Ministério da Ciência e Tecnologia Observatório Nacional ... · Aos técnicos Carlos Germano,...

Ministério da Ciência e Tecnologia

Observatório Nacional

Pós-Graduação - Coordenação de Geofísica

Dissertação de Mestrado

UTILIZAÇÃO DO MÉTODO GEOFÍSICO

ELETROMAGNÉTICO TRANSIENTE (TEM) NO ATERRO

SANITÁRIO DE GRAMACHO, DUQUE DE CAXIAS, ESTADO

DO RIO DE JANEIRO

Autor: André de Mattos Guttmann

Orientador: Prof. Dr. Sergio Luiz Fontes

Rio de Janeiro, Agosto de 2003

AGRADECIMENTOS

A realização deste trabalho contou com o apoio da COMLURB por permitir o estudo na área do

Aterro Sanitário de Gramacho e de seus profissionais pelo suporte técnico oferecido, em

especial do Sr. Lúcio Alves.

Ao Sr. Eng Marco França de Melo, Diretor Industrial da Comlurb, por permitir o estudo na área

do Aterro Sanitário de Gramacho.

Ao meu orientador Prof. Dr. Sergio Fontes, por ter concluído este trabalho.

Aos técnicos Carlos Germano, Emanuele La Terra, Róbinson, Roberto, Alcídes, Joélson do

ON - MCT que ajudaram na coleta e também na análise dos dados.

Aos sempre prestativos Farias e Graça.

Ao Juarez pelo auxílio na editoração da dissertação.

Aos amigos de turma do ON, em especial ao Alan, ao Paulo, ao Adepelumi, a Flaviana, a Ana

Lúcia, ao Alexandre Pereira e a Gleide quando as coisas estavam nebulosas e sem boas

perspectivas, estiveram sempre presentes e não deixaram eu entregar os pontos.

Ao amigo Alan pelo apoio para a conclusão da minha dissertação.

Ao meu amigo de faculdade Vitor Novellino, pela força dada nos momentos difíceis.

Ao engenheiro cartógrafo Fabio Braga, pela ajuda nas figuras da tese.

Aos amigos de faculdade Tiago Pizzani e Débora Toci pelo auxílio relevante na parte de

hidrogeologia.

Ao meu amigos de faculdade Alexandre Maul, Ernesto Firmo e Jan Rausch pela força dada.

Ao Prof. Dr. Paulo de Tarso, pelas observações interessantes.

Ao Prof.Dr. Jandyr Travassos, pelo apoio dado para a prorrogação do meu prazo de

apresentação.

Ao Prof. Dr. Jorge Luis pelo auxílio na hora da impressão da dissertação.

ii

Aos meus pais pelo acompanhamento e apoio dado a mim, não só ao longo dessa dissertação,,

mas ao longo de minha vida.

A minha namorada Érika Barbosa pelo carinho, ajuda na confecção de figuras e também pela

paciência.

A todos da minha família que sempre estiveram presentes.

Aos meus colegas de curso e a todos aqueles, que de alguma forma contribuíram para a

concretização deste trabalho.

Muito Obrigado.

We shall not flag nor fail. We shall go to the end.

…We shall never surrender…”

(Winston Churchill 04 / 06/ 1940)

iii

RESUMO

É crescente a preocupação com a proteção do meio ambiente e a preservação de mananciais

hídricos, tanto superficiais, como subterrâneos. Neste contexto, a deposição de resíduos merece

especial atenção, tendo em vista representar uma grande fonte potencial de contaminação dos

recursos hídricos de uma determinada região.

As geociências vêm experimentando nos últimos anos um aumento de seu campo de atuação,

em função das solicitações originadas do desenvolvimento tecnológico e crescimento da

urbanização. As novas solicitações estão relacionadas principalmente com a busca do equilíbrio

entre o crescimento urbano e industrial e a preservação do meio ambiente.

O Aterro Sanitário de Gramacho, situado no município de Duque de Caxias, possui uma área de

aproximadamente 120Ha., e recebe diariamente cerca de 10.000 t de lixo. O principal objetivo

deste trabalho consiste em usar técnica geofísica eletromagnética a fim de caracterizar o aterro.

O aumento dos problemas ambientais e a conseqüente busca de novos métodos de análise do

comportamento e possibilidade de preservação do meio físico é refletido na necessidade de

aprimoramento das técnicas existentes e na utilização de novas ferramentas de investigação, que

possibilitem análises rápidas e eficientes.

Neste aspecto, os métodos geofísicos elétricos e eletromagnéticos vêm sendo utilizados com

sucesso e uma extensa lista pode ser encontrada na literatura.

Foram realizadas 60 sondagens com o método eletromagnético transiente (TEM) na área do

aterro, empregando loops quadrados de 50m de lado. Foi construído um modelo geoelétrico

para a sub-superfície do aterro sanitário, com base em resultados de inversões uni-dimensionais

(Occam, “Ridge-regression”). A resistividade elétrica variou entre 0,5 ohm.m e 30ohm.m, com

profundidade de investigação em cerca de 80 m.

O modelo permitiu caracterizar a direção de fluxo do chorume, mapear a distribuição espacial

da pluma de contaminação em sub-superfície e confirmar evidências de intrusão de água salina

no chorume.

iv

ABSTRACT

There has been an on growing concern with the environmental protection, and the water supply

both in surface and subsurface. The disposal of Municipal waste residues require a special

attention, due to the fact that it may be a major source of water contamination.

Geosciences studies have been increasingly used lately for the environment, mainly because of

the former requirements for technological development and urban growth. The new

requirements are chiefly made to balance the industrial and urban growth in environmental

protection.

The Municipal Landfill of Gramacho located in the town of Duque de Caxias receives a daily

average of 10.000t of waste and it covers an area of approximately 120Ha. The main purpose of

this study is the use of a geophysical electromagnetic methodology to characterize this landfill.

The transient electromagnetic method – TEM was employed and sixty soundings were

undertaken covering the entire area of the landfill site. A geoelectrical model based on the uni-

dimensional inversion results (Occam, Ridge-regression) was obtained. The resistivity values

varied from 0.5 ohm.m – 30 ohm.m and the maximum depth probed was 80m.

Our geoelectrical model allowed us to indicate the leachate flow direction, the spatial

distribution of the contaminated plume at the subsurfaces, besides confirming evidence for

saline intrusion present in the leachate.

v

ÍNDICE

Agradecimentos- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ii

Resumo- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - iv

Abstract- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - v

Lista de Figuras- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - viii

Lista de Tabelas- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ---x

CAPÍTULO 1. - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -- 1

1.0 Introdução- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -1

1.1. Objetivos da Pesquisa - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 4

CAPÍTULO 2. ÁREA DE ESTUDO - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -7

2.1 Localização e Acessos da Área de Estudo- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 7

2.2 Caracterização Física e Geográfica da Área de Estudo - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -- 9

2.3 Caracterização Geológica da área de estudo - - - - - - - - - - - -- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 10

2.3.1. Geologia Local - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -- - - - - - - - - - - - - - 10

2.3.2. Hidrogeologia - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 14

CAPÍTULO 3. MÉTODOS GEOFÍSICOS EM ESTUDOS AMBIENTAIS- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -16

3.1. Dispersão de Poluentes - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 16

3.2. Exemplos de Estudos Geofísicos Aplicados ao Meio Ambiente - - - - - - - - -- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -21

CAPÍTULO 4. MÉTODO ELETROMAGNÉTICO TRANSIENTE (TEM) - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - --29

4.1. Descrição do Método - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 29

4.2. Parâmetros relevantes nas medidas TEM- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -34

4.3. Tipos de Materiais Geológicos Influenciadores na Detecção da Contaminação - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -- 37

4.4. Aquisição - - - - - - - - - -- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 38

4.4.1. DGPS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 39

4.5. Processamento- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 42

4.6. Inversão 1D- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -- - - - - - - - - - - - - - - 43

vi

CAPÍTULO 5. RESULTADOS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 50

5.1. Resultados das Sondagens TEM - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 50

5.2. Integração dos Resultados TEM com Investigações Geotécnicas - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 58

5.3. Composição Química e Condutividade Elétrica do Chorume - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 70

CONCLUSÕES- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 72

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 74

Apêndice A Inversões 1D usando Transformações Bostick e Inversão Occam - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -- 80

Apêndice B Lixo no Mundo e no Brasil - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 96

Apêndice C Definição, Formação do Chorume e Histórico do Aterro Sanitário de Gramacho - - - - - - - - - - - - - - - -101

Apêndice D Latitude, Longitude e Altitude das estações geofísicas TEM no Aterro Sanitário de Gramacho - - - - - - 109

vii

LISTA DE FIGURAS

FIGURA 2.1 Carta do Estado do Rio de Janeiro - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -8

FIGURA 2.2 Esboço geológico do Recôncavo da Baía de Guanabara - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -12

FIGURA 2.3 Imagem de satélite com a Localização dos Poços - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -- 15

FIGURA 3.1 Espalhamento da pluma devido à dispersão hidrodinâmica- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 17

FIGURA 3.2. Evolução da pluma de contaminação a partir de resíduos urbanos; apresentada em valores de condutância

elétrica e concentrações de cloretos e sulfatos - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 18

FIGURA 3.3. Mapa de condutividade do terreno - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 25

FIGURA 3.4 Interpretações das Resistividades - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 25

FIGURA 3.5 Mapa de Isoresistividade derivado de dados de sondagem TEM com contornos de concentração de

cloretos de amostras de água dos furos de poços - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 27

FIGURA 3.6 Pseudo-seção de resistividade TEM - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 28

FIGURA 4.1. Formas de ondas dos campos gerados no método eletromagnético domínio do tempo - - - - - - - - - - - 30

FIGURA 4.2. Sinal EM se difundindo no interior da Terra- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -- 31

FIGURA 4.3 Comportamento do campo para duas condutividades diferentes - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -31

FIGURA 4.4 Arranjo de Campo TEM - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 32

FIGURA 4.5 Perfil Esquemático de aquisição TEM- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 33

FIGURA 4.6. Planta do Aterro Sanitário de Gramacho com a Localização das Sondagens Geofísicas - - - - - - - - - - - 39

FIGURA 4.7 Representação em 3-D do Aterro Sanitário de Gramacho - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 40

FIGURA 4.8 Seleção da parte “boa” da curva e a resistividade aparente associada para a estação 02 - - - - - - - - - - - 42

FIGURA 4.9 Inversão 1-D usando Occam e Bostick para a estação 2 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 46

FIGURA 4.10 Inversão 1D usando o modelo de ridge regression para a estação 2 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 48

FIGURA 5.1. Profundidades obtidas pela inversão Occam - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 51

FIGURA 5.2. Perfil de 10m de profundidade usando o modelo Occam- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 53

FIGURA 5.3 Perfil de 15m de profundidade usando o modelo Occam- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 53

FIGURA 5.4. Perfil de 20m de profundidade usando o modelo Occam- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 54

FIGURA 5.5. Perfil de 25m de profundidade usando o modelo Occam- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -54


viii


FIGURA 5.8. Perfil de 50m de profundidade usando o modelo Occam- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -- - 56

FIGURA 5.9 . Perfil de 60m de profundidade usando o modelo Occam- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -- 56

FIGURA 5.10 Perfil de 70m de profundidade usando o modelo Occam- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -57

FIGURA 5.11 Perfil de 80m de profundidade usando o modelo Occam- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 57

FIGURA 5.12 Perfil Geotécnico 04 com a litologia associada - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -58

FIGURA 5.13 Perfil Geotécnico 09 com a litologia associada - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 59

FIGURA 5.14 Perfil Geotécnico 14 com a litologia associada - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -59

FIGURA 5.15: Perfil Geotécnico 20 com a litologia associada - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -- 60

FIGURA 6.19 Modelo de camadas para a estação 03 com a descrição litológica obtida do perfil geomecânico 14 - - - -61

FIGURA 5.17 Modelo de camadas para a estação 04 com a descrição litológica obtida do perfil geomecânico 14- - - - 62


FIGURA 5.19 Modelo de camadas para a estação 12 com a descrição litológica obtida do perfil geomecânico 20- - - -64


FIGURA 5.21 Modelo de camadas para a estação 29 com a descrição litológica obtida do perfil geomecânico 20- - - -66



ix

x

LISTA DE TABELAS

Tabela 2.1 Estratigrafia geológica da Baía de Guanabara, período Quaternário - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 13

Tabela 3.1: Composição química de diversos chorumes - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 19

Tabela 4.1 Faixa típica de condutividade elétrica em mS/m para materiais comuns - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 36

Tabela 5.1. Parâmetros Usados na Análise Físico-Química do Chorume de Gramacho - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -71

Tabela D.1. Latitude, Longitude e Altitude das Estações Geofísicas TEM - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 111

CAPÍTULO 1

1.0 INTRODUÇÃO

Desde a formação de núcleos urbanos, a população sofre conseqüências advindas de uma

estruturação inadequada quanto ao destino das sobras de materiais utilizados no seu cotidiano.

Os destinos adotados freqüentemente pelas cidades para a deposição destes resíduos são os

lixões, quase sempre localizados muito próximos a áreas urbanas interferindo negativamente no

cotidiano das comunidades. Lixões são áreas destinadas a disposição de resíduos sólidos que não

obedecem a nenhum critério de engenharia.

O perfil da sociedade brasileira sofreu uma mudança sensível nos últimos 50 anos. Passou de

rural para urbana. Com os grandes aglomerados urbanos vieram variados e complexos

problemas, entre os quais o da poluição ambiental. A proliferação dos chamados lixões, por

conta da disposição inadequada no solo de resíduos industriais e de origem doméstica, é uma das

grandes preocupações ambientais da atualidade.

A deposição do lixo a céu aberto é fator de degradação da paisagem, de contaminação do solo e

dos recursos hídricos superficiais e subterrâneos, assim como de agravamento dos problemas

sanitários. No Brasil, estima-se em mais de 240 mil toneladas o lixo urbano gerado diariamente

(http://www.lixoeletrico.hpg.ig.com.br/lixo.html). Os aterros controlados e sanitários não

recebem mais do que 25% desses resíduos, o restante vai para os lixões, conhecidos também

como aterros comuns, vazadouros, descargas ou bota-foras.

(http://www.lixoeletrico.hpg.ig.com.br/lixo.html).

O aterro sanitário é uma maneira de deposição de resíduos sólidos que, calcada em normas de

engenharia, propõe em teoria, um confinamento seguro de poluição e preventivo no que se refere

aos impactos potenciais sobre o meio ambiente, a saúde e a segurança pública.

Na prática, a contaminação do solo e, por conseguinte, a contaminação das águas subterrâneas é

o maior risco apresentado por um aterro sanitário. Quando a implantação dos aterros sanitários

não é acompanhada de um estudo criterioso do meio físico e das normas operacionais específicas

pode atingir diretamente o meio ambiente, acarretando conseqüências danosas e impactando

negativamente o ecossistema local.

Recentemente a problemática ambiental tem sido foco de diversos estudos, dentre eles está o

efeito do aterro sanitário na saúde pública. De fato, são capazes de causar poluição atmosférica,

1

fogos e contaminação. Podem afetar o abastecimento de água e desta forma devem ser

planejados de maneira conveniente.

Embora os aterros sanitários sejam projetados para minimizar os impactos ambientais, estes

impactos existem. O principal impacto ambiental de um aterro é a emissão de líquidos lixiviados,

também chamado de chorume, que será abordado no apêndice C.

É crescente a preocupação com a proteção do meio ambiente e a preservação de mananciais

hídricos, tanto superficiais, como subterrâneos. Neste contexto, a deposição de resíduos merece

especial atenção, tendo em vista representar uma grande fonte potencial de contaminação dos

recursos hídricos de uma determinada região.

O destino final do lixo sempre foi um problema para as grandes cidades. Lixões a céu aberto,

causando danos ambientais são uma constante em muitos municípios brasileiros. A Prefeitura do

Rio de Janeiro, através da Comlurb, em 1995 iniciou a recuperação do Aterro de Gramacho. O

aterro sanitário de Gramacho engloba uma área de 120 Ha e recebe por dia aproximadamente

10.000 t de lixo.

