Linhas de pesquisa

O Grupo de Pesquisa envolvido neste projeto é composto por diversos especialistas brasileiros que atuam em diferentes regiões, e o direcionamento desta
experiência acumulada visa o estudo de mecanismos de instabilização e degradação do sistema encosta-planície, em conjunto com a proposta de métodos e a formulação de políticas de reabilitação.

O intenso intercâmbio de conhecimento que será gerado entre as diversas regiões do país, pelos pesquisadores, ocorrerá através de orientações de dissertações de Mestrados e Teses de Doutorados, atividades de iniciação científica e tecnológica,
publicações (artigos, livros, apostilas etc.), simpósios, encontros etc. Este conhecimento terá como base 3 grandes linhas de pesquisas, que são apresentadas em detalhes nos links a seguir.

1. MECANISMOS DE INSTABILIZAÇÃO E INFLUÊNCIA DO USO E COBERTURA VEGETAL

Atualmente, são crescentes os danos ambientais ligados a processos erosivos e instabilização de encostas. Esta linha consiste no estudo dos mecanismos que produzem a instabilização de encostas naturais, taludes artificiais (cortes, aterros e solos reforçados) e obras geotécnicas como barragens, taludes de estrada, escavações, etc., através de deterioração de enrocamento, deslizamentos ou de erosão voçorocamento e ravinamento).

Para compreender os processos de instabilização, é necessário abordar os aspectos geotécnicos, geológicos, geomorfológicos e a relação com os dados climáticos e processos hidrológicos, além de outros componentes sócio-ambientais, tais como,
cobertura vegetal, ação antrópica, uso e ocupação do solo. Além da degradação ambiental gerada pelo processo erosivo em si, danos são também causados a áreas agrícolas, linhas de transmissão, rodovias, bairros residenciais, assoreamento de cursos d`água e reservatórios. Dentro deste tema procurase ampliar as pesquisas para entender o processo evolutivo de ravinas e voçorocas por
meio da análise da evolução físico-química e estrutural do solo e utilizando conceitos de solos não saturados. Serão realizados estudos dos condicionantes e mecanismos dos processos de intemperismo e dos processos erosivos (por ação de escoamentos superficiais e/ou subsuperficiais e/ou gravitacionais) e deposicionais que governam a evolução das bacias de drenagem nos dias atuais, com foco especial sobre a zona de
cabeceiras de drenagem no domínio de encostas; estudos em base morfológica e estratigráfica sobre a evolução de bacias hidrográficas em tempo geológico recente (Quaternário Tardio).

Levando-se em conta que os mecanismos indutores dos processos erosivos e instabilização de encostas podem ser reproduzidos sob diferentes condicionantes geobiofísicos, buscar-se-á nesta rede ampliar os conhecimentos disponíveis no âmbito das diferentes regiões brasileiras visando o estabelecimento de possíveis generalizações e especificidades, além de estudar técnicas alternativas técnico-econômicas.
A mitigação dos problemas relativos às instabilidades de taludes rochosos urbanos e fronteiriços às rodovias e ferrovias é extremamente importante, uma vez que a ruptura destes maciços pode significar prejuízos econômicos significativos, incluindo-se perdas de vidas. Uma ruptura típica e freqüente de encostas rochosas é caracterizada pelo tombamento e a queda de blocos. A pesquisa irá avaliar as técnicas existentes em função dos condicionantes típicos de instabilidades de blocos.

A alteração dos enrocamentos constituídos de rochas brandas de barragens de Furnas Centrais Elétricas S. A. despertou o interesse na avaliação do comportamento geomecânico dos enrocamentos que se encontram em fase avançada de desgaste e alteração. A pesquisa prevê a realização da alteração do enrocamento são em laboratório através de ensaios em soxhlet e ciclagem de secagem-umidecimento. Esta pesquisa focalizará duas barragens importantes, localizadas na região centro-oeste do Brasil. Outra pesquisa na área de barragens será o estudo de viabilidade de emprego de geossintéticos em taludes. Esta pesquisa representa uma área inovadora no Brasil com
resultados muito promissores. Trata-se de estudo sobre a substituição de materiais naturais presentes em taludes de barragens por materiais geossintéticos, garantindo-se a função primordial de cada um. No caso de sucesso, os resultados significarão redução de
tempo construtivo e de custos para implantação de barragens de pequeno e médio porte, contribuindo para a entrada mais rápida e menos onerosa de estruturas geradoras de energia no sistema geral do país.

As mudanças ambientais têm sido promotoras de um aumento crescente da freqüência e intensidade das enchentes em áreas densamente povoadas, refletindo a devastação das áreas florestadas e a expansão acelerada de áreas impermeáveis. Por um lado a remoção de florestas tende a tornar os solos mais vulneráveis, promovendo o aumento da erosão e, por conseguinte, da produção de sedimentos que convergem para os rios durante os períodos de cheias. Por outro, a carga excedente de sedimentos fluviais propicia o assoreamento e as modificações no comportamento hidráulico dos canais fluviais.

Estas mudanças constituem um desafio permanente ao aprimoramento da modelagem preditiva e, por esta razão, pretende-se testar, aprimorar ou adequar os
modelos anteriormente desenvolvidos nos grupos envolvidos nesta Rede, para diferentes sistemas ambientais e condições de contorno variáveis. Esta linha de pesquisa também envolve o estudo das ameaças de desastres e do grau de vulnerabilidade do sistema e dos corpos receptores de modo a obter sínteses conclusivas, permitindo a avaliação e a hierarquização dos riscos de desastres e a definição de áreas de maior risco. Os estudos serão baseados em parte no banco de dados da GEORIO (Fundação Instituto de Geotécnica do Município do Rio de Janeiro), e em parte nos resultados das pesquisas e do monitoramento de áreas instrumentadas nas regiões Sul (RS), Sudeste (RJ, SP, MG) e Nordeste (PE) do país. Em relação às análises de vulnerabilidade/susceptibilidade e riscos relacionados a encostas, pretende-se avançar
em metodologias para estudos diagnósticos dos problemas sócio-ambientais indutores ou que potencializam os desastres. Pretende-se também aprimorar as metodologias de análise prognóstica para visualização espaço-temporal de cenários futuros levando-se em conta a manutenção ou as possíveis reversões dos processos degenerativos dos sistemas sócio-ambientais.

