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Materiais e Métodos
4 Materiais e Métodos
4.1 Levantamento de campo
Neste tópico estão descritos todos os procedimentos realizados no sítio
experimental no município de São Sebastião do Passé (BA), durante o período de
03 a 09 de novembro de 2010. Estão incluídos: sondagens, poços de
monitoramento, amostragem de solo, ensaios de condutividade hidráulica e
levantamento geofísico.
4.1.1 Sondagens
A partir de uma avaliação visual da área experimental, mediante as
condições topográficas e a maior presença de vegetação, foram pontuados cinco
locais possíveis para a instalação dos poços de monitoramento, sendo que um
deles pudesse ficar a montante, em relação à direção do fluxo. Esses pontos foram
georeferenciados por GPS geodésico da marca Ashtech modelo ProMark 2
obtendo-se suas coordenadas de latitude, longitude e altitude, conforme ilustra a
Figura 4.1.
Figura 4.1 – GPS referenciando um ponto para instalação do poço de monitoramento.
Materiais e Métodos 68
O instrumento utilizado para perfuração dos furos de sondagens foi um
trado do tipo cunha, com 4” de diâmetro, indicado para solo de baixa a média
resistência, conforme mostra a Figura 4.2. Manipulado por hastes de aço
rosqueáveis e por uma cruzeta, o trado é constituído de uma concha metálica
dupla que perfura o solo à medida que é aplicado um torque na cruzeta. Suas
vantagens são o baixo custo na perfuração, facilidade de transporte e na
montagem.
Figura 4.2 – Trado tipo concha (à esquerda) e procedimento para perfuração (à direita).
Durante essa perfuração foi possível, através da descrição tátil-visual,
definir as características dos materiais ao longo da linha de perfuração (textura,
cor, plasticidade), como ilustra a Figura 4.3.
Figura 4.3 – Análise tátil-visual do solo no sítio experimental.
Materiais e Métodos 69
Ainda no momento da perfuração foi possível verificar a condição
hidrostática do nível d’água em cada furo. O instrumento utilizado para essa
medição foi um medidor de nível eletroeletrônico, dotado de fita métrica, do tipo
dip meter da marca Solinst, como mostra a Figura 4.4.
Figura 4.4 – Verificação do nível d’água através do medidor do tipo dip meter.
Os dados coletados pelo GPS geodésico (coordenadas geográficas e
altitude), a profundidade do nível d’água e a descrição estratigráfica do solo ao
longo da linha de perfuração foram reunidos em boletins de sondagens gerados
com o emprego do programa computacional LogPlot®, conforme é apresentado
na Figura 4.5. Em anexo a esta dissertação encontram-se todos os boletins gerados
nos trabalhos de campo.
Através das informações sobre as coordenadas geográficas e altitude dos
níveis d’água foi possível calcular o gradiente hidráulico e a direção do fluxo da
água subterrânea. Por apresentar certo nível de complexidade, estes cálculos
foram realizados empregando-se um programa desenvolvido e disponibilizado
pela Divisão de Pesquisa de Ecossistema da Agência de Proteção Ambiental dos
Estados Unidos da América (EPA), conforme o método mostrado na Figura 4.6. A
partir do conhecimento da direção do fluxo, ficaram definidos os pontos onde
foram instalados os poços de monitoramento.
Materiais e Métodos 70
Figura 4.5 – Boletim do furo de sondagem SD 1.
Materiais e Métodos 71
Figura 4.6 – Método de determinação do gradiente hidráulico e direção do fluxo do sítio experimental.
4.1.2 Construção dos poços de monitoramento
Os poços de monitoramento ou piezômetros são instalados em áreas a serem
investigadas sob suspeita de contaminação e têm por objetivos a coleta de
amostras representativas de água do aquífero para análise química em laboratório
e medir a carga e a condutividade hidráulica.
A execução da instalação dos poços de monitoramento na área de estudo, a
qual se fundamenta esta dissertação, seguiu a NBR 13895/1997 – Construção de
Poços de Monitoramento e Amostragem da Associação Brasileira de Normas
Técnicas (ABNT).
Os procedimentos de escavação, caracterização tátil-visual e o instrumento
foram os mesmos das sondagens descritas anteriormente.
Boletins dos poços foram gerados através do programa computacional
LogPlot®, constando de informações como coordenadas geográficas, descrição
estratigráfica e desenho esquemático do poço de monitoramento, conforme ilustra
a Figura 4.7. Em anexo a esta dissertação encontram-se todos os boletins gerados
nos trabalhos de campo.
Materiais e Métodos 72
Figura 4.7 – Boletim do poço de monitoramento PM 1.
Para revestir os furos foram utilizados tubos geomecânicos, alguns do tipo
nervurado, com diâmetro de 2”. O filtro, também constituído por este tubo, possui
ranhuras transversais (nervuras) de 0,3mm de espessura para facilitar a passagem
da água a ser coletada (Figura 4.8).
Materiais e Métodos 73
Como há uma variação pluviométrica durante o ano na região do Recôncavo
Baiano, o comprimento do filtro foi estipulado em 2m e com isso, pode-se realizar
a coleta d’água em qualquer época do ano.
