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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLGICO
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITRIA E AMBIENTAL PROGRAMA DE
PS-GRADUAO EM ENGENHARIA AMBIENTAL
CARLOS JOS DE AMORIM JNIOR
AVALIAO DOS CRITRIOS DE IMPERMEABILIZAO DE BACIAS DE
CONTENO DA NORMA ABNT NBR 17505-2/2006 PARA TERMINAIS DE
ARMAZENAMENTO DE PETRLEO E DERIVADOS
DISSERTAO
FLORIANPOLIS, 2007
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLGICO
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITRIA E AMBIENTAL PROGRAMA DE
PS-GRADUAO EM ENGENHARIA AMBIENTAL
CARLOS JOS DE AMORIM JNIOR
AVALIAO DOS CRITRIOS DE IMPERMEABILIZAO DE BACIAS DE
CONTENO DA NORMA ABNT NBR 17505-2/2006 PARA TERMINAIS DE
ARMAZENAMENTO DE PETRLEO E DERIVADOS
Dissertao apresentada ao Programa de Ps-Graduao em Engenharia
Ambiental da Universidade Federal de Santa Catarina, como requisito
parcial para obteno do ttulo de Mestre em Engenharia Ambiental.
Orientador: Prof. Dr. Henry Xavier Corseuil
FLORIANPOLIS, 2007
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Amorim Jr, Carlos Jos de Avaliao dos Critrios de Impermeabilizao
de Bacias de Conteno da Norma ABNT NBR 17505-2/2006 para Terminais
de Armazenamento de Petrleo e Derivados. Carlos Jos de Amorim Jnior
Florianpolis, 2007. xiii, 114f. Dissertao (Mestrado) Universidade
Federal de Santa Catarina. Centro Tecnolgico. Departamento de
Engenharia Sanitria e Ambiental. Programa de Ps-Graduao em
Engenharia Ambiental. Ttulo em ingls: Evaluation of Impermeability
Criteria for Secondary Containments in the Standard ABNT NBR
17505-2/2006 for Storage Terminals of Petroleum and Petroleum
Products. 1. Bacia de Conteno. 2. Impermeabilizao. 3. Coeficiente
de Permeabilidade. 4. Solo Argiloso. 5. Petrleo e Derivados.
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TERMO DE APROVAO
CARLOS JOS DE AMORIM JNIOR
AVALIAO DOS CRITRIOS DE IMPERMEABILIZAO DE BACIAS DE
CONTENO DA NORMA ABNT NBR 17505-2/2006 PARA TERMINAIS DE
ARMAZENAMENTO DE PETRLEO E DERIVADOS
Dissertao submetida ao corpo docente do Programa de Ps-Graduao
em Engenharia Ambiental da Universidade Federal de Santa Catarina
como requisito parcial para obteno do grau de
MESTRE EM ENGENHARIA AMBIENTAL
Aprovado por:
________________________________________________ Prof. Dr.
Armando Borges de Castilhos Jnior
Departamento de Engenharia Sanitria e Ambiental, UFSC
________________________________________________ Prof. Dr.
Sebastio Roberto Soares
Departamento de Engenharia Sanitria e Ambiental, UFSC
________________________________________________ Prof. Dr. Iara
Brando de Oliveira
Departamento de Engenharia Ambiental, UFBA
________________________________________________ Prof. Dr. Henry
Xavier Corseuil
(Orientador)
________________________________________________ Prof. Dr.
Sebastio Roberto Soares
(Coordenador)
FLORIANPOLIS, MAIO DE 2007.
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v
Um homem precisa viajar. Por sua conta, no por meio de histrias,
imagens,
livros ou TV. Precisa viajar por si, com seus olhos e ps, para
entender o que
seu. Para um dia plantar suas prprias rvores e dar-lhes valor.
Conhecer o frio
para desfrutar do calor. E o oposto. Sentir a distncia e o
desabrigo para estar
bem sob o prprio teto. Um homem precisa viajar para lugares que
no conhece,
para quebrar essa arrogncia que nos faz ver o mundo como
imaginamos e no
simplesmente como ele ou pode ser; que nos faz professores e
doutores do que
no vimos, quando deveramos ser alunos, e simplesmente ir
ver".
(Amyr Klink)
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vi
AGRADECIMENTOS
Ao Professor Henry, pelo exemplo de Mestre nesses mais de 6 anos
de orientao, da iniciao cientfica ao mestrado, pelo grande
entusiasmo e dedicao pesquisa, contagiando e dando segurana para o
desenvolvimento deste trabalho.
Ao CNPq pela bolsa de pesquisa, e ao CENPES/PETROBRAS e
TRANSPETRO/PETROBRAS pelo financiamento do projeto Avaliao da
eficincia das bacias de conteno de terminais de armazenamento e do
risco ambiental associado aos possveis derramamentos de petrleo e
derivados, em especial ao Mrio do Rosrio pela disponibilidade e
amizade.
Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC) e ao Programa de
Ps-Graduao em Engenharia Ambiental (PPGEA) que, alm de pblicos e
gratuitos, proporcionaram toda a infra-estrutura necessria para a
realizao do mestrado em Engenharia Ambiental.
banca examinadora, pela disponibilidade.
A toda equipe do Laboratrio de Remediao de Solos e guas
Subterrneas (REMAS) pelo companheirismo e amizade: Aline Matulja,
Ana Hilda, Ana Paula, Beatriz Becker, Cssio Moraes, Cristina Nunes,
rico Malamud, Gerly Sanchez, Jovani Lazarin, Mrcio Busi, Marcos
Wendt, Mariana Molleri, Marilda Fernandes, Nara Alonso, Rafael
Andrade, Tatiana Heltel, em especial ao Alexandre Scheidt, Deise
Paludo, Helen Simone e ao Mrcio Schneider.
Ao Professor Jos Carlos e seu filho Alexandre, pelo auxlio na
coleta de campo e parte experimental, e tambm ao Felipe Trennepohl
pelo auxlio na parte experimental.
A minha querida V Jandira, a maior incentivadora para minha
formao.
Aos meus pais, Carlos e Darlete, por todo amor, carinho,
dedicao, compreenso, pacincia e ensinamentos, e pelo sentido que me
do vida. Dedico este trabalho a vocs.
Aos meus irmos D, Dudu e Gustavo, pela irmandade e amizade cada
vez mais fortalecida.
A minha namorada Bruna, pelo amor incondicional, por estar
sempre presente mesmo na minha ausncia, e por iluminar o caminho
dos nossos sonhos.
Aos meus amigos missionrios da capoeira, em especial ao Tuti,
grande mestre da capoeira, da amizade e da vida.
A todos os amigos que diretamente ou indiretamente me
acompanharam nesta caminhada, em especial Deise, ao Gafa, ao Marcos
e ao Paulo (in memoria), pela amizade eternizada.
-
vii
RESUMO
No Brasil ainda no existe uma legislao federal especfica
estabelecendo os critrios de impermeabilizao em reas de
armazenamento de lquidos inflamveis. A Bahia o nico estado que
possui uma legislao distinta sobre eficincia de reteno de bacias de
conteno, a qual estabelece que tais reas devem ser providas de
diques de conteno devidamente impermeabilizados. Apesar disso,
alguns estados tm apresentado recomendaes sobre impermeabilizao
tomando como base a norma brasileira ABNT NBR 17505-2/2006. A NBR
17505-2 especifica que bacias de conteno devem ter coeficiente de
permeabilidade mximo de 10-6 cm/s, referenciado gua a 20C, ou 10-4
cm/s, referenciado gua a 20C, caso possuam canaletas de drenagem. O
solo argiloso compactado o material predominantemente empregado na
impermeabilizao de bacias de conteno devido eficincia comprovada na
reteno da gua e ao baixo custo de implementao. No entanto, estudos
tm demonstrado que solos argilosos submetidos infiltrao de
compostos orgnicos apresentaram coeficientes de permeabilidade
superiores aos obtidos em ensaios com gua. Em vista disso, o
objetivo geral deste estudo foi avaliar se os critrios
estabelecidos pela NBR 17505-2 so suficientes para a tomada de
deciso sobre a impermeabilizao de bacias de conteno de tanques
verticais de armazenamento de produtos, considerando o estudo de
caso de cinco terminais. Para isso, foram coletadas 118 amostras de
solos dentre 51 bacias de conteno dos cinco terminais. As amostras
de solo foram submetidas a ensaios de granulometria e raios-X, e
determinao do coeficiente de permeabilidade referenciado gua e aos
produtos armazenados nas bacias de conteno. Os ensaios de
granulometria demonstraram composio distinta entre os solos dos
terminais. A composio mineralgica do solo revelou a predominncia
dos argilominerais ilita e caulinita, caracterizados como no
expansivos. Atravs dos ensaios de permeabilidade, foi possvel
constatar a influncia da mobilidade do lquido percolado no valor do
coeficiente de permeabilidade. A exemplo disso, verificou-se que as
amostras permeadas por leo combustvel ou gasleo, produtos de
altssima viscosidade, apresentaram coeficientes de permeabilidade
na ordem de 10-8 cm/s, independente das mesmas apresentarem valores
de permeabilidade gua entre as ordens de grandeza 10-7 a 10-3 cm/s.
No geral, os resultados revelaram que 52% das bacias de conteno
apresentaram o coeficiente de permeabilidade referenciado ao
produto maior que o coeficiente de permeabilidade referenciado gua.
Logo, este estudo demonstrou que os critrios estabelecidos pela NBR
17505-2 relacionados impermeabilizao de bacias de conteno no
oferecem proteo efetiva aos solos e s guas subterrneas. Com isso,
foram propostos novos procedimentos para a avaliao da eficincia de
impermeabilizao de bacias de conteno, os quais se baseiam na
previso da profundidade de solo contaminado em funo do tempo de
migrao do contaminante, em caso de derramamento. Esse estudo de
previso do cenrio concebe uma excelente ferramenta para tomada de
deciso no gerenciamento dessas reas com grande potencial de
contaminao, e permite avaliar a eficincia de impermeabilizao das
bacias de conteno considerando-se as especificidades de cada
local.
-
viii
ABSTRACT
In Brazil there is no specific federal legislation establishing
impermeability criteria in flammable liquid storage areas. Bahia is
the only state having specific legislation about the retention
capacity of secondary containments. The states legislation
establishes that these areas must have dikes sufficiently
impermeable. In spite of that, some states have recommended
impermeability criteria based on the Brazilian standard ABNT NBR
17505-2/2006. According to that standard, secondary containments
must have a maximum permeability coefficient of 10-6 cm/s, measured
with water at 20C, or 10-4 cm/s, measured with water at 20C, if
draining trough are present. Compact clay soil has proved to be
efficient in water retention and low implementation cost, being
predominantly used in secondary containments. However, researchers
have found that clay soils permeated by organic compounds presented
permeability coefficients higher than those permeated by water.