Considera-se importante a geração de um banco de dados de desastres envolvendo deslizamentos e outros fenômenos de risco, indo ao encontro do esforço nacional de produção de uma base de informações que possa ser compartilhada. A nova lei da Defesa Civil Nacional (Decreto no 5.376/2005) incentiva a criação de grupos de ensino e pesquisa de apoio à Defesa Civil, cria o CENAD – Centro Nacional de Gerenciamento de Riscos e Desastres e implanta o SINDESB – Sistemas de Informações sobre Desastres no Brasil.

Um outro aspecto a ser abordado nesta linha de pesquisa diz respeito ao desenvolvimento e implantação de sistemas de alerta para a ocorrência de desastres, particularmente deslizamentos e enchentes, frente a condições climáticas extremas. Este aspecto contará com a participação da GEORIO e uso de dados de monitoramento e previsão climatológica disponibilizados pelo INPE (CPTEC). Algumas equipes já
participaram, por exemplo, da criação de um Sistema de Alerta a Deslizamentos no Município de Petrópolis, e têm colaborado com a concessionária CRT, Rodovia Rio – Teresópolis, e com a GEORIO no uso do Sistema de Alerta para a rodovia e do Município do Rio de Janeiro.

Várias cidades dos estados da Região Nordeste apresentam situações e problemas semelhantes aos da Região Metropolitana do Recife, que durante o período de chuvas, tem convivido com problemas de movimentação de taludes provenientes de cortes e/ ou aterros e com problemas de erosão. A predominância dos solos encontrados nas encostas em geral tem origem nos sedimentos da Formação Barreiras e nos solos residuais de granito. Sendo assim, um estudo do comportamento do solo com base na formação geológica é um avanço para a o conhecimento do problema, buscando a solução de engenharia com bases técnicas mais seguras, permitindo a redução de risco das áreas.

As linhas de pesquisas procurarão desenvolver técnicas que utilizem materiais alternativos, como resíduos da construção civil e outros, voltados para a preservação ambiental.

AÇÕES PREVISTAS NO PROJETO:

• Desenvolvimento de bancos de dados das áreas de laboratório e campo, incluindo as informações geradas, para fins de monitoração e intercâmbio em rede;
• Pesquisa sobre a dinâmica geral de surgimento e evolução dos processos erosivos junto aos centros urbanos;
• Estudo de erosão dos solos (voçorocamento), considerando-se aspectos como geomorfologia, geologia estrutural, hidrologia e hidrogeologia;
• Pesquisas sobre a influência da cobertura vegetal nos processos hidrológicos de encostas, através de modelos físicos e análises numéricas;
• Estudo do comportamento de solos não-saturados;
• Desenvolvimento de equipamentos e métodos;
• Implantação de medidas de deslocamento e temperatura em obras geotécnicas em geral e também em modelos físicos usando a técnica de fibra ótica.
• Medidas de valores de sucção em campo através do uso de tensiômetros e sistemas de aquisição de dados para estabelecimento de condições transientes de poro-pressão durante chuvas extremas;
• Ensaios de determinação de resistência dos solos da encosta em condições de variação de sucção;
• Interpretação de instrumentação de encostas e taludes artificiais visando entender os mecanismos de ruptura;
• Estudo da susceptibilidade de deslizamentos de encostas naturais em eventos de chuva intensos, também com o uso de modelos de laboratório (do tipo "flume tests");
• Instabilização de encostas por efeito de percolação d`água com modelagem numérica do fluxo de água subsuperficial;
• Ensaios geotécnicos especiais, visando reproduzir condições de campo, dentre os quais ensaios de fluência em solos saprolíticos e coluvionares;
• Resistência ao cisalhamento de solos saprolíticos e lateríticos, com ênfase na resistência residual determinada por ensaios de "ring-shear" e ensaio Brasileiro;
• Caracterização geológico-geotécnica de solos, de diferentes regiões do País, com relação à erodibilidade;
• Investigação e análise de fatores condicionantes da erosão de solos;
• Ensaios de laboratório e de campo relativos à erodibilidade de solos e sistemas de contenção e controle;
• Estudo de técnicas determinísticas e probabilísticas para análise da estabilidade de taludes;
• Técnicas de monitoramento hidrológico e erosivo de encostas;
• Monitoração de chuvas de forma contínua em áreas vegetadas através de pluviômetros sob o dossel e em clareiras e de fluxos de tronco arbóreo;
• Análises da influência do dossel da vegetação na intercessão pluviométrica e infiltração no solo;
• Definição de técnicas que propiciem a infiltração de águas pluviais, também com a utilização de materiais alternativos voltados para a preservação ambiental;
• Estudos de redes de fluxos d`água subterrâneos.
• Pesquisa sobre suscetibilidade ao intemperismo de redes metálicas em carga para contenção de blocos;
• Instabilização de encostas de solos residuais por ciclagem de poro-pressão e fluência terciária
• Estudo do comportamento de massas coluvionares saturadas
• Estudos sobre a quantificação dos danos de desmonte a fogo em encostas rochosas
• Estudos por redes neurais para avaliação de estabilidade de taludes
• Levantamento e a caracterização da arquitetura de raízes arbóreas em encostas íngremes sob floresta climática
• Estudos de degradação florestal na vizinhança direta com o uso urbano e clareiras de deslizamento;
• Mapeamento de susceptibilidade a deslizamentos e erosão por diferentes mecanismos;
• Monitoramento das respostas hidrológicas às chuvas;
• Levantamentos e mapeamentos geológico-estrutural;
• Análise e mapeamento de susceptibilidade aos fenômenos de riscos nas encostas e planícies, utilizando sistemas de informação geográfica (SIG) e sensoriamento remoto;
• Análises de risco geotécnico;
• Gestão e Redução de Risco de Erosão e Escorregamento;
• Aprimoramento da metodologia de zoneamento de qualificação ambiental para sistemas ambientais diferenciados;
• Previsão de mortalidade em deslizamentos;
• Caracterização da variabilidade espacial dos parâmetros;
• Desenvolvimento e implantação de sistemas de alerta;
• Ampliação do monitoramento ambiental em áreas susceptíveis de deslizamentos (pluviometria, piezometria, pressão atmosférica, temperatura, luminosidade), com aquisição automática de dados.
• Estudo sobre técnicas de convivência para taludes com potencial de quedas de blocos
• Estudo de viabilidade de emprego de geossintéticos em taludes de barragens
• Estudos sobre estabilidade e alterabilidade de taludes de enrocamento de barragens;
• Instrumentação e monitoramento pluvio-fluvio-sedimentométrico em bacias hidrográficas sob diferentes usos e coberturas do solo;
• Análise das interações biota-solo-água em clareiras florestais associadas a deslizamentos de diferentes tamanhos e idades, incluindo ciclagem de nutrientes e ensaios de infiltração-escoamento.
• Classificação e mapeamento (escala 1:10.000) geomorfológico de cabeceiras de drenagem, destacando as feições erosivas marcantes.
• Levantamentos e mensurações hidrológicas subterrâneas, hidro-geoquímicos, geofísicos, e pedo-geomorfológicos nas encostas, como suporte a modelagem erosiva e evolutiva das cabeceiras de drenagem.
• Expansão do monitoramento de chuvas e água subterrânea nas (15) estações experimentais (monitoramento de chuvas e descargas líquidas, sólidas e solúveis) já instaladas em bacias e cabeceiras de drenagem sob diferentes condições geoambientais,
no médio vale do rio Paraíba do Sul e no Maciço da Tijuca.
• Aprofundamento dos estudos em desenvolvimento junto a CRT (Concessionária Rio – Teresópolis) que buscam correlacionar chuvas, nível d`água e movimentos nas encostas da BR-116, subida da Serra de Teresópolis.
• Análise detalhada da pluviometria e da variação espaço-temporal dos fluxos d`água subterrâneos, em zonas de cabeceiras de drenagem no domínio de colinas das bacias laboratório e regionalmente.
• Avaliação das relações entre chuvas locais e a hidrologia das encostas (infiltração, escoamento superficial e subsuperficial), sob diferentes coberturas vegetais, com foco especial sobre o processo de recarga dos aqüíferos;
• Análise da rede de fluxos hidro-geoquímicos em áreas cársticas, sob rochas quartizíticas;
• Análises e monitoramento das interações hidro-geológico-geomorfológicas e geotécnicas associadas à evolução das voçorocas e detonação/progressão de deslizamentos sobre os divisores d`água em cabeceiras de drenagem;
• Análises da influência das plantações de eucaliptos, em diferentes estágios de desenvolvimento, na relação infiltração-escoamento-erosão superficial e no comportamento hidrológico em zona não-saturada e no lençol freático.

