V Seminário de Políticas de Gestão da Qualidade do Solo e das Águas SubterrâneasNobre, M.M.M. São Paulo, 19 e 20 de setembro de 2007 Soluções Geotécnicas na Remediação de Solos e Águas Subterrâneas: Estudos de Caso Manoel de Melo Maia Nobre, PhD Instituto de Geociências, IGDEMA/ UFAL, BRASIL 1. INTRODUÇÃO Casos de contaminação por compostos orgânicos e inorgânicos foram e ainda são muito comuns em todo mundo. Avaliações e métodos de remediação adequados para esses casos devem ser fundamentados no conhecimento das propriedades desses compostos bem como nos mecanismos de fluxo e de transporte nas condições hidrogeológicas específicas de cada sítio. Dessa forma, os mecanismos de transporte de massa associados aos possíveis processos reativos e/ou de transferência de fase tais como dissolução, volatilização, adsorção e bio-degradação, devem ser avaliados, considerando-se o balanço hídrico local assim como as heterogeneidades intrínsecas da geologia que definem caminhos preferenciais de fluxo (Nobre e Sykes, 1992 e Nobre et al, 2007). Diversas metodologias de remediação de solo e águas subterrâneas vêm sendo aplicadas em que se incluem a utilização de técnicas geotécnicas para a contenção de plumas dissolvidas. Processos adicionais ao sistema de controle de migração de plumas podem ser usados para redução e/ou remoção efetivas de massa entre os quais se destacam: desalogenação em condições redutoras, uso de surfactantes e/ou solventes, injeção de oxidantes químicos, air/bio-sparging e processos térmicos. Barreiras Reativas Permeáveis (BRPs) e Zonas de Reação (ZR), associadas a paredes diafragmas (ou cut-off walls), têm sido, nos últimos anos, reconhecidas como tecnologias efetivas para o tratamento in-situ de solos e águas subterrâneas contaminadas pos compostos orgânicos e inorgânicos (Gavaskar et al, 1998, Benner et al., 2001). Essas tecnologias são baseadas na premissa de estímulo in-situ de processos físico-químicos e biológicos de controle, transformação e eliminação de contaminantes. Suas implantações são possíveis, em diversos países da Europa e da América do Norte, devido ao estágio avançado de processos de construção também geotécnicos. No Brasil, isto também tem sido verdadeiro. Neste trabalho, são apresentados três casos distintos de remediação no País onde soluções geotécnicas foram adotadas ou ainda serão utilizadas. 2. ESTUDO DE CASO 1: Parede Diafragma Um programa de remediação de águas subterrâneas, implantado logo em seguida a infiltração de 1,2 dicloroetano (EDC), teve como principal objetivo prevenir que o fluxo de massa de organo-clorados pudesse comprometer a qualidade do ecossistema nas zonas de influência da área impactada (Nobre e Nobre, 1997). A alternativa de contenção e remoção da pluma dissolvida de organo-clorados, no aqüífero livre superior da área, consistiu numa solução envolvendo uma barreira física (i.e. parede diafragma plástico) associada à extração e tratamento de águas subterrâneas contaminadas. Grande parte da fase imiscível de organo-clorados (fonte secundária) ficou retida sobre uma camada assim como parâmetros de transporte de massa. Execução da Parede Diafragma A parede diafragma foi executada em painéis alternados para que houvesse tempo da argamassa adquirir suficiente resistência para não desmoronar quando da escavação do painel contíguo. elevadas concentrações naturais de cloretos). com propriedades geomecânicas que atendessem aos requisitos mínimos de segurança para se evitar recalques às estruturas dos tanques de armazenamento de EDC existentes no local. A configuração final da parede diafragma ficou com aproximadamente 170 m de comprimento. De forma