This work aimed to evaluate if the impermeability criteria of NBR
17505-2 are enough for assuming that the secondary containments of
aboveground storage tanks are impermeable, considering the
five-terminal case studies. A total of 118 soil samples were
collected from 51 secondary containments in the five terminals. The
soil samples were submitted to grain size tests and X-ray tests,
and had their permeability coefficient measured with water and with
the product stored in the secondary containment tanks. The grain
size test showed a different soil composition in all five
terminals. The soil mineralogical composition showed predominance
of the non-expansive clay minerals illita and kaolinita. By means
of the permeability tests, the permeated liquid mobility was found
to have an influence on the permeability coefficient value. For
example, the samples permeated by combustible oil or diesel oil -
high viscosity products - had permeability coefficient at the order
10-8 cm/s, while the same samples showed permeability values for
water ranging from 10-7 to 10-3 cm/s. In 52% of the secondary
containments, the permeability coefficient measured using product
was higher than the permeability coefficient measured using water.
This research showed that the criteria established by NBR 17505-2
for secondary containment impermeability do not offer complete
protection to soils and groundwaters. On the basis of the results,
new procedures were proposed for evaluating the secondary
containment impermeability capacity. Those procedures were based on
the forecast of contaminated soil depth as a function of the
compound migration time, in case of spills. This scenario forecast
study serves as an excellent tool for managing areas with a large
contamination potential, and allows the evaluation of the secondary
containment impermeability capacity, considering the idiosyncrasies
of each site.
-
ix
SUMRIO
RESUMO
................................................................................................................................................VII
ABSTRACT
..........................................................................................................................................
VIII
LISTA DE FIGURAS
.............................................................................................................................
XI
LISTA DE
TABELAS..........................................................................................................................
XIII
1.
INTRODUO.................................................................................................................................1
1.1.
CONTEXTUALIZAO.................................................................................................................1
1.2. OBJETIVOS
.................................................................................................................................6
2. REVISO
BIBLIOGRFICA.........................................................................................................7
2.1. REFERNCIAS NACIONAIS E INTERNACIONAIS RELACIONADAS
IMPERMEABILIZAO DE BACIAS DE CONTENO
............................................................................................................................7
2.2. ALTERNATIVAS DE IMPERMEABILIZAO E SUAS
LIMITAES.................................................12
2.2.1. Revestimentos de
Concreto.................................................................................................12
2.2.2.
Geomembranas...................................................................................................................13
2.2.3. Outras alternativas de
impermeabilizao.........................................................................14
2.3. PRINCIPAIS CAUSAS DE DERRAMAMENTOS E VAZAMENTOS EM TANQUES
VERTICAIS DE ARMAZENAMENTO E MEDIDAS PREVENTIVAS
.........................................................................................15
2.4. PERMEABILIDADE DE COMPOSTOS ORGNICOS EM SOLOS ARGILOSOS
.....................................19 2.5. TRANSPORTE DE
HIDROCARBONETOS DE PETRLEO NA ZONA NO SATURADA DO SOLO
.........24
3. MATERIAIS E MTODOS
..........................................................................................................29
3.1. IDENTIFICAO DAS REAS DE ESTUDO
...................................................................................29
3.1.1. Terminal 1
..........................................................................................................................29
3.1.2. Terminal 2
..........................................................................................................................30
3.1.3. Terminal 3
..........................................................................................................................31
3.1.4. Terminal 4
..........................................................................................................................31
3.1.5. Terminal 5
..........................................................................................................................32
3.2. CARACTERIZAO DOS SOLOS DAS BACIAS DE CONTENO
....................................................33 3.2.1.
Procedimentos de coleta de amostras indeformadas e deformadas de
solo.......................34 3.2.2. Procedimentos analticos
...................................................................................................36
3.2.2.1. Anlise granulomtrica
...........................................................................................................
36 3.2.2.2. Anlise de
raios-X...................................................................................................................
37 3.2.2.3. Anlise do coeficiente de permeabilidade
...............................................................................
38
-
x
3.2.2.4. Determinao da porosidade total
...........................................................................................
42
4. RESULTADOS E
DISCUSSES..................................................................................................43
4.1. CARACTERIZAO MINERALGICA DOS SOLOS
........................................................................43
4.1.1. Anlise granulomtrica
......................................................................................................43
4.1.2. Anlise de raios-X
..............................................................................................................47
4.2. AVALIAO DA PERMEABILIDADE DAS BACIAS DE CONTENO
..............................................51 4.2.1. Avaliao da
eficincia de impermeabilizao das bacias de conteno segundo os
critrios estabelecidos pela norma NBR
17505-2.............................................................................53
4.2.2. Avaliao da eficincia de impermeabilizao das bacias de
conteno considerando os coeficientes de permeabilidade
referenciados aos produtos armazenados
......................................55
4.3. PROPOSTA PARA AVALIAO DA EFICINCIA DE IMPERMEABILIZAO DAS
BACIAS DE CONTENO
...........................................................................................................................................60
4.3.1. Modelo matemtico simplificado para o clculo da migrao
vertical dos produtos na zona no saturada do solo das bacias de
conteno
........................................................................60
4.3.2. Procedimentos propostos para a avaliao da eficincia de
impermeabilizao das bacias de conteno
.....................................................................................................................................63
4.3.3. Aplicao da proposta de avaliao da eficincia de
impermeabilizao das bacias de conteno nos cinco estudos de
caso................................................................................................66
4.3.4. Recomendaes complementares na avaliao da eficincia de
impermeabilizao de bacias de
conteno..........................................................................................................................78
5.
CONCLUSES...............................................................................................................................81
6.
RECOMENDAES.....................................................................................................................86
7. REFERNCIAS
BIBLIOGRFICAS..........................................................................................87
APNDICES.............................................................................................................................................94
APNDICE A TABELAS DE RESULTADOS DAS ANLISES GRANULOMTRICAS
...................................95 APNDICE B TABELAS DE
RESULTADOS DAS ANLISES DE RAIOS-X
..............................................100 APNDICE C TABELAS
DE RESULTADOS DOS ENSAIOS DE PERMEABILIDADE
..................................105 APNDICE D TABELAS DE
RESULTADOS DOS CLCULOS DE POROSIDADE
......................................110
-
xi
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 2.1 Possveis falhas na impermeabilizao em sistemas de
conteno: A) Aplicao inadequada da geomembrana, com exposio aos
raios solares, podendo resultar em rpida depreciao pela ao do
tempo; B e C) Pontos em que as geomembranas no podem conter
possveis vazamentos, como em juntas, conexes e estruturas cravadas
no solo; D) Fissuras e juntas de dilatao que podem ser pontos
vulnerveis na impermeabilizao com
concreto...........................................................
14
FIGURA 2.2 Parque de armazenamento de combustveis em que so
identificados os tanques de armazenamento, os sistemas de conteno
primrios e os secundrios (bacias de conteno delimitadas pelos
diques)..........................................................................
16
FIGURA 2.3 Modelo conceitual da distribuio de hidrocarbonetos de
petrleo na subsuperfcie. FONTE: Adaptado de API (2001)
.......................................................... 25
FIGURA 2.4 Coeficiente de permeabilidade relativo do LNAPL em
funo do grau de saturao do solo em gua. FONTE: API
(2001)...........................................................
28
FIGURA 3.1 Procedimento de coleta de amostra de
solo........................................... 36
FIGURA 3.2 Esquema dos permemetros utilizados nos ensaios de
laboratrio ....... 40
FIGURA 3.3 Vista geral dos permemetros montados no
laboratrio........................ 41
FIGURA 3.4 Seqncia de montagem das clulas dos permemetros. A)
Serrao da resina que mantm as caractersticas de umidade do solo; B)
Retirada de uma camada de 1,0 cm de solo nas superfcies inferior e
superior da amostra, deixando as faces planas, e medio do
comprimento da camada de solo; C) Colocao dos anis e borrachas de
vedao; D) Colocao das telas de nylon e prolas de vidro; E) Montagem
do permemetro e abertura do registro que permite o fluxo do lquido
analisado atravs do solo.
................................................................................................................................
41
FIGURA 4.1 Valores mdios das fraes granulomtricas do solo de
cada bacia de conteno: A) Terminais 1, 2 e 3. B) Terminais 4 e
5.................................................... 46
FIGURA 4.2 Difratogramas tpicos resultantes da anlise de
raios-X: A) amostra B3 do Terminal 1, B) amostra M1 do Terminal 2,
C) amostra S30 do Terminal 3, D) amostra C10 do Terminal 4, E)
amostra P8 do Terminal 5.
........................................... 50
FIGURA 4.3 Fraes das bacias de conteno que atendem aos critrios
de permeabilidade estabelecidos pela norma NBR
17505-2............................................... 53
FIGURA 4.4 Valores mximos dos coeficientes de permeabilidade de
cada bacia de conteno, referenciados gua.
....................................................................................
54
FIGURA 4.5 Fraes das bacias de conteno que atendem aos critrios
de permeabilidade, considerando os coeficientes de permeabilidade
referenciados aos produtos.
.........................................................................................................................
55
-
xii
FIGURA 4.6 Valores mximos dos coeficientes de permeabilidade de
cada bacia de conteno, referenciados aos produtos.
..........................................................................
56
FIGURA 4.7 Fraes das bacias de conteno que atendem aos dois
critrios de permeabilidade, coeficientes de permeabilidade
referenciados gua e ao produto. .... 57
FIGURA 4.8 Valores mximos dos coeficientes de permeabilidade de
cada bacia de conteno, referenciados ao produto e gua.
...............................................................
58
FIGURA 4.9 Comparao entre o nmero de bacias de conteno que
apresentaram valores de coeficiente de permeabilidade ao produto
maior que gua ........................ 59
FIGURA 4.10 Modelo conceitual do derramamento de LNAPL em uma
bacia de conteno.
.......................................................................................................................
60
FIGURA 4.11 Valores de porosidade total mnima do solo de cada
bacia de conteno.
.......................................................................................................................
68
FIGURA 4.12 Curva da profundidade de solo contaminado em funo do
tempo de migrao dos produtos nas bacias de conteno do Terminal
1..................................... 70
FIGURA 4.13 Curva da profundidade de solo contaminado em funo do
tempo de migrao dos produtos nas bacias de conteno do Terminal
2..................................... 71
FIGURA 4.14 Curva da profundidade de solo contaminado em funo do
tempo de migrao dos produtos nas bacias de conteno do Terminal
3..................................... 72
FIGURA 4.15 Curva da profundidade de solo contaminado em funo do
tempo de migrao dos produtos nas bacias de conteno do Terminal
4..................................... 73
FIGURA 4.16 Curva da profundidade de solo contaminado em funo do
tempo de migrao dos produtos nas bacias de conteno do Terminal
5..................................... 74
-
xiii
LISTA DE TABELAS
TABELA 2.1 Normas tcnicas que substituem a NBR 7505-1.
