CENTRO UNIVERSITÁRIO DINÂMICA DAS CATARATAS
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
Missão: “Formar Profissionais capacitados, socialmente responsáveis e aptos a
promoverem as transformações futuras”
UTILIZAÇÃO DE BARREIRA REATIVA COMO FORMA DE
PREVENÇÃO NA INTERCEPTAÇÃO DE PLUMA
CONTAMINANTE
EVERTON LUAN ANGELO MARTINS
FOZ DO IGUAÇU - PR
2018
EVERTON LUAN ANGELO MARTINS
UTILIZAÇÃO DE BARREIRA REATIVA COMO FORMA DE
PREVENÇÃO NA INTERCEPTAÇÃO DE PLUMA
CONTAMINANTE
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à banca examinadora como requisito parcial para a obtenção do grau de Bacharel em Engenharia Civil do Centro Universitário Dinâmica das Cataratas – UDC, sob a orientação da Prof.: Dra. Edneia Santos de Oliveira Lourenço.
FOZ DO IGUAÇU – PR 2018
TERMO DE APROVAÇÃO
CENTRO UNIVERSITÁRIO DINÂMICA DAS CATARATAS
UTILIZAÇÃO DE BARREIRA REATIVA COMO FORMA DE
PREVENÇÃO NA INTERCEPTAÇÃO DE PLUMA CONTAMINANTE
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO PARA OBTENÇÃO DO
GRAU DE BACHAREL EM ENGENHARIA CIVIL
Acadêmico (a): Everton Luan Angelo Martins
Orientador (a): Dra. Edneia Santos de Oliveira Lourenço
Nota Final
Banca Examinadora:
Prof.: Esp. Eduardo Damin
Prof.: MSc. Roque Rodrigo Rodrigues
Dedico este trabalho a minha família por todos os momentos que passamos juntos.
AGRADECIMENTOS
Primeiramente agradeço a Deus, pela família e amigos que fizeram e fazem parte dessa trajetória, de alguma forma todos contribuíram para esse objetivo. Tempos difíceis passaram e mesmo com tantos problemas não fraquejei. Oportunidades foram perdidas, mas novas virão, e graças a todos esses problemas me tornei o homem que sou hoje. A vida pode me derrubar, mas com certeza voltarei mais forte e com mais cede de vencer.
Agradeço aos professores que passaram pelo corpo docente da UDC e aos que ainda fazem parte dela. Muitas vezes nos queixamos do quanto são difíceis os conteúdos e os trabalhos, mas eles veem em nós nosso potencial, e que somos a nova geração que irá passar todo aprendizado à frente.
Obrigado pela parceria, pela amizade e principalmente pela rigidez de nos cobrar sempre, buscando nosso melhor. Não sabia do meu verdadeiro potencial até me confrontar com suas disciplinas, que por consequência muitas madrugadas passaram a fazer parte do estudo.
Agradeço a minha orientadora Edneia Lourenço, pela amizade e pelo aprendizado, principalmente no trabalho final do curso.
Aos colegas de classe só tenho a agradecer, que mesmo no meio de tanto estudo não deixaram as risadas de lado, se fosse para todos irem mal que fossemos com um sorriso estampado no rosto.
“Cada sonho que você deixa para trás, é um pedaço do seu futuro que deixa de existir”
MARTINS, Everton Luan Angelo. Utilização de barreira reativa como forma de prevenção na interceptação de pluma contaminante. 2018. 73 p. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Civil) – Centro Universitário Dinâmica das Cataratas, Foz do Iguaçu – PR, 2018.
RESUMO
A contaminação do solo e da água subterrânea por vazamento de combustível é crescente no Brasil. Existem vários processos para interceptar a pluma contaminante provocado pelo vazamento de gasolina. A Barreira Reativa Permeável (BRP) possui a função de reter os poluentes, gerando um produto final não tóxico. Este processo age como um filtro, sendo capaz de reduzir as concentrações de contaminantes para níveis aceitáveis. O objetivo deste estudo foi analisar a resistência dos materiais utilizados na barreira reativa permeável como meio de prevenção da pluma contaminada decorrente do vazamento de gasolina em postos de combustíveis. Para representar a BRP, foram montados dois aquários exemplificando a execução da barreira em um posto de combustível. Para a representação dos materiais presentes do solo foi utilizado o pedrisco, a areia e o solo, e para os materiais reativos foi utilizado o carvão mineral representando a barreira A e o pó de ferro fundido representando a barreira B. O aquário foi confeccionado com vidro incolor, contendo um furo na base de 3 cm, vedado com uma rolha de borracha resistente a gasolina, para retirada do contaminante após passar pelas barreira. Para representar o tanque subterrâneo, foi feito um tanque de aço, o vazamento foi representado através de um furo na parte inferior do tanque, com aproximadamente 1 mm de diâmetro. Os resultados mostraram o comportamento e a resistência individual dos materiais quando submetidos à carga, juntamente com o conjunto das Barreiras A e B propostos, que as mesmas têm a capacidade de suportar os tanques de combustíveis convencionais. A eficiência das barreiras foi determinada através de coleta do material filtrado nos intervalos de 24, 36, 48, 60, 72 e 84 horas, sendo analisadas visualmente as amostras, constatando que a barreira com melhor eficiência foi a barreira B (pó de ferro fundido), enquanto a barreira A (carvão mineral) foi possível identificar uma pequena eficiência nas primeiras horas.
MARTINS, Everton Luan Angelo. Use of reactive barrier as a form of prevention
in contaminant pen interception. 2018. 73 p. Course Completion Work (Graduation
in Civil Engineering) - Dynamic University Center of the Falls, Foz do Iguaçu - PR, 2018.
ABSTRACT
Contamination of soil and groundwater by fuel leakage is increasing in Brazil. There are several processes for intercepting the contaminating plume caused by gasoline leakage. The Permeable Reactive Barrier (BRP) has the function of retaining pollutants, generating a non-toxic final product. This process acts as a filter, being able to reduce the concentrations of contaminants to acceptable levels. The objective of this study was to analyze the resistance of the materials used in the permeable reactive barrier as a means of preventing the contaminated plume due to gasoline leakage at gas stations. To represent BRP, two aquariums were set up, exemplifying the execution of the barrier in a fuel station. For the representation of the present soil materials was used the hail, the sand and the soil, and for the reactive materials was used the mineral coal representing the barrier A and the powder of cast iron representing the barrier B. The aquarium was made with colorless glass, containing a hole in the base of 3 cm, sealed with a gasoline resistant rubber stopper, to remove the contaminant after passing through the barrier. To represent the underground tank, a steel tank was made, the leak was represented through a hole in the bottom of the tank, approximately 1 mm in diameter. The results showed the individual behavior and strength of the materials when subjected to loading, together with the proposed Barriers A and B, that they have the capacity to support the conventional fuel tanks. The efficiency of the barriers was determined by collecting the filtered material in the intervals of 24, 36, 48, 60, 72 and 84 hours, and the samples were analyzed visually, noting that the barrier with the best efficiency was barrier B (cast iron powder ), while barrier A (coal) was able to identify a small efficiency in the first hours.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 – Crescimento na produção de automóveis e empregos ... 21
Figura 2 – Instalações de um posto de combustível ... 22
Figura 3 – Instalações embaixo da pista de abastecimento ... 23
Figura 4 – Colocação do reservatório na cava ... 24
Figura 5 – Base Reservatório subterrâneo ... 24
Figura 6 – Tanque de gasolina deteriorado ... 25
Figura 7 – Principais agentes de contaminação por combustíveis ... 26
Figura 8 – Principais fontes da contaminação por combustíveis ... 26
Figura 9 – Pluma contaminada interceptada pela barreira reativa permeável ... 30
Figura 10 – Barreira reativa permeável em formato de funil e parede ... 31