O espaço anelar, entre as paredes externa do tubo geomecânico e a face do
solo, foi preenchido com uma areia lavada. Esse material de preenchimento,
denominado de pré-filtro, tem a função de facilitar a percolação da água ao
interior do tubo geomecânico e é composto de grãos quartzosos ou pedrisco de
quartzo inerte e resistente, com diâmetro dos grãos maior que as ranhuras do
filtro. Para os poços de monitoramentos instalados na área de estudo foi utilizado
um pré-filtro com grãos de areia variando entre 1 a 2mm.
Figura 4.8 – Tubos geomecânicos (à esquerda, observa-se o tubo com ranhuras transversais).
Ainda no espaço anelar, acima do pré-filtro, foi completado com bentonita
pelotizada, como mostra a Figura 4.9. Esse argilomineral possui uma
característica física de expandir várias vezes quando em contato com a água e
como algumas das suas funções, foi lançado no espaço anelar para
impermeabilizar e evitar o desmoronamento da parede do poço de monitoramento.
Materiais e Métodos 74
Figura 4.9 – Lançamento do pré-filtro (à esquerda) e da bentonita (à direita).
Como medida de segurança para evitar a entrada de água superficial no poço
e elementos estranhos, um tubo de concreto (manilha) com dimensões 1,20m de
altura e 0,20m de diâmetro foi fincado na superfície do terreno sobre cada poço. O
espaço anelar entre a parede da manilha e o tubo geomecânico foi completado e
compactado com solo da própria escavação do furo. Por cima deste solo, uma
camada de argamassa foi lançada para selar e proteger, além de fixar uma tampa
em ferro fundido isolando o acesso à “boca” do poço. Na extremidade superior do
tubo geomecânico, uma tampa de pressão com cadeado foi colocado fechando a
“boca” do tubo (Figura 4.10).
Figura 4.10 – Complemento dom aterro e argamassa para selar o poço.
Materiais e Métodos 75
Ao final da instalação de cada poço de monitoramento, foi realizado o seu
desenvolvimento que consiste no esgotamento da água estancada no interior do
tubo geomecânico e no pré-filtro. Esse procedimento deve ser executado por meio
do rebaixamento do nível d’água, o que faz criar uma diferença de carga entre o
interior do poço e a formação, e surge uma percolação da água presente no
aquífero em direção ao poço. Essa operação foi realizada por bombeamento
através de bailers descartáveis (amostradores de polietileno descartáveis) e por
uma pequena bomba elétrica ligada a uma bateria automotiva de 12V e 55A, da
marca Moura, conforme ilustra a Figura 4.11.
Figura 4.11 – Desenvolvimento do poço através do bailer (à esquerda) e por bomba elétrica (à direita).
4.1.3 Amostragem de solo
As amostras de solo foram coletadas em diferentes momentos durante os
trabalhos de campo. A princípio, na etapa de escavação dos furos de sondagens e
dos poços de monitoramento, amostras de solo deformadas foram sendo coletadas
ao longo da linha de perfuração, como mostra a Figura 4.12. Por uma análise tátil-
visual de cor, textura e plasticidade, uma quantidade de solo foi identificada e
acondicionada em sacos plásticos e encaminhados ao Laboratório de Geotecnia e
Meio Ambiente da PUC-Rio (LGMA/PUC-Rio).
Materiais e Métodos 76
Figura 4.12 – Coleta de solo deformado em sacos plásticos.
Em um segundo momento, amostras de solo foram coletadas por meio de
liners cravados no solo através do martelo elétrico, como mostra a Figura 4.13.
Estas amostras serão aqui designadas de pseudo-indeformadas, pois não se
apresentam totalmente indeformadas devido aos meios de coleta. Os
equipamentos necessários nesta operação foram: extrator da marca Sondeq; hastes
rosqueáveis de aço; martelo elétrico da marca Hilti; liners plásticos do tipo
Geoprobe® de 38mm de diâmetro. A energia para o funcionamento do martelo
elétrico foi fornecida pelo gerador à gasolina Honda EP5000CX de 5KVA.
Figura 4.13 – Coleta de amostras pseudo-indeformadas de solo através do liner (à esquerda) cravado por martelete (à direita).
Materiais e Métodos 77
Algumas cravações do liner, devido à resistência do solo ser menor, foram
feitas usando um martelo manual Geoprobe®, manual slide hammers, de massa
25kg, conforme mostra a Figura 4.14.
Algumas amostras de solo não foram possíveis de ser coletadas devido à
resistência da camada e por estarem numa zona saturada. Àquelas possíveis de ser
coletadas foram utilizadas para a elaboração do perfil estratigráfico e para a
determinação dos índices físicos (Figura 4.15).
Figura 4.14 – Cravação do amostrador utilizando o martelo manual.
Figura 4.15 – Amostra pseudo-deformadas coletadas no sítio experimental.
