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UNIVERSIDADE DO VALE DO ITAJAÍ – UNIVALI
CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS DA TERRA E DO MAR – CTTMar
CURSO DE OCEANOGRAFIA
APLICAÇÃO DO MÉTODO GEOFÍSICO DA ELETRORRESISTIVIDADE PARA
AVALIAÇÃO DE CONTAMINAÇÃO POR HIDROCARBONETOS EM
SUBSUPERFÍCIE: ESTUDO DE CASO EM UM POSTO DE COMBUSTÍVEIS EM
IMBITUBA, SC.
JESSICA FINCO
ITAJAÍ
2013
UNIVERSIDADE DO VALE DO ITAJAÍ – UNIVALI
CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS DA TERRA E DO MAR – CTTMar
CURSO DE OCEANOGRAFIA
APLICAÇÃO DO MÉTODO GEOFÍSICO DA ELETRORRESISTIVIDADE PARA
AVALIAÇÃO DE CONTAMINAÇÃO POR HIDROCARBONETOS EM
SUBSUPERFÍCIE: ESTUDO DE CASO EM UM POSTO DE COMBUSTÍVEIS EM
IMBITUBA, SC.
JESSICA FINCO
Monografia apresentada como
parte dos requisitos para
obtenção do grau de Bacharel
em Oceanografia da
Universidade do Vale do Itajaí.
Orientador: José Gustavo
Natorf de Abreu.
ITAJAÍ
2013
JESSICA FINCO
APLICAÇÃO DO MÉTODO GEOFÍSICO DA ELETRORRESISTIVIDADE PARA AVALIAÇÃO DE CONTAMINAÇÃO POR HIDROCARBONETOS EM
SUBSUPERFÍCIE: ESTUDO DE CASO EM UM POSTO DE COMBUSTÍVEIS EM IMBITUBA, SC.
Essa Monografia foi julgada adequada para a obtenção do título de Oceanógrafa e aprovada pelo Curso de Oceanografia da Universidade do Vale do Itajaí, Centro de
Ciências Tecnológicas da Terra e do Mar – CTTMar.
Itajaí, 11 de junho de 2013.
______________________________ Prof.Dr. José Gustavo Natorf de Abreu
_____________________________ Profa. MSc. Maria Inês Freitas dos Santos
__________________________________ Profa. MSc. Patrícia Fóes Scherer Costódio
ITAJAÍ
2013
NOTA:
O presente documento – Trabalho de Conclusão de Curso – faz parte do processo de avaliação da disciplina Projeto de Graduação do curso de Oceanografia da UNIVALI, a qual tem os seguintes objetivos:
Proporcionar aos acadêmicos, condições complementares de atividades de aprendizagem teóricas e práticas nos diferentes campos de atuação profissional;
Proporcionar condições para que os acadêmicos formados desenvolvam atitudes e hábitos profissionais, bem como adquiram, exercitem e aprimorem seus conhecimentos;
Estimular a especialização em um campo de atividade específica;
Promover a integração entre o acadêmico formado e o mercado de trabalho. O TCC é resultado do trabalho do aluno, executado sob orientação de um professor orientador. Por ter como finalidade documentação de aprendizado, não se trata de uma publicação científica estrito senso, sendo que os métodos empregados, resultados e conclusões obtidas, devem ser consideradas nesse contexto.
v DEDICATÓRIA
Àqueles que me incentivaram e acreditaram no meu potencial.
vi AGRADECIMENTOS
Primeiramente agradeço às pessoas mais importantes da minha vida, meus
pais, Jeferson e Rose, que são o meu porto seguro e meus melhores amigos.
Obrigada pelo amor, educação, confiança e por me darem condições de realizar todos
os meus sonhos. Amo vocês!
Ao meu orientador, Gustavo, por todos os ensinamentos ao longo desses anos.
Pela paciência, por ter me incentivado e acreditado na realização deste projeto, e por
estar sempre presente, me orientando de fato. Sem a sua ajuda, nada teria
acontecido. Agradeço, também, à Pati, professora e avaliadora, por ter ficado do meu
lado no momento mais crítico desse projeto, e por sanar todas as minhas dúvidas ao
longo da realização deste.
Ao Alexandre Menezes Guedes Júnior, que tornou tudo possível
disponibilizando junto à sua empresa, GeoEnvi – Geologia e Meio Ambiente, o
equipamento para a realização do trabalho de campo. Obrigada também pela ajuda no
processamento dos dados, e pela confiança de me permitir estagiar junto à sua
equipe. Ainda da GeoEnvi, agradeço ao Nick, Joel e Gilson pela ajuda no campo, e à
Mayara pela paciência e por toda a ajuda no escritório.
Agora ao pessoal do Laboratório de Oceanografia Geológica: Marquinhos, Raul
e Ernani, pela ajuda no campo para a coleta do sedimento.
Aos amigos de eras geológicas de Brasília e região, Geisa, Arthur e Stella, que,
mesmo longe, sempre estiveram presentes. Obrigada por todo o apoio e pela
amizade. Sei que se daqui a trinta anos eu voltar para Bsb, tudo será como antes.
Amo vocês!
Às novas amigas e vizinhas, Marina e Bruna, por terem me acompanhado e
compartilhado de todos os momentos desta jornada oceanográfica. Vocês me
ajudaram muito. Ainda, obrigada aos demais colegas de graduação que fizeram que
esses 4 anos e meio se tornassem inesquecíveis.
Ao Fabrício, meu paciente companheiro, obrigada pelo amor, amizade e por
todos os bons momentos.
À UNIVALI/Governo do Estado de Santa Catarina pela bolsa do Artigo 170
concedida durante o andamento do projeto.
vii
Tenho esperança de que um maior conhecimento do mar, que há milênios dá sabedoria ao homem, inspire mais uma vez os pensamentos e as ações daqueles que preservarão o equilíbrio da natureza e permitirão a conservação da própria vida.
Jacques Yves Cousteau
viii
SUMÁRIO
DEDICATÓRIA v
AGRADECIMENTOS vi
LISTA DE FIGURAS x
LISTA DE TABELAS xi
RESUMO xii
1 INTRODUÇÃO 1
2 OBJETIVOS 2
2.1 OBJETIVO GERAL ............................................................................................................... 2
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ................................................................................................... 2
3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 3
3.1 PLANÍCIES COSTEIRAS ........................................................................................................ 3
3.1.1 PLANÍCIE COSTEIRA DE SANTA CATARINA 4
3.1.1.1 Sistema Laguna-Barreira III 6
3.2 HIDROCARBONETOS ............................................................................................................ 8
3.2.1 CONTAMINAÇÃO PROVENIENTE DE POSTOS DE ABASTECIMENTO 8
3.2.1.1 Legislação 10
3.2.2 FASE DOS HIDROCARBONETOS E CARACTERÍSTICAS DA PLUMA DE CONTAMINAÇÃO 11
3.3 MÉTODOS GEOFÍSICOS ...................................................................................................... 13
3.3.1 ELETRORRESISTIVIDADE 14
3.3.1.1 Técnicas de medição e arranjo dos eletrodos 16
3.3.1.1.1 Arranjo Dipolo-Dipolo 17
3.3.2 PROPRIEDADES ELÉTRICAS DOS MATERIAIS GEOLÓGICOS 18
3.3.3 GEOFÍSICA NA AVALIAÇÃO DE ÁREAS CONTAMINADAS 19
4 ÁREA DE ESTUDO 21
4.1 HIDROGRAFIA .................................................................................................................. 23
4.1.1 BACIA HIDROGRÁFICA DA LAGOA DE IBIRAQUERA 23
5 METODOLOGIA 24
ix 5.1 ELETRORRESISTIVIDADE .................................................................................................. 24
5.1.1 PROCESSAMENTO DOS DADOS 27
5.2 COLETA DE SEDIMENTO .................................................................................................... 27
6 RESULTADOS E DISCUSSÃO 29
7 CONCLUSÃO 36
8 CONSIDERAÇÕES FINAIS 36
9 REFERÊNCIAS 38
x
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 Sistemas deposicionais da Planície Costeira .................................................. 6
Figura 2 Sondagem em Nova Brasília .......................................................................... 7
Figura 3 Comportamento de LNAPL em subsuperfície ............................................... 12
Figura 4 Eletrorresistividade no contexto dos métodos geofísicos .............................. 14
Figura 5 Disposição das células do modelo e dos dados de resistividade aparente ... 16
Figura 6 Representação simplificada das técnicas de SEV e CE ................................ 17
Figura 7 Arranjo Dipolo-Dipolo .................................................................................... 18
Figura 8 Área de estudo ............................................................................................. 22
Figura 9 Resistivímetro GTR-3 ................................................................................... 24
Figura 10 Disposição dos CEs .................................................................................... 25
Figura 11 CE1 – arranjo de eletrodos com espaçamento de 2m. ................................ 25
Figura 12 CE2 – arranjo de eletrodos com espaçamento de 5m. ................................ 26
Figura 13 CE3 – arranjo de eletrodos com espaçamento de 2m. ................................ 27
Figura 14 Coleta de sedimento com trado manual ...................................................... 28
Figura 15 Amostras de sedimento acondicionadas conforme a sua profundidade ...... 29
Figura 16 Caminhamento Elétrico 1 - CE1 .................................................................. 30
Figura 17 Caminhamento Elétrico 3 - CE3 .................................................................. 33
Figura 18 Caminhamento Elétrico 2 - CE2 .................................................................. 35
xi
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 Valores teóricos de resistividade elétrica ..................................................... 19
Tabela 2 Uso e ocupação do solo ............................................................................... 22
Tabela 3 Divisão das Bacias Hidrográficas do Município ............................................ 23
xii RESUMO
A contaminação de águas subterrâneas e do solo por derivados do petróleo vem
gerando preocupações a nível mundial, visto que são compostos extremamente
tóxicos e que oferecem riscos à saúde humana e comprometem a qualidade
ambiental. Uma das principais fontes deste tipo de contaminação está associada a
vazamentos em tanques subterrâneos de armazenamento de combustíveis,
instalados em postos. Desta forma, este trabalho teve como objetivo principal,
detectar contaminações subsuperficiais em uma área potencialmente contaminada
por hidrocarbonetos próxima a um posto de gasolina localizado no município de
Imbituba, SC. Para tanto, foi utilizado o método geofísico da eletrorresistividade
com a realização de três caminhamentos elétricos, sendo dois na frente do posto,
e um em direção à lagoa de Ibiraquera, recurso hídrico local de relevante
importância ecológica e ambiental. Foi realizado, ainda, coleta de amostras de
sedimento para análise química. Os dados geofísicos foram processados através
do software RES2DINV, e os resultados do estudo apontaram indícios de
contaminação nos dois caminhamentos realizados em frente ao posto de
combustíveis, e nenhum indício de contaminantes por hidrocarbonetos no
caminhamento efetuado em direção à lagoa de Ibiraquera.