................................... 8
TABELA 2.2 Coeficiente de permeabilidade mximo.
.............................................. 11
TABELA 2.3 Densidade (), viscosidade dinmica (), constante
dieltrica do produto (p) e da gua (w), e a razo obtida entre
permeabilidade intrnseca para o produto e a gua pela equao de Budhu
et al (1991). ...................................................
24
TABELA 3.1 Nmero de bacias de conteno e amostras de solo
coletadas por
terminal...........................................................................................................................
34
TABELA 3.2 Propriedades dos produtos armazenados nos
terminais........................ 39
TABELA 4.1 Resumo das nas anlises granulomtricas de solos dos
terminais........ 44
TABELA 4.2 Argilominerais presentes nos solos das bacias de
conteno. .............. 48
TABELA 4.3 Descrio das classificaes dos locais, cenrios
previstos em caso de derramamento, avaliao da eficincia de
impermeabilizao das bacias de conteno e aes de resposta.
...........................................................................................................
65
TABELA 4.4 Parmetros de clculo da carga aplicado s bacias de
conteno......... 69
TABELA 4.5 Classificao das bacias de conteno em funo da
profundidade de solo contaminado, segundo a Tabela 4.4, e os
respectivos produtos armazenados e permeabilidades mximas.
.............................................................................................
77
-
1
1. INTRODUO
1.1. Contextualizao
A indstria petrolfera est no centro do sistema produtivo
contemporneo, uma
vez que serviu de base para o desenvolvimento de vrios e
poderosos setores industriais:
automobilstico, aeronutico, qumico, sintticos, adubos e etc. Alm
disso, o petrleo
ainda a principal matriz energtica em uso (ROSA, 2004). O Brasil
produz, armazena,
distribui e revende grandes quantidades de petrleo e derivados,
sendo uma das
principais indstrias do pas. A magnitude da indstria do petrleo
no Brasil pode ser
avaliada por meio dos dados do Anurio Estatstico Brasileiro do
Petrleo, Gs Natural
e Biocombustveis 2006. Conforme este Anurio (ANP, 2006), as
reservas totais
brasileiras de petrleo atingiram a marca de 16,1 bilhes de
barris e a produo
alcanou um volume de 1,7 mil barris por dia em 2005. Das
reservas, 91,6% localizam-
se no mar e 8,4% em jazidas terrestres. Apesar da predominncia
de reservas marinhas
no Brasil, dos 8.002 poos de explorao existentes, 90,9% esto
localizados em terra.
Para viabilizar a movimentao de petrleo, derivados e etanol no
territrio nacional, o
Brasil dispunha, em 2005, de 9 centros coletores de etanol, 53
terminais aquavirios e
27 terrestres. Esses terminais possuem uma capacidade nominal de
armazenamento de
11,0 milhes de m3 distribuda em 1.392 tanques, dos quais 24 em
centros coletores de
etanol, 1.063 em terminais aquavirios e 305 em terrestres. A
infra-estrutura dutoviria
nacional composta de 446 dutos destinados movimentao de petrleo,
derivados,
gs natural e outros produtos, que somam 15,1 mil km de extenso.
O Brasil conta ainda
com 551 bases de distribuio e 35.585 postos revendedores de
combustveis
automotivos. Devido aos milhes de barris de petrleo e derivados
estocados ao longo
do pas, o potencial de ocorrer vazamentos muito significativo, e
os efeitos destas
contaminaes podem acarretar impactos ambientais graves, tanto
pela magnitude como
pela dificuldade de recuperao dos ecossistemas, ameaando solos,
guas subterrneas,
guas superficiais e o ar atmosfrico.
Segundo Cheremisinoff (1996), uma das principais fontes de
contaminao de
solos e guas subterrneas tm sido os vazamentos de tanques de
armazenamento de
produtos qumicos. O Programa Federal UST (Underground Storage
Tank), da Agncia
-
2
de Proteo Ambiental dos Estados Unidos (USEPA), cadastrou, at
setembro de 2006,
mais de 460 mil casos de derramamentos em tanques de
armazenamento subterrneo
(USEPA, 2006). No Brasil, a Companhia Estadual de Tecnologia de
Saneamento
Ambiental do Estado de So Paulo (CETESB) o nico rgo de controle
ambiental
que dispe de informaes detalhadas sobre reas impactadas. A
CETESB vem
cadastrando constantemente os registros de reas contaminadas
chegando a totalizar, em
novembro de 2006, um nmero de 1.822 reas contaminadas
cadastradas. Os principais
grupos de contaminantes encontrados nas reas contaminadas so:
solventes aromticos,
combustveis lquidos, hidrocarbonetos policclicos aromticos
(HPAs), metais e
solventes halogenados. Os postos de combustveis e as atividades
industriais destacam-
se na lista de reas contaminadas da CETESB como principais
responsveis pelos
impactos, representando 74% e 15% dos casos, respectivamente. A
contaminao do
solo pode gerar problemas como danos sade humana,
comprometimento da
qualidade dos recursos hdricos, restries ao uso do solo e danos
ao patrimnio pblico
e privado, como a desvalorizao das propriedades, alm de danos ao
meio ambiente
(CETESB, 2006).
Alm dessas problemticas, a remediao de solos contaminados
geralmente
envolve altos custos e longos perodos de tempo. Os custos para
remediar os impactos
causados so da ordem de 100 mil dlares em locais onde se
verifica contaminao de
solo e de 250 mil dlares em locais com contaminao de solo e gua
subterrnea
(CATALDO e MOYER, 2001). Segundo relatrio publicado pela empresa
Redox Tech
e FMC Corporation (2004), os custos de remediao de uma rea
contaminada com
DNAPL (Dense Non-Aqueous Phase Liquid) na zona vadosa e saturada
foram de,
aproximadamente, 7 dlares por tonelada de solo contaminado. No
Brasil, a remediao
de uma rea contaminada em uma regio central de uma cidade
qualquer custa, em
mdia, at 20% do valor do terreno recuperado (INSTITUTO EKOS
BRASIL, 2004).
Devido aos altos custos de recuperao de reas impactadas, as
metas de
remediao geralmente so decididas baseadas em estudos de Avaliao
de Risco
Sade Humana e ao Meio Ambiente. A seleo de solues corretivas
baseadas no risco
sade humana e ao meio ambiente permite destinar de forma
eficiente os recursos
humanos e financeiros s reas a serem remediadas. Portanto, a
Avaliao de Risco
uma importante ferramenta no gerenciamento ambiental de reas de
armazenamento de
combustveis, utilizada para determinao do perigo potencial para
a sade humana e
meio ambiente, antes mesmo da ocorrncia de derramamento,
auxiliando a definio de
planos de contingncia e emergncia (PEDROZO et al., 2002).
-
3
Um dos problemas enfrentados no Brasil na revitalizao de reas
contaminadas
a ausncia de mecanismos para financiar a remediao quando estas
no tm um
responsvel facilmente identificvel. Nesses casos necessria uma
presena maior do
Estado no financiamento da remediao enquanto se buscam na Justia
os responsveis
por cada contaminao. Alguns pases desenvolvidos mantm fundos
especiais para
remediao de reas impactadas, como o caso do programa
norte-americano
Superfund (USEPA, 2007). Na Europa, dependendo do pas, os gastos
anuais desses
fundos com remediao variam de 2 a 35 euros per capita (EEA,
2003).
Com o crescente e elevado nmero de reas impactadas, e os altos
custos de
remediao destas reas, surge a necessidade de se desenvolver
mecanismos de proteo
e preveno de solos e guas subterrneas que apresentam grande
potencial de
contaminao. Em pases em desenvolvimento, como o Brasil, onde as
demandas
sociais e de infra-estrutura so muito altas e a questo ambiental
freqentemente
relegada a um segundo plano por ausncia de alocao de recursos
para este fim,
mecanismos de preveno devem ser avaliados como a estratgia mais
adequada para
essas reas.
Um dos principais mecanismos de preveno de contaminao de solos e
guas
subterrneas o solo argiloso compactado. Esse solo tem uma ampla
aplicao na
impermeabilizao de audes, lagoas de estabilizao, clulas de
aterros sanitrios e
ncleos de argila para proteo de tanques subterrneos de
combustveis contra
vazamentos. No caso de terminais de armazenamento e distribuio
de petrleo e
derivados, bacias de conteno so construdas ao redor dos tanques
verticais de
armazenamento para conter lateralmente e verticalmente eventuais
vazamentos. O solo
argiloso compactado o material empregado predominantemente na
impermeabilizao
de estruturas das bacias de conteno devido eficincia comprovada
na reteno da
gua e ao baixo custo de implementao.
No Brasil, o conjunto de normas ABNT NBR 17505/2006, substituto
da ABNT
NBR 7505-1/2000, cancelada em 03/07/2006, a principal referncia
utilizada na
construo e operao de parques de tanques de armazenamento de
produtos
inflamveis ou combustveis. Desse conjunto de normas, a NBR
17505-2/2006
apresenta os critrios construtivos das estruturas de controle de
derramamento de
tanques verticais. A NBR 17505-2 exige que os diques e bacias de
conteno de tanques
verticais de armazenamento tenham coeficiente de permeabilidade
mximo de 10-6
cm/s, referenciado gua a 20C, de forma anloga norma cancelada
NBR 7505-1, ou
-
4
de 10-4 cm/s, tambm referenciado gua a 20C, para as bacias de
conteno que
possuem canaletas de drenagem com rea de escoamento mnimo de 900
cm2.
Na utilizao de solo para impermeabilizao de reas de bacias de
conteno, o
coeficiente de permeabilidade da ordem de 10-6 a 10-4 cm/s
(referenciado gua)
facilmente alcanado atravs de recobrimento do local com material
argiloso
compactado. No entanto, vrios pesquisadores (MESRI e OLSON,
1971; GILLIGAN e
CLEMENCE, 1984; BROWN e THOMAS, 1984; FERNANDEZ e QUIGLEY,
1985;
ANDERSON et al., 1985; UPPOT e STEPHENSON, 1989; OLIVEIRA,
2001;
MELEGARI, 2005) reportaram que solos argilosos submetidos
infiltrao de
compostos orgnicos (gasolina, querosene, leo diesel,
tetracloreto de carbono, dentre
outros) apresentaram coeficientes de permeabilidade superiores
aos obtidos em ensaios
com gua. Em solos arenosos no saturados este mesmo fenmeno no
ocorreu.
