( PDF ) Aplicação de método geofísico em estudo hidrogeológico, no município de Nova Lima - MG: caracterização de aquíferos em área urbana

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS

INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS

PROGRAMA DE PÓS GRADUAÇÃO EM GEOLOGIA

APLICAÇÃO DE MÉTODO GEOFÍSICO EM ESTUDO HIDROGEOLÓGICO, NO

MUNICÍPIO DE NOVA LIMA – MG

CARACTERIZAÇÃO DE AQUÍFEROS EM ÁREA URBANA

AUTORA: Kênia J. Guerra

ORIENTAÇÃO: Prof. Dr. Alexandre Uhlein

BELO HORIZONTE

2010

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS

INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS

PROGRAMA DE PÓS GRADUAÇÃO EM GEOLOGIA

APLICAÇÃO DE MÉTODO GEOFÍSICO EM ESTUDO HIDROGEOLÓGICO NO

MUNICÍPIO DE NOVA LIMA – MG

CARACTERIZAÇÃO DE AQUÍFEROS EM ÁREA URBANA

Dissertação apresentada ao Programa de Pós-graduação em

Geologia.

Universidade Federal de Minas Gerais, como requisito

à obtenção do título de Mestre em Geologia,

Área de concentração: Geologia Aplicada

Linha de pesquisa: Caracterização de sistemas de aqüíferos

Orientador: Prof. Dr. Alexandre Uhlein

Belo Horizonte

Instituto de Geociências da UFMG

2010

AUTORA: Kênia J. Guerra

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AGRADECIMENTOS

A execução e conclusão deste trabalho não teriam sido possíveis se não fosse a colaboração e

o apoio de tantas pessoas e a todas, gostaria de manifestar a minha profunda gratidão.

A Georadar Levantamentos Geofísicos S.A., por disponibilizar a área de pesquisa e os

equipamentos utilizados.

Ao meu orientador Prof. Alexandre Uhlein, pelo acompanhamento, atenção e coragem de

abraçar e acreditar nesta causa. A Prof

. Tânia Dussin, por ter me dado à oportunidade de

ingressar no mestrado. Ao Prof. Rodrigo Raposo pelo auxílio nas atividades de campo,

metodologias aplicadas, e interpretação dos dados coletados nesta pesquisa.

Aos amigos que trabalharam arduamente em campo, na execução de todos os ensaios e no

tratamento dos dados: Daniela, Joyce, Arides, Lindouro, André, Elton, Flávio e Altamiro. Aos

meus queridos primos Jane Lílian e José Matheus, que me auxiliaram na formatação do texto

e figuras.

Ao Daniel companheiro de dias tensos e alegres, a minha família e aos amigos que

compartilham comigo a alegria de mais uma etapa concluída.

RESUMO

Esta pesquisa foi realizada em uma área de 17.000m

, pertencente à empresa Georadar

Levantamentos Geofísicos S.A., localizada no Município de Nova Lima. A área de pesquisa

está inserida na Província mineral do Quadrilátero Ferrífero, que é composta por rochas

arqueanas e paleoproterozóicas, especificamente no Grupo Nova Lima, unidade do

Supergrupo Rio das Velhas. Encontram-se, aflorando na área, duas unidades litológicas

principais: o clorita-talco xisto com veios de quartzo sulfetados, e dois afloramentos de

menores dimensões de itabirito fraturado.

Com o objetivo de caracterizar as condições aqüíferas da área de pesquisa foram integrados

estudos geofísicos e hidrogeológicos. Inicialmente, foi realizado um levantamento preliminar,

que consistiu em determinar os diferentes tipos litológicos e o nível d’água em subsuperfície

através da sondagem elétrica vertical multi eletrodos (SEVME), método geofísico de

resistividade. A partir destes dados, foram definidos os pontos de instalação de 3 poços de

monitoramento e 1 poço de abastecimento e suas possíveis profundidades. Os poços foram

perfurados e foi executada a perfilagem geofísica com quatro ferramentas (resistividade,

radiação gama natural, caliper e ótica) em cada poço. A análise integrada dos dados

geofísicos com informações litológicas de amostragem de calha permitiu identificar na área

três unidades aqüíferas, sendo a principal o aqüífero fraturado do itabirito.

Como metodologia para a identificação das condições hidrodinâmicas do aqüífero fraturado

de itabirito, foram executados dois ensaios: Bail test, nos 3 poços de monitoramento e ensaio

de bombeamento, o segundo apresentando melhores resultados para condutividade hidráulica.

Uma amostra de água do aqüífero do itabirito foi coletada e caracterizada quimicamente. Os

resultados obtidos apontam uma condutividade hidráulica da ordem de 10

-6

m/s e suas águas

como cloretada magnesiana. A análise de potabilidade indica, em geral, boas condições para

consumo, com uma ressalva para as concentrações de antimônio e selênio que se

apresentaram acima do padrão de potabilidade.

Palavras chave: Aqüífero, hidrogeologia, hidroquímica, método de resistividade e perfilagem

geofísica de poço.

iii

ABSTRACT

This research was carried out in an 7.000m

area belonging to Georadar Levantamentos

Geofísicos S.A., in Nova Lima county. The investigated area is part of the mineral province’s

Quadrilátero Ferrífero, which consists of Archean and Paleoproterozoic rocks, particularly in

the Nova Lima group, unit of the Supergroup Rio das Velhas. There are two major

lithological units: the talc chlorite schist with quartz sulfide veins, and two smaller fractured

itabirite outcrops.

In order to characterize the conditions of the aquifers in the investigated area, a set of

geophysical and hydrogeological studies has been adopted. First, a preliminary survey to

determine the different types of rocks and the water level in the subsurface was carried out by

a geophysical method of resistivity (vertical eletrical souding – VES). Three monitoring wells

and a supply well were drilled and a well-log geophisycal was performed using 4 tools

(resistivity, gamma-ray, caliper and optical) in each well. Analysis of geophysical data

together with data the litology obtained through the examination of the borehole cuttings data

made it possible to identify three aquifer units in the area, the main one being the itabirite

fractured aquifer.

Two tests for the identification of hydrodynamic conditions of the itabirite fracture aquifer

were performed: Bail test in the 3 monitoring wells and a pumping test, the latter showing

better results for hydraulic conductivity. A water sample from the itabirite aquifer was

collected and chemistry characterized. The results indicate hydraulic conductivity (10

-6

m/s)

and the presence of chlorinated magnesium water. The analysis of potability indicates good

conditions for consumption, except for the high concentrations of antimony and selenium.

Keywords: Aquifer, hydrogeology, hydrochemestry, geophysics resistivity methods and

geophysical well logging.

SUMÁRIO

AGRADECIMENTOS..............................................................................................................i

RESUMO...................................................................................................................................ii

ABSTRACT..............................................................................................................................iii

LISTA DE FIGURAS...........................................................................................................viii

LISTA DE TABELAS............................................................................................................xii

1 – INTRODUÇÃO..................................................................................................................1

1.1 – LOCALIZAÇÃO...............................................................................................................3

1.2 – OBJETIVOS......................................................................................................................4

1.3 – JUSTIFICATIVA...............................................................................................................4

2- GEOLOGIA E HIDROGEOLOGIA DO QUADRILÁTERO FERRÍFERO................5

2.1 – ASPECTOS LITOESTRATIGRÁFICOS DO QUADRILÁTERO FERRÍFERO............5

2.1.1- Complexos de Rochas Cristalinas Arqueanas..................................................7

2.1.2- Seqüência do Tipo Greenstone Belts..................................................................8

2.1.3- Seqüências Metassedimentares..........................................................................9

2.2 – GEOMORFOLOGIA DO QUADRILÁTERO FERRÍFERO.........................................11

2.3 – HIDROGEOLOGIA DO QUADRILÁTERO FERRÍFERO...........................................13

2.3.1- Histórico............................................................................................................14

2.3.2 - Contexto Hidrogeológico do Estado de Minas Gerais e para o Quadrilátero

Ferrífero...........................................................................................................14

2.3.3 – Caracterização Hidroestratigráfica e Hidroquímica do Aqüífero em Xistos no

Quadrilátero Ferrífero.....................................................................................16

2.3.4- Propriedades Físicas e Hidráulicas das Rochas Constituintes dos Aqüíferos

do Quadrilátero Ferrífero................................................................................20

3- REVISÃO BIBLIOGRÁFICA DOS CONCEITOS DE GEOFÍSICA,

HIDROGEOLOGIA E HIDROQUÍMICA.....................................................................21

3.1 – MÉTODO GEOFÍSICOS...............................................................................................21

3.1.1 - Método Geofísico de Eletroresistividade..........................................................22

3.1.1.1 – Arranjos.............................................................................................23

3.1.1.2 – Interpretação dos dados coletados......................................................25

3.1.2 – Método de Perfilagem Geofísica de Poços......................................................26

3.1.2.1 – Perfis de Resistividade.......................................................................26

3.1.2.2 – Radiação Gama...................................................................................30

3.1.2.3 – Perfilagem com Compasso Calibrador (Caliper)...............................32

3.1.2.4 – Perfilagem Ótica.................................................................................33

3.2 – SONDAGEM E PERFURAÇÃO PARA COMPLETAÇÃO DE POÇOS.....................34

3.2.1 - Método de Percussão........................................................................................34

3.2.2 - Método Rotativo................................................................................................35

3.2.3 - Método Rotopneumático...................................................................................35

3.2.4 – Revestimento do Poço Perfurado.....................................................................36

3.2.5 – Pré -Filtro.........................................................................................................37

3.2.6 - Cimentação........................................................................................................37

3.3 – NOÇÕES DE HIDROGEOLOGIA E HIDROQUÍMICA..............................................39

3.3.1 - Hidrogeologia...................................................................................................39

3.3.1.1 – Características hidrodinâmicas dos Aqüíferos...................................39

3.3.2 - Hidroquímica...................................................................................................47

3.3.2.1 – Parâmetros Físico-Químicos da Água................................................47

3.3.2.2 – Classificação e Origem dos Constituintes das Águas Subterrâneas...48

3.3.2.3 – Técnicas de Coleta..............................................................................49

3.3.2.4 – Preservação e Armazenamento de Amostras.....................................49

3.3.2.5 – Tratamento e Apresentação dos Resultados das Análises..................50

3.3.2.5.1 – Verificação da Validade das Análises de Água...................50

3.3.2.5.2 – Representação Gráfica das Análises...................................53

4 – MATERIAIS UTILIZADOS E METODOLOGIA DE PESQUISA...........................55

4.1 – LEVANTAMENTO TOPOGRÁFICO E MAPEAMENTO GEOLÓGICO...................55

4.2 – AQUISIÇÃO GEOFÍSICA – ELETRORESISTIVIDADE............................................56

4.3 – PERFURAÇÃO DOS POÇOS E DESCRIÇÃO GEOLÓGICA....................................57

4.4 – AQUISIÇÃO GEOFÍSICA – PERFILAGEM ................................................................58

4.4.1 - Perfilagem Caliper............................................................................................59

4.4.2 - Perfilagem Ótica...............................................................................................59

4.4.3 – Perfil de Resistividade......................................................................................60

4.4.4 - Perfilagem Gama..............................................................................................61

4.5 – COMPLETAÇÃO DOS POÇOS PERFURADOS..........................................................62

4.6 – BAIL TEST.......................................................................................................................62

4.7 – ENSAIO DE BOMBEAMENTO, COLETA DE ÁGUA E MEDIÇÃO DE

PARÂMETROS FÍSICO-QUÍMICOS ..........................................................................64

4.7.1 – Ensaio de Bombeamento.................................................................................64

4.7.2 – Coleta de Água e Medição dos Parâmetros Físico-Químicos........................66

5 – APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS...........................................67

5.1 – TOPOGRAFIA E GEOLOGIA LOCAL.........................................................................67

5.1.1 – Topografia........................................................................................................67

5.1.2 – Geologia Local..................................................................................................67

5.1.2.1 – Itabirito...............................................................................................68

5.1.2.2 – Clorita-Talco Xisto.............................................................................68

5.2 – LEVANTAMENTO GEOFÍSICO DE ELETRORESISTIVIDADE..............................70

5.3 – PERFURAÇÃO DOS POÇOS E DESCRIÇÃO LITOLÓGICA....................................73

5.3.1 – Descrição Litológica do poço PM 01...............................................................73

5.3.2 – Descrição Litológica do poço PM 02...............................................................73

5.3.3 – Descrição Litológica do poço PM 03...............................................................74

5.3.4 – Descrição Litológica do poço PA 01................................................................74

5.3.5 – Análise Comparativa entre a Seção de Eletroresistividade A-B e as Litologias

Encontradas na Perfuração dos Poços PM 01, PM 02, PM 03 e PA 01........75

5.4 – AQUISIÇÃO GEOFÍSICA DE PERFILAGEM.............................................................78

5.4.1 – Resultado das Aquisições Geofísicas de Perfilagem para o poço PM 01.......78

5.4.2 – Resultado das Aquisições Geofísicas de Perfilagem para o poço PM 02.......78

5.4.3 – Resultado das Aquisições Geofísicas de Perfilagem para o poço PM 03.......79

5.4.3.1 – Resultados de Perfilagem Caliper para o poço PM 03.......................80

5.4.3.2 – Resultados de Perfilagem Gama para o poço PM 03.........................81

5.4.3.3 – Resultados de Perfilagem Ótica para o poço PM 03..........................81

5.4.4 – Resultado das Aquisições Geofísicas de Perfilagem para o poço PA 01........83

5.4.4.1 – Resultados de Perfilagem Caliper para o poço PA 01.......................83

5.4.4.2 – Resultados de Perfilagem para Resistividade SP e Gama para o poço

PA 01..................................................................................................84

5.4.4.3 – Resultados de Perfilagem ótica para o poço PA 01............................86

vii

5.5 – COMPLETAÇÃO DOS POÇOS.....................................................................................88

5.6 – HIDROGEOLOGIA........................................................................................................93

5.6.1 – Teste de Vazão para o poço PA 01...................................................................93

5.6.2 – Bail test.............................................................................................................94

5.6.3 – Teste de Bombeamento.....................................................................................97

5.6.4 – Direção de Fluxo............................................................................................100

5.7 – HIDROQUÍMICA.........................................................................................................102

5.7.1 - Análise dos Parâmetros Físico-Químicos da Água.......................................102

5.7.2 - Análise Hidroquímica da Água do poço PA 01.............................................104

5.7.3 – Verificação e Validação dos Resultados da Análise Hidroquímica da Água

do Poço PA 01..................................................................................................106

6 – CONCLUSÕES...............................................................................................................109

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS................................................................................113

ANEXOS

ANEXO 1 – Planilhas de monitoramento do ensaio de bombeamento para os poços PM 01,

PM 02, PM 03 e PA 01.

