Investigação e Monitoramento
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Investigação e monitoramento ambiental Geotecnia Ambiental Objetivo Verificar a existência de contaminação Determinar o grau de contaminação Distribuição de contaminantes no subsolo Determinar as propriedades mecânicas e hidráulicas dos materiais envolvidos Avaliar o desempenho Ensaios geotécnicos Sondagens de simples reconhecimento – SPT Ensaios de penetração do cone Ensaios de palheta Ensaio pressiométrico Ensaio dilatométrico Parâmetros do solo Instrumentação Geotécnica •Força; •Deslocamento; •Deformação Específica - Tensão; •Pressão Total; •Poro-Pressão; •Nível d’Água. Instrumentação Geotécnica Instrumentação Geotécnica Piezômetros Inclinômetro Extensômetro Perfilômetro Células pressão Strain gages Placa de recalque Instrumentação Geotécnica Instrumentação Geotécnica Instrumentação Geotécnica -Recursos Instrumentação Strain Gages Piezometro Deformação Poro pressão Célula de Pressão Total Inclinometro Deslocamento Horizontal Instrumentação Geotécnica Perfilômetro Deslocamento vertical Recursos Instrumentação Geotécnica Instalação e monitoramento geotécnico Técnicas de Detecção de Contaminantes In Situ Tecnologias geofísicas Tecnologias analíticas Tecnologias geofísicas Métodos Campos de força Propriedades físicas Campos principais de aplicação Gravimétricos Campo gravitacional terrestre Densidade Petróleo Magnéticos Campo magnético terrestre Suscetibilidade magnética Mineração Elétricos Campo elétrico natural ou campo elétrico artificial Condutividade elétrica ou resistividade elétrica Água subterrânea e engenharia civil Sísmicos Campo de vibração elástica Velocidade de propagação de ondas elásticas Petróleo e engenharia civil Métodos Gravimétricos Campo gravitacional terrestre é função de: Latitude Elevação Efeitos das marés Topografia ao redor Distribuição das densidades na crosta Métodos Gravimétricos Irregularidades na distribuição das densidades criam distorções na gravidade; Gravímetro: a aceleração da gravidade é determinada ao medir-se a força necessária para equilibrar uma massa suspensa; Precisão: 1 parte em 1.000.000 da gravidade total da Terra Perfil gravimétrico Métodos Magnéticos Determinação da suscetibilidade magnética dos meios; Suscetibilidade magnética: expressa a facilidade com que os materiais se tornam magnetizados Para estudar as anomalias magnéticas causadas por estruturas pouco profundas, é necessário conhecer e subtrair as variações no campo magnético terrestre. Perfil magnetométrico Métodos Elétricos Grau de resistência à passagem da corrente elétrica: resistividade; Facilidade relativa de um fluxo elétrico atravessar um condutor: condutividade; Correntes circulantes: naturais ou artificiais Contínua, alternada, alta, média e baixa frequência, audível e de rádio. Classificação dos métodos elétricos Modo de aplicação da energia Correntes naturais (CC) Método Correntes artificiais (CC ou CA) Das linhas equipotenciais Do perfil de potencial (QQP) Da resistividade Campo eletromagnético (CA) Galvânico Indutivo Da polarização espontânea Método da Eletroresistividade Corrente elétrica artificial induzida no terreno por dois eletrodos com o objetivo de medir o potencial gerado; As relações entre corrente elétrica, potencial elétrico e disposição geométrica permitem calcular a resistividade aparente. Eletroresistividade (ABGE, 1998) Eletroresistividade Resistividade aparente Composição mineralógica da rocha ou solo Estruturas e heterogeneidade da rocha Porcentagem de água Porcentagem de sais dissolvidos Grau de alteração da rocha Grau de compactação do solo Porosidade e permeabilidade Mapas de resistividade Aplicação da eletroresistividade • posição e geometria do topo rochoso • caracterização de estratos sedimentares • zonas de falhas, contatos litológicos, cavidades, diques • contraste de permeabilidade (potenciais de contaminação) • nível do lençol freático • direção e sentido do fluxo dos fluidos de subsuperfície Métodos sísmicos Propagação de ondas elásticas, geradas artificialmente na superfície, através do meio investigado. Velocidade de propagação varia em função das propriedades elásticas dos solos e rochas; Nas interfaces, mudança de densidade, as ondas sofrem refração ou reflexão; Análise do tempo de percurso das ondas para cálculo das velocidades e profundidades das interfaces. Velocidade de propagação das ondas elásticas Aluvião Arenitos 300 a 700 m/s 2300 a 3500 m/s Granitos 3500 a 4500 m/s Os métodos sísmicos são amplamente empregados na investigação de estruturas subterrâneas (dobras/falhas), nos projetos de barragens, estradas, etc. Sísmica de refração (embasamento cristalino) fonte de energia Raio com refração total geofones Raio refratado meio 1 V1 raio refratado meio 2 V2 Sísmica de reflexão diferentes camadas presentes) fonte de energia geofones Raio refletido meio 1 V1 Refletores sísmicos meio 2 V2 Reflexão Conclusões Utilidade em várias áreas: Projetos urbanos Mineração Transporte Ambiental Engenharia de Petróleo Equipamentos sofisticados, métodos de interpretação complexos Necessidade de correlações com métodos