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Aplicação de técnicas de alta resolução para caracterização geoambiental de áreas com ocorrência de gás metano / Application of high resolution techniques for geoenvironmental characterization of sites with methane gas occurrence

Freitas, Leandro Gomes de [UNESP] 24 March 2017 (has links)
Submitted by LEANDRO GOMES DE FREITAS (legfreitas_br@yahoo.com.br) on 2017-05-16T03:49:19Z No. of bitstreams: 1 FREITAS,L.G._MESTRADO_HRSC_CH4.pdf: 28183033 bytes, checksum: 7752fe6e8f1336ebae2d7abc6db48c10 (MD5) / Approved for entry into archive by Luiz Galeffi (luizgaleffi@gmail.com) on 2017-05-16T14:56:51Z (GMT) No. of bitstreams: 1 freitas_lg_me_rcla.pdf: 28183033 bytes, checksum: 7752fe6e8f1336ebae2d7abc6db48c10 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-16T14:56:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 freitas_lg_me_rcla.pdf: 28183033 bytes, checksum: 7752fe6e8f1336ebae2d7abc6db48c10 (MD5) Previous issue date: 2017-03-24 / Os riscos associados à intrusão de gases e vapores do solo em edificações estão ganhando crescente interesse da sociedade, principalmente pelos possíveis danos à saúde humana ou até mesmo por explosões. Na região metropolitana de São Paulo, estudos ambientais vêm relatando com frequência a ocorrência de gás metano (CH4) no subsolo, gerando preocupações sociais, políticas e econômicas. Uma forma inovadora de otimizar o diagnóstico dessas áreas e gerar Modelos Conceituais mais consistentes, se dá com a utilização de técnicas de investigação de alta resolução, como o Membrane Interface Probe (MIP). Nesse contexto, foi conduzido um estudo para avaliar o potencial do MIP, associado a outras técnicas de investigação, para o diagnóstico geoambiental de uma área com a ocorrência de gás metano no subsolo. A área de estudo foi o campus da USP Leste, no município de São Paulo. O estudo foi realizado em três etapas. Na primeira, foram realizados testes de bancada para a obtenção de curvas de resposta do detector de ionização por chama (FID) do sistema MIP para diferentes misturas gasosas, com diferentes temperaturas de aquecimento da sonda. Na segunda etapa foram realizados os ensaios de campo com o MIP e com as seguintes técnicas auxiliares: Soil Color Optical Screening Tool (SCOST); amostragem de gases do solo com o sistema Post Run Tubbing (PRT); e, amostragem de solo por sondagens direct push. Na terceira etapa foram realizadas as análises laboratoriais das amostras de solo coletadas. Os resultados obtidos foram apresentados por meio de perfis e seções representativas da área de estudo. Nos ensaios de bancada, todas as curvas de resposta mostraram alta correlação entre as respostas do FID e as concentrações de CH4 das amostras. Os perfis obtidos em campo pelo sensor de condutividade elétrica do MIP, bem como os perfis de cores obtidos pelo SCOST, apresentaram boa correlação qualitativa com as descrições litológicas e com os perfis granulométricos, auxiliando na caracterização litoestratigráfica. Os ensaios MIP confirmaram a alta sensibilidade da ferramenta para a detecção de CH4, principalmente com a sonda aquecida, possibilitando o mapeamento de acumulações de biogás no subsolo. A amostragem com o PRT confirmou a existência de concentrações de até 77% v/v de CH4 nas camadas de depósitos tecnogênicos. Já as análises de teor de matéria orgânica e fração de carbono orgânico mostraram a presença de camadas com elevado teor orgânico e alto potencial metanogênico, principalmente nas camadas de argila orgânica em meio aos sedimentos quaternários. Conclui-se que o MIP demonstra um grande potencial para a caracterização em alta resolução de áreas com ocorrência de gás metano no subsolo e que as técnicas auxiliares forneceram informações importantes para apoiar a interpretação e a validação dos resultados obtidos. / The risks associated with soil gases and vapor intrusion in buildings are gaining increasing attention in our society, mainly because of possible harm to human health or even explosions. In São Paulo Metropolitan Area, environmental studies have frequently reported methane (CH4) in the subsoil, causing social, political and economic concerns. An innovative approach to optimize site assessment for these cases and generate more consistent conceptual site models (CSM), is through the application of high resolution site characterization (HRSC) tools, as the Membrane Interface Probe (MIP). In this context, a study was carried out to evaluate the potential of the MIP, associated with other subsurface investigation techniques, for the geoenvironmental diagnosis of an area with methane gas occurrence in the subsoil. The study area was the university campus of USP Leste, at São Paulo city. The study was performed in three stages, including laboratory and field procedures. On the first one, bench tests were performed to obtain response curves of the MIP’s Flame Ionization Detector (MIP/FID) for different gas mixtures, with variable probe heating temperatures. On the second stage, MIP tests were performed in the field, with the following auxiliary techniques: Soil Color Optical Screening Tool (SCOST); soil gas sampling with the Post Run Tubbing (PRT) system; and the direct push whole core soil sampling. The third and last stage consisted of laboratory analysis of the soil samples. The results of the bench tests showed very strong correlations between the FID’s response and the CH4 concentration of the samples. The profiles obtained on the field by the MIP’s electrical conductivity sensor and by the SCOST showed good qualitative correlation with the lithological descriptions and with the granulometric profiles, supporting the lithostratigraphic characterization. The MIP/FID results confirmed its high sensitivity to CH4 detection, especially with the heated probe, enabling the mapping of biogas accumulations in the subsurface. The PRT gas sampling confirmed methane’s concentrations as high as 77% v/v in the landfill layers. The organic matter analysis showed high organic content layers with great methanogenic potential, especially in the organic clay layers of the quaternary sediments. It was concluded that MIP has a great potential for the high resolution characterization of sites with methane gas occurrence and the auxiliary techniques also provided valuable information to support the interpretation and validation of the results.
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Investigação de alta resolução com o piezocone: um estudo de caso / High resolution site characterization: a case study