2. TECNOLOGIAS PARA REABILITAÇÃO DE ÁREAS DEGRADAS

Tem-se por objetivo desenvolver, aprimorar e orientar a integração da bioengenharia e da engenharia hidrológica e geotécnica nos processos de recuperação e reabilitação funcional das áreas degradadas tanto nas zonas de cabeceiras de drenagem (onde se encontram mananciais de águas com potencial de abastecimento direto), como nos taludes em geral e nas planícies fluviais e fluvio-marinhas. Trata-se de intervenções
localizadas que deverão também ser contextualizadas numa abordagem regional ou nacional integrando-se aos estudos de ecologia da paisagem (geoecologia), envolvendo o conhecimento e modelagem dos sistemas da paisagem (ou geoecossistemas), com foco especial sobre as interações biota-solo-água em ecossistemas de florestas conservadas ou degradadas, na interface com o uso urbano e/ou rural, em regiões Tropicais úmidas.

A modelagem dos sistemas de paisagem subsidia a definição de indicadores de qualificação ambiental e aprimoramento das metodologias para Qualificação e Zoneamento Ambiental desenvolvida no Laboratório de Geo-Hidroecologia – GEOHECOIGEO / UFRJ (Coelho Netto, 2000 – in: GEOHECO-SMAC/RJ, 2000) frente a diferentes escalas e objetivos no uso deste instrumental de planejamento e gestão do espaço, sob o recorte de bacias hidrográficas.

A contaminação dos solos gerada diretamente através do impacto progressivo sobre a qualidade do ar, do solo e das águas superficiais e subterrâneas, impede seu uso e gera riscos à saúde humana e à biota; aumenta os riscos de ocorrência de desastres decorrentes dos efeitos desta contaminação sobre o sistema ambiental, tal como na erosão e deslizamentos produzidos pela perda de cobertura vegetal por efeito da
contaminação do ar e/ou do solo; e também é conseqüência de acidentes tais como a ruptura de barragens de rejeitos (como ocorrido em Cataguases, MG, em 2004), de aterros de resíduos, ou ainda ruptura de dutos (caso de duto da Petrobrás na Baía de Guanabara em 2000) e estudado em Oliveira (DSc, 2005) e Pacheco (MSc, 2006) através de modelagem física e numérica em solos argilosos e arenosos e que terá continuidade com outras pesquisas de doutorado.

O GEOHECO, em particular, vem desenvolvendo pesquisas afins ao desenvolvimento de tecnologias apropriadas à recuperação de áreas degradadas (RAD) via recomposição vegetal, tanto para estabilidade de encostas quanto para clareiras produzidas por deslizamentos. Estas pesquisas vêm fornecendo conhecimentos sobre estruturas e relações funcionais entre relevo-rocha-solo-vegetação-fauna-água e as implicações nos processos geomorfológicos (intemperismo, erosão e deposição).

