e objetos ocultos. Comparar com o randômico (X).
Sistemática (grid)
Esquema com distribuição sistemática dos pontos de amostragem e adensamentos nos pontos previamente identificados como áreas suspeitas de contaminação (áreas sombreadas)
Ao longo de vias da possível migração, por padrões de topografia e vento.
Estratificada
Em estratos pré definidos (conhecimento pedogeológico prévio).
Mais racional, mais econômico, mais confiável.
Grande Canyon, AZ
a) Sistemática: mais custoso e ignora a topografia.
b) Transversal = toposseqüências: considera a topografia para encontrar limites; redução do custo de amostragem.
Wilson, 2004.
Exploratória (grab, search or exploratory)
Abordagem tendenciosa (um local e uma situação muito específicos).
Usada apenas para a identificação de ausência ou presença.
Ex.: medição de hidrocarbonetos voláteis na superfície do solo para identificar fontes de poluição.
VOA: volatile organic compound
Qualidade das amostras
No. de amostras  limitado pelos custos de coleta e análise;
Quantidade  tecnologia usada e transporte impõem limites;
Localização da amostra  depende da acessibilidade
A eficácia e qualidade da pesquisa são +/- limitadas desde a amostragem
Fatores limitantes à amostragem
Decisões quanto à amostragem
Número e tipo de amostras coletadas no espaço e tempo
Tanto mais quanto maior a complexidade do fenômeno estudado.
Custos reais do plano de amostragem
Inclui a coleta de amostras, análise, interpretação.
O custo é determinado pela acurácia e precisão dos resultados. Análise de eficácia x custos envolvidos.
Controle e Objetivos da Qualidade de Dados
P.ex., seguir os requisitos da U.S. EPA (Environment Protection Agency, www.epa.gov/ ) em suas diretrizes para monitoramento de poluição.
São genéricos e devem ser incluídos em qualquer tipo de plano de amostragem ambiental.
Defensável
Assegurar que suficiente documentação estará disponível após a finalização, de forma a identificar a origem de todos os dados.
Reproduzível
Assegurar que os dados podem ser duplicados, seguindo-se procedimentos de amostragem, métodos de análise e avaliações estatísticas apropriadas (i.e., não permitir inferências falaciosas).
Diversos métodos analíticos estão disponíveis para a análise de amostras de ar, água, solos, resíduos, plantas e animais.
Os métodos podem ser encontrados em referências padrões.
As referências também incluem procedimentos operacionais de laboratório (standard operating procedures – SOPs).
Requisitos Analíticos de Qualidade de Dados
Processo que requer medições repetidas, para se obter uma série de respostas do instrumento.
Se o instrumento produz a mesma resposta para uma dada grandeza padrão diz-se que o instrumento está calibrado. 
Instrumentos devem ser calibrados usando-se padrões certificados.
Existem vários órgãos envolvidos com padrões e calibração.
Calibração de equipamentos
Amostradores
Amostradores agrupados em amostradores operados manual e mecanicamente. 
Fatores que afetam a escolha dos amostradores:
profundidade,
tamanho da amostra, 
condições de umidade,
acessibilidade do local,
custos e disponibilidade de pessoal,
rochosidade (CaCO3 cimentado; cascalho). 
Colheres de aço inoxidável, conchas de amostragem, pás, colheres de pedreiro e espátulas.
Mobilização e desmobilização fáceis.
A coleta pode ser realizada em locais de difícil acesso.
Pode ser mais seguro do que o operado mecanicamente.
Não geram muito calor na fricção quando comparados aos mecânicos.
Custo da coleta geralmente muito menor que os mecânicos.
Amostras geralmente limitadas a pequenas profundidades.
Coletar amostras completas pode ser difícil ou impossível em solos grossos ou locais de difícil acesso.
As coletas com trados parafuso ou barril são deformadas e não adequadas para análises geotécnicas.
Trados manuais
B – Solos arenosos extremamente secos.
C – Solos argilosos e solos úmidos.
D – Regular: solos em condições normais.
E – Plaina: limpa e nivela o fundo da amostras.
F – Holandês: solo excessivamente úmido e pantanoso.
G – Parafuso: usado para amostragem pequena.
Métodos preferidos para perfuração de poços de abastecimento de água. 