Palavras-chave: caminhamento elétrico, águas subterrâneas, lagoa de Ibiraquera.
1
1 INTRODUÇÃO
Com a crescente contaminação dos corpos de águas superficiais, as águas
subterrâneas passaram a exercer um importante papel como fonte de abastecimento.
Estas constituem uma grande reserva de água doce do planeta em virtude da sua
abundância, qualidade e baixo custo de exploração. Porém, apesar da extrema
importância dos aquíferos, as águas subterrâneas estão sendo contaminadas com o
uso abusivo de agrotóxicos, fertilizantes, fossas sépticas, aterros sanitários e
principalmente por depósitos subterrâneos de produtos químicos e combustíveis
(KULKAMP et al., 2002).
Atualmente, o desordenado crescimento populacional e o desenvolvimento
industrial têm contribuído para que as preocupações acerca de problemas ambientais
sejam mais frequentes. Um dos problemas está associado ao crescente número de
veículos nas cidades brasileiras que vem apresentando um crescimento exponencial,
mais que dobrando de 2000 a 2010, segundo o Departamento Nacional de Trânsito -
Denatran (MOREIRA, 2011). Este aumento, aliado ao crescimento da indústria de
petróleo, se refletem no grande número de postos de combustíveis nas cidades.
Nos postos o armazenamento dos combustíveis é feito, na maioria dos casos,
em tanques subterrâneos, sendo, por esta razão, uma fonte potencial de
contaminação. Yamada (2004) descreve que estes tanques podem apresentar
vazamentos, originando plumas de contaminação que penetram no solo e atingem o
lençol freático. Em concordância com isto, dados da CETESB revelam que, de 1997 a
2002, ocorreu um número significativo de casos de vazamento de combustíveis
causados pela falta de manutenção de equipamentos, pela deterioração de tanques e
tubulações e, também, por falhas operacionais decorrentes do despreparo dos
profissionais que atuam nesses estabelecimentos (MARTIN, 2002).
A gasolina é o produto contido dos tanques de armazenamento dos postos que
mais gera preocupações acerca de contaminações, já que se trata de uma mistura de
aditivos químicos como álcoois e éteres e contém altas porcentagens de
hidrocarbonetos aromáticos tóxicos (YAMADA, 2004). Assim, devido aos riscos, foi
estabelecida a Resolução n°273 do Conselho Nacional do Meio Ambiente, CONAMA,
de 29 de novembro de 2000, a qual estabelece que a localização, construção,
instalação, modificação, ampliação e operação de postos revendedores de
combustíveis dependerão de licenciamento prévio do órgão ambiental competente
(CONAMA, 2000).
2
Ainda assim, contaminações provenientes dos tanques de armazenamento de
combustíveis são frequentes e preocupantes. Estas são agravadas principalmente
pelo fato de que muitas vezes as águas subterrâneas são utilizadas para o
abastecimento público, podendo, também, escoar para lagos e lagoas, gerando sérios
problemas ambientais.
O diagnóstico de áreas contaminadas é, portanto, de grande importância. Até
recentemente, a investigação tradicional dessas áreas era feita através de métodos
diretos, como a escavação de poços, monitoramento por coleta de amostras e análise
laboratorial do solo e da água. Porém, de acordo com a Environmental Protection
Agency - EPA (2000, apud MARQUES, 2007), na década de 90 ocorreu uma grande
modificação na sistemática de investigação de locais contaminados, pois as
informações existentes eram poucas e de alto custo. Em função disto, setores do
governo federal norte americano, responsáveis por remediar estes locais, adotaram
processos de investigação expedita e o emprego de métodos geofísicos foi um dos
escolhidos tendo em vista que em grandes áreas, tais métodos costumam ser mais
rápidos e apresentar menores custos em relação aos métodos diretos de investigação.
Desta forma, este trabalho tem a finalidade de aplicar o método geofísico da
eletrorresistividade na área de um posto de combustíveis localizando em Imbituba,
Santa Catarina, a fim de se detectar resistividades anômalas indicativas de
contaminação. E, além disso, determinar a espessura dos depósitos que compõe a
estrutura sedimentar da planície costeira da área de estudo.
2 OBJETIVOS
2.1 OBJETIVO GERAL
Detectar contaminações subsuperficiais por meio do método geofísico da
eletrorresistividade, analisando a espessura das camadas sedimentares e a
profundidade do embasamento rochoso.
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
- Realizar perfilagem geofísica através de imageamento elétrico e sondagem
elétrica vertical na área de um posto de combustíveis em Imbituba - SC, visando
determinar a presença de hidrocarbonetos em subsuperfície;
- Verificar a possível contaminação do subsolo próximo à lagoa de Ibiraquera;
- Analisar os resultados das perfilagens geofísicas a fim de delimitar a
espessura e profundidade das camadas sedimentares;
3 - Comparar os valores de resistividade encontrados em campo com os valores
de referência desta medida para os diferentes tipos de sedimentos.
3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
3.1 PLANÍCIES COSTEIRAS
O desenvolvimento das regiões costeiras é condicionado pelas dinâmicas
global e costeira. Em relação à dinâmica costeira, os mais importantes fenômenos de
magnitude planetária que exercem influência sobre a morfologia da costa são os
ventos, as ondas, marés e as correntes. Já em relação à dinâmica global, os
fenômenos mais importantes são a tectônica de placas, o clima e as variações do nível
do mar (VILLWOCK & TOMAZELLI, [200-]).
Neste contexto, segundo Villwock & Tomazelli (1995), as variações do nível do
mar que ocorreram pelo menos nos últimos dois milhões de anos, em geral, foram as
responsáveis pela formação da maior parte das planícies costeiras quaternárias,
ambiente no qual está situada a área de estudo do presente trabalho.
Suguio (2003), define planícies costeiras como sendo superfícies
geomorfológicas deposicionais de baixo gradiente, formadas por sedimentação
predominantemente subaquosa, que margeiam corpos de água de grandes
dimensões, como o mar ou oceano. Comumente são representadas por faixas de
terrenos recentemente (em termos geológicos) emersos e compostos por sedimentos
marinhos, continentais, fluviomarinhos, lagunares, paludiais etc, em geral de idade
quaternária.
Portanto, a gênese das planícies costeiras está atrelada às flutuações do nível
relativo do mar que são resultantes das variações reais do nível marinho (eustasia) e
das modificações do nível dos continentes (tectonismo e isostasia). Segundo Suguio
et al. (1985), as variações do nível dos continentes são controlados pelos seguintes
fatores:
a) Movimentos tectônicos, tanto horizontais quanto
verticais, que afetam a crosta terrestre segundo
mecanismos cuja duração pode ser de instantânea
(movimentos sísmicos) a períodos muito longos;
b) Movimentos isostáticos ligados às variações de carga em
função da formação ou desaparecimento de calotas
glaciais, erosão dos continentes e acumulação de depósitos
4
em bacias sedimentares, e transgressões e regressões
sobre as plataformas continentais (hidroisostasia), e
c) Deformações do geóide continental que constitui nossa
referência atual.