Os estudos de recuperação de áreas degradadas incluem o reconhecimento, a qualificação e quantificação das relações relevo-rocha-solo-vegetação-fauna-água sobre áreas já reflorestadas ou de recomposição vegetal espontânea, para avaliação de potencialidades e limitações do processo de reflorestamento, frente à diversidade de
condições ambientais. Diante da constatação do insucesso de técnicas de reflorestamentos convencionais para controle da hidrologia e mitigação da erosão nas encostas íngremes, e considerando o caráter inovador das pesquisas de cunho aplicado desenvolvidas pela equipe do GEOHECO (Rocha Leão, 1995,1996; Cruz, 2000; Oswaldo Cruz, J.C., 2003; Vilela, C., 2004;), já foi iniciado um projeto maior de cooperação
interinstitucional entre o GEOHECO-IGEO/UFRJ, IBAMA (PARNA-Tijuca), EMBRAPA (CNPAB) e Prefeitura Municipal (SEMA), tendo em vista a busca de novas tecnologias de
reflorestamento em encostas íngremes.

Por suas vantagens técnicas e econômicas é crescente o uso de técnicas de estabilização com base em reforço de solos. Destacam-se os muros de solos reforçados para a estabilização de aterros e solo grampeado em caso de cortes. Os métodos convencionais de análise e projeto de estruturas de solos reforçados são, em linhas gerais, fundamentados em métodos de equilíbrio limite ou em
procedimentos fortemente empíricos, com base em análise de resultados de monitoração de obras (Mitchell & Villet, 1987; Christopher et al., 1990). Estes métodos são limitados, pois não incorporam fatores de importância tais como a rigidez do reforço e as tensões
induzidas pela compactação do solo.

O grupo de pesquisa busca um aprofundamento do conhecimento sobre a influência da inclinação e rigidez da face, da compactação, a sucção e rigidez dos reforços nas deformações e tensões internas. Os Professores Mauricio Ehrlich da COPPE e James K. Mitchell, na época na UC Berkeley, receberam em 1995 a Norman Medal por uma parte desta pesquisa; principal comenda da Sociedade Americana de Engenheiros Civis (ASCE).

O estudo da adequação do uso de solos de granulometria fina em muros de solo reforçado é de grande interesse técnico e econômico. Grande parte do território brasileiro é coberta por espessos mantos de solos de origem residual com elevada percentagem de finos, característica comum de países de clima tropical. Segundo especificações desenvolvidas em países de clima temperado, solos com elevada fração de finos devem ser evitados por apresentarem características mecânicas inadequadas. Daí tem-se também evitado o uso de solos tropicais de origem residual, apesar de que, estes poderiam ser utilizados sem prejuízos técnicos, como demonstram algumas pesquisas já efetuadas pelo Grupo. Tal atitude, normalmente, resulta em significativos e desnecessários aumentos de custos, principalmente no que diz respeito ao item transporte. Monitoramento do comportamento de obras reais, executadas utilizando solos residuais, e estudos complementares em laboratório, permitirá o estabelecimento de especificações construtivas e procedimentos de projeto mais adequados visando a minimização de custos na implantação deste tipo de projeto.

Na linha de pesquisa em solo grampeado tem-se como objetivo aperfeiçoar as metodologias existentes de análise e projeto incorporando uma abordagem mais realista. A técnica usual de análise e projeto de solos grampeados baseia-se no método de equilíbrio limite, um enfoque simplista. A melhor quantificação das tensões nos grampos levaria a um dimensionamento mais adequado e a importantes economias construtivas. A investigação geoambiental, de campo e laboratório, cria subsídios para a remediação das áreas e é utilizada em pesquisa para compreender e modelar teoricamente o avanço da contaminação em solo e água subterrânea.

A grande quantidade de passivos ambientais no Brasil, devido há vários anos de disposição inadequada de resíduos e ausência de controle e fiscalização, vai exigir por muito tempo ainda a execução de serviços para remediação destes sítios e eliminação dos riscos. As características particulares dos nossos solos, em particular a grande quantidade de argila presente, dificultam bastante, e até mesmo inviabilizam em alguns casos, a aplicação de técnicas convencionais de tratamento, que se baseiam em fluxos de água ou de ar através do solo contaminado. Desenvolver alternativas mais adequadas às condições tropicais e mais baratas é uma necessidade.

Embora nos dias atuais os avanços tecnológicos potencialmente permitam o controle preventivo, no passado estas medidas eram inadequadas, o que levou à
contaminação de extensas áreas, propagando problemas sócio-ambientais. Sob condições críticas estes podem atingir magnitudes catastróficas particularmente quando situados em áreas de grandes adensamentos populacionais. é, portanto, fundamental avançar no conhecimento dos processos de avanço da contaminação, nas técnicas de detecção e investigação, e no desenvolvimento de modelos de previsão, para aumentar a confiabilidade das análises de vulnerabilidade e risco ambiental. Já no aspecto mencionado, da contaminação como conseqüência de acidente, a prevenção e controle passam por estudos de engenharia com relação à segurança das obras envolvidas.

A COPPE tem se dedicado ao estudo da contaminação do solo e da água desde a década de 90 (COPPETEC, 1991; Barbosa, 1994), abordando o tema de migração de poluentes, seja do ponto de vista experimental, seja no que se refere à modelagem dos diferentes aspectos do fenômeno. Mais recentemente, os grupos de Engenharia Geotécnica das demais Instituições participantes (UFRGS, UFPE e UNB) também têm abordado este problema, sobretudo em relação à contaminação do subsolo pela disposição inadequada de resíduos sólidos urbanos. Nesta mesma linha, o GEOHECO vem atuando em parceria com o Instituto Nacional de Tecnologia – Eng. Química Elba Santos, no monitoramento hidrológico e erosivo associado à mobilização de pesticidas e fertilizantes na Bacia do Córrego Sujo, Teresópolis (RJ). O GEOHECO também atua em parceria com o Laboratório de Análise Mineral do Instituto de Química da UFRJ – Eng. Química Maria Lucia Pinto, no monitoramento hidrogeoquímico da Bacia do Rio da Fortaleza, Bananal (SP).