convencionais de investigação de campo Tecnologias Analíticas Análise de vapores de mercúrio; Biossensores; Cromotografia a gás; Detectores fotoionizantes; Detectores térmicos; Espectrometria de massa; Espectrometria de plasma induzida por laser; Espectrometria por infra-vermelho; Imunoensaio; Tecnologias Analíticas Fluorescência induzida por laser; Fluorescência induzida por radiação; Fluorescência por raio X; Indicadores de cor; Sensores de ondas acústicas; Sensores químicos por fibra ótica; Sonda com interface de membrana; Voltímetro anodo. O Uso do Piezocone na Detecção de Contaminantes In Situ Meio para atingir profundidade; Sensores analíticos; Sensores geotécnicos. Execução Classificação de solos Piezocone de resistividade É um piezocone padrão acrescido de um módulo que permite medir continuamente a resistência a um fluxo de corrente elétrica aplicada ao solo. Permite detectar a presença ou estimar a concentração de certas substâncias presentes nas águas subterrâneas. Tecnologias Analíticas Métodos Óticos Região dos Espectros nm Microondas 10.000 Infravermelho 750 Visível 400 Ultravioleta Raios X 10 O Uso do Piezocone na Detecção de Contaminantes In Situ Fabricante Equipamento Técnica de detecção Contaminante Tri-Service SCAPS Fugro Geoprobe Tufts ROST - POL VOC´s VOC´s Metais pesados Metais pesados POL VOC´s POL University LIF MS – asperção líquida MS – dessorção térmica LIBS XRF LIF MIP LIF – EEM Fluorescência Induzida por Laser (LIF) Derivados de petróleo; Informações qualitativas: distribuição e extensão da pluma de contaminantes; VANTAGEM: coleta de dados dinâmica; LIMITAÇÃO: dificuldade na excitação de alguns HC Fluorescência Induzida por Laser (LIF) Tri-Service – SCAPS - LIF Sistema de Conepenetrômetro para Análise e Caracterização Local LIF – Fluorescência Induzida por Laser Fugro – ROST - LIF Ferramenta de Classificação Ótica Rápida LIF – Fluorescência Induzida por Laser Tufts University – LIF-EEM LIF – Fluorescência Induzida por Laser EEM – Matriz de Excitação/Emissão Comparação Técnica LIF (Compostos Orgânicos) Fabricante Comprimento de Onda Excitação / Detecção Detecção Tri-Service SCAPS FIXO (único) 337 / 350-720 nm Positiva / negativa Fugro ROST VARIÁVEL 266-532 / 340-490 nm Qualitativa (estático) Tufts University FIXO (10 opções) 246-416 / 250-1000 nm Qualitativa (estático) EEM Fluorescência por Raio X (XRF) Metais pesados, metais radioativos e elementos tóxicos não metálicos; Informações qualitativas e quantitativas; VANTAGEM: zonas não saturadas e saturadas, alta resolução; DESVANTAGEM: análise estática. Fluorescência por Raio X (XRF) Tri-Service – SCAPS – XRF Sistema de Conepenetrômetro para Análise e Caracterização Local XRF – Fluorescência Induzida por Raio X Espectrometria de Plasma Induzida por Laser (LIBS) Metais Pesados; Informações qualitativas e quantitativas: distribuição e extensão da pluma de contaminantes; VANTAGEM: alta resolução; LIMITAÇÃO: não atua em zona saturada. Espectrometria COMPRIMENTO DE ONDA Espectrômetro: mede a quantidade de energia luminosa absorvida em cada comprimento de onda ESPECTRO GRANDEZA Espectrometria de Plasma Induzida por Laser (LIBS) Fonte de íons: quebra dos átomos. Lente Laser Nd:YAG Aquisição Cabo de fibra ótica Espectrômetro Detector Tri-Service – SCAPS – LIBS Sistema de Conepenetrômetro para Análise e Caracterização Local LIBS – Espectrometria de Plasma Induzida por Laser Comparação Técnica LIBS x XRF (Metais Pesados) Técnica Tri-Service SCAPS-LIBS Tri-Service SCAPS-XRF Detecção Condição de saturação ppb Zona não saturada ppm Zona saturada e não saturada Espectrometria de Massa (MS) Contaminantes orgânicos; VANTAGEM: coleta em zona não saturada; LIMITAÇÃO: contaminação do filtro e linhas de transferência, não permite sensores litológicos. Espectrometria de Massa (MS) Espectrometria de Massa (MS) – fonte de íons Espectrometria de Massa (MS) – fonte de íons Tri-Service – SCAPS – MS aspersão líquida Sistema de Conepenetrômetro para Análise e Caracterização Local MS – Espectrometria de Massa Tri-Service – SCAPS – MS dessorção térmica Sistema de Conepenetrômetro para Análise e Caracterização Local MS – Espectrometria de Massa Sonda com Interface de Membrana (MIP) Hidrocarbonetos voláteis; Membrana semi-permeável; Cromatógrafo a gás, detectores fotoionizantes e detectores íons inflamáveis: quantificação e identificação; VANTAGEM: zonas saturadas e não saturadas; DESVANTAGEM: apenas captação. Geoprobe – MIP MIP – Sonda com Interface de Membrana Aspersão Líquida Dessorção Térmica Características do Sistema de Detecção Consiste de um espectrômetro de massa (ITMS) com quadrupolo magnético. Os VOC são levados diretamente ao ITMS sem antes passar por separação anterior. A identificação do contaminante é feita através da relação carga/massa do íon. Contaminantes Detectáveis BTEX, tetraclorocarbono, TCE, DCE, PCE e outros compostos clorados. Contaminantes orgânicos voláteis em geral. Sistema MIP Um tubo de Teflon leva os contaminantes até o sistema de detecção, que pode ser um cromatógrafo a gás ou um espectrômetro de massa. Espécies cloradas e não cloradas, além de DNAPL e LNAPL.