Já as variações reais do nível marinho, por sua vez, são
controladas por:
a) Modificações do volume total das bacias oceânicas em
consequência da tectônica de placas (tectono-eustasia);
b) Variações do volume das águas dos oceanos em
função das glaciações e deglaciações (glacioeustasia);
c) Deformações da superfície dos oceanos.
Neste contexto, Suguio (2003) descreve que as planícies costeiras brasileiras
têm como principal causa formadora, a glacioeustasia. Neste caso, nos estágios
glaciais, ocorre a retenção de um grande volume de água sobre os continentes, o que
causa a descensão do nível relativo do mar. Contrariamente, nos estágios
interglaciais, ocorre a diminuição dos volumes de águas sobre o continente, levando,
assim, a uma ascensão no nível relativo do mar.
3.1.1 Planície Costeira de Santa Catarina
Em Santa Catarina, o desenvolvimento das planícies costeiras foi, em grande
parte, guiado pelas direções estruturais do complexo cristalino, que exerceram
controle sobre os embaiamentos e sobre a disposição dos remanescentes rochosos
interiores às antigas baías que passaram a receber os sedimentos provenientes das
terras altas. O processo resultou na compartimentação da planície costeira (CARUSO
Jr, 1995).
Neste trabalho, Caruso (1995) descreve a planície costeira do sudeste de
Santa Catarina, agrupando as unidades Cenozóicas que ocorrem ao longo da faixa
litorânea em sistemas deposicionais. Mais interiorizado tem-se o sistema de leques
aluviais, abrangendo as fácies próximas de encostas, e fluviais de canais
meandrantes. Posteriormente instalou-se o sistema laguna-barreira, que engloba uma
série de fácies lagunares, deltaicas, paludiais, praiais marinhas e eólicas, acumuladas
no Pleistoceno Superior e/ou Holoceno.
5 O sistema laguna-barreira instalou-se sobre os depósitos continentais,
retrabalhando-os no decorrer das oscilações do nível do mar no Quaternário. Pelo
menos em dois momentos, Pleistoceno Superior e Holoceno, ele esteve constituído
por três subsistemas perfeitamente individualizados: o subsistema barreira, o
subsistema laguna e o subsistema canal de interligação (CARUSO Jr, 1995).
Assim, considerando a dinâmica exercida sobre o sistema laguna-barreira no
decorrer dos ciclos de transgressão e regressão, é possível inferir o retrabalhamento
que os depósitos ali acumulados sofreram no decorrer da migração lateral dos
subsistemas com seus ambientes. Durante as fases de subida do nível do mar, houve
um retrocesso das linhas de costa oceânica e lagunar, fazendo com que o avanço das
praias permitisse retrabalhamento pelas ondas de depósitos pré-existentes em ambos
os domínios, gerando fácies transgressivas. Por outro lado, durante as regressões, as
áreas lagunares eram ocupadas por depósitos paludiais enquanto a linha de praia
oceânica progradava gerando depósitos de areias litorâneas regressivas. Ao mesmo
tempo, os sistemas fluviais alcançavam a planície costeira, aprofundando seus vales
no intuito de restabelecer seu perfil de equilíbrio constantemente afetado pelo
abaixamento do nível de base de erosão regional (CARUSO Jr, 1995).
Desta forma, as flutuações glaciouestáticas do Quaternário produziram grandes
deslocamentos laterais da linha de costa nas planícies costeiras. Consequentemente,
quatro sistemas laguna-barreira foram formados, três de idade Pleistocênica,
conhecidos como Laguna-Barreira I, II e III, e um de idade Holocênica, sistema
Laguna-Barreira IV (Figura 1) (TOMAZELLI et al., 2000). Porém, é importante salientar
que estes quatro sistemas foram estudados por autores como Villwock (1984) e
Tomazelli et al. (2000) para o Rio Grande do Sul e, então, considerados por Caruso Jr.
et al. (2000) existentes também em Santa Catarina.
6 Figura 1 Sistemas deposicionais da Planície Costeira
Fonte: Tomazelli & Villwock (2000 apud FERREIRA, [2000-]).
O sistema laguna-barreira I, mais interiorizada e, consequentemente mais
antiga, foi formada como produto do primeiro evento trans-regressivo do Pleistoceno,
com níveis marinhos de ±20/25m acima do atual. O sistema laguna-barreira II foi
formado durante o segundo ciclo trans-regressivo, com níveis marinhos ±15m cima do
atual. Já o sistema laguna-barreira III, a qual faz parte a área de estudo, é o sistema
Pleistocênico mais bem preservado nos dias de hoje, e sua formação está associada
ao terceiro evento trans-regressivo Pleistocênico, com o último pico interglacial em
torno de 120ka A.P., alcançando, assim, níveis marinhos de ±8m acima do atual. Já o
sistema laguna-barreira do Holoceno, sistema laguna-barreira IV, foi formado durante
os estágios finais da transgressão marinha ocorrida após o último período glacial,
quando o nível do mar apresentava baixas taxas de elevação, cerca de ±3,4m acima
do atual (TOMAZELLI et al., 2000; LEAL, 2005).
3.1.1.1 Sistema Laguna-Barreira III
O sistema Laguna-Barreira III, formado no Pleistoceno Superior, e onde se
localiza a área de estudo, apresenta uma distribuição vertical de fácies que evidencia
uma sucessão praial progradante na sua constituição. Assim, as fácies arenosas que
constituem a Barreira III são interpretadas como sendo de origem praial e marinho
raso, recobertas por areias eólicas (TOMAZELLI, et al., 2000; CARUSO Jr, 1995).
Os sedimentos praiais da Barreira III são compostos por areias quartzosas
claras, finas, bem selecionadas com estratificações bem desenvolvidas. Em muitos
afloramentos é notável a ocorrência de uma grande quantidade de icnofósseis
representado por tubos de Ophiomorpha (Callichirus sp.) além de moldes de conchas
7 de moluscos, que marcam um paleonível do mar antigo posicionado cerca de 6-8
metros acima do presente. As areias eólicas compõem-se de areias quartzosas, finas
a muito finas, apresentando uma coloração avermelhada e um aspecto maciço.
Algumas vezes apresentam-se bioturbadas por raízes e, comumente, intercalam níveis
centimétricos de paleossolos (TOMAZELLI & VILLWOCK, 2005; TOMAZELLI et al.,
2000; CARUSO Jr, 1995).
Uma sondagem efetuada na localidade de Nova Brasília, nas proximidades da
área de estudo (CARUSO Jr, 1995) revelou a presença de um pacote arenoso de
granulometria fina a muito fina e coloração amarelada, que se estende verticalmente
da superfície até a profundidade de 9,50m. A seguir tem-se um nível de turfas com
0,50m de espessura, e outro de argila com 0,60m de espessura. Encerrando o perfil
sondado tem-se a presença de um nível arenoso de granulometria fina a média e
coloração amarelada (Figura 2).
Figura 2 Sondagem em Nova Brasília
Fonte: Caruso Jr. et al. (2000).
O autor sugere, assim, que o nível arenoso da base pertencia a um ambiente
praial. Já o nível de silte significa o estágio lagunar ocorrido em seguida. A presença
de turfas pode estar relacionada ao ressecamento destas áreas ou então ao
soterramento do ambiente lagunar por areias eólicas. Amostras deste nível turfoso
8 datadas por 14C, revelou idade superior a 43.030 anos A.P., indicando uma idade
pleistocênica para o depósito (CARUSO Jr, 1995).
3.2 HIDROCARBONETOS
O petróleo bruto é uma complexa mistura de compostos orgânicos e
inorgânicos, sendo constituído, em sua maior parte, por hidrocarbonetos. Estes são
compostos que possuem apenas carbono e hidrogênio em sua composição e
englobam desde os alcanos, mais simples, até os aromáticos, mais complexos.
Este combustível fóssil se tornou a principal fonte de energia do mundo
moderno, e para que seu potencial energético seja aproveitado ao máximo, deve ser
submetido a processos de separação, conversão e outros tratamentos. Assim, é
possível obter a maior quantidade possível de produtos de maior qualidade e valor
comercial (PETROBRÁS, 2002), visto que o petróleo é o componente básico para
mais de 6 mil produtos (DEP, 2004, apud ABDANUR, 2005).
Como citado por Yamada (2004), hidrocarbonetos são compostos orgânicos,
ditos parcialmente miscíveis em água, NAPL – non aqueous phase liquid ou fase
líquida não aquosa, sendo que existem dois tipos de NAPL:
- LNAPLs (light non- aqueous phase liquids ou fase líquida não aquosa leve): possuem
densidade menor que a água, estão comumente associados com a produção, refino e
distribuição de produtos do petróleo, como exemplos têm-se a gasolina, diesel e
querosene.
- DNAPLs (dense non-aqueous phase liquids ou fase líquida não aquosa densa):
possuem densidades maiores do que a água e estão relacionados a uma ampla
variedade de atividades industriais. Como exemplos de DNAPL têm-se os clorinatados
e solventes.