ANEXO 2 – Relatório de análise química da água coletada no poço PA 01

viii

LISTA DE FIGURAS

Figura 1.1 – Localização da área de Pesquisa, Nas dependências da empresa Georadar,

Município de Nova Lima (MG)..................................................................................................3

Figura 2.1 – Mapa geológico simplificado do Quadrilátero Ferrífero, modificado de Alkmim

& Marshak (1998).......................................................................................................................6

Figura 2.2 – Coluna estratigráfica para o Quadrilátero Ferrífero e adjacências. A parte direita

da coluna representa as relações observadas no setor ocidental do Quadrilátero Ferrífero, e a

parte esquerda, as relações do setor oriental (Alkmim & Marshak 1998)..................................7

Figura 2.3 – Unidades Hidrogeológicas do Quadrilátero Ferrífero, com indicação da

localização da área de pesquisa. Modificado de Mourão (2007)..............................................17

Figura 2.4 – Diagrama de Piper e Schoeller para amostras coletadas nos domínios do aqüífero

em xistos unidade hidrogeológica do Quadrilátero Ferrífero (Mourão 2007)..........................18

Figura 2.5 – Diagrama adaptado de Chadda 1999 in Mourão (2007) e separação das amostras

dos aqüíferos em xistos em grupos com características químicas semelhantes........................18

Figura 3.1 – Disposição dos eletrodos na superfície do terreno e fluxo de corrente (Freitas

Filho 2006)................................................................................................................................22

Figura 3.2 – Valores de resistividade elétrica de materiais conhecidos (modificado de Elis

1998 in Ustra 2008)...................................................................................................................25

Figura 3.3 – Diagrama esquemático do equipamento de perfilagem resistência pontual

(Oliveira 2005)..........................................................................................................................28

Figura 3.4 – Comportamento da curva dos perfis de Resistividade e Radioatividade (Souza

2005) ........................................................................................................................................29

Figura 3.5 – Sumário de respostas de perfilagem geofísica em algumas litologias (Oliveira

2005) ........................................................................................................................................30

Figura 3.6 – Perfil esquemático de um poço tubular (Demétrio et al. 2008)..........................38

Figura 3.7 – Desenho esquemático do teste de slug com os parâmetros geométricos

necessários para estimar a condutividade hidráulica pelo método Hvorslev (1995) in Oliva et

al. (2005)...................................................................................................................................42

Figura 3.8 – Formação do cone de depressão a partir do ensaio de bombeamento (Rebouças et

al. 1971)....................................................................................................................................44

Figura 3.9 – Método gráfico de superposição para a determinação de T e S utilizando a

metodologia de Theis (Feitosa et al.2008)................................................................................47

Figura 3.10 – Diagrama de Piper, modificado de Piper (1944)................................................53

Figura 3.11 – Diagrama de Stiff, modificado de Stiff (1951)...................................................54

Figura 3.12 – Diagrama de Schoeller, modificado de Schoelller (1962)..................................54

Figura 4.1 – Fluxograma das etapas de pesquisa executadas...................................................55

Figura 4.2 – Eletroresistivímetro da marca ABEM, modelo SAS 4.000..................................56

Figura 4.3 – Foto aérea com a localização da linha de Sevme executada (linha amarela).......57

Figura 4.4 – Perfuração e coleta de amostra de solo nos poços instalados...............................58

Figura 4.5 – Sonda 3 ACS – 3 Arm Caliper Sonde, com as hastes (braços) abertas................59

Figura 4.6 – Sonda D-OPTV-Digital Optical Televiewer (ao lado os centralizadores), e

representação esquemática dos sensores...................................................................................60

Figura 4.7 – Arranjo bioeletródico (distância AM em polegadas)...........................................61

Figura 4.8 – Instalação de revestimento dos poços, tubo geomecânico...................................62

Figura 4.9 – Bailer de inox Brasbailer......................................................................................63

Figura 4.10 – Medidor de nível d’água Brasbailer...................................................................63

Figura 4.11 – Solinst Levelogger Gold....................................................................................63

Figura 4.12 – Mini Diver Schlumbeger.....................................................................................63

Figura 4.13 – Sonda de medição de nível d’água.....................................................................65

Figura 4.14 – Leitura de recuperação com medidor de N.A. no PM 02...................................66

Figura 4.15 – Sonda Multi parâmetros Hanna modelo HI 9828..............................................66

Figura 5.1 – Mapa Geológico Topográfico - Área de estudo Nova Lima – MG.....................69

Figura 5.2 – Seção A-B de Eletroresistividade da área de estudo sendo, (a) resistividade em

ohm.m e (b) cargabilidade em msec.........................................................................................71

Figura 5.3 – Seção A-B na área de pesquisa sendo, (a) resistividade, (b) cargabilidade em

msec e (c) perfil hidrogeológico...............................................................................................76

Figura 5.4 – Perfil caliper ao longo do PM 02. Observar que entre 18 e 16 metros, o diâmetro

do poço está menor que 6 polegadas indicando possível colapso nas paredes.........................79

Figura 5.5 – Perfil caliper ao longo do poço PM 03.................................................................80

Figura 5.6 – Perfilagem gama ao longo do poço PM 03...........................................................81

Figura 5.7 – Perfilagem ótica do PM 03 acima do N.A............................................................82

Figura 5.8 – N.A. do PM 03 em 5,6 m. Observar a elevada turbidez do fluído.......................82

Figura 5.9 – Projeção ortográfica do poço PM 03 nos planos E-W e N-S...............................82

Figura 5.10 – Perfil caliper ao longo do poço PA 01. Em destaque ocorrência de fraturas.....83

Figura 5.11 – Perfilagem com a ferramenta ELOG. I curva gama natural e SP (vermelha e

verde). II curva de resistividade curta, longa e resistência pontual (azul, vermelha e

verde)........................................................................................................................................84

Figura 5.12 – Nível d’água do poço PA 01 em 6,4 metros......................................................87

Figura 5.13 – Transição entre solo e rocha a 14,5 metros, observada a partir da diferença de

coloração entre as camadas.......................................................................................................87

Figura 5.14 – Projeção ortográfica do poço PA 01 nos planos E-W e N-S..............................87

Figura 5.15 – Perfil litológico e construtivo do poço PM 01....................................................89

Figura 5.16 – Perfil litológico e construtivo do poço PM 02...................................................90

Figura 5.17 – Perfil litológico e construtivo do poço PM 03....................................................91

Figura 5.18 – Perfil litológico e construtivo do poço PA 01....................................................92

Figura 5.19 – Condutividade hidráulica pelo método Hvorslev – PM 01................................95

Figura 5.20 – Condutividade hidráulica pelo método Hvorslev – PM 03................................96

Figura 5.21 – Gráfico tempo x rebaixamento para o ensaio de bombeamento na área de

pesquisa ....................................................................................................................................98

Figura 5.22 – Teste de bombeamento interpretação pelo método de Theis – PA 01................99

Figura 5.23 – Teste de bombeamento interpretação pelo método de Theis – PM 01...............99

Figura 5.24 – Teste de bombeamento interpretação pelo método de Theis – PM 02...............99

Figura 5.25 – Teste de bombeamento interpretação pelo método de Theis – PM 03...............99

Figura 5.26 – Mapa Hidrogeológico - Área de Estudo Nova Lima........................................101

Figura 5.27 – Parâmetros físico-químicos do PA 01: temperatura (

C), pH, OD (oxigênio

dissolvido em ppm), condutividade elétrica ( s/cm) e SDT (sólidos totais dissolvidos em

mg/L).......................................................................................................................................102

Figura 5.28 – Diagrama de Stiff para o PA 01........................................................................104

Figura 5.29 – Diagrama de Schoeller. Comparação entre amostras coletadas por Mourão

(2007) e o PA 01.....................................................................................................................105

Figura 5.30 – Diagrama de Piper. Comparação entre amostras coletadas por Mourão (2007) e

o PA 01....................................................................................................................................106

xii

LISTA DE TABELAS

Tabela 2.1 – Valores de condutividade hidráulica observados por Mourão (2007) para as

diferentes unidades litológicas presentes no aqüífero Cauê e demais unidades aqüíferas do

Quadrilátero Ferrífero...............................................................................................................20

Tabela 3.1 – Arranjos eletródicos mais utilizados (Ustra 2008)...............................................24

Tabela 3.2 – Exemplo de valores de resistividade em alguns minerais ou rochas (Telford et al

1999 in Oliveira 2005)..............................................................................................................27

Tabela 3.3 – Classificação das rochas sedimentares de acordo com sua radioatividade natural

(Nery 1997 in Souza 2005).......................................................................................................32

Tabela 3.4 – Métodos de análise de fluxo para poços em função do tipo de aqüífero e regime

de bombeamento (Feitosa et al. 2008)......................................................................................45

Tabela 3.5 – Definição dos principais parâmetros físico-químicos das águas subterrâneas

modificado de Santos (2008)....................................................................................................48

Tabela 3.6 – Critério de aceitabilidade para análise de água pelo balanço iônico (Clesceri et

al. 2005)....................................................................................................................................51

Tabela 5.1 – Valores de resistividade dos domínios A, B, C e D para a seção A-B da área de

pesquisa e seus materiais correspondentes pela classificação de Elis (1998) in Ustra (2008).70

Tabela 5.2 – Intervalos de leitura de cargabilidade para a seção A-B e a condição aqüífera

referente a estas leituras............................................................................................................72

Tabela 5.3 – Espessura estimada da camada aqüífera nos poços PM 01, PM 02, PM 03 e PA

01...............................................................................................................................................72

Tabela 5.4 – Descrição das unidades litológicas presentes na área de pesquisa e suas

características hidrogeológicas.................................................................................................75

Tabela 5.5 – Relação dos poços perfilados e ferramentas de perfilagem utilizadas.................78

Tabela 5.6 – Interpretação dos dados de leitura de resistividade e radioatividade natural para o

poço PA 01 e sua relação com o perfil geológico.....................................................................85

xiii

Tabela 5.7 – Quadro resumo dos resultados obtidos nos métodos de eletroresistividade,

perfilagem e sondagem aplicados aos poços PM 01, PM 02, PM 03 e PA 01 para a

caracterização do aqüífero da área de pesquisa.........................................................................88

Tabela 5.8 – Teste de vazão para o poço PA 01.......................................................................94

Tabela 5.9 – Valores de condutividade hidráulica obtidos pelos ensaios bail test e

bombeamento e seus valores indicativos definidos por Mourão (2007) para o aqüífero no

itabirito ...................................................................................................................................100

Tabela 5.10 – Valores de carga hidráulica para os poços PA 01, PM 01, PM 02 e PM 03....100

Tabela 5.11 – Parâmetros físico-químicos da água do PA 01................................................103

Tabela 5.12 – Análise hidroquímica da água segundo a Portaria 518 Ministério da Saúde...104

Tabela 5.13 – Cálculo do balanço iônico para o PA 01..........................................................107

Tabela 5.14 – Valor calculado de TDS (sólidos totais dissolvidos) para o PA 01.................107

CAPÍTULO 1

1- INTRODUÇÃO

Os recursos hídricos, em especial a água subterrânea, correspondem a uma importante fonte

de abastecimento de água para a sociedade. Neste contexto de utilização deste recurso torna-

se cada vez mais necessária a caracterização dos sistemas aqüíferos. Para esta caracterização

são aplicados estudos nas áreas de Geofísica, Hidroquímica e Hidrogeologia. A escolha de

qual metodologia de pesquisa aplicar em um estudo específico é de extrema importância para

se obter resultados representativos em menor tempo e custo.

Este trabalho constitui-se na aplicação de geofísica em um estudo hidrogeológico em área

urbana, no Município de Nova Lima, região metropolitana de Belo Horizonte. A área de

estudo está inserida dentro da região denominada como Quadrilátero Ferrífero, caracterizado

por grandes corpos de mineralização de ferro. Tratando-se especificamente dos recursos

hídricos subterrâneos tem-se como unidade aquífera o aqüífero xistoso Nova Lima, de idade

Arqueana. São complexos metamórficos que representam a crosta siálica do Quadrilátero

Ferrífero, sendo caracterizados por uma evolução tectônica de repetidos ciclos de crescimento

crustal (Carneiro et al. 1955). Neste estudo foram aplicadas técnicas de Geofísica,

Hidroquímica e Hidrogeologia para a caracterização do aqüífero.

A Geofísica é um método indireto onde são empregadas ferramentas de baixo custo e de

rápida aplicação. Dois métodos foram aplicados neste trabalho: Eletroresistividade e

Perfilagem. O levantamento Geofísico através da aplicação de métodos elétricos, vem

trazendo grandes e importantes informações sobre o potencial hídrico existente no subsolo

(Freitas Filho 2006). O método de Eletroresistividade consiste em emitir uma corrente

contínua ou de baixa freqüência em dois pontos do terreno e medir a diferença de potencial

em dois outros pontos. A partir deste potencial medido obtem-se o perfil de resistividade em

subsuperfície da área pesquisada (Freitas Filho 2006). As diferentes resistividades observadas

neste trabalho foram interpretadas identificando-se em subsuperfície o nível d’água do

aqüífero e os diferentes horizontes litológicos. A Perfilagem Geofísica de poço é usada

principalmente na prospecção de petróleo e de água subterrânea, e secundariamente para a

verificação de variações texturais de camadas sedimentares e zonas fraturadas (Nery 1997 in

Souza 2005). Em uma Perfilagem de poço é usado um conjunto de perfis geofísicos, os quais

são compostos de sensores acoplados a equipamentos eletrônicos. Estes sensores são

introduzidos poço adentro, registrando a cada profundidade as diversas informações relativas

as características físicas das rochas e dos fluídos em seus interstícios (Souza 2005). Esta

ferramenta foi empregada neste trabalho com o objetivo de verificar em poços perfurados a

existência de fraturas, os diferentes tipos litológicos, nível d’água, alinhamento e diâmetro de

perfuração. Todos estes dados irão auxiliar na determinação do perfil de completação dos

poços perfurados.

Para a execução de coleta de água, ensaios Hidrogeológicos e de Perfilagem é necessária a

instalação de poços com construção adequada em pontos representativos da área. Para a

definição do número de poços a serem instalados, sua locação e método de sondagem a ser

empregado foram analisadas as condições topográficas, bem como os resultados do

levantamento geofísico de Eletroresistividade. Foram instalados quatro poços onde técnicas

de perfilagem, hidroquímica e hidrogeologia foram aplicadas. A caracterização hidroquímica

de águas subterrâneas é largamente aplicada para a classificação e identificação da qualidade

das águas. É realizada a coleta de água subterrânea em poço previamente instalado. As etapas

de coleta, preservação, armazenamento e transporte foram realizadas de acordo com as

recomendações do Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (Clesceri

et al. 2005). Os dados obtidos nas análises de laboratório foram processados e gerados

diagramas através do programa Aquachem, que facilitam a interpretação para classificação da

água.

Os ensaios hidrogeológicos são executados para a obtenção do parâmetro k. Segundo Silva et

al. (2007) o coeficiente de proporcionalidade k, é chamado de condutividade hidráulica e leva

em conta as características do meio, incluindo porosidade, tamanho e distribuição das

partículas, forma das partículas, arranjo das partículas, bem como as características do fluido

que está escoando (viscosidade e massa específica). Dois ensaios foram aplicados neste

trabalho para a obtenção do parâmetro k, Bail test e bombeamento. O Bail test é um ensaio de

permeabilidade, realizado em nível variável (zona saturada) em que é aplicada uma carga ou

descarga através da introdução ou remoção súbita de um volume dentro do poço, de forma

que o nível d’água (N.A.) seja elevado ou rebaixado instantaneamente (Oliva et al. 2005).

Este teste é realizado em cada poço separadamente e pode não ser representativo para a

caracterização de um meio aqüífero como um todo. As constantes hidrodinâmicas que melhor

definem o aqüífero são obtidas por meio de ensaio de bombeamento (Rebouças et al. 1971). O

ensaio de bombeamento demanda um conjunto de equipamentos e número de pontos de

monitoramento elevado, desta forma, apresenta-se mais representativo para a caracterização

do aqüífero como um todo.

Foram analisados criticamente todos os resultados obtidos em cada técnica de Geofísica,

Hidrogeologia e Hidroquímica aplicadas. Foi observado que todos os ensaios empregados

contribuíram com informações importantes para a caracterização do sistema aqüífero da área

de pesquisa. As condições e limitações de cada ensaio são apresentadas para a escolha do

melhor método ou conjunto deles que se deve aplicar para que atenda ao objetivo de futuras

pesquisas de caracterização de aqüíferos em outras áreas de estudo.

A área de pesquisa está situada no Município de Nova Lima, nas dependências da empresa

Georadar Levantamentos Geofísicos S.A., que em conjunto com a Universidade Federal de

Minas Gerais, possibilitou o desenvolvimento desta pesquisa.

1.1 – LOCALIZAÇÃO

O município de Nova Lima localiza-se próximo ao município de Belo Horizonte limitado

pelos municípios de Raposos e Rio Acima. A área de estudo está localizada dentro dos limites

da empresa Georadar, com endereço Rua Ludovico Barbosa, número 60, a 6 Km do centro do

Município de Nova Lima nos limites de seu distrito industrial (Figura 1.1).

Figura 1.1: Localização da área de Pesquisa, nas dependências da empresa Georadar,

Município de Nova Lima (MG).

1.2 – OBJETIVOS

Esta dissertação tem como objetivos: Estudar a condição do aqüífero situado em uma área de

17.000m

dentro das dependências da empresa Georadar no município de Nova Lima. Aplicar

métodos geofísicos, hidroquímicos e hidrogeológicos para a caracterização do aqüífero da

área de pesquisa. Caracterizar parâmetros hidrogeológicos e hidroquímicos das águas

subterrâneas da área de pesquisa e compará-los com resultados obtidos em outras pesquisas

realizadas na região de Nova Lima.