Programas computacionais para análise de migração de poluentes no solo foram e estão sendo desenvolvidos, sendo que também alguns programas foram adquiridos ou cedidos por institutos com os quais o grupo desenvolve projetos conjuntos na área de modelagem ambiental (como por exemplo, a Universidade de Osnabrück, Alemanha). Em relação à modelagem do transporte de contaminantes em corpos hídricos as cargas poluidoras são estimadas a partir de medidas de campo após 20 a 30 minutos do início de chuvas intensas. Dados de monitoramento previstos nesta proposta serão usados para calibrar e aprimorar o modelo existente.

Foi desenvolvido pela UFRGS um cone resistivo para investigação em meios contaminados. O cone ambiental tem sido um instrumento de grande valia na
determinação das características mecânicas e de contaminação destes depósitos argilosos, e o estudo deste equipamento tem sido realizado numa parceria entre a UFRGS, a COPPE e a UFPE. A pesquisa permitirá um avanço substancial no desenvolvimento desta e de outras técnicas de investigação de campo e de amostragem de solo, água e gás em sítios impactados ou aterros de resíduos.

Para a remediação de áreas contaminadas vem sendo estudada a alternativa de remoção de contaminantes orgânicos e inorgânicos de solos utilizando vegetação (fitorremediação) vem sendo cada vez mais estudada para aplicação como tratamento final (concentrações mais baixas) devido à simplicidade de execução e manutenção e ao baixo custo da técnica.

A partir de um projeto CT-Petro (2000-2001) em parceria com o CENPES, a aplicação de Biorremediação Eletrocinética em áreas de alagados contaminadas por óleo de produção (Deotti, MSc, 2005) começou a ser estudada na COPPE. Os resultados obtidos mostraram a viabilidade desta técnica, que vem suprir a deficiência das técnicas convencionais quando aplicadas a solos de baixa permeabilidade. Não se tem notícia de estudos semelhantes de eletrocinética realizados em argila orgânica. Em todas estas pesquisas, desta linha, o grupo de Geotecnia da COPPE vem contando com a colaboração do Prof. Akram Alshawabkeh, da Northeastern University, EUA. A técnica de biorremediação de sedimentos finos de dragagem contaminados por HPAs e metais pesados também está sendo investigada na COPPE, em parceria com a Escola de Química da UFRJ e do Laboratório de Microbiologia dos Solos da UFRJ.

AÇÕES PREVISTAS NO PROJETO:

• Desenvolvimento de bancos de dados das áreas de laboratório e campo, incluindo as informações geradas, para fins de monitoração e intercâmbio em rede;
• Educação sócio-ambiental de populações afetadas por processos erosivos como meio de prevenção e controle de tais processos;
• Estudos de técnicas de reabilitação funcional de áreas degradadas via revegetação e intervenções geotécnicas;
• Desenvolvimento de sistemas de baixo custo para a estabilização;
• Estudo dos processos microbiológicos que ocorrem em resíduos pré-tratados mecânica e biologicamente, buscando também verificar a pertinência do uso desse material para controle dos processos de erosão;
• Remediação de aqüíferos contaminados utilizando técnicas de tratamento in situ, incluindo o uso de barreiras reativas tanto para contaminantes inorgânicos quanto orgânicos;
• Testes de bancada com material coletado nas áreas contaminadas por derivados de petróleo, com utilização de eletrocinética, oxidação química, e acompanhamento da biodegradação;
• Definição de novos padrões estruturais da paisagem adequando diferentes formas de uso e ocupação do território e integrando numa visão global as intervenções localizadas.
• Modelagem de transporte de contaminantes nos solos e água;
• Medição e modelagem de fluxo de gases em aterros de resíduos e sistemas de cobertura;
• Aprimoramento e desenvolvimento de técnicas de construção e operação de aterros de resíduos;
• Estudo de dragagem e técnicas de disposição dos sedimentos.
• Biorremediação eletrocinética
• Oxidação química in situ
• Fitorremediação de solos contaminados com hidrocarbonetos de petróleo
• Potencial da fitorremediação no sedimento de dragagem contaminado por metais pesados e hidrocarbonetos poliaromáticos, também com o uso de barreiras reativas para recuperação;
• Metodologia para recuperação de metais pesados utilizando lavagem de solo
• Sistema de classificação para os aterros destinados a resíduos industriais
• Definir técnicas de prevenção e controle de processos erosivos através de obras geotécnicas e uso de resíduos da construção civil;
• Avaliação do uso de resíduos de fibras PET em barreiras hidráulicas
• Avaliar a utilização da cinza de incineração de resíduos sólidos urbanos como substituto parcial do cimento na produção de concreto
• Metodologia para analisar a dinâmica da paisagem – séries históricas de mapeamento de uso e cobertura do solo;
• Controle de processos erosivos de baixo custo, incluindo, retaludamento, revegetação e barramentos de auto-assoreamento, usando estruturas de fibras naturais e geotêxteis;
• Revegetação de aterros sanitários e lixão
• Aprimoramento dos procedimentos de análise e projeto de estruturas de solo reforçado
• – muros de solo reforçado e solo grampeado;
• Modelos em laboratório, também em escala real, e monitoramento em campo de estruturas de solo reforçado
• Cálculo das tensões induzidas por carregamentos externos em muros de solo reforçado
• Comportamento de resistência de grampos em encostas de solos residuais
• Colmatação por ocre em sistemas de drenagem
• Comportamento geomecânico do enrocamento em estado natural e alterado em laboratório
• Estabilidade de barragem de terra por métodos de equilíbrio limite, e estudos de elementos finitos de percolação e tensão-deformação
• Modelo de avaliação de aterros fechados para definição da necessidade de recuperação da área e das condições básicas do processo
• Aprimoramento da investigação geo-ambiental de áreas contaminadas;
• Controle de processos erosivos de baixo custo, incluindo, retaludamento, revegetação e barramentos de auto-assoreamento, usando estruturas de fibras naturais e geotêxteis;
• Desenvolvimento de metodologias e o estabelecimento de indicadores capazes de caracterizar, monitorar e remediar áreas contaminadas na planície costeira
• Analisar a contaminação do solo e do lençol freático de uma ETE
• Estudar a capacidade de atenuação do solo em relação ao contaminante
• Verificar o grau de colmatação do solo devido a disposição de esgoto sob o mesmo
• Monitoramento dos processos hidrológicos e erosivos em clareiras florestais associadas a deslizamentos e selecionadas por tamanho, estado de reabilitação funcional e condições do entorno imediato.
• Aprimoramento da metodologia (Coelho Netto et al.,2007) para análise diagnóstica e mapeamento de susceptibilidade aos deslizamentos em domínios montanhosos na interface florestal-urbana e rural.
• Aprimoramento da metodologia de qualificação e zoneamento ambiental desenvolvida no GEOHECO (2000).
• Desenvolvimento de técnicas para avaliação dos processos de reflorestamento e reabilitação funcional em clareiras de deslizamentos nas encostas íngremes e florestadas, foco nos indicadores de reabilitação ecológica, hidrológica e mecânica.
• Integração dos conhecimentos gerados na interface hidro-geológico-geomorfológica e geotécnica e afins à erosão de encostas, envolvendo o voçorocamento e os deslizamentos em cabeceiras de drenagem, e as capturas de drenagem entre vales fluviais vizinhos;
• Reconstituição da evolução dos sistemas de drenagem estudados, com base na morfoestratigrafia dos depósitos recentes (fluviais e de encostas), acompanhado de datações absolutas;
• Balanço entre os processos mecânicos e químicos que governam a evolução do modelado das bacias hidrográficas em estudo e ajuste dos modelos propostos nas diferentes bacias estudadas.
• Aprimoramento da metodologia de classificação e mapeamento de vulnerabilidade erosiva, envolvendo a susceptibilidade e os riscos frente aos diferentes condicionantes e mecanismos dos processos erosivos nos domínios montanhosos e nas colinas.