As geociências vêm experimentando nos últimos anos um aumento de seu campo de atuação, em

função das solicitações originadas do desenvolvimento tecnológico e crescimento da

urbanização. As novas solicitações estão relacionadas principalmente com a busca do equilíbrio

entre o crescimento urbano e industrial e a preservação do meio ambiente.

A crescente problemática ambiental verificada nos últimos anos, com a conseqüente busca de

novos métodos de análise do comportamento e possibilidade de preservação do meio físico são

refletidos na necessidade de aprimoramento das técnicas existentes e na utilização de novas

ferramentas de investigação, que possibilitem análises rápidas e eficientes a baixo custo

operacional.

Incluída neste enfoque, a utilização integrada de técnicas geofísicas pode se constituir em uma

metodologia eficiente na avaliação e caracterização de problemas ambientais. A título de

exemplo, o levantamento geofísico, empregando métodos elétricos e eletromagnéticos possibilita

efetuar uma caracterização geoelétrica dos materiais geológicos em sub-superfície, determinar as

direções preferenciais do fluxo de água subterrânea, estratigrafia e delimitar plumas de

contaminação.

A eficácia do uso da geofísica em problemas ambientais depende de vários parâmetros, tais

como o grau de contaminação, profundidade, características geológicas do local,

2

heterogeneidades, variações laterais do terreno, entre outros Matias et al.(1994), além de um

parâmetro principal que é a diferença de propriedade física da contaminação em relação ao meio

(rocha hospedeira).

Os métodos geofísicos, de uma forma geral, são técnicas não-invasivas, capazes de fornecer

informações precisas sobre as condições geológicas e hidrogeológicas da sub-superfície, de

forma indireta, a baixo custo. Com elas, é possível delimitar zonas de risco em obras de captação

de recursos hídricos subterrâneos, assim como realizar uma avaliação efetiva de eventuais

contaminações do subsolo para posterior remediação.

Apresentam algumas vantagens em relação aos métodos diretos (furos de sondagens para análise

de testemunhos e caracterização física do solo), entre as quais convém destacar o baixo custo

operacional, dados contínuos sobre o local e de não afetar as camadas. Suas limitações, no

entanto estão associadas principalmente com a presença de redes elétricas, estruturas que causam

ruído. Não obstante métodos elétricos e eletromagnéticos vêm sendo utilizados com sucesso e

uma extensa lista pode ser encontrada na literatura. Cavalcanti et al. (1999) estudou a hidrologia

subterrânea da área de um aterro sanitário utilizando geofísica elétrica; Nascimento et al. (1999)

empregou a resistividade elétrica para monitorar a contaminação do subsolo; Ellis e Zuquette

(1997) determinaram a estrutura do Aterro sanitário de Ribeirão Preto - SP através de métodos

geoelétricos; Meju (2000) apresenta uma investigação geoelétrica para aterros sanitários.

Os métodos elétricos e eletromagnéticos se constituem em excelente ferramenta no estudo de

aterros sanitários porque o parâmetro estimado, a condutividade elétrica, experimenta variações

apreciáveis nestes ambientes. Em especial, o chorume é geralmente altamente condutivo e fortes

contrastes de condutividade elétricos são observados.

O método eletromagnético transiente no domínio do tempo (TEM) se inclui entre os novos

métodos geofísicos que começam a ser bastante empregados nos estudos ambientais, conforme

exposto em Reynolds (1998) e Meju et al. (2000). Já com vasta aplicação nos estudos de

recursos minerais, ambientais e hidrogeológicos, o método TEM apresenta algumas vantagens

sobre os métodos elétricos:

TEM não necessita contato direto com o solo e não sofre de ruído oriundo das variações

no contato entre eletrodo e solo

Em meios condutivos, o sinal da corrente contínua (DC) dos métodos elétricos é pequeno

enquanto os sinais TEM são mais fortes nesses meios.

3

Simplicidade, eficiência e maiores profundidades de investigação. As medidas são feitas

variando o tempo de medida e sem a necessidade de mudar a geometria do arranjo de

medidas. A sondagem TEM é mais rápida.

Dados de sondagem mais diagnósticos, sem a presença de efeitos laterais (arranjo de

eletrodos atravessando zonas de resistividades distintas).

Entre as desvantagens, tem-se que o ruído cultural afeta os dados TEM mais fortemente que os

dados DC e que o método TEM tem problemas em áreas altamente resistivas.

A eficácia da utilização das técnicas elétricas em localizar plumas de contaminação em sub-

superfície depende do tamanho e formato da pluma e do contraste de resistividade entre a água

subterrânea nativa e o fluido invasor, entre outros fatores. (De Lima el al., 1995).

As medidas elétricas são um componente importante e integrado de investigações geofísicas

relacionadas com problemas ambientais. Em especial o caso de qualquer mudança ou

movimentação na água subterrânea dentro e ao redor de locais de deposição de lixo e fornecem

medidas, além de uma grande quantidade de informação a baixo custo.

A geofísica aplicada pode ser definida como a utilização de parâmetros físicos dos materiais

terrestres para a procura de feições geológicas de interesse em sub-superfície, tais como

minérios, petróleo e água, por exemplo.

O emprego da geofísica é possível devido ao fato de propriedades físicas dos materiais como

densidade, velocidade de propagação da onda e condutividade elétrica, entre outras, variarem

amplamente em função da mineralogia, grau de alteração, teor de umidade, fraturamento,

porosidade e outros fatores. Dessa forma, pode-se procurar por determinado material

indiretamente, através do conhecimento da resposta de um desses parâmetros físicos para este

material.

1.1. OBJETIVOS DA PESQUISA

4

Esta pesquisa tem por objetivo o estudo do comportamento da pluma de contaminação em sub-

superfície no Aterro Metropolitano de Gramacho -RJ, a partir do emprego de técnicas geofísicas.

Foi utilizado o método eletromagnético transiente (TEM) para se estimar a variação da

condutividade elétrica em sub-superfície. Esta informação é útil para mapear os limites laterais e

em profundidade da pluma de contaminação (chorume) em sub superfície e sua possível

migração. Ao nosso conhecimento, este é o primeiro estudo de aterros sanitários empregando o

método TEM no país.

Considerando-se as pequenas profundidades envolvidas e o acentuado relevo gerado por

acúmulo de lixo, faz-se necessário também a utilização de medidas GPS diferenciais, de forma a

se obter a altimetria da área de estudo.

O Aterro Sanitário de Gramacho, situado no município de Duque de Caxias, no Estado do Rio de

Janeiro, possui uma área de aproximadamente 120Ha, foi implantado em novembro de 1976,

com o objetivo de receber resíduos domiciliares dos municípios do Rio de Janeiro, Duque de

Caxias, Niterói, São Gonçalo, São João de Meriti e Nilópolis. (http://www.iula-

int.org/congress/docs/IB8_Penido.doc).

O Aterro Sanitário de Gramacho encontra-se mais precisamente no estuário do Rio Iguaçu, às

margens da Baía de Guanabara, no município de Duque de Caxias, Rio de Janeiro. Foi

implantado diretamente sobre um depósito argiloso de mangue, que se desenvolveu a partir de

sedimentos finos flúvio-marinhos depositados no estuário do Rio Iguaçu.

Geologicamente é caracterizado pela presença do Complexo São Fidélis - Pão de Açúcar, que

possui uma distribuição litológica bastante irregular, variando de augen-gnaisses, biotita-

gnaisses e variações destes litotipos. Localmente existem sedimentos fluviais e fluvio-marinhos

caracterizados por siltes não consolidados e areia.

Esta dissertação é composta de 5 capítulos e 4 apêndices. No capítulo 2, apresenta-se a

localização da área de estudo com imagem de satélite, descrevendo sua localização e acessos.

Também aborda-se, a caracterização quanto a vegetação predominante, tipo de clima e

hidrografia. A geologia local e regional, assim como a hidrogeologia da área de estudo também

são apresentadas no mesmo capítulo. O capítulo 3 apresenta os principais métodos geofísicos em

estudos ambientais, incluindo-se um estudo da dispersão de poluentes e exemplos de estudos

geofísicos aplicados ao meio ambiente, com ênfase para os métodos eletromagnéticos. O

capítulo 4 trata do método eletromagnético transiente (TEM), apresentando-se sua descrição,

conceitos como efeito pelicular, profundidade de investigação, condutividade elétrica,

resistividade, além de tipos de materiais geológicos capazes de influenciar na detecção da

contaminação, aquisição, processamento e inversão. O capitulo 5 mostra os resultados obtidos,

inicialmente através das sondagens geofísicas TEM, em seguida uma interação entre os dados

TEM com investigações geotécnicas. Depois se aborda a composição química e condutividade

do chorume no aterro e as conclusões.

Os apêndices são divididos em 4 partes. As inversões 1D usando a transformação Bostick e a

Inversão Occam de todas as sondagens feitas no aterro estão no apêndice A. A situação do lixo

5

no mundo e no Brasil está sendo abordada no apêndice B. Definição, formação, composição e

tratamento do chorume, assim como um breve histórico sobre o aterro sanitário de Gramacho são

tratados no apêndice C. A localização das estações geofísicas TEM no aterro de Gramacho,

incluindo-se sua latitude, longitude e altitude estão na Tabela D1 mostrada no apêndice D.

6

CAPÍTULO 2 ÁREA DE ESTUDO

2.1. LOCALIZAÇÃO E ACESSOS DA ÁREA DE ESTUDO A área estudada compreende o aterro metropolitano de Gramacho, situado no Município de

Duque de Caxias, Estado do Rio de Janeiro, estando ela contida na carta topográfica do Rio de

Janeiro (SF 23 -Z- B) na escala 1: 250.000 publicada pelo I.B.G.E.

Os acessos são feitos a partir da Linha Vermelha em direção à Teresópolis, em seguida para a

Rodovia Washington Luís, onde antes do viaduto de retorno à cidade do Rio de Janeiro vira-se à

direita e mantendo-se sempre no fluxo principal de veículos chega-se até a Avenida Monte

Castelo e nela permanece até o seu final. O aterro metropolitano de Gramacho está situado no

bairro de Jardim Gramacho em Duque de Caxias no endereço Avenida Monte Castelo nº. 1760.

A seguir são imagens de satélites onde é possível visualizar a área referente ao aterro de

Gramacho.

FIGURA 2.1. Cartas do Estado do Rio de Janeiro

Fonte: Embrapa Monitoramento por Satélite

Imagem de Satélite Landsat –TM recortada nos limites de folhas topográficas de diversas

escalas.

7

FIGURA 2.1.: Cartas do Estado do Rio de Janeiro

8

2.2. CARACTERIZAÇÃO FÍSICA E GEOGRÁFICA DA ÁREA DE

ESTUDO

O município de Duque de Caxias está situado na Baixada Fluminense, apresenta uma população

de 770.856 habitantes (IBGE / Censo 2000) e ocupa uma área de aproximadamente 442 Km2.

(http://www.ibge.gov.br/estatistica/população/contagem/brcont96.shtm)

A Baixada Fluminense é uma planície que se estende paralelamente à costa, entre a Serra do Mar

e o Oceano. Os limites da Cidade estendem-se aos Municípios de Miguel Pereira, Petrópolis,

Magé, Rio de Janeiro, São João de Meriti e Nova Iguaçu.

Do ponto de vista hidrográfico, o município localiza-se na região das bacias dos rios Estrela,

Iguaçu e São João de Meriti, que compreende as bacias dos rios que nascem nas encostas da

Serra do Mar, nas Colinas e nos maciços costeiros e deságuam na Baía de Guanabara.

A Baía de Guanabara e sua bacia hidrográfica formam um ecossistema importantíssimo para a

cidade do Rio de Janeiro e adjacências. Em decorrência da concentração populacional, do

crescimento urbano desordenado e dos processos industriais, esse ecossistema vem sofrendo uma

ostensiva poluição ao longo dos anos.

O clima é tropical úmido, com uma temperatura média anual de 25ºC, uma estação seca no

inverno (especialmente entre os meses de julho e agosto) e uma estação chuvosa no verão. A

precipitação média anual é de aproximadamente 1300mm, dos quais cerca de 50% ocorre de

dezembro a fevereiro. Nas baixadas, as temperaturas são mais elevadas, chegando a ultrapassar

40ºC no verão, ao passo que nas partes altas podem alcançar 6ºC no inverno.

Esta região encontra-se inserida no bioma da Mata Atlântica. Em Caxias, há poucos

remanescentes de Mata Atlântica nas porções mais elevadas e áreas de várzea e manguezal nas

porções mais baixas. Encontra-se na parte ocidental do Recôncavo da Baía de Guanabara,

abarcando um conjunto de ambientes característicos da paisagem do Recôncavo, isto é, a

Baixada Fluminense e a Serra do Mar, mescladas por um relevo de colinas e morros. Alcançando

mais de 1.000 metros de altitude, as Escarpas do Mar apresentam as maiores declividades e grau

de instabilidade de encostas da paisagem. (Amador, 1997).

9

http://www.ibge.gov.br/estatistica/popula��o/contagem/brcont96.shtm

2.3. CARACTERIZAÇÃO GEOLÓGICA DA ÁREA DE ESTUDO

2.3.1. GEOLOGIA LOCAL E REGIONAL

O Aterro Sanitário de Gramacho, Rio de Janeiro, está localizado no estuário do Rio Iguaçu, às

margens da Baía de Guanabara, no município de Duque de Caxias, Rio de Janeiro. Foi

implantado diretamente sobre um depósito argiloso de mangue, que se desenvolveu a partir de

sedimentos finos flúvio-marinhos depositados no estuário do Rio Iguaçu.

A geologia regional é caracterizada pela presença do Complexo São-Fidélis - Pão-de Açúcar,

que possui uma distribuição litológica bastante irregular, variando de augen-gnaisses, biotita-

gnaisses e variações destes litotipos. Este Complexo é representado no mapa geológico da Figura

2.2 pelo pré-Cambriano. Localmente existem sedimentos fluviais e fluvio-marinhos

caracterizados por siltes não consolidados e areia. Apenas as feições geológicas do quaternário

são relevantes para o estudo. A estratigrafia geológica da Baía de Guanabara correspondente a

este período (Amador, 1980) encontra-se mais adiante na Tabela 2.1.

A baía é cercada por elevações de gnaisses, granito e migmatito que constituem o embasamento

cristalino do período Pré-Cambriano e são responsáveis pela paisagem característica da Baía de

Guanabara. Sobre este embasamento e sobre os depósitos posteriores do Terciário também

chamados depósitos Pré-Macacu, por Meis e Amador (1977) e em discordância com estes, foi

depositada a seqüência de sedimentos que constitui a Formação Macacu do Pleistoceno Médio e

Inferior (Meis e Amador, 1977; Amador e Meis, 1972; Amador, 1980).

A composição mineralógica dos depósitos da Formação Macacu é predominantemente quartzo,

seguido de feldspato e pouca muscovita. A fração argila é composta basicamente pela caulinita,

com a presença eventual de esmectita, mas na fração argila dos sedimentos Pré-Macacu, o grupo

das esmectitas pode se tornar dominante.

Os depósitos aluvionares e coluvionares do Pleistoceno Superior que constituem a Formação

Caceribu estão presentes em quatro facies principais, as quais encontram-se listadas na Tabela

2.1, que contém a estratigrafia da Baía de Guanabara. Estes sedimentos estão usualmente

sobrepostos ao embasamento cristalino ou sedimentos da Formação Macacu e encontram-se

cobertos por sedimentos holocênicos. A textura é predominantemente granular grossa. Os

depósitos coluvio-aluvionares são compostos por grãos de quartzos e raros felsdspatos em uma

matriz caulinítica secundária.