1.3 – JUSTIFICATIVA

A caracterização dos meios aqüíferos para sua utilização sustentável e o monitoramento de

áreas impactadas é cada vez mais importante para a preservação do meio ambiente. Dentro

deste contexto torna-se de extrema importância o conhecimento de metodologia que aplicadas

representem as características dos meios aqüíferos.

Os aqüíferos representam uma porção manancial de água de extrema importância para suprir

as necessidades de abastecimento público de água potável, principalmente em regiões onde,

de alguma forma, a água superficial não consegue atender as demandas de consumo. Como a

localização dos aqüíferos é em sub superfície, torna-se oneroso o tratamento de águas

subterrâneas por dificuldades de captação e devido a seu grande volume.

Ao caracterizar um regime de fluxo subterrâneo, obtém-se um modelo representativo da

direção e velocidade de fluxo. Estas variáveis são de extrema importância na caracterização

do meio aqüífero quanto à identificação das dimensões de uma possível pluma de

contaminação, bem como, a vazão ideal de explotação.

Dentre os parâmetros de interesse para a caracterização do meio aqüífero estão à

permeabilidade, direção de fluxo e composição hidroquímica da água. Técnicas para obtenção

destes parâmetros são analisadas nesta dissertação identificando-se as metodologias que

melhor reflitam as condições dos meios aqüíferos. Desta forma justifica-se a aplicação deste

estudo como auxílio para futuras pesquisas de aqüíferos em diferentes áreas de pesquisa.

CAPÍTULO 2

2- GEOLOGIA E HIDROGEOLOGIA DO QUADRILÁTERO FERRÍFERO

Muitos trabalhos de caráter geológico e hidrogeológico foram

desenvolvidos na Província Mineral do Quadrilátero Ferrífero e adjacências. A partir da

análise deste contexto obtém-se as relações geológicas e hidrogeológicas existentes de cunho

regional e local que caracterizam a área de estudo.

2.1 – ASPECTOS LITOESTRATIGRÁFICOS DO QUADRILÁTERO FERRÍFERO

O Quadrilátero Ferrífero está localizado na área meridional do Cráton São Francisco, sendo

este uma unidade geotectônica neoproterozóica composta por rochas arqueanas e

paleoproterozóicas pouco afetadas pelo evento tectonotermal Brasiliano, ocorrido entre 630 a

490 Ma (Alkmim & Marshak 1998).

Na região do Quadrilátero Ferrífero (Figura 2.1) são encontradas, basicamente, três grandes

assembléias de rochas:

1) complexos metamórficos de rochas cristalinas arqueanas;

2) seqüências do tipo greenstone belts arqueanas (Supergrupo Rio das Velhas e faixas

correlatas);

3) seqüências metassedimentares paleoproterozóicas e mesoproterozóicas geradas a partir de

ambientes sedimentares plataformais (Supergrupo Minas, Grupo Itacolomi e Supergrupo

Espinhaço).

São encontradas ainda, rochas básicas e metabásicas intrusivas, com idades que remontam ao

Proterozóico Médio e que cortam descontinuamente as unidades acima. Ocorrem também

coberturas sedimentares instaladas em bacias interiores terciárias, de modo restrito, em

diferentes áreas do Quadrilátero Ferrífero, estando assentadas, discordantemente, sobre

diferentes litotipos do Supergrupo Minas (Alkmim & Marshak 1998).

Figura 2.1: Mapa geológico simplificado do Quadrilátero Ferrífero, modificado de Alkmim &

Marshak (1998).

O metamorfismo que atingiu o conjunto formado pelas rochas supracrustais (seqüências do

tipo greenstone belts e coberturas metassedimentares plataformais) encontra-se, na maioria

das vezes, no domínio da fácies xisto verde, podendo atingir a fácies anfibolito baixo junto às

bordas leste e sudeste do Quadrilátero Ferrífero. A Figura 2.2 mostra a coluna estratigráfica

proposta para a região. A seguir as diferentes unidades são descritas de forma individualizada.

Figura 2.2 – Coluna estratigráfica para o Quadrilátero Ferrífero e adjacências. A

parte direita da coluna representa as relações observadas no setor ocidental do Quadrilátero

Ferrífero, e a parte esquerda, as relações do setor oriental (Alkmim & Marshak

1998).

2.1.1 Complexos de Rochas Cristalinas Arqueanas

Os complexos de rochas cristalinas arqueanas são constituídos por uma grande diversidade

petrográfica, predominantemente relacionadas à classe das rochas metamórficas e

subordinadamente à classe das rochas ígneas (Carneiro et al. 1995). As estruturas dômicas

destes terrenos ocorrem tanto perifericamente quanto no interior do Quadrilátero Ferrífero,

servindo de embasamento arqueano para a região. Formalmente são indivisos, porém,

informalmente recebem adjetivações geográficas: Complexo Caeté, Bonfim, Bação, Belo

Horizonte e Congonhas. Constitui por ortognáisses de composição trondjemítica, estando

polideformados, migmatizados ou não. Apresentam algumas intrusões de granitóides na

forma de veios ou corpos circunscritos, anfibolitos, pegmatitos e corpos intrusivos máficos a

ultramáficos (Carneiro et al. 1995).

Estes complexos metamórficos representam a crosta siálica do Quadrilátero Ferrífero e são

caracterizados por uma evolução tectônica de repetidos ciclos de crescimento crustal, cujo

início remonta ao Arqueano Médio (Carneiro et al. 1995). O acervo de datações U-Pb

existente nestes complexos mostra um longo período evolutivo compreendido entre 3200 e

2600 Ma. (Renger et. al. 1994).

2.1.2 Seqüências do Tipo Greenstone Belts

As seqüências arqueanas do tipo greenstone belts, denominadas Supergrupo Rio das Velhas,

são representadas pelos Grupos Nova Lima e Maquiné (Carneiro et al. 1995). O Grupo Nova

Lima, onde está inserida a área de estudo, é constituído por três unidades:

1) unidade metavulcânica composta por rochas ultramáficas, metabasaltos, metatufos,

komatiítos, esteatitos e formações ferríferas do tipo algoma;

2) unidade metassedimentar química formada por xistos carbonáticos, formação ferrífera

bandada do tipo algoma e filitos grafitosos;

3) unidade metassedimentar clástica formada por quartzitos imaturos e metaconglomerados.

O Grupo Maquiné representa a unidade de topo do Supergrupo Rio das Velhas; trata-se de

uma unidade clástica com até 2000 metros de espessura, com ocorrência restrita à porção

centro leste do Quadrilátero Ferrífero. É constituído de quartzitos e conglomerados,

subordinadamente filitos e grauvacas. O contato com o sotoposto Grupo Nova Lima varia de

gradacional a discordante, ou, localmente, por falhamentos.

2.1.3 Seqüências Metassedimentares

1) Supergrupo Minas

O Supergrupo Minas sobrepõe-se, geralmente em contato tectônico, às unidades de rochas dos

complexos metamórficos e do Supergrupo Rio das Velhas, principalmente sobre estas

últimas. Trata-se de um espesso pacote metassedimentar que inclui formações ferríferas

bandadas do tipo Lago Superior e abundante material clástico (Carneiro et al. 1995). A coluna

litoestratigráfica do Supergrupo Minas é dividida em quatro unidades: i) unidade clástica

basal (Grupo Caraça), ii) unidade química intermediária (Grupo Itabira), iii) unidade clástica

de topo (Grupo Piracicaba) e o iv) Grupo Sabará, que era classificado como formação de topo

do Grupo Piracicaba, tendo sido elevado por Noce (1995) à categoria de Grupo do

Supergrupo Minas. A idade máxima para o início destas deposições supracrustais é estimada

em cerca de 2650 Ma. O encerramento da bacia sedimentar Minas foi datado em

aproximadamente 2100 Ma., com a deposição dos Grupos Sabará e Itacolomi,

respectivamente representantes das fácies flysh e molassa na região (Renger et al. 1994).

i) O Grupo Caraça apresenta, na base, a Formação Moeda, a qual é constituída essencialmente

por quartzitos com intercalações de filitos e níveis conglomeráticos geralmente na posição

basal, típicos de um ambiente fluvial e marinho transgressivo (Carneiro et al. 1995). Renger et

al. (1994) propõem uma idade entre 2590 e 2560 Ma. para a deposição destes quartzitos. A

presença de embasamento elevado, assim como as profundas variações de espessuras e

mudanças de fácies, refletem a natureza segmentada da bacia Minas durante a deposição da

Formação Moeda (Noce 1995). Através do contato transacional deposita-se a Formação

Batatal, onde predominam filitos sericíticos, por vezes carbonosos e ferruginosos,

característicos de um ambiente marinho plataformal.

ii) O Grupo Itabira constitui-se numa seqüência de metassedimentos químicos iniciada

pela Formação Cauê. Esta, por sua vez, é composta de formações ferríferas do tipo Lago

Superior (itabiritos), quartzosos ou dolomíticos, mais raramente anfibolíticos, abrigando

corpos lenticulares de minério de ferro rico, havendo ainda a presença de filitos ferruginosos e

dolomitos. A espessura destas formações ferríferas é variável, podendo atingir 300 a 500

metros nos flancos do Sinclinal Moeda, acima de 1000 metros na região oeste do sinclinal

Gandarela e 200 a 400 metros em regiões não deformadas. No topo, a Formação Gandarela é

representada por mármores dolomíticos, em parte estromatolíticos, e, subordinadamente,

itabiritos e filitos. Estas duas unidades litoestratigráficas são interpretadas como depositadas

em um ambiente marinho de plataforma estável.

iii) O Grupo Piracicaba caracteriza um novo período de instabilidade tectônica na

bacia Minas. Este Grupo tem a Formação Cercadinho como unidade basal. Trata-se de uma

alternância de quartzitos e filitos, comumente ferruginosos e com presença de dolomitos

subordinados. Estratigraficamente acima se posiciona a Formação Fecho do Funil, constituída

por filitos, filitos dolomíticos e lentes de dolomito. Os ortoquartzitos de granulometria fina da

Formação Taboões e os filitos e filitos grafitosos da Formação Barreiro são de ocorrência

restrita, e formam, respectivamente, as rochas de topo do Grupo Piracicaba.

iv) O Grupo Sabará é constituído por clorita xistos e filitos, metagrauvacas, metatufos,

metaconglomerados, quartzitos e raras formações ferríferas. Possui espessura máxima de

3.500 m, enquanto as demais unidades do Supergrupo Minas, juntas, atingem 3.000m. Este

Grupo Sabará era considerado como unidade superior do Grupo Piracicaba. Porém, a

espessura elevada e a variação litológica justificam sua elevação a este Grupo. Trata-se de

uma deposição sedimentar do tipo flysh, correlacionada ao Evento Transamazônico (Noce

1995), e que denota o final da Bacia Minas.

2) Grupo Itacolomi

As rochas do Grupo Itacolomi foram desmembradas da então Série Minas por Guimarães

(1931) in Carneiro et al. (1995), com base na existência de uma discordância angular entre as

duas unidades. São compostas por quartzo xisto, quartzito de granulometria grossa, quartzito

ferruginoso com estratificações cruzadas, metaconglomerados e grit. Os conglomerados da

base apresentam seixos derivados de rochas do Supergrupo Minas e dos terrenos granito

gnáissicos. Sua distribuição é restrita às porções sul e sudeste do Quadrilátero Ferrífero.

Os sedimentos do Grupo Itacolomi caracterizam ambientes deposicionais fluviais e lacustres,

inferidos como de natureza molássica segundo bacias restritas, cujas subsidências tiveram

início a partir da sedimentação dos litotipos do Grupo Sabará (Carneiro et al. 1995).

3) Supergrupo Espinhaço

O pacote quartzítico da Serra das Cambotas representa o Supergrupo Espinhaço naquela

região. Localiza-se a nordeste do Quadrilátero Ferrífero onde originalmente foram

considerados como pertencentes ao Grupo Tamanduá. A região da Serra das Cambotas é

formada por um pacote de rochas distintas, tectonicamente justapostas.

4) Diques de rochas máficas

Apresentam-se como enxames de diques máficos cortando, em geral, os terrenos granito

gnáissicos além das unidades supra crustais paleo e mesoproterozóicas. Os diques incluem

desde tipos metamorfisados na fácies anfibolito até aqueles com textura ígnea preservada

(Noce 1995).

5) Coberturas cenozóicas

Depósitos e coberturas sedimentares de provável idade cenozóica ocorrem esporadicamente

em todas as partes do Quadrilátero Ferrífero (Pomerene 1964). Estes materiais são formados

basicamente por espessas crostas de canga, em geral associadas à Formação Cauê, e por

sedimentos de provável idade terciária, cujas principais áreas de ocorrência são as bacias do

Fonseca (extremo leste do Quadrilátero Ferrífero) e do Gandarela, e ainda a calha do Sinclinal

da Moeda.

2.2 – GEOMORFOLOGIA DO QUADRILÁTERO FERRÍFERO

A intensa variação das condições lito-estruturais dentro do Quadrilátero Ferrífero resultou na

formação de vários níveis topográficos localizados entre as cotas aproximadas de 800 e 2100

metros. Estes níveis foram individualizados através de medianas e interpretados como

remanescentes de várias superfícies de aplainamentos correlacionáveis a inúmeros períodos

de dissecação (Barbosa 1980).

Levando-se em conta que a datação de formas de relevo deve considerar uma combinação de

vários caracteres geomorfológicos, mais do que umas poucas características, tais como a

determinação de altitudes médias de várias elevações e/ou a presença ou não de crostas

lateríticas, Varajão (1991) lança dúvida sobre a existência de testemunhos de um número

grande de períodos de dissecação. Assim, por exemplo, uma superfície de aplainamento

constituída por rochas quartzíticas e outra por rochas xistosas, ainda que em posições

topográficas distintas (sendo a primeira mais elevada), podem ser representantes de um único

período de dissecação e seus respectivos posicionamentos justificados pela maior ou menor

resistência dos processos erosivos. Neste contexto, a geomorfologia da região apresenta um

forte controle lito-estrutural e fortes contrastes de resistência litológica, o que reflete num

modelado de dissecação acentuada com importantes variações altitudinais e ocorrências de

serras e cristas cortadas por vales epigênicos (Magalhães Jr. & Saadi 1994).

Em termos temporais pode-se afirmar que grande parte da Plataforma Brasileira, inclusive o

Quadrilátero Ferrífero, foi afetada por um extenso nível de aplainamento durante o Terciário,

sendo o mesmo correlacionável à Superfície Sul Americana (Magalhães Jr. & Saadi 1994).

Posteriormente houve um rebaixamento do nível de base, o que desencadeou a dissecação

desta superfície, caracterizando assim um desenvolvimento geomorfológico policíclico para a

Plataforma Brasileira.

De modo descritivo o Quadrilátero Ferrífero forma um conjunto de relevos altos onde, em

geral, as grandes estruturas estão agora em posição geomorfológica invertida (Barbosa 1980),

ou seja, os domos de complexos de rochas cristalinas arqueanas e os anticlinais foram

desmontados, estando os sinclinais em posições topograficamente elevadas.

Em intrínseca relação com a evolução geomorfológica do Quadrilátero Ferrífero estão às

coberturas cenozóicas, os solos de cobertura, os depósitos aluviais, os corpos de Hematita

instalados na Formação Cauê a sul de Belo Horizonte e os processos de carstificação

ocorridos nos mármores dolomíticos da Formação Gandarela e quartzitos do Grupo Itacolomi.

As coberturas cenozóicas são representadas por depósitos de bacias intramontanhas

localizadas nas calhas dos grandes sinclinais, a exemplo do que ocorre no denominado Platô

da Moeda (Pomerene 1964), e por coberturas de canga, em geral associadas às rochas da

Formação Cauê.

Segundo Barbosa (1980) os solos de coberturas são freqüentemente rasos, ferruginosos e

fortemente pedregosos. Uma exceção deve ser feita aos solos residuais associados à Formação

Gandarela e às rochas de origem pelítica que possuem espessuras da ordem de 100 metros em

determinados locais.