geral. à cerca de 11 m de profundidade.5 m de comprimento. através de uma BRP. Esta fonte secundária está sendo eliminada.1 Ensaios de Permeabilidade e Reatividade Em função das características agressivas das águas subterrâneas subjacentes à área de restinga lagunar (i.5 % de bentonita. medições topográficas foram realizadas para verificação de possíveis recalques dos principais tanques de armazenamento da área. Durante toda execução da obra. Sua localização foi resultado de estudos preliminares que incluiram: i) realização de ensaios tipo coluna e de batelada e ii) aplicação de modelos de fluxo e de transporte para determinação de zonas de captura e do tempo de residência através da BRP sob diversos cenários e composições da . na obtenção de um material com a menor condutividade hidraúlica possível e.5% à 36% de cimento e de 5. para um valor fixo de 59% da água. 2004). As composições de todas as amostras de “coulis” utilizadas.0% à 10. A barreira reativa foi executada “penetrante” em uma camada rica em matéria orgânica existente a cerca de 6 metros de profundidade que funciona como barreira química natural à migração descendente (Nobre et al. Mais recentemente. 2. 2. Para cada amostra de ensaio. Os ensaios foram feitos utilizando-se tanto água destilada como água contaminada de poço da área. além de atenderem às recomendações da agência ambiental dos Estados Unidos (USEPA) se encontravam dentro das faixas utilizadas em paredes diafragmas construídas no Brasil. foram escolhidas distintas proporções de cimento. em um aqüífero freático subjacente a uma unidade industrial. bentonita e água. M. evitou-se o seccionamento das lamelas escavadas pelas camadas de solo sob o peso de tanques vizinhos.e.2. São Paulo. 3. 19 e 20 de setembro de 2007 arenosa pouco permeável e rica em matéria orgânica.V Seminário de Políticas de Gestão da Qualidade do Solo e das Águas Subterrâneas Nobre.M. ainda. O trecho da parede de maiores cuidados de execução foi aquele entre os citados tanques que tiveram lamelas de aproximadamente 2. uma expansão da parede foi realizada para aplicação de processos de air/bio-sparging em sua área interna. Portanto. essencialmente. ESTUDO DE CASO 2: Barreira Reativa A definição da composição de uma mistura de areia com carvão ativado foi realizada para controle de uma pluma dissolvida de mercúrio. tornou-se ainda mais relevante a realização de ensaios de permeabilidade e reatividade visando a determinação da composição ótima da argamassa bentonítica (“coulis”) a ser utilizada na construção do diafragma plástico. As percentagens das amostras variaram de 30.. as lamelas só foram executadas após um tempo de cura superior à 7 dias do término das lamelas vizinhas que possuíam cerca de 5 m de comprimento e com interfácies de 25 cm para se evitar caminhos preferenciais de fluxo. cerca de 11 m de profundidade e 60 cm de espessura. Foram realizados vários ensaios em permeâmetros de paredes rígidas para determinação da condutividade hidráulica e reatividade. Essa composição consistiu.M. 5 m. Para a construção dos trechos reativos. como para a solução do 3o tipo de van Genuchten (Nobre et al. 2005. o acompanhamento da execução da BRP foi realizado por meio de ensaios de permeabilidade e de batelada. Os ensaios com a mistura utilizada nas porções reativas definiram parâmetros de fluxo e transporte na mesma ordem de grandeza dos obtidos na fase de projeto. com objetivo de induzir o fluxo em direção à porção reativa da BRP. As atividades abrangeram desde o acompanhamento dos procedimentos de execução e suas corretas dimensões. esse sistema é constituído por uma parede impermeável ao fluxo acoplada