Materiais e Métodos 78
No instante da coleta, parte da cada amostra do liner contendo solo foi
recortada e determinada a massa do conjunto (solo + liner), como mostra a Figura
4.16. Essa medida foi realizada ainda em campo utilizando uma balança digital da
marca Marte de resolução 0,01g, alimentada por um inversor DC–AC com 300W
de potência e uma bateria automotiva de 12V e 55A da marca Moura.
Figura 4.16 – Determinação on site da massa de solo coleta no sítio experimental.
Diante dos valores da massa e do volume de parte do solo, obtidos do
recorte do liner, foi possível calcular o seu peso específico, conforme a equação
20:
(20)
em que:
W – peso da amostra de solo e
V – volume da amostra de solo.
A porosidade (n) de cada amostra de solo coletada é calculada com base na
determinação do teor de umidade (ω), peso específico seco (γd) e da densidade dos
grãos (Gs) das respectivas amostras, de acordo com as equações abaixo:
Materiais e Métodos 79
(21)
(22)
(23)
em que:
e – índice de vazios e
γw – peso específico da água é igual a 9,81KN/m3.
Para o cálculo do peso específico seco é necessário o valor da umidade
natural, que foi determinada com aquela amostra de solo recortada do liner,
seguindo a norma NBR 6457/1986 – Amostras de Solo – Preparação para ensaios
de compactação e ensaios de caracterização. Também foi determinada a densidade
dos grãos (Gs) pela razão da massa específica do solo, a uma dada temperatura de
ensaio, e a massa específica da água a uma temperatura de 20°C, sendo necessária
a determinação da massa específica do solo seguindo a NBR 6508/1984 – Grãos
de solos que passam na peneira de 4,8mm – Determinação da Massa Específica.
Ambas as determinações foram realizadas no LGMA/PUC-Rio.
4.1.4 Ensaios de condutividade hidráulica
Os ensaios de condutividade hidráulica realizados em campo foram por
meio do permeâmetro de Guelph, executado ao redor de cada um dos quatro
poços de monitoramento, e o slug test, executado em cada poço mediante uma
coluna d’água.
4.1.4.1 Permeâmetro de Guelph
O permeâmetro de Guelph usado no trabalho de campo foi o modelo
2800K1. A sequência de fotos da Figura 4.17 ilustra o fácil manuseio deste
equipamento.
Em A, a caixa em PVC para transporte do permeâmetro; em B, perfuração
do furo a uma profundidade desejada através de trado manual; em C, limpeza e
regularização do furo com o trado cilíndrico; em D, aplicação de ranhuras nas
Materiais e Métodos 80
paredes do furo com uma escova de cerdas semi-flexíveis; em E, montagem do
permeâmetro de Guelph ligando o tubo de acrílico à garrafa de Mariotte; em F,
enchimento dos reservatórios com água; em G, fixação e nivelamento do
permeâmetro no tripé sobre o furo e, em H, realização das leituras até se obter
intervalos constantes.
Figura 4.17 – Manuseio do Permeâmetro de Guelph no sítio experimental.
A B
C D
Materiais e Métodos 81
Figura 4.17 (continuação) – Manuseio do Permeâmetro de Guelph no sítio experimental.
Alguns experimentos deste equipamento são descritos por Aguiar (2006)
que relata o uso do Permeâmetro de Guelph em leiras de lixo na usina de
reciclagem da Comlurb em Jacarepaguá no Rio de Janeiro; em aterros sanitários
de Santo Amaro em São Paulo. Lisboa (2005) comparou os valores da
condutividade hidráulica não saturada fornecidos pelo permeâmetro de Guelph
com os valores obtidos em laboratório.
E F
G H
Materiais e Métodos 82
Neste ensaio foram efetuados furos próximos aos poços de monitoramento,
a uma profundidade média de 0,30m na primeira camada de solo. A determinação
da condutividade hidráulica saturada de campo teve por base as fórmulas descritas
por Reynolds e Elrick (1986), discutidas no item 2.2.1.1. A Figura 4.18 apresenta
o método para os cálculos desta condutividade.
CLIENTE: ENSAIO Nº:
PROJETO:
LOCAL:
TÉCNICO RESP.:
RESERVATÓRIO INTERNO (Y= 2,17cm2) (pol.)
RESERVATÓRIOS COMBINADOS (X = 35,39cm2) (cm)
Considerações para Cálculo:
a = Raio do poço (cm).
Cálculo da Condutividade Hidráulica Saturada de Campo
(Elrick et al., 1989)
• Método 1:
C1 = C2 =
G2 = H1 x C2 / pi[2 x H1 x H2(H2-H1) + a2(H1 x C2 - H2 x C1)]
cm-2 cm-2
Q1 = A trans x R1 cm3/s
Q2 = A trans x R2 cm3/s
+ a2(H1 x C2 - H2 x C1)]
φm = J1 x Q1 - J2 x Q2 φφφφm = cm3/s
Kfs = G2 x Q2 - G1 x Q1 cm/s
• Método 2:
Kfs = (C x Qs) / [2 x pi x H2 + C x pi x a2 + (2 x pi x H / α*)]
α* =
cm/s
12
Kfs =
0,059J1 =
J2 = J1 x [(2 x H12 + a2 x C1) x C2] / [(2 x H2
2 + a2 x C2) x C1]
J2 = 0,023
Kfs = -
-1,21E-04
6,43E-05
Petrobras
G2=
G1 = G2 x [(H2 x C1) / (H1 x C2)]
G1=
Q1=
Q2=
J1 = (2 x H22 + a2 x C2)C1 / 2 x pi[2 x H1 x H2(H2 - H1) +
00:05:00
0,003
Taxa constante de fluxo, obtida quando R2 possui o
mesmo valor em 3 leituras com intervalos de tempo consecutivos (cm/s).
