relatório final geofísica tanganelli h.p
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INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS – USP
Estudo comparativo de métodos e técnicas geofísicas na delimitação de plumas e
migração de necrochorume
RELATÓRIO FINAL
BOLSA INSTITUCIONAL
novembro/2009 a outubro/2010
Orientador: Fábio Taioli
Bolsista: Henrique Polido Tanganelli
Encaminha-se em ___/___/2010 o presente relatório para a
Comissão de Pesquisa do IGc-USP.
____________________________
Assinatura do Orientador
Sumário
1.Introdução..................................................................................................................3
1.1 Objetivos.............................................................................................................4
1.2 Área de Estudo ...................................................................................................4
1.3 cronograma.........................................................................................................5
1.4 Trabalhos realizados no local .................................................................................6
2.Revisão Bibliográfica .................................................................................................7
3.Metodologia ...............................................................................................................9
3.1 Eletrorresistividade..............................................................................................9
3.2 Eletromagnético (EM) ....................................................................................... 11
3.3 Poços de monitoramento .................................................................................. 14
4.Resultados obtidos e discussão...............................................................................15
4.1 Eletrorresistividade............................................................................................ 15
4.2 Eletromagnético Indutivo (EM) .......................................................................... 24
6.Conclusões.............................................................................................................. 29
Bibliografia.................................................................................................................. 31
1.Introdução
Os cemitérios ou necrópoles sempre serviram como um monumento em memória
daqueles que faleceram. A interação entre o cemitério e o meio ambiente é um assunto
de pouco conhecimento no Brasil, não sendo incluída na lista das fontes tradicionais de
contaminação ambiental. O corpo humano em decomposição não deixa de ser uma fonte
contínua de contaminação das águas subterrâneas e poços de abastecimento público,
pondo em risco a saúde das pessoas em contato mais próximo desses locais.
O corpo sepultado, durante o período coliquativo, libera um líquido funerário
chamado de necrochorume, que recebe esse nome por analogia ao chorume proveniente
da decomposição do lixo orgânico. Segundo Pacheco (2000) há duas situações a partir
das quais pode ocorrer a contaminação do aqüífero freático: Pela ação das águas das
chuvas em que ocorre uma lavagem da sepultura transportando o necrochorume para o
solo e subsolo. E com a subida do nível freático, que antes era profundo, pela ação das
chuvas, inundando a sepultura e saponificando o cadáver. Caso na área contaminada do
aqüífero venha a ser Captada água por um poço raso, poderá ocorrer sérios risco à saúde
da população local.
O necrochorume é determinado como sendo um líquido com alta viscosidade,
densidade de 1,23g/cm3, cor castanho-acinzentado, polimerizáveis, rico em sais minerais
e substâncias orgânicas degradáveis, cheiro forte e grau variável de patogenidade.
A poluição da água subterrânea é um dos principais fatores relacionados à
preservação do meio ambiente, tanto em função de sua importância como por ser
matéria-prima para as atividades desenvolvidas pelo ser humano. É também um problema
que vem ocorrendo desde os primórdios da civilização, tendo aumentado cada vez mais o
número de casos de contaminação com o crescimento populacional.
O uso concomitante de poços de amostragem e técnicas geofísicas condiz com
uma das maneiras mais viáveis para a identificação e monitoramento de áreas
contaminadas. Através do correto posicionamento de poços de amostragem e do
monitoramento de um terreno seguindo arranjos organizados, é possível estudar,
monitorar e identificar o comportamento de uma anomalia com rapidez, precisão,
versatilidade e custos relativamente baixos.
Os métodos da eletrorresistividade e eletromagnético indutivo, que serão
abordados neste trabalho, possuem como aplicações a determinação do nível d`água,
flutuações temporais e espacias do aquífero, identificação de anomalias relacionadas com
a contaminação, mapeamentos das bases geológicas e hidrogeológicas, determinação de
diferentes permeabilidades, presença de estruturas tectônicas, etc
1.1 Objetivos
O presente trabalho tem como objetivo:
1 estudar os métodos mais utilizados na avaliação ambiental de áreas contaminadas,
delimitando as condições de contaminação existentes na subsuperfície da área afetada
pelo líquido proveniente dos corpos em decomposição;
2 correlacionar e avaliar a eficácia da utilização dos dois métodos geofísicos,
empregados simultaneamente em um mesmo local de estudo;
3 acompanhar a variação da composição química da água subterrânea por meio de
amostragem em poços de monitoramento próximos ao local da contaminação.