a uma trincheira drenante de elevada condutividade hidráulica. O ajuste dessas curvas para obtenção dos parâmetros da equação de transporte foi realizado tanto para a solução do 1o tipo de Ogata-Banks. foi utilizada uma mistura de carvão ativado com areia. Esses procedimentos (QA/QC) tiveram como objetivo assegurar que as especificações do projeto fossem atendidas.M. escoramentos laterais com perfis metálicos verticais em “I” e prancheamento horizontal. evidenciado o sucesso do acompanhamento.V Seminário de Políticas de Gestão da Qualidade do Solo e das Águas Subterrâneas Nobre. com diferentes composições. construído a partir de 3 m de profundidade tendo em vista ser desnecessário sua existência em parte da zona vadosa que no sítio varia sazonalmente. Sedivy. Dessa forma. 2006). bem como de controle de qualidade (Quality Control . Ensaios de coluna foram realizados com várias amostras de solo. materiais reativos etc). para proporcionar os processos de eliminação/transformação (vide Figura 1). um projeto de remediação.QC) depois de construída (ITRC. sendo possível a construção de distintas Curvas Características de Transporte. 2000). e uma porção reativa. em seguida. com 50 cm de espessura. na proporção de 2% de carvão em peso.0 m. M. 2007). é constituído por uma parede confinante. Um sistema alternativo de contenção física e de tratamento in-situ. O monitoramento. denominado trench-and-gate system (Blowes et al. Neste estudo de caso. A BRP foi executada com dois materiais distintos. uma porção confinante com reduzida condutividade hidráulica. O trecho reativo incluiu dois colchões drenantes de brita (diâmetro de 3/8”). Utilizou-se técnicas de escavação e preenchimento a céu aberto com rebaixamento prévio do lençol freático e. A extensão total da BRP ficou com 178m. A execução da BRP contemplou procedimentos para garantir a qualidade (Quality Assurance . Durante a obra. de forma acoplada a uma . ou seja. pós-construção da BRP. Dessa forma. a solução de BRPs nem sempre pode atender premissas de remediação tendo em vista o lento deslocamento das plumas dissolvidas em direção às suas porções reativas. Conceitualmente. face aos seus elevados custos. até a garantia de qualidade dos materiais utilizados bem como suas misturas (coulis. 19 e 20 de setembro de 2007 mesma. 1999). ESTUDO DE CASO 3: Sistema Misto Em condições de solos finos de reduzida permeabilidade . As porções confinantes foram contruídas com o uso de equipamento clam-shell que é adotado para implaatação de uma parede diafragma plástico típica em Geotecnia. com reduzida permeabilidade e comprimento total de 175 m.M. em fase de execução. 20% das lamelas dos trechos confinantes foram reexecutadas. constituída de material mais permeável. sendo 45m de trechos reativos e permeáveis e o restante de trechos confinantes. 4. e a camada reativa da mistura areia + carvão com 1. São Paulo. a barreira penetrou 9 m de profundidade (Figura 2).QA) durante sua implementação. pode ser adotado nessas situações. para o adequado funcionamento da BRP. Todo o sistema tem uma altura de 6. está ratificando o comportamento esperado de controle e adsorção da pluma de mercúrio (Nobre et al. o mapeamento dessa barreira. impenetrável ao trado e também de elevada resistência à penetração a métodos tradicionais percussivos. as plumas com as maiores concentrações estão restritas aos limites físicos do sítio. Essa trincheira terá como propósito evitar a ocorrência de elevadas pressões hidrostáticas na interface com as paredes confinantes. Dessa forma. Ensaios específicos para a avaliação da compatibilidade química entre o geotêxtil e os compostos tóxicos foram realizados