Figura 11 – Fluxograma da execução do trabalho ... 34
Figura 12 – Carvão mineral ... 37
Figura 13 – Pó de Ferro Fundido ... 38
Figura 14 – Caracterização da manta geotêxtil ... 39
Figura 15 – Manta geotêxtil ... 39
Figura 16 – Concentração dos ingredientes da gasolina ... 40
Figura 17 – Prensa do Índice de Suporte Califórnia ... 41
Figura 18 – Aquário de vidro com rolha de vedação ... 42
Figura 19 – (a) Barreira com carvão mineral (b) Pó de ferro fundido ... 43
Figura 20 – Espessura das camadas dos materiais ... 43
Figura 21 – (a) Tanque de aço (b) Furo na parte inferior ... 44
Figura 22 – Gasolina Comum Tipo C ... 44
Figura 23 – BRP executada ... 46
Figura 24 – Identificação de cores ... 47
Figura 25 – Dimensões de tanque subterrâneo convencional ... 59
Figura 26 – (a) Amostras coletadas do carvão mineral (b) Amostras coletadas do pó de ferro fundido ... 61
Figura 27 – Comparativo entre amostra padrão (a) carvão mineral (b) pó de ferro fundido ... 62
Figura 28 – Diferença de coloração entre as barreiras e a amostra padrão ... 62
Figura 29 – Diferença de coloração por intervalo de coleta ... 63
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Registro de habitantes ... 19
Tabela 2 – Quantidade de automóveis produzidos no ano ... 20
Tabela 3 – Índice de octanagem da gasolina comercial ... 29
Tabela 4 – Materiais empregados na pesquisa ... 35
Tabela 5 – Caracterização do agregado graúdo ... 36
Tabela 6 – Caracterização do agregado miúdo... 36
Tabela 7 – Caracterização do solo ... 37
Tabela 8 – Caracterização do carvão mineral ... 37
Tabela 9 – Caracterização do pó de ferro fundido ... 38
Tabela 10 – Densidade da gasolina ... 40
Tabela 11 - Caracterização da resistência dos materiais ... 40
Tabela 12 – Quantidade de contaminante para saturar os materiais ... 45
Tabela 13 – Quantidade de contaminante utilizado ... 45
Tabela 14 – Ensaio de granulometria, agregado graúdo ... 48
Tabela 15 – Características do agregado graúdo ... 49
Tabela 16 – Ensaio de granulometria, agregado miúdo ... 50
Tabela 17 – Características do agregado miúdo ... 51
Tabela 18 – Características do solo ... 51
Tabela 19 – Ensaio de Granulometria ... 52
Tabela 20 – Características do carvão mineral ... 53
Tabela 21 – Ensaio de Granulometria ... 53
Tabela 22 – Características do pó de ferro fundido ... 54
Tabela 23 – Procedimento para o ensaio do ISC ... 54
Tabela 24 – Leitura da deformação do anel dinamométrico ... 55
Tabela 25 – Pressão Calculada de cada material ... 56
Tabela 26 – Pressão exercida nas barreiras por centímetro quadrado ... 57
Tabela 27 – Identificação das amostras por intervalo ... 61
LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico 1 – Curva granulométrica, agregado graúdo ... 49 Gráfico 2 – Limites granulométricos, agregado miúdo ... 50 Gráfico 3 – Determinação da umidade ótima e densidade aparente seca máxima ... 51 Gráfico 4 – Limite de liquidez ... 52 Gráfico 5 – Deformação por compressão diametral provocado pelo pistão ... 55 Gráfico 6 – Pressão resistente das barreiras A e B ... 58
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas
ANP – Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Combustíveis BRP – Barreira Reativa Permeável
BTEX – Benzeno, Tolueno, Etilbenzeno e Xileno
CETESB – Companhia Ambiental do Estado de São Paulo cm³ – Centímetro cúbico
CONAMA – Conselho Nacional do Meio Ambiente Ε – Módulo de Elasticidade
g – grama
GEIA – Grupo Executivo da Indústria Automobilística IAD – Índice antidetonante
kgf – Quilograma força
kgf/cm² – Quilograma força por centímetro quadrado L – Litros
mg/l – Gramas por litro mm – Milímetro
NBR – Norma Brasileira ppb – Partículas por bilhão PR – Paraná
SAAC – Sistema de Armazenamento Subterrâneo de Combustível SASC – Sistema de Armazenamento Aéreo de Combustível
UDC – Centro Universitário Dinâmica das Cataratas º C – Grau Celsius
µm – Micrômetro
Δ – Tensão final menos inicial Δl – Deformação final menos inicial ε – Deformação específica
SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO ... 15 1.1. PROBLEMA ... 16 1.2. JUSTIFICATIVA ... 16 1.3. OBJETIVOS ... 17 1.3.1. Objetivo Geral ... 17 1.3.2. Objetivos Específicos ... 17 1.4. HIPÓTESES ... 17 1.5. DELIMITAÇÕES ... 17 1.6. ESTRUTURA DO TRABALHO ... 18 2. REFERENCIAL TEÓRICO ... 19
2.1. CRESCIMENTO POPULACIONAL E A FROTA AUTOMOBILÍSTICA NO SÉCULO XX ... 19
2.2. POSTOS DE COMBUSTÍVEIS ... 21
2.2.1. Normas vigentes para o funcionamento de Postos de Combustível... 21
2.2.2. Instalações de Postos ... 22
2.2.2.1. Compactação do solo ... 23
2.2.2.1.1. Problemas nos tanques de combustível ... 25
2.2.3. Vazamento de Postos de Combustíveis e Problemas Ambientais ... 27
2.3 CARACTERÍSTICASDO CONTAMINANTE GASOLINA ... 28
2.3.1. Efeitos do Etanol na Gasolina ... 29
2.4. BARREIRA REATIVA PERMEÁVEL ... 30
2.4.1. Resistência da BRP ... 31
2.4.2. Resultados de outros autores ... 32
2.5. MEIOS REATIVOS ... 33 3. MATERIAL E MÉTODOS ... 34 3.1. ÁREA DE ESTUDO ... 35 3.2. AMOSTRAGEM E CARACTERIZAÇÃO ... 35 3.2.1. Agregado Graúdo ... 36 3.2.2. Agregado Miúdo ... 36 3.2.3. Solo... 36 3.2.4. Carvão Mineral ... 37 3.2.5. Pó de Ferro Fundido ... 38
3.2.6. Manta Geotêxtil ... 38
3.2.7. Contaminante: Gasolina Comum (Tipo C) ... 40
3.2.8. Resistência dos materiais ... 40
3.3. MÉTODOS ... 41
3.3.1. Resistência dos Materiais ... 41
3.3.2. Confecção do Recipiente e Execução da BRP ... 42
3.3.3. Determinação do volume de contaminante ... 45
3.3.4. Coleta das Amostras ... 46
3.3.5. Análise Visual ... 46
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES ... 48
4.1. CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS ... 48
4.1.1. Agregado Graúdo ... 48
4.1.2. Agregado Miúdo ... 50
4.1.3. Solo... 51
4.1.4. Carvão Mineral ... 52
4.1.5. Pó de Ferro Fundido ... 53
4.2. RESISTÊNCIA DOS MATERIAIS ... 54
4.2.1. Determinação da carga exercida pelo tanque ... 58
4.2.2. Avaliação da Resistência da BRP ... 60
4.3. ANÁLISE VISUAL ... 60
5. CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ... 65
5.1. CONCLUSÕES ... 65
5.2. SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ... 65
1. INTRODUÇÃO
A contaminação do solo e da água subterrânea por vazamento de combustível é crescente no Brasil. Atualmente, existe uma imensa preocupação referente a esses poluentes, pois ao entrarem em contato com os lençóis freáticos e aquíferos, oriundos de vazamentos, são prejudiciais á matéria viva (SILVA, 2002).
Na década de 70, o Brasil teve um aumento significativo no ramo do combustível (TEIXEIRA, 2008). A vida útil dos reservatórios era de 25 anos e, como o material utilizado era o aço, a corrosão nos tanques de combustível era inevitável.
VODONIS (2014) afirma, em 2012 eram registrados mais de 39.450 postos de combustível no Brasil, fortalecendo assim, a ideia de uma melhoria no critério de segurança por parte desses reservatórios.
Os vazamentos nos tanques de combustíveis ocorrem devido à corrosão e, por serem enterrados, torna-o um problema ainda maior, pois implica em identificar a natureza do problema. Se acaso, tais vazamentos atingirem galerias e instalações elétricas subterrâneas, podem gerar incêndios e explosões decorrentes do vapor da gasolina (JERÔNIMO JÚNIOR; PASQUALETTO, 2008).
TEIXEIRA (2008) menciona que a gasolina contém mais de 400 componentes e são pouco solúveis em água. Dentre eles, os que mais causam riscos são os compostos chamados BTEX (Benzeno, Tolueno, Etilbenzeno e Xileno), pois se dissolvem com maior facilidade em água. Pelo fato da gasolina no Brasil conter entre 20 a 30% de álcool, facilitasua dissolução, fato preocupante para a sociedade, principalmente para aqueles que consomem água de poços artesianos, pois se contaminados, podem desenvolver sérias doenças.