3. TÉCNICAS DE DISPOSIÇÃO DE SEDIMENTOS DRAGADOS, CONTROLE DE CONTAMINAÇÃO E CONSTRUÇÃO EM SOLOS MOLES

Atualmente, o tema "meio ambiente" esta em voga, uma vez que os problemas a ele relacionados afetam diretamente a vida do planeta e a sobrevivência da espécie humana tal qual a conhecemos hoje. A melhoria do monitoramento e dos métodos de construção e operação de depósitos de resíduos (urbanos, industriais ou de mineração) é imprescindível para a previsão e minimização dos riscos de acidentes nestas instalações, que muitas vezes podem se tornar catastróficos, afetando a saúde e os recursos naturais a quilômetros de distância.

A Engenharia Geotécnica tem um papel particularmente relevante neste tipo de problema, atuando na garantia da estabilidade de pilhas, bacias de disposição, barragens e aterros de rejeitos. Os grupos de Geotecnia constituintes desta REDE têm atuado na prática na verificação da estabilidade destas obras em diferentes regiões (RJ, MG, RS, PE), e na recomendação de soluções de estabilização. Esta experiência levou à criação de linhas de pesquisa, particularmente em relação ao estudo do comportamento mecânico dos aterros de resíduos sólidos urbanos (RSU), e dos rejeitos finos de dragagem após disposição em terra.

Como reflexo da atualidade deste último assunto, pode-se citar a decisão tomada em janeiro de 2003 por organismos americanos e europeus de pesquisar a liberação de sedimentos e os impactos gerados pelas obras de dragagem, embora muito já tenha sido publicado sobre o assunto (Burt e Hayes, 2005). No Brasil este tema tem sido ainda muito pouco estudado, e todas as normas e práticas se baseiam no conhecimento adquirido até o momento fora do país, para condições geográficas, climáticas e sócioeconômicas bastante distintas. A COPPE trabalha com disposição de rejeitos de dragagem na cidade do Rio de Janeiro desde 1996 (Barbosa e Almeida, 2001; Borma et al, 2001; Borma et al, 2003; Barbosa et al, 2003; Barbosa e Santos, 2003), e pretende continuar avançando no conhecimento do comportamento destes rejeitos em ambiente tropical úmido.

A avaliação da extensão, dinâmica e concentração das contaminações provocadas por hidrocarbonetos e compostos inorgânicos no solo representa um dos problemas de difícil solução nas atividades voltadas para a proteção ambiental. Este
tema de natureza multidisciplinar tem sido objeto de forte investigação na última década devido a seus impactos nos setores público e privado. Os compostos orgânicos e a complexidade de caracterização dos mesmos devem-se ao fato desses contaminantes representarem uma ampla composição de produtos com características diferentes, sendo que a maioria caracteriza-se pela baixa solubilidade e pouca persistência no solo. A forma como interagem com o fluxo freático, com os argilo-minerais e com a matéria orgânica presente no solo é complexa do ponto de vista físico e químico. Este projeto fomenta a interação entre pesquisadores, o desenvolvimento de metodologias e o estabelecimento de indicadores capazes de caracterizar, monitorar e remediar áreas contaminadas. Esta pesquisa é desenvolvida em duas etapas, uma de campo e outra de laboratório, através da qual procura-se a macro-caracterização de dois locais contaminados para posteriormente analisar possibilidades de remediação
geotécnica dos materiais envolvidos.

A técnica de solidificação ou encapsulamento do material contaminado é utilizada para transformar materiais sólidos ou líquidos potencialmente poluentes em materiais sólidos menos poluentes ou não poluentes, que podem ser dispostos em diferentes cenários.