3.2.1 Contaminação Proveniente de Postos de Abastecimento
Os postos de combustíveis interferem diretamente no meio ambiente onde
estão instalados, mais especificamente no meio físico, podendo causar inúmeros
danos ambientais, como por exemplo, vazamentos de gasolina e óleo diesel,
originando plumas de contaminação que infiltram no solo e atingem o lençol freático
(YAMADA, 2004). 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 (AZAMBUJA,
et al., 2000).
No Brasil, existem cerca de 39.000 postos de abastecimento (ANP, 2011) os
quais podem oferecer riscos aos recursos hídricos, principalmente às águas
9 subterrâneas. Isto porque o armazenamento dos combustíveis é feito, na maioria dos
casos, em tanques subterrâneos. Estatísticas internacionais apontam que tanques
com mais de 20 anos de instalação podem apresentar problemas de vazamentos
devido à corrosão, porém essa vida útil passa a ser de 10 anos quando o tanque
encontra-se sem nenhuma proteção. E, além disso, problemas como falhas de
operação agravam os riscos de vazamento (ALMEIDA et al., 2007).
Segundo Finotti et al. (2001, apud ALVARENGA, 2007), as contaminações
subsuperficiais com derivados de petróleo podem ser consideradas um dos acidentes
ambientais mais sérios por três motivos:
1. Postos de abastecimento de combustíveis fazem parte da vida das cidades e são
encontrados espalhados em vários locais;
2. Apesar de o Brasil ser um país privilegiado em volume de águas superficiais para
abastecimento das cidades, sua poluição tem sido tão devastadora, que a
necessidade de uso de águas subterrâneas tem aumentado muito na última década, e;
3. A contaminação subsuperficial é difícil de ser detectada.
Em um derramamento de gasolina, uma das principais preocupações é a
contaminação de aquíferos que sejam usados como fonte de abastecimento de água
para consumo humano. Por ser muito pouco solúvel em água, a gasolina derramada,
contendo mais de uma centena de componentes, inicialmente estará presente no
subsolo como líquido de fase não aquosa (NAPL). Em contato com a água
subterrânea a gasolina se dissolverá parcialmente. Os hidrocarbonetos
monoaromáticos, benzeno, tolueno, etilbenzeno e os três xilenos orto, meta e para,
chamados compostos BTEX, são os constituintes da gasolina que têm maior
solubilidade em água e, portanto, são os contaminantes que primeiro irão atingir o
lençol freático (CORSEUIL & MARINS, 1997). Estes contaminantes são considerados
substâncias perigosas por serem depressantes do sistema nervoso central e por
causarem leucemia em exposições crônicas. Dentre os BTEX, o benzeno é
considerado o mais tóxico com padrão de potabilidade de 10 µg/l, segundo as normas
do Ministério da Saúde (CORSEUIL & MARINS, 1997).
Outro fator importante que deve ser considerado na avaliação da contaminação
por gasolina é que este combustível é comercializado, na maioria dos estados
brasileiros, através de uma mistura de 74 a 80% de gasolina e 20 a 26% de álcool
etílico anidro combustível (AEAC), ou o etanol anidro (MARANHÃO et al., 2007).
Estudos revelaram que o etanol presente na gasolina comercial brasileira aumenta a
solubilização dos hidrocarbonetos na água através do efeito de co-solvência,
aumentando, consequentemente, o impacto ambiental no caso de um derramamento
10 de gasolina com etanol. Além disto, Corseuil & Marins (1997) destacam que o etanol
pode ser biodegradado em preferência aos compostos BTEX, inclusive podendo inibir
a biodegradação destes.
3.2.1.1 Legislação
A revenda de combustíveis é uma atividade de utilidade pública,
regulamentada pela Lei n°9.847, de 26 de outubro de 1999.
Desta forma, frente à periculosidade que os postos apresentam do ponto de
vista ambiental, o Conselho Nacional do Meio Ambiente – CONAMA, estabelece
diretrizes para o licenciamento ambiental de postos de combustíveis e serviços e
dispõe sobre a prevenção e controle da poluição através da Resolução n°273, de 27
de novembro de 2000. Para a descrição dos artigos desta resolução, o CONAMA
considera que:
Toda instalação e sistemas de armazenamento de derivados de petróleo e outros combustíveis, configuram-se como empreendimentos potencialmente ou parcialmente poluidores e geradores de acidentes ambientais;
Os vazamentos de derivados de petróleo e outros combustíveis podem causar contaminação de corpos d’água subterrâneos e superficiais, do solo e do ar;
Os riscos de incêndio e explosões, decorrentes desses vazamentos, principalmente pelo fato de que parte desses estabelecimentos localizam-se em áreas densamente povoadas;
A ocorrência de vazamentos vem aumentando significativamente nos últimos anos em função da manutenção inadequada ou insuficiente, da obsolescência do sistema e equipamentos e da falta de treinamento de pessoal;
A ausência e/ou uso inadequado de sistemas confiáveis para a detecção de vazamento;
A insuficiência e ineficácia de capacidade de resposta frente a essas ocorrências e, em alguns casos, a dificuldade de implementar as ações necessárias.
Fica evidente, portanto, a atenção que estes empreendimentos requerem
quanto ao monitoramento dos tanques de armazenamento dos combustíveis. Neste
sentido, a eletrorresistividade se enquadra como um método novo que poderia ser
adotado a fim de detectar possíveis vazamentos.
11
3.2.2 Fase dos Hidrocarbonetos e Características da Pluma de
Contaminação
Quando ocorre o vazamento de combustíveis, o produto se movimentará
descendentemente pela ação da gravidade e de acordo com as forças capilares e
condutividade hidráulica do solo. Assim, os hidrocarbonetos liberados em
subsuperfície constituem diferentes fases de contaminação e sua permanência em
cada uma delas, bem como sua migração, depende das propriedades físico-químicas
do contaminante e das propriedades do meio.
Guiguer (1996, apud MARQUES, 2007) e Mindrisz (2006), salientam as
características que mais afetam a movimentação e retenção dos combustíveis no solo:
densidade (relação entre massa e volume), viscosidade (resistência do fluido para
escoar), solubilidade (quanto de um constituinte pode se dissolver em água a uma
temperatura específica), pressão de vapor (tendência do líquido se volatilizar e passar
para a fase vapor) e coeficiente de partição (constantes empíricas que descrevem
como um composto químico se distribui entre dois meios). Já o solo, normalmente é
classificado pela textura e teor de argila, silte e areia. O tamanho e a ligação dos poros
definem o movimento dos fluidos em subsuperfície e, geralmente, quanto maiores as
partículas do solo, maiores os espaços vazios e maior a permeabilidade.
Em solos mais grossos o óleo pode facilmente expulsar a água e a saturação
de LNAPL pode ser bem elevada porque o maior tamanho dos poros diminui as forças
capilares e facilita a entrada do óleo. Por outro lado, em solos mais finos o óleo não
desloca a água, a saturação de óleo fica menor e a retenção de óleo maior. Quando o
fluido ocupa todo o espaço do poro, a força capilar é pequena e o movimento acontece
por gradiente hidráulico. Porém, quando o fluido ocupa apenas parte do espaço entre
os grãos, as forças capilares tornam-se dominantes e é necessária muita energia para
retirar os contaminantes dos poros muito pequenos (GUIGUER, 1996, apud
MARQUES, 2007; MINDRISZ, 2006).
A Figura 3 traz a classificação de Fetter (1999 apud MARQUES, 2007) quanto
à classificação das fases dos hidrocarbonetos em subsuperfície.
12 Figura 3 Comportamento de LNAPL em subsuperfície
Fonte: Fetter (1999 apud Marques, 2007).
Assim, quando um determinado volume de LNAPL é lançado na superfície do
terreno, o material migrará através da zona não saturada para o topo da franja de
capilaridade acima do nível d’água subterrâneo. Os componentes mais solúveis do
LNAPL migrarão à frente dos componentes menos solúveis, e ao atingir a franja de
capilaridade, onde a água preenche a maior parte dos poros, as forças capilares
reduzirão o movimento vertical do LNAPL, que ao final atinge a saturação residual.
Nesta zona, o LNAPL tende a migrar ao longo do topo da franja de capilaridade, na
mesma direção do fluxo subterrâneo (SILVA, 2005).
Portanto, observando a Figura 3, após o vazamento, os hidrocarbonetos
apresentam-se na fase residual, aquela que fica depois da passagem do contaminante
na fase liquida e acontece quando o LNAPL fica retido pelas forças capilares do solo,
ou preso entre os espaços dos poros. Este material residual atuará como fonte de
contaminação, posteriormente provocando dissolução em água e volatilização em
vapor no solo (MARQUES, 2007).