1.2 Área de Estudo
A área de estudo localiza-se no interior do Campus de Pirassununga da
Universidade de São Paulo, em área adjacente à feição denominada Lagoa Seca (Figura
1).
Figura 1 – Área de estudo no interior do Campus da USP em Pirassununga
1.3 Cronograma
Durante os dias 7/12/09 a dia 10/12/09 foi realizada uma série de ensaios de
campo de eletrorresistividades e eletromagnéticos com posteriores análises e elaboração
de um relatório parcial.
Nos dias 10/05/10 a 12/05/10 foram realizados outros ensaios de campo com os
mesmos métodos, com o intuito de analisar a variação da pluma contaminante após esse
período de tempo, que abrangeu distintas condições de umidade do solo.
1.4 Esquema simplificado do local
Em um terreno com cerca de 24m x 48m de área, pouca vegetação e leve
inclinação, foram enterrados corpos de animais abatidos na própria fazenda da Faculdade
de Zootecnia e Medicina Veterinária da USP.
Os corpos e carcaças dos animais, em seu processo de decomposição, liberam
um líquido chamado de necrochorume, rico em sais minerais e, desta forma, esperava-se
ser possível detectar o comportamento da pluma de contaminação por meio dos métodos
geofísicos. A distribuição espacial das linhas de investigação e dos poços de
monitoramento instalados são apresentados na Figura 2.
Figura 2 – Diagrama esquemático da área de estudo. Em vermelho a posição da
vala onde foram enterrados os corpos
1.5 Trabalhos realizados no local
Saraiva (2010) apresenta uma visão introdutória sobre a área de estudos,
justificando a escolha do local, ensaios preliminares e outros dados concernentes à
hidrogeologia local.
2. Revisão Bibliográfica
São raros os trabalhos que abordam especificamente a aplicação de métodos
geofísicos na detecção de contaminação por necrochorume. No entanto vários trabalhos
descrevem a aplicação de métodos geofísicos para a delimitação de diferentes tipos de
contaminações.
Mendes (1987) usou a eletrorresistividade e o método eletromagnético indutivo
para mapear e monitorar a contaminação de águas subterrâneas em aterros sanitários,
áreas de infiltração de vinhaça, intrusão de água salgada em aqüíferos costeiros, áreas
com problemas de infiltração e áreas com vazamento de produtos e efluentes industriais.
Além disso, procurou realizar um estudo comparativo entre estas duas metodologias
empregadas.Os resultados dos estudos geofísicos realizados puderam atingir os objetivos
de mapear e monitorar a poluição e contaminação encontradas nas águas subterrâneas.
Foi observado que a eletrorresistividade, através das sondagens elétricas, apresenta
vantagens na determinação do número de camadas, suas espessuras e resistividades até
grandes profundidades. Já o método eletromagnético, através de caminhamentos
eletromagnéticos, se mostra mais rápido e melhor para estudos envolvendo pouca
profundidade, exigindo menos pessoas na operação, além da ausência do contato direto
com o solo. Também é útil para mapear e medir direções de fluxo de manchas poluentes,
contudo perde a linearidade em locais de alta condutividade e quando há a interferência
de correntes telúricas.
Pacheco (2000) faz uma sistematização crítica das pesquisas sobre “Cemitério e
Meio Ambiente” já desenvolvidas e em desenvolvimento, mostrando que a contaminação
das águas subterrâneas por cemitérios implantados de forma inadequada é uma realidade
no Brasil. Ele evidencia a importância da atuação do geólogo na execução de projetos
para implantação de cemitérios.
Matos (2001) avaliou a ocorrência e o transporte de microorganismos no cemitério
de Vila Nova Cachoeirinha, localizado na zona norte do município de São Paulo, onde há
um grande adensamento populacional. Os estudos se dividiram em análises de
laboratório e de campo, sendo realizadas oito sondagens elétricas verticais e quinze
caminhamentos eletromagnéticos nos quais se referem à obtenção de informações sobre
o subsolo do cemitério. Seus modelos geoelétricos mostraram que o embasamento
estava a uma profundidade de 9,0m na cota mais baixa e a 20,5 m no topo, a
profundidade do nível freático não foi possível estimar com precisão. As principais fontes
de contaminação das águas subterrâneas no cemitério foram as sepulturas com menos
de um ano localizadas nas cotas mais baixas, próximas ao nível freático, nesses locais o
acréscimo na quantidade de sais minerais provocados pelas sepulturas permitiram
detectar um aumento da condutividade elétrica com o método da eletrorresistividade.