Os depósitos de terraços aluviais como, por exemplo, ocorrem no Vale do Rio das Velhas na

região de Belo Horizonte, comumente apresentam morfogêneses controladas por falhamentos

que resultam na presença de terraços escalonados relacionados, provavelmente, à dissecação

da Superfície Sul Americana (Magalhães Jr. & Saadi, 1994).

Os processos de carstificação dos mármores dolomíticos da Formação Gandarela são

evidenciados por vários aspectos incluindo: 1) formação de dolinas, em geral colmatadas com

material argiloso; 2) pela formação de cavernas de pequeno a médio porte, sendo a mais

expressiva a Gruta da Igrejinha, localizada no Sinclinal Dom Bosco próximo a localidade

denominada Hargreaves; e, 3) pela surgência cárstica dos Fechos, junto ao córrego

homônimo. O Grupo Itacolomi, quando representado por quartzitos aflorantes na serra

homônima, apresenta feições cársticas (Ferreira Filho & Lazarim 1993), evidenciadas pela

presença de dolinas, cavernas de pequeno porte, sumidouros e formação de espeleotemas de

opala e calcedônia (Lima 1987).

2.3 – HIDROGEOLOGIA DO QUADRILÁTERO FERRÍFERO

Muitos estudos de caráter hidrogeológico vem sendo desenvolvidos no Quadrilátero Ferrífero

a exemplo de Mourão (2007) e Rebouças (1994). O principal motivo é o aumento na demanda

levando-se em conta o abastecimento público de água e o rebaixamento do nível d’água

subterrânea em áreas de mineração, especialmente de minério de ferro. Além disso, certas

surgências de água subterrânea são utilizadas como fontes de águas minerais, a exemplo do

que ocorre na fonte de Água Quente, localizada no interior do Sinclinal da Moeda, e nas

fontes Ingá e Igarapé, localizadas no extremo sudoeste da Serra do Curral.

2.3.1 Histórico

Tem-se conhecimento de estudos hidrogeológicos no Quadrilátero Ferrífero desde a década de

1980, quando algumas minerações de ferro da região atingiram o nível d’água subterrânea, o

que motivou uma intensificação das investigações de caráter hidrogeológico nos domínios da

Formação Cauê visando o rebaixamento dos níveis d’água em minas a céu aberto. Os

resultados destes estudos indicaram valores de condutividade hidráulica entre 7,5 e 10,0 m/dia

para hematitas da Mina da Mutuca, localizada junto à falha homônima.

Na década de 90 novos e importantes estudos foram realizados nesta região, voltados tanto

para o rebaixamento de minas a céu aberto, como para outros fins, tais como a definição de

mananciais de águas subterrâneas para abastecimento público e hidrogeologia regional. Neste

último contexto é digno de destaque o trabalho de Mourão (2007), onde é apresentada uma

caracterização hidrogeológica detalhada do aqüífero Cauê e demais unidades aqüíferas do

Quadrilátero Ferrífero.

2.3.2 Contexto Hidrogeológico do Estado de Minas Gerais e para o Quadrilátero Ferrífero

Segundo Rebouças (1994) um sistema aqüífero é definido como um conjunto formado por

uma ou mais unidades litoestratigráficas que apresentam continuidade hidráulica,

características hidrodinâmicas, condições de recarga, circulação e descarga, e de qualidade

das águas relativamente semelhantes.

Utilizando uma definição similar a esta, Souza (1995) identifica no Estado de Minas Gerais a

presença de dez sistemas aqüíferos formados, cada qual, por um conjunto de unidades

aqüíferas. Estas unidades por sua vez são definidas como sendo a ocorrência de um ou mais

tipos predominantes e bem definidos de rochas portadoras de água associadas a uma unidade

geológica específica.

De acordo com esta classificação, os sistemas aqüíferos identificados em Minas Gerais são os

seguintes:

1. Sistema Aluvial,

2. Sistema de Cobertura Detrítica,

3. Sistema Arenítico,

4. Sistema Carbonático,

5. Sistema Pelítico Carbonático,

6. Sistema Basáltico,

7. Sistema Pelítico,

8. Sistema Quartzítico,

9. Sistema Xistoso,

10. Sistema Gnáissico Granítico.

Conforme esta classificação, a região do Quadrilátero Ferrífero está inserida nos domínios dos

Sistemas Xistoso, Quartzítico e Gnáissico Granítico. A área de pesquisa esta localizada no

Quadrilátero Ferrífero, assim serão detalhados os sistemas: xistoso, quartzítico e gnáissico-

granítico.

O Sistema Xistoso, principal sistema em área existente no Quadrilátero Ferrífero, segundo

esta classificação, possui armazenamentos em meio fissurado e agrega unidades aqüíferas de

rochas predominantemente xistosas. No Quadrilátero Ferrífero este sistema engloba as

seguintes unidades litológicas informais coincidentes com zonas aqüíferas:

1) filitos, filitos intercalados em quartzitos, xistos e xistos intercalados em quartzitos, todos do

Supergrupo Minas;

2) filitos e xistos do Supergrupo Rio das Velhas.

O Sistema Quartzítico inclui armazenamentos em rochas quartzíticas, sendo, na região do

Quadrilátero Ferrífero, representado pelos quartzitos do Supergrupo Minas e do Supergrupo

Rio das Velhas Grupo Maquiné (Alkmim & Marshak 1998).

O Sistema Gnáissico Granítico é representado por zonas aqüíferas instaladas nos domínios

dos complexos de rochas metamórficas existentes na região do Quadrilátero Ferrífero, como

os complexos Belo Horizonte e Bação. Este Sistema Gnáissico Granítico apresenta

características de meio poroso fissural.

Apesar da grande abrangência da classificação proposta por Souza (1995) algumas

observações foram feitas por Mourão (2007) para sua utilização no Quadrilátero Ferrífero, são

elas:

1) Os dolomitos e itabiritos do Grupo Itabira não estão incluídos nesta classificação devido à

pequena escala de ocorrência desta unidade estratigráfica. Porém são de grande importância

na hidrogeologia do Quadrilátero Ferrífero. Estes dois materiais apresentam permeabilidades

secundárias, o primeiro com caráter cárstico fissural e o segundo com caráter intersticial.

Ambos estão condicionados ao espesso manto de intemperismo que afeta os litotipos da

região.

2) Os xistos e filitos, quando pertencentes a um sistema aqüífero de rochas armazenadoras,

apresentam pequenos volumes de água armazenada com caráter local. Este tipo de rocha tem

suas ocorrências mais expressivas na forma de aquitarde, como descrito por Alkmim (1996) e

Rúbio (1996) acerca dos filitos da Formação Batatal presentes na porção norte do Platô da

Moeda.

2.3.3 Caracterização Hidroestratigráficas e Hidroquímica do Aqüífero em Xistos no

Quadrilátero Ferrífero

Mourão (2007) apresenta a localização das unidades hidrogeológicas principais do

Quadrilátero Ferrífero (Figura 2.3). A área de estudo desta dissertação está localizada dentro

dos limites de aqüíferos em xistos do sistema aqüífero Nova Lima. Mourão (2007) caracteriza

esta formação contendo rochas xistosas, sendo xistos metassedimentares e metavulcânicos,

além de níveis metaquartizíticos, intercalações de metachert e corpos de formação ferrífera;

estes últimos de maior transmissividade dentre as demais litologias.

Figura 2.3: Unidades Hidrogeológicas do Quadrilátero Ferrífero, com indicação da localização da área de pesquisa. Modificado de Mourão

(2007).

A composição química das águas do aqüífero xistoso é apresentada por Mourão (2007) na

Figura 2.4, onde se pode observar pelos diagramas de Piper e Schoeller uma grande

homogeneidade na composição química das amostras de águas coletadas com algumas

diferenças referentes a concentrações de cálcio e magnésio. Na Figura 2.5 Mourão (2007)

apresenta um diagrama onde se observa que as amostras encontram-se alinhadas segundo uma

reta que passa pela origem indicando fortes correlações entre as concentrações de cálcio,

magnésio e bicarbonato. A partir destas correlações foram definidos três grupos

composicionais.

Figura 2.4: Diagrama de Piper e Schoeller para amostras coletadas nos domínios do

aqüífero em xistos unidade hidrogeológica do Quadrilátero Ferrífero (Mourão 2007).

Figura 2.5: Diagrama adaptado de Chadda 1999 in Mourão (2007) e separação das

amostras dos aqüíferos em xistos em grupos com características químicas semelhantes.

Os Grupos 1 e 2 abrangem águas altas e medianamente mineralizadas, com pH e

condutividade elétrica médios, respectivamente, de 7,47 e 7,62 e de 167,0 e 97,1 S/cm.

Provavelmente associam-se às rochas carbonatadas, de ocorrência comum no Grupo Nova

Lima. O Grupo 3 é formado com águas de baixos valores em sólidos dissolvidos e

caracterizado por pH ácido (média de 6,06) e condutividade elétrica média de 31,6 S/cm

(Mourão 2007).

Cloretos e sulfatos ocorrem em baixas concentrações (médias de 2,6 a 2,9 mg/L), mas

localmente podem atingir valores acima de 6,0 mg/L. O ferro está quase sempre presente

sendo que, em mais de 50% das amostras em que foi determinado, encontra-se acima do

limite de potabilidade, conforme a Portaria 518 do Minstério da Saúde (média 1,06 e mediana

de 0,2 mg/L). A correlação encontrada para íons cálcio e fósforo podem ser um indicativo da

presença de fosfato de cálcio nas rochas como, por exemplo, apatitas (Mourão 2007).

2.3.4 Propriedades Físicas e Hidráulicas das Rochas Constituintes dos Aqüíferos do

Quadrilátero Ferrífero.

Mourão (2007) apresenta o resultado de ensaios laboratoriais para a determinação de

permeabilidade intrínseca, porosidade e densidade de diversas litologias dentro do aqüífero

Cauê, e demais unidade aqüíferas do Quadrilátero Ferrífero. Para tal foram coletadas amostras

representativas em duas unidades litológicas diferentes; minérios de ferro e itabiritos. Os

resultados obtidos permitiram definir intervalos característicos de valores de propriedades

físicas para litotipos identificados que devem ser entendidos como valores mínimos, já que

amostras friáveis não puderam ser ensaiadas, e de caráter indicativo. A Tabela 2.1 apresenta

os valores de condutividade hidráulica nas diferentes unidades litológicas observadas por

Mourão (2007).

Tabela 2.1: Valores de condutividade hidráulica observados por Mourão (2007) para as

diferentes unidades litológicas presentes no aqüífero Cauê e demais unidades aqüíferas do

Quadrilátero Ferrífero.

Unidade Litológica

Condutividade Hidráulica (m/s)

Hematitas

Valores de 3,0x10

-6

a 2,5x10

-5

m/s

Itabiritos

Valores de 2,0 x10

-9

m/s a 1,8x10

-5

m/s, sendo para

Itabiritos frescos não fraturados valores máximos de

6,2x10

-10

m/s e para Itabiritos argilosos valores baixos

em média 7,0x10

-10

m/s.

Filitos

Valores de 6,9x10

-6

m/s para decompostos a

8,7x10

-8

m/s para semidecompostos

Cherts compactos e fraturados

Valores em média de 1,15x10

-6

m/s

Rochas básicas, independente do

grau de intemperismo.

Valores baixos comparados a aquitardes com média

de 2,7x10

-10

m/s

Quartzito Moeda semidecomposto e

fraturado

Valores relativamente reduzidos da ordem de

3,3x10

-9

m/s

CAPÍTULO 3

3- REVISÃO BIBLIOGRÁFICA DOS CONCEITOS DE GEOFÍSICA,

HIDROGEOLOGIA E HIDROQUÍMICA

Esta revisão bibliográfica pretende apresentar de forma sucinta os conceitos e metodologias

aplicadas nesta pesquisa utilizados em trabalhos anteriormente para a caracterização de

aqüíferos. Desta forma pretende-se apresentar um resumo conceitual sobre métodos geofísicos

(eletroresistividade e perfilagem de poços), métodos de sondagem para perfuração de poços e

noções de hidrogeologia e hidroquímica.

3.1 – MÉTODOS GEOFÍSICOS

A utilização de métodos diretos (sondagem, ensaios in loco e coleta de amostra) em estudos

geológicos e ambientais de subsuperfície é um procedimento de elevado custo financeiro, pois

exige a instalação de poços de monitoramento para análises físico-químicas e ensaios físicos

no caso de estudos de água subterrânea. Desta forma, os métodos indiretos (Geofísica), estão

sendo cada vez mais utilizados nas geociências, especificamente em estudos ambientais. Entre

inúmeras aplicações de ferramentas geofísicas em estudos ambientais, destaca-se a

identificação e caracterização litológica, determinação do nível d’água e mapeamento da

direção do fluxo subterrâneo (Silva et al. 2007).

Diversos autores, a saber, Soares (2007) e Lacerda et al. (2007), apresentam os métodos

Geofísicos elétricos e Eletromagnéticos, como os mais indicados para estudos de

caracterização rasa por serem métodos de baixo custo e fácil aquisição. Almeida et al (2007)

apresentam a técnica de perfilagem para a caracterização de furos não revestidos com bom

resultado para identificação de diferentes litologias e do diâmetro do poço.

Neste trabalho foram aplicados os métodos de Eletroresistividade e Perfilagem devido à

disponibilidade do equipamento. Inicialmente foi aplicada a Eletroresistividade e após a

análise dos resultados obtidos neste levantamento, foram definidos os locais de instalação dos

poços. Após a perfuração dos poços foi executada a perfilagem ao longo destes.

3.1.1 Método Geofísico de Eletroresistividade

O método de eletroresistividade requer uma corrente elétrica que seja aplicada no solo por

meio de eletrodos fixados à superfície do terreno. A diferença de potencial que se forma no

solo é medida utilizando-se um segundo par de eletrodos. A resistividade pode ser calculada

conhecendo-se a geometria da disposição dos eletrodos, a corrente elétrica aplicada e a

voltagem medida (Benson et al 1982 in Oliveira 2005). A partir deste potencial medido é

possível identificar em subsuperfície as diferentes anomalias que se apresentam com valores

de maior ou menor resistividade ou condutividade, e correlacionar estas anomalias às

estruturas e condições geológicas locais. A Figura 3.1 ilustra a disposição dos eletrodos na

aplicação do método de superfície do terreno (Freitas Filho 2006).

Figura 3.1: Disposição dos eletrodos na superfície do terreno e fluxo de corrente (Freitas

Filho 2006).

O método de Eletroresistividade irá apresentar a resistividade aparente e/ou a medida de

cargabilidade do meio. A resistividade aparente é dada por Cruz et al. (2007):

= vk/I sendo, k = . n . (n+1) . (n+2) .a (1)

onde:

= resistividade aparente da subsuperfície

k = fator geométrico que depende do espaçamento entre os eletrodos

v = diferença de potencial entre os eletrodos

I = corrente injetada pelos eletrodos

n = nível de investigação em profundidade

a = distância entre os eletrodos

As variações de voltagem podem ser medidas no domínio do tempo ou da freqüência. No

domínio do tempo a corrente elétrica é periodicamente injetada e desligada através do

eletrodo AB (Figura 3.1). Após o desligamento da corrente a voltagem medida nos eletrodos

MN (Figura 3.1) sofre um caimento. A integral medida através da curva de caimento da

voltagem resulta na cargabilidade (M) da equação abaixo (Costa 2007).

(2)

onde: M= cargabilidade

Vp= voltagem primária

t = tempo

I = corrente injetada pelos eletrodos

n = nível de investigação em profundidade

Os métodos de eletroresistividade envolvem medidas de uma impedância, com subseqüente

interpretação em termos de propriedades elétricas da subsuperfície, e finalmente da superfície

geológica (Ustra 2008).

Os equipamentos utilizados possuem uma fonte controlada para emissão de corrente elétrica e

medidores da corrente e voltagem geradas. Neste trabalho foi utilizado o equipamento da

marca ABEM, modelo SAS 4.000, que mede a voltagem aplicada e valores da curva de

caimento da voltagem, fornecendo dados de resistividade e cargabilidade.

3.1.1.1 Arranjos

Todos os arranjos geométricos usados para obter a resistividade e a cargabilidade aparentes

são baseados na equação 1. O fator geométrico k será diferente para cada tipo de arranjo. Um

resumo dos arranjos mais aplicados é mostrado na Tabela 3.1 (Ustra 2008).