McCaulou e Huling (1999) reportam a utilizao de barreiras de
argila expansiva
(bentonita) em stios de resduos perigosos, para separar lquidos
densos e imiscveis em
gua (DNAPLs). Os autores demonstraram em seu trabalho de
pesquisa que DNAPLs,
em alta concentrao, podem comprometer a integridade estrutural
da barreira argilosa e
concluram que as normas vigentes recomendadas pela USEPA em
1992, para
construo de revestimento de poos e barreiras para conteno de
resduos em stios de
resduos perigosos, poderiam estar inadequadas.
Em outro estudo, Melegari (2005) avaliou o coeficiente de
permeabilidade em
bacias de conteno do Terminal de Cubato - SP aos produtos
especficos armazenados
nos tanques. Das 15 bacias de conteno avaliadas, 4 apresentaram
coeficiente de
permeabilidade do solo ao produto maior que a permeabilidade do
solo gua. Como os
resultados indicaram que a permeabilidade do solo ao produto
(ex. gasolina, diesel, leo
combustvel, etc.) pode ser diferente da permeabilidade do solo
gua, concluiu-se que
o coeficiente de permeabilidade referenciado gua no um critrio
nico e suficiente
para definir a eficincia das bacias de conteno.
Em 2005, a USEPA divulgou o guia SPCC Guidance for Regional
Inspectors
com o objetivo de orientar os inspetores regionais sobre
procedimentos de controle e
preveno da poluio por derramamentos de leo em reas de
armazenamento de
combustveis (USEPA, 2005). A USEPA (2005) orienta que a adequao
do solo como
material da bacia de conteno pode depender das propriedades dos
produtos
armazenados nos tanques e do tipo de solo empregado na conteno.
Por isso, a USEPA
(2005) no fixa um parmetro de permeabilidade, mas orienta que as
bacias de
conteno devem ser suficientemente impermeveis, ou seja, capazes
de conter
-
5
derramamentos at que o produto derramado seja removido da bacia
de conteno,
considerando fatores especficos do local.
Mesmo nesse contexto, diversos rgos ambientais estaduais do
Brasil tm
exigido que bacias de conteno em terminais de armazenamento de
petrleo e
derivados atendam aos critrios de impermeabilizao estabelecidos
pela NBR 17505-2,
o qual se baseia no coeficiente de permeabilidade referenciado
gua. Para que as
bacias fiquem em conformidade com a norma, muitos terminais
teriam que utilizar
alternativas convencionais de melhoria na impermeabilizao como
solo argiloso
expansivo compactado, concretagem, geomembranas, entre outras
alternativas, que
alterem a permeabilidade gua dos solos naturais, demandando
custos da ordem de
milhes de reais para os terminais. Alm de essas medidas
mitigadoras apresentarem
elevados custos de implantao, o critrio baseado nessa tomada de
deciso no leva em
considerao o produto armazenado na bacia de conteno e as
especificidades do local,
podendo gerar desperdcio de recursos financeiros em reas sem
potencial de poluio.
Com isso, uma das principais questes a ser respondida atravs do
estudo de
avaliao da eficincia de impermeabilizao de bacias de conteno
talvez no seja
Quais devem ser os valores mximos de coeficiente de
permeabilidade, referenciado
gua, das bacias de conteno?, mas sim Qual deve ser o tempo mximo
que o
petrleo e seus derivados podem ficar retidos nas bacias de
conteno de forma que seja
possvel o acionamento dos planos de emergncia sem que o produto
derramado cause
maiores prejuzos sade humana e ao meio ambiente?.
Tendo em vista o exposto acima, faz-se necessrio avaliar a
segurana dos
mecanismos de proteo ambiental de tanques de armazenamento de
lquidos
inflamveis exigidos pela norma vigente no pas. Para atender essa
necessidade, este
trabalho identificou objetivos bem definidos, que sero descritos
a seguir. Este estudo
foi realizado pelo Laboratrio de Remediao de Solos e guas
Subterrneas (REMAS)
do Departamento de Engenharia Sanitria e Ambiental da
Universidade Federal de
Santa Catarina (UFSC), e com a parceria da PETROBRAS.
-
6
1.2. Objetivos
O objetivo geral deste estudo foi avaliar se os critrios
estabelecidos pela Norma
Brasileira ABNT NBR 17505-2/2006 so suficientes para a tomada de
deciso sobre a
impermeabilizao de bacias de conteno de tanques verticais de
armazenamento de
produtos, considerando o estudo de caso de cinco terminais de
armazenamento
associados a possveis derramamentos.
Os objetivos especficos foram:
1. Avaliar a influncia da composio mineralgica dos solos das
bacias de
conteno dos cinco terminais estudados em relao aos coeficientes
de
permeabilidade dos solos percolados por gua e produtos
armazenados;
2. Avaliar a influncia do lquido percolado na determinao do
coeficiente de
permeabilidade dos solos amostrados nas bacias de conteno de
cinco terminais
de armazenamento atravs de ensaios de permeabilidade
referenciados gua e
aos produtos neles armazenados;
3. Avaliar se as bacias de conteno das reas de estudo atendem
aos critrios de
impermeabilizao exigidos pela norma NBR 17505-2;
4. Propor um modelo matemtico simplificado para o clculo de
previso da
profundidade de solo contaminado na zona no saturada em funo do
tempo de
migrao vertical dos produtos armazenados nas bacias de
conteno,
considerando as especificidades de cada local;
5. Propor procedimentos para avaliao da eficincia de
impermeabilizao de
bacias de conteno de tanques verticais de armazenamento de
produtos
associados a possveis derramamentos.
-
7
2. REVISO BIBLIOGRFICA
2.1. Referncias nacionais e internacionais relacionadas
impermeabilizao de bacias de conteno
No Brasil no existe uma legislao federal especfica estabelecendo
os critrios
de impermeabilizao das bacias de conteno de reas de
armazenamento de
combustveis. O Estado da Bahia uma das nicas unidades da Federao
que possui
uma legislao com foco na eficincia de reteno das bacias de
conteno,
estabelecendo, no Artigo 111 do Decreto Estadual n 7.967, de
junho de 2001, que
Toda rea de estocagem de produtos txicos, inflamveis ou
corrosivos dever ser
provida de dique de conteno devidamente impermeabilizado, capaz
de acumular todo
o volume do maior tanque acrescido da precipitao pluviomtrica
recorrente (BAHIA,
2001). Apesar de no existir uma legislao federal especfica, a
Associao Brasileira
de Normas Tcnicas (ABNT) elaborou um conjunto de instrumentos
normativos que
define os critrios de construo e impermeabilizao de bacias e
diques de conteno
em reas de armazenamento de lquidos inflamveis. A Norma
Brasileira NBR 7505-1,
criada pela ABNT, foi a principal referncia utilizada na
construo e operao de
parques de tanques de armazenamento de lquidos inflamveis at
julho de 2006. Em
03/07/2006 a NBR 7505-1 foi cancelada e substituda pelo conjunto
de normas ABNT
NBR 17505 (Tabela 2.1).
-
8
TABELA 2.1 Normas tcnicas que substituem a NBR 7505-1.
Norma Descrio Fase
NBR7505-1 Armazenagem de lquidos inflamveis e combustveis -
Parte 1: Armazenagem em tanques estacionrios Cancelada em
03/07/2006
NBR17505-1 Armazenamento de lquidos inflamveis e combustveis -
Parte 1: Disposies gerais
NBR17505-2 Armazenamento de lquidos inflamveis e combustveis -
Parte 2: Armazenamento em tanques e em vasos
NBR17505-3 Armazenamento de lquidos inflamveis e combustveis -
Parte 3: Sistemas de tubulaes
NBR17505-4 Armazenamento de lquidos inflamveis e combustveis -
Parte 4: Armazenamento em recipientes em tanques portteis
NBR17505-5 Armazenamento de lquidos inflamveis e combustveis -
Parte 5: Operaes
NBR17505-6 Armazenamento de lquidos inflamveis e combustveis -
Parte 6: Instalaes e equipamentos eltricos
NBR17505-7 Armazenamento de lquidos inflamveis e combustveis -
Parte 7: Proteo contra incndio para parques de armazenamento com
tanques estacionrios
Publicadas em 03/07/2006 e entram em vigor em 03/08/2006
FONTE: ABNT NET:
O conjunto de normas ABNT NBR 17505 tem como objetivo geral
fixar os
requisitos exigveis para os projetos de instalaes de
armazenamento, manuseio e uso
de lquidos inflamveis e combustveis (produtos) contidos em
tanques estacionrios ou
recipientes. Dentre esse conjunto de normas, a NBR 17505-2
apresenta os critrios
construtivos dos diques e bacias de conteno para o controle de
derramamentos de
tanque de superfcie. Esta parte da ABNT NBR 17505 fixa as
condies exigveis para
projetos de instalaes de armazenagem de produtos contidos em
tanques estacionrios
com capacidade superior a 450 L, presso manomtrica igual ou
inferior a 103,4 kPa,
medida no topo do tanque.
As bacias de conteno, nas quais os tanques de armazenamento de
lquidos
inflamveis ou combustveis esto inseridos, devem ter capacidade
volumtrica no
mnimo igual capacidade do maior tanque armazenado, de acordo com
o item 5.2.3.2
da NBR 17505-2, sendo que a altura mxima do dique, medida pela
parte interna da
bacia, deve ser de 3 m. Em relao impermeabilizao das bacias de
conteno, esse
item da NBR 17505-2, de forma anloga a NBR 7505-1, ainda
especifica que as paredes
internas dos diques e os pisos das bacias de conteno de tanques
estacionrios de
produtos devem ter coeficiente de permeabilidade mximo de 10-6
cm/s referenciado
gua a 20C. Nos casos em que as bacias de conteno possuam
canaletas de drenagem
em concreto armado com rea de escoamento mnimo de 900 cm2 em
torno dos tanques
-
9
ser admitida a permeabilidade 10-4 cm/s, referenciado gua.
Ressalta-se que os
valores do coeficiente de permeabilidade do solo das bacias de
conteno recomendados
pela norma, assim como na NBR 7505-1, so referenciados gua a 20C
e no aos
produtos armazenados nos tanques. A NBR 17505-2 recomenda que as
bacias e diques
de conteno sejam projetados para serem estanques, com materiais
de
impermeabilizao como terra, concreto, ao ou alvenaria slida.