Quanto à mobilidade dos microorganismos existentes neste cemitério, o mesmo
autor concluiu que as bactérias são transportadas por poucos metros, diminuindo em
concentração quanto maior a distância do foco de contaminação. Os vírus possuem
mobilidade maior, podendo atingir dezenas de metros.
Gallas et. al. (2005) efetuaram ensaios geofísicos de eletrorresistividade no
município de Londrina, situado na bacia do Paraná. Esses ensaios tiveram como objetivos
detectar anomalias ou assinaturas geofísicas bem como estabelecer seus limites laterais
e verticais através de mapas de resistividade em 2D. A contaminação por chorume foi
oriunda de um aterro sanitário onde havia a disposição de resíduos sólidos, sendo
aplicado o método geofísico à jusante deste local. Foi possível correlacionar as zonas de
menor resistividade com as zonas de contaminação por chorume no mapa de
resistividade 2D. Concluem que o método da eletrorresistividade atingiu seus objetivos, ou
seja, localizar e delimitar a extensão da zona contaminada.
Moreira et. al. (2007) utilizaram o método eletromagnético indutivo (EM) em uma
área industrial do município de Araras. Esta área apresentava contaminação do solo e da
água subterrânea por efluentes químicos, como os LNAPL (Compostos de Fase Líquida
Leve Não Aquosa) com menor densidade que a água, e os DNAPL (Compostos de Fase
Líquida Densa Não Aquosa) mais densos que a água. Como resultado dos estudos, foi
constatado que a pluma de contaminação atinge não somente a área de indústria, como
também o subsolo e áreas adjacentes. Nos locais onde havia a contaminação, o EM
registrou uma maior condutividade elétrica. Concluem que o método eletromagnético
atingiu seus objetivos, permitindo detectar o local de contaminação e o fluxo da pluma de
acordo com o meio geológico.
Gandolfo & Gallas (2007) apresentam o resultado de uma investigação rasa onde
foram comparados os arranjos pólo-dipolo e dipolo-dipolo em eletrorresistividade. Foi
concluído que ambos os arranjos apresentam similaridade em termos de resolução e
profundidade, sendo o modelo pólo-dipolo viável quando se tem por objetivo atingir
maiores profundidades sem perda de resolução.
Cunha (2009) aplicou os métodos elétricos e eletromagnético para delimitar uma
estrutura aqüífera e sua eventual contaminação relacionada a rejeitos de sulfeto de cobre
de uma mina localizada no distrito de Pilar, no vale do rio Curaçá, Bahia. O método da
eletrorresistividade auxiliou na delineação das variações laterais e verticais da pluma
contaminante, assim como possibilitou detectar variações litológicas de três camadas
distintas. Já no método eletromagnético foram observados corpos condutivos alongados
na direção norte-sul e paralelos ao curso de um riacho próximo. Esses corpos condutivos
decrescem em dimensão e intensidade com a profundidade, muito provavelmente sendo
uma pluma de contaminação associada a zonas de fraturamento conectados à bacia de
rejeitos da mineração.
3.Metodologia
3.1 Eletrorresistividade
A eletrorresistividade se baseia na introdução artificial de uma corrente elétrica no
solo através de eletrodos que seguem um arranjo determinado (Telford 1990). Medindo o
potencial gerado entre dois eletrodos e tendo o valor do fluxo de corrente elétrica pode-se
calcular a resisitividade aparente em subsuperfície, propriedade esta que auxilia na
localização de anomalias em subsolo relacionadas a diversos fatores, como por exemplo
diferenças litológicas, presença de dutos, nível d`água, contaminações, etc.
Uma corrente (I) injetada no solo é propagada a partir de dois eletrodos A e B;
essa corrente se propaga no solo e gera uma diferença de potencial (∆V) captada por
outros dois eletrodos (M e N) localizados nas proximidades. A geometria dos dipolos AB e
MN no momento da medida define um fator K, dado por:
onde AM, BM, NA e BN são as distâncias entre os respectivos eletrodos.