Como pode ser observado na Tabela 3.1 existem vários tipos de arranjo, o arranjo Wenner,

técnica de caminhamento elétrico que consiste em deslocar sobre o terreno um quádruplo

AMNB (Figura 3.1) fixo realizando leituras em estações regularmente espaçada, foi escolhido

para ser utilizado nesta pesquisa devido a atender as condições indicadas por Freitas Filho

(2006) e Silva, Dourado et al. (2007). Conforme apresentado por Freitas Filho (2006) em

locais onde se deseja estudar as variações laterais de resistividade do subsolo, utiliza-se o

caminhamento Wenner. Silva et al. (2007), relata que o arranjo Wenner é ideal para meio

geológico heterogêneo por caracterizar os contrastes laterais, anomalias de resistividade

decorrentes da presença de hidrocarbonetos, água subterrânea e estruturas enterradas. Além

deste método apresentar bons resultados para caracterização de variações laterais e da

presença de água subterrânea, o mesmo foi escolhido por ser o de mais rápida aquisição de

campo, maior produtividade e conseqüentemente menor custo.

Tabela 3.1: Arranjos eletródicos mais utilizados (Ustra 2008).

3.1.1.2 Interpretação dos dados coletados

Através dos valores de resistividade (Ohmn.m) obtidos pelo método de eletroresistividade

pode-se identificar os diferentes tipos litológicos e outras características do aqüífero. Oliva et

al. (2007) identificam o contato entre zona saturada e zona não saturada pela determinação do

N.A. (nível d’água do aqüífero) através da análise dos valores de resistividade. A Figura 3.2

apresenta um quadro com as variações dos valores de resistividade em matérias conhecidos

(Ustra 2008):

Figura 3.2: Valores de resistividade elétrica de materiais conhecidos (modificado de Elis

1998 in Ustra 2008).

A medida de resistividade elétrica em rochas e minerais pode apresentar valores diferentes

dos representados na Figura 3.2 devido a condições geológicas específicas. Exemplos de

situações adversas são os valores de resistividade elétrica obtidos em rochas cristalinas (pouco

porosa), conforme pode ser observado na Figura 3.2 estes valores serão normalmente altos, no

entanto, se esta rocha estiver muito fraturada, a água que circula através das fraturas contendo

sais minerais dissolvidos diminuirá bastante a resistividade da rocha. Após a análise do perfil

de resistividade obtido pode-se observar diferentes materiais e identificar a zona saturada e

insaturada da área de pesquisa.

3.1.2 Método de Perfilagem Geofísica de Poços

O método de perfilagem de poços consiste na realização de um perfil em um poço, vertical ou

inclinado, com medições de determinados parâmetros específicos de cada ferramenta. O perfil

é traçado por meio de uma sonda que percorre ao longo do poço e registra simultaneamente os

parâmetros medidos. Uma mesma sonda poderá medir diferentes parâmetros. Os principais

parâmetros obtidos por meio da perfilagem geofísica de poços são: perfis de resistividade,

perfis de radiação, perfil ótico e perfil de diâmetro do poço (caliper).

Encontramos na literatura diferentes aplicações para o método de perfilagem de poços.

Oliveira (2005) aplica a perfilagem para co-estimativas de variáveis geológicas minerais

identificando os horizontes de depósitos de carvão em subsuperfície. Almeida et al. (2007)

aplicam a perfilagem para identificar correlações estratigráficas e estimativas de densidade

para a complementação de informações de coleta de testemunhos de sondagem em litologias

associadas. Souza (2005) aplica a perfilagem no mapeamento de aqüíferos. Porem é como

auxílio na pesquisa e monitoramento de poços para extração de petróleo que a perfilagem de

poços vem sendo usualmente aplicada, como pode ser observado no trabalho de Leite et al.

(2007) que encontram bons resultados na caracterização de poços de produção de petróleo a

partir da perfilagem geofísica.

3.1.2.1 Perfis de Resistividade

A resistividade de um material homogêneo medida em dadas condições de temperatura e

saturação é constante e independe do volume. A resistividade é normalmente medida em ohm

x metro e é definida como a resistência elétrica de um material quando uma corrente de 1

ampere é aplicada em 1 metro de comprimento de material de seção de 1 metro quadrado, nas

condições normais de temperatura e pressão (Hoffman et al.1990 in Oliveira 2005).

A Tabela 3.2 apresenta os valores de resistividades (Telford et al. 1990 in Oliveira 2005). A

partir dessa tabela pode-se concluir que com apenas um único parâmetro não é possível

identificar o tipo de litologia do aqüífero.

Tabela 3.2: Exemplo dos valores de resistividade em alguns minerais ou rochas (Telford et al. 1990 in

Oliveira 2005).

Perfis de resistividade apresentam a forma de propagação do fluxo de corrente elétrica

emitido pelo eletroresistivímetro nas diferentes camadas em diferentes profundidades. Dois

processos controlam o fluxo de corrente: condução eletrolítica e troca de íons. Cada litologia

apresenta uma maneira de condução de corrente elétrica diferente. A umidade e porosidade

facilitam a condução do fluxo de corrente e reduzem a resistividade. A forma, distribuição dos

grãos, cimentação e a matriz também afetam o fluxo de corrente fazendo com que a

resistividade aumente. Com o aumento da compactação nas camadas.

Uma corrente é gerada no eletroresistivímetro e é transmitida ao eletrodo de corrente fixado

no solo. A corrente passa pelo solo entre os eletrodos, o fluido do poço e a estratigrafia por

condução eletrolítica no fluído e por troca de íons em minerais argilosos. A corrente aplicada

no eletrodo é mantida constante. A diferença de potencial elétrico gerada entre o eletrodo de

corrente e um eletrodo de referência aterrado na área é proporcional à soma das resistências

de todos materiais. Desta forma a resistência poderá ser obtida a partir da equação

desenvolvida por George Simon Ohm, lei de ohm, 1827.

R = E/I (3)

onde: E= diferença de potencial em volts

R= resistência

I = corrente em amperês

Um diagrama esquemático da sonda de resistividade pontual, utilizada neste trabalho, é

apresentada na Figura 3.3 (Oliveira 2005). Esta sonda é provida de eletrodo de corrente. O

tamanho do eletrodo de corrente controla a profundidade de investigação. Se o eletrodo for

esférico, o volume efetivo de investigação será aproximadamente cinco vezes o diâmetro do

eletrodo (Guyod 1944 in Oliveira 2005).

Figura 3.3: Diagrama esquemático do equipamento de perfilagem resistência pontual

(Oliveira 2005).

Os eletrodos e equipamentos de medição de resistividade devem, sempre, ser imersos em

líquido para que a corrente seja transmitida da sonda para a parede do furo. As medidas são

interpretadas qualitativamente, ou seja, os valores de resistência permitem estabelecer se uma

camada é mais ou menos resistiva que outra (Figura 3.4). São observadas as seguintes

características gerais de comportamento para resistividade, conforme Souza (2005):

Figura 3.4: Comportamento da curva dos perfis de Resistividade e Radioatividade (Souza

2005)

Resistividade baixa – qualquer aumento na salinidade (devido à composição da lama ou

presença de água salgada na formação ou ainda arenitos contendo salmouras) provocará

decréscimo na resistência, devido à presença de minerais argilosos que são bons condutores.

Caso o poço sofra um alargamento em algum ponto (presença de regiões fraturadas ou

desmoronamento de camadas arenosas inconsistentes) a resistência sofrerá também

decréscimo. Camadas delgadas prejudicam o fluxo de corrente, dificultando seus

reconhecimentos e quantificações.

Resistividade alta – engloba rochas portadoras de água doce, bem como areia/arenito e

seixo/conglomerado onde, nestas duas últimas litologias, a presença freqüente do mineral

quartzo é a causa para a elevada resistência, pois este mineral não é bom condutor de corrente

elétrica.

O raio de investigação do perfil de resistividade está ligado ao grau de salinidade e diâmetro

do poço, onde ambos afetam o valor de resistência. O primeiro em virtude da facilidade de

passagem do fluxo de corrente frente à presença dos íons e o segundo devido ao volume de

fluido que preenche o poço. Portanto, a ausência de linearidade na resposta do perfil de

resistividade o torna meramente qualitativo. É utilizado na localização e determinação de

espessuras de aqüíferos, variações litológicas e correlação entre poços.

O perfil de resistividade e de radiação gama poderá ser interpretado conforme o tipo de rocha

e sua relação com a resistividade, como pode ser observado na Figura 3.5.

Figura 3.5: Sumário de respostas de perfilagem geofísica em algumas litologias (Oliveira

2005).

3.1.2.2 Radiação Gama

A radiação gama consiste na energia liberada pelo núcleo atômico na forma de onda

eletromagnética para sua estabilização após a emissão de uma partícula ou . As rochas e

solos apresentam elementos radioativos que estão em desintegração. Estes elementos podem

ser identificados por meio de perfilagem geofísica a partir de um detector instalado em uma

sonda que irá percorrer toda extensão do poço a ser perfilado.

O perfil da radiação gama é amplamente empregado para identificação de litologias (Oliveira

2005). A perfilagem de radiação gama natural pode ser executada em poços preenchidos com

líquidos ou vazios e é pouco afetada por irregularidades, fluídos de perfuração ou

revestimento do poço. As sondas de perfilagem de emissão natural de raios gama são

formadas por um detector de radiação natural emitida pela rocha através de leitor Geiger-

Mueller ou cintilômetros. A profundidade de investigação está diretamente relacionada à

densidade do material perfilado. Com o aumento da densidade diminui a profundidade de

investigação (Oliveira 2005).

O sistema de detecção de radiação é composto por cintilômetros o qual determina o número

de decaimentos por unidade de tempo (CPS – contagens por segundo). Os cintilômetros são

cristais de Iodo e de Sódio ativados com pequena porção de Tálio, que, quando ionizados, por

partículas, emitem luz visível. A intensidade dessa luz é proporcional a energia de ionização

da partícula. A luz é detectada por um tubo multiplicador onde, este produz um pulso com

amplitude proporcional a energia da partícula detectada. Nas sondas empregadas, o tubo foto-

multiplicador conta com pulsos sem distinção de faixa de energia que realizam a contagem

total dos decaimentos (Oliveira 2005).

De maneira a indicar quais isótopos ocorrem naturalmente, sendo responsáveis pela atividade

de raios gama da formação, é importante comparar a meia vida com a idade estimada da Terra

em cerca de 4 x 10

anos. Há somente três isótopos com meia vida nesta magnitude:

K com

1,3 x 10

anos,

232

Th com 1,4 x 10

anos e

238

U com 4,4 x 10

anos. O decaimento do

K é

acompanhado pela emissão de um raio gama simples com energia de 1,46 mev. O

232

Th e o

238

U decaem através de duas séries diferentes de doze ou mais isótopos intermediários para

um isótopo estável de chumbo. Este fator torna o espectro de raios gama complexo, com

emissões de diferentes energias. A emissão de raios gama proeminente da série do urânio é

devida a um isótopo de bismuto, enquanto que a série do Tório é um isótopo de Tálio (Ellis

1987 in Lima 2006).

O perfil de raios gama é, ainda hoje, um dos melhores indicadores litológicos, principalmente

nas rochas sedimentares. Esta é a razão pela qual ele é utilizado nos trabalhos de correlação

entre poços, uma vez que se pode distinguir arenitos e/ou carbonatos dos folhelhos, desde que

os dois primeiros tipos não estejam contaminados (Lima 2006).

O potássio natural contém 0,012% do isótopo radioativo

K. Ele é abundante nos feldspatos e

nas micas, que se decompõe em argilominerais, que por sua vez concentram outros elementos

pesados através dos processos de troca catiônica e de adsorção. O folhelho é, portanto, a

litologia mais radioativamente natural entre rochas sedimentares, à exceção dos evaporitos

potássicos. Desta forma o perfil de raios gama reflete a proporção de folhelho ou argila de

uma formação (Lima 2006).

As rochas sedimentares podem ser classificadas de acordo com sua radioatividade natural.

Esses valores são aplicados na análise dos perfis de radioatividade como pode ser observado

na Tabela 3.3. Um perfil gama mostra um aumento de radiação nas camadas que contenham

folhelho rico em potássio/fósforo/argila (Figura 3.4). Sabe-se que este perfil reflete a

proporção de folhelho ou argila da formação, portanto, pode-se utiliza-lo como um indicador

do teor de folhelho ou argilosidade das rochas. Sendo assim, um arenito argiloso pode ser

diferenciado de um arenito limpo. Em aqüíferos há um fluxo muito baixo de raios gama,

devido a pouca concentração de argila (Souza 2005).

Tabela 3.3: Classificação das rochas sedimentares de acordo com sua radioatividade

natural (Nery 1997 in Souza 2005).

Alta Radioatividade

Média Radioatividade

Baixa Radioatividade

Folhelhos de águas profundas

(lamas de radiolários e

globicerinas) e folhelhos

pretos betuminosos

Folhelhos e arenitos

argilosos e águas rasas

Grande maioria de

carvões

Evaporitos potássicos

(carnalita e silvita)

Carbonatos

Evaporitos não potássicos

(halita, anidrita e gipsita)

Algumas rochas

ígneas/metamórficas

Dolomitos

Arenitos limpos

O grau de investigação do perfil de radiação depende da energia do fóton, litologia, tipo de

detector, lama, diâmetro do poço e massas específicas das camadas. O que não deve

ultrapassar 40 cm. É um dos melhores indicadores litológicos, principalmente para rochas

sedimentares e sedimentos inconsolidados, possibilitando a identificação de unidades permo-

porosas. Ajuda na correlação entre poços vizinhos, avaliando a continuidade lateral dos

aqüíferos. Tem a vantagem de poder ser realizado em furos secos revestidos e não revestidos,

onde nestes últimos os furos são preenchidos com lama de estabilização (Souza 2005).

3.1.2.3 Perfilagem com Compasso Calibrador (Caliper)

A ferramenta Caliper é utilizada para a verificação do diâmetro do poço perfilado (sem

revestimento) e sua variação em toda sua extensão. Alem de apresentar a integridade do poço,

esse perfil pode ser relacionado com características mecânicas das rochas. Em rochas friáveis

ou fraturadas, o diâmetro do poço tende a aumentar. Normalmente o compasso calibrador não

é o único dispositivo em uma sonda, podendo estar acoplado em uma mesma sonda de

medição de raios gama natural. A combinação do compasso calibrador com outros

equipamentos pode ser fundamental para a identificação adequada da estratigrafia. O

compasso calibrador também contribui para manter a sonda reta e encostada na parede ou no

centro do poço. Esse equipamento deve ser calibrado com uma escala com diâmetros

conhecidos (Oliveira 2005).

O Caliper consiste em um ou mais braços que pressionam constantemente a parede do poço

durante toda perfilagem. Qualquer mudança de diâmetro do poço provocará uma variação na

abertura do braço que é registrada e informada conforme unidade definida no processo de

calibração (Oliveira 2005).

3.1.2.4 Perfilagem Ótica

A perfilagem ótica é uma ferramenta pouco empregada por ser de alto custo. Não se tem

conhecimento de trabalhos aplicados a pesquisa ambiental com utilização desta ferramenta,

desta forma este trabalho será pioneiro na aplicação deste método.

A perfilagem ótica consiste na geração de uma imagem da parede do poço captada por uma

câmera digital, a partir da reflexão da parede do poço, através da emissão de luz branca vinda

de LEDs contidos na própria ferramenta de perfilagem. A imagem obtida pela câmera é

orientada de modo que não haja rotação. Esta orientação é feita através de magnetômetros e

acelerômetros triaxiais. Estes sensores permitem traçar a trajetória do poço, fornecendo sua

inclinação, direção e a caracterização de estruturas geológicas para poços não revestidos. Em

poços revestidos, o sensor ótico, permite analisar o estado do revestimento, a qualidade da

água do poço e o volume de contaminante quando houver. O ângulo de incidência da luz é

variável, assim o sistema é capaz de manter o foco da parede do poço, mesmo variando o

diâmetro. Robertson (2008) apresenta variadas aplicações para esta perfilagem sendo de

extrema importância para a identificação de fraturas ao longo do poço perfilado.