Segundo ANDRADE, AUGUSTO E JARDIM (2010), existem diversas técnicas para tratamento de solos contaminados, o mais utilizado é a remediação, podendo ser classificada como: química, biológica e a física. A remediação química consiste na utilização de produtos químicos degradando os contaminantes; a biológica é um processo utilizando microorganismos; a remediação física é usada em solo não saturado, onde os vazios estão preenchidos por gases.
A barreira reativa permeável possui a função de reter os poluentes, gerando um produto final não tóxico. Este processo age como um filtro, sendo capaz de reduzir as concentrações de contaminantes para níveis aceitáveis (CRESCÊNCIO JÚNIOR, 2008).
A escolha dos materiais para compor a BRP é outro ponto a ser considerado, deve ser feito a análise da sua estabilidade, reatividade, desempenho hidráulico, compatibilidade ambiental. Pois a BRP deve ser resistente as solicitações de cisalhamento impostos sobre ela (TRG, 2005).
1.1. PROBLEMA
Este trabalho procura analisar materiais reativos para serem utilizados em barreira reativa permeável a fim de minimizar a contaminação provocada pela gasolina e resistir à carga exercida por um tanque de combustível.
1.2. JUSTIFICATIVA
O estudo de novas formas de tratamento de contaminação é de extrema importância para os seres vivos e a barreira reativa permeável tem a função de interceptar a pluma contaminada evitando a poluição do ecossistema.
Essa barreira tem a função de interceptar os compostos poluentes como forma de prevenção para que não entrem em contato com a água e o solo, para isso é necessário verificar a resistência dos materiais empregados.
O grande problema é que o vazamento de combustível só é detectado depois de muito tempo, quando já está em um grau avançado de contaminação, podendo trazer risco a saúde principalmente para as famílias rurais que dependem da agricultura e poços artesianos. Também há o risco de incêndio e explosão quando entram em contato com tubos de eletricidade subterrâneo ou qualquer outra forma de calor.
1.3. OBJETIVOS
1.3.1. Objetivo Geral
Analisar a resistência e a eficiência dos materiais utilizados na barreira reativa permeável como meio de prevenção.
1.3.2. Objetivos Específicos
Verificar as propriedades mecânicas das barreiras propostas de forma a resistir à carga exercida pelos tanques.
Avaliar os efeitos apresentados pelos materiais reativos de modo a reduzir os compostos poluentes presentes na pluma contaminada.
1.4. HIPÓTESES
A barreira reativa permeável permite a diminuição dos contaminantes, utilizando materiais reativos e resistentes.
1.5. DELIMITAÇÕES
O presente trabalho foi realizado no laboratório da UDC (Centro Universitário Dinâmica das Cataratas) em Foz do Iguaçu – PR, é uma adaptação de outros autores em escala reduzida.
Será utilizado um recipiente de vidro, onde a BRP terá suas respectivas camadas de materiais sendo utilizado um tanque de ferro para exemplificar o vazamento no tanque subterrâneo, contendo gasolina que será amostrada de posto de combustível da cidade de Foz do Iguaçu.
1.6. ESTRUTURA DO TRABALHO
Este trabalho está estruturado com 6 capítulos, nos capítulos estão apresentados os fatores determinantes para a escolha da pesquisa.
No capítulo 1 é apresentado a introdução do tema, seguido da justificativa, dos objetivos gerais e específicos, do problema, das hipóteses, das delimitações e estrutura do trabalho.
No capítulo 2 é apresentado o referencial teórico com estudos que embasam a pesquisa.
O capítulo 3 apresenta os materiais e métodos utilizados para a realização do trabalho.
O capítulo 4 constitui os resultados adquiridos e juntamente com as discussões do tema.
O capítulo 5 conclui os resultados adquiridos e fornece tema para pesquisas futuras.
2. REFERENCIAL TEÓRICO
Nesse capítulo serão apresentados dados científicos que fundamentam este trabalho, publicados recentemente.
2.1. CRESCIMENTO POPULACIONAL E A FROTA AUTOMOBILÍSTICA NO SÉCULO XX
O Brasil teve um aumento populacional extremamente alto no século XX, que passou de 17 milhões para 170 milhões de habitantes, com uma grande participação devido aos imigrantes estrangeiros que correspondiam a 10% da população até o ano de 2000 (IBGE, 2018).
Segundo CARVALHO (2004), o Brasil teve um crescimento significativo entre o ano de 1940 a 1970, onde a expectativa de vida passou de 44 para 54 anos. Outro fator que influenciou foi à queda no índice de mortalidade infantil, contudo, nesse período a porcentagem de pessoas com até 20 anos atingiu 52% da população brasileira e 3% para pessoas com mais de 65 anos, único ponto negativo foi à taxa de fecundidade que caiu de 6,3% para 5,8% de filhos por mulher.
Na Tabela 1 mostra o crescimento da população brasileira desde 1872 a 2010.
Tabela 1 – Registro de habitantes
Ano População do Brasil
1872 9.930.478 1890 14.333.915 1900 17.438.434 1920 30.635.605 1940 41.236.315 1950 51.944.397 1960 70.992.343 1970 94.508.583 1980 121.150.573 1991 146.917.459 2000 169.590.693 2010 190.755.799
No começo do século XX, segundo SILVA JÚNIOR (2008), o Brasil dependia de vários setores, em relação a sua economia, principalmente no setor automobilístico onde apenas montava carros e não produzia. Em 1953 foi proibida a importação de automóveis inteiros, dando início à indústria automobilística brasileira e em 1956, Juscelino Kubitschek cria o GEIA (Grupo Executivo da Indústria Automobilística) para normatizar e supervisionar a produção.
Ainda segundo o autor, em 1964 o Brasil passou a ser o nono produtor mundial de automóveis, com 183.721 unidades naquele ano. Na Tabela 2 mostra as unidades produzidas nos anos demonstrados.
Tabela 2 – Quantidade de automóveis produzidos no ano
ANOS UNIDADES 1957 30.542 1960 133.041 1970 416.089 1980 1.165.174 1981 780.883 1986 1.056.332 1990 914.466 1991 960.219 1992 1.073.861 1993 1.391.435 1994 1.581.389 1995 1.629.008 1996 1.804.328 1997 2.069.703 1998 1.585.630 1999 1.350.828 2000 1.671.093
A Figura 1 apresenta o crescimento da produção de automóveis comparando com a contratação na área automobilística.
Figura 1 – Crescimento na produção de automóveis e empregos
Fonte: NASCIMENTO (2016)
2.2. POSTOS DE COMBUSTÍVEIS
TEIXEIRA (2008) relata que na década de 70 houve um aumento significativo de automóveis no Brasil que resultou na construção de diversos postos de combustíveis. Na época, os reservatórios eram feitos de aço e sua vida útil era de 25 anos. No estado de São Paulo, a contaminação do solo e da água subterrânea provocada por combustíveis corresponde a 75% das áreas contaminadas.
Segundo VODONIS (2014), no Brasil em 2012 havia aproximadamente 39.450 postos de combustíveis registrados na ANP (Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis). Esses postos pertenciam a 105 revendedoras cadastradas, sendo que 47,7% correspondiam às empresas Petrobras, Ipiranga, Raizen e Alesat.
2.2.1. Normas vigentes para o funcionamento de Postos de Combustível
A ANP é um órgão de fiscalização federal, que verifica a qualidade dos combustíveis e as documentações de segurança e proteção ao meio ambiente.
As normas a seguir dizem respeito à segurança e qualidade dos tanques de combustíveis subterrâneos:
ABNT NBR 13781/2009– Armazenamento de líquidos inflamáveis e combustíveis – Manuseio e instalação de tanque subterrâneo;
ABNT NBR 13783/2014 – Armazenamento de líquidos inflamáveis e combustíveis – Instalação dos componentes do sistema de armazenamento subterrâneo de combustíveis (SASC);
ABNT NBR 16161/2015 – Armazenamento de líquidos inflamáveis e combustíveis – Tanque metálico subterrâneo – Especificação de fabricação e modulação.
O CONAMA (Conselho Nacional do Meio Ambiente) tem a função de assessorar, estudar e, propor ao governo uma direção para a exploração e preservação do meio ambiente e dos recursos naturais, como também, criar normas e padrões ecologicamente corretos.
2.2.2. Instalações de Postos
Conforme LORENZETT, ROSSATO e NEUHAUS (2012), um posto de combustível é composto por bombas de abastecimento, reservatórios de armazenamento subterrâneo, ponto de descarga localizada acima dos tanques, tubulação subterrânea, sistema de filtragem de diesel e, um sistema de canaletas em volta de toda a área de abastecimento. A Figura 2 ilustra as instalações presentes nos postos de combustíveis.