A partir desse fator é possível calcular a resistividade aparente :
De acordo com as posições dos eletrodos, organizados seguindo arranjos
específicos, é possível mapear horizontalmente e verticalmente uma região. Diversos
arranjos (Schlumberger, Wenner, dipolo-dipolo, pólo-dipolo, pólo-pólo, gradiente, entre
outros) podem ser utilizados, sendo que cada um apresenta vantagens e desvantagens
particulares.
Nos levantamentos dos dados de eletrorresistividade foi usada a técnica do
caminhamento elétrico, com o arranjo dipolo-dipolo. Este é utilizado em diversas
aplicações, como em mineração, prospecção de água subterrânea, estudos ambientais e
etc. No arranjo dipolo-dipolo o espaçamento entre os eletrodos de corrente AB e
potenciais MN é igual e denominado "a", sendo que a distância entre os pares de
eletrodos pode ser chamada de "n", ou fator de separação. Quanto maior o valor de "n",
maior será a profundidade de investigação, conforme apresentado na Figura 3.
Figura 3 – Esquema da posição dos eletrodos para o arranjo dipolo-dipolo (Gandolfo &
Gallas 2007).
Segundo Gandolfo & Gallas (2007), o arranjo dipolo-dipolo apresenta a vantagem
de ser simétrico, facilitando as operações na detecção do local correto de uma anomalia.
As principais vantagens da eletrorresistividade são a facilidade de aquisição de
dados, a possibilidade de leitura em diversas profundidades, varredura de grandes áreas
em pouco tempo, auxílio na caracterização geológica e hidrogeológica. Como maior
desvantagem há o problema do uso limitado em centros urbanos, pois pode haver uma
interferência nos dados pela presença de fios de alta tensão, estruturas metálicas,
tambores, etc.
Para a realização deste trabalho foi utilizado um resistivímetro multieletrodo da
marca Iris, modelo Syscal Switch Pro, com cabo multieletrodo de 48 canais. Foram
levantadas 25 linhas paralelas entre si, com 48 eletrodos distanciados entre si de 1 metro.
Os tamanhos dos dipolos levantados foram de 1m, 2m e 4m, tarefa facilitada pela
utilização de equipamento multieletrodo.
3.2 Eletromagnético (EM)
O método eletromagnético é muito usado na prospecção mineral, pois responde
bem à condução elétrica em pouca profundidade (Telford 1990). O método envolve a
propagação de um campo eletromagnético primário Hp gerado a partir de uma bobina
transmissora Tx, sendo captado por uma bobina receptora Rx (Figura 4). Esse campo se
propaga num formato oscilatório entre as duas bobinas. Na medida em que atravessa o
subsolo, um outro campo eletromagnético secundário Hs é gerado em resposta às
características locais. O equipamento mede a relação entre os dois campos cujo valor é
proporcional à condutividade elétrica (σ) Gallas (2007)
A profundidade utilizada na investigação pelo método EM é inversamente
proporcional à frequência do sinal do campo primário.
Figura 4 – Princípio do Método Eletromagnético Indutivo (Moreira 2007)
De acordo com McNeill (1980), apud, Cunha (2009), a condutividade elétrica
no meio é dada por:
Onde a razão (Hs / Hp) pode ser dada por:
A condutividade elétrica varia em função do tipo de solo, rocha, porosidade,
permeabilidade, grau de saturação e principalmente das propriedades eletroquímicas dos
fluidos que preenchem os poros das rochas.
De acordo com a variação da distância e da posição das bobinas, é possível variar
a profundidade investigada. Quando o campo eletromagnético gerado tem seu eixo
vertical (bobina na posição horizontal) a profundidade de investigação é maior do que
quando o campo é horizontal,
Neste trabalho foi usado o EM-31, equipamento fabricado pela empresa
canadense Geonics. Nele as bobinas se encontram separadas por uma distância de
3,66m entre si, opera com freqüência de 9,8 kHz e a condutividade elétrica é dada
em milisiemens por metro (mS/m). Duas formas de investigações foram realizadas
conforme citado anteriormente (Figura 5), o dipolo horizontal com geração de campos
verticais (6m de profundidade investigada) e o dipolo vertical com geração de campos
horizontais (3m de profundidade investigada). Foram levantadas 25 seções paralelas e
distanciadas em 1m entre si.