3.2 – SONDAGEM E PERFURAÇÃO PARA COMPLETAÇÃO DE POÇOS

O principal objetivo ao se realizar uma sondagem é a coleta de testemunhos para descrição

geológica. Em trabalhos de pesquisa ambiental para águas subterrâneas as perfurações são

executadas para coleta de amostras solo e instalação de poços de monitoramento para

posterior coleta de água e ensaios hidrogeológicos, como aplicado por Ogihara (2000), e na

execução de perfilagem geofísica nos poços perfurados para pesquisa, como aplicado por

Souza (2005). Nos dois estudos acima descriminados houve bons resultados para a aplicação

destas técnicas, várias metodologias de sondagem são conhecidas.

Vários métodos de perfuração são conhecidos, Demetrio et al. (2008) definem os métodos de

perfuração, materiais de completação e perfil construtivo dos poços, conforme apresentado

abaixo:

3.2.1 Método de Percussão

O método de perfuração à percussão baseia-se no movimento contínuo de subida e descida de

uma ferramenta pesada, golpeando as rochas, desagregando-as e/ou fragmentando-as. Embora

existam equipamentos das mais diversas dimensões, as perfuratrizes utilizadas neste método

são geralmente pequenas e de simples operação, facilmente transportadas em um chassi de

caminhão adaptado (Demetrio et al. 2008).

Indicações do Método de Perfuração à Percussão – o método a percussão é mais indicado para

rochas consolidadas, que geralmente não apresentam muitos problemas de desmoronamento.

Para rochas não consolidadas, a perfuração é feita com o poço preenchido com lama ou com a

utilização de revestimento provisório, o que dificulta e onera o custo da perfuração (Demetrio

et al. 2008).

O método à percussão é recomendado também para profundidades inferiores a duzentos

metros e os diâmetros de perfuração não devem ultrapassar 14 polegadas. Embora esses

limites possam ser ampliados, as dificuldades são geralmente muito grandes e os

equipamentos precisam ser de maior porte (Demetrio et al. 2008).

3.2.2 Método Rotativo

O método rotativo baseia-se na trituração e/ou desagregação da rocha pelo movimento

giratório de uma broca. O início das primeiras perfurações pelo método rotativo datam de

1860. As perfuratrizes para perfuração pelo método rotativo, ou simplesmente sondas

rotativas, podem ser máquinas de pequeno ou grande porte, dependendo das profundidades e

diâmetros a que se destinam (Demetrio et al. 2008).

Amostragem de calha – a amostragem do material atravessado durante a perfuração de um

poço é uma informação fundamental para o projeto final do mesmo, bem como para o

conhecimento da geologia da área. O intervalo de amostragem depende da precisão

pretendida, normalmente é utilizado o espaçamento de três metros entre as amostras. Para

maiores detalhamentos coletam-se amostras a cada metro perfurado. No método de perfuração

à percussão a amostragem é feita a partir do material coletado na caçamba de limpeza. Esta

coleta normalmente gera amostras. No método rotativo de perfuração não há paralisação do

avanço da broca para coleta de material, a amostragem é feita antes da lama passada pela

peneira ou, quando inexiste peneira, na calha do tanque de lama. As amostras colhidas são

assim chamadas de amostras de calha (Demetrio et al. 2008).

3.2.3 Método Rotopneumático

Este método consiste na fragmentação da rocha através da combinação de uma percussão em

alta freqüência com pequeno curso e rotação. O fluído utilizado e principal agente da

operacionalidade deste método é ar comprimido procedente de compressores de alta potência

(Demetrio et al. 2008).

Em geral é utilizado para a perfuração de rochas compactadas (cristalino) com excelente

rendimento. A coluna de perfuração consiste de uma broca (bit) e uma peça denominada

“martelo”, que conecta o bit ao hasteamento e proporciona, em função da passagem do ar, a

freqüência de percussão (Demetrio et al. 2008).

Devido à disponibilidade de equipamento e da necessidade em se coletar as amostras para

descrição do perfil geológico dos poços este método foi escolhido para a perfuração dos poços

deste trabalho.

3.2.4 Revestimento do Poço Perfurado

O revestimento é composto de tubos instalados ao longo de toda a perfuração, cuja principal

finalidade é sustentar as paredes do poço, impedindo que a seqüência litológica atravessada

desmorone. A porção do revestimento onde se instala a bomba chama-se câmara de

bombeamento. O trecho do revestimento onde se localiza a zona de admissão de água para o

poço, ou zona de entrada d’água do aqüífero, é ocupado por tubos perfurados, denominados

filtros (Demetrio et al. 2008).

A escolha do tipo de material será em função da resistência mecânica e química, de modo a

adaptar-se às condições a que será submetido. Assim sendo, entre outras coisas, a escolha

depende da qualidade da água, da profundidade do poço, do diâmetro de perfuração, do

método de perfuração e também do custo. Os tipos de revestimento empregados em poços

tubulares são basicamente dois: aço e PVC. No passado, o aço era o material mais comumente

empregado em todos os casos. Nos últimos anos, porém, o PVC está se tornando cada vez

mais utilizado, principalmente em poços com menos de 300 m de profundidade que captam

águas muito corrosivas (Demetrio et al. 2008). Neste trabalho devido à profundidade dos

poços ser menor que 300 metros foi escolhido revestimento de PVC para instalação.

O filtro, como já mencionado, é um revestimento especial, que permite a passagem da água

do aqüífero para dentro do poço. O seu comprimento é definido basicamente em função das

características locais do aqüífero (Demetrio et al. 2008).

Vários são os tipos de filtros que podem ser empregados. A escolha adequada depende da

natureza do material a ser telado, da demanda a ser atendida e dos recursos disponíveis para a

obra. Os filtros geomecânicos (PVC), empregados neste trabalho, são bastante utilizados,

principalmente em poços para o abastecimento de condomínios e residências (Demetrio et al.

2008).

3.2.5 Pré-Filtro

O pré-filtro é o preenchimento de cascalho colocado no espaço anelar, existente entre o

revestimento/filtro e a perfuração. Tem por finalidade estabilizar areias muito finas e bem

selecionadas e permitir maior percentagem de área das ranhuras do filtro (Demetrio et al.

2008).

O pré-filtro é indicado em praticamente todos os casos, quando não se deseja perder muito

tempo com desenvolvimento natural. É indispensável no caso de sedimentos muito finos e

uniformes, a menos que sejam utilizados filtros com ranhuras pequenas demais (por exemplo,

menores do que 0,25 mm), o que pode trazer problemas de colmatação prematura, sobretudo

quando existe alguma fração argilosa na matriz arenosa fina, e nas formações granulares em

geral. É sempre preferível utilizar o pré-filtro porque o mesmo permite a instalação de filtros

com ranhuras mais abertas, o que contribui para uma maior eficiência hidráulica do poço. Os

poços deste estudo foram instalados com a utilização de pré-filtro devido à formação ser

composta por rochas alteradas de granulometria fina (Demetrio et al. 2008).

3.2.6 Cimentação

A colocação de pasta de cimento no espaço anelar entre o revestimento e a parede do poço, ou

em casos especiais, dentro do próprio poço, é denominada de cimentação, cujas principais

finalidades são (Demetrio et al. 2008):

1. Vedação – quando um poço é abandonado, seja qual for o motivo, deve ser totalmente

preenchido com pasta de cimento, eliminando um meio de acesso para a penetração de

poluentes no aqüífero.

2. Fixação – é uma das finalidades básicas no que diz respeito à construção do poço e

tem como objetivo fixar o revestimento à parede do poço de forma a estabilizar

permanentemente a obra.

3. Proteção sanitária – a cimentação do espaço anelar da parte mais superior do poço

impedirá que águas poluídas da superfície se infiltrem e contaminem a água captada

pelo poço.

4. Proteção – tem como objetivo proteger o revestimento da ação de águas agressivas.

5. Separação de Aqüíferos – quando existem vários níveis aqüíferos e entre eles um ou

mais apresentam água imprópria para consumo, os níveis indesejáveis são separados

por cimentação.

6. Correções de Desvios de Perfuração – quando por algum problema a perfuração sofre

desvio de verticalidade que venha comprometer a descida do revestimento ou outras

operações, pode-se corrigir este defeito fazendo-se uma cimentação do trecho que

sofreu desvio, e posteriormente reabrir o poço.

A cimentação é feita com uma pasta formada de cimento + água. Às vezes acrescenta-se

bentonita na proporção de 3 a 6%. Para todos poços instalados neste trabalho foi executada

cimentação. A Figura 3.6 apresenta um perfil esquemático do poço (Demetrio et al. 2008).

Figura 3.6: Perfil esquemático de um poço tubular (Demétrio et al. 2008).

3.3 – NOÇÕES DE HIDROGEOLOGIA E HIDROQUÍMICA

Estudos de Hidrogeologia e Hidroquímica, desde algumas décadas, vem desenvolvendo

métodos para análise e caracterização de águas subterrâneas. Agregando-se técnicas destas

duas áreas de conhecimento pode-se obter importantes informações das características do

aqüífero. A exemplo de Oliva et al (2005) que aplicou metodologias hidrogeológicas para a

determinação da condutividade hidráulica da Formação Rio Claro, através de análise

granulométrica e teste de Slug. E de Migliorini et al. (2006) que aplicou metodologias

hidroquímicas para a caracterização da qualidade das águas subterrâneas em áreas de

cemitérios na região de Cuiabá – MT, através da análise de seus parâmetros físico-químicos.

Para esta pesquisa foram aplicadas várias metodologias hidrogeológicas e hidroquímicas para

a caracterização do aqüífero e da composição de suas águas. Este capítulo apresenta a

descrição de variados métodos Hidrogeológicos e Hidroquímicos utilizados como ferramenta

na caracterização de águas subterrâneas.

3.3.1 Hidrogeologia

3.3.1.1 Características Hidrodinâmicas dos Aqüíferos

Um dos principais objetivos de estudos hidrogeológicos é a determinação das características

hidrodinâmicas dos aqüíferos. As constantes hidrodinâmicas podem ser obtidas por meio de

ensaio de bombeamento, teste de slug, ou outros métodos que não serão abordados neste

trabalho. As principais constantes hidrodinâmicas utilizadas na caracterização de aqüíferos,

são a condutividade hidráulica (k), a transmissividade (T) e o coeficiente de armazenamento

(S) que serão descritas a seguir, juntamente com os ensaios aplicados para sua obtenção:

Condutividade Hidráulica (k)

O principal fator que determina a disponibilidade de água subterrânea não é a quantidade de

água que os materiais armazenam, mas a sua capacidade em permitir o fluxo de água através

dos poros. Esta propriedade dos materiais conduzirem água é chamada de permeabilidade, que

depende do tamanho dos poros e da conexão entre eles (Cabral 2008).

Um sedimento argiloso, por exemplo, apesar de possuir alta porosidade é praticamente

impermeável, pois os poros são muito pequenos e a água fica presa por adsorção. Por outro

lado, derrames basálticos, onde a rocha em si não tem porosidade alguma, mas possui

abundantes fraturas abertas e interconectadas como disjunções colunares (juntas de

resfriamento), podem apresentar alta permeabilidade devido a esta porosidade secundária.

Cabral (2008) aplica a lei de Darcy para obtenção do coeficiente de proporcionalidade k, que

pode ser chamado de condutividade hidráulica e leva em conta as características do meio,

incluindo porosidade, tamanho e distribuição das partículas, forma das partículas, arranjo das

partículas, bem como as características do fluido que está escoando (viscosidade e massa

específica). Obviamente um fluido viscoso terá no meio poroso, velocidade diferente da que a

velocidade da água que apresenta baixa viscosidade. Além disso, um líquido mais denso terá

características de escoamento diferentes de um líquido menos denso.

Conforme Cabral (2008) em um meio isotrópico a condutividade hidráulica (k) pode ser

definida como a velocidade aparente do fluído pelo gradiente hidráulico unitário. A constante

k refere-se à facilidade da formação aqüífera de exercer a função de um condutor hidráulico.

O experimento de Darcy baseou-se na medição da vazão de água (Q) com um cilindro

preenchido por material arenoso, para diferentes gradientes hidráulicos. O fluxo de água para

cada gradiente foi calculado pela relação entre vazão (Q) e a área (A) da seção do cilindro. O

fluxo de água foi definido como vazão específica (q) do material. A condutividade hidráulica

pode ser, então, expressa em função dos parâmetros do meio e do fluido da seguinte forma

(Cabral 2008):

K = kρg/ μ = kg/ v (4)

onde: K= condutividade hidráulica (L/T)

k = permeabilidade intrínseca do meio poroso (L

)

v = volume

ρ e μ = representam as características do fluído, respectivamente massa específica e

viscosidade

absoluta, ou pode ser usada a viscosidade cinemática.

A condutividade hidráulica pode ser expressa em m/s ou cm/s, poderá ser determinada através

de fórmulas, métodos de laboratório ou ensaios de campo. Os ensaios de campo incluem o

Bail test e teste de bombeamento, ambos aplicados neste trabalho e descritos a seguir. Os

valores médios de condutividade hidráulica conforme Cabral (2008) são para argila 10

-8

a 10

, silte e silte arenoso 10

-5

a 10

-3

, areia argilosa 10

-5

a 10

-3

, areia siltosa e areia fina 10

-4

a 10

-2

areia bem distribuída 10

-2

a 10

-1

e cascalho 10

a 10

em m/s.

Transmissividade (T)

Cabral (2008) define que a transmissividade corresponde a quantidade de água que pode ser

transmitida horizontalmente por toda espessura saturada do aqüífero. O conceito de

transmissividade é utilizado em estudos bidimensionais e tridimenssionais. Para aqüíferos

confinados a transmissividade é dada pela equação:

T = K.b (5)

onde: T= Transmissividade (m/s

)

K= condutividade hidráulica (m/s)

b = espessura do aqüífero (m)

Coeficiente de Armazenamento (S)

A capacidade de um aqüífero armazenar e transmitir água depende das propriedades da água

(densidade, viscosidade e compressibilidade) e das propriedades do meio poroso (porosidade,

permeabilidade intrínseca e compressibilidade). Estas propriedades são responsáveis por todo

comportamento do aqüífero. O armazenamento específico de um aqüífero saturado é definido

como o volume de água liberado por um volume unitário do aqüífero submetido a um

decréscimo unitário de carga hidráulica (Cabral 2008).

Teste de Slug

O teste de slug, conforme definem Oliva et al. (2005), é realizado em nível variável (zona

saturada), onde é aplicada uma carga ou descarga através da introdução (sólido cilíndrico de

volume conhecido) ou remoção súbita de volume dentro do poço (remoção de água), de forma que

o nível d’água (N.A.) seja elevado ou rebaixado instantaneamente. A estabilização desse nível

pode ser tão rápida que muitas vezes só é possível acompanha-lo através de transdutores de

pressão.

Quando o volume é removido o teste é conhecido como “bail test” e, quando adicionado, slug test.

Este volume deslocado é igual à adição ou à remoção de água do aqüífero. O resultado do

monitoramento da posição do nível d’água (NA) é uma curva de rebaixamento ou recuperação do

N.A., com o tempo. Desta curva são extraídos os parâmetros que, juntamente com as características

geométricas do poço, fornecem o valor de condutividade hidráulica. A interpretação do nível

d’água x tempo para o bail test e o slug test pode ser obtida pelo método de Hvorslev (1951) in

Oliva et al. (2005) conforme equação abaixo. A figura 2.7 apresenta o desenho esquemático do

slug test com os parâmetros geométricos, necessários para estimar a condutividade hidráulica pelo

método de Hvorslev (1951) in Oliva et al. (2005).

K = r² ln(Le / R) (6)

2LeT

onde: k= condutividade hidráulica (cm/s)

r = raio do revestimento (cm)

R = raio do poço (cm)

Le = comprimento do filtro (cm)

= tempo que leva para o nível de água cair a 37% da posição inicial (s)

Figura 3.7: Desenho esquemático do teste de Slug com os parâmetros geométricos necessários para estimar

a condutividade hidráulica pelo método Hvorslev (1995) in Oliva et al. (2005).