10

Os depósitos aluvionares antigos são compostos de areias feldspáticas e os depósitos de cones

aluvionares são compostos por blocos de petrografia variada em uma matriz arenosa ou areno-

argilosa. Os sedimentos do Pleistoceno Inferior e Superior apresentam características estruturais

e litológicas que indicam transporte sob condições torrenciais controladas por um padrão

climático seco (Amador e Meis, 1972; Amador et al., 1978; Amador,1980).

Os sedimentos holocênicos existentes no Recôncavo da Baía de Guanabara são diversificados e

incluem sítios arqueológicos, depósitos aluvionares, coluvionares, marinhos e flúvio-marinhos,

manguezais e depósitos arenosos de praia modernos. Estes sedimentos estão relacionados à

seqüência de transgressões e regressões marinhas ocorridas nos últimos 10.000 anos.

Os depósitos flúvio-marinhos holocênicos do Recôncavo da Baía de Guanabara são constituídos

por sedimentos silto-argilosos ricos em matéria orgânica (Amador e Ponzi, 1974). Segundo

Antunes (1978), estes sedimentos originaram grande parte dos chamados "depósitos de argila

mole" que ocorreram extensivamente na área conhecida como Baixada Fluminense

A Figura 2.2 a seguir foi adaptada de um esboço geológico apresentado por Amador (1980) para

o Recôncavo da Baía de Guanabara.

11

FIGURA 2.2.: Esboço geológico do Recôncavo da Baía de Guanabara, mostrando os

afloramentos das unidades sedimentares cenozóicas Fonte: Modificado de Amador (1980)

(in Barbosa, 1994).

Com relação à área do aterro, as bacias de drenagem dos rios Iguaçu e Sarapuí podem ser

identificadas pelo contorno dos sedimentos aluvionares holocênicos correspondentes que se

estendem para oeste a partir do aterro. Os sedimentos flúvio-marinhos são resultados da

interdigitação de depósitos fluviais e marinhos regressivos em ambiente de estuário.

O aterro encontra-se sob solo tiomórfico salino (Antunes, 1978), cercado pelos rios Iguaçu e

Sarapuí e pelas águas da baía. Este tipo de solo é caracterizado por ser de ambiente redutor,

localizado em manguezal, com alta concentração de tiosulfato, e verifica-se uma periódica

invasão de cheia sujeita a influência de maré. Os solos tiomórficos na Bacia de Guanabara estão

intimamente associados aos sedimentos flúvio-marinhos, que receberam a denominação de

Formação Magé (Amador, 1980) e que sustentam o ecossistema de manguezais. (Amador,

1997).

12

CRONO-ESTRATIGRAFIA DENOMINAÇÃO INFORMAL DESCRIÇÃO

LITOLÓGICA

HOLOCENO Depósitos de praia atuais Areias grosseiras e grânulos quartzosos

Manguezais Sedimentos argilo-sílticos orgânicos

Dep. de várzea (TVO) Sedimentos argilo-sílticos de planície de inundação

Sedimentos eólicos Sedimentos arenosos finos selecionados

Sítios arqueológicos

(aldeias e acampamento)

Sedimentos orgânicos e artefatos indígenas

Depósitos de Várzea (TV1) Sedimentos argilo-sílticos orgânicos

Colúvio amarelo-alaranjado material areno-argiloso, mal selecionado

Sedimentos fluvio marinhos Sedimentos argilo-sílticos orgânicos

Depósitos de várzea (TV2)

colúvio avermelhado

Areias finas, feldspáticas, estratificadas

Depósitos marinhos (TM1) Areias quartzosas grosseiras

Sítios arqueológicos

(Sambaquis)

Material orgânico, concheiro e artefatos indígenas

PLEISTOCENO SUPERIOR Aluvião antigo Areias grosseiras feldspáticas estratificadas

Sedimentos colúvio- aluvionares Arenito grosseiro com matriz argilosa (caulinítica)

Depósitos de cones aluvionares de

talus

Seixos e blocos com matriz areno-argilosa

Depósitos de cascalheira

(Formação CACERIBU)

Conglomerado ortoquartzítico

PLEISTOCENO INFERIOR A MÉDIO Sedimentos da Formação MACACU

(Meis & Amador, 1972, 1977)

Sequência de lentes e camadas irregulares de

sedimentos arenosos, areno-argilosos, de coloração

variada

TABELA 2.1.: Estratigrafia da Baía de Guanabara, período Quaternário (adaptado de Amador,

1980 in Barbosa, 1994).

13

2.3.2 HIDROGEOLOGIA

O Aterro Sanitário de Gramacho está situado sobre uma área de mangue desenvolvido em

sedimentos finos flúvio-marinhos recentes, depositados no estuário do rio Iguaçu, às margens da

Baía de Guanabara. O solo que constitui o estrato de fundação do aterro é classificado

pedologicamente como solo tiomórfico salino, caracterizado por más condições de drenagem,

ambiente redutor, presença de compostos de enxofre e matéria e influência direta das águas

salgadas da baía.

As propriedades geotécnicas e físico-químicas da argila orgânica de Gramacho são determinadas

essencialmente pela presença de uma grande porcentagem de esmectita na fração argila do solo.

A influência da matéria orgânica nas propriedades é maior nos trechos mais arenosos e de menor

teor de matéria orgânica. (Barbosa, 1994).

De acordo com estudos de monitoramento geotécnicos realizados na área do aterro, constatou-se

que o nível de água está a uma profundidade de aproximadamente 1m. (Barbosa, 1994). O fluxo

hídrico tem direção SE para a Baía de Guanabara e é limitado pelo Canal de Sarapuí (Figura

2.3). O chorume percola sedimentos com contribuição marinha, que pode estar lixiviando o

material previamente depositado. (Tabelas 3.1; 5.1). Ele apresenta pH alcalino variando entre 8.5

até 12.5.

14

FIGURA 2.3: Imagem de satélite com localização dos poços, Aterro Sanitário de Gramacho,

indicações dos rios nas proximidades ao aterro e da baía de Guanabara.

Fonte dos dados de poços: (http//:www.cprm.gov.br).

Infelizmente o cadastramento de poços existentes no município de Duque de Caxias não inclui

poços próximos ao aterro (FIGURA 2.3) de forma que as informações existentes são de pouca

aplicação para o conhecimento da hidrogeologia observada exatamente na área do aterro.

15

CAPÍTULO 3 MÉTODOS GEOFÍSICOS EM ESTUDOS AMBIENTAIS

3.1. DISPERSÃO DE POLUENTES

Toda a forma de disposição de resíduos, além de outras atividades, tais como, agricultura,

mineração, geração de energia, podem eventualmente comprometer a qualidade das águas

subterrâneas. Isto porém, não implica em que todo empreendimento será causador de poluição de

águas subterrâneas.

A princípio imaginava-se que o solo era capaz de receber e proteger das águas subterrâneas

todos os resíduos gerados pela atividade humana. No entanto, com o crescimento urbano e

industrial e geração de quantidade de resíduos sempre cada vez maiores, começaram a surgir

problemas de degradação de recursos hídricos superficiais e subterrâneos. A condição química

dos solos contaminantes é geralmente aeróbica e alcalina, o que gera um potencial para ação dos

processos atenuantes, como:

Interceptação, adsorsão, eliminação de bactérias e vírus patogênicos;

Atenuação de metais pesados e alguns compostos orgânicos, mediante precipitação,

ou troca iônica;

Biodegradação de compostos hidrocarbonetos e orgânicos sintéticos;

Dispersão hidrodinâmica e decaimento.

A intensidade de atuação dos processos atenuadores varia em função de condições naturais

própria de cada ambiente. A dispersão hidrodinâmica, que acompanha o fluxo de águas

subterrâneas, é o principal processo de diluição dos agentes contaminantes persistentes e móveis

na zona saturada do sistema. A dispersão se relaciona aos mecanismos de transporte de

poluentes, que são responsáveis pela diluição de agentes contaminantes dentro do ambiente

hidrogeológico.

O espalhamento dispersivo, longitudinalmente e transversalmente à direção do fluxo causa uma

diluição gradual da pluma de poluição. Em algumas situações, quando as concentrações estão

abaixo dos valores considerados prejudiciais ao homem, a dispersão pode ser considerada um

benefício. No entanto, mais ocasionalmente a dispersão é um efeito indesejável devido ao

espalhamento rápido dos contaminantes, o que aumenta o volume da água poluída.

16

A Figura 3.1 ilustra o espalhamento da pluma devido à dispersão hidrodinâmica, mostrando que

a pluma de contaminação varia tanto transversalmente, como longitudinalmente em relação ao

fluxo conforme a pluma vai variando.

A dispersão é sobreposta a velocidade média de transporte, e também transporta os

contaminantes para zonas que não participam diretamente da evolução da pluma advectiva.

Espalhamento dispersivo conduzirá a um aumento na uniformidade da pluma com a distância.

FIGURA 3.1: Espalhamento da pluma devido à dispersão hidrodinâmica

Fonte: Modificado de Ellis (1999b).

A forma de se detectar a pluma de contaminação é através de amostragem e análise físico-

química das águas subterrâneas. O mapeamento se dá através da variação dos valores da

condutividade e da concentração de cloretos e sulfatos. As plumas de contaminação oriundas de

contaminantes inorgânicos e metálicos possuem altas concentrações de sais, como cloretos e

sulfatos. Esta característica torna os métodos elétrico e eletromagnético adequados para a

detecção e mapeamento da pluma de contaminação.

A Figura 3.2. demonstra a evolução da pluma de contaminação a partir de resíduos urbanos,

sendo apresentada em valores de condutância elétrica e concentrações de cloretos e sulfatos.

17

FIGURA 3.2.: Evolução da pluma de contaminação a partir de resíduos urbanos; apresentada

em valores de condutância elétrica e concentrações de cloretos e sulfatos. Fonte: Modificado

de (MacFarlaine, et al., 1983 in Ellis, 1999b).

Nas áreas utilizadas para a deposição de resíduos urbanos e industriais, a contaminação das

águas subterrâneas ocorre através da percolação de águas pluviais e outros líquidos gerados pela

própria degradação dos resíduos, que por infiltração no solo sob o aterro atingem o nível d`água.

Para os resíduos urbanos, o líquido derivado desse processo de percolação através dos resíduos

denomina-se chorume. Conforme descrito na Tabela 3.1, este contém normalmente

concentrações elevadas de amônia, sólidos totais dissolvidos, carbono orgânico, cloreto, sulfato,

ferro, além de outros contaminantes orgânicos e inorgânicos.

18

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1166000000 66000000 -- 99000000 11220000 -- 33770000 99220000 11440000 1177446600

SSóólliiddooss TToottaaiiss

DDiissssoollvviiddooss

-- 1100000000 --

1144000000

-- 1122662200 11114444 2277228811

AAllccaalliinniiddaaddee

ttoottaall ccoommoo

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88996655 880000 -- 44000000 663300 -- 11773300 -- -- 66118833

CClloorreettooss ((CCll--)) 22226600 660000 225500 774422 119977 99009900

SSuullffaattooss ((SSOO44))-2 11228800 552255 1133--8844 -- -- 11885555

CCááddmmiioo ((CCdd)) -- 00..44 -- -- -- 00..0099

CCoobbrree ((CCuu)) -- 00..55 <<00..0044 ––

00..1111

00..55 00..11 00..2255

MMaannggaannêêss

((MMnn))

5588 7755 -- 112255 11..0022 ––11..2255 4499 -- 00..2255

ZZiinnccoo ((ZZnn)) 6677 1100 -- 3300 << 00..0044 ––

00..4477

4455 00..1166 00..5500

-2

Tabela 3.1: Composição química de diversos chorumes

Fonte: * Modificado de Barbosa (1994) ** Dados da Comlurb (2002)

19

MacFarlaine et al. (1983) mostra exemplos de mapeamento de poluição gerada a partir de aterro

de resíduos urbanos pela variação de concentração de sais e variação de condutância elétrica. A

variação destes parâmetros possibilitou o mapeamento da pluma, mostrando a infiltração dos

poluentes no aqüífero 1 e a dispersão no sentido do fluxo. A extensão da contaminação foi

avaliada através da determinação da distribuição de cloreto, sulfato e condutância elétrica no

aqüífero arenoso, onde todos os parâmetros mencionados apresentam valores para o chorume

acima daqueles em água não contaminada.

Em levantamentos geofísicos, rochas com água pura e rochas contendo baixo percentual de água

podem ter condutividades baixas. Relaciona-se a resistividade medida com a porosidade,

permeabilidade, ou contaminação de água subterrânea. A condutividade eletrolítica em solos e

rochas é afetada principalmente por quatro fatores:

Quantidade e natureza dos sais dissolvidos;

Composição mineralógica;

Porosidade;

Teor em água.

A existência de sal afeta diretamente a condutividade eletrolítica das rochas e solos. Em função

disto se utiliza os métodos elétricos e eletromagnéticos no mapeamento e monitoramento de

plumas de contaminação geradas por poluentes dentro da zona saturada e seu transporte se dá

principalmente pela dispersão hidrodinâmica.

Dentre esses fatores, os mais importantes são a quantidade de água contida e a salinidade dessa

água. O aumento do valor desses fatores, teor de umidade e quantidade de sais dissolvidos, leva

a um aumento da condutividade elétrica. Em função desse comportamento da condutividade

elétrica é que se observa um grande desenvolvimento de aplicação dos métodos geofísicos

elétricos e eletromagnéticos no mapeamento e monitoramento de plumas de contaminação,

gerados pela entrada de poluentes dentro da zona saturada e seu transporte principalmente

através de dispersão hidrodinâmica. (Ellis, 1999b).

1. Aqüífero é uma unidade geológica permeável capaz de transmitir quantidades significativas de água sob

gradientes hidráulicos ordinários, i.e., Areias, arenitos, conglomerados, calcáreos, e rochas cristatinas fraturadas.

20

3.2. EXEMPLOS DE ESTUDOS GEOFÍSICOS APLICADOS AO MEIO

AMBIENTE

Uma das principais vantagens da aplicação das técnicas geofísicas em relação aos métodos

tradicionais de investigação de sub-superfície, como, por exemplo, furos de sondagens, é a

rapidez na avaliação de grandes áreas com custo relativamente menor. Além disso, os

levantamentos geofísicos propiciam a execução de perfis contínuos, possibilitando a

identificação com a maior precisão das variações laterais decorrentes das mudanças litológicas

ou originadas pela presença da contaminação subterrânea.

Existe uma variedade de métodos geofísicos que podem ser utilizados nos estudos ambientais,

porém, os principais e mais adequados métodos, que comumente são aplicados à investigação da

contaminação do solo e da água subterrânea, são o geo-radar (GPR), o eletromagnético

transiente no domínio do tempo ou da freqüência, a eletrorresistividade (ER) e a magnetometria.

A vantagem desses métodos em relação a outros métodos geofísicos consiste basicamente na

capacidade de detecção com bom grau de confiabilidade da contaminação subterrânea e não

apenas na identificação das feições geológicas das áreas em estudo. Para a seleção de um método

geofísico a ser empregado, o ideal é ter conhecimento da geologia local, das características

físico-quimicas das águas subterrâneas e do contaminante, além das profundidades de interesse

envolvidas.

As características do meio geológico, além da natureza da contaminação, podem determinar o

comportamento dos contaminantes em sub-superfície. Nesse contexto, a interpretação dos dados

pode contribuir para a obtenção de informações sobre a litologia, estratigrafia, profundidade do

nível d`água, profundidade do embasamento, presença de falhas ou fraturas, existência de

aqüíferos importantes, caminhos preferenciais de propagação subterrânea e outras feições

geológicas de interesse.

Os desvios significativos do padrão normal das medidas geofísicas, que são as anomalias,

podem, do ponto de vista ambiental, apontar a presença de contaminantes em sub-superfície. A

interpretação das anomalias é fundamental, uma vez que pode indicar a intensidade da

contaminação presente, proporcionando, assim, dados importantes para as atividades de

diagnóstico, monitoramento da propagação dos contaminantes e acompanhamento da

recuperação da área contaminada.