Figura 2 – Instalações de um posto de combustível
A Figura 3 mostra as instalações que estão localizadas abaixo da pista de abastecimento, que estão sujeitas a problemas decorrentes da execução e da passagem de veículos.
Figura 3 – Instalações embaixo da pista de abastecimento
Fonte: SANTOS (2015)
2.2.2.1. Compactação do solo
CRISPIM (2007) define que a compactação é um método útil para aumentar a sua resistência mecânica, dar estabilidade, reduzir infiltração da água e dilatação e reduzir a sedimentação do solo.
A Figura 4 ilustra a colocação do reservatório na cava.
Figura 4 – Colocação do reservatório na cava
Fonte: MULTITEC (2007)
Conforme a ABNT NBR 13781/2001, após a realização da sondagem é feito a escavação onde serão colocados os tanques subterrâneos, os cuidados nessa etapa é para não danificar estruturas próximas. No caso da estrutura de fundação, a distância mínima é de 1,5 m e, o espaçamento entre tanques deve ser no mínimo 60 cm.
Ainda segundo a norma o enchimento deve ser feito por areia ou pedrisco com camadas compactadas de 30 cm, tomando cuidado nas duas primeiras camadas que irão sustentar o tanque. Esse material deve garantir uma distância mínima entra a base da cava e do reservatório de pelo menos 30 cm, conforme na Figura 5.
Figura 5 – Base Reservatório subterrâneo
2.2.2.1.1. Problemas nos tanques de combustível
NASCIMENTO (2011) descreve que antigamente os tanques dos postos de combustíveis eram feitos de chapas de aço carbono simples, não possuindo revestimento interno ou externo.
A Figura 6 mostra o estado que se encontra os tanques subterrâneos com problema de corrosão e vida útil excedida.
Figura 6 – Tanque de gasolina deteriorado
Fonte: JERÔNIMO JÚNIOR e PASQUALETTO (2008)
No fim da década de 90, segundo MARTINS (2016), o Brasil utilizava o álcool metílico (metanol) adicionado à gasolina, devido à escassez do etanol combustível. Em setembro de 1991, foi proibida a comercialização do álcool metílico, pelo fato de apresentar características altamente tóxicas. O álcool metílico quando armazenado em tanques comuns, apresentava um índice alto de corrosividade.
Nos dados apresentados na Figura 7, representa os principais setores de contaminação no Brasil.
Figura 7 – Principais agentes de contaminação por combustíveis
Fonte: CETESB (2004) APUD GOUVEIA (2004)
A Figura 8 demonstra as possíveis fontes de contaminação nos postos de combustíveis.
Figura 8 – Principais fontes da contaminação por combustíveis
Fonte: CETESB (2003) APUD GOUVEIA (2004)
De acordo com NASCIMENTO (2011), os mecanismos de segurança são feitos pela caixa separadora de óleo, valvulada de proteção contra transbordo,
válvula de retenção, que funcionam para garantir a segurança e controle de vazamento. Atualmente, os fabricantes utilizam a pintura de proteção catódica que controla a corrosão da superfície metálica e a fibra de vidro como uma camada extra externamente.
Segundo VODONIS (2014), existem outras formas de contaminar o solo, com trincas e recalque no piso provocado pelo fluxo de veículos, pavimentos inadequados, ausência de captação e a falta de manutenção de equipamentos.
2.2.3. Vazamento de Postos de Combustíveis e Problemas Ambientais
Segundo MINDRISZ (2006), os postos de combustíveis se constituem no maior alvo de preocupação para o meio ambiente, pois estão espalhados em todo o território brasileiro e se derramados podem comprometer milhões de metros cúbicos da água subterrânea.
ZOBY (2008) afirma, existem outras fontes de contaminação como construção de poços irregulares, a falta de saneamento e vazamento nas redes de esgoto, resíduos sólidos, fertilizantes e agrotóxicos na agricultura, decomposição na matéria orgânica em cemitérios, indústria de produtos tóxicos e mineração.
HIRATA e FERREIRA (2001) mencionam, a recarga dos aquíferos pode ocorrer através da precipitação infiltrando no solo ou pelas fugas de redes de água e esgoto. A contaminação em postos ocorrer durante a instalação e por tempo de uso através da corrosão. O lançamento acidental de combustível pode ocorrer também por defeitos de fábrica, transbordamento ou derramamento durante a operação de descarga.
Entre os anos de 1975 e 2001, ocorreram 33 acidentes na Petrobrás, somando milhares de litros de petróleo e seus derivados. O caso mais recente ocorreu em São Francisco do Sul – SC, onde 4 milhões de litros de petróleo atingiu os rios Barigüi e Iguaçu (TIBURTIUS, PERALTA-ZAMORA e LEAL, 2004).
2.3 CARACTERÍSTICASDO CONTAMINANTE GASOLINA
Segundo SILVA et al. (2009), a gasolina é um produto derivado do petróleo, sendo uma mistura complexa de hidrocarbonetos voláteis e inflamáveis. Essa mistura apresenta um número de carbono na faixa de 4 a 12 e uma temperatura de ebulição que varia de 30 a 225 °C. Sua composição de mistura varia de acordo com as normas de cada país, podendo apresentar certo grau de pureza ou possuir adição de outros elementos. Para obter a gasolina nas refinarias, o petróleo é levado a uma torre de destilação com temperatura máxima de 400ºC, onde é feito a separação de algumas substâncias, como a gasolina, querosene, óleo diesel, óleo lubrificante e os resíduos sólidos (MARIANO, 2001).
TEIXEIRA (2008) relata que a gasolina contém mais de 400 componentes e seus constituintes são classificados como alifáticos e aromáticos. Os compostos alifáticos incluem o butano, penteno e octano. Os compostos aromáticos incluem os constituintes chamados BTEX (Benzeno, Tolueno, Etilbenzeno e Xileno), que por sua vez, são os que mais causam riscos para a saúde humana, pelo fato desses compostos se dissolverem com maior facilidade em água, podem desenvolver doenças graves como, a leucemia e afetar o sistema nervoso central.
O benzeno é o componente mais tóxico dos hidrocarbonetos aromáticos por se tratar de uma substância cancerígena, o ministério da saúde afirma que o padrão de potabilidade do benzeno é de 10 ppb (partes por bilhão) que equivale a 0,01 mgL-1,enquanto a dissolução da gasolina em água pode chegar a 30000 ppb. (SILVA et al., 2002).
A octanagem da gasolina é um índice de resistência à detonação, sendo responsável por melhorar o desempenho de motores à combustão. O processo de combustão é basicamente uma mistura de ar com combustível dentro da câmara do motor (OTÁVIA RIBEIRO, SÉRGIO RIBEIRO e SALES, 2005).
Ainda segundo os autores, quando o pistão comprime a mistura à octanagem é responsável por não deixar sofrer a autoignição por pressão. Os compostos adicionados na gasolina antidetonantes são os alcanos ramificados, BTEX ou compostos orgânicos.
Na Tabela 3 apresenta os tipos de gasolina comercializada no Brasil, como também a octanagem e adições de outros produtos.
Tabela 3 – Índice de octanagem da gasolina comercial Classificação Índice de
octanagem (IAD)
Aditivos antidetonantes
Gasolina comum 87 Etanol
Gasolina aditivada 87 Possui etanol e detergentes (dispersantes)
Gasolina premium 91 Possui etanol em menor concentração e os mesmos detergentes da gasolina aditivada Gasolina podium 95 Possui etanol, detergentes e baixo
teor de enxofre Fonte: MARTINS (2016)
2.3.1. Efeitos do Etanol na Gasolina
Conforme MARTINS (2016), o etanol é um biocombustível obtido através da fermentação e destilação de açúcares presentes no milho, beterraba, mandioca e cana-de-açúcar, o produto final é o etanol anidro (puro) acrescentado na gasolina com 99,6% de etanol e 0,4% de água, já o etanol hidratado é usado em veículos a álcool e possui 95% de etanol e 5% de água.
A coloração dos dois etanóis é diferenciada pela Resolução da ANP nº19, sendo laranja o etanol anidro e incolor o etanol hidratado. A gasolina mais comercializada no Brasil é do tipo C, com um percentual de 27% de etanol estabelecido por lei.
CHIARANDA (2006) relata que a gasolina comercializada no Brasil possui uma contaminação maior em relação à de outros países, por conta do grande percentual de etanol em sua composição. Isto ocorre, pois além do etanol ser completamente solúvel em água, possui um potencial de sorção menor que a da gasolina facilitando a dissolução.