Para Demir & Narasimhan (1994) o método de Hvorslev constitui uma forma rápida de se obter a

condutividade hidráulica de aqüíferos, devido ao método ser largamente usado e sua prática trazer

benefícios para a definição de seus limites de atuação e precisão. Um importante aspecto deste

método é que em sua aplicação é desconsiderado o coeficiente de armazenamento (S) sendo

indicado para o Slug test onde a condutividade hidráulica (k) é obtida pontualmente. Em casos

onde não se tem conhecimento do tipo de aqüífero e da forma geométrica do mesmo, não se poderá

negligenciar o valor do coeficiente de armazenamento (S) e desta forma não será indicado à

aplicação do método de Hvorslev. Neste estudo foi aplicado o bail test” devido à facilidade de

remoção da água armazenada dentro dos poços.

Ensaio de Bombeamento

Rebouças et al. (1971) definem o ensaio de bombeamento como o teste que irá apresentar

melhores resultados teóricos para a obtenção das constantes hidrodinâmicas, a saber,

condutividade hidráulica (k), transmissividade (T) e coeficiente de armazenamento (S) por

permitir obter o maior número de informações sobre o comportamento das águas subterrâneas

e anomalias geológicas locais. Devido a esta indicação este método foi escolhido para ser

aplicado neste estudo.

A metodologia para execução do ensaio de bombeamento é apresentada por Rebouças et al.

(1971). O poço deverá ser bombeado e a partir deste bombeamento um volume que se

encontra disponível é prontamente retirado. O nível piezométrico das águas do aqüífero

começa a baixar nas imediações do poço bombeado. Esta baixa provoca um desequilíbrio da

pressão hidrostática do sistema e devido a isso, a água do aqüífero começa a se escoar para o

interior do poço bombeado. Mas como a viscosidade da água não é nula, seu movimento

convergente para o poço se realiza com perdas de energia, as quais produzem uma queda de

pressão ao longo das linhas de fluxo. Nestas condições a superfície da água subterrânea se

aprofunda adquirindo a forma de um cone de revolução de geratriz curvilínea, que se

convencionou chamar de cone de depressão.

Assim, pouco a pouco a influência do bombeamento cresce e se aprofunda, consumindo o

volume de água de saturação ou armazenamento que está estocado no aqüífero. Com a

expansão do cone, o volume de água liberado por unidade de abaixamento de nível torna-se

cada vez maior e desta forma a velocidade de aprofundamento diminui, até atingir uma

estabilização aparente. A partir da medição do nível piezométrico dos poços de observação

em intervalos de tempo pré-determinados irá se identificar o raio de influência do

bombeamento como pode ser observado na Figura 3.8 A e B (Rebouças et al. 1972).

Vários métodos são aplicados para a interpretação dos ensaios de bombeamento, a escolha do

método irá ser relacionada ao tipo de condição física do aqüífero associado ao comportamento

da evolução dos rebaixamentos (regime permanente ou transitório).

Figura 3.8: Formação do cone de depressão a partir do ensaio de bombeamento (Rebouças

et al. 1971).

Segundo Feitosa et al. (2008) o termo regime está relacionado ao comportamento evolutivo

do cone de rebaixamento durante o bombeamento de um poço. Ao iniciar-se o bombeamento

em qualquer tipo de aqüífero, ocorre um rebaixamento progressivo, no espaço e no tempo, do

nível d’água ou do nível de pressões do aqüífero. Inicialmente a água extraída é proveniente

apenas do armazenamento do aqüífero, ocasionando um contínuo rebaixamento da superfície

piezométrica. Este comportamento onde o cone de rebaixamento evolui progressivamente

com o tempo é chamado regime transiente. Com a continuidade do bombeamento o cone de

rebaixamento pode chegar a atingir massas de águas superficiais ou provocar drenagem a

partir de outros aqüíferos, passando a existir uma contribuição de água de uma fonte externa

ao sistema (recarga induzida). Quando a parcela correspondente à fonte externa igualar-se à

vazão bombeada, cessará a contribuição do armazenamento, ocorrendo uma estabilização no

tempo e no espaço do cone de rebaixamento. Este comportamento é chamado de regime

permanente ou estacionário. A característica fundamental do regime permanente é que o

aqüífero deixa de ser um fornecedor de água, passando a funcionar apenas como um meio de

transmissão.

A Tabela 3.4 apresenta os métodos de interpretação de testes de aqüífero em função do tipo de

aqüífero e do regime de bombeamento (Feitosa et al. 2008). Devido às características do

sistema aqüífero da área de estudo, observadas durante o bombeamento, o método de Theis

foi escolhido para tratamento dos dados obtidos. Desta forma a descrição deste método será

apresentada a seguir.

Tabela 3.4: Métodos de análise de fluxo para poços em função do tipo de aqüífero e

regime de bombeamento (Feitosa et al. 2008).

Regime de

Bombeamento

Aqüíferos Confinados

Aqüíferos Livres

Não Drenante

Drenante

Estacionário

Thiem

De Glee

Hantush/Jacob

Dupuit & Forchheimer

Transiente

Theis

Jacob

Walton Hantush

Hantush & Jacob

Boultom & Pricket

Theis

O método de Theis, apresentado por Feitosa et al. (2008) consiste na seguinte relação, onde s

será o rebaixamento:

s= Q W

(u)

tirando-se T e S teremos: T = Q W

(u)

e S = 4 T (7)

4 T 4 s r

onde: T= Transmissividade

Q = vazão de bombeamento

s = rebaixamento a uma distância r do poço bombeado

S = coeficiente de armazenamento

t = tempo a partir do início do bombeamento

A correção de Jacob, apresentado em Feitosa et al. (2008) é dada pela seguinte relação que

deverá ser aplicada para aqüífero livre de regime transitório:

= s - s

(8)

onde: s

= rebaixamento corrigido

s = rebaixamento medido

= espessura saturada inicial

S = coeficiente de armazenamento

A metodologia para execução do teste de bombeamento consiste nos seguintes passos (Feitosa

et al. 2008):

1. Realização de um teste de aqüífero com acompanhamento de no mínimo, um poço de

observação.

2. Correção dos rebaixamentos medidos (s) utilizando-se a equação de correção proposta

por Jacob.

3. Construção da curva padrão log W

(u)

x log 1/u ou log u.

4. Construção da curva de campo plotando-se os valores de rebaixamento s x tempo, em

papel bilog. Deve-se utilizar o mesmo módulo logaritmo da curva teórica.

5. Superposição da curva de campo sobre as curva padrão até a obtenção do melhor

ajuste e escolha de um ponto qualquer, denominado ponto de superposição. Como

observado na Figura 3.9. Na medida do possível deve-se escolher um ponto de

superposição para valores inteiros de W

(u)

e 1/u para facilitar os cálculos.

6. Mantendo a superposição, efetuar o registro dos valores de W

(u)

e 1/u, na curva padrão,

e s e t, na curva de campo, correspondentes ao ponto de superposição escolhido. Tal

como apresentado na Figura 3.9.

7. Cálculo da transmissividade (T) e do coeficiente de armazenamento (S) através das

equações apresentadas pelo método de Theis.

8. Conhecendo-se a espessura do aqüífero, calcula-se a condutividade hidráulica (K).

Figura 3.9: Método gráfico de superposição para a determinação de T e S utilizando a

metodologia de Theis (Feitosa et al. 2008).

3.3.2 Hidroquímica

Para determinar o tipo de análise a que será submetida à água é necessário definir o objetivo

da pesquisa. As análises freqüentemente aplicadas a estudos de água subterrânea são: análise

físico-química, análises bacteriológicas, análises microbiológicas, análises radioativas e

análises ambientais. Em geral são feitas análises dos constituintes maiores e menores e as

propriedades físicas. A coleta para análise química e físico-química da água tem como

objetivo sua caracterização quanto a potabilidade e uma comparação dos parâmetros obtidos

por outras campanhas de amostragem efetuadas na mesma formação aqüífera por outros

autores.

3.3.2.1 Parâmetros Físico-Químicos da Água.

Os parâmetros físico-químicos da água são uma ferramenta de grande importância na

caracterização de águas subterrâneas. Todos parâmetros citados foram analisados neste

estudo. A Tabela 3.5 apresenta a descrição destes paramentos baseado em Santos (2008) e sua

aplicação na caracterização das águas subterrâneas.

Tabela 3.5: Definição dos principais parâmetros físico-químicos das águas subterrâneas,

modificado de Santos (2008).

Parâmetros

Definição

Valores de Referência

Temperatura

Amplitude térmica da água.

Para água subterrânea varia de

1 a 2 °C.

Turbidez

Dificuldade da água para transmitir a luz,

provocada pelos sólidos em suspensão.

Unidade de medida UNT

(Unidade Nefelométrica de

Turbidez). Limite para água

subterrânea de até 5 UNT.

Sólidos em

suspensão

Corresponde à carga sólida em suspensão (silte,

argila, matéria orgânica) presente na água

depois de seca e pesada, sendo medida em

mg/l.

As águas subterrâneas, na sua

maioria, praticamente não têm

sólidos em suspensão.

Condutividade

Elétrica (CE)

Medida da facilidade da água em conduzir

corrente elétrica, estando diretamente ligada

com o teor de sais dissolvidos sob a forma de

íons.

Em águas contaminadas as

medidas de condutividade são

altas.

Medida da concentração hidrogeniônica da água

ou solução, sendo controlado pelas reações

químicas e pelo equilíbrio entre os íons

presentes. O pH é essencialmente uma função

do gás carbônico dissolvido e da alcalinidade da

água. Varia de 1 a 14, sendo ácido com valores

inferiores a 7 e alcalino ou básico com valores

superiores 7 e neutro com o valor igual a 7.

Valores de pH para águas

subterrâneas entre 5,5 e 8,5 e

em casos excepcionais pode

variar entre 3 e 11.

Sólidos Totais

dissolvidos

Peso total dos constituintes minerais presentes

na água, por unidade de volume. Representa a

concentração de todo o material dissolvido na

água, seja ou não volátil.

Para água subterrânea

apresenta valor de até 1000

mg/l.

Oxigênio

dissolvido

(OD)

Quantidade, em mg/l de oxigênio dissolvido na

água.

Nas águas naturais de

superfície o índice OD varia de

0 a 19 mg/l Em águas

subterrâneas a quantidade de

oxigênio dissolvido é muito

baixa pelo fato de estar fora do

alcance da atmosfera.

3.3.2.2 Classificação e Origem dos Constituintes das Águas Subterrâneas

Os constituintes das águas subterrâneas são derivados das interações entre a água e os

diversos sólidos, líquidos e gases que acontecem desde a área de recarga até a área de

descarga. Assim a origem de seus constituintes esta associada à qualidade da água de

infiltração, ao tempo de transito e aos tipos litológicos atravessados (Mestrinho 2008).

As espécies inorgânicas presentes em concentração 5mg/L são referidas como os

constituintes maiores ou principais. Os constituintes menores e traços (0,01-10 mg/L) estão

em maior proporção, mas sua concentração não pode exceder a dos elementos principais

(Mestrinho 2008).

Os constituintes classificados como principais são os íons Cl

, SO

, HCO

, Na

, Ca

e Mg

e em algumas situações, os íons NO

, CO

, K

e Fe

. As substâncias dissolvidas pouco

ionizadas como alguns ácidos, hidróxidos de Fe e a sílica (SiO

) em estado coloidal, podem

ser importantes, assim como seus íons derivados (Fe

, Fe

e SiO

). Entre os gases

dissolvidos gás carbônico (CO

) e o oxigênio (O

) são os principais ainda que não sejam

analisados sistematicamente nas águas subterrâneas (Mestrinho 2008).

Os constituintes menores incluem NO

, CO

2 -

, K

e Fe

, além do NO

, NH

e Sr

. Outros

íons menores freqüentes são o Br

, S

-2

, PO

, H

, NO

, OH

, I

, Fe

, Mn

, NH

, H

, Al

. Os traços são os íons metálicos As

, Sb

, Cr

, Cu

, Ni

, Zn

, Ba

, Cd

, Hg

,etc que

podem apresentar concentrações superiores ao background regional em áreas de jazidas

naturais ou com contaminação antrópica (Mestrinho 2008).

3.3.2.3 Técnicas de Coleta

Conforme apresentam Clesceri et al. (2005) a coleta de amostras de água é a etapa de

pesquisa mais importantes para a correta interpretação hidroquímica, pois ela representa a

síntese do universo estudado e dela dependem todas as demais etapas (análises laboratoriais,

interpretação dos dados, elaboração de relatórios). Desta forma é essencial que a amostragem

seja feita com técnicas e equipamentos adequados para evitar todas as fontes possíveis de

contaminação e perdas.

3.3.2.4 Preservação e Armazenamento de Amostras

Conforme definem Clesceri et al. (2005) no intervalo de tempo entre a coleta de amostras

d’água e a realização das análises no laboratório especializado, podem ocorrer modificações

físico-químicas, biológicas e radiológicas na amostra, que alteram as características da água

amostrada. Para se evitar, diminuir ou retardar essas modificações faz-se necessário utilizar

técnicas adequadas de preservação e armazenamento das amostras d’água subterrânea. Os

principais métodos de preservação de amostras d’água são o controle de pH, refrigeração e

adição química, tendo como efeito o retardamento e/ ou redução da:

Ação biológica

Hidrólise dos complexos químicos

Hidrólise dos compostos químicos

Volatilização dos constituintes

Efeitos de absorção e/ou aderência ao material do recipiente armazenador

Mesmo com a preservação da amostra coletada, conforme exposto acima, esta preservação

não é totalmente eficaz. Desta forma para garantir uma amostragem representativa deve-se

atender a um intervalo de tempo máximo, entre a coleta e a realização da análise laboratorial.

Para cada parâmetro físico-químico, biológico e radiológico, o intervalo pode variar desde

algumas horas até meses. Os resultados das análises laboratoriais serão mais confiáveis,

quanto menor for o intervalo de tempo entre a coleta e a análise. Convêm evitar variações de

temperaturas, agitações, vibrações e se deve armazenar as amostras de água em local fresco e

escuro. Alguns parâmetros devem ser determinados in situ, como à temperatura,

condutividade elétrica, pH, oxigênio dissolvido etc. A análise deve ser feita o mais breve

possível, para evitar que a amostra de água se altere e perca as suas características físico-

químicas originais (Clesceri et al. 2005).

3.3.2.5 Tratamento e Apresentação dos Resultados das Análises

3.3.2.5.1 Verificação da Validade das Análises de Água

Os seguintes procedimentos são aplicáveis à validação das análises de amostras de água,

desde que elas tenham sido realizadas de forma relativamente completa, incluindo parâmetros

como pH, condutividade, STD (sólidos totais dissolvidos), e os principais constituintes

aniônicos e catiônicos. Os testes descritos não requerem análises laboratoriais adicionais e se

baseiam em cálculos teóricos, comparados aos resultados medidos. Para cada teste, existe um

critério típico de aceitabilidade e, caso os resultados não atendam a esse critério, os dados não

possuem confiabilidade e devem ser reavaliados, podendo ser necessária à realização de novas

análises. Três testes de validação mais importantes serão abordados. São eles: balanço iônico,

comparação entre SDT medido e calculado, e comparação entre condutividade medida e

calculada (Clesceri et al. 2005).

Balanço Iônico

Teoricamente, a soma de cátions deve ser igual à soma de ânions, quando expressa em meq/L,

se todos os componentes forem analisados corretamente. Essa avaliação é aplicável a todas as

águas potáveis, por serem eletricamente neutras.

cátions = ânions (9)

Esse cálculo é chamado balanço iônico e pode ser usado para verificar a validade das análises.

O teste é baseado na avaliação da diferença percentual, como definida a seguir:

Diferença % = 100

ânionscátions

(10)

Segundo Clesceri et al. (2005), o critério de aceitabilidade típico para a diferença percentual

é:

Tabela 3.6: Critério de aceitabilidade para análise de água pelo balanço iônico (Clesceri et

al. 2005)

Soma dos ânions meq/L

Diferença % Aceitável

0-3,0

± 0,2 meq/L

3,0-10,0

± 2%

10,0-800

Águas subterrâneas que apresentam condutividade muito baixa (3-60 S/cm), podem ser

consideradas similares a águas de chuva. Nesses casos, é importante a incorporação das

concentrações de H

, que podem ter influência significativa, e devem ser baseadas nas

medidas de pH realizadas concomitantemente às análises químicas no laboratório, e não nas

medidas de pH in loco ou após a coleta de amostras, a não ser que as análises químicas

tenham sido realizadas imediatamente após a coleta. Esse cuidado é devido a consideráveis

alterações que podem ocorrer no pH, como resultado de eventuais reações na amostra durante

o armazenamento. Ainda para águas de chuva, se a razão ( cátions / ânions) é menor que

0,85 ou superior a 1,15, os dados são considerados questionáveis. Deve-se, neste caso, avaliar

a necessidade de re-análise da amostra (Clesceri et al. 2005).