Nos Estados Unidos a principal regulamentao que faz
referncia
impermeabilizao de bacias de conteno o Registro Federal 40 CFR
112 da Agncia
de Proteo Ambiental Americana (USEPA), intitulada Oil Pollution
Prevention de
julho de 2002. O pargrafo 112.7(c) desta regulamentao estabelece
que as bacias de
conteno, diques e bermas devem ser suficientemente impermeveis
para conter os
derramamentos dos compostos armazenados nos tanques, sem
especificar um
coeficiente de permeabilidade mximo (USEPA, 2002). Vrios estados
americanos
elaboraram as regulamentaes baseadas na 40 CRF 112, so os casos
da Flrida,
atravs do documento Underground Storage Tank Systems
desenvolvido pelo
Departamento de Proteo Ambiental da Flrida, de Massachusetts,
atravs do
Massachusetts Rules on the Prevention and Control of Oil
Pollution (314 CMR
15.00), de New Jersey (New Jersey Spill Compensation and Control
Act (N.J. Stat.
Ann. 58:10-23.11), desenvolvido pelo Departamento de Proteo
Ambiental e Energia
(DEPE) deste estado), do Oregon atravs do Oregon Oil and
Hazardous Materials
Spill Act (Or. Rev. Stat. 468B.300) e da Virginia (Facility and
Aboveground Storage
Tank Regulations (9 VAC 25-91-10), adotado pelo Conselho de
Controle de gua do
Estado da Virginia).
0A USEPA divulgou, em novembro de 2005, o seu mais recente guia
com
orientaes aos inspetores regionais sobre procedimentos de
controle e preveno da
poluio por derramamentos de leo em reas de armazenamento de
combustveis. O
SPCC Guidance for Regional Inspectors (USEPA, 2005) orienta que
a adequao do
solo como material da bacia de conteno pode depender das
propriedades dos produtos
armazenados nos tanques e do tipo de solo empregado na conteno.
Por exemplo, o
solo compactado do local pode ser impermevel a derramamento de
lquidos viscosos
como cimento asfltico lquido, ou leo combustvel, mas no ser
adequado a conter
gasolina. Por este motivo, a USEPA no fixa um parmetro de
permeabilidade, mas
orienta que as bacias de conteno devem ser capazes de conter
derramamentos at que
o produto derramado seja removido da bacia de conteno,
considerando fatores
especficos do local.
-
10
Outros documentos normativos tambm so empregados em diferentes
estados
dos EUA. Na Califrnia os diques e bacias de conteno so
especificados no
documento Health & Safety Codes - Underground Storage of
Hazardous Substances
(CALIFORNIA CODES, 2003). O pargrafo 25290.1 (c.2) descreve que
a conteno
secundria deve ser capaz de armazenar as substncias perigosas
por um perodo de
tempo mximo necessrio para a recuperao do local caso ocorra
algum vazamento
sem referncia aos tipos de materiais impermeabilizantes. Em
Minnesota, a Agncia de
Controle de Poluio Estadual (MPCA) estabelece os critrios para
impermeabilizao
de bacias de conteno atravs do documento Minn. Rules 7151,
Aboveground Storage
of Liquid Substances. Para os tanques areos instalados depois de
1 de novembro de
1998, o material de conteno deve ter uma impermeabilidade
aceitvel. Se utilizada
argila compactada, a permeabilidade gua deve ser igual ou menor
a 10-7 cm/s; para os
tanques instalados antes desta data, a permeabilidade deve estar
na faixa de 10-5 a 10-3
cm/s, dependendo da toxicidade e da mobilidade da substncia
armazenada (MPCA,
2004). Segundo este documento, as substncias armazenadas nos
tanques podem ser
classificadas como:
Substncias tipo A incluem gasolina, gasolina de aviao, nafta,
etanol, materiais
perigoso e mistura ou blendas destas substncias (anticongelante
considerado
substncias do tipo A).
Substncias tipo B incluem petrleo, diesel, querosene, leo
combustvel dos tipos
1,2,3 e 4, resduos oleosos, e mistura destas substncias com
substncias da classe
tipo C.
Substncias tipo C incluem cimento asfltico, leo combustvel dos
tipos 5 e 6, e
outras substncias regulamentadas.
A partir dessa classificao definido um valor de coeficiente de
permeabilidade
em funo da tipologia da substncia armazenada e da profundidade
em que se encontra
a gua subterrnea, conforme apresentado na Tabela 2.2 (MPCA,
2004).
-
11
TABELA 2.2 Coeficiente de permeabilidade mximo.
Classificao da Substncia
Prof. da gua subterrnea menor que 3 m em relao base do
tanque
Prof. da gua subterrnea maior que 3 m em relao base do
tanque
Tipo A Mnimo de 1 m de solo c/ coeficiente de permeabilidade de
110-5 cm/s Mnimo de 1 m de solo c/ coeficiente de permeabilidade de
110-4 cm/s
Tipo B Mnimo de 1 m de solo c/ coeficiente de permeabilidade de
110-4 cm/s Mnimo de 1 m de solo c/ coeficiente de permeabilidade de
110-3 cm/s
Tipo C Mnimo de 1 m de solo c/ coeficiente de permeabilidade de
110-3 cm/s No especificado
FONTE: MPCA (2004)
Nos estados do Alaska e de Maryland, a permeabilidade do fundo e
das paredes
de conteno deve ser de, no mximo, 10-4 cm/s. Estas especificaes
seguem as
regulamentaes prescritas nos seguintes documentos,
respectivamente: Alaska Admin.
Code tit. 18, 75.075 e Md. Code Ann. Env. Section 4-401, Water
Pollution Control
and Abatement. J os estados de Nova York, Rhode Island e South
Dakota determinam
que, se barreiras de conteno secundrias so utilizadas, ento elas
devem ter uma
permeabilidade gua igual ou menor que 10-6 cm/s. O estado de
Nova York tambm
orienta para o uso de concreto na impermeabilizao das bacias de
conteno e o estado
de South Dakota, a construo dos sistemas de conteno em concreto,
argila, solo
nativo, membranas sintticas ou outros materiais.
O estado de New Hampshire estabelece que a barreira impermevel
que protege
os tanques areos deve ser desenvolvida em polietileno de alta
densidade, ou com manta
de material similar. Alm disso, tais barreiras devem ser
construdas de forma que
derramamentos no penetrem o solo mais do que um p (30,48 cm) em
72 horas
(NHCAR, 2005). Da mesma forma, o estado de Wisconsin, atravs das
regulamentaes
apresentadas no documento Flammable and Combustible Liquids Code
(Wis. Admin.
Code ILHR 10), especifica que os diques de conteno podem ser
construdos de terra,
concreto, alvenaria slida ou com ao, desde que sejam estanques
ao lquido
armazenado. Se o material do dique for permevel, eles devem ser
protegidos com
concreto, asfalto, manta sinttica ou manufaturada, ou mesmo com
uma bacia pr-
fabricada (WAC, 2002).
Em Alberta (Canad) a alternativa de impermeabilizao das bacias
de
conteno com solo argiloso compactado requer que o coeficiente de
permeabilidade do
solo seja menor ou igual a 110-6 cm/s determinado in situ ou
menor ou igual a 110-7
cm/s se for determinado em laboratrio. A espessura da camada de
solo deve ser no
-
12
mnimo 0,9 m e o nvel da gua subterrnea deve estar abaixo de 1,0
m a partir do fundo
da camada de solo argiloso (AEUB, 2001).
Na Inglaterra, o armazenamento de leos regularizado pelo Control
of
Pollution (Oil Storage) Regulations 2001. Esta regulamentao no
especifica o
material com o qual a conteno secundria deve ser construda,
apenas ressalva que
sua base e paredes devem ser impermeveis gua e ao leo.
Recomenda-se um
coeficiente de permeabilidade da ordem de 10-9 m/s (ou 10-7
cm/s) referenciado gua
(DEFRA, 2001).
2.2. Alternativas de impermeabilizao e suas limitaes
Diques e bacias de conteno so estruturas normalmente utilizadas
em reas
com grande potencial para derramamentos ou vazamentos de
produtos qumicos. Alm
do solo argiloso compactado, os principais materiais empregados
na impermeabilizao
dessas estruturas so: concreto, geomembranas sintticas, asfalto
e combinaes destes
materiais, por exemplo, argila e geomembranas. A seguir so
apresentadas as principais
caractersticas e limitaes do emprego desses materiais.
2.2.1. Revestimentos de Concreto
O concreto um material que pode oferecer uma grande rea
impermevel, no
entanto, seu custo de implantao geralmente muito elevado. Alm
disso, a mistura de
cimento Portland, gua e agregados minerais, permevel a lquidos e
est susceptvel a
intemperismos qumicos a partir do contato com certos produtos,
como os solventes,
compostos orgnicos e cidos. O Guia para Gerenciamento de
Sistemas de Conteno
Secundria para Resduos Perigosos do Departamento de Ecologia do
Estado de
Washington EUA (WSDE, 1995) apresenta algumas limitaes sobre o
uso do
concreto. Por exemplo, substncias cidas reagem com os
componentes do Portland,
gerando compostos solveis de clcio, facilmente retirados pela ao
de chuvas. O
cimento apresenta restries a compostos como xilenos, perxido de
hidrognio e
cidos como cido ntrico. De maneira semelhante, substncias
alcalinas reagem com a
areia, aumentando ainda mais a permeabilidade do concreto e
conseqente transporte de
contaminantes para o solo e guas subterrneas. Esses
intemperismos podem ser
-
13
identificados atravs de inspeo visual, podendo ser
diagnosticadas a presena de
lascas e a corroso do concreto.
Tambm, relevante indicar que os reforos de ao do concreto armado
podem
sofrer oxidao, dependendo do produto em contato, principalmente
se as ferragens no
so recobertas adequadamente. Com isto, alm de ter sua resistncia
mecnica
diminuda, seu volume aumentado pela ferrugem, causando fissuras
estrutura de
concreto. As possveis trincas nas estruturas de concreto e
juntas de dilatao devem ser
preenchidas com materiais de vedao compatveis aos produtos
armazenados nos
tanques e ao meio ambiente onde so empregados. Resinas Epxi so
comumente
utilizadas. Quando propriamente aplicadas, oferecem boa
durabilidade e resistncia a
substncias cidas, custicas e solventes. Outra desvantagem do uso
de concreto para
impermeabilizao de bacias de conteno grande rea
impermeabilizada, acumulando
guas das chuvas, sobrecarregando os sistemas de drenagem.