Área transversal do reservatório interno (cm2).
Área transversal do reservatório (cm2) podendo ser X ou Y definido de acordo com cada ensaio.
1º carga hidráulica estabelecida no furo (cm).H1 =
H2 = 1º carga hidráulica estabelecida no furo (cm).
R1 = Taxa constante de fluxo, obtida quando R1 possui o
mesmo valor em 3 leituras com intervalos de tempo consecutivos (cm/s).
23,00
Condutividade hidráulica saturada (cm/s).
10,00Nível de Água no Poço (cm) =
Tempo t (s)
Leitura Nível Reservatório
h (cm)
Taxa ∆∆∆∆ Nível Reservatório ∆∆∆∆h/∆∆∆∆t (cm/s)
Atrans=
Área transversal de 2 reservatórios (cm2).X=
0,003
0,001
0,001
0,001
0,00300:04:30
00:05:00
00:05:30
8,50
8,60
8,70
00:04:00
8,00
8,10
8,20
8,30
8,32
8,34
8,36
8,40
00:00:30
00:03:30
7,90 -
0,003
-56,00000:00:00
00:00:20
00:02:00
00:01:00
56,700
0,003
0,003
0,035
0,02057,9000,003
00:01:00
00:01:20
00:02:30
00:03:00
5,00
Tempo t (s)
Leitura Nível Reservatório
h (cm)
Taxa ∆∆∆∆ Nível Reservatório ∆∆∆∆h/∆∆∆∆t (cm/s)
Nível de Água no Poço (cm) =
00:00:00
00:01:30
0,001
0,0100
C1, C2 =
Φm =
α =
0,010
Parâmetro alfa, expresso em cm-1.
0,010
0,015
0,010
0,010 Kfs =
Fluxo Potencial Mátrico, expresso em cm2/s.
Y=
COORD N: COTA:COORD E:
07/11/2010DATA EXECUÇÃO:São Sebastião do Passé
Pesquisa de Mestrado EMPRESA EXECUTORA:
R2 = 0,025
0,015
C =
X
I N F O R M A Ç Õ E S G E O M É T R I C A SC O N D I Ç Õ E S D O E N S A I O
2,36
PROFUNDIDADE DO FURO:
DIÂMETRO DO FURO:
AUXILIAR:
0,015
0,010
60,200
59,400
59,600
59,800 0,010
0,010
0,015
60,000
0,010
00:01:40
00:03:00
00:03:20
00:03:40
00:04:00
00:04:20
00:04:40
57,200
57,500
59,000
59,200
58,700
58,200
58,500
Fator C correspondente a H1/a e H2/a, respectivamente.
60,400
Taxa constante de fluxo
(R1) 3 leituras consecutivas:0,0030
Taxa constante de fluxo
(R2) 3 leituras
LAMMAPUC-Rio
PERMEÂMETRO DE GUELPHENSAIO DE CAMPO
EN-PM01
Parâmetro C, proporcional H/a (Gráfico C x H/a)
00:02:00
00:02:20
00:02:40
00:00:40
0,842058552 1,290234132
0,0048687 0,0063550
0,0065
0,0217
Figura 4.18 – Método de determinação da condutividade hidráulica saturada de campo por meio do Permeâmetro de Guelph.
Materiais e Métodos 83
4.1.4.2 Slug test
A caracterização de diferentes meios hidrogeológicos pelo método slug test
vem sendo utilizada por pesquisadores e empresa de consultoria ambiental.
Soares, Cunha e Leite (2008) realizaram ensaios para determinação da
condutividade hidráulica em áreas de postos de abastecimento localizados em
indústrias metalúrgicas no Rio de Janeiro; Oliva (2006) utilizou o método slug test
no Aquífero Rio Claro; Butler Júnior, Garnett e Healey (2003) analisaram o slug
test em formações de alta condutividade com poços parcialmente penetrantes e
demostraram que o erro introduzido nas estimativas de kr é insignificante desde
que sejam tomadas as seguintes medidas: rapidez no início do ensaio devido à
resposta do meio bastante permeável; repetição do ensaio nos poços para
comprovar que a dependência da carga Ho pode ser desprezível; e por fim, o
transdutor deve ser posicionado próximo ao nível estático da água (< 0,5m) para
evitar correção das curvas pela aceleração da coluna d’água.