O ser humano, pelas necessidades vitais, gera resíduos, os quais devem ser tratados. Os métodos mais usuais são as ETE`s, Estações de Tratamento de Esgotos, as quais devem ser dimensionadas corretamente, para que não haja infiltrações no solo, pois estas infiltrações poderão acarretar no comprometimento do lençol freático, impossibilitando sua utilização para fins de abastecimento. Uma linha de pesquisa a ser desenvolvida visa analisar a contaminação do solo e do lençol freático de uma ETE, verificando a permeabilidade do solo, a capacidade de atenuação do solo em relação ao contaminante (esgoto) e esboçar, através de análise numérica, a dinâmica da pluma de contaminação.

Um dos grandes problemas associados à atividade humana é a disposição final dos resíduos sólidos urbanos.

Uma das formas de disposição final mais empregada mundialmente é a disposição em aterros sanitários. Embora alguns países desenvolvidos como a Alemanha tenham praticamente abolido tal prática, os países em desenvolvimento, como o Brasil, ainda a utilizam.

Novas técnicas para a disposição final dos resíduos surgem a todo o momento, entretanto, estas técnicas às vezes não se adaptam à realidade financeira e/ou ambiental do Brasil. Assim, pesquisas que visem adequar estas novas técnicas à realidade brasileira ou que melhorem as condições dos aterros de resíduos, são de grande interesse tanto da população quanto dos governos municipais e estaduais, que poderão deixar um legado ambiental mais justo e correto para as futuras gerações. Este projeto esta inserido num contexto atual, e também poderá contribuir para um melhor entendimento do comportamento geomecânico dos RSU, e da melhor utilização do biogás, seja na forma de captura, seja na sua utilização ou transformação. Com relação ao biogás, vários métodos de captação e utilização já foram descritos e testados. Entretanto, mesmo diante de uma boa rede de drenagem, o biogás não é totalmente captado. Desta forma, são necessários estudos que minimizem a eliminação deste biogás para a atmosfera. Ressalta-se que de 50 a 60% do biogás é composto por metano (CH4), contribuinte relevante para a mudança climática global, e, consequentemente, para o aumento do efeito estufa.

Serão também estudadas a influência da exploração de águas subterrâneas na subsidência do solo e a inundação desses terrenos (áreas baixas) ocasionando a subsidência e conseqüentemente recalques nas edificações assentes nestes locais. A presença de camadas arenosas superficiais na maior parte da planície tem permitido a adoção de fundações superficiais, especialmente em edificações de até seis pavimentos. No caso de edificações de grande porte, é muito comum a utilização da técnica de melhoramento do terreno arenoso através de estacas de compactação. Esta técnica tem sido utilizada em Recife desde a década de 50 e serão mais bem estudadas. Os solos que têm sido encontrados em novas áreas de ocupação em regiões costeiras do país são freqüentemente de baixíssima resistência e altíssima compressibilidade, além de apresentarem grandes espessuras de depósitos. Entre estas áreas citam-se em particular aquelas da região leste da cidade do Rio de Janeiro as
quais têm oferecido grandes desafios construtivos tendo em vista as características especiais destes depósitos. Problemas diversos têm ocorrido em construção de obras sobre estes solos resultando em grandes prejuízos.

Em conseqüência, técnicas construtivas inovadoras devem ser utilizadas para a construção de obras sobre solos moles. Estas técnicas podem, por exemplo, combinar diversas técnicas construtivas concomitantemente e que em condições normais seriam usadas em separado. Assim, não tem sido incomum usar em uma mesmo local e obra a combinação de aterros construídos em etapas com o uso de bermas, reforço, drenos verticais e sobrecarga temporária. Ou também lançar mão de técnicas até recentemente pouco utilizadas no Brasil podendo citar aterros leves com EPS, adensamento com o uso de vácuo e colunas granulares encamisadas.

A pesquisa de solos moles na COPPE, consolidada em mais de 70 teses de Mestrado e Doutorado resultou no "Manual de Construção de Aterros sobre Solos Moles" editado pelo IPR – DNER, em 1990, e fez criar o grupo de argilas moles da COPPE, hoje referência nacional e internacional. Em 2002 o prof. Márcio Almeida foi convidado a preparar, com o apoio da pesquisadora Esther Marques, o artigo intitulado "The behaviour of Sarapuí soft organic clay", convidado para o International Workshop on Characterisation and Engineering Properties of Natural Soils, em Cingapura. Para o desenvolvimento de técnicas construtivas em solos de baixadas são necessárias investigações geotécnicas de qualidade. Nesta linha foram realizados ensaios de laboratório em amostras obtidas de amostrador de pistão e do amostrador Sherbrooke, considerado o melhor da atualidade, trazido ao Brasil através de convênio NGI (Noruega)-UFRJ-UFPE. Novos ensaios de piezocone em solos moles foram executados, já sendo disponíveis ensaios em depósitos desde o Pará até Florianópolis. Os resultados disponíveis foram introduzidos em um embrião de banco de dados. Outra linha de pesquisa é o desenvolvimento de equipamentos de vanguarda e de alta qualidade, entre os quais citam-se: equipamento para determinar o coeficiente de empuxo no repouso (Ko), da influência da velocidade de rotação da palheta (Navarro, MSc, 2006) na resistência não drenada (Su), ensaio T-bar (Randolph et al., 1998), que combina as vantagens dos ensaios de cone e de palheta (Macedo, MSc, 2006) e instrumentos especiais para medição de carga nos reforços e células de pressão total. Para a validação de modelos utilizados para a construção de aterros em áreas de baixada faz-se a análise do comportamento e desempenho de obras instrumentadas. Foi utilizada a aplicação de vácuo, como técnica de précarregamento de aterro sobre solos moles (Van Impe et al., 2001, Marques e Leroeuil, 2005). A pesquisa faz parte de uma cooperação internacional da COPPE/UFRJ com a Université Laval, Canadá. Visando a melhor compreensão do comportamento do conjunto geogrelhas, capitéis e colunas granulares, e o estado de tensão atuante, esta linha de pesquisa prevê a instrumentação de obras e aterros experimentais.