2.4. BARREIRA REATIVA PERMEÁVEL
Em sua pesquisa, CRESCÊNCIO JÚNIOR (2008) defende que a barreira reativa permeável possui a função de reter os poluentes, gerando um produto final não tóxico. Este processo age como um filtro, sendo capaz de reduzir as concentrações de contaminantes para níveis aceitáveis, conforme apresentado na Figura 9.
Figura 9 – Pluma contaminada interceptada pela barreira reativa permeável
Fonte: CRESCÊNCIO JÚNIOR (2008)
Quando a pluma contaminada tem uma percolação passiva, pode-se usar uma barreira reta com dimensão um pouco maior que a área de contaminação transversal e, em casos maiores é utilizada uma barreira reta com os lados formando um funil. Seu comprimento deve ser superior à área de contaminação transversal, para evitar que a pluma flua pelas laterais (BENEDETTI et al., 2015)
Na Figura 10 apresentado a geometria mais utilizada na barreira reativa permeável.
Figura 10 – Barreira reativa permeável em formato de funil e parede
Fonte: FRADE (2015)
De acordo com COSTA (2006), a BRP pode ser permanente, semipermanente ou trocável. A barreira permanente não precisa trocar seus materiais, pois permanece reativa no local onde foi construída, a semipermanente é retirada do local após a utilização e a trocável é renovada por não ter reatividade estendida. Há a inviabilidade quando a pluma contaminada estiver muito profunda, aumentando os custos da escavação, mobilização de terra e manutenção.
Os primeiros estudos sobre as BRPs ocorreram em 1990 e o primeiro país a utilizar foi o Canadá. Esse processo gerou muita investigação e análise para se obter um melhor rendimento e menor custo, com resultados satisfatórios o custo da barreira pode chegar até 50% em relação ao processo de remediação convencional (NOBRE, 2007).
Ainda segundo o autor, no Brasil a primeira aplicação foi no Polo Petroquímico de Camaçari, na Bahia, a barreira construída tinha 178 metros de comprimento sendo 45 metros com material reativo com uma profundidade de 9 metros e espessura reativa de 1,5 centímetros.
2.4.1. Resistência da BRP
Segundo OLIVEIRA (2011), para a análise da instalação e viabilidade de uma BRP, é necessário fazer uma descrição completa da área contaminada. Logo,
algumas variáveis são de total importância para o êxito da BRP, como a caracterização hidrológica, geológica, geotécnica e resistência da BRP.
A escolha dos materiais para compor a BRP é outro ponto a ser considerado, deve ser feito a análise da sua estabilidade, reatividade, desempenho hidráulico, compatibilidade ambiental. A BRP deve ser resistente a solicitações de cisalhamento impostos sobre ela (TRG, 2005).
As BRP são destinadas a permanecer no subsolo por muitos anos. Mesmo se a eficácia do tratamento químico for perdida, o BRP irá permanecer no local (OLIVEIRA, 2011).
Eventos imprevistos podem reduzir a competência da estrutura da BRP como estacas, fundações profundas, escavações próximas, cargas dinâmicas terremotos, podem resultar em mudanças geométricas na estrutura. Por este motivo a estrutura deve manter as suas condições de alta resistência lateral e de cisalhamento (TRG, 2005).
2.4.2. Resultados de outros autores
TRINDADE (2015) estudou a viabilidade de utilizar bagaço de cana como meio reativo de BRP para remoção de sulfato e metais de águas subterrâneas contaminadas. O estudo baseou-se em investigação experimental, utilizando alguns dados obtidos em um estudo de caso de uma unidade industrial contaminada com sulfato e metais.
LINS e CECILIA (2008) pesquisaram o emprego de zeólita natural como material alternativo e de baixo custo para compor a BRP, para o tratamento terciário do lixiviado proveniente do aterro de resíduos sólidos urbanos, com vista na redução da concentração nitrogênio amoniacal. Os resultados obtidos com os diferentes lixiviados apresentaram taxas de remoção elevada, já a zeólita regenerada não teve eficiência na remoção.
O estudo de LOURENÇO (2006) analisou através da BRP a redução dos contaminantes presentes na gasolina, confeccionando uma barreira com carvão ativado como material reativo. Os resultados apresentados foram satisfatórios, tendo maior eficiência para os compostos etilbenzeno e xileno.
PEREIRA (2009) estudou o uso de BRP composta de turfa e areia para a remediação de hidrocarbonetos em aquíferos. Foram testados três casos, no caso I foi construída uma barreira composta de areia e turfa, no caso II, além da BRP, houve bioestimulação do crescimento de microorganismos do solo. E no caso III além, da BRP e da bioestimulação, foram inoculados bactérias com capacidade de remediação. Os efeitos dos diferentes tratamentos podem ser melhor observados para o naftaleno. Para o tolueno, etilbenzeno e xileno a adsorção foi o efeito mais importante na retenção do contaminante no protótipo em todos os casos com BRP.
2.5. MEIOS REATIVOS
Os materiais empregados devem ser compatíveis com o solo, o lençol freático e os contaminantes, caso contrário pode ocorrer reação química entre eles e aumentar a fonte de contaminação. Existem diversos materiais utilizados, mas a função é a mesma, adsorver os contaminantes ou biodegradar os hidrocarbonetos. (SILVA et al., 2002).
NOBRE (2007) esclarece que quando a vida útil do material reativo é pequena, pode optar por uma barreira mais espessa que possa ser substituída em duas etapas. O meio reativo deve ser utilizado de acordo com a reatividade e permeabilidade, para um melhor desempenho e vida útil.
Conforme FRADE (2015) a BRP pode ter vida útil reduzida quando submetidas aos efeitos chamados de colmatação e precipitação de minerais, esses efeitos são basicamente a perda de porosidade e deslocamento dos materiais, podendo prejudicar a eficácia dos reagentes. O solo é um meio reativo natural composto por ferro ferroso, um material abundante na natureza com grande potencial de adsorção.
SOUZA SEGUNDO (2005) relata que os hidrocarbonetos presentes na gasolina são formados por ligações covalentes que resultam da união de átomos. Essas propriedades estão associadas com as forças que mantêm as moléculas apolares unidas, chamadas de forças de Van Der Waals. As moléculas apolares são praticamente insolúveis em água, pois a água é polar, mas esses compostos tendem a se dissolver em outros compostos orgânicos.
3. MATERIAL E MÉTODOS
Neste capítulo serão descritos os materiais e métodos utilizados para a elaboração desta pesquisa, junto com as normas, os ensaios, os processos e as técnicas.
Na Figura 11 apresenta as etapas para a execução deste trabalho.
Figura 11 – Fluxograma da execução do trabalho
3.1. ÁREA DE ESTUDO
O trabalho baseia-se na área de Geotecnia Ambiental, visando à sustentabilidade através da prevenção e controle do contaminante provocado por vazamento em postos de combustíveis.
3.2. AMOSTRAGEM E CARACTERIZAÇÃO
Os materiais utilizados nesta pesquisa foram adquiridos na região, conforme mostrado na Tabela 4.
Tabela 4 – Materiais empregados na pesquisa
PROCEDIMENTO MATERIAIS
Reativos Carvão mineral
Pó de ferro fundido Representação do solo Pedrisco Areia Solo Representação do Ambiente
Recipiente de vidro (Aquário) Tanque de ferro
Manta geotêxtil Rolha de Borracha
Contaminante Gasolina comum tipo C
Coleta e Armazenamento Seringa Frasco Papel alumínio Freezer Fonte: AUTOR (2018)
3.2.1. Agregado Graúdo
O agregado graúdo utilizado é oriundo de rochas, sua dimensão é adquirida através do processo de britagem. A caracterização deste material está apresentado na Tabela 5, utilizando-se das normas vigentes.
Tabela 5 – Caracterização do agregado graúdo
Norma Determinação
ABNT NBR NM 248/2003 Composição Granulométrica ABNT NBR NM 53/2003 Massa Específica
Volume de Vazios
ABNT NBR NM 45/2006 Massa Unitária
Fonte: AUTOR (2018)
3.2.2. Agregado Miúdo
O agregado miúdo utilizado originar-se do Rio Paraná. Na Tabela 6 demonstrado os ensaios utilizados para a caracterização deste material.
Tabela 6 – Caracterização do agregado miúdo
Norma Determinação
ABNT NBR NM 248/2003 Composição Granulométrica ABNT NBR NM 53/2003 Massa Específica
Volume de Vazios
ABNT NBR NM 45/2006 Massa Unitária
Fonte: AUTOR (2018)
3.2.3. Solo
O solo utilizado foi adquirido em uma empresa de terraplanagem, coletado superficialmente.