Para determinação da condutividade hidráulica do maciço foi usado um
transdutor de pressão Keller, com faixa de trabalho de 50KPa (5mca), um data
logger Almemo 2290-8, um inversor DC–AC de 300W de potência alimentado
por uma bateria automotiva de 12V e 55A da marca Moura, conforme ilustra a
Figura 4.19.
Figura 4.19 – Transdutor de pressão (à esquerda) e data logger (à direita).
A Figura 4.20 mostra o ensaio realizado no poço de monitoramento 1 no
sítio experimental.
Materiais e Métodos 84
Figura 4.20 – Execução do slug test no PM1 do sítio experimental.
Durante a realização deste ensaio, em três poços foi adicionado um
determinado volume de água, pois não foi possível utilizar o cilindro sólido,
conforme descrito no item 2.2.1.2, para provocar a carga no poço porque o
diâmetro do tubo geomecânico é menor do que o do cilindro. Com esta adição do
volume de água foi medida a descarga do líquido no maciço. Em um poço, devido
à baixa condutividade hidráulica do solo, optou-se pela retirada de água, sendo
então medida a recarga do poço.
Vale destacar a necessidade de calibração do transdutor, transformando os
valores medidos pelo data logger em unidade de milibar (mbar) para metros de
coluna d’água (mca). A calibração foi realizada por uma coluna d’água de 2m
com carga e descarga desta coluna, como mostra a Figura 4.21. Os dados medidos
pelo data logger, através do acréscimo e retirada de 10cm de água, foram
lançados em um gráfico (carga/descarga vs coluna d’água) obtendo-se a equação
da reta de transformação de unidades, como mostra a Figura 4.22.
Figura 4.21 – Calibração do transdutor de pressão.
Materiais e Métodos 85
A determinação da condutividade hidráulica por este ensaio teve por base o
método de Hvorslev, descrito no item 2.2.1.2. A Figura 4.23 apresenta o
procedimento para os cálculos desta condutividade.
Figura 4.22 – Gráfico de calibração do transdutor de pressão.
Profundidade Variação
de água Nível d'água
(s) (s) (m) (m)
Nivel estático 1,408
10:14:05 0 2,038 0,63 1,000
10:14:10 5 1,923 0,52 0,818
10:14:15 10 1,798 0,39 0,620
10:14:20 15 1,743 0,34 0,532
10:14:25 20 1,693 0,29 0,453
10:14:30 25 1,656 0,25 0,393
10:14:35 30 1,623 0,22 0,342
10:14:40 35 1,597 0,19 0,301
10:14:45 40 1,575 0,17 0,266
10:14:50 45 1,558 0,15 0,238
10:14:55 50 1,542 0,13 0,213
10:15:00 55 1,532 0,12 0,197 r (m) = 0,0254
10:15:05 60 1,522 0,11 0,182 R (m) = 0,0508 Valor K (m/s) = 2,371E-05
10:15:10 65 1,516 0,11 0,172 Le (m) = 1,73 Valor K (cm/s) = 2,371E-03
10:15:15 70 1,509 0,10 0,160 To (s) = 27,745
10:15:20 75 1,503 0,10 0,152
10:15:25 80 1,498 0,09 0,144 To = tempo para a agua elevar ou baixar 37% do valor inicial (aumentando ou diminuindo)
10:15:30 85 1,494 0,09 0,137
10:15:35 90 1,492 0,08 0,134
10:15:40 95 1,488 0,08 0,127 Solução Equação quadrática
10:15:45 100 1,485 0,08 0,122
10:15:50 105 1,482 0,07 0,117 A 0,00060 r1 23,3541871
10:15:55 110 1,479 0,07 0,114 B -0,0408 r2 44,6458129
10:16:00 115 1,476 0,07 0,109 C 0,9956
10:16:05 120 1,473 0,07 0,104 C' 0,6256
10:16:10 125 1,471 0,06 0,101
10:16:15 130 1,468 0,06 0,096
10:16:20 135 1,466 0,06 0,093
10:16:25 140 1,464 0,06 0,089
10:16:30 145 1,462 0,05 0,086
10:16:35 150 1,460 0,05 0,083
10:16:40 155 1,458 0,05 0,079
10:16:45 160 1,457 0,05 0,078
10:16:50 165 1,454 0,05 0,074
10:16:55 170 1,453 0,05 0,073
10:17:00 175 1,452 0,04 0,071
10:17:05 180 1,451 0,04 0,069
Tempo
LAMMA
h/hoTempo
0,010
0,100
1,0000 100 200 300 400 500
h/h
o
T empo (s)
y = 0,0006x2 - 0,0408x + 0,9956R² = 0,995
0,000
0,200
0,400
0,600
0,800
1,000
1,200
0 10 20 30 40
R
r
GravaLe
CasingNF
Figura 4.23 – Método de determinação da condutividade hidráulica pelo slug test.