21

A realização dos levantamentos geofísicos pode ser efetuada nas diferentes etapas de atividades

estabelecidas para o gerenciamento de áreas contaminadas. Pode ser feito na etapa de

investigação confirmatória, onde 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. Assim como quando se quer fazer uma

investigação mais detalhada para remediação, os métodos geofísicos podem ser utilizados 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.

Para uma contaminação relacionada à pluma inorgânica na água subterrânea, os contaminantes

inorgânicos em contato com a água subterrânea aumentam a concentração de íons livres,

elevando a condutividade elétrica do meio.

Os métodos geofísicos também são úteis na detecção de água subterrânea, e para tanto devem

satisfazer a dois principais critérios:

A introdução de contaminantes no aqüífero deve produzir uma mudança mensurável na

condutância total do volume de terra utilizado para a amostragem;

A variação lateral na condutividade elétrica devido a mudanças na litologia deve ser

bem inferior a variação devido à contaminação da água subterrânea. Greenhouse e Harris

(1983).

A aplicação de métodos geofísicos citados em estudos ambientais está bem caracterizada,

conforme exposto a seguir, onde se apresentam enfoques dos principais métodos.

Braga et al. (1999) utiliza o método de eletrorresistividade no estudo do lençol freático em área

de disposição de resíduos industriais. O caminhamento elétrico é útil na delimitação da área de

disposição de resíduos, avaliação das condições da pluma de contaminação e na determinação do

fluxo de água subterrâneo. A sondagem elétrica vertical (SEV) é utilizada para caracterizar a

litologia dos materiais.

Nascimento et al. (1999) enfatiza a importância do método geofísico de perfilagem elétrica

horizontal para se determinar de maneira indireta a natureza das estruturas sub-superficiais.

Fundamenta-se na variação espacial da resistividade elétrica (ohm.m). A resistividade diminui

em duas situações, i.e., quando o percentual de água nos solos ou rocha aumenta e quando o

22

percentual de material dissolvido na água intersticial aumenta. Desta forma, torna-se útil para a

detecção de poluentes nas porções saturadas e não saturadas do subsolo. A profundidade da

medida é diretamente proporcional ao espaçamento dos eletrodos. O arranjo Wenner foi utilizado

durante a perfilagem elétrica horizontal.

De Lima et al. (1995) mostra que a corrente elétrica existente nas rochas também é uma função

da tortuosidade dos espaços porosos e da proporção de sólidos dispersos. A técnica elétrica em

localizar plumas contaminantes depende do tamanho e formato da pluma e contraste de

resistividade entre a água subterrânea original e o fluido invadido, entre outros fatores.

Elis & Zuquette (1997) fizeram um estudo da determinação da estrutura do aterro sanitário de

Ribeirão Preto - SP através de métodos geoelétricos. O método da eletrorresistividade é

provavelmente o método geofísico mais utilizado mundialmente, através da técnica de sondagem

elétrica, devido à possibilidade de utilização nos mais diversos campos de aplicação, como

mineração, hidrogeologia e estudos ambientais. A aplicação de caminhamento elétrico dipolo-

dipolo possibilita o mapeamento da zona contaminada, com a posição dos resíduos e pluma de

contaminação, e a sondagem elétrica permite a determinação da profundidade do nível de água e

espessura da cobertura não consolidada, além da espessura da pilha de resíduos.

Luiz et al. (1999) trabalharam com o método eletromagnético indutivo (ou EM no domínio da

freqüência) no aterro sanitário do Complexo do Aurá, Ananindeua - Pará. Os resultados mostram

o fluxo e a profundidade da contaminação do chorume. Este estudo tornou-se importante, na

medida em que este aterro está situado próximo aos lagos que abastecem água para a cidade de

Belém.

Malagutti Filho et al. (1997) utilizaram o caminhamento de polarização induzida e resistividade

no estudo de contaminação gerada por áreas de disposição de resíduos.

Elis e Zuquette (1996, 1998) utilizaram a eletrorresistividade, realizando sondagens elétricas

verticais e caminhamento elétrico dipolo-dipolo, em áreas de disposição de resíduos urbanos e

industriais. Nas zonas contaminadas verifica-se um valor baixo para a resistividade.

Elis (1999b) analisa a aplicação de métodos geofísicos em estudo de dispersão de poluentes. A

zona não saturada é um sistema efetivo para a disposição de rejeitos. Isto se dá porque o

movimento dos contaminantes na zona não saturada é normalmente lento. A condição química

para tal é aeróbica a alcalina.

23

Costa e Ferlin (1993) utilizaram o método eletromagnético indutivo (ou EM no domínio da

freqüência) em depósitos de lixo, com o acompanhamento da evolução da pluma de

contaminação durante o período de um ano.

Nobes (1996) mostra algumas aplicações ambientais para os métodos elétricos e

eletromagnéticos, evidenciando sua aplicabilidade na investigação de água subterrânea em

aqüíferos fraturados, em zonas áridas e também na delimitação do limite entre águas doce e

salgada. Também são usados para se determinar as propriedades do aqüífero e aqüitardo 1 assim

como na avaliação da qualidade da água e mapeamento e monitoramento dos contaminantes.

Matias et al. (1994) fizeram um estudo geofísico e hidrogeológico da contaminação de aqüíferos

por aterro sanitário. A contaminação da água subterrânea foi constatada tanto por técnicas

geofísicas, como hidrogeológicas. Foram utilizados métodos eletromagnéticos e foi feito um

levantamento da condutividade local para se determinar a pluma de contaminação. Em seguida

foram feitas pseudo-seções de resistividade para se ter um estudo mais detalhado da extensão da

pluma de contaminação. Após a aquisição dos dados geofísicos foram obtidas amostras de água e

análise química.

O mapa de condutividade representado na Figura 3.3 mostra a pluma de contaminação de forma

clara. Esta pluma se estende para oeste, em direção ao oceano Atlântico. Valores de background

da condutividade inferiores a 2mS/m se encontram a leste do aterro, enquanto para oeste estes

valores atingem 6 mS/m.

A interpretação da profundidade pela sondagem elétrica, conforme mostrado na Figura 3.4,

fornece as seções de resistividade aonde as zonas contaminadas devem ser áreas de baixa

resistividade. Em ambas as seções e ao sul da zona contaminada as resistividades interpretadas

são inferiores àquelas ao norte, de forma que algum grau de contaminação pode ser atribuído a

esta área.

1. Um aquitardo é um material impermeável relativamente saturado que não transmite quantidades

significativas de água sob gradientes hidráulicos ordinários, i.e., argilas, folhelhos, corpos ígneos intrusivos,

rochas metamórficas. São bons selantes, ou materiais capeadores para os aqüíferos.

24

FIGURA 3.3 - Mapa de condutividade do terreno, modificado de (Matias et al, 1994).

FIGURA 3.4 - Interpretações das resistividades, modificado de (Matias, et al, 1994).

A polarização induzida possui uma aplicação recente em estudos ambientais. Vogelsang (1995)

estudou casos de aplicação de polarização induzida e resistividade em depósitos de resíduos.

Polarização induzida e magnetometria são úteis no mapeamento de restos de metais. A

magnetometria é útil na localização de tambores metálicos enterrados com resíduos tóxicos.

Os métodos de resistividade necessitam de injeção de corrente através dos eletrodos soterrados,

ao contrário dos métodos eletromagnéticos, que induzem correntes no solo. Fornecem

informações mais detalhadas em áreas de alta resistividade. Teoricamente não há limite para a

25

penetração no método de resistividade. Na prática, a penetração está associada com a separação

dos eletrodos, o que torna a logística difícil para profundidades maiores (alcance em

profundidade é da ordem de 1/3 da distância entre eletrodos). Além disso, grandes distâncias

requerem grandes energias injetadas no solo, o que é pouco prático.

O GPR indica o nível de líquidos dentro do aterro, com a atenuação da onda eletromagnética no

material de alta condutividade poderá permitir a identificação deste nível, assim como a

localização de plumas de contaminação.

Davis e Annan (1989) utilizaram GPR para a delimitação da pluma de contaminação gerada por

um aterro sanitário no Canadá. Suas vantagens estão relacionadas ao alto grau de resolução na

definição da pluma, assim como no fornecimento de perfis contínuos gerando informações mais

abrangentes que àquelas obtidas por amostragem convencional de furos de sondagem (Graziolli

e Costa, 1999).

O caminhamento dipolo-dipolo possibilita o mapeamento da pluma em várias profundidades no

perfil. Os mapas de resistividade, principalmente aqueles para os níveis situados dentro da zona

saturada mostram o desenvolvimento da pluma. Os métodos eletromagnéticos são adequados

para a detecção e mapeamento da pluma de contaminação. Os valores altos de condutividade

indicam área contaminada.

Aplicações ambientais do método TEM foram apresentadas por Buselli et al. (1992), Reynolds

(1998), Sandberg et al. (1998), Meju (2000), entre outros.

Buselli et al. (1992) relatam um caso de mapeamento da contaminação gerada por uma área de

disposição de resíduos próxima a cidade de Perth, Austrália, posicionada menos de 10 metros

acima do nível freático de um aqüífero arenoso. Foram executadas 83 sondagens TDEM e um

mapa de contorno de valores de resistividade (Figura. 3.5) mostrou uma pluma desenvolvendo-se

a partir do depósito de resíduos. Apesar dos resultados obtidos não apresentarem níveis de

resistividade extremamente baixos como em outros casos observados de contaminação (os

valores para a área contaminada variaram entre 40 e 65 ohm.m, sendo que os valores de

background eram considerados os superiores a 70 ohm.m), eles concordam com a pluma

caracterizada por uma série de poços de monitoramento instalados no local.

26

FIGURA 3.5: Mapa de iso-resistividade derivado de dados de sondagem TEM com contornos de

concentração de cloretos de amostras de água dos furos de poços. Fonte : Modificado de Buselli

et al. (1990) in Reynolds (1998).

Sandberg et al. (1998) utilizaram TEM e polarização induzida para se mapear a contaminação da

água subterrânea em Monument Valley, Arizona – EUA. Um dos principais objetivos deste

estudo consistiu no entendimento sobre a pluma de contaminação de nitratos e sulfatos no

aqüífero aluvial. Os dados TEM foram inicialmente processados para produzir resistividade

aparente versus tempo de amostragem. Pseudo-seções de resistividade aparente foram geradas

apresentando a resistividade aparente escala de tempo logarítmica e desta forma a pseudo-seção

foi delineada. A Figura 3.6. é um exemplo de pseudo-seção de resistividade aparente.

27

FIGURA 3.6: Pseudo-seção de resistividade TEM

Fonte: Modificado de Sandberg et al. (1998).

Meju et al. (2000) avaliaram a utilização de sondagem eletromagnética transiente (TEM) de

loops pequenos para se localizar o aqüífero do arenito Sherwood no Vale de York, Inglaterra.

Este estudo mostrou a eficácia do método TEM para mapeamento estratigráfico na região.

28

CAPÍTULO 4 MÉTODO ELETROMAGNÉTICO TRANSIENTE (TEM)

4.1. DESCRIÇÃO DO MÉTODO

Os métodos eletromagnéticos medem a condutividade elétrica. São empregados no domínio do

tempo ou da freqüência. Método eletromagnético no domínio do tempo (TDEM) - baseado na

forma de função pulso, i.e., função dentro de um certo intervalo de tempo. Fora desse intervalo

apresenta valor zero do campo magnético, capaz de transmitir uma larga banda de freqüências,

simultaneamente como um pulso e medir o campo magnético secundário durante o tempo de não

transmissão da fonte.

A interrupção abrupta de uma corrente estacionária circulando num loop (transmissor Tx)

disposto sobre a superfície terrestre induz correntes secundárias que envolvem alvos condutores

(eddy currents) i.e., pluma de contaminação, fontes geotermais, depósitos minerais massivos,

entre outros.

Essas correntes envoltórias induzidas geram um campo magnético secundário, cujo decaimento é

dado em função das características dos alvos condutivos em sub-superfície, em especial, o valor

da condutividade, da forma e dimensões.

A diferença fundamental entre o método eletromagnético domínio do tempo (Time-domain

eletromagnetic TDEM ou Transient electromagnetics - TEM) em relação aos outros métodos

eletromagnéticos é justamente o fato dele operar no domínio do tempo, ao passo que todos os

outros operam no domínio da freqüência. A Figura 4.1 mostra como ocorre esse processo através

das formas de onda dos campos envolvidos.

29

FIGURA 4.1: Formas de ondas dos campos gerados no método eletromagnético domínio do

tempo in Ellis (1998).

Equações Básicas para o Método TEM

As equações de Maxwell podem ser combinadas numa equação da onda tanto para o campo E,

como para o campo H.

(4.1)

(4.2)

e admitindo-se um campo harmônico da forma

Hx = Hx (ω, z) e -iωt (ω = 2πf), então temos que d2Hx + (ω2µε + iωµσ) Hx = 0 (4.3) dz2

Caso ωε / σ << 1, lida-se com um comportamento difusivo.

30

∂2Hx - µσ ∂Hx (4.4) ∂z2 ∂t

O transporte difusivo de energia eletromagnética no interior da Terra é ilustrado

esquematicamente na Figura 4.2.

FIGURA 4.2: Sinal EM se difundindo no interior da Terra.

FIGURA 4.3: Comportamento do campo para duas diferentes condutividades.

31

A Figura 4.3 ilustra o comportamento do campo para duas diferentes condutividades. A curva

superior está relacionada a um decaimento de um condutor, enquanto a inferior relaciona-se a de

um resistor.

O campo magnético secundário associado com correntes induzidas pode ser medido por uma

bobina (receptor). O Rx é normalmente uma bobina portátil de muitas voltas, colocada no centro

do loop Tx (in loop). A variação de voltagem medida pela bobina é proporcional à taxa de

variação temporal do campo magnético secundário paralelo ao eixo do in-loop.

Tempos recentes são tempos associados ao início da curva de decaimento e estão associados às

freqüências mais altas, enquanto os tempos tardios estão associados com os períodos mais longos

da curva de decaimento.

Um arranjo típico de campo do método TEM (configuração in-loop) é apresentado na Fig. 4.4 e

um perfil esquemático empregando o método TEM é ilustrado na Fig. 4.5. O espaçamento entre

as sondagens é função do objetivo do trabalho e profundidades de interesse.

FIGURA 4.4 - Arranjo de Campo TEM

32

FIGURA 4.5 - Perfil esquemático de aquisição TEM

O método TEM permite o mapeamento de unidades litológicas a profundidades de escalas

métricas. De uma maneira geral, as medidas TEM são efetuadas com o uso de um sistema

composto de uma unidade de aquisição de dados conectada a um loop transmissor quadrado ou

circular (bobina horizontal de grandes dimensões), utilizada para transmitir (ou mesmo receber

as ondas eletromagnéticas, no caso do equipamento Sirotem MK3) e com uma unidade receptora,

usualmente uma bobina de indução, que mede o campo magnético secundário transiente.

As configurações mais comuns em levantamentos TEM são:

"In-Loop ou Central-Loop" - grande loop transmissor com um receptor móvel (bobina de

indução) no centro do arranjo quadrado.

"Single-Loop" - usa-se o mesmo loop para transmitir e receber sinais (disponível apenas no

sistema Sirotem Mk3).

“Coincident-Loop” – empregam-se 2 grandes loops independentes para transmitir e receber

sinais.

A profundidade mínima de penetração é determinada pela resistividade de Terra, duração do

"turn-off ramp" do transmissor (amplitude dos dados reduzida a zero), amostra temporal mais

33

recente do instrumento (earliest sample time). Baixa resistividade, turn off ramp curto e tempos

recentes, conduzem a profundidade de investigação mínima mais rasa.

De todo o modo, os equipamentos de EM transientes, mesmo sob as melhores condições, não

podem ser usados para investigações detalhadas para os primeiros 5m de profundidade. A

profundidade máxima depende de vários fatores, como por exemplo a resistividade do meio, a

dimensão do loop, da intensidade de corrente transferida para o solo, entre outros . Para uma

cobertura completa é necessária a utilização de loops sucessivos rebatidos ao longo de um perfil

realizado por exemplo com configuração in-loop e ilustrada na Figura 4.5.