2.2.2. Geomembranas
O emprego de geomembranas, mantas plsticas para revestimento do
solo,
outra opo freqentemente utilizada na impermeabilizao. No
entanto, para o caso de
armazenagem de compostos orgnicos, como petrleo e derivados,
verifica-se
incompatibilidade qumica em relao maioria dos polmeros
utilizados na produo
de geomembranas. A NFESC (1998) recomenda que sejam observadas
alguns
procedimentos em relao compatibilidade dos materiais de
impermeabilizao com
os produtos armazenados. Borrachas cloradas e cloreto de
polivinila (PVC) so
comprovadamente reativos em relao aos hidrocarbonetos (WSDE,
1995). O
polietileno de baixa densidade mostra-se incompatvel com
produtos como gasolina,
querosene, etilbenzeno, naftaleno, fenol e tolueno. Outra
variedade de material aplicada
fabricao de geomembranas o polietileno de alta densidade. Este
material
utilizado mundialmente em bacias de conteno, pois possui inrcia
qumica maioria
dos hidrocarbonetos, segundo fabricantes. Entretanto, existem
restries em relao s
juntas de termofuso que unem as mantas produzidas em tamanho
limitado. As
geomembranas sintticas podem apresentar falhas da ordem de 30
cm/ha. King et al.
(1997) avaliou que falhas de impermeabilizao da ordem de 15
cm2/ha podem ser
consideradas equivalentes a valores de coeficiente de
permeabilidade igual a 10-5 cm/s.
As fotos A, B, C e D da Figura 2.1 ilustram algumas limitaes
sobre o uso das
geomembranas sintticas e dos revestimentos de concreto.
-
14
FIGURA 2.1 Possveis falhas na impermeabilizao em sistemas de
conteno: A) Aplicao
inadequada da geomembrana, com exposio aos raios solares,
podendo resultar em rpida depreciao pela ao do tempo; B e C) Pontos
em que as geomembranas no podem conter possveis vazamentos, como em
juntas, conexes e estruturas cravadas no solo; D) Fissuras e juntas
de dilatao que podem ser pontos vulnerveis na impermeabilizao com
concreto.
2.2.3. Outras alternativas de impermeabilizao
Existem vrias alternativas para a melhoria da eficincia da
impermeabilizao
de bacias de conteno recobertas por solos naturais, geomembranas
ou reas
concretadas. As tcnicas mais utilizadas so:
Colmatao atravs de biofilme: o crescimento biolgico estimulado
em
reas de conteno de forma que um filme biolgico gelatinoso
seja
desenvolvido, colmatando o solo e reduzindo a
permeabilidade;
Colmatao qumica: o processo de reduo da permeabilidade atravs
da
adio de compostos qumicos como ferro, clcio e magnsio que causam
a
colmatao da superfcie do solo. Outro exemplo de agente
colmatante dos
solos, bastante estudado pelas cincias agrrias, o sdio. A
infiltrao da
gua de chuva em solos salino-sdicos, por exemplo, lixvia os sais
solveis e
provoca a disperso, promovendo reduo na permeabilidade (MCNEAL
e
COLEMAN, 1966; MINHAS e SHARMA, 1986, apud FREIRE, 2003).
-
15
Adio de bentonita: a adio de bentonita ao solo auxilia na reduo
da
permeabilidade de compostos polares como a gua, no entanto, o
mesmo no
acontece quando os lquidos a serem contidos forem compostos
orgnicos
(apolares);
Solo com cimento: uma mistura de solo com cimento Portland e
gua,
compactados a uma alta densidade, de forma que a camada
superficial seja
impermevel. Nessa tcnica, o emprego de solos arenosos prefervel
para a
economia de cimento e aumento da durabilidade.
2.3. Principais causas de derramamentos e vazamentos em tanques
verticais de armazenamento e medidas preventivas
Dentro da logstica de abastecimento e de distribuio de petrleo e
derivados,
os terminais e bases so unidades com a funo de recebimento,
armazenamento e
distribuio destes produtos. Inerente atividade desenvolvida nos
terminais e bases
esto os eventuais acidentes que podem resultar na liberao de
compostos do petrleo
para o meio ambiente. Mesmo com a existncia de uma
infra-estrutura dotada de
sistemas de controle e gerenciamento de riscos, a possibilidade
de catstrofes no
totalmente inexistente, muito embora exista pouco histrico de
colapso de tanques de
armazenamento ou catstrofes em terminais de armazenamento. Os
tanques de
armazenamento de petrleo e derivados dos terminais so estruturas
metlicas
cilndricas verticais, instaladas na superfcie do solo, e
cercadas por diques de terra
compactada que formam uma bacia para conteno de eventuais
derramamentos
(Figura 2.2).
-
16
FIGURA 2.2 Parque de armazenamento de combustveis em que so
identificados os tanques
de armazenamento, os sistemas de conteno primrios e os
secundrios (bacias de conteno delimitadas pelos diques).
Devido ao grande volume de material armazenado, as reas de
estocagem de
combustveis so definidas como potencialmente perigosas em relao
ocorrncia de
derramamentos. Os problemas mais comuns que podem contribuir
para essas
ocorrncias incluem extravasamentos, rupturas de dutos,
vazamentos em registros e
vlvulas, rupturas por corroso, e outros. Dentre os problemas
menos comuns esto os
cenrios catastrficos, como problemas geolgicos ou incndios que
venham a colapsar
o tanque, resultando na liberao de grandes quantidades do
produto armazenado,
podendo resultar na inundao das bacias de conteno. A seguir so
apresentados os
principais eventos acidentais que podem resultar no derramamento
de combustveis nas
bacias de conteno (LIEB, 2001):
1) Vazamentos devido corroso: O risco deste tipo de vazamento
praticamente
nulo quando o tanque novo, mas aumenta com o avano da idade do
tanque. O
vazamento por corroso , geralmente, caracterizado por ser lento
e por pequenas
quantidades do total da carga armazenada quando detectado
rapidamente. Entretanto,
grandes quantidades podem ocorrer quando o vazamento no
rapidamente detectado,
como no caso de corroso das placas de fundo dos tanques que no
ficam visveis e no
so equipadas com dispositivos ou sistemas de deteco de
vazamentos.
-
17
2) Vazamentos ou derramamentos devido operao: O risco deste tipo
de
derrame ou vazamento geralmente no depende da idade do tanque,
embora as
conseqncias possam ser mais severas se o tanque estiver em
condies precrias.
Exemplos incluem eventos tais como transbordamento, vazamentos
nas conexes entre
tubos, vlvulas ou bombas, e vazamentos durante a transferncia de
produto devido a
falhas do operador ou do equipamento. A quantidade de produto
liberada ou derramada
pode variar conforme a natureza do vazamento ou derrame.
3) Vazamentos ou derramamentos devido a falhas no tanque: Este
tipo de
vazamento ou derramamento depende, principalmente, da qualidade
do projeto e
construo do tanque. Fraturas em tanques dispostos em regies de
clima frio
aconteceram quando os materiais de construo no tiveram dureza e
ductilidade
adequadas. Embora raras, quando estas fraturas ocorrem, os
resultados so, geralmente,
a falncia do tanque, derramamento total do produto estocado, alm
de extensos danos
propriedade e ao meio ambiente. Abalos ssmicos tambm podem
causar rupturas nos
tanques e/ou sistemas de tubulaes associados, resultando num
significante ou total
vazamento do produto do tanque.
4) Manuteno imprpria ou falta de manuteno: A carncia de manuteno
ou
sua realizao de forma inadequada pode levar a vazamentos
resultantes da no
deteco de corroso ou outros danos.
5) Sabotagem ou vandalismo: Alguns vazamentos podem resultar de
ataques
intencionais aos tanques de armazenamento de combustveis. Os
riscos de ocorrncia
destes eventos so normalmente mitigados pelo aumento das medidas
de segurana em
lugar de providncias com relao aos padres de projeto e construo
dos tanques.
6) Sistemas de tubulaes mal projetados e/ou mantidos: Vazamentos
a partir de
componentes do sistema de tubulaes so as maiores fontes de
liberao de produtos
em comparao s demais categorias.
7) Incndio e exploso: Incndios e exploses so freqentemente
atribuveis a
projetos e/ou operao imprprios. Apesar de estes eventos serem
considerados mais
como um resultado de derramamentos ou vazamentos do que uma
causa deles, um
incndio ou exploso provavelmente resultar em derramamento
adicional do contedo
do tanque afetado ou propagar aos tanques adjacentes.
A Agncia de Proteo Ambiental dos Estados Unidos faz algumas
recomendaes preventivas a derramamentos e vazamentos em
terminais de
-
18
armazenamento em seu Guia para Inspetores Regionais (USEPA,
2005). A seguir so
apresentadas algumas aes indicadas no documento.
1) Preveno geral a vazamentos: O programa de manuteno deve
garantir que
todos os equipamentos estejam projetados e em condies para
prevenir descargas de
produtos. Alm disso, deve haver sinalizao adequada para prevenir
danos mecnicos
aos dutos sobre-superficiais. O programa de manuteno deve
garantir operao
apropriada dos equipamentos de segurana tais como sensores de
baixa presso e
vlvulas para mitigar a continuidade de vazamentos decorrentes da
ruptura de dutos.
2) Proteo corroso: Corroso interna deve ser prevenida por meio
do uso de
materiais compatveis ao armazenamento (PVC, fibra de vidro,
revestimentos) ou pela
adio de inibidores de corroso. Da mesma maneira, deve-se
prevenir o desgaste
externo dos dutos. Sugere-se ainda a proteo catdica como
alternativa corroso
externa. A USEPA recomenda que se consulte um profissional em
corroses para a
avaliao quanto a adequao da tcnica de proteo catdica e sistemas
de preveno a
corroso em terminais de armazenamento. Em alguns casos, esta
tcnica pode acelerar
processos corrosivos em equipamentos desprotegidos. Onde a
proteo catdica no se
adequar por motivos especficos do local, configurao do terminal
ou outras limitaes
tcnicas, devem ser adotados mtodos alternativos, como a utilizao
de dupla parede
nas tubulaes e sistemas de deteco de vazamentos. A USEPA indica
que a proteo
catdica previne contra vazamentos, enquanto o mtodo alternativo
detecta e contem os
pequenos vazamentos antes que a situao se agrave.
3) Vistoria Peridica: A verificao visual dos equipamentos deve
ser includa no
plano de manuteno para que ocorra a rpida deteco de vazamentos e
ativao do
plano de contingncia do terminal de armazenamento. A vistoria
deve abranger dutos,
emendas, vlvulas, tanques, bacias de conteno primria e outros
elementos funcionais
do terminal. Deve-se atentar a processos corrosivos, vazamentos,
mau funcionamento
de mquinas e outros problemas que possam causar derrames de
produtos. A freqncia
das inspees pode variar de acordo com seus objetivos, presena de
bacias de
conteno secundrias e capacidade de conteno necessria para
garantir o tempo de
aplicao do plano de contingncia. Pode-se incluir s vistorias, a
aplicao de tcnicas
no destrutivas de avaliao dos equipamentos como teste de
ultra-som para
determinao de espessura de parede ou teste hidrosttico a presses
acima das presses
normais de operao.