Na Tabela 7 são apresentadas as normas empregadas para a caracterização do solo.
Tabela 7 – Caracterização do solo
Norma Determinação
ABNT NBR 6508/1984 ABNT NBR 10838/1988
Massa Específica Massa Específica Aparente ABNT NBT 6459/1984 Limite de Liquidez ABNT NBR 7180/1984 Limite de Plasticidade
ABNT NBR 7182/1986 Teor de Umidade
Fonte: AUTOR (2018)
3.2.4. Carvão Mineral
É um material de carbono com índice elevado de porosidade, é utilizado em diversas áreas por se tratar de um material que adsorve impurezas e poluentes em seus poros. Na Tabela 8 demonstra as características do carvão mineral, contudo, não existe norma específica para a caracterização. Na Figura 12 mostra o carvão mineral utilizando uma régua.
Tabela 8 – Caracterização do carvão mineral
Norma Determinação
ABNT NBR NM 248/2003 Composição Granulométrica ABNT NBR NM 53/2003 Massa Específica
Volume de Vazios
ABNT NBR NM 45/2006 Massa Unitária
Fonte: AUTOR (2018) Figura 12 – Carvão mineral
3.2.5. Pó de Ferro Fundido
O ferro fundido é composto por carbono com um teor superior a 2%, sendo dividido em três tipos principais: branco, cinzento e nodular. O ferro fundido é classificado como um ferro convencional, por sua imensa utilização nas usinas em todos os setores, é resistente à destruição e ao enfraquecimento pela oxidação. A Tabela 9 indica as normas utilizadas para sua caracterização, porém não existe norma específica para a caracterização deste material.
Tabela 9 – Caracterização do pó de ferro fundido
Norma Determinação
ABNT NBR NM 248/2003 Composição Granulométrica ABNT NBR NM 23/2000 Massa Específica
ABNT NBR NM 45/2006 Massa Unitária
Fonte: AUTOR (2018)
A Figura 13 mostra o pó de ferro fundido utilizando uma régua.
Figura 13 – Pó de Ferro Fundido
Fonte: AUTOR (2018)
3.2.6. Manta Geotêxtil
A manta geotêxtil é um material sintético que possui alta resistência sendo utilizada na geotecnia com a função de drenagem, filtragem, barreira, proteção, reforço e separação.
A caracterização deste material será obtida junto ao seu fabricante, conforme na Figura 14.
Figura 14 – Caracterização da manta geotêxtil
Fonte: MANTAS BRASIL (2018)
A Figura 15 detalha a espessura da manta geotêxtil utilizada.
Figura 15 – Manta geotêxtil
3.2.7. Contaminante: Gasolina Comum (Tipo C)
A gasolina é um produto derivado do petróleo utilizado em motores a combustão, sua massa específica está representada na Tabela 10.
Tabela 10 – Densidade da gasolina
MATERIAL DENSIDADE
GASOLINA 0,73 g/cm³
Fonte: adaptado de GOI e SANTOS (2018)
A Figura 16 indica a percentagem dos componentes presentes na gasolina.
Figura 16 – Concentração dos ingredientes da gasolina
Fonte: MAGNANELLI(2012)
3.2.8. Resistência dos materiais
Para a determinação da resistência dos materiais, foi realizado o ensaio Índice de Suporte Califórnia (ISC). Na Tabela 11 apresentada a norma utilizada para a caracterização.
Tabela 11 - Caracterização da resistência dos materiais
Norma Determinação
ABNT NBR 9895/87 Índice de Suporte Califórnia Fonte: AUTOR (2018)
3.3. MÉTODOS
Neste tópico apresentam-se os métodos utilizados para a obtenção dos resultados, analisando a execução da BRP em escala reduzida. A execução foi realizada nos Laboratórios da UDC (Centro Universitário Dinâmica das Cataratas) em Foz do Iguaçu – PR.
3.3.1. Resistência dos Materiais
A BRP foi executada como forma de prevenção de possíveis vazamentos, bem como a resistência dos materiais empregados.
A avaliação foi feita utilizando o ensaio de California Bearing Ratio (CBR) ou Índice de Suporte Califórnia (ISC), conforme representado na Figura 17, que expressa basicamente à deformação do anel dinamométrico, utilizando um relógio comparador com capacidade de marcação em micrômetro (µm) e outro relógio comparador com marcação em milímetro (mm), para controlar a penetração do pistão, conforme os intervalos estabelecidos pela norma, comparando a resistência do material com um material padrão.
Figura 17 – Prensa do Índice de Suporte Califórnia
Para analisar esses materiais, foram realizados ensaios conforme a NBR 9895/87, que propõe a execução com 5 repetições, deste modo, cada material da barreira foi analisado 5 vezes separadamente, depois o conjunto da barreira A e da barreira B adaptado proporcionalmente de 30 cm para 17,5 cm (altura do cilindro).
3.3.2. Confecção do Recipiente e Execução da BRP
Para representar a BRP, foram montados dois aquários exemplificando a execução da barreira em um posto de combustível. A barreira A foi montada utilizando como material reativo o carvão mineral e a barreira B com pó de ferro fundido.
O aquário foi confeccionado com vidro incolor com espessura de 6 mm colado com silicone, com dimensões de 15 cm por 25 cm de base e 45 cm de altura, contendo um furo na base de 3 cm, onde posteriormente foi extraído o líquido filtrado, a vedação desse furo foi feita utilizando uma rolha de borracha resistente a gasolina, com diâmetro de 3 cm em um dos lados e no outro 3,5 cm (Figura 18).
Figura 18 – Aquário de vidro com rolha de vedação
Fonte: AUTOR (2018)
Brita 0 + Areia + Carvão Mineral + Solo + Areia + Pedrisco; Brita 0 + Areia + Pó de Ferro Fundido + Solo + Areia + Pedrisco.
Entre cada camada de material foi utilizado à manta geotêxtil para evitar que as camadas se misturem, e também no fundo do aquário. A Figura 19 representa a montagem dos materiais da barreira contendo carvão mineral e pó de ferro fundido.
Figura 19 – (a) Barreira com carvão mineral (b) Pó de ferro fundido
Fonte: AUTOR (2018)
A determinação da espessura de cada camada foi de 5 cm, a mesma metodologia usada por PEREIRA (2009) em escala real, para auxiliar a execução foi utilizado uma régua colada externamente, conforme apresentado na Figura 20.
Figura 20 – Espessura das camadas dos materiais
Para representar o tanque subterrâneo, foi feito um tanque de aço utilizando um cano de 20 cm de comprimento, 11,5 cm de diâmetro com espessura de 2,5 mm, duas tampas soldadas nas laterais e um cano de 3 cm soldado na parte superior, o vazamento foi representado através de um furo na parte inferior do tanque, com uma vazão de 71 mL h-1 (Figura 21).
Figura 21 – (a) Tanque de aço (b) Furo na parte inferior
Fonte: AUTOR (2018)
A gasolina comum tipo C foi adquirida em posto de combustível e armazenada em galão, conforme a Figura 22.
Figura 22 – Gasolina Comum Tipo C
3.3.3. Determinação do volume de contaminante
Para determinar o volume de gasolina, foi determinada a porosidade de cada material conforme as normas utilizadas. A Tabela 12 expressa à quantidade de contaminante de cada material de acordo com sua porosidade.
Tabela 12 – Quantidade de contaminante para saturar os materiais
Materiais Porosidade (%) Volume
Camadas (cm³) Contaminante (cm³) Pedrisco 4 3750 150 Areia 20 3750 750 Solo 38,4 1875 720 Carvão Mineral 23,3 1875 436,875 Pó de Ferro Fundido 2 1875 37,5 Barreira A 17,36 11250 2057 Barreira B 13,82 11250 1658 Fonte: AUTOR (2018)
Na Tabela 13 demonstrado a quantidade de gasolina utilizada para a execução da coleta, tendo em vista um volume necessário maior que a capacidade do tanque, portanto houve a necessidade de colocar a gasolina em 2 etapas.
Tabela 13 – Quantidade de contaminante utilizado
Amostras Barreira A Barreira B
Volume de poros 2057 cm³ 1658 cm³ Coleta 180 cm³ 180 cm³ Extra 320 cm³ 320 cm³ Volume Total 2557 cm³ 2158 cm³ Capacidade do Tanque 1900 cm³ 1900 cm³ Fonte: AUTOR (2018)
A Figura 23 representa a execução completa da barreira, com enchimento de pedrisco envolvendo o tanque, conforme a NBR 13781/2001. A barreira foi montada manualmente, sem energia de compactação.