O equipamento empregado no levantamento TEM neste estudo foi o SIROTEM MK3, que

permite armazenar na memória os dados adquiridos, os valores de turn-off time, a corrente do

transmissor, quantidade de dados empilhados, os valores da variação do campo magnético

secundário, entre outros. São utilizados normalmente nas configurações single-loop e in-loop.

Consiste em um transmissor e um receptor alimentado por baterias de 12V. O transmissor pulsa

o loop com uma corrente em forma de onda quadrada bipolar. Muitas medidas são empilhadas

para fins estatísticos a fim de se reduzir o efeito de ruído. Após o processamento dos dados, um

perfil de sondagens individuais pode ser agrupado, a fim de se gerar uma pseudo-seção.

4.2 PARÂMETROS RELEVANTES NAS MEDIDAS TEM

PROFUNDIDADE PELICULAR (“SKIN DEPTH”)

Os campos eletromagnéticos se difundem e se atenuam na medida que penetram no interior da

Terra. A profundidade pelicular (Skin depth) é uma medida de como o campo eletromagnético

oscilante decresce no interior de um condutor. Trata-se da profundidade efetiva de uma onda

eletromagnética num meio condutivo uni-dimensional, na qual a onda decai para 1/e

(aproximadamente 37%) de seu valor podendo ser expresso por:

δFD = ( 2 / σµω )1/2 (4.8)

onde, δFD - Profundidade pelicular em m σ - Condutividade em mhos/m µ - Permeabilidade em henries /m ω - Frequência angular em radianos / s

A profundidade pelicular é uma expressão para os campos eletromagnéticos no domínio da

freqüência e está relacionado ao tipo de material no condutor e aos campos de freqüência

aplicados ao mesmo. De acordo com a equação acima, nota-se que δFD é inversamente

34

proporcional a raiz quadrada da freqüência, logo para altas freqüências, δFD é relativamente

baixo, enquanto para baixas freqüências este valor é mais alto.

O análogo no tempo da equação (4.8) para a profundidade pelicular é dado pela expressão

(Naghibian e Macnae, 1989):

δTD = (2t/σµo)1/2 (4.9)

PROFUNDIDADE DE INVESTIGAÇÃO

A estimativa da profundidade de investigação é importante para a interpretação das sondagens

EM. Os parâmetros básicos que controlam a profundidade de investigação incluem a

resistividade do terreno, níveis de ruído, entre outros. Depende de fatores como a sensibilidade e

acurácia do equipamento utilizado para fazer a sondagem EM, da complexidade geológica do

local, de níveis de ruído presentes no ambiente. Num ambiente geológico ideal, a profundidade

de investigação pode ser várias vezes superior ao efeito pelicular, enquanto que em locais de

áreas ruidosas e geologicamente complexas, pode ser pouco inferior a uma vez o efeito pelicular.

O limite superior da profundidade de investigação é controlado pela medida da amostragem do

tempo mais recente. O limite inferior é determinado pelo tempo em que o sinal decai para ruído.

A limitação prática na profundidade de investigação para sistemas TEM está na determinação do

tempo t` no qual o sinal decai para níveis de ruído.

O limite inferior é a profundidade que é igual a 1.5 vezes o efeito pelicular no domínio da

freqüência e uma vez a profundidade de difusão no domínio do tempo, calculada na medida de

freqüência mais longa, ou tempo de amostragem mais recente. A resposta é determinada

principalmente por uma condutividade médias da camada superior. A espessura da camada para

a qual ao sinal se iguala ao nível de ruído é definida como sendo a profundidade máxima de

investigação. (Spies, 1989).

35

CONDUTIVIDADE ELÉTRICA (σ) ou RESISTIVIDADE ELÉTRICA (ρ)

São os mais importantes parâmetros envolvidos em investigações de áreas contaminadas.

Condutividade elétrica, com unidades de Siemens por metro (S/m) ou (mS/m), quando os valores

são pequenos. É o fator de proporcionalidade relacionando à corrente que flui com a força

elétrica aplicada. Não necessita ser constante ao longo do tempo. Seu valor pode mudar de

acordo com a temperatura, pressão e vários fatores ambientais. Diferentes ambientes geológicos

também são caracterizados e reconhecidos por diferentes condutividades elétricas.

A resistividade ρ é a recíproca da condutividade. É a medida da resistência do fluxo de corrente

ao meio. A resistividade aparente é definida como sendo a resistividade de um semi-espaço

homogêneo que irá produzir a mesma resposta que aquela medida sobre toda a superfície da

Terra. A resistividade aparente é igual a resistividade verdadeira ou intrínseca apenas para o caso

de semi-espaço (Greenhouse e Gudjurgis, 1995). A Tabela 4.1 ilustra faixas típicas da

condutividade elétrica (em mS/m) para materiais comuns.

TABELA 4.1– Faixas típicas da condutividade elétrica (em mS/m) para materiais comuns.

Fonte: Modificado de Greenhouse e Gudjurgis (1995).

36

É provável que a faixa de condutividade para a água mostrada na Tabela 4.1 a considere também

associada a outros íons, com é o caso da água do mar. Esta possui uma condutividade superior a

do chorume. Não é esperado se observar água com valores de condutividade superior ao do

chorume, a não ser água salgada.

O material geológico no qual está localizado o resíduo ou o contaminante atua na aplicabilidade

e na eficiência dos métodos geofísicos que se baseiam na condutividade ou resistividade elétrica.

A seguir estão relacionados os tipos dos materiais geológicos que podem influenciar na detecção

da contaminação.

4.3 TIPOS DE MATERIAIS GEOLÓGICOS INFLUENCIADORES NA

DETECÇÃO DA CONTAMINAÇÃO

ARGILA

Devido à alta condutividade natural apresentada pelas argilas, o contraste entre o valor da

condutividade natural do meio (background) e a condutividade dos contaminantes inorgânicos

pode ser pequeno, podendo mascarar a detecção da contaminação. A presença de argila atenua a

propagação dos campos e ondas eletromagnéticas, reduzindo a profundidade de investigação dos

métodos eletromagnéticos (EM), incluindo-se o geo-radar.

ROCHAS ARENOSAS

Quanto maior é a resistividade desse tipo de material, maior será a profundidade de penetração

dos campos e ondas eletromagnéticas no terreno. Assim, nesse tipo de ambiente, os métodos

eletromagnéticos indutivos detectarão de forma marcante os contrastes nas propriedades físicas

provocadas pelos contaminantes inorgânicos ou metálicos.

SEDIMENTOS INCONSOLIDADOS E MATERIAIS INTEMPERIZADOS

Os sedimentos superficiais não consolidados, representados pelas areias, cascalhos, seixos e os

materiais intemperizados, freqüentemente, apresentam maior resistividade e menor teor de argila

em relação aos materiais mais compactos. Assim, esse tipo de meio favorece a aplicação dos

métodos de eletrorresistividade, eletromagnético indutivo e o geo-radar na investigação de

contaminantes de alta condutividade.

37

ROCHAS FRATURADAS

A contaminação orgânica e inorgânica presente em meios fraturados é de difícil identificação por

métodos geofísicos de superfície. Nestes casos, os métodos geofísicos têm mostrado eficiência

na detecção de fraturas como caminhos preferenciais para os contaminantes.

4.4. AQUISIÇÃO

O equipamento empregado na aquisição dos dados transientes eletromagnéticos foi o SIROTEM

MK3, (Fotografia 4.2) fabricado pela Geo Instruments - Austrália. Foram realizadas 60

sondagens no modo in loop, (Fotografia 4.3) com lados de 50 m. Para cada sondagem, foram

obtidas várias curvas com ganhos variando entre 0,1 e 10, em torno de 45 janelas temporais

(intervalo típico 1.325 ms a 16.781 ms), empilhamento de 512 amostragens. Em média, 5 a 6

curvas foram obtidas em cada ponto de sondagem e a melhor curva de decaimento para cada

sondagem foi selecionada. A configuração in-loop foi a escolhida devido a qualidade do sinal

apresentado em comparação à configuração single-loop.

Salienta-se o fato da aquisição ter sido feita utilizando-se apenas a componente Z do campo

eletromagnético. As componentes horizontais do campo EM poderiam ter sido empregadas nas

sondagens para complementar informação lateral. No entanto, o tempo de sondagem triplicaria,

pois é preciso selecionar ganhos para cada direção (X, Y, Z).

Não foi possível estabelecer um gride com espaçamento regular em função dos acessos

disponíveis no período de aquisição de dados. Os claros na área do aterro estão associados às

zonas de lixo hospitalar e áreas onde estavam ocorrendo vazamentos de lixo na ocasião das

medidas. Visão da parte baixa da porção SE do Aterro de Gramacho, próximo à Baía de

Guanabara pode ser vista na Fotografia 4.1.

A Figura 4.6. apresenta a distribuição das sondagens e dos perfis geomecânicos na área do

aterro.

38

FIGURA 4.6: Planta do Aterro Sanitário de Gramacho com a Localização das Sondagens

Geofísicas

Fonte: Modificado de Planta de Situação, Operação e Progresso de Trabalho, Desenho, Nº DES 14; Firma: SA Paulista em Comlurb (2002). Escala: 1:2500

4.4.1. DPGS

Medidas altimétricas na área do aterro de Gramacho foram obtidas empregando o equipamento

DGPS 4000 SE Maxwell, de forma a se determinar com boa precisão, da ordem de alguns

centímetros, a topografia do aterro no período das medidas TEM. Foram realizadas medidas

altimétricas em todos os 60 pontos das sondagens TEM, conforme apresentado na Tabela D.1

(ver apêndice D). A topografia do aterro em setembro de 2002 é mostrada na Figura 4.7.

39

FIGURA 4.7 Topografia do aterro em setembro de 2002.

FOTOGRAFIA 4.1: Visão da parte baixa da porção SE do Aterro de Gramacho, próximo à Baía de Guanabara.

40

FOTOGRAFIA 4.2: Verifica-se acima, a parir da esquerda, o SIROTEM MK3, o

cabo para a configuração in-loop e a bateria utilizados para a aquisição de dados

TEM.

FOTOGRAFIA 4.3: Ao centro está localizada a bobina utilizada para a configuração in-

loop no método eletromagnético-transiente (TEM).

41

4.5. PROCESSAMENTO

O processamento dos dados envolve a seleção da parte “boa” da curva de decaimento do campo

magnético secundário e conversão deste sinal transiente para a resistividade aparente em função

do tempo. Como parte “boa” entenda-se a parte do sinal que apresente decaimento, suprimindo-

se as heterogeneidades superficiais da resistividade nos tempos recentes e da polarização

induzida normalmente presente nos tempos tardios.

Exemplo de seleção da parte “boa” da curva de resistividade aparente associada encontra-se

ilustrado na Figura 4.8. A localização da estação abaixo mencionada, assim como das demais

está na Figura 4.6. Salienta-se na Figura 4.8 adiante a presença do 2º harmônico de 60Hz

(180Hz) na curva de resistividade aparente, indicando ruído cultural pronunciado. Este modo

está presente em todas as estações.

FIGURA 4.8.: Seleção da parte “boa” da curva e a resistividade aparente associada para a

estação 02.

42

4.6. INVERSÃO 1-D

O processo de inversão consiste na aplicação de um procedimento matemático para se obter um

modelo que se ajusta aos dados observados de forma aceitável. É uma tentativa de se ajustar a

resposta de um modelo de Terra idealizada para um conjunto finito de observações.

O método de inversão tenta essencialmente encontrar um modelo cujas respostas estejam em

conformidade com os dados medidos. Para um mesmo conjunto de dados há uma ampla

variedade de modelos cujas resistividades calculadas se aproximam, em algum grau, dos valores

medidos.

A inversão de dados de sondagem elétrica e eletromagnética em profundidade para distribuição

da resistividade em sub-superfície é um problema não linear. Os dados de campo são em geral

inconsistentes e limitados em bandas. O objetivo da inversão é poder determinar algum modelo

capaz de adequadamente explicar as observações e satisfazer as exigências dos problemas

físicos. (Meju, 1992).

TRANSFORMAÇÃO DE BOSTICK

Uma transformação heurística muito usada nos métodos eletromagnéticos foi proposta por

Bostick (1977). Por meio desta transformação, pode se obter uma expressão da resistividade x

profundidade. A transformação de Bostick fornece a distribuição resistividade x profundidade,

ρB (h), onde h é a profundidade de penetração num semi-espaço de resistividade igual a

resistividade aparente naquele período particular T, sendo definido por,

12( )

2a T Th ρπµ

=

(4.11)

Esta profundidade de penetração implica em um fator de atenuação de aproximadamente 0.5, ao

invés da atenuação de skin depth de 1/e.

A resistividade Bostick, ρB (h) a uma profundidade h é dada por:

1 ( )( )1 ( )B a

m TTm T

ρ ρ += = − (4.12)

onde m(T) é o gradiente da curva de resistividade aparente na escala log-log, i.e., (Jones, 1983)

43

[ ]log ( )( )

log( )ad

m Td T

ρ=

T (4.13)

Se m(T) for positivo, então a curva de resistividade aparente indica que no período de interesse,

há uma transição entre uma camada menos resistiva para uma camada sobreposta mais resistiva.

De forma contrária, se m(T) for negativo, então o oposto é verdadeiro. (Jones e Foster, 1986). A

transformada de Bostick funciona melhor para estruturas que aumentam a condutividade com a

profundidade. (Fontes, 1988).

Nos estudos TEM empregados nesta dissertação a resistividade Bostick foi dada pela expressão

(Meju, 1995).

ρeff = K ρa e – (1-α) (4.14)

onde α, um parâmetro variável, varia entre 0,15 e 0,2 para dados de campo e K, uma constante

de ajuste, foi admitida igual a 2,3.

INVERSÃO 1D OCCAM

É uma aproximação à inversão regularizada de problemas não-lineares. Foi introduzida

inicialmente em 1987 (Constable et al., 1987) para os problemas de magnetotelúricos e de

resistividade 1-D.

Trata-se de uma técnica iterativa de inversão para se gerar um modelo consistente com os dados

EM. A utilização da inversão de Occam produz um modelo suavizado que melhor se ajusta ao

conjunto de dados dentro de um critério aceitável de ajuste, muito embora o modelo suavizado

não seja necessariamente a melhor forma de se ajustar os dados.

Pode-se admitir em alguns casos a representação da Terra como um modelo de camadas simples,

por exemplo, quando se tenta estabelecer a profundidade da camada de água, ou do

embasamento de uma seqüência sedimentar.

44

Isto, no entanto, não muda a dependência das soluções com a parametrização. Inversão

empregando mínimos-quadrados para um modelo simples de camadas deriva de sua estabilidade

a partir da suavização da função de condutividade dentro das camadas. Desta forma, um modelo

de quatro camadas requer uma função de condutividade perfeitamente suave em três

descontinuidades. Esta restrição diminui conforme o número de camadas aumenta, e em certo

ponto, a espessura da camada será inferior à capacidade de resolução dos dados. Este é o ponto

onde o modelo vai apresentar oscilações não permitidas pelos dados de sondagem. Desta

maneira, ajustar um modelo simples de camadas torna-se um compromisso entre suprimir

estruturas relevantes e incluir muitos parâmetros.

É mais satisfatório permitir ao modelo ser o mais flexível possível, mas suprindo complexidades

explícitas. Pode-se fazer isto para perfis contínuos definindo rugosidade, o contrário de

suavidade, como sendo a segunda derivada com relação à profundidade:

R1 = ∫ (dm/dz)2 dz ou R2 = ∫ (d2m / dz2)2 dz (4.15)

Onde m(z) pode ser tanto resistividade como log resistividade. Isto minimiza simultaneamente a

rugosidade do modelo e o ajuste entre modelo e dados.