Materiais e Métodos 86
4.1.5 Levantamento geofísico
O equipamento de investigação geofísica utilizado na pesquisa foi o modelo
Ramac, da marca MalaGeoscience, composto de 2 antenas RTAs (Rough Terrain
Antennas) de 50 e 100MHz, baterias recarregáveis, monitor tipo Mala XV 11,
unidade de controle do tipo Mala ProEx Expansion e um hodômetro do tipo Mala
Hip Chain. Para o processamento dos dados utilizou-se o RadExplorer Software
(Figura 4.24).
Figura 4.24 – Unidade de controle (à esquerda) e monitor (à direita).
O método de operação do GPR utilizado no sítio experimental foi o de perfil
de reflexão com afastamento ou commom offset para mapear o bordo esquerdo da
estrada no sentido pista-poço, conforme mostra a Figura 4.25.
Materiais e Métodos 87
Figura 4.25 – Operação com GPR no sítio experimental pelo método commom offset.
4.1.6 Modelagem geológica
A descrição estratigráfica realizada durante a perfuração dos furos de
sondagens e dos poços de monitoramento foi empregada para a elaboração de
modelos geológicos tridimensionais utilizando o programa computacional
RockWorks®, desenvolvido pela Rockware Inc.
Neste programa há uma série de métodos numéricos ou algoritmo para a
geração de modelos, sendo escolhido o método do inverso da distância. Neste
método o valor de cota de cada elemento é calculado pela média ponderada dos
valores de cota dos elementos mais próximos. Esta média é ponderada pelo
inverso da distância entre os pontos. Esta interpolação é usada para atenuar a
influência de pontos distantes, sendo utilizado para geração de modelos digitais de
terrenos (ALLESSI, 2010).
Para elaboração do modelo geológico, inicia-se pela criação de um banco de
dados onde é possível inserir as coordenadas geográficas e altitudes dos pontos, os
níveis d’água, estratigrafia, litologia do solo. Assim, a partir dos dados dos cinco
furos de sondagens e dos quatro poços de monitoramento foi criado um banco de
dados e, através da compilação destes dados, foram gerados os modelos
Materiais e Métodos 88
geológicos tridimensionais dos perfis das sondagens, dos poços de
monitoramento, cortes em seções, que contribuíram para a interpretação da
distribuição espacial da geologia do sítio experimental.
4.2 Ensaios de laboratório
Neste tópico estão descritos os procedimentos realizados em laboratório a
fim de caracterizar o material coletado em campo. Estão incluídos: caracterização
física e mineralógica.
4.2.1 Caracterização física
Algumas propriedades do solo são essencialmente úteis e para suas
determinações foram executados ensaios de caracterização física, sendo
executados no LGMA/PUC-Rio. Os ensaios realizados foram: massa específica
dos grãos, análise granulométrica, limites de Atterberg, teor de matéria orgânica,
teor de umidade natural.
As amostras deformadas usadas para o ensaio foram preparadas conforme os
procedimentos da ABNT relacionadas a seguir:
• NBR 6457/1986 – Amostras de Solo – Preparação para ensaios de
compactação e ensaios de caracterização;
• NBR 6508/1984 – Grãos de solos que passam na peneira de 4,8mm –
Determinação da Massa Específica;
• NBR 7181/1984 – Solo – Análise granulométrica;
• NBR 6502/1995 – Rochas e solos;
• NBR 7180/1984 – Solo – Determinação do limite de plasticidade;
• NBR 6459/1984 – Solo – Determinação do limite de liquidez.
• NBR 13600/1996 – Solo – Determinação do teor de matéria orgânica por
queima a 440°C.
Materiais e Métodos 89
4.2.1.1 Massa específica dos grãos
Por meio de amostras deformadas de solo, a execução do ensaio para
determinação da massa específica dos grãos seguiu as NBR 6457/1986 e NBR
6508/1984.
Após a perda da umidade higroscópica em estufa a 110°C, uma massa de
25g de solo passante na peneira 0,42mm (#40) foi colocada no picnômetro de
250cm3, completando-se com água destilada até uma determinada altura. As
bolhas de ar, presentes dentro do picnômetro, foram retiradas através da sucção
com a bomba a vácuo. Em seguida foi completado todo o volume do picnômetro
com água destilada e deixado em repouso até atingir uma temperatura constante.
Finalmente determinou-se a massa do picnômetro + solo + água e através de
fórmulas matemáticas foi calculada a massa específica do solo.
Os valores da densidade dos grãos (Gs) foram determinados pela razão da
massa específica do solo, a uma dada temperatura de ensaio, e a massa específica
da água a uma temperatura de 20°C.
4.2.1.2 Análise granulométrica
O ensaio da análise granulométrica foi realizado de acordo com a NBR
6457/1986 e NBR 7181/1984. Através de uma análise tátil-visual, ficou verificado
que o solo em estudo é composto de uma fração grossa e fina e, dessa forma, o
ensaio foi executado por meio da granulometria conjunta, ou seja, peneiramento e
sedimentação em um mesmo ensaio. A faixa granulométrica dos solos analisados
seguiu a NBR 6502/1995.