Uma outra técnica em estudo é a construção de aterro sobre drenos verticais (Almeida et al, 2001, Almeida e Marques, 2005). Três aterros experimentais foram executados em Florianópolis SC. (Magnani DSc, 2006) com resultados excelentes incluindo-se medidas de forças nos reforços.

Outra questão de grande relevância no tópico de construção em solos moles é a colocação de dutos em áreas de baixada de forma correta de forma a que não ocorram problemas como a flambagem lateral com ruptura do duto PE-2 que ocorreu em janeiro/2000 na Baía de Guanabara. Este problema está sendo estudado através de modelos centrífugos e numéricos. Estes estudos contam com o apoio da Petrobras,
Transpetro e Cenpes. Numa fase de estudo recém finalizada deslocou-se o duto contra o solo, seja lateralmente ou verticalmente. Na nova fase iniciada em meados de 2008 o solo será solicitado contra o duto simulando-se problemas de aterros sobre dutos e também dutos em encostas coluvionares.

Podem-se mencionar duas importantes soluções construtivas a serem estudadas em breve. Uma delas é a adoção de sobrecarga temporária com o uso de vácuo para o adensamento de camadas de argila com até 40,0 m de espessura no retroporto da Embraport em Santos. Outro estudo a ser iniciado muito em breve é o de avaliação de melhoria de solos tratados com colunas granulares. Esta avaliação (do ganho de
resistência da argila) será realizada principalmente através de ensaios de piezocone e de palheta realizados em diversos momentos após a instalação das colunas granulares nas camadas de argila.

Tratando-se de depósitos de argila mole há necessidade de tempo e custo adicional para uma análise completa das alternativas de fundações, especialmente o cálculo dos recalques nas soluções de fundações superficiais. Mesmo quando assim se
procede, é comum que os recalques calculados tenham valores elevados e não admissíveis para a obra. Tudo isso favorece o uso de estacas pré-moldadas de concreto e metálicas, que têm sido uma solução de fundação largamente usada no Recife, embora
dispendiosa e, em geral, atingindo profundidades de até 45 m. Uma pesquisa será realizada para verificar o acompanhamento do comportamento de fundação de um prédio a ser escolhido, desde o início da construção, a partir de leituras de pinos de recalques,
bem como medição de deformações em pilares visando a determinação das cargas atuantes nos mesmos.

Neste trabalho também é prevista a modelagem tri-dimensional das estruturas, a previsão do comportamento do solo por vários métodos e a estimativa da interação solo – estrutura.

Vale salientar que o objetivo da pesquisa, como mencionado anteriormente, não é apenas estudar o comportamento das fundações e da estrutura associada aos recalques, como também contribuir para que a técnica venha a ser incorporada ao controle de qualidade das fundações e da construção civil.

AÇÕES PREVISTAS NO PROJETO:

• Desenvolvimento de bancos de dados das áreas de laboratório e campo, incluindo as informações geradas, para fins de monitoração e intercâmbio em rede;
• Estudo de técnicas de disposição de sedimentos dragados contaminados e seu uso em aterros;
• Estes de bancada remediação de lodo de dragagem contaminado por metais pesados e HPAs através da utilização de espécies de plantas e microrganismos;
• Estudar o comportamento mecânico dos resíduos sólidos urbanos, bem como dos produtos oriundos do tratamento deste material
• Propor parâmetros científicos de construção e manejo de aterros sanitários, visando reduzir o custo de disposição e os impactos ambientais provenientes desta atividade.
• Estudo da metodologia de encapsulamento de contaminates em laboratório
• Análise numérica da dinâmica da pluma de contaminação.
• Técnicas para construção em áreas de terreno natural com grande espessura de solos moles associados às áreas de planícies, incluindo investigações geotécnicas de alta qualidade;
• Estudo de subsidência de áreas em Recife causadas pela ocupação urbana,
particularmente por aterros de ocupação sobre solos moles;
• Desempenho e acompanhamento de obras de edifícios / infra-estrutura (rodovias – aterros de ocupação);
• Previsão de comportamento de fundações em depósitos compressíveis;
• Fundação superficial e profunda em solo não saturado e/ou solos colapsíveis;
• Ocupação de áreas baixas;
• Mapeamento de risco de áreas sujeitas à subsidência.
• Estudo de Fundação de Habitação de Interesse Social em áreas de Solos Moles
• Pesquisa e desenvolvimento de equipamentos de vanguarda e alta qualidade técnica;
• Estudos sobre blocos de solo compactado e comportamento das estacas pré-moldadas em aterros estruturados
• Estudo de técnicas de projeto de dutos em áreas de baixada
• O emprego de sedimentos dragados e de rejeitos em aterros
• Comportamento e a disposição de materiais de dragagem proveniente do complexo lagunar
• Avanço de contaminantes por difusão em solos
• Modelagem numérica e aplicação da lógica Fuzzy em locais de solos contaminados
• Inclusão da ISO 1400 no Inventário de Qualidade de Aterros
• Modelos para o Risco Geotécnico na Contenção de Areias em Poços no Subsolo submarino.
• Uso de coberturas secas para o controle da geração de drenagem ácida de pilhas de rejeitos de mineração
• Cobertura em solo para aterros de resíduos sólidos urbanos em clima semi-árido
• Cobertura de aterros usando resíduos pré-tratados mecânica biologicamente
• Monitoramento de aterros de resíduos sólidos
• Medidas de gases em aterros de resíduos sólidos e modelagem numercia
• Determinação do peso específico de resíduos sólidos in situ.
• Aspectos geotécnicos e morfológicos de resíduos sólidos
• Efeito fibra em resíduos pré-tratados mecânica biologicamente
• Monitoramento e modelagem da produção de lixiviado em aterros de resíduos sólidos
• Análise da situação ambiental atual dos resíduos de construção e demolição (RCD) na Região Metropolitana do Recife;
• Reuso e reciclagem de resíduos de construção civil em obras de estabilização de encostas

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