-
19
2.4. Permeabilidade de compostos orgnicos em solos argilosos
Os solos so formados de partculas resultantes do intemperismo de
rochas,
atravs dos fenmenos de decomposio qumica ou desintegrao
mecnica.
Dependendo do tipo de agente formador, o solo pode apresentar
partculas com variados
tamanhos. De acordo com a escala granulomtrica brasileira
(ABNT), as partculas dos
solos podem ser classificadas segundo as dimenses como:
pedregulhos (dimetros das
partculas compreendidas entre 76 e 4,8 mm), areias (entre 4,8 e
0,05 mm), siltes (entre
0,05 e 0,005 mm) e/ou argilas entre (inferiores a 0,005 mm). Em
relao natureza das
partculas dos solos, as fraes grossas so constitudas
predominantemente de gros
silicosos, enquanto que as fraes argilosas so constitudas de
pequenssimos minerais
cristalinos, chamados de argilominerais (CAPUTO, 1988).
Os argilominerais distinguem-se, principalmente, nas seguintes
formas: os
silicatos cristalinos com reticulado em camadas, ou forma
lamelar; tambm chamados
de filossilicatos; e os silicatos com reticulado de estrutura
fibrosa (SANTOS, 1975). Os
filossilicatos so os argilominerais encontrados com maior
freqncia na natureza.
Segundo Krauskopf (1972), os filossilicatos so formados por
lminas constitudas por
hidroxilas, tomos de alumnio e tomos de magnsio arranjados na
forma de octaedros,
e de tomos de oxignio e tomos de silcio arranjados na forma de
tetraedros. As
associaes entre essas lminas formam os seguintes subgrupos:
caulinita; esmectita
(montmorilonita); vermiculita; mica hidratada (hidrmica);
clorita; e interestratificadas
(argilominerais de camadas mistas).
De acordo com o arranjo dessas lminas, os argilominerais so
divididos em dois
grandes grupos: bilaminares e trilaminares. Os argilominerais
bilaminares apresentam
camadas constitudas de uma lmina tetradrica e uma lmina
octadrica, sendo a
caulinita um exemplo tpico deste tipo de argila. Os
argilominerais trilaminares
apresentam camadas formadas por uma lmina octadrica entre duas
lminas
tetradricas, entre os quais se destacam as esmectitas e as
ilitas. Os minerais bilaminares
do grupo da caulinita tm menor capacidade de adsorver ons e gua,
ao passo que os
trilaminares, do grupo das montmorilonitas, cujas camadas so
mais facilmente
separveis, apresentam maior capacidade de adsorver um maior
volume de ons e gua.
Conseqentemente, os argilominerais trilaminares, como esmectita,
so muito mais
expansivos do que os bilaminares, como a caulinita (KRAUSKOPF,
1972).
Apesar de a ilita ter um arranjo trilaminar, importante
ressaltar que a mesma
no ter um grau de expansividade to expressivo, quando comparado
com a esmectita
-
20
(MOORE e REYNOLDS, 1997). A superfcie especfica do argilomineral
esmectita
muito grande (entre 500 800 m2/g). J a superfcie especfica da
ilita (entre 60 120
m2/g) bem menor que da esmectita, e um pouco maior que da
caulinita (entre 20 40
m2/g) (GHILDYAL e TRIPATHI, 1987). A superfcie especfica
favorece uma
interatividade entre o mineral e o lquido, afetando as
propriedades como densidade de
cargas superficiais, soro e troca catinica, expansividade e
reteno de gua
(VARGAS, 1981). Com isso, a ilita ter a expansividade um pouco
maior do que a
caulinita, porm desprezvel quando comparada com a esmectita.
O grau de expansividade dos argilominerais em contato com a gua
deve-se
principalmente caracterstica polar deste lquido, ou seja, ao
alto valor da constante
dieltrica, favorecendo a sua soro no espao interplanar basal dos
argilominerais.
Outros lquidos podem tambm ser sorvidos pelas argilas, variando
em quantidade em
funo do grau de polaridade dos mesmos, porm apresentando
comportamentos
distintos (KRAUSKOPF, 1972).
A propriedade do solo de permitir o escoamento de lquidos atravs
dos poros
chamada de coeficiente de permeabilidade. A determinao do
coeficiente de
permeabilidade de um solo feita baseada na Lei de Darcy (CAPUTO,
1988). O
coeficiente de permeabilidade depende tanto da porosidade do
meio e do tamanho,
distribuio e forma das partculas, quanto das propriedades do
fluido que o atravessa, e
uma propriedade determinada facilmente em ensaios de laboratrio
atravs de
permementros, ou em ensaios de campo. Uma vez conhecido o
coeficiente de
permeabilidade e as propriedades do fludo no qual foi
determinado, empregando-se a
Equao de Nutting (1930), Equao 2.1, possvel calcular a
permeabilidade
intrnseca do solo. A permeabilidade intrnseca tambm uma
propriedade que mede a
capacidade de um meio poroso de transmitir um fluido, porm uma
propriedade
inerente a matriz porosa e independente das propriedades dos
fluidos (NUTTING, 1930;
BEAR, 1972; LOHMAN, 1977; FREEZE e CHERRY, 1979; TODD, 1980;
KAVIANY, 1995). No Brasil e na Europa o coeficiente de
permeabilidade,
condutividade hidrulica e permeabilidade so utilizados como
sinnimos. No entanto,
a literatura americana emprega o termo hydraulic conductivity
para representar a
constante de proporcionalidade da Lei de Darcy, e o termo
permeability ou intrinsic
permeability para definir a permeabilidade intrnseca.
gkK = Equao (2.1)
-
21
onde K: coeficiente de permeabilidade (L/T); k: permeabilidade
intrnseca (L2);
: viscosidade dinmica (M/L.T); g: acelerao da gravidade (L/T2),
e : densidade
(M/L3). A relao tambm descrita na literatura como mobilidade do
lquido.
Mcwhorter e Sunada (1977) utilizam uma metodologia de normalizao
para se
obter o coeficiente de permeabilidade de um determinado leo
(Ko), conhecendo-se a
densidade e a viscosidade do leo (o e o) e da gua (A e A) e
utilizando-se a Equao
2.2. Para isto, basta igualar-se a permeabilidade intrnseca do
solo obtida com a gua,
quela obtida com o leo, utilizando a Equao 2.1, j que a
permeabilidade intrnseca
supe-se independer do lquido. Disso resulta:
=
A
o
o
AAo KK
Equao (2.2)
Devido s propriedades dos argilominerais, descritas acima, os
solos argilosos
geralmente apresentam baixos valores de coeficiente de
permeabilidade percolados
gua (CAPUTO, 1988). Com isso, os solos argilosos tm sido
amplamente utilizados
como materiais de impermeabilizao para conteno de lquidos
orgnicos e
inorgnicos em vrios empreendimentos, considerando a eficincia
comprovada na
reteno da gua. No entanto, pesquisadores como Mesri e Olson
(1971), Gilligan e
Clemence (1984), Brown e Thomas (1984), Fernandez e Quigley
(1985), Anderson et
al. (1985), Uppot e Stephenson (1989), Oliveira (2001) e
Melegari (2005) tm
verificado que solos argilosos permeados por lquidos orgnicos
podem resultar numa
permeabilidade maior, quando comparados com os mesmos solos
saturados e
permeados pela gua.
Brown e Thomas (1984) compararam valores de coeficiente de
permeabilidade
de argilas, percoladas com derivados de petrleo, com valores
calculados utilizando-se a
formulao matemtica de Nutting (1930) (Equao 2.1), no qual a
permeabilidade
intrnseca foi medida tendo a gua como o lquido de referncia. Foi
constatado que os
coeficientes de permeabilidade apresentaram valores
experimentais diferentes em at
quatro ordens de grandeza dos valores calculados, verificando a
limitao da equao de
Nutting (1930) para solos argilosos.
Oliveira (2001) concluiu no seu estudo que o coeficiente de
permeabilidade de
solos argilosos fortemente influenciado pelas propriedades
fsico-qumicas dos
lquidos percolados e pelas caractersticas dos argilominerais do
meio. Nesse estudo
tambm foi verificado que a equao de Nutting (1930), vlida com
grande preciso
-
22
para solos granulares, torna-se incompleta para quantificar a
mesma propriedade nos
solos argilosos, quando se adota lquidos de diferentes
polaridades como referncia,
devido ao fenmeno de expansividade dos argilominerais.
Melegari (2005) realizou estudos de permeabilidade nos solos das
bacias de
conteno do Terminal de Armazenamento de Cubato - SP. O estudo
concluiu que em
27% das amostras analisadas, a permeabilidade para os
combustveis foi maior que para
a gua. Isso representa que, em caso de eventuais derramamentos,
os produtos podero
migrar mais rapidamente que a gua. Com esses resultados, a
pesquisadora ponderou
que a eficincia das bacias de conteno no deve ser baseada
exclusivamente em
critrios de permeabilidade em relao gua, mas sim considerar as
caractersticas dos
produtos armazenados, o coeficiente de permeabilidade do
material utilizado na
impermeabilizao em relao ao produto armazenado, a profundidade
do lenol
fretico, as distncias das bacias de conteno dos pontos de
exposio.
Fernandez e Quigley (1985) indicaram que os coeficientes de
permeabilidade de
lquidos orgnicos em solos naturais argilosos da regio de Sarnia,
Ontrio - Canad,
foram aproximadamente cinco ordens de grandeza (105) maiores do
que os valores dos
coeficientes de permeabilidade medidos com a gua. Os
pesquisadores encontraram
uma boa correlao entre os valores do coeficiente de
permeabilidade e a polaridade dos
lquidos, atravs do inverso da constante dieltrica dos lquidos
investigados. Mesri e
Olson (1971) tambm verificaram relao inversa entre a
permeabilidade e a polaridade
dos lquidos permeados em testes de consolidao. Segundo Kinsky et
al. (1971),
quanto menor a constante dieltrica do lquido menor ser a
espessura da dupla camada
nas superfcies dos minerais do solo argiloso e maior ser a
permeabilidade do meio.
Anderson et al. (1982), e Brown e Anderson (1983) avaliaram as
alteraes da
permeabilidade e estrutura de solos argilosos nativos percolados
por lquidos orgnicos.
Os solos percolados por lquidos orgnicos apresentaram alteraes
fsicas na estrutura
e as permeabilidades medidas nos mesmos foram de 2 a 3 ordens de
magnitude maiores
que aqueles valores medidos com a gua. Budhu et al. (1991) tambm
verificou que as
interaes dos lquidos orgnicos com os argilominerais do solo
podem causar
alteraes na estrutura do mesmo, de forma a aumentar a
permeabilidade dos solos.