Na etapa da sedimentação foram utilizadas massas de 70g para solos
argilosos e siltosos ou 120g para solos arenosos, ambas passantes na peneira 2mm
(#10) e deixadas, por um período mínimo de 12 horas, em 125cm3 de
hexametafosfato de sódio com concentração de 45,7g do sal por 1000mL de
solução. Após esse tempo, o material foi submetido à dispersão mecânica por 15
minutos e vertido na proveta de 1000mL, sendo completado o volume com água
destilada. Com movimentos manuais rotativos, o material foi agitado para serem
procedidas às leituras com auxílio de um densímetro. Feita a última leitura,
Materiais e Métodos 90
transcorrida 24 horas após o início da sedimentação, o material retido na peneira
0,075mm (#200) foi submetido a uma lavagem e colocado na estufa a 110°C.
Dessa amostra de solo retida foi executado o peneiramento fino.
4.2.1.3 Limites de Atterberg
Para caracterizar o comportamento solo/água, os ensaios de limite de
plasticidade e limite de liquidez foram executados conforme as NBR 6457/1986,
NBR 7180/1984 e NBR 6459/1984.
Para o ensaio de limite de liquidez, uma pasta consistente e homogênea,
originada da mistura de solo passante na peneira 0,42mm (#40) e incrementos de
água destilada, foi rasada na concha do aparelho de Casagrande e com auxílio de
um cinzel foi aberto uma ranhura na parte central da concha. Golpes foram dados
através do giro da manivela até que a ranhura fechasse cerca de 10mm. Uma
pequena amostra de solo da concha, próxima a essa união, foi coletada para
determinação da umidade.
Uma amostra da pasta formada do ensaio anterior foi tomada para execução
do ensaio de limite de plasticidade. Sobre uma placa de vidro, cerca de 10g da
pasta foi rolada até formar um cilindro de 3mm de espessura e 100mm de
comprimento, conforme o gabarito. Quando atingiu estas dimensões, o cilindro foi
posto na estufa para determinação da umidade.
4.2.1.4 Teor de matéria orgânica
Para determinar a matéria orgânica presente nas amostras de solo coletadas
em campo foi seguido a NBR 13600/1996.
Após homogeneização, foi determinada uma massa de aproximadamente
50g de solo, determinado suas umidades em estufa a 110°C e postos na mufla a
440°C por um período de 12 horas consecutivas. Passado esse tempo, as amostras
foram pesadas e, assim, obtidos o teor de material orgânico presente no solo.
Materiais e Métodos 91
4.2.1.5 Teor de umidade natural
Com as amostras coletadas através do amostrador cravado, discutidos no
item 4.1.3, a umidade natural foi determinada seguindo a NBR 6457/1986.
4.2.1.6 Lâminas petrográficas
Os trabalhos de petrografia constitui uma ferramenta importante e específica
para a modelagem do espaço poroso dos solos por meio de técnicas de
impregnação com resinas coloridas. Neste sentido, amostras para caracterização
petrográfica foram impregnadas, segundo descreve Cesero, Mauro e De Ros
(1989), e confeccionadas lâminas delgadas para posterior análise através de
microscopia óptica e eletrônica de varredura.
Amostras de solo foram coletadas através de liners cravados e cada uma
delas foi registrada com a identificação do ponto de coleta em relação ao poço de
monitoramento, à profundidade da coleta e à estratigrafia.
A partir da amostra coletada (Figura 4.26A), são cortados paralelepípedos
com dimensões aproximadas de 2x3,5x1,5cm, denominados “tijolinho”, conforme
mostrado na Figura 4.26B. Em seguida, a impregnação consiste na introdução de
uma resina líquida que, após algumas horas, tem a propriedade de solidificar por
polimerização no interior dos poros. Para destacar os poros, adiciona-se um
corante para colorir a resina e consequentemente o espaço poroso, sendo utilizado
o azul de metileno.
Seguida da impregnação, desbasta-se a face da amostra em politrizes
utilizando uma pasta de abrasivos e água, até a mesma ficar completamente plana
e livre de epóxi.
A operação de montagem consiste em colar à superfície desbastada da
amostra no centro de uma lâmina de vidro retangular plana e levemente fosca de
dimensões 2,5x4,5x0,2cm, como mostrada na Figura 4.26C. Para garantir uma
colagem perfeita, as lâminas devem estar limpas sem vestígios de material
gordurante. Após a secagem da cola, realiza-se a gravação da amostra com caneta
de diamante no verso e próximo à borda.
Materiais e Métodos 92
Na etapa de corte, a amostra colada na lâmina é cortada até uma espessura
inferior a 2mm e perfeitamente paralela à superfície da lâmina, conforme
mostrada na Figura 4.26D.
A operação final consiste em rebaixar a amostra colocada na lâmina até uma
espessura de 100micra através de uma série de politrizes e de abrasivos. Em
seguida, o acabamento e o polimento são feitos até a amostra atingir a espessura
de 30micra. A perfeita lâmina deve estar dentro da espessura padrão, paralela,
polida e sem aparas, como mostra a Figura 4.26E.
Figura 4.26 – Sequência esquemática da preparação de lâminas impregnadas de amostras integrais (modificado de PETROBRAS/CONTEC, 1985 apud modificado de CESERO, MAURO; DE ROS, 1989).