Devido ao fato da não linearidade, não há garantia de que qualquer mi seja capaz de tornar o

misfit χ2 pequeno o suficiente e é quase certo que em todos os casos práticos o ajuste exato

(χ 2 =0) é impossível. No entanto, presume-se que as aproximações de uma dimensão, em fontes

de campo de grande escala, são todas boas o suficiente para tornar possível o ajuste das

observações.

Denotando-se o vetor de dimensão p representando o parâmetro do modelo por m, o vetor de n

dados observados por y e a expressão funcional da resposta do modelo por f(m) como um

funcional sem vínculo matemático que se relaciona à rugosidade e o ajuste, podendo ser escrita

em notação matricial como:

U = | µm |2 + ν-1 { | Wy – W f (m) | 2 – χ 2 } (4.16)

Onde o primeiro termo na direita refere-se à rugosidade, o segundo termo é o ajuste ponderado

pelo multiplicador de Lagrange ν-1 ; µ é uma matriz n x n que expressa a equações R1 e R2 de

forma discreta; W é uma matriz diagonal n x n contendo o inverso da estimativa de erro

associado com cada dado de y; χ 2 é o valor tido como aceitável para um ajuste real.

Na inversão Occam, as equações R1 e R2 são minimizadas de forma interativa assumindo uma

linearização local para f em torno de um modelo inicial mo.

Dentro dessa aproximação, o parâmetro de modelo m k+1 relativo a interação k + 1 que minimiza

U é dado por:

45

m k+1 (ν) = [ ν µT µ ]+ (WJk)T WJk ) -1 (WJk)T WYk, (4.17)

Onde J é a matriz jacobiana, Yk é o vetor de modificação de dados, dado por:

Yk = Y – f(mk) + Jkmk (4.18)

A inversão Occam utiliza o ajuste verdadeiro do modelo m k+1 (ν)

X k+1(ν) = | WY – Wf(m K+1 (ν)) | (4.19)

é calculado para diferentes valores de ν em termos de ajuste linear 1D até que XK(ν) seja

minimizado, ou se iguale a χ . É possível que mais de um valor de ν seja selecionado neste

processo. Neste caso, o maior valor de ν deve ser o selecionado, uma vez que causa a rugosidade

ser a menor. Se o processo convergir, terá então resolvido a minimização da funcional não-linear

e desta forma, fornecerá o único mínimo. A resposta final deverá ser independente do modelo

inicial. (Constable et al., 1987).

A seguir verifica-se exemplo de curva de inversão 1-D usando Occam e a transformada de

Bostick sua localização encontra-se na Figura 4.6.

ESTAÇÃO 02

FIGURA 4.9: Inversão 1-D usando Occam e Bostick para a estação 2.

46

INVERSÃO RIDGE REGRESSION

Ridge regression permite fazer um processo de inversão, a fim de se obter um modelo que

melhor se ajusta aos dados através de mínimos quadrados (Inman, 1975) .

Representa-se n observações de um certo conjunto de dados da Terra pelo vetor

Y = (Y1, Y2, ..., Yn)T (4.20)

A resposta do modelo será representada pelo vetor

f = (f1, f2,..., fn)T (4.21)

Assume-se que este modelo seja uma função de p parâmetros que são os elementos dos vetores

x, i.e. X = (x1, x2, ...,xp)T (4.22)

De fato, cada elemento de f é uma função de x e pode ser reescrito por:

f(x) = (f1(x), f2(x), ..., fn(x))T (4.23)

A idéia básica numa operação de inversão é determinar valores de x para que o funcional f(x)

seja igual ao conjunto y observado de algum modo, minimizando parâmetros de erros

conhecidos, tais como misfit χ2 ou erro relativo do desvio padrão (rms) entre o modelo e o dado.

O misfit χ2 é definido como sendo:

χ2 = Σ i=1 (yi – fi)2 / σi2 (4.24)

onde σi é o erro associado ao i-ésimo dado yi (Fontes, 1988).

Supondo que f(x) possa ser escrito como

1( ) ( )n

i iif x w h x

==∑ , (4.25)

onde wi são pesos, de tal forma que a função a ser minimizada será a função C, expressa por

2 2

1 1( ( ) )

n m

i i j ji j

C y f x λ ω= =

= − +∑ ∑ (4.26)

47

A seguir verifica-se exemplo de curva de inversão 1-D usando Ridge regression. Sua localização

encontra-se na Figura 4.6.

ESTAÇÃO 2

FIGURA 4.10.: Inversão 1D usando o modelo de ridge regression para a estação 2.

As curvas de resistividade aparente são dados de entrada para modelagem direta, ou a inversão

1-D. Conforme descrito em Meju (1995), as condições ideais para o processamento de dados de

campo incluem a simplicidade, confiabilidade, rapidez e aplicação para dados de resistividade

aparente a partir de diversas técnicas de campo para uma comparação mais fácil dos dados.

Operacionalmente, cada medida de resistividade aparente é transformada em uma resistividade

efetiva e se determina um correspondente efetivo para a profundidade de exploração numa forma

simples de inversão direta (Meju, 1995). Utilizou-se para a resistividade aparente a escala

exponencial. Os dados de resistividade aparente x profundidade foram armazenados em um

arquivo. Foram feitas as inversões 1D Occam, e ridge regression. O ajuste foi feito para

resistividade aparente + dBz/dt. A variável de Lagrange foi de 0.01.

48

O processamento dos dados foi feito usando-se inicialmente o programa CONVER a fim de

converter os dados de campo de formato .SIR (total de sondagens TEM no formato de dados do

sistema SIROTEM Mk3) para o formato . DAT, que separa cada sondagem realizada em um

único arquivo. Em seguida foi utilizado o programa MTEMINVP ver 3.0 (Meju, 1992). Este

programa pode ser utilizado para a modelagem direta, inversão individual e conjunta de dados

TEM e MT.

O programa MTEMINV lê os parâmetros de modelos iniciais, tais como número de camadas,

resistividade e profundidade para o topo de cada camada, e chama as rotinas relevantes para a

realização da inversão. Para os dados TEM, permite um ajuste simultâneo de resistividade

aparente e curvas de decaimento do campo magnético.

Utilizou-se para a resistividade aparente a escala exponencial. Os dados de resistividade aparente

x profundidade foram armazenados em um arquivo. Foram feitas as inversões 1D Occam, e

ridge regression. O ajuste foi feito para resistividade aparente + dBz/dt. A variável de Lagrange

foi de 0.01.

49

CAPÍTULO 5 RESULTADOS

5.1. RESULTADOS DAS SONDAGENS TEM

Foram realizadas 60 sondagens TEM no aterro sanitário de Gramacho, conforme apresentado na

Figura 4.6.

Como se observa nessas Figuras, o comportamento dominante consiste numa camada pouco

resistiva mais superficial (5 - 10 m e resistividades da ordem de 2-ohm.m), seguida de uma

camada bastante condutiva (espessuras típicas da ordem de 40 m e resistividade da ordem de 0,7-

1 ohm.m) e uma terceira camada mais resistiva, possivelmente indícios de embasamento

alterado.

O resultado da composição de todos os modelos 1D, para diversas profundidades, é apresentado

na Figura 5.1, onde é possível verificar que a pluma, caracterizada por resistividade de até

1ohm.m, começa a se delinear a partir de 10 m de profundidade e continua até 30 m. Ela atinge

seu ápice em 15m de profundidade, quando consegue cobrir grande extensão do aterro. Ao longo

desta trajetória, nota-se uma direção preferencial do fluxo, que estaria NW- SE sendo limitado

pela baía de Guanabara e pelo Canal de Sarapuí. Isto é diretamente refletido no formato da

pluma nas diferentes profundidades.

50

FIGURA 5.1 : Profundidades obtidas pela inversão Occam

51

A seguir estão os perfis de profundidade com a localização das estações TEM usando a inversão

1D Occam. Este tipo de representação foi julgada necessária para que se seja possível analisar a

influência de cada sondagem TEM no resultado final. Isto será melhor compreendido com

auxílio do Apêndice B onde são apresentadas todas as sondagens 1D pelo modelo de Occam.

Uma vez que este apêndice mostra a curva de resistividade aparente para cada sondagem e os

valores da resistividade x profundidade obtidos na Inversão Occam, é possível compreender

como a resistividade varia vertical e lateralmente ao longo do aterro.

Uma análise mais criteriosa das profundidades obtidas pela inversão Occam pode ser verificada

nas Figuras 5.2 – 5.11. Com 10 m de profundidade, já começa a se delinear uma pluma de

contaminação no sentido sudeste. Os bordos do aterro permanecem com baixos valores de

resistividades.

Com 15 m nota-se uma grande extensão da resistividade com valores inferiores a 1 ohm.m. Na

porção sudoeste a resistividade é maior que no restante do aterro. Pode-se examinar no apêndice

A a estação 18, que se encontra nesta área.

Em 20m de profundidade, a pluma diminui sua atuação. No entanto, continua a se observar a

direção preferencial NW – SE. Seus efeitos se fazem percebidos nas bordas próximas à Baía de

Guanabara.

Para 25m, a pluma está bastante reduzida. A partir de então nota-se uma aumento gradativo no

que se refere aos valores referentes à resistividade elétrica. Em torno de 30m, a pluma atinge sua

profundidade máxima.

Em 40m, na porção central do aterro, começa-se a verificar regiões mais resistivas. Esta

evidência torna-se mais marcante com o aumento da profundidade, de forma que em 60m está

região atinge valores de resistividade elétrica da ordem de 40 ohm.m.

Em 70m de profundidade, grande extensão do aterro está mesma ordem de valores de

resistividade elétrica, possivelmente indicando o embasamento alterado. Em 80m de

profundidade esta extensão torna-se bem mais acentuada cobrindo quase toda a área referente ao

aterro.

52

Perfis de Profundidade com a Localização das Estações de Sondagem TEM

Usando o Modelo de Occam

FIGURA 5.2: Perfil de 10m de profundidade usando o modelo Occam

678200 678400 678600 678800 679000 679200 679400

7482800

7483000

7483200

7483400

7483600

7483800

Latitude

0

0.25

0.4375

0.625

0.875

1.5

2.5

3.5

4.5

6

8

10

20

30

40

2

3

456

78

9

1011121314151617

18

19

20

21

22

2324

25262728

2930 31

32

33

34

35 36

37

38

39

40

41

42

43

44

4546

47 4849 50

51 5253

545556

57

585960

678200 678400 678600 678800 679000 679200 679400Longitude

7482800

7483000

7483200

7483400

7483600

7483800

Profundidade de 15m com o Modelo OccamResistividade


53



54



55



56


FIGURA 5.11 Perfil de 80m de profundidade usando o modelo Occam

57

5.2 INTEGRAÇÃO DOS RESULTADOS TEM COM INVESTIGAÇÕES

GEOTÉCNICAS

Estudos geotécnicos foram realizados pela Comlurb (Comlurb, 2002) e estas informações foram

utilizadas para associar as variações em resistividade das sondagens TEM com as litologias

descritas nesses estudos geotécnicos.

Esses perfis estão descritos nas Figuras 5.12 – 5.15. Neles nota-se a ocorrência de três camadas

superiores. A mais superficial é composta por aterro do lixo e possui uma espessura média de

5m. Em seguida camada de argila mole com espessura média de 15m e uma terceira camada

composta por areia argilosa e com espessura média de 10 m.

As Figuras 5.16 – 5.23 descrevem a associação verificada entre os perfis geomecânicos e as

sondagens geofísicas TEM. Para tanto, procurou-se buscar sondagens próximas aos perfis para

uma melhor comparação. A localização tanto das sondagens, como dos perfis geomecânicos

encontra-se na Figura 4.6.

PERFIS GEOTÉCNICOS COM A LITOLOGIA ASSOCIADA

FIGURA 5.12.: Perfil Geotécnico 04 com a litologia associada

58

FIGURA 5.13: Perfil Geotécnico 09 com a litologia associada


59


Fonte: Modificado de Relatório de Avaliação das Investigações Geotécnicas

Comlurb (2002)

60

FIGURA 5.16.: Modelo de camadas para a estação 03 com a descrição litológica obtida do

perfil geomecânico 14

Análise do Parâmetro de Sensibilidade Ajuste do Desvio-Padrão = .875 RESISTIVIDADE (ohm.m) PROFUNDIDADE (m) .23 7.68 1.86 19.78 12.41 70.00

61

FIGURA 5.17: Modelo de camadas para a estação 04 com a descrição litológica obtida do


Análise do Parâmetro de Sensibilidade Ajuste do Desvio-Padrão = .334 RESISTIVIDADE (ohm.m) PROFUNDIDADE (m) 1.11 4.16 1.96 12.82 .62 41.26 96.73

62



Análise do Parâmetro de Sensibilidade : Ajuste do Desvio-Padrão = .277 RESISTIVIDADE (ohm.m) PROFUNDIDADE (m) .51 3.86 1.23 12.94 .79 41.97 14.11

63



Análise do Parâmetro de Sensibilidade Ajuste do Desvio-Padrão = .225 RESISTIVIDADE (ohm.m) PROFUNDIDADE (m) .61 4.72 1.71 11.27 .80 47.32 119.45

64

FIGURA 5.20: Modelo de camadas para a estação 25 com a descrição litológica obtida do perfil

geomecânico 09

Análise de Parâmetro de Sensibilidade : Ajuste do desvio-Padrão= .642 RESISTIVIDADE (ohm.m) PROFUNDIDADE (m) 6.80 6.71 2.86 10.66 .63 43.67 8.88 158.82 4.03

65



Análise de Parâmetro de Sensibilidade : Ajuste do desvio-Padrão = .544 RESISTIVIDADE (ohm.m) PROFUNDIDADE (m) 3.94 4.94 1.74 17.00 .61 47.87 19.44 142.03 5.93

66



Análise de parâmetro de sensibilidade Ajuste do desvio-padrão = .641 RESISTIVIDADE (ohm.m) PROFUNDIDADE (m) 6.94 4.89 1.90 11.48 .71 43.48 9.28 167.94 5.28

67



Análise de parâmetro de sensibilidade Ajuste do Desvio-Padrão = .328 RESISTIVIDADE (ohm.m) PROFUNDIDADE (m) 6.57 6.47 2.31 13.47 .64 41.57 13.00 361.84 4.34

68

O nível freático conhecido para o aterro é de aproximadamente 1 m. Esta profundidade não é

determinada pelas sondagens TEM, cujas informações começam a ter valor a partir de 5 m.

Associamos à pluma de contaminação a zona de baixíssima resistividade observada entre as

profundidades de 10m e 30 m (Figura 5.1). Devido a baixa permeabilidade da argila

(< 0.001 m /dia) (Fonte: www.igw.pt), esta atua como um selante, tornando-se impermeável. Isto

de certa forma explica o motivo pelo qual a maior concentração de chorume verificada ocorreu

entre 15m e 30m de profundidade.

Os baixíssimos valores de resistividade observados no aterro, comparado a outros aterros no país

e no mundo, (Tabela 3.1; Ellis, 1998) associados com as características físico-químicas (cloretos,

sulfatos, alcalinidade) também distintas do aterro de Gramacho, nos levam a concordar com

Barbosa (1994), que sugere as altas concentrações são indícios de contaminação com água do

mar. O fato de não se observar valores muito baixos de resistividade próximo à superfície

indicam que a contaminação por água do mar possivelmente fica bloqueada pela presença da

intercalação lixo-argila.

A excelente correlação entre as sondagens geotécnicas e TEM evidenciam que o método TEM

foi bastante eficaz, mapeando as três camadas superiores. Os resultados evidenciam que a

direção do fluxo de água subterrânea é observada na direção SE. A Figura 2.3 auxilia a

corroborar isto através de uma imagem de satélite da área. Nela se observa fraturas preferenciais

de direção SE ocorrendo ao longo do aterro.

As rupturas já ocorridas durante a operação do aterro podem criar caminhos de percolação e

difusão do estrato de chorume (Barbosa, 1994), com risco de contaminação da baía pelo lixo.

Isto é um dos motivos pelo qual o aterro vai encerrar suas atividades no ano que vem.