Gilligan e Clemence (1984) sugeriram que a percolao de lquidos
orgnicos em solos
argilosos causa a formao de tactoides ou agregados com estrutura
planar que se
formam atravs do processo de condensao de placas. A formao dos
tactoides cria
uma estrutura mais granular que facilita a passagem dos
lquidos.
-
23
Essas pesquisas indicam que a estrutura do meio poroso de um
solo constitudo
de argilominerais alterada ao ser percolado por lquidos de
diferentes polaridades
devido ao fenmeno de expansividade dos argilominerais ou de
formao dos tactoides.
Como a permeabilidade intrnseca uma propriedade especfica do
meio poroso, esta
propriedade alterada. Por isso, quando se trata de solos
contendo argilominerais, existe
forte limitao em aplicar-se a definio de Nutting (1930) para se
calcular o coeficiente
de permeabilidade saturada do meio, considerando-se que a
permeabilidade intrnseca
independe do lquido percolado. Na tentativa de modelar
matematicamente essas
alteraes da permeabilidade intrnseca medidas para os lquidos
orgnicos e para a
gua, Budhu et al (1991) utilizaram dados experimentais obtidos
em testes de
consolidao e propuseram uma equao emprica relacionando a razo
das
permeabilidades intrnsecas (kp/kw), onde p representa o produto
e w representa a gua, e
a razo das constantes dieltricas (p/w), dada por:
)1(w
p
ekk
w
p
= Equao (2.3)
O parmetro uma constante que depende do tipo de solo e do
histrico do
estresse aplicado sobre o mesmo. Atravs de dados experimentais,
Budhu et al. (1991)
definiram o valor de igual a 8 para os dados da argila, e
Fernandez e Quigley (1985)
igual a 4,5. Esses pesquisadores no conseguiram definir quais
propriedades do solo que
determina o valor de , ponderando a necessidade de desenvolver
mais pesquisas para
entender melhor este parmetro. Com relao influncia da constante
dieltrica,
embora Budhu et al. (1991) tenham sugerido que este seja um dos
parmetros
responsveis pelo aumento na permeabilidade dos fluidos orgnicos
em solos argilosos,
concluram que este parmetro pode no ser o nico fator responsvel
por esse
comportamento. A fim de exemplificar a utilizao da Equao 2.3, a
Tabela 2.3
apresenta alguns clculos da relao entre a permeabilidade
intrnseca de alguns
produtos com a gua. Foram utilizados os valores de propriedades
dos lquidos descritas
na Tabela 2.3 e valor de = 8,0 citado no estudo de Budhu et al.
(1991).
-
24
TABELA 2.3 Densidade (), viscosidade dinmica (), constante
dieltrica do produto (p) e da gua (w), e a razo obtida entre
permeabilidade intrnseca para o produto e a gua pela equao de Budhu
et al (1991).
Lquidos (g/cm3) (1) (cP) (1) / p (1) w kp / kw
gua 0,995 0,81 1,229 80,08 80,08 8,0 1
Etanol 0,806 1,24 0,650 39,08 80,08 8,0 6,22E+01
Gasolina com etanol 0,743 0,54 1,376 9,06 80,08 8,0 1,22E+03
Gasolina Pura 0,731 0,40 1,828 2,07 80,08 8,0 2,43E+03
leo Diesel 0,832 3,75 0,222 2,13 80,08 8,0 2,41E+03
Tetracloreto de Carbono 1,582 0,85 1,862 2,2 80,08 8,0
2,40E+03
NOTA: (1) Oliveira (2001).
Os valores de razo das permeabilidades intrnsecas (kp/kw)
descritas na Tabela
2.3 apresentam diferena de ordens de grandeza semelhante s
citadas pelos
pesquisadores Fernandez e Quigley (1985), Anderson et al.
(1982), e Brown e Anderson
(1983). O etanol teve diferena de uma ordem de grandeza na
permeabilidade intrnseca
do produto e gua, ou seja, a permeabilidade ao etanol 10 vezes
maior do que para a
gua, no mesmo meio. Para os outros produtos orgnicos, que
apresentam constante
dieltrica mais baixa, essa diferena variou at trs ordens de
grandeza. Esse modelo
refora que solos argilosos naturais utilizados na
impermeabilizao em sistemas de
conteno de lquidos orgnicos, dependendo das propriedades do
lquido percolado,
podem apresentar diferentes velocidades de migrao dos lquidos
orgnicos atravs do
solo em casos de derramamentos.
2.5. Transporte de hidrocarbonetos de petrleo na zona no
saturada do solo
A distribuio de hidrocarbonetos de petrleo na subsuperfcie,
provenientes de
derramamentos de tanques de armazenamento, pode ser representada
atravs do modelo
conceitual ilustrado na Figura 2.3. O modelo representa um caso
de vazamento de um
tanque subterrneo de armazenamento de combustvel. Em um
vazamento ou
derramamento na subsuperfcie, uma pequena frao do combustvel se
transfere para a
fase de vapor, caso o composto seja voltil, e o restando se
acumula e se infiltra no solo
atravs dos poros da zona vadosa, podendo atingir as guas
subterrneas. Os
hidrocarbonetos de petrleo, compostos imiscveis e de densidade
menor que gua,
em contato com a gua subterrnea formam uma fase denominada
LNAPL, ou seja,
Lquido Leve de Fase No Aquosa (ou, em ingls, Light
Nonaqueous-Phase Liquid).
-
25
Nesse caso, a infiltrao vertical do LNAPL interrompida e o LNAPL
se espalhar
lateralmente formando uma poa flutuante sob o lenol fretico, na
regio da franja
capilar (VOUDRIAS et al., 1994). O contato do LNAPL com o fluxo
da gua
subterrnea e a precipitao atmosfrica ocasiona a dissoluo dos
compostos solveis,
formando uma pluma de contaminantes dissolvidos na gua
subterrnea (NEWELL et
al., 1995).
FIGURA 2.3 Modelo conceitual da distribuio de hidrocarbonetos de
petrleo na
subsuperfcie. FONTE: Adaptado de API (2001)
Entender o potencial do movimento e persistncia do LNAPL no
ambiente so
fatores decisivos para a caracterizao e anlise de locais
impactados com LNAPL. O
LNAPL tambm conhecido como fase livre ou produto puro, e na
subsuperfcie pode
ocorrer como LNAPL residual ou LNAPL mvel. O LNAPL retido nos
espaos
intersticiais do solo pelas foras interfaciais e/ou capilares
chamado de LNAPL
residual. O LNAPL mvel ocorre quando existe uma fase contnua de
LNAPL entre os
poros da matriz do solo, e o grau de saturao de LNAPL excede
capacidade de
reteno residual do solo. Este volume de LNAPL mvel pode migrar
verticalmente ou
lateralmente (API, 2004). A migrao, distribuio e persistncia do
LNAPL na
subsuperfcie so governadas por fatores como volume e rea
derramada, taxa de
liberao dos contaminantes, litologia local, permeabilidade do
solo, porosidade,
-
26
umidade, presso capilar, presso do fludo acima e abaixo do nvel
dgua, e flutuaes
do nvel dgua no aqfero. Na zona no saturada do solo o movimento
do LNAPL
controlado, inicialmente, pela densidade e viscosidade do
contaminante que se move
verticalmente em direo ao nvel fretico sob fora da gravidade e
capilar (API, 2001).
A partir da superfcie do solo o LNAPL migra pela zona no
saturada do solo,
percorrendo caminhos preferenciais, preenchendo fraturas e os
espaos intersticiais
menores. O LNAPL residual gerado pode ficar retido nos poros do
solo por longos
perodos, da ordem de dcadas ou sculos. Desta forma, as massas
residuais podem se
tornar fontes de contaminao da gua subterrnea por longos perodos
via infiltrao
por lixiviao (POWERS et al., 1991).
Devido s diversas fases de interesse, como solo, gua e ar, a
modelagem do
fluxo de lquidos na zona no saturada do solo mais complexa do
que na zona
saturada. O fluxo unidimensional da gua na zona saturada pode
ser descrita pela Lei de
Darcy, conforme Equao 2.4 (CAPUTO, 1988):
dhdH
nKv
ei = Equao (2.4)
onde vi a velocidade intersticial do lquido atravs dos poros do
solo, K o coeficiente
de permeabilidade, dH/dh o gradiente hidrulico, e ne a
porosidade efetiva do solo.
J a modelagem do fluxo unidimensional da gua na zona no saturada
pode ser descrita
pela Equao de Richards, conforme Equao 2.5.
= 1
hHK
ht Equao (2.5)
onde o grau de saturao do solo; t o tempo; H o potencial causado
pela coluna
do lquido; K o coeficiente de permeabilidade; e h a profundidade
em relao
superfcie do solo (LEIJ et al, 2007). A Lei de Darcy tambm pode
ser estendida para
fluxo no saturado, no entanto, o coeficiente de permeabilidade
(K( )) passa a ser
funo do grau de saturao do solo e a carga hidrulica acrescida do
poder motor da
tenso capilar de suco, conforme Equao 2.6:
hH
nKv
ei
+=
)()( ' Equao (2.6)
onde vi a velocidade intersticial, K( ) o coeficiente de
permeabilidade para um solo
com grau de saturao , h a espessura do solo filtrante, H o
potencial causado pela
-
27
coluna do lquido, o potencial causado pela tenso capilar de
suco, e ne a
porosidade efetiva do solo (BEDIENT, 1994).
O fenmeno de infiltrao de um fluido na zona no saturada tambm
foi
bastante estudado por Philip (1957). Philip (1957) deduziu
matematicamente uma
equao para modelar a descida vertical de um fluido na zona no
saturada, nas
condies de contorno representadas por carga constante ou varivel
na superfcie do
solo, vlida para todos os solos. Esta equao dada por:
tAtStI += 21
)( Equao (2.7)
onde I(t) a infiltrao acumulada do fludo no solo no tempo t, S a
absortividade do
solo, representada por += )(2 'HKS , A o fator de
transmissividade,
representado por KA 32= , K o coeficiente de permeabilidade, H o
potencial
causado pela coluna do lquido, o potencial causado pela tenso
capilar de suco, e
a diferena entre o grau de saturao de campo e inicial do
solo.
As equaes de fluxo no saturado descritas acima consideram
somente a
percolao de uma fase lquida atravs do solo. No entanto, a
modelagem da migrao
do LNAPL no solo deve levar em conta a interao de mais uma fase
lquida de
interesse, ou seja, entre as fases solo, gua, ar e LNAPL,
tornando a modelagem do
transporte do LNAPL na zona no saturada mais complexa do que da
gua. Segundo a
API (2001) e API (2003), a Lei de Darcy pode ser adaptada para
sistemas multifsico
(solo, gua, ar e LNAPL), representada pela equao:
h
HK
nSk
hHgk
nSkv ff
f
rf
f
f
f
ri ==