Derrite, Rafael Muraro [UNESP] 06 March 2017 (has links)
Submitted by Rafael Muraro Derrite null (rmderrite@yahoo.com.br) on 2017-06-08T11:36:06Z No. of bitstreams: 1 RMDerrite-Dissertação.pdf: 10693361 bytes, checksum: b698bdf7fcbbdb400564bd3ad2ffe787 (MD5) / Approved for entry into archive by Luiz Galeffi (luizgaleffi@gmail.com) on 2017-06-08T16:41:45Z (GMT) No. of bitstreams: 1 derrite_rm_me_bauru.pdf: 10693361 bytes, checksum: b698bdf7fcbbdb400564bd3ad2ffe787 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-08T16:41:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 derrite_rm_me_bauru.pdf: 10693361 bytes, checksum: b698bdf7fcbbdb400564bd3ad2ffe787 (MD5) Previous issue date: 2017-03-06 / A heterogeneidade hidrogeológica do meio físico é um dos fatores principais na definição da distribuição dos contaminantes e seus subprodutos para elaboração de um Modelo Conceitual da Área (MCA). Existem diversas abordagens para a investigação ambiental de áreas contaminadas, sendo que a investigação de alta resolução (High Resolution Site Characterization - HRSC) permite obter um detalhamento em densidade e escala adequadas, tanto da variabilidade vertical e horizontal da condutividade hidráulica e dos tipos de solo, quanto das concentrações dos contaminantes, sua distribuição e interações no meio físico. Uma das ferramentas de alta resolução utilizada para se definir o Modelo Conceitual do Meio Físico é o piezocone (CPTu), a qual permite avaliar e classificar o tipo de solo e descrever um perfil hidroestratigráfico em escala centimétrica. O presente estudo teve como principal objetivo definir perfis e seções hidroestratigráficas em alta resolução, utilizando amostragem de solo Direct Push Dual Tube Sampling (DPDTS) e ensaios CPTu com Dissipação de Poro-Pressão (PPDT). A amostragem de solo DPDTS permitiu uma caracterização do solo in situ, definindo-se preliminarmente as principais zonas de fluxo e armazenamento de eventual contaminação. Os ensaios CPTu detectaram o tipo de solo em microescala (centímetros), com a identificação adequada das zonas de fluxo e armazenamento, bem como estabeleceram um perfil contínuo de condutividade hidráulica, além também de fornecerem dados pontuais através dos ensaios PPDT, definindo-se, então, um perfil hidroestratigráfico em alta resolução, subsidiando o projeto e aplicação de qualquer técnica de remediação. Os resultados mostraram grandes diferenças entre as descrições do tipo de solo obtidas pela sondagem DPDTS (tátil-visual) e pelos ensaios CPTu. Estes últimos possibilitaram identificar a heterogeneidade do meio físico, sua variação e alternância da condutividade hidráulica em detalhe, tendo sido detectados até cinco tipos de solos distintos pelos ensaios CPTu dentro de um único descrito pelo método tátil-visual (DPDTS), demonstrando o potencial de emprego dessa técnica para definição da hidrogeologia em escala centimétrica e a vantagem da sua utilização como ferramenta de alta resolução. / The hydrogeological heterogeneity of the physical environment is one of the main factors in the definition of the distribution of contaminants and their by-products for the elaboration of a Conceptual Site Model (CSM). There are several approaches to the environmental investigation of contaminated sites, and the High-Resolution Site Characterization (HRSC) allows to obtain an adequate density and scaling detail of both vertical and horizontal variability of hydraulic conductivity and soil types, as well as the concentrations of contaminants, their distribution and interactions in the physical environment. One of the high-resolution tools used to define the Conceptual Model of the Physical Environment is the piezocone (CPTu), which allows to evaluate and classify the soil type and describe a hydrostratigraphic profile in a centimeter scale. The main purpose of the present study was to define high-resolution hydrostratigraphic profiles and sections using Direct Push Dual Tube Sampling (DPDTS) and CPTu tests with Pore-Pressure Dissipation (PPDT). The DPDTS soil sampling allowed an in-situ soil characterization, defining the main flux and storage zones of eventual contaminants. The CPTu tests detected the soil type in microscale (centimeters), with adequate identification of the flux and storage zones, also established a continuous profile of hydraulic conductivity, as well as obtained punctual data through the PPDT tests, thus defining the hydrostratigraphic profile in high resolution, supporting the design and application of any remediation technique. The results showed large differences between the soil type descriptions obtained by the DPDTS (tactile-visual) and the CPTu tests. The latter allowed the identification of the heterogeneity of the physical environment, its variation and alternation of hydraulic conductivity in detail, and up to five different soil types were detected by the CPTu tests within a single type described by the tactile-visual method (DPDTS), demonstrating the potential use of this technique to define the local hydrogeology in a centimeter scale and the advantage of its use as a high-resolution tool.

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