69

5.3. COMPOSIÇÃO QUÍMICA E CONDUTIVIDADE ELÉTRICA DO

CHORUME

O chorume do aterro metropolitano de Gramacho apresenta pH alto e valores de DQO e DBO

baixos, característicos de chorume velho (Barbosa, 1994). As concentrações elevadas de

alcalinidade, cloretos e sulfatos são indícios de contaminação com a água do mar, que pode

ocorrer superficialmente pelo contato com a água da baía, ou pela a infiltração nas laterais do

aterro durante as oscilações da maré e nas enchentes de verão (Barbosa, 1994). Muito embora as

marés atuantes na baía de Guanabara sejam de pequena amplitude (Amador, 1997), são capazes

de influenciar o comportamento superficial do aterro nas proximidades com a baía. Da mesma

forma, os baixos valores observados para a resistividade elétrica na área do aterro obtidas neste

estudo (resistividades < 1ohm.m) fortalecem esta hipótese.

Se compararmos com valores de resistividade segundo Ellis (1998) reforça este argumento,

onde se verificou que para um aterro desativado em Ribeirão Preto, o valor é aproximadamente 7

ohm.m, para um aterro em atividade na mesma cidade, o valor da resistividade associada ao

chorume e resíduos varia entre 5 e 16 ohm.m. O aterro em Poços de Caldas possui resistividade

associada ao chorume e resíduos entre 5.6 e 16 ohm.m e para o aterro de Bandeirantes em São

Paulo a resistividade varia entre 1.5 e 2.1 ohm.m. Este aterro apresenta uma litologia composta

por filitos, mica-xistos e solos argilo-siltosos e siltosos.

Conforme pode ser verificado nas Tabelas 3.1 e 5.1, o chorume do aterro de Gramacho apresenta

valor anormalmente baixo de DBO, além de concentrações muito baixas de Fe, Mn, Zn, Cu e

Cd. As concentrações baixas tanto podem ser conseqüência do efeito das condições ambientais

do aterro de Gramacho no processo de decomposição do lixo depositado (com pH e alcalinidade

altos), assim como decorrentes também da diluição do chorume pela água do mar.

(Barbosa, 1994).

70

PARÂMETROS P1 P2 P3

Alcalinidade de Carbonato, mg CaCO3 / L 0 433 -

Alcalinidade de Bicarbonato, mg CaCO3 / L 6183 7055 -

Amônia, mg NH3 / L 1213 1524 1167

Cálcio, mg Ca / L 417 - 602

Cloreto, mg Cl / L 4298 4059 4250

Condutividade (µS / cm) 17460 17880 14880

Detergentes, mg / L 1.7 - -

DBO , mg O2/ L 271 871 235

DQO , mg O2 / L 4133 4844 2240

pH 8.5 - 12.3

TABELA 5.1. - Parâmetros Usados na Análise Físico-Química do Chorume de Gramacho.

Fonte: Dados da Comlurb (2002)

P1 – Chorume Bruto; P2 – Chorume Homogeneizado; P3 – Chorume no Efluente Primário

71

CONCLUSÕES

O Aterro de Gramacho, no município de Duque de Caxias – RJ, está situado sobre uma área de

mangue desenvolvido sobre sedimentos finos flúvio-marinhos recentes, depositados no estuário

do rio Iguaçu, às margens da Baía de Guanabara. Estes sedimentos encontram-se sobrepostos a

uma seqüência de sedimentos arenosos.

Foram realizadas 60 sondagens TEM empregando arranjo com loop de 50 m. Dos resultados 1D

empregando Occam e modelo de camadas “ridge regression, podemos destacar:

• Os valores observados para a resistividade elétrica na área do aterro são

extremamente baixos (valores da ordem de 0.5 ohm.m – 1 ohm.m) e sem similares em

outros aterros no país e no mundo. Conforme discutido no capítulo 5, existe

possibilidade de contaminação por água salina, confirmada por uma alta concentração

de cloretos e sulfatos (Tabela 3.1);

• Foi obtida uma excelente correlação entre os resultados TEM e as sondagens

geotécnicas, mostrando a existência de 3 camadas superiores, associadas com aterro e

lixo, argila mole e areia argilosa (Figuras 5.16- 5.23);

• Zonas de fissuras verificadas na porção sudeste da área do aterro auxiliam a

penetração do chorume em sub-superfície, fazendo com que ele se concentre na

camada de areia argilosa. A camada superior a esta é composta de “argila mole”

(Antunes, 1978), que devido a sua baixa permeabilidade funciona como um selante,

conforme discutido na seção 5.2.

• A simulação tridimensional da sub-superfície na área do aterro, destacando-se como

principal resultado a extensão da pluma de contaminação. Nos pontos de controle onde

foram efetuadas as sondagens geotécnicas, observa-se que a pluma está associada com

a areia argilosa, em profundidades entre 10m e 30m;

72

Outros estudos poderiam ser realizados na área do aterro, pois o tema é bastante abrangente e

importante do ponto de vista ambiental. Por exemplo, poderia se considerar uma associação com

a hidrogeologia a fim de se entender melhor sobre o fluxo hídrico existente, assim como uma

caracterização hidrogeoquímica da área e de seu entorno.

Outro ponto importante diz respeito ao monitoramento da dispersão hidrodinâmica da pluma de

contaminação, conforme tratado na seção 3.1. Esta dispersão deve sofrer efeitos sazonais em

decorrência das variações do índice pluviométrico. Ainda, a utilização de outros métodos

geofísicos seria importante para corroborar os resultados encontrados pelo método

eletromagnético transiente (TEM).

73

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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APÊNDICE A

INVERSÕES 1-D

USANDO TRANSFORMAÇÃO BOSTICK E

INVERSÃO OCCAM

80

ESTAÇÃO 02 ESTAÇÃO 03


81



82



83



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95

APÊNDICE B

O LIXO NO MUNDO E NO BRASIL

96

LIXO NO BRASIL E NO MUNDO

Estima-se que a população mundial, hoje de mais de 6 bilhões de habitantes, esteja gerando 30

milhões de toneladas por ano (IPT, 2000). Do lixo coletado na América latina e Caribe, 35% são

depositados em lixões, 35% em aterros de baixa qualidade e 30% em aterros sanitários. O

crescimento da população mundial vem acompanhado de uma crescente urbanização. Atualmente,

quase 50% desta população vive em cidades, contra 33% em 1960 e estimativa de 60% para 2030.

Outro fator marcante é o aumento do número megacidades com mais de 10 milhões de habitantes.

(IPT, 2000).

O Brasil chega ao início do século XXI com população estimada de 170 milhões de habitantes e

taxa de crescimento demográfico em torno de 1,4% ao ano. (IPT, 2000). Desde a década de 1950, a

população vem se concentrando nas áreas urbanas, devido aos mais variados fatores, tais como

migração interna, mecanização da agricultura, processo de industrialização, busca de melhores

oportunidades de empregos, entre outros.

O acelerado processo de urbanização aliado ao consumo crescente de produtos menos duráveis,

e/ou descartáveis, provocou sensível aumento do volume e diversificação do lixo gerado e sua

concentração espacial.

As grandes cidades no Brasil compõem atualmente 17 Regiões Metropolitanas, e apresentam

problemas semelhantes que desconhecemos limites municipais, tais como: escassez ou inexistência

de áreas para a disposição final do lixo, conflitos de usos do solo, com a população estabelecida no

entorno das instalações de tratamento, aterros e lixões, exportação de lixo a municípios vizinhos,

gerando resistências e finalmente lixões e aterros operando de forma inadequada poluindo, recursos

hídricos.

A produção de lixo nas cidades brasileiras é um fenômeno inevitável que ocorre diariamente em

quantidades e composições que variam com seu nível de desenvolvimento econômico, com sua

população e seus diferentes estratos sociais.

Denomina-se lixo os restos das atividades humanas, considerados pelos geradores como inúteis, ou

descartáveis. Normalmente, apresenta-se sob o estado sólido, semi-sólido, ou semi-líquido.

(ABNT, 1987a).

97

DISPOSIÇÃO FINAL DO LIXO

LIXÃO

É uma forma inadequada de disposição final de resíduos sólidos municipais, que se caracteriza pela

simples descarga sobre o solo, sem medidas de proteção ao meio ambiente ou à saúde pública.

Os resíduos assim lançados acarretam problemas à saúde pública, como proliferação de vetores de

doenças através de moscas, ratos, baratas, geração de maus odores e principalmente a poluição do

solo e das águas subterrânea e superficial, pela a infiltração do chorume (líquido de cor preta, de

mau odor, com elevado potencial poluidor, produzido pela decomposição de matéria orgânica

contida no lixo. (IPT, 2000).

ATERRO CONTROLADO

Trata-se de uma técnica de disposição de resíduos sólidos municipais no solo, sem causar danos à

saúde pública e à sua segurança, minimizando os impactos ambientais. Esse método utiliza alguns

princípios de engenharia para confinar os resíduos sólidos, cobrindo-os com uma camada de

material inerte na conclusão de cada trabalho.

Esta forma de disposição produz poluição, no entanto é localizada, pois similarmente ao aterro

sanitário, a área de disposição é minimizada. Geralmente não dispõe de impermeabilização de base,

nem de sistemas de tratamento de percolado, comprometendo a qualidade das águas subterrâneas.

ATERRO SANITÁRIO

No mundo inteiro, com poucas exceções, os aterros sanitários representam a principal destinação

final dos resíduos sólidos, apesar do esforço que se tem em reduzir, reutilizar e reciclar. No Brasil,

já existe um número significativo de aterros sanitários, principalmente nas regiões Sudeste e Sul. A

grande dificuldade reside no custo de operação do aterro sanitário, que pressupõe tratamento

adequado de líquidos e gases efluentes.

Aterro sanitário é um processo utilizado para a disposição de resíduos sólidos no lixo,

particularmente lixo domiciliar que, fundamentado em critérios de engenharia e normas

operacionais específicas, permite um confinamento seguro em termos de controle de poluição

ambiental e proteção à saúde pública.

98

É uma forma de disposição final de resíduos sólidos urbanos no solo, mediante confinamento em

camadas cobertas com material inerte, geralmente solo, segundo normas operacionais específicas, a

fim de evitar danos à saúde pública, e à segurança, minimizando os impactos ambientais.

POTENCIAL DE CONTAMINAÇÃO

O resíduo urbano é muito rico em matéria orgânica, que em contato com o ar, começa a sofrer o

processo de oxidação, iniciando a degradação progressiva do material. Esse processo é agilizado

pela presença de bactérias aeróbicas que ajudam na deterioração do material.

A decomposição dos resíduos resulta na produção de gases como metano (CH4), nitrogênio (N2) e

dióxido de carbono, juntamente com o resíduo mineralizado, além de percolado que em regiões

com alto índice pluviométrico, tem sua quantidade muito aumentada pela infiltração da chuva.

O líquido produzido pela decomposição de substâncias contidas nos resíduos sólidos, que tem

como características a cor escura, o mau cheiro e a elevada DBO (demanda bioquímica de

oxigênio); constituindo-se numa mistura de substâncias inorgânicas, compostos em solução e em

estado coloidal e diversas espécies de microorganismos. A DBO é o padrão para avaliar o grau de

poluição de líquidos com matéria orgânica. (Guimarães, 2000).

RISCO DE CONTAMINAÇÃO DOS LENÇÓIS FREÁTICOS

As ações humanas sempre põem em risco a qualidade das águas subterrâneas. A detecção do

processo contaminante das águas subterrâneas, apesar desses aqüíferos serem vulneráveis à

poluição, em geral não é imediata, acarretando muitas vezes situações irrecuperáveis dessas águas.

Quando há excesso de poluentes ou de infiltração, os poluentes podem atingir rapidamente o

aqüífero; entretanto as propriedades naturais do solo, através dos processos de degradação,

oxidação e adsorção que são realizados nas camadas do solo e da zona vadosa atuam como filtro na

depuração dos percolados.

O poluente mais comum na água subterrânea é o contaminante dissolvido na água que se desloca à

medida que ela se move. Os solutos se precipitam de acordo com o pH. Se o pH da água

subterrânea for baixo, facilita a precipitação de bases, se for alto, a precipitação de ácidos.

99

Devido a água subterrânea apresentar um fluxo laminar impedindo que haja uma mistura

longitudinal e lateral, à água poluída infiltrada no solo passa a mover-se segundo uma corrente bem

definida, chamada de pluma de contaminação. O movimento da pluma poluente influencia também

na sua forma. Se existe uma fonte continuada de poluição num sistema de fluxo regional, a pluma

assume o formato aproximado de um charuto. Se for, no entanto, uma fonte intermitente, a forma

torna-se segmentada. Neste caso torna-se mais difícil detectar a extensão da poluição. (Guimarães,

2000).

A migração dos poluentes é governada pela advecção e dispersão que dão a razão do movimento e

diluição do contaminante ou soluto. A pluma de contaminação sofre uma atenuação com o tempo e

a distância pelos processos de absorção, trocas iônicas, dispersão e decaimento. Como em geral as

águas sub-superficiais apresentam reduzidas velocidades de deslocamento, em alguns casos os

efeitos poluidores das substâncias carreadas somente serão percebidos anos ou décadas após o

início do processo de poluição.

Com o passar dos anos, se a destinação do resíduo estiver sendo realizada em locais situados sobre

materiais permeáveis, como, por exemplo, areias, ou rochas fissuradas, a migração do chorume

pode produzir contaminação das águas subterrâneas ao longo de áreas muito maiores do que a

ocupada pelos resíduos.

A importância da preservação das águas subterrâneas da contaminação, decorre do fato de que a

recuperação desses aqüíferos é praticamente impossível, devido ao seu pequeno poder de

depuração e ao seu custo altíssimo da regeneração dessas águas. (Guimarães, 2000).

100

APÊNDICE C

DEFINIÇÃO, FORMAÇÃO DO CHORUME E HISTÓRICO DO

ATERRO SANITÁRIO DE GRAMACHO

101

DEFINIÇÃO

Trata-se do líquido oriundo da própria decomposição do lixo, sendo também denominado sumeiro,

sendo proveniente de três fontes principais:

a. umidade natural do lixo que se agrava sensivelmente nos períodos prolongados de chuva;

b. água de constituição de vários materiais liberados durante a decomposição;

c. líquido proveniente da solubilização da matéria orgânica pela população microbiana naturalmente

presente na massa do lixo.

O chorume é um líquido proveniente da massa de lixo e se constitui numa mistura de substâncias

orgânicas e inorgânicas, compostos em solução e em estado coloidal e diversas espécies de

microorganismos (Cammarota, 1994).

São diversos os fatores que afetam a decomposição do chorume, bem como a sua geração e

migração, dentre os quais destacam-se: composição dos resíduos sólidos, operação do aterro, clima,

condições hidrogeológicas do local, condições do aterro, tais como atividades biológica e química,

umidade, temperatura, pH e idade do aterro. Devido à sua composição, o chorume se constitui numa

fonte de poluição ambiental.

De forma geral o chorume é formado pela solubilização de componentes do lixo na água,

principalmente da chuva, entrando em contato com as camadas de lixo que são intercaladas com

aterros periódicos. Esta água fica em contato com o lixo durante certo período e por ação natural da

gravidade essa infiltração irá parar normalmente em uma camada impermeável do solo, como

rochas, ou mesmo superfícies previamente preparadas para receber o lixo, onde irá acumular e

logicamente escoar.

Para se conhecer o chorume, deve-se inicialmente entender a cerca dos fatores responsáveis para a

sua formação e composição. Um dos principais fatores é o teor de umidade, que expressa a

quantidade de água contida na massa de resíduo. Esta água tenderá a solubilizar substâncias

presentes nos resíduos sólidos, principalmente aqueles de composição orgânica, originando uma

mistura complexa com composição química variável.

Esta variabilidade pode ser tanto qualitativa, como quantitativa. As características são variáveis ao

longo do tempo. Todo este processo ocorre principalmente em função da decomposição biológica do

lixo provocada por microorganismos.

