nbr 17505 armazenagem de líquidos inflamáveis - bacias de contenção trabalho sobre

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

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLGICO

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITRIA E AMBIENTAL PROGRAMA DE PS-GRADUAO EM ENGENHARIA AMBIENTAL





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

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.

TERMO DE APROVAO





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.

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)

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





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 ==

nbr 17505 armazenagem de líquidos inflamáveis - bacias de contenção trabalho sobre

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