de forma a assegurar o seu funcionamento como filtro no longo prazo. impedindo o deslocamento de compostos orgânicos para camadas mais profundas do subsolo. O fluxo de águas subterrâneas no local é lento. o que pode favorecer o deslocamento dos contaminantes por vias laterais e pela base do sistema de contenção. biodegradação acelerada.intercaladas com material argiloso. na região. construída na direção do fluxo. air-sparging. Esse substrato também funciona.M. à montante da mesma. com base também em resultados de modelagem numérica tridimensional de fluxo. Grande parte dos contaminantes infiltrados encontra-se alojada sob a forma de fase imiscível nas partes mais profundas. As sondagens revelaram a existência de um lençol freático raso constituído por lentes silto-arenosas – sedimentos não consolidados . incluindo tecnologias de oxidação. indicando duas regiões mais elevadas da cota da barreira capilar. São Paulo. bio-sparging e tecnologias térmicas (injeção de vapor). e passagem de fluidos tóxicos por baixo ou laterais da parede. como uma barreira capilar com reduzida capacidade de armazenamento de água. Esse sistema de bombeamento também possibilitará o aumento da zona de captura e evitará efeitos indesejáveis do encharcamento e do fluxo por difusão de contaminantes através da parede. e envolvida por uma manta de geotêxtil na base e na interface com o solo. por exemplo. a configuração proposta. A Figura 3 apresenta uma seção geológica típica. possibilitarão diversos processos de remediação seqüenciais para o tratamento in-situ. . O monitoramento da área está sendo realizado continuamente desde seu diagnóstico e confirma (e valida) as previsões do modelo numérico desenvolvido para o sítio. construídos ao longo da trincheira drenante. em geral. sobretudo o 1. Na região sob o antigo tanque de armazenamento de hidrocarbonetos. os efluentes tratados poderão reinjetados no próprio subsolo como forma de incrementar processos de dissolução e degradação. O tratamento das águas contaminadas pode ser realizado no local e. Um sistema de bombeamento e/ou inspeção e tratamento será conectado à trincheira drenante de forma a permitir a descarga dos efluentes coletados para tratamento externo e posterior reinjeção das águas tratadas no subsolo do sítio.2 dicloroetano. é de fundamental importância tendo em vista sua capacidade de contenção vertical da contaminação. 19 e 20 de setembro de 2007 trincheira drenante permeável. do ponto de vista da contaminação na área. que se apóia em um pacote irregular de um substrato duro que se mostrou.M.V Seminário de Políticas de Gestão da Qualidade do Solo e das Águas Subterrâneas Nobre. na maioria dos casos. M. 1. subjacente a um antigo tanque de armazenamento que não mais existe como fonte primária de contaminação. A trincheira drenante estará alinhada longitudinalmente ao contorno interno da parede diafragma. pela natureza da solução adotada. Os compostos com maiores concentrações são os solventes clorados. encontra-se a cerca de 5 m de profundidade. Assim. Favoravelmente. Poços tubulares verticais. permitirá uma contenção mais próxima às fontes secundárias com a melhor relação custo benefício ao tempo que propiciará a remoção/eliminação de massa de forma otimizada à montante. um caminho preferencial de fluxo de águas subterrâneas e o deslocamento da pluma de contaminantes.1.2 tricloroetano e o aromático benzeno. Um paleo-canal na interface do topo da barreira capilar define. com velocidades médias em torno de 1 m/ano. ABMS. “An Investigation of the Impact of Uncertainties in Geological Formations on Groundwater Flow”. associadas a sistemas físicos de contenção subterrâneos. Pereira. R.. Galvão.M. R. M. e Nobre. Vol. (2004). GeoEnvironmental 2000.. 