Durante a vida ativa de um aterro sanitário, a geração do chorume é influenciada por uma série de

fatores, dos quais pode-se ressaltar três grupos.

102

1. Fatores climatológicos e correlatos

Regime de chuvas e precipitação pluviométrica anual; escoamento superficial; infiltração;

evapotranspiração e temperatura

2. Fatores relativos ao resíduo sólido

Composição; densidade;teor de umidade inicial

3. Fatores relativos ao tipo de disposição

Características de permeabilidade do aterro; idade do aterro;profundidade do aterro

A disposição final do lixo quando se dá em um aterro sanitário, o lixo é confinado em células, onde

se busca minimizar o contato com fontes externas de água. A produção de chorume, no entanto, é

inevitável, já que não é possível um controle total sobre todas as fontes de umidade que interagem

com o resíduo sólido. Estas fontes podem ser a própria umidade inicial do lixo, a água gerada no

processo de decomposição biológica, a água da chuva que percola pela camada de cobertura.

Pode-se dizer que a célula de um aterro funciona como um reservatório de líquido, que enquanto

estiver capacidade de reter umidade, não liberará o líquido para as camadas inferiores. Pouco

chorume escoa da massa de resíduo confinada na célula do aterro até que se atinja a capacidade de

campo, que é o limite superior de água que uma camada de lixo pode reter.

A decomposição biológica do lixo, por sua vez, governará a produção de gás e a composição de

chorume, que dependerão fundamentalmente, da fase em que o processo de decomposição se

encontra.

Os produtos da decomposição do lixo variam de um aterro para outro, no entanto, a seqüência de

degradação é essencialmente a mesma, caracterizando-se por uma fase aeróbica inicial bastante

rápida e várias fases anaeróbicas subseqüentes. Embora a degradação envolva processos físicos,

químicos e biológicos de decomposição, a ação das bactérias e microorganismos em geral é

dominante e governa a geração de gás e chorume pelo aterro sanitário, assim como a sua

composição química.

Christensen e Kjeldsen (1989) descrevem a seqüência de degradação resumida e seu efeito na

composição química do gás e de chorume.

103

FASE I – AERÓBICA

Fase de curta duração, que ocorre imediatamente após a disposição dos resíduos no aterro, em que a

matéria orgânica facilmente degradável é decomposta de forma aeróbica, produzindo CO2, calor. O

chorume apresenta tipicamente elevadas concentrações de cloretos e sulfatos.

FASE II – ANAERÓBICA NÃO- METANOGÊNICA

O oxigênio se exaure, tornando a fase anaeróbica dominante. Verifica-se aqui chorume com pH

ácido, contendo grande quantidade de matéria orgânica parcialmente degradada e possivelmente

altas concentrações de ácidos orgânicos. A DQO (Demanda Química de Oxigênio) aumenta, assim

como a condutividade elétrica.

FASE III – ANAERÓBICA METANOGÊNICA INSTÁVEL

Diminui a concentração de ácidos orgânicos no chorume, causando o aumento do pH e da

alcalinidade, com conseqüente diminuição da solubilidade do cálcio, ferro, metais pesados.

Concentração de sulfatos continua a diminuir. Nota-se também uma redução da condutividade

elétrica e da DQO.

FASE IV – ANAERÓBICA METANOGÊNICA ESTÁVEL

Caracterizada por uma alta taxa de metano, cujo percentual varia entre 50% e 70%.

FASE V – METANOGÊNICA EM DECLÍNIO

Durantes essas fases, a suscetibilidade ao carreamento ou arraste de substâncias químicas pelo

líquido que escoa se modifica drasticamente. A este processo dá-se o nome de lixiviação. Através

deste processo, os compostos arrastados do interior da massa de resíduo dão origem a chorume com

composição diversa. As reações biológicas que ocorrem no interior da massa de lixo em

decomposição modificam as substâncias, tornando-as suscetíveis, ou não ao arraste pelo líquido que

percola pelo resíduo.

Em um mesmo aterro sanitário, a composição química do chorume varia ainda com o volume de

água infiltrada e com todos os fatores que influenciam a taxa de decomposição do lixo, entre os

quais estão a temperatura, o teor de umidade do solo, e o recobrimento do solo. A elevação da

temperatura pode ocasionar, também a formação de sais contendo metais, pois muitos íons são

solúveis em água em temperaturas elevadas.

Um elevado teor de umidade na camada de lixo é um fator favorável à produção de metano, por

reduzir a presença de O2, aumentar a homogeneização e disponibilidade de nutrientes para a ação

104

microbial, e estimular diretamente o crescimento das bactérias metanogênicas. A composição

química da água percolante também é importante, pois alguns elementos são inibidores do

crescimento bacteriológico quando presentes em concentração elevada, como sulfatos, CO2, e

metais pesados.

O recobrimento com o solo facilita o escoamento superficial, reduzindo a infiltração. A ausência de

recobrimento favorece taxas altas de decomposição do lixo, produzindo chorume com picos mais

baixos de BQO e condutividade elétrica. O recobrimento gera a produção de chorume com maior

concentração de pico de DQO.

DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXIGÊNIO - DBO

É definida como a quantidade de oxigênio dissolvido na água necessária para a oxidação bioquímica

das substâncias orgânicas presentes na água durante um certo período de tempo.

A DBO é o parâmetro fundamental para o controle da poluição das águas por matéria orgânica. Nas

águas naturais a DBO representa a demanda potencial de oxigênio dissolvido que poderá ocorrer

devido à estabilização dos compostos orgânicos biodegradáveis, o que poderá trazer os níveis de

oxigênio nas águas abaixo dos exigidos pelos peixes, levando-os à morte.

É, portanto, importante padrão de classificação das águas naturais. Nas classes que correspondem às

águas menos poluídas, exigem-se baixos valores máximos de DBO e elevados limites mínimos de

oxigênio dissolvido. Além disso, a DBO constitui-se em importante parâmetro na composição dos

índices de qualidade das águas.

No campo do tratamento de esgotos, a DBO é um parâmetro importante no controle da eficiência

das estações, tanto de tratamentos biológicos aeróbios e anaeróbios, bem como físico-químicos

(embora de fato ocorra demanda de oxigênio apenas nos processos aeróbios, a demanda “potencial”

pode ser medida à entrada e à saída de qualquer tipo de tratamento).

RELAÇÕES ENTRE DQO E DBO

Não é possível estabelecer relações fixas entre as medidas de DBO e DQO, até que uma

determinada amostra seja caracterizada por ambos os parâmetros. Se a amostra é constituída de

compostos que são oxidados por ambos processos (DBO e DQO) a DQO pode substituir a DBO ou

a DQO pode ser usada como indicação da diluição necessária para análise da DBO. Se a amostra é

caracterizada pela predominância de material oxidável quimicamente, porém não bioquimicamente a

DQO será maior que a DBO.

105

Por outro lado, despejos de destilarias e refinarias têm alta DBO e baixa DQO. A DBO e a DQO

medem a oxidação da matéria orgânica sob condições diferentes, fornecendo, freqüentemente

resultados finais distintos. Os resultados da DBO indicam o consumo de oxigênio por meio de

organismos. As interferências são numerosas, a oxidação é incompleta, mas se a matéria orgânica é

oxidável num curso de água ou numa estação de tratamento, também pode ser sob condições da

DBO (em laboratório).

TRATAMENTO DO CHORUME

O chorume originado em aterros sanitários contém altas concentrações de substâncias orgânicas e

inorgânicas e possui um grande potencial de poluição de águas subterrâneas e superficiais, razão

pela qual deve ser corretamente submetido a tratamento antes de ser lançado em corpos d`água,

infiltrando no solo, ou, eventualmente para as redes coletoras de esgoto.

A estação de tratamento recebe todo o chorume produzido no Aterro Metropolitano de Gramacho. O

sistema de tratamento selecionado é composto por uma etapa primária, por processo eletrolítico,

uma etapa secundária, por via biológica, utilizando o processo dos lodos ativados em sua variante

aeração prolongada, seguida de tratamento terciário através de filtração em membrana na faixa de

nanofiltração.

As etapas do tratamento preliminar podem ser divididas em gradeamento manual, lagoa de

equalização, peneira mecânica e tanque de homogeneização. As etapas do tratamento primário são

divididas na calha eletrolítica e decantação primária.

As etapas do tratamento secundário consistem no tanque de aeração, decantação secundária, retorno

de lodo secundário. As etapas do tratamento terciário são compostas pela lagoa de polimento,

filtração rápida e nanofiltração.

O tratamento do lodo se dá nos leitos de secagem. Quando os resíduos sólidos são dispostos nos

aterros sanitários, os seus componentes biodegradáveis começam a sofrer as ações de decomposição

das bactérias aeróbias e anaeróbias. Inicialmente, processa-se a decomposição através das bactérias

aeróbias que utilizam o oxigênio contido no ar existente no interior do aterro. Posteriormente,

quando todo esse oxigênio é consumido, processa-se a decomposição anaeróbia.

A fonte de suprimento de bactérias é o próprio solo utilizado nas coberturas que são colocadas nas

camadas assentadas e na cobertura final. Como decorrência destes tipos de decomposição, dá-se a

produção de amônia, gás carbônico, hidrogênio, gás sulfídrico, metano e nitrogênio.

106

É possível que se torne viável, sob o ponto de vista econômico, o aproveitamento destes gases,

porém, antes que esta decisão seja tomada, devem ser consideradas as características estruturais e de

sedimentação do aterro. Sob condições favoráveis, os gases gerados de um aterro podem ser

descarregados na atmosfera, ou coletados para a produção de energia.

Na maioria dos casos, 90% do volume de gás produzido na decomposição são constituídos de

metano e dióxido de carbono. Quando o metano está presente no ar em concentrações 5 e 15% ele se

torna explosivo em locais confinados. A COMLURB, a fim de solucionar esta questão oriunda das

explosões com o metano estuda um projeto para coletar o biogás e conduzi-lo por uma rede até a

central de gás provida de sopradores e queimadores. (Dados da COMLURB).

HISTÓRICO DO ATERRO SANITÁRIO DE GRAMACHO

O Aterro Metropolitano está situado em Jardim Gramacho, no município de Duque de Caxias,

estado do Rio de Janeiro. Sua localização buscou atender aos principais centros urbanos. Possui uma

área de cerca de 1.300.000 m2, tendo sido implantado em novembro de 1976, com o objetivo de

receber os resíduos domiciliares dos municípios do Rio de Janeiro, Duque de Caxias, Niterói, São

Gonçalo, São João do Meriti e Nilópolis.

Por ser a única instituição tecnicamente capacitada para operar uma instalação deste porte, um

Convênio estabeleceu que a COMLURB deveria assumir a responsabilidade da operação do aterro

de Gramacho, prevendo-se o pagamento a COMLURB, pelos municípios conveniados, de um valor

por tonelada vazada no aterro, de modo a garantir os recursos para operar o aterro de forma sanitária

e ambientalmente adequada.

Em 1995, a COMLURB decidiu assumir a responsabilidade de recuperar a área degradada pela

disposição incontrolada de resíduos, inclusive industriais, e garantir a sua operação regular em

conformidade com as normas técnicas e a legislação existente, decisão esta que exigiu a preparação,

pela COMLURB, de um edital de concorrência pública para contratação de uma empresa privada

para execução dos serviços necessários. (Dados da COMLURB).

Em janeiro de 1996, iniciaram-se os trabalhos no aterro, recuperando-o ambientalmente ao mesmo

tempo em prosseguia sua operação regular, atualmente a empresa responsável é a SA Paulista.

(Dados da COMLURB).

No contrato foram previstos investimentos para o trabalho de recuperação, que incluíram: a

cobertura de todo o lixo, abertura de estradas periféricas e internas para acesso á frente de trabalho,

107

uma barreira de isolamento ao redor do aterro feito de argila orgânica, e a recuperação do

manguezal.

Além disso, é obrigação da empresa criar alternativas de trabalho para os catadores; o que já foi

parcialmente realizado, com a criação da Cooperativa dos Catadores do Gramacho, que reúne cerca

de 250 cooperados nas duas usinas de reciclagem. Construção de novas instalações para escritórios

administrativos e oficinas, construção de um Centro de Educação Ambiental, construção de uma

Central de Triagem para absorção dos catadores, com capacidade de 40 t/hora, construção de

barreira de contenção de chorume ao longo de toda a periferia do aterro, de modo a evitar o

escoamento deste líquido para a baía de Guanabara, construção de uma Estação de Tratamento de

chorume, conformação dos taludes e cobertura de todo o lixo, evitando-se focos de fogo e presença

de aves, instalação de poços de captação de biogás, da rede de captação e do sistema de sucção e

queima, através de queimadores. (Dados da COMLURB).

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APÊNDICE D

LATITUDE, LONGITUDE E ALTITUDE DAS ESTAÇÕES GEOFÍSICAS

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ESTAÇÃO LATITUDE LONGITUDE ALTITUDE (M) GR2 7483136.60 679452.36 7.4647 GR3 7484907.73 679400.10 7.9592 GR4 7483005.76 679293.14 8.3532 GR5 7482962.32 679212.02 8.5090 GR6 7482952.72 679110.97 6.0656 GR7 7482913.24 679006.02 2.5906 GR8 7482899.97 678928.34 15.9912 GR9 7482756.97 678814.69 6.8638 GR10 7482838.69 679218.38 8.6887 GR11 7482869.51 678730.44 10.3370 GR12 7482876.86 678640.21 8.7475 GR13 7482892.58 678548.43 8.5742 GR14 7482885.00 678474.57 6.1148 GR15 7482898.01 678421.26 7.7172 GR16 7482894.30 678316.06 6.2229 GR17 7482889.11 678238.77 8.2126 GR18 7482795.03 678205.64 8.2806 GR19 7482902.40 678173.80 9.5040 GR20 7482977.83 678128.92 5.8963 GR21 7483052.64 678094.36 5.1652 GR22 7483125.02 678095.20 5.9862 GR23 7483257.74 679308.59 19.0856 GR24 7483293.00 679226.80 20.2438 GR25 7483243.46 679149.50 19.3402 GR26 7483202.07 679045.16 19.7748 GR27 7483150.71 678939.17 20.7344 GR28 7483191.40 678856.64 26.3141 GR29 7483242.20 678662.56 31.8252 GR30 7483225.25 678454.28 31.9356 GR31 7483241.34 678526.82 33.3130 GR32 7483181.16 678591.85 32.9550 GR33 7483365.08 679253.12 20.3801 GR34 7483463.26 678528.01 31.4087 GR35 7483459.33 678632.22 31.6174 GR36 7483449.46 678726.42 31.9421 GR37 7483528.83 678393.05 26.3294 GR38 7483618.45 678430.00 24.1041 GR39 7483539.19 678425.87 26.7359 GR40 7483627.06 678533.72 23.9439 GR41 7483535.73 678605.37 27.2075 GR42 7483603.06 678681.32 24.5560 GR43 7483542.57 678714.55 26.6008 GR44 7483636.17 678089.59 6.9906 GR45 7483741.07 678193.59 6.9393 GR46 7483775.01 678266.75 6.8260 GR47 7483803.75 678358.10 6.3755 GR48 7483820.74 678424.77 6.5749 GR49 7483842.80 678556.37 6.844 GR50 7483833.63 678649.02 7.0828 GR51 7483765.00 678789.50 6.5510 GR52 7483778.51 678845.73 5.8142 GR53 7483741.32 678948.05 5.2686 GR54 7483685.62 679072.88 5.2366 GR55 7483665.12 678944.77 10.0847 GR56 7483618.20 679039.50 10.7999 GR57 7483563.97 679142.48 10.9646 GR58 7483497.59 679233.62 12.1294 GR59 7483476.66 679004.77 25.3532 GR60 7483439.59 679091.59 25.6273 GR61 7483511.98 678896.60 25.7128

Tabela D.1: Tabela contendo a latitude, longitude e a altitude das estações TEM no aterro.

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Ministério da Ciência e Tecnologia Observatório Nacional ... · Aos técnicos Carlos Germano,...

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