Já a fase móvel, ou livre, segundo Marques (2007), ocorre quando a saturação
de LNAPL excede a saturação residual gerando uma fase contínua entre os poros da
matriz do solo. Este volume de LNAPL móvel pode se deslocar vertical ou
13 horizontalmente, de acordo com as flutuações do nível d’água. Entretanto, para haver
o movimento, além da mobilidade potencial, também é necessário haver um gradiente
e condutividade hidráulica. Ainda, alguns autores, como Sauck (2000 apud
AZAMBUJA, et al. 2000), publicaram estudos experimentais que demonstram que
apenas 50% dos vazios do solo são ocupados por hidrocarbonetos, sendo que a outra
metade é ocupada por água e ar. Esse percentual de hidrocarbonetos presente nos
vazios dos solos não é constante, admitindo-se que ele seja menor nas bordas
superior e inferior dessa camada. Por essa razão, não existe um limite estrito entre a
fase livre e as demais fases, mas uma banda de transição que pode ser mais ou
menos espessa, de acordo com a viscosidade do hidrocarboneto, magnitude e
frequência das oscilações freáticas, quantidade de oxigênio disponível, porosidade do
solo e ainda o tempo transcorrido desde o vazamento.
A fase dissolvida acontece quando existe o contato dos hidrocarbonetos com a
água subterrânea. A quantidade de hidrocarbonetos dissolvidos depende das
condições de degradação (ou bioconversão) do produto, estando muito mais
relacionada à participação da fase adsorvida e muito menos ligada à espessura da
fase livre propriamente dita (MARQUES, 2007; AZAMBUJA, et al., 2000).
Embora não representado na Figura 3, existe ainda a fase de vapor, resultado
da volatilização dos compostos da fase líquida presentes na zona não saturada. Estes
hidrocarbonetos também podem se volatilizar dos residuais e, em menor escala, a
partir daqueles da fase dissolvida (MARQUES, 2007).
3.3 MÉTODOS GEOFÍSICOS
Atualmente, diversos métodos são utilizados com a finalidade de se detectar
contaminações em subsuperfície. Estes são divididos, basicamente, em métodos
diretos e indiretos de investigação.
Os métodos diretos, como o próprio nome sugere, não aqueles em que há
contato direto com o material a ser estudado. Permitem, assim, a coleta de amostras
para ensaios laboratoriais e são efetuados através de práticas de sondagens. Já os
métodos indiretos são aqueles em que o pesquisador não tem contato direto com o
material e as medições são efetuadas a partir da superfície do terreno ou através de
levantamentos espaciais. Um exemplo de métodos indiretos são aqueles empregados
através da geofísica, ciência que se utiliza de propriedades naturais para o
entendimento das características físicas de determinado local.
Assim, uma das principais vantagens da aplicação dos métodos geofísicos em
relação aos métodos diretos de investigação, é a rapidez na avaliação de grandes
áreas com custo relativamente menor. Além disso, os levantamentos geofísicos
14 propiciam a execução de perfis contínuos, possibilitando a identificação com maior
precisão das variações laterais decorrentes das mudanças litológicas ou originadas
pela presença da contaminação subterrânea. Por outro lado, os métodos diretos
podem levar a interpretações errôneas e inadequadas da área a ser estudada, pois as
características subsuperficiais não são uniformes, e as amostragens podem ser pouco
representativas, além de gerarem altos custos na hipótese de se escavar vários poços,
(BENSON & NOEL 1984, apud MARQUES, 2007; CETESB, 1999).
Deste modo, os métodos geofísicos vêm sendo amplamente empregados no
diagnóstico e monitoramento de áreas contaminadas (MOREIRA et al., 2006) e os
principais e mais adequados métodos que comumente são aplicados à investigação
da contaminação do solo e da água subterrânea são: o georradar (GPR), o
eletromagnético indutivo (EM), a eletrorresistividade (ER) e a magnetometria
(CETESB, 1999). A vantagem desses métodos em relação a outros métodos
geofísicos consiste basicamente na capacidade de detecção direta da contaminação
subterrânea e não apenas na identificação das feições geológicas das áreas em
estudo.
3.3.1 Eletrorresistividade
No contexto dos métodos geofísicos de prospecção, os métodos geoelétricos
constituem um grande grupo. Estes se caracterizam por medir, em subsuperfície, a
resposta do substrato geológico à excitação por campos elétricos ou magnéticos de
origem natural ou artificial. A principal propriedade medida por esses métodos é a
resistividade elétrica ou seu inverso, a condutividade (GANDOLFO, 2007).
O método da eletrorresistividade, o da polarização induzida e o do potencial
espontâneo constituem o grupo denominado de “métodos elétricos” de prospecção
(Figura 4).
Figura 4 Eletrorresistividade no contexto dos métodos geofísicos
Fonte: Gandolfo (2007).
15 Assim, a eletrorresistividade mede a dificuldade que uma corrente elétrica
encontra ao se propagar em determinado meio, ou seja, mede a resistividade elétrica
dos materiais em subsuperfície.
Esta medição é feita através de um arranjo de quatro eletrodos (A, B, M e N),
sendo AB o circuito de emissão de corrente, através do qual uma corrente elétrica (I) é
injetada no terreno; e MN o circuito de potencial onde uma diferença de potencial (∆V)
é lida entre dois eletrodos. A razão entre ∆V e I corresponde à resistência elétrica (R)
do terreno, medida em ohm (Ω). A resistividade elétrica (ρ) é obtida multiplicando-se a
resistência por uma constante (k), denominada constante geométrica, medida em
metros (m), que depende da geometria relacionada à disposição dos quatro eletrodos
(AZAMBUJA et al., 2000;BARROSO & BORGES, 1997).
Para o arranjo Dipolo-Dipolo, usado neste trabalho, a constante k é expressa
por:
KD-D = π. a. n(n+1)(n+2),
onde:
a = espaçamento usado entre os eletrodos A e B ou M e N;
n = nível de investigação;
π = 3,14.
É importante salientar que o desenvolvimento desta teoria está baseado no
método mais simples, ou seja, considerando um meio homogêneo e isotrópico, com
resistividade elétrica uniforme. Entretanto, como a Terra não é homogênea nem
isotrópica, o valor de resistividade varia de ponto a ponto, tanto lateralmente como em
profundidade. Assim, os valores que se obtém através da equação são
considerados fictícios, chamados de “resistividades aparentes” (GANDOLFO, 2007).
Deste modo, para a obtenção das resistividades “verdadeiras”, os dados
devem passar por um processo denominado inversão. Atualmente, existem diferentes
softwares disponíveis para isso, o que possibilita, assim, uma análise quantitativa dos
dados. Esses softwares podem ser classificados em dois principais grupos: de
inversão por polígonos e inversão por suavização (OLAYINKA & YARAMANCI, 2002
apud GANDOLFO, 2007).
A inversão por suavização, também conhecida por “smooth inversion” utiliza
algoritmos baseados em um esquema de células, que é gerado de forma
automatizada. Um exemplo de programa que utiliza um algoritmo deste tipo é o
RES2DINV (GEOTOMO SOFTWARE®, 2004), utilizado neste trabalho (GANDOLFO,
2007).
16 Para a inversão dos dados, o programa divide a subsuperfície em blocos
retangulares (Figura 5). O objetivo é determinar a resistividade verdadeira dos blocos
retangulares que geraria uma pseudoseção de resistividades aparentes semelhante à
seção de resistividade aparente medida em campo. A diferença entre estas duas
seções, medida através do erro RMS (root-mean-squared), é a resistividade
verdadeira (COTA, 2007).
Figura 5 Disposição das células do modelo e dos dados de resistividade aparente
Fonte: Bortolin (2009).
3.3.1.1 Técnicas de medição e arranjo dos eletrodos
No método da eletrorresistividade, existem diferentes técnicas de aquisição de
dados, sendo que as principais são a Sondagem Elétrica Vertical (SEV) e o
Caminhamento Elétrico (CE) (Figura 6). A SEV é aplicada quando se deseja uma
informação pontual, observando a variação vertical da resistividade, enquanto que o
CE é aplicado quando se deseja obter valores de resistividade ao longo de uma seção
horizontal.
17 Figura 6 Representação simplificada das técnicas de SEV e CE
Fonte: Branco, et. al. (2005).
Para a realização dessas técnicas de campo, os eletrodos podem ser dispostos
de diferentes formas, chamadas de arranjos. Os dois arranjos mais conhecidos são o
Schlumberger e o Wenner, os demais são derivados destes, desenvolvidos com o
intuito de aprimorar os resultados, diminuindo os ruídos dos dados e até mesmo o
tempo em campo (BORGES, 2007). Os que mais se destacam visto à sua
aplicabilidade, são o Dipolo-Dipolo, Pólo-Dipolo, Pólo-Pólo e Gradiente.