Figura 23 – BRP executada
Fonte: AUTOR (2018)
3.3.4. Coleta das Amostras
As amostras foram coletadas em intervalos de 12 horas, sendo assim coletando nos horários de 24h, 36h, 48h, 60h, 72h e 84h.
Para a coleta foi utilizado seringas de 20 mL, uma para cada amostra, o percolado foi armazenado em frasco de vidro com tampa de polietileno de 30 mL, e em seguida envolvida em papel alumínio e armazenado em freezer, esse procedimento foi essencial para preservar os componentes das amostras, mantendo em temperatura próxima de 0ºC.
3.3.5. Análise Visual
De acordo com Peres (2005), a análise colorimétrica analisa uma solução padrão cujo grau de concentração é conhecido através da medição da intensidade da sua cor.
Sendo assim, a análise visual é uma análise qualitativa, que determina o resultado da pesquisa comparando a coloração utilizando métodos, equipamentos ou com resultados de outros autores. A Figura 24 expressa um parâmetro de
identificação para as amostra, tendo a coloração mais clara como um resultado positivo indicando a diminuição de contaminante em relação à amostra padrão. Por outro lado, caso o coloração da coleta for mais escura que a padrão, indica que os materiais utilizados na BRP estão contribuindo para o aumento de contaminante.
Em vista disto a avaliação das amostras ocorreu de forma visual, comparando-as sua coloração e aspecto com outros autores.
Figura 24 – Identificação de cores
Positivo Negativo
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES
Neste capítulo serão apresentados os resultados obtidos através dos ensaios de caracterização, segundo as normas vigentes.
4.1. CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS
A seguir apresentam-se os materiais empregados, suas características foram determinadas em laboratório pelo Autor.
4.1.1. Agregado Graúdo
O agregado graúdo utilizado foi a brita 0 (pedrisco), por se tratar de um material resistente utilizado na execução de tanques subterrâneos, conforme a norma ABNT NBR 13781/2001. A Tabela 14 apresenta a granulometria do material utilizado.
Tabela 14 – Ensaio de granulometria, agregado graúdo PENEIRAS (mm) AMOSTRA 1 AMOSTRA 2 MÉDIA (g) MÉDIA RETIDA (%) MÉDIA ACUMULADA (%) PESO RETIDO (g) PESO RETIDO (g) 12,50 0 0 0 0 0 9,50 65 80 94,5 18,9 18,9 6,30 200 210 278,5 55,7 74,6 4,75 143 127 71,5 14,3 88,9 2,36 74 66 50,5 10,1 99 1,18 15 17 3,5 0,7 99,7 0,6 3 0 0,5 0,1 99,8 0,3 0 0 0 0 99,8 0,15 0 0 0 0 99,8 0,075 0 0 0 0 99,8 Fundo 2 0 1 0,2 100 Total da Amostra 500 500 500 100 100 Fonte: AUTOR (2018)
O Gráfico 1 representa em porcentagem a curva granulométrica do material analisado, que encontra-se entre os limites granulométricos estabelecidos pela norma ABNT NBR 7211/2005 para classificação da Brita 0.
Gráfico 1 – Curva granulométrica, agregado graúdo
Fonte: AUTOR (2018)
A Tabela 15 apresenta as características do material utilizado.
Tabela 15 – Características do agregado graúdo
Massa Específica 2,68 g/cm³
Massa Unitária 1,43 g/cm³
Volume de Vazios 4 %
4.1.2. Agregado Miúdo
O agregado miúdo (areia) utilizado origina-se do Rio Paraná, sua granulometria está representada na Tabela 16.
Tabela 16 – Ensaio de granulometria, agregado miúdo PENEIRAS (mm) AMOSTRA 1 AMOSTRA 2 MÉDIA (g) MÉDIA RETIDA (%) MÉDIA ACUMULADA (%) PESO RETIDO (g) PESO RETIDO (g) 4,75 0 0 0 0 0 2,36 2 3 2 0,4 0,4 1,18 76 20 8,5 1,7 2,1 0,6 88 81 53,5 10,7 12,8 0,3 163 312 237,5 47,5 60,3 0,15 171 84 177,5 35,5 95,8 0,075 0 0 20,5 4,1 99,9 Fundo 0 0 0,5 0,1 100 Total da Amostra 500 500 500 100 100 Fonte: AUTOR (2018)
O Gráfico 2 representa em porcentagem acumulada a curva granulométrica do material analisado, que encontra-se na zona utilizável estabelecidos pela norma ABNT NBR 7211/2005 para classificação da areia.
Gráfico 2 – Limites granulométricos, agregado miúdo
Na Tabela 17 apresentado as características do material utilizado.
Tabela 17 – Características do agregado miúdo
Massa Específica 2,77 g/cm³
Massa Unitária 1,48 g/cm³
Volume de Vazios 20 %
Fonte: AUTOR (2018)
4.1.3. Solo
O solo analisado corresponde a um solo superficial de coloração avermelhada. A Tabela 18 apresenta as características do solo ensaiado.
Tabela 18 – Características do solo Massa Específica dos Grãos
Massa Específica Aparente Seca
2,20 g/cm³ 1,59 g/cm³ Volume de Vazios 38,4 % Umidade Ótima 19,90 % Limite de Liquidez 52,08 % Índice de Plasticidade 34,89 % Fonte: AUTOR (2018)
O Gráfico 3 expressa a umidade ótima e a densidade aparente seca máxima, obtida através do ensaio de compactação com a moldagem de 5 corpos de provas.
Gráfico 3 – Determinação da umidade ótima e densidade aparente seca máxima
O Gráfico 4 apresenta o limite de liquidez do solo, que determina o teor de umidade correspondente a 25 golpes.
Gráfico 4 – Limite de liquidez
Fonte: AUTOR (2018)
4.1.4. Carvão Mineral
A Tabela 19 apresenta a granulometria do carvão mineral, tendo sua maior concentração na peneira 1,18 e 0,6 mm, correspondendo a um material de dimensão regular.
Tabela 19 – Ensaio de Granulometria PENEIRAS (mm) AMOSTRA 1 AMOSTRA 2 MÉDIA (g) MÉDIA RETIDA (%) MÉDIA ACUMULADA (%) PESO RETIDO (g) PESO RETIDO (g) 4,75 0 0 0 0 0 2,36 0 0 0 0 0 1,18 182 212 197 39,4 39,4 0,6 247 237 242 48,4 87,8 0,3 43 29 36 7,2 95 0,15 22 16 19 3,8 98,8 0,075 5 5 5 1 99,8 Fundo 1 1 1 0,2 100 Total da Amostra 500 500 500 100 100 Fonte: AUTOR (2018)
O carvão mineral é um material leve com um alto índice de porosidade, para sua caracterização foram utilizadas as normas de agregado miúdo, pois se trata de um material com aparência física próxima da areia. Na Tabela 20 estão apresentadas as características do carvão mineral.
Tabela 20 – Características do carvão mineral
Massa Específica 1,60 g/cm³
Massa Unitária 0,98 g/cm³
Volume de Vazios 23,3%
Fonte: AUTOR (2018)
4.1.5. Pó de Ferro Fundido
A Tabela 21 apresenta a granulometria do pó de ferro fundido, nela pode-se obpode-servar que pode-se trata de um material fino de dimensões variáveis.
Tabela 21 – Ensaio de Granulometria PENEIRAS (mm) AMOSTRA 1 AMOSTRA 2 MÉDIA (g) MÉDIA RETIDA (%) MÉDIA ACUMULADA (%) PESO RETIDO (g) PESO RETIDO (g) 4,75 0 0 0 0 0 2,36 0 0 0 0 0 1,18 19 25 22 4,4 4,4 0,6 184 202 193 38,6 43 0,3 162 164 163 32,6 75,6 0,15 89 77 83 16,6 92,2 0,075 34 26 30 6 98,2 Fundo 12 6 9 1,8 100 Total da Amostra 500 500 500 100 100 Fonte: AUTOR (2018)
Para caracterizar a massa específica e a absorção de água do pó de ferro fundido foi utilizado a NBR NM 23/2000, que analisa Cimento Portland e outros materiais em pó.
Para isso foi utilizado o recipiente Le Chatelier, que ao acrescentar o pó de ferro na água constatou-se a fundição do mesmo, deste modo, optou-se pela
utilização do querosene para determinar a massa específica e o volume de vazios, conforme apresentado na Tabela 22.
Tabela 22 – Características do pó de ferro fundido
Massa Específica 6,8 g/cm³
Massa Unitária 1,98 cm³
Volume de Vazios 2 %
Fonte: AUTOR (2018)
4.2. RESISTÊNCIA DOS MATERIAIS
Para a obtenção dos resultados neste tópico, foi utilizado a NBR 9895/87, que é uma adaptação para os materiais propostos, uma vez que determina a resistência de um material com um material padrão (brita graduada).