39(3): 371-379. Nobre. M. (2005). Blowes.A.S. A. Nobre.. Nobre.. “Permeable Reactive Barriers: Lessons Learned/New Directions”. Sedivy.. REGEO’2007. (1992). W. Blowes. (2000). Recife-PE. G. ITRC (Interstate Technology & Regulatory Council).W.C. R. In: Passive Remediation of Ground Water. M. B. J. Battelle Press. M. PRB-4.A. devem considerar as heterogeneidades hidrogeológicas específicas. Canadian Geotechnical Journal. (1999).M. 19 e 20 de setembro de 2007 5. J.C. e Bilbrey. USA.M. processos de remediação in-situ são intrinsecamente dependentes de uma adequada caraterização do sítio e do comportamento de compostos químicos envolvidos.M. Nobre.J. M. M.M. Nobre. J. “Design Screening Tools for Passive Funnel and Gate Systems”.. e Molson. Nobre. Battelle Institute. “Modeling Preferential Flow in Reactive Barriers: Implications for Perfomance and Design”. Canadá. H. Nobre. “A Permeable Reactive Barrier to Control Mercury Contamination in Groundwater”.M. D. M. e Nobre. Solos e Rochas. “Permeable Barriers for Ground Water Remediation”. “A Remediation Strategy for Mercury Contamined Groundwater Using a Permeable Reactive Barrier”. Cherry.M. Gillham. Nobre. R. R..M. D. “Sistema de Contenção Mista para o Controle e Remediação de uma Pluma de POP’s”. Sass.M. 6.S. VI Congresso Brasileiro de Geotecnia Ambiental. (2001). REGEO’2007. Janosy. A.C.M. S. Nobre R. (2006). Recife-PE. 176 p.. ABMS.M. Pereira.S. Gupta. UK. PhD Thesis. VI Congresso Brasileiro de Geotecnia Ambiental.D. E.F. of Civil Engineering.C. R. Dept.. (1997). C. M. Shafer. 20(2): 121-134. R. Os casos apresentados ratificam a necessidade do bom senso para integração e sequenciamento de tecnologias já disponíveis. 125-133. L. (2007). Fourth International Conference on Remediation of Chlorinated and Recalcitrant Compounds. Ptacek.M. P. e Sykes. J.M.V Seminário de Políticas de Gestão da Qualidade do Solo e das Águas Subterrâneas Nobre. Nobre. Ground Water.: Interstate Technology & Regulatory Council. M. M. C. J. M. GWMR Winter. R. . Gavaskar.A. “Application of the Bayesian in Subsurface Characterization”.S. Fifth International Congress on Environmental Geotechnics (5º ICEG). (1998). Monterey-CA. CONCLUSÕES Casos reais de remediação são apresentados em que soluções geotécnicas foram necessárias. D. N. “Ensaios de Laboratório para Garantia de Qualidade da Execução de uma Barreira Reativa Permeável”. W. 29.M. Cardiff.M.S. (2007). A.. A. “Passive Remediation of Ground Water Using In-situ Treatment Curtains”. Washignton. Wales. As configurações de Barreiras Reativas Permeáveis e Zonas de Reação. e O’Sullivan. U.M..M. 1588-1621. M. São Paulo.. “Uma Solução Geotécnica para Remediação de Águas Subterrâneas Contaminadas por Compostos Organo-Clorados”.C. University of Waterloo. Permeable Reactive Barriers Team.W.C. (1992).M. REFERÊNCIAS Benner. e Robertson. W.M. Ao contrário de tecnologias convencionais ex-situ. e Galvão. D. M. construída na direção do fluxo.0 x 10E-09 L ÁREA CONSTRUÍDA NÚMERO DA LAMELA FORA DE ESCALA Figura 2.0 x 10E-09 < K < 9.0 x 10E-09 5.M. M.L31 L01 L3 2 L11 -L 39 PORÇÕES REATIVAS LEGENDA: K CONDUTIVIDADE HIDRÁULICA (m/s) K < 5. São Paulo. Configuração final da BRP e valores de condutividade hidráulica obtidos nos trechos confinantes.V Seminário de Políticas de Gestão da Qualidade do Solo e das Águas Subterrâneas Nobre. Detalhe da BRP construída. . N L12 . Figura 3 – Seção geológica típica. 19 e 20 de setembro de 2007 COLCHÃO DRENANTE DE BRITA PORÇÃO REATIVA NÍVEL D'ÁGUA PORÇÃO CONFINANTE PORÇÃO CONFINANTE DIREÇÃO DO FLUXO MATERIAL REATIVO Figura 1.