Perfuração em grandes profundidades.
Conforme o trado avança no perfil o solo é trazido para superfície.
Problemas – em alguns casos, as amostras são deformadas e os constituintes voláteis são perdidos.
Amostragens mecânicas e indeformadas: “Shelby” 
Coletas indeformadas de solos finos (argilas e siltes argilosos) de baixa consistência, conforme NBR 9820 – ABNT e ASTM D1587 – 08.
Perfuração mecanizada por trados vazados “hollow auger” , com hastes internas que evitam a entrada de solo durante a perfuração.
Atingida a cota, insere-se o amostrador Shelby e por meio de cravação estática é realizada a coleta.
O uso dos trados vazados permite coletas de alta qualidade mesmo em maiores profundidades.
O dispositivo frequentemente usado para coletar amostras de água dos poros do solo é o lisímetro de sucção (pressão a vácuo):
Dispositivo com segmentos porosos que facilitam a extração de amostras de líquidos dos poros. 
Utilizado para detectar movimento de poluentes na zona não saturada, acompanhamento e monitoramento pós-encerramento de aterros.
Segmento poroso ou taça, ligado a um tubo.
Dois pequenos tubos ligados, um para a aplicação de pressão/vácuo, outro para coleta de líquido do poro para a superfície.
Desvantagem: quanto menor o poro, maior a energia.
Amostragem gasosa
Grande variedade de filtros.
Variedade de acordo com o equipamento e o tipo de contaminante.
TPH: hidrocarboneto total de petróleo (orgânico volátil, medido em ppm)
Em outros casos, a fonte de poluição não é conhecida, e o objetivo é localizar a fonte. Amostragem de grid, é então usada para localizar poluentes ' hot spots '. Em tais casos, é necessária uma análise estatística para definir o tamanho do grid, considerando a área e a probabilidade da ocorrência de pontos quentes (ver capítulo 3). 
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Normalmente, o classificador de solo anda por toda a paisagem em ambos, grid ou um padrão de transversal para verificar as propriedades do solo através da coleta e análisede amostras usando um trado de mão tipo de parafuso (ver Figura 7.2). 
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Operado manualmente os amostradores são usados principalmente para amostragem de superfície (por exemplo, menos de 5 m de profundidade, dependendo das condições). Mecanicamente controlado por dispositivos são mais adequados para regiões mais profundas da zona não saturada ou em condições que não se adequam amostradores manuais. Caliche: rocha sedimentar semelhante a um cimento encontrado geralmente nos desertos do Arizona, Nevada, Texas, Novo México...; camada de solo cimentada naturalmente. 
Aço inoxidável é normalmente inerte para poluentes.
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Pode-se iniciar a coleta de amostra quase imediatamente. 2. Por exemplo encostas. 3. Entretanto sempre há risco de lesão nas costas ou muscular. 4. Desta forma diminui a perda de constituintes voláteis. 
Usando amostrador tipo tubo ou trado com forro reduz o problema de contaminação.
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Shank – haste; caps – tampa. Permite a inserção de um forro de plástico, aço inoxidável, latão ou alumínio, substituível e a tampa para coleta e armazenar uma amostra intacta. 
G) espiral ou parafuso: um trado espiral comercial consiste em um aço espiralado com 25 cm. Mais adequado para uso em umidade, solo coeso e livre de cascalho. Trabalha melhor em solos argilosos e para pequena quantidade de amostragem. 
Porque geralmente não se quer fluidos na perfuração. Produzindo problema para analisar as amostras específicas. Pode-se conduzir uma sonda tipo o tubo Shelby para coletar amostra inderformada em profundidade Os constituintes voláteis são perdidos porque entra em contato com o ar e pelo calor gerado pelo processo de perfuração. 
Embora estes dispositivos podem ser utilizados para amostrar ambas as regiões saturados e insaturados, a sua função principal é de amostragem a partir de regiões não saturadas. Lisímetro: a compensação é a capacidade de amostra ao longo do tempo.
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Todos os poluentes comuns dissolvem em água, em certa quantidade e são propensos a mover-se com ela. 
A amostragem do solo é essencialmente um processo destrutivo na medida em que não permite a medição de alterações de um perfil ao longo do tempo. 
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