3.3.1.1.1 Arranjo Dipolo-Dipolo
Neste arranjo os eletrodos são dispostos da seguinte forma: A-B-M-N, com
uma distancia “a” entre eles. A Figura 7 ilustra um arranjo Dipolo-Dipolo com 20 pontos
de medição, e aquisição de dados em três níveis, representados pelos pontos 1, 18 e
34. Assim, para se efetuar a medida do primeiro ponto (ponto 1), são utilizados os
eletrodos 1, 2, 3 e 4, sendo que os dois primeiros são os eletrodos de corrente, e os
demais, de potencial. Já para a medida do segundo nível, (ponto 18), os eletrodos de
potencial são deslocados adiante a uma distancia “2a” da inicial, sendo usados para
esta medida, portanto, os eletrodos 1, 2, 4 e 5. Este procedimento é repetido até que
os 20 eletrodos sejam usados para a realização das medidas.
18 Figura 7 Arranjo Dipolo-Dipolo
Fonte: Borges (2007).
3.3.2 Propriedades elétricas dos materiais geológicos
A resistividade elétrica depende basicamente da composição mineralógica,
granulometria, porosidade, grau de saturação e salinidade da água que preenche os
vazios (poros e fraturas) das rochas (GANDOLFO, 2007; BORTOLIN, 2009) Assim,
segundo Bortolin (2009):
• Materiais que apresentam porosidade demasiadamente baixa tendem a exibir altos valores de resistividade: folhelhos maciços e a maioria das rochas magmáticas e metamórficas;
• Materiais que não apresentam água em seus poros possuem alta resistividade: areias e cascalhos secos;
• Materiais cuja água intersticial seja livre de salinidade tendem a apresentar altas resistividades: areias e cascalhos limpos, mesmo que saturados em água;
• A maioria dos materiais, especialmente se houver a presença de argilas, apresentam resistividades médias ou baixas: solos argilosos com água e rochas saturadas.
Entretanto, estas afirmações são válidas se, e somente se, considerarmos
materiais geológicos em meio natural, sem influência de substâncias “estranhas” ao
meio como, por exemplo: derivados de petróleo, pesticidas agrícolas, óleos minerais
e/ou vegetais, e chorume. Tais substâncias, quando em contato com materiais
geológicos, podem alterar suas características químicas e físicas (BORTOLIN, 2009).
Neste contexto, existem valores teóricos de resistividades tabelados na
literatura para diferentes materiais, como apresentado na Tabela 1 a seguir.
19 Tabela 1 Valores teóricos de resistividade elétrica
MATERIAL RESISTIVIDADE (Ω.m)
Águas doces superficiais 101 - 104
Água potável 0,1 - 103
Água do mar 0,2
Subterrânea 1 - 20
Argilas 101 - 102
Areias 102 - 104
Areia saturada com água mineral 10-1 - 101
PARA ZONA SATURADA
Argiloso ≤ 20
Argilo-arenoso 20 – 40
Areno-argiloso 40 – 60
Arenoso ≥ 60
ROCHAS SEDIMENTARES
Arenitos 101 - 108 102 - 103
Folhelhos 101 - 103
Calcários 102 - 104
ROCHAS ÍGNEAS
Granitos 102 - 105
Basaltos 102 - 105
Gabros 103 - 106
ROCHAS METAMÓRFICAS
Xistos 101 - 103
Quartzitos 102 - 108
Gnaisses 102 - 104
METAIS 10-8 – 10-7
ÓLEO USADO 150 - 700
Fonte: adaptado de Borges (2007); Bortolin (2009); Lago (2009).
3.3.3 Geofísica na avaliação de áreas contaminadas
Segundo CETESB (1999), a realização dos levantamentos geofísicos pode ser
efetuada nas diferentes etapas de atividades estabelecidas para o gerenciamento de
áreas contaminadas:
• Na etapa de investigação confirmatória as técnicas geofísicas são utilizadas para
localizar os pontos de amostragem mais adequados, através da determinação de
anomalias que representam os locais com maiores concentrações de contaminantes
(hot spots);
20 • Quando da investigação detalhada e investigação para remediação, os métodos
geofísicos podem ser empregados para o mapeamento e monitoramento da
propagação da contaminação;
• Na fase de remediação de áreas contaminadas, estes métodos podem ser aplicados
na avaliação da eficiência dos trabalhos de recuperação pela confirmação das
reduções das concentrações dos contaminantes.
Deste modo, na literatura, diversos trabalhos apresentam respostas
satisfatórias quanto ao uso da eletrorresistividade para avaliação de contaminação por
hidrocarbonetos.
Braga & Cardinali (2005), ao acompanharem temporalmente plumas
controladas de contaminação em sedimentos, relatam que o método da
eletrorresistividade identificou perfeitamente o contaminante – gasolina, assim como
Moreira et al. (2006), Azambuja et al. (2000) e Olhoeft (1992, apud MARQUES, 2007),
também obtêm resultados satisfatórios com o método em áreas contaminadas por
derivados de petróleo.
Ainda, Marques (2007), ao aplicar quatro métodos geofísicos
(eletrorresistividade, polarização induzida, georradar e eletromagnético) na
investigação de dois perfis a jusante de um posto de combustível com histórico de
vazamento, concluiu que a eletrorresistividade foi o método que apresentou a melhor
correlação com a zona contaminada e com as análises químicas.
Diferentemente dos trabalhos citados acima, Lago (2009), aplica o método em
uma área de disposição de resíduos de óleo lubrificante, relatando resultados
satisfatórios quanto à sensibilidade da metodologia ao identificar estes resíduos. Prá
(2011), confirmou a efetividade da eletrorresistividade na avaliação de contaminação
por sais inorgânicos, enquanto que Bortolin (2009) e Oliveira (2009) utilizaram o
método a fim de monitorar temporalmente plumas de contaminação de resíduos
sólidos em aterro, obtendo boas respostas quanto à identificação de zonas de
resistividade distribuídas tanto em profundidade quanto em extensão lateral. Estes
trabalhos evidenciam, assim, a aplicabilidade e eficiência desta metodologia em
diferentes estudos ambientais, visto que há registros de resultados satisfatórios não
somente para avaliação de contaminação por hidrocarbonetos.
Entretanto, apesar de a eletrorresistividade apresentar boas respostas em
estudos com contaminantes derivados do petróleo, muito ainda se discute em relação
aos valores de resistividade correspondentes a estes contaminantes.
Neste contexto, Sauck (2000, apud BRAGA & CARDINALI, 2005), afirma que
derivados de hidrocarbonetos apresentam valores elevados de resistividade.
21 Entretanto, esses valores variam com o tempo, em função de reações com ácidos
orgânicos ou ácidos carbônicos devido à biodegradação dos seus componentes,
tornando-os condutivos.
Ainda, a partir da aplicação do método para análise da atividade de
biodegradação em local contaminado por hidrocarbonetos, Werkema et al. (2003 apud
BRAGA et al., 2008) destacam a presença de grandes quantidades de bactérias
degradadoras de óleo diesel em áreas com baixos valores de resistividade elétrica,
sugerindo que a magnitude do parâmetro físico representa uma medida indireta da
atividade biológica.
Já Braga & Cardinali (2005), aplicaram a eletrorresistividade em estudos de
contaminação de sedimentos por derivados de hidrocarbonetos durante 10 meses.
Logo após a introdução do contaminante a resistividade aumentou e, depois de 6
meses, tornou-se menor. A partir dos resultados obtidos os autores concluíram que o
fator tempo decorrido é fundamental para obtenção da assinatura geoelétrica da
contaminação. Nos vazamentos mais recentes espera-se encontrar altas
resistividades, enquanto nos vazamentos mais antigos a tendência é encontrar baixas
resistividades.
Deste modo, estudos geofísicos em áreas impactadas por derivados de
petróleo descrevem anomalias tanto de baixa, quanto de elevada resistividade,
confirmadas como fase contaminante por meio de análises químicas. Esta aparente
contradição pode refletir, portanto, processos de degradação associado ao tempo de
residência de contaminantes no local, por meio da geração de subprodutos que
alteram as propriedades físicas do meio, principalmente pela dissolução mineral por
ação de ácidos orgânicos e pela neoformação de minerais de óxidos e hidróxidos de
ferro (MOREIRA et al., 2006).
4 ÁREA DE ESTUDO
O município de Imbituba está localizado no litoral sul de Santa Catarina, a 90
km da capital do Estado, Florianópolis, entre as coordenadas 28º14‘24”S e
48º40’13”W. Possui área de 184,79km² e tem como municípios limítrofes: ao norte,
Garopaba e Paulo Lopes; ao sul, Laguna; a oeste, Imaruí; e a leste, o Oceano
Atlântico (Imbituba).
O posto utilizado como área de estudo do presente trabalho está situado na
SC-434, nas proximidades do limite entre os municípios de Imbituba e Garopaba.
Encontra-se a noroeste do sistema lagunar de Ibiraquera, estando a cerca de 500
metros da lagoa de Ibiraquera (Figura 8).