Todo o procedimento de confecção das lâminas petrográficas foi realizado
no Laboratório de Laminação do Departamento de Geologia da UFRJ. A análise
das lâminas ocorreu no Laboratório de Processamento Digital de Imagens (LPDI)
do Departamento de Engenharia de Materiais da PUC-Rio. O microscópio óptico
utilizado foi da marca Zeiss, modelo AXIO Imager.M2m com uma câmera
acoplada AxioCam MRc5 que possui resolução de 1292x968 pixels com 24 bits
RGB. Para o controle do microscópio e da câmera foi utilizado o programa
Materiais e Métodos 93
computacional AxioVision, desenvolvido pela Carl Zeiss Vision. O microscópio
óptico pode ser visto na Figura 4.27.
Figura 4.27 – Microscópio óptico da marca Zeiss modelo AXIO Imager.M2m (PUC-Rio).
4.2.2 Caracterização mineralógica
Para determinação mineralógica do solo foi realizado o ensaio de difração
de raios X e para identificação quantitativa dos elementos presentes no solo, o
ensaio de espectrometria de fluorescência de raios X.
4.2.2.1 Difração de raios X
Para realização deste ensaio foram confeccionadas lâminas próprias para o
difratômetro de raios X preparadas conforme o Manual de Métodos de Análise de
Solo da Embrapa (1997). Uma massa de 50g de solo passante na peneira 0,42mm
Materiais e Métodos 94
(#40) foi misturada ao hexametafosfato de sódio com concentração de 45,7g do
sal por 1000mL de solução e deixada em repouso por um período de 12 horas.
Após esse tempo, o material foi submetido à dispersão mecânica por 5 minutos e
vertido na proveta de 1000mL, sendo completado o volume com água destilada.
Transcorrido um repouso de 24 horas, uma coluna líquida dos primeiros
20cm da mistura foi retirada da proveta e armazenada em beckers para evaporação
do liquido restante. Gotejos da mistura foram pingados, com auxílio de uma
pipeta, em lâminas e postas para secagem em temperatura ambiente, conforme
ilustra a Figura 4.28, confeccionando-se assim as lâminas naturais.
Figura 4.28 – Preparação das lâminas para ensaio de difração de raios X.
Em um outro método de preparação, as lâminas naturais foram submetidas a
solvatação por etilenoglicol (glicolagem). Seguindo a mesma metodologia de
preparação de lâminas descrita anteriormente, as mesmas foram colocadas em um
dissecador, contendo 100mL de etilenoglicol, e aplicado sucção com bomba a
vácuo durante 2 horas, como mostra a Figura 4.29. Ao fim desse tempo, as
lâminas permaneceram por 24 horas dentro do dissecador, somente sendo
retiradas no momento da realização do ensaio no difratômetro.
A difração de raios X também foi realizada com lâminas naturais utilizadas
anteriormente no difratômetro, sendo aquecidas em mufla a uma temperatura de
350°C. Este aquecimento tem a função de eliminar as moléculas de água
adsorvidas nos argilominerais, podendo assim ser identificado minerais
expansivos.
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Figura 4.29 – Lâminas submetidas à solvatação por etilenoglicol.
O ensaio no difratômetro foi realizado no Laboratório de Difração de Raios
X pertencente ao Departamento de Engenharia dos Materiais da PUC-Rio. O
equipamento, mostrado na Figura 4.30, é um modelo Siemens D5000 com anodo
de cobre 1.5406Å, 40KV e 30mA. As leituras do difratogramas foram realizadas
em ângulos 2θ que variaram de 0 a 30°, numa velocidade de 0,02°/segundo.
Figura 4.30 – Difratômetro de raios X modelo Siemens D5000 (PUC-Rio).
4.2.2.2 Espectrometria de fluorescência de raios X
O ensaio de espectrometria fluorescência de raios X foi realizado a partir de
amostras de solo passantes na peneira 0,42mm (#40) que foram homogeneizadas e
em seguida adicionadas em quantidades suficientes dentro de uma cubeta até
cobrir todo o mylar (filme plástico). A cubeta deve ser lacrada com um anel para
total vedação.
Materiais e Métodos 96
Através deste ensaio foi possível determinar, principalmente, os teores de
óxidos de sílica, alumínio, ferro, potássio, cálcio.
Na Figura 4.31 pode ser visto as cubetas com o mylar prontas para serem
levadas ao equipamento de análise. Também pode ser visto os tubos falcon
utilizados para o armazenamento das amostras de solo.
Figura 4.31 – Cubetas e tubos falcon.
O ensaio no espectrofotômetro foi realizado no Laboratório de
Caracterização de Combustíveis pertencente ao Departamento de Química da
PUC-Rio. O equipamento usado foi um espectrofotômetro de fluorescência de
raios X de energia dispersiva, marca Schimadzu modelo EDX-700, como mostra a
Figura 4.32.
Figura 4.32 – Espectrofotômetro de fluorescências de raios X modelo EDX – 700 (PUC-Rio).