Na Tabela 23 apresentado o procedimento da penetração em relação ao tempo e a pressão do material padrão para o cálculo do ISC. O método ensaiado adota o maior dos valores obtidos nas penetrações de 2,54 e 5,08 mm. Para a obtenção dos resultados foi utilizado à calibração do equipamento e a equação característica em kgf.
Tabela 23 – Procedimento para o ensaio do ISC
Tempo (min) Penetração Pressão Padrão (Kgf)
pol mm 0,5 0,025 0,63 - 1 0,05 1,27 - 1,5 0,075 1,9 - 2 0,1 2,54 70,31 3 0,15 3,81 - 4 0,2 5,08 105,46 6 0,3 7,62 131,58 8 0,4 10,16 161,71 10 0,5 12,7 182,80 Fonte: Adaptado da NBR 9895/87 (2018)
A Tabela 24 representa a leitura de deformação de cada material e do conjunto proposto neste trabalho, para isso foi adquirido a deformação com a moldagem de 5 corpos de prova com mesmo teor de umidade, respeitando a execução exigida pela NBR 9895/87, que determina 5 camadas de material com 25 golpes, utilizando o soquete proctor com energia de compactação intermediária.
Tabela 24 – Leitura da deformação do anel dinamométrico Penetração Leitura no relógio comparador (µm)
mm Pedrisco Areia Solo Carvão Mineral Pó de Ferro Fundido Barreira A Barreira B 0,63 121,2 20,8 4,6 5,4 14,2 43,8 50,4 1,27 230,2 38,4 9 8 35,4 76 86 1,9 344 48 17,6 11,4 64,8 143,8 196 2,54 679,2 56,6 26,6 16,4 100,4 242,8 307 3,81 939,8 60,6 41 24,8 202,6 439,6 513,6 5,08 1241,6 57,6 67,2 30,4 322,2 494 812 7,62 2170,6 59 106 39 846 992 1608 10,16 3762 70 162,8 62,4 1179 1424 1891,8 12,7 4140,4 104,8 215,8 78,6 1897 1760 2038 Fonte: AUTOR (2018)
O Gráfico 5 expressa um comparativo de deformação entre os materiais empregados e o conjunto deles nas Barreiras A e B. Optou-se por realizar os ensaios dos materiais separadamente, a fim de analisar o comportamento sobre pressão.
Gráfico 5 – Deformação por compressão diametral provocado pelo pistão
No ensaio de penetração constatou-se uma pequena deformação do anel dinamométrico na areia, no solo e no carvão mineral. Por se tratarem de materiais de partículas arredondadas, quando em contato com a carga exercida pelo pistão os materiais tendiam a escapar pelas laterais do cilindro.
Enquanto o pedrisco e o pó de ferro fundido em relação aos outros materiais, resultaram em maior resistência e por garantirem um melhor ajuste dos materiais, visto de que se trata de materiais de superfície irregular.
Os materiais em conjunto encontram-se acima da resistência do pó de ferro fundido. A Barreira B respondeu melhor que a Barreira A sob a ação de carga, tendo um resultado crescente entre 4 e 8 mm, porém a barreira A manteve um resultado linear.
A Tabela 25 apresenta a resistência dos materiais separadamente, a fim de compreender o comportamento e a resistência à compressão. Para obter os valores da tabela foi necessário utilizar a Equação 1.
(1)
Onde:
y – força aplicada em kgf;
a – representa um valor fixo (2,224614993);
x – deformação do anel dinamométrico (1 = 0,01mm); b – valor fixo (-0,184874671);
Tabela 25 – Pressão Calculada de cada material
Pedrisco Areia Solo Carvão Mineral Pó de Ferro Fundido Kgf Kgf/cm² Kgf Kgf/cm² Kgf Kgf/cm² Kgf Kgf/cm² Kgf Kgf/cm² 26,8 1,4 4,4 0,2 0,8 0,0 1,0 0,1 3,0 0,2 51,0 2,6 8,4 0,4 1,8 0,1 1,6 0,1 7,7 0,4 76,3 4,0 10,5 0,5 3,7 0,2 2,4 0,1 14,2 0,7 150,9 7,8 12,4 0,6 5,7 0,3 3,5 0,2 22,2 1,1 208,9 10,8 13,3 0,7 8,9 0,5 5,3 0,3 44,9 2,3 276,0 14,3 12,6 0,7 14,8 0,8 6,6 0,3 71,5 3,7 482,7 25,0 12,9 0,7 23,4 1,2 8,5 0,4 188,0 9,7 836,7 43,3 15,4 0,8 36,0 1,9 13,7 0,7 262,1 13,6 920,9 47,7 23,1 1,2 47,8 2,5 17,3 0,9 421,8 21,8 Fonte: AUTOR (2018)
A Tabela 26 determina a pressão resistente do conjunto de materiais, sendo adotado o maior valor em destaque, para isso é necessário dividir a carga pela área do pistão que corresponde a 19,32cm².
Tabela 26 – Pressão exercida nas barreiras por centímetro quadrado
Barreira A Barreira B Kgf Kgf/cm² Kgf Kgf/cm² 9,6 0,5 11,0 0,6 16,7 0,9 18,9 1,0 31,8 1,6 43,4 2,2 53,8 2,8 68,1 3,5 97,6 5,1 114,1 5,9 109,7 5,7 180,5 9,3 220,5 11,4 357,5 18,5 316,6 16,4 420,7 21,8 391,3 20,3 453,2 23,5 Fonte: AUTOR (2018)
Com base nos dados apresentados pode-se determinar o módulo de elasticidade das barreiras.
Barreira A (carvão mineral)
Barreira B (pó de ferro fundido)
O Gráfico 6 indica a pressão sofrida nas barreiras, sendo tomados os valores de 5,7 kgf cm-2 na barreira A e 9,3 kgf cm-2 na barreira B, para fins de cálculo.
Inicialmente as barreiras sofrem uma pressão igual, que posteriormente a barreira B tem um ganho de resistência exponencial e decresce em seguida. Enquanto a barreira A decresce entre 4 e 5 mm e mantém um ganho de resistência linear até o fim do ensaio.
Gráfico 6 – Pressão resistente das barreiras A e B
Fonte: AUTOR (2018)
4.2.1. Determinação da carga exercida pelo tanque
Para a realização deste trabalho foi necessário determinar a carga que o tanque exerce sobre a base da cava.
Conforme demonstrado na Figura 25 do fabricante, o tanque com maior carga por metro é o tanque 4 destacado na figura, com capacidade de 20000 l, 4 m de comprimento e peso de 3100 kg.
Figura 25 – Dimensões de tanque subterrâneo convencional
Fonte: PASSAFARO (2018)
Para determinar o peso é necessário calcular o peso do tanque, o peso do líquido e a área de contato com a base. Sendo assim determinou-se neste estudo uma área de contato de 30 cm de largura, resultando em uma carga distribuída. Para os cálculos a seguir admite-se:
Densidade da gasolina = 0,73 kgf/l.
Peso da gasolina, conforme sua densidade.
Peso teórico do tanque = 3100 kgf. Então,
Área de contato do tanque com o solo.
4.2.2. Avaliação da Resistência da BRP
Conforme descrito anteriormente, a carga exercida pelo tanque de combustível é de 17700 kg e a área de influência é de 12000 cm². Sendo assim o peso exercido pelo tanque é:
Logo, a resistência suportada pela Barreira A e B é superior à exercida pelo tanque, portanto as BRP proposta neste trabalho resistem à carga exercida pelo tanque convencional mais pesado. Contudo, vale ressaltar que os materiais para compor a BRP devem ser feito uma análise de estabilidade, reatividade, compatibilidade ambiental e sua resistência ao cisalhamento (TRG, 2005).
4.3. ANÁLISE VISUAL
A análise por cor tem sua importância quando em comparação com o alto custo das análises quantitativas, trata-se se uma verificação visual, onde a cor mais clara indica menos contaminante, um ponto negativo é que não se sabe exatamente a concentração de contaminação.
De acordo com LINS (2008) a cor do lixiviado está relacionada diretamente com os sólidos dissolvidos enquanto a turbidez está relacionada com sólidos suspensos. As amostras ditas brancas não foram constatadas variações significativas da concentração.
A Figura 26 representa as amostras coletadas nas barreiras em seus respectivos intervalos. A análise foi realizada no laboratório de química da UDC,