22 Figura 8 Área de estudo
No município, a urbanização se apresenta bastante fragmentada, sendo
constituída por diversos núcleos. Isto decorre do fato de que mais de 20% de sua área
está circundada por corpos d'água e mais de 4% é composto por dunas fixas e semi-
fixas (Tabela 2), fornecendo restrições à área de expansão urbana. Os maiores núcleos
populacionais se concentram ao norte, na região de entorno da lagoa de Ibiraquera ou
na região central. Já os núcleos menores se apresentam espalhados, geralmente
próximos a BR-101 ou nas regiões de entorno da Lagoa do Mirim ou próximo ás praias
(CONSÓRCIO HARDT-ENGEMIN, 2008).
Tabela 2 Uso e ocupação do solo
CLASSE ÁREA (km²) %
Urbanizada 33,91 18,11
Dunas 8,46 4,52
Afloramento Rochoso 0,32 0,17
Solo Exposto 1,81 0,97
Cultura 22,38 11,95
Massa d’água 39,10 20,88
Pastagem 42,10 22,69
Vegetação Primária 0,69 0,37
23
Vegetação Secundária 35,90 19,17
Reflorestamento 1,60 0,86
Banhado 0,60 0,32
Total 187,26 100
Fonte: Adaptado de CONSÓRCIO HARDT-ENGEMIN, 2008.
4.1 HIDROGRAFIA
Imbituba está inserida no sistema lagunar da planície costeira do território
catarinense, que se divide em quatro bacias hidrográficas conforme a Tabela 3.
Tabela 3 Divisão das Bacias Hidrográficas do Município
BACIA HIDROGRÁFICA PRINCIPAL RECURSO HÍDRICO
Rio Araçatuba Rio Araçatuba
Lagoa de Ibiraquera Lagoa de Ibiraquera
Mirim Rio D’uma
Itapirubá Lagoa do Mirim
Fonte: Adaptado de CONSÓRCIO HARDT-ENGEMIN, 2008.
4.1.1 Bacia hidrográfica da lagoa de Ibiraquera
A microbacia da lagoa de Ibiraquera localiza-se na porção nordeste do
município, próximo a Garopaba, e o seu principal recurso hídrico é a lagoa de
Ibiraquera. Nas margens dela ocorrem áreas urbanizadas, pastagens, áreas alagadas
e formações pioneiras com influência hídrica. Secundariamente e quase inexistentes
pequenos fragmentos florestais. Na porção sul da microbacia, além das acima citadas,
ocorre areias e dunas. Todas essas características são de extrema importância, visto
que corroboram para enquadrar a lagoa como sendo uma Área de Preservação
Permanente, o que reafirma a importância ambiental deste local (CONSÓRCIO
HARDT-ENGEMIN, 2008).
Além disso, também é importante salientar que, segundo CPRM (2000, apud
CONSÓRCIO HARDT-ENGEMIN, 2008), Imbituba apresenta três classes de
vulnerabilidade à poluição:
Áreas de vulnerabilidade extrema à poluição: são encontradas na microbacia
de Itabirupá e lagoa de Ibiraquera, por se tratar de área de recarga, em
formações de elevada permeabilidade;
Áreas de vulnerabilidade alta à poluição: ocorrem em terrenos situados
principalmente nas Microbacias do Mirim e Araçatuba, com destaque para as
margens do rio D’una. São coberturas inconsolidadas sobre aquíferos
fraturados;
24
Áreas de vulnerabilidade moderada à poluição: ocorre em função da
recarga/descarga em aquífero fraturado com relevo acidentado, em rochas
graníticas localizadas próximo à linha de costa.
Portanto, conforme esta classificação, a área de estudo merece atenção
especial, visto que se enquadra na classe mais crítica quanto à vulnerabilidade à
poluição, sendo de extrema importância o monitoramento da qualidade ambiental
local.
5 METODOLOGIA
5.1 ELETRORRESISTIVIDADE
Para a realização dos trabalhos de campo, foi utilizado o Resistivímetro GTR-3
Geotrade (Figura 9) de fabricação suíça, pertencente à GeoEnvi – Geologia e Meio
Ambiente, empresa que cedeu o equipamento para a realização deste trabalho.
Figura 9 Resistivímetro GTR-3
Fonte: Jessica Finco, 2012.
A aquisição dos dados ocorreu ao longo de dois dias de campo e consistiu em
três caminhamentos elétricos, todos com o uso do arranjo Dipolo-Dipolo. A Figura 10
ilustra a disposição dos CEs realizados.
25 Figura 10 Disposição dos CEs
Os dois primeiros caminhamentos foram realizados no dia 03 de agosto de
2012. O primeiro, CE1, foi localizado na frente do posto de combustíveis (Figura 11),
contando com 22 eletrodos espaçados de 2 em 2 metros, totalizando, assim, um CE
de 42 metros de comprimento na direção sudoeste para nordeste.
Figura 11 CE1 – arranjo de eletrodos com espaçamento de 2m.
Fonte: Jessica Finco, 2012.
26 Já o segundo caminhamento, CE2, foi orientado em direção à lagoa de
Ibiraquera (Figura 12) a fim de avaliar a existência de alguma pluma de contaminação
que possa vir a atingir a lagoa. Este contou com 30 eletrodos, com espaçamento de
5m, resultando em um caminhamento de 150m, indo de noroeste para sudeste.
Figura 12 CE2 – arranjo de eletrodos com espaçamento de 5m.
Fonte: Jessica Finco, 2012.
Após este levantamento de campo, os dados foram processados e analisados.
Durante a análise, foi detectada uma área de resistividades muito baixas em um ponto
específico do CE1. Deste modo, no dia 08 de novembro de 2012 foi realizado outro
CE, CE3 (Figura 13), a uma distância lateral de cerca de 1m do CE1 a fim de
confirmar a área de baixas resistividades.
27
Figura 13 CE3 – arranjo de eletrodos com espaçamento de 2m.
Fonte: Jessica Finco, 2013.
O trabalho de campo foi efetuado da seguinte maneira: a cada medida, o
operador do resistivímetro insere o valor correspondente a K (fator geométrico) no
equipamento (Figura 9), e outras duas pessoas conectam os cabos aos eletrodos
correspondentes. Assim que os cabos estiverem devidamente conectados, a corrente
é induzida e, automaticamente, a resistividade é lida no aparelho. Os valores obtidos
são, então, anotados em uma planilha padrão para o arranjo Dipolo-Dipolo.
5.1.1 Processamento dos dados
A inversão dos dados obtidos em campo foi realizada no escritório da GeoEnvi
através do software RES2DINV, programa computacional desenvolvido na Malásia.
Ao entrar com os dados de campo, o programa determina de forma automática
um modelo 2D, visto que este é capaz de corrigir as distorções observadas nas
pseudo-seções de resistividade elétrica aparente correspondentes aos arranjos
utilizados, ou seja, este programa gera imagens que apresentam uma melhor
correspondência com a realidade geológica em subsuperfície, o que facilita a
interpretação dos resultados.
5.2 COLETA DE SEDIMENTO
No dia 16 de maio de 2013 foi realizado um campo para a coleta de sedimento.
O local a ser amostrado foi definido após a análise dos dados geofísicos, ou seja, o
local da coleta corresponde à área de baixas resistividades encontradas nos CE1 e
CE3, aos ±6m dos caminhamentos.
28 Segundo o planejamento de campo, a coleta seria efetuada com o auxílio de
um vibrocorer, porém, devido à alta compactação do local, esta teve que ser realizada
com trado manual (Figura 14).
As amostras foram coletadas nas seguintes profundidades: 45cm, 50cm,
62cm, 70cm, 80cm, 85cm, 95cm, 100cm, 108cm, 125cm, 145cm, 155cm, 175cm,
200cm, 240cm, 280cm e 290cm. À medida que as amostras eram retiradas, foram
acondicionadas em sacos plásticos identificados com a sua profundidade
correspondente (Figura 15).
Ao coletar nos 175cm de profundidade, foi possível sentir cheiro de óleo no
sedimento. Desta forma, esta amostra foi selecionada para a análise química, bem
como outras duas amostras, aos 280cm, e aos 100cm de profundidade a fim de se
saber a distribuição da possível contaminação ao longo da sondagem.
As análises químicas foram realizadas no Laboratório Natrium situado em
Timbó - SC, através da técnica de cromatografia gasosa.
Figura 14 Coleta de sedimento com trado manual
Fonte: Jessica Finco, 2013.
29 Figura 15 Amostras de sedimento acondicionadas conforme a sua profundidade
Fonte: Jessica Finco, 2013.
6 RESULTADOS E DISCUSSÃO
O CE1 (Figura 16) apresentou um aumento gradual nos valores de
resistividade com o aumento da profundidade de investigação. Inicialmente é possível
observar uma faixa de resistividades intermediárias dividindo o caminhamento. Esta se
estende ao longo dos 2,95m de profundidade, e divide a imagem em duas áreas
distintas, sendo a superior, a área com menores resistividades, e a inferior, com
maiores resistividades.