Figura 5 - Desenho esquemático mostrando a diferença entre o dipolo horizontal e o
dipolo vertical usados em campo.
3.3 Poços de monitoramento
Nas fases preliminares do estudo foram instalados 17 poços para monitorar a
variação química da água durante a migração da pluma contaminante.
Por normas da CETESB (1988) “A-2.1.3.4 De forma alguma o operador deverá
esvaziar completamente o poço se a recarga for muito forte e provocar a formação
de quedas d’água, acelerando a perda de voláteis. O operador poderá evitar esse
inconveniente, retirando 3 volumes do poço a uma velocidade que não cause
recarga excessiva, antes da amostragem.” .
Portanto, é necessário esvaziar cada poço 3 vezes o volume de água em seu
interior (Figura 5). Cada poço usado possuia cerca de 5 litros de água armazenada, sendo
necessário retirar 15 litros antes da amostragem. Após esse procedimento, a água
amostrada foi armazenada em recipientes previamente identificados, lavados com água
bi-destilada, sendo então levados à geladeira e conservados até chegar no laboratório,
para não alterar suas propriedades químicas.
Na boca dos poços para análises químicas é possível medir a presença de gases,
como por exemplo do metano, sendo esperado o aumento de suas liberações à medida
que o processo de putrefação dos corpos se acentue. No poço localizado à montante é
indicada a qualidade da água subterrânea sem a interferência do sistema de disposição
de resíduos.
Figura 5 – Esquema do procedimento de amostragem da água subterrânea.
Nos lisímetros são avaliados as variações dos parâmetros de poro-pressão,
porém, tais dados não fizeram parte do presente estudo.
No poço-cacimba para medida do nível d`´agua à jusante foi medida uma
profundidade freática de 1,46m, utilizando um medidor de nível d`água. Esse
equipamento possui uma fita métrica resistente, com sua extremidade ligada a um
aparelho cilíndrico que emite um apito ao tocar na água (Figura 6).
Figura 6 – Esquema do procedimento de medida do nível da água subterrânea.
4.Resultados obtidos e discussão
4.1 Eletrorresistividade
Após as medidas de campo, os dados de eletrorresistividade ficam armazenados
na memória do equipamento. Usando o programa Proxys II da Iris Instuments, torna-se
possível transferi-los para um computador, sendo então necessário convertê-los para um
formato passível de ser processado pelo software de inversão de dados (Res2Dinv).
O procedimento para a conversão dos arquivos consiste em: No Proxys II, clicar
em “File” => “Open => selecionar cada arquivo de medidas de campo do resistivímetro, ir
em “File” => “Export and Save” => Res2Dinv/Res3Dinv. Assim cada linha medida em
campo será convertida para o formato Res2Dinv, pronto para a execução da inversão dos
dados.
O procedimento no programa Res2Dinv é: em “File” => “Read data file”, o
programa carrega cada arquivo de dados. Selecionando a opção “Inversion” => “Least
Square Inversion” o programa irá inverter os valores de resistividade adquiridos, para que
a resistividade aparente se torne em resistividade real. Alguns parâmetros podem ser
selecionados no programa Res2Dinv, tais como escala de resistividades, ponderação da
direção de ajustes, número de iterações, entre outros. A Figura 7 apresenta os resultados
da linha 24 antes e depois da inversão:
Figura 7 – A seção superior mostra os dados de campo, a intermediária a do modelo dos
dados calculados e a inferior a inversão do modelo calculado.
Da cor azul até roxo aumenta-se progressivamente a resistência à passagem de
corrente elétrica. A abscissa representa a distância horizontal em metros, a ordenada
representa a profundidade em metros. A seção da parte superior apresenta os dados
medidos diretamente em campo sem nenhum processamento. Na seção central é
representada uma modelagem do programa Res2DInv para os valores de resistividade
aparente, o programa cria uma matriz da seção superior e a transforma em pseudo-seção
calculada, que será utilizada para a inversão. A seção inferior apresenta o modelo
invertido, ou seja, com os valores de resistividade real.