Neste sentido, acima desta faixa, os valores de resistividade encontram-se
entre ±71,9 e 176 ohm.m, com exceção de duas zonas de resistividades muito baixas
representadas em azul. A primeira encontra-se logo no início do CE e se estende dos
5,5 aos 7m de distância com profundidade de aproximadamente 0,85m. Já segunda
pluma inicia-se nos 21,5m e vai até os 32,5m do caminhamento, atingindo a
profundidade de ±1,25m.
Abaixo da profundidade de 2,95m os valores de resistividade variaram de ±225
a mais de 428 ohm.m.
30
Figura 16 Caminhamento Elétrico 1 - CE1
31 O CE3 foi realizado com o objetivo de confirmar as duas plumas de baixas
resistividades apresentadas em azul no CE1.
Desta forma, analisando a Figura 17, vemos que apenas uma das plumas foi
confirmada e relaciona-se perfeitamente com a encontrada na Figura 16, com a
diferença de alcançar maiores profundidades. Neste caso, cerca de 2,10m.
Observando o restante da imagem gerada, vemos que esta traz as mesmas
características do CE1, apresentando, também, o limite de resistividades
intermediárias nos 2,95m de profundidade, dividindo o caminhamento em duas seções
diferenciadas, com altas resistividades na parte inferior, e baixas na parte superior.
Ainda, entre o CE1 e CE3 é possível notar diferenças quanto aos horizontes
das camadas resistivas. Isto pode ser explicado pelo fato de que os eletrodos não
foram cravados exatamente nos mesmos lugares nos dois caminhamentos.
É possível inferir que a zona de baixas resistividades em comum nos CE1 e
CE3 (em azul) esteja associada à presença de hidrocarbonetos, e provável existência
de organismos degradadores, visto que estudos de Werkema et al. (2003 apud
BRAGA et al., 2008), Braga et al. (2008) e Braga & Cardinali (2005) associam a
presença de baixos valores de resistividades em contaminações por hidrocarbonetos à
degradação que os microrganismos promovem.
A pesar de identificada a presença de óleo através de características
organolépticas na amostra aos 175 cm, o procedimento realizado nas análises
químicas só foi capaz de quantificar a presença de fenantreno, hidrocarboneto
considerado um poluente prioritário devido à sua toxicidade, persistência e
predominância no meio ambiente (MIRANDA, 2008), com concentrações de 222
µg/kg. É possível, assim, que o odor identificado na amostra citada acima seja
proveniente de compostos que provem do óleo cru.
A área intermediária, (em amarelo), coincide com a profundidade do início do
lençol freático, identificada no momento das coletas de sedimento. A pesar de a água,
quando analisada sozinha apresentar valores médios de resistividade de
aproximadamente 20 ohm.m, (BORTOLIN, 2009) quando no lençol freático apresenta
uma resposta resistiva bem diferente devido principalmente ao fato de estar
circundada de sedimento, com valores mais altos que 20 ohm.m.
Os altos valores de resistividade encontrados na parte inferior dos CE1 e CE3
são condizentes com a literatura tendo em vista que o sedimento possui
características arenosas, sendo distintivos de terrenos quaternários, típicos de
ambientes costeiros (CARUSO Jr, 1995), que, quando secas e bem compactadas,
apresentam resistividades maiores que 300 ohm.m, podendo passar de 1000 ohm.m.
32 (BORGES, 2007; LAGO, 2009; OLIVEIRA, 2009) Ainda neste sentido, em seu
trabalho, Bortolin (2009) afirma que sedimentos com água intersticial livre de
salinidade, geralmente apresentam altos valores resistivos mesmo que saturados em
água.
Porém, apesar da resposta geofísica não deixar grandes indícios de
contaminação nesta área, não é possível descartar a ocorrência de contaminantes,
visto que na bibliografia também há explicações para altas resistividades em áreas
com hidrocarbonetos. Isto pode ocorrer, segundo Marques (2007), porque em
sedimentos mais finos os hidrocarbonetos expulsam a água dos poros e ficam
aderidos às partículas dos grãos restringindo a mobilidade dos íons criando, assim,
uma região resistiva.
Nestes dois caminhamentos, CE1 e CE3, é possível correlacionar o
comportamento da possível pluma de hidrocarbonetos com a classificação de Fetter
(1999 apud ABDANUR, 2005; MARQUES, 2007), como já apresentado anteriormente
na Figura 3. Desta forma, é possível que nos ±1,75m de profundidade, os
hidrocarbonetos estejam na fase residual, que acontece quando estes ficam retidos
pelas forças capilares do solo ou presos entre os poros, atuando como fonte de
contaminação.
33
Figura 17 Caminhamento Elétrico 3 - CE3
34 O CE2 (Figura 18) apresentou uma distribuição resistiva mais homogênea que
os outros dois caminhamentos.
Fica evidente a existência de quatro plumas significativas de altas
resistividades (em verde) com valores entre 551 a 2224 ohm.m. A primeira,
representada na Figura 18 com o número 1, apresenta uma extensão de
aproximadamente 42m, indo desde a profundidade de ±4 aos ±12m. A segunda,
representada na Figura 18 com o número 2, estende-se desde a superfície até os
±12m de profundidade. A terceira pluma, identificada com o número 3 na Figura 18,
ainda mais resistiva que as demais, atinge apenas as camadas mais superficiais,
chegando à profundidade máxima de aproximadamente 5,25m. Logo abaixo desta, na
profundidade de 9,53m (número 4 na Figura 18).
Este caminhamento apresentou altos valores de resistividade quando
comparado aos CE1 e CE3. As resistividades mais baixas encontradas são de
aproximadamente 117 ohm.m, enquanto que os outros caminhamentos apresentaram
valores de até 44,1 ohm.m.
A área mais rasa, aos 1,04m de profundidade é, também, a área menos
resistiva. Esta corresponde ao início do lençol freático, visto que os valores de
resistividade apresentados são condizentes com os valores correspondentes ao lençol
freático nos outros dois caminhamentos.
Com exceção da área mais rasa citada a cima, o restante da imagem
apresenta valores resistivos altos. Estes também são correlacionáveis com a presença
de areia compactada. Assim, através da análise dos dados da eletrorresistividade, é
possível afirmar que o CE2 não apresentou indícios de contaminação, ao contrario dos
outros dois caminhamentos realizados.
35
Figura 18 Caminhamento Elétrico 2 - CE2
36
7 CONCLUSÃO
O método da eletrorresistividade mostrou perfeitamente as variações de
resistividade em subsuperfície. Desta forma, foi possível mapear áreas com
resistividades indicativas de contaminação.
Quanto às camadas sedimentares, é possível inferir que á área atingida pela
metodologia geofísica corresponde à mesma camada, ou seja, não há camadas com
diferentes tipos de sedimentos ao longo da profundidade alcançada nos
caminhamentos elétricos.
Não foi possível analisar a profundidade do embasamento rochoso da região
devido à restrição causada pelo espaço físico, visto que para a realização de uma
sondagem elétrica vertical que alcançasse maiores profundidades que os CEs, seria
necessário um espaço maior para a realização do trabalho de campo.
Foram mapeadas, nos caminhamentos CE1 e CE3, plumas de contaminação
por hidrocarbonetos. Por outro lado, o caminhamento realizado em direção à lagoa de
Ibiraquera, CE2, não mostrou indícios de contaminação por hidrocarbonetos.
8 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Após a realização do trabalho de campo através da eletrorresistividade é
recomendável que seja feito, também, coleta de sedimento para análise química a fim
de confirmar os resultados até que estudos mais aprofundados sobre o uso desta
técnica para detecção de hidrocarbonetos sejam realizados.
O método geofísico da eletrorresistividade se mostrou eficiente na identificação
de plumas de contaminação por hidrocarbonetos. De acordo com os resultados
alcançados, o método pode ser utilizado como ferramenta na detecção de vazamentos
originados de postos de combustíveis tornando-se, por essa razão, um método efetivo
para identificação de impactos ambientais.
É recomendável que sejam feitas novas análises químicas, visto que o
procedimento utilizado para a preparação da amostra líquida pode acarretar em perda
de contaminantes, ou até mesmo, que o método não seja sensível o suficiente para
detectar a presença destes.
Problemas semelhantes ao caso de estudo são frequentes e representam
pontos preocupantes para os órgãos ambientais. Um exemplo é que em 2011 a
Faculdade de Energia e Administração de Negócios – Fean, situada em Florianópolis,
em parceria com a Fundação do Meio Ambiente – FATMA, criaram o SIMCO, Sistema
de Monitoramento de Combustíveis, que permite ao órgão ambiental realizar o
37 monitoramento online de vazamentos em tanques e bombas de abastecimento em
todos os postos licenciados em Santa Catarina (FEAN, 2011).
Por fim, espera-se que este trabalho tenha sido um ponto de partida para o
desenvolvimento de uma nova rotina de análises geofísicas e geológicas com o intuito
de monitorar este tipo de problema ambiental, que é tão frequente e preocupante.
38
9 REFERÊNCIAS
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