A seguir serão mostradas todas as seções de resistividade real a partir da linha 23
a 00 com algumas explicações pertinentes às variações observadas:
- Na linha 20 já ocorre a margem da região onde foram enterrados os corpos dos
animais, sendo possível observar uma mancha azul anômala referente à contaminação ou
à própria cava.
- Na linha 19 surge o centro do local em que os corpos foram enterrados, a partir
da coloração azul a 2,5m de profundidade. Há uma maior condução elétrica devido à
substância liberada pelos corpos. A mesma feição é observável nas seções 18 e 17.
- Da linha 16 em diante a contaminação aparenta ter se diluído, normalizando os
valores de resistividade novamente.
4.2 Eletromagnético Indutivo (EM)
O levantamento foi efetuado ao longo das mesmas linhas de resistividade, agora
com medidas a cada 2 metros. As figuras a seguir são medidas de campo efetuadas com
o EM-31, processadas em gráficos de Excel. As linhas azuis representam as medidas de
dipolos verticais, as rosas representam os dipolos horizontais.
A seguir serão mostrados os valores de condutividade elétrica em mS/m
(ordenada), pela distância percorrida (abscissa):
- Nas linhas 23 e 24 houve uma elevação abrupta dos valores, provavelmente
relacionados a alguma anomalia geológica local. Os sinais de interrogação se referem à
valores extremamente altos de condutividade, provavelmente relacionados à alguma
interferência local, como por exemplo os poços de monitoramento.
- Em geral foi observada pouca variação na condutividade elétrica.
- Valores um pouco maiores de condutividade em dipolo vertical foram observados
nas linhas 00 a 07 dos caminhamentos. Este comportamento pode estar relacionado a
variações litológicas.
6.Conclusões
Os ensaios geofísicos de eletrorresistividade realizados na área de estudo
atingiram plenamente o objetivo de delimitação e detecção da pluma contaminante
de necrochorume. Houve um bom recobrimento da área estudada desde a linha 0
até a linha 24.
Graças à maior condução elétrica gerada por íons no necrochorume, foi
possível correlacionar valores de resistividade baixos com a área de influência
desse contaminante. A passagem da contaminação gerada pelos corpos em
decomposição ocorre no sentido SE até que ocorra sua diluição mais ou menos
entre as linhas 16 e 15. O sentido de fluxo do contaminante segue o modelo de
fluxo d`água na zona vadosa, tendendo a migrar das regiões de cota topográfica
maior para as de menor até chegar na Lagoa Seca, graças à permeabilidade
litológica do local.
Em comparação com as seções feitas no segundo semestre de 2009,
nessas foi possível observar:
- O aumento do nível freático devido às mudanças climáticas, que
intensificaram a umidade local.
- O início da zona contaminante agora ocorre na linha 20 (antes na linha
21), provavelmente devido à não exatidão das medidas realizadas entre dois
meses distintos e possivelmente pela maior velocidade do fluxo do contaminante
no mês de maio.
- Em ambas as seções o contaminante se dilui quase completamente na
linha 14, não sendo mais observado a partir dos modelos eletrorresistivos.
O método eletromagnético indutivo, por outro lado, não discriminou a área
de influência do necrochorume gerado pela decomposição. Os valores de
condutividade elétrica em mS/m permaneceram sem alterações significativas
próximos da região onde os corpos foram enterrados, tanto no mês de dezembro
como no mês de maio. Foi possível observar, com pouca precisão, o litotipo
distinto existente na lista 00 a 07 e na linha 07 a 24, em ambos os meses.
Esse método apresentou como vantagem a rapidez e versatilidade na
leitura das linhas em relação ao da eletrorresistividade. Foram observadas
algumas interferências locais, devido ao aumento exagerado da condução elétrica,
próximas ao poço de medida do nível d`água à montante.
Os resultados analisados revelam a possibilidade de aplicação da geofísica
como uma ferramenta útil em estudos ambientais relacionados às áreas de
disposição de resíduos ricos em matéria orgânica, como por exemplo o
necrochorume gerado nos cemitérios em que se trata esse trabalho. Porém há
certas limitações de acordo com o método empregado, assim como vantagens e
desvantagens particulares de cada um.
Bibliografia
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Normas Cetesb: http://www.cetesb.sp.gov.br/Solo/areas_contaminadas/anexos/download/6410.pdf