Sólidos Dissolvidos Totais

Outra forma de validação de resultados consiste na comparação entre o valor de sólidos

dissolvidos totais medidos e o valor obtido pelo seu cálculo. Os sólidos totais dissolvidos em

uma amostra de água são calculados através da soma das concentrações expressas em mg/L

dos constituintes, como segue abaixo (Clesceri et al. 2005):

SDT = 0,6 x (alcalinidade) + Na

+ K

+ Ca

+ Mg

+ Cl

+ SO

+ SiO

+NO

+ F

(12)

A concentração medida de sólidos dissolvidos totais deve ser mais alta que a concentração

calculada, já que algum constituinte de contribuição significante pode não estar incluído no

cálculo. Se o valor medido é menor que o calculado, a soma de íons mais elevada ( cátions

ou ânions), bem como o valor medido de SDT, são considerados suspeitos, indicando a

necessidade de nova análise da amostra. Por outro lado, se a concentração medida de sólidos é

superior em 20% ou mais que a calculada, o resultado da soma mais baixa de íons é suspeito,

e os constituintes selecionados devem ser analisados novamente. A inequação abaixo

apresenta a aceitabilidade para o teste de SDT, segundo Clesceri et al. (2005):

1,0 <

calculadosSDT

medidosSDT

< 1,2 (13)

Condutividade Elétrica

Um teste adicional que pode ser aplicado às análises envolve o cálculo da condutividade.

Clesceri et al. (2005) sugere que se a condutividade elétrica calculada for superior à medida,

deve-se reavaliar a soma de íons mais elevada (cátions ou ánios). No caso contrário, se a

condutividade calculada for menor do que a medida, a soma mais baixa de íons deve ser

analisada novamente. O critério de aceitabilidade, baseado na razão entre a condutividade

calculada e medida é:

0,9 <

medidaadecondutivid

calculadaadecondutivid

< 1,1 (14)

3.3.2.5.2 Representação Gráfica das Análises

A representação gráfica tem sido usada, para a classificação da tipologia química da água e

para verificar a abundância relativa dos elementos maiores. É um método rápido de avaliar a

evolução química da água, indicando diferenças e similaridades entre amostras ou processos

e reações químicas. Contudo o tratamento das diferentes populações de amostras

relacionadas a distintas origens ou fácies minerais exige a aplicação de métodos estatísticos.

Os diagramas de Piper (Piper 1994), Stiff (Stiff 1951) e Schoelller (Schoelller 1962) ilustram

características das águas associadas a diferentes tipos litológicos. Para a execução dos

diagramas é necessário obter as relações iônicas que podem ser calculadas com o auxílio de

softwares adequados como o Aquachem, (Mestrinho 2008). Estes diagramas são apresentados

respectivamente nas Figuras 3.10, 3.11 e 3.12 e foram utilizados nesta pesquisa através da

aplicação do programa Aquachem.

Quando existem muitas análises, utiliza-se o diagrama de Piper que deve ser analisado em

conjunto com o mapa geológico ou hidrogeológico (Figura 3.10). Para tal deve-se calcular a

percentagem em miliequivalente por litro de cada composto em relação ao total de cátions e

ânions. Este diagrama irá determinar o tipo de aqüífero (fácies hidroquímica).

Figura 3.10: Diagrama de Piper, modificado de Piper (1994).

O diagrama de Stiff (1951) pode ser usado juntamente com mapas hidrogeológicos e

representa quais íons estão em maiores concentrações formando figuras geométricas

distorcidas. (Figura 3.11).

Figura 3.11 – Diagrama de Stiff, modificado de Stiff (1951).

O diagrama de Schoelller (1962) é bastante difundido para o uso e representação das

amostras de água, nele podem ser representadas várias amostras e pode se comparar o teor de

cada elemento nas diferentes amostras por meio de linhas (Figura 3.12).

Figura 3.12: Diagrama de Schoeller, modificado de Schoeller (1962).

CAPÍTULO 4

4 – MATERIAIS UTILIZADOS E METODOLOGIA DE PESQUISA

A metodologia foi criteriosamente definida com o objetivo de caracterizar o aqüífero xistoso

dentro da área de pesquisa. A seqüência de atividades foi definida de tal forma que os

resultados obtidos em uma etapa foram plenamente analisados antes que a etapa seguinte dos

trabalhos fosse executada. Buscou-se aplicar metodologias diversas que em conjunto

caracterizem da melhor forma o aqüífero da área de pesquisa. As etapas desenvolvidas são

apresentadas na Figura 4.1.

Figura 4.1: Fluxograma das etapas de pesquisa executadas.

4.1 – LEVANTAMENTO TOPOGRÁFICO E MAPEAMENTO GEOLÓGICO

Inicialmente foi executado o levantamento topográfico que constitui a base detalhada de todas

as informações geradas neste trabalho. Este levantamento visa posicionar e amarrar as

informações coletadas num sistema de coordenadas geográficas georeferenciado, realizado

através de estação total completa Topcom GTS 229, modelo UP 2151.

Após o levantamento topográfico foi executado o reconhecimento dos aspectos litológicos e

estruturais das unidades geológicas locais. Foram tomadas medidas de direção e mergulho

das camadas e fraturas. A partir da análise deste levantamento obteve-se a compreensão do

condicionamento geológico-estrutural e geomorfológico e do possível comportamento do

fluxo da água subterrânea, localizando dentro da área de pesquisa as regiões de alto

topográfico (área de recarga do aqüífero) e baixo topográfico. Como conclusão desta primeira

etapa foi gerado o mapa geológico topográfico com as unidades geológicas de ocorrência na

área e a delimitação das áreas de alto e baixo topográfico na escala de 1:1200.

4.2 – AQUISIÇÃO GEOFÍSICA - ELETRORESISTIVIDADE

Na área de pesquisa foi executado o levantamento geofísico eletroresistivo caracterizado

como SEVME (Sondagem Elétrica Vertical Multi-eletrodos). Este levantamento

constitui um imageamento subterrâneo através de seções elétricas verticais multi

eletrodos (SEVME), que permitem visualizar, em quaisquer direções e profundidades,

os contrastes elétricos entre os diferentes meios físicos em subsuperfície. Tal

levantamento tem como principal vantagem à característica de proporcionar suporte e

amarração com a interpretação dos dados geológicos obtidos na descrição geológica

executada durante a perfuração dos poços.

O equipamento utilizado é da marca ABEM, Modelo SAS 4.000 (Figura 4.2). Foi executado

arranjo entre eletrodos de Wenner, que melhor representa as características da área de

pesquisa, conforme descrito e justificado no capítulo 3.

Figura 4.2: Eletroresistivímetro da marca ABEM, modelo SAS 4.000.

Após a análise do mapa geológico e topográfico, foi definida a localização da seção geofísica

A-B. A seção A-B foi locada na área de baixo topográfico (região menor cota topográfica da

área de pesquisa), com o objetivo de avaliar a profundidade do nível d’água e os diferentes

horizontes litológicos em subsuperfície. A área de baixo topográfico é a mais indicada para

instalação dos poços pela maior facilidade de perfuração. Após a análise dos resultados de

eletroresistividade, foi definida a localização dos pontos de instalação dos três poços de

monitoramento e o poço de abastecimento.

A Figura 4.3 apresenta uma foto aérea com a localização da seção de SEVME executada

(linha amarela). A seção executada apresenta comprimento de 100m atingindo uma

profundidade de leitura no centro da seção de 16,5 metros. O objetivo da SEVME nesta

pesquisa é identificar os diferentes horizontes litológicos e o nível d’água em profundidade.

Os dados obtidos foram processados e tratados pelo programa Res 2d inv produzindo um

mapa de anomalias que será apresentado no capítulo 5.

Figura 4.3: Foto área com a localização da linha de sevme executada (linha amarela).

4.3 – PERFURAÇÃO DOS POÇOS E DESCRIÇÃO GEOLÓGICA

Após a análise dos resultados obtidos pelo levantamento geofísico de eletroresistividade foi

definida a instalação de 4 poços, sendo 3 poços de monitoramento e 1 poço para

abastecimento das dependências da empresa. Foi empregada uma perfuratriz Roto pneumática

com compressor acoplado. A sonda apresenta a seguinte especificação: Sonda S-100

rotopneumática montada sobre caminhão Volvo NL10 utilizando motor PERKINS com

rotação máxima de 2.000 RPM para acionamento do sistema de perfuração, cabeçote

hidráulico com rotação máxima de 90 RPM e perfuração em conjunto com compressor de ar

com pressão de 150 psi e capacidade de 750 pcm.

A perfuratriz executa a perfuração a partir de inserção de gás comprimido em conjunto com

um sistema de broca rotativa que provoca o deslocamento do material perfurado para a

superfície (Figura 4.4). A cada metro perfurado é coletada uma amostra para descrição e

composição do perfil litológico do poço.

A perfuração é prosseguida até que se encontre a entrada d’água. Após esta profundidade a

perfuração, para os poços de monitoramento, foi executada até alcançar a profundidade

máxima de 20 metros o que garante uma coluna d’água representativa para a execução dos

ensaios hidrodinâmicos propostos nesta pesquisa. Para o poço Tubular Profundo a perfuração

avançou até encontrar a segunda entrada d’água no aqüífero fissural do itabirito.

Figura 4.4: Perfuração e coleta de amostra de solo nos poços instalados.

4.4 – AQUISIÇÃO GEOFÍSICA - PERFILAGEM

O objetivo da perfilagem é identificar mudanças litológicas expressivas, presença de fraturas,

nível d’água e a integridade das paredes do Poço. O perfil de perfilagem é executado com

quatro ferramentas distintas (caliper, ótica, resistividade e gama) que adquirem suas leituras

simultaneamente. A perfilagem foi executada nos 4 Poços (PA 01, PM 01, PM 02, PM 03)

perfurados na área de pesquisa, logo após a perfuração, antes de serem revestidos. A partir da

análise dos resultados de perfilagem e descrição dos testemunhos, foi possível definir o perfil

de completação dos 4 poços. Este perfil apresenta a profundidade do revestimento, a seção

filtrante e o intervalo do pré-filtro. A metodologia aplicada em cada ferramenta é descrita a

seguir.

4.4.1 Perfilagem Caliper

A perfilagem caliper foi empregada para se medir o diâmetro do poço. Foi utilizada para tal

finalidade é a sonda 3ACS – 3 Arm Caliper Sonde. Ela possui três hastes (braços) acopladas

na parte inferior do corpo da sonda (Figura 4.5).

Figura 4.5: Sonda 3ACS – 3 Arm Caliper Sonde, com as hastes (braços) abertas.

Um mecanismo na parte interna da sonda faz com que as hastes se movam de forma

sincronizada, num movimento de abertura e fechamento. Um motor acionado pelo

computador mantém as hastes fechadas, permitindo descer a sonda até o fundo, para poder dar

início à operação de medição do diâmetro do poço. Ao se chegar ao fundo do poço, o motor é

acionado para abrir os braços da sonda. O mecanismo de abertura e fechamento está acoplado

a um potenciômetro que converte a posição dos braços em voltagem, sendo registrada pelo

microprocessador da sonda. Esta voltagem é então convertida em diâmetro, que é a

quantidade física que se quer medir. Ao proceder a subida do equipamento ele irá registrar o

diâmetro de todo o poço.

4.4.2 Perfilagem Ótica

A perfilagem óptica consiste na geração de uma imagem da parede do poço, captada por uma

câmera digital, através da emissão e reflexão de luz branca, vinda de LED’s contidos na

própria ferramenta, que incide na parede do poço perfilado. Para execução da perfilagem ótica

foi aplicada uma sonda do tipo D-OPTV – Digital Optical Televiewer (Figura 4.6). A sonda

OPTV utiliza uma câmera miniaturizada, com um comprimento de 50 mm. A câmera opera

com o poço vazio ou com água limpa, podendo obter imagens da parede do poço com

resolução moderada a alta. A sonda combina a visão axial de uma câmera de vídeo com um

espelho hiperbolóide para obter uma visão de 360 graus da parede do poço.

Figura 4.6: sonda D-OPTV – Digital Optical Televiewer (ao lado, os centralizadores), e

representação esquemática dos sensores.

A imagem obtida pela câmera é orientada de modo que não haja rotação. Esta orientação é

feita através de magnetômetros e acelerômetros triaxiais contidos na ferramenta. Estes

sensores traçam a trajetória do poço, fornecendo sua inclinação e direção. Devido ao fato do

ângulo de incidência da luz ser variável, dependendo da posição vertical do raio de luz

refletido pelo espelho, o sistema é capaz de manter o foco na parede do poço, mesmo

variando o diâmetro do poço.

A imagem da parede do poço obtida pela sonda óptica, uma vez que é orientada, irá

identificar, as diversas estruturas geológicas (fraturas e acamamentos) e sua distribuição

espacial.

4.4.3 Perfil de Resistividade

O requisito básico para a execução da perfilagem elétrica é que o fluido de perfuração seja

eletricamente condutor, de modo a propiciar bom contato elétrico entre a ferramenta (sonda) e

os horizontes atravessados pela sondagem. Nesta pesquisa foi utilizado como fluido a água do

próprio aqüífero. À semelhança dos métodos de superfície o que se determina é a

resistividade aparente em função da geometria dos eletrodos. Os arranjos mais difundidos são

os do tipo mono, bi e trieletródicos. Para esta pesquisa foi aplicada a ferramenta ELOG, que

utiliza o arranjo bieletródico, apresentando as curvas de resistividade curta (SHN),

resistividade longa (LON) e resistência pontual (SPR). Neste arranjo, uma corrente de valor

constante flui entre os eletrodos A e B; a diferença de potencial é medida entre os eletrodos M

e N (Figura 4.7). O perfil, resultado do levantamento com arranjo bieletródico, é mais

indicativo da resistividade da formação, se comparado ao arranjo monoeletródico, uma vez

que o uso de dois eletrodos permite medir a resistividade da formação nas proximidades da

sonda. A profundidade de investigação é diretamente proporcional ao espaçamento entre

eletrodos A e M.

Figura 4.7: Arranjo bieletródico (distância AM em polegadas).

4.4.4 Perfilagem Gama

A perfilagem gama consiste na medida da radioatividade natural das formações atravessadas

pela perfuração. Os três elementos que contribuem para a radioatividade da formação são:

tório, urânio e potássio. As radiações gama são rapidamente absorvidas, porém, podem

atravessar o revestimento e/ou fluido de perfuração.

O sensor de raios gama consiste basicamente de um detector e de um contador de pulsos

elétricos. O detector é um cintilômetro que produz um pulso elétrico discreto para cada raio

gama detectado. O detector não determina a intensidade da energia do raio gama ele apenas

registra um pulso acima de um nível de energia determinado. A informação obtida é apenas

uma taxa de amostragem - pulso/segundo (ou CPS, do inglês “counts per second”) para cada

profundidade.

4.5 – COMPLETAÇÃO DOS POÇOS PERFURADOS

Após a análise dos dados obtidos pela descrição geológica dos testemunhos de sondagem de

cada poço, em conjunto com os resultados obtidos pela perfilagem e eletroresistividade, foi

definido o perfil de completação dos 4 poços.

Após a remoção de toda a ferramenta de perfuração, em cada um dos 4 poços, foi instalado

revestimento com tubo geomecânico de 4” (Figura 4.8) e colocação do pré-filtro, de diâmetro

0,20 a 0,50 mm. Este procedimento garante a integridade do poço e a qualidade dos dados

obtidos. Os perfis geológicos e construtivos dos poços foram processados no programa Visual

Poços.

Figura 4.8: Instalação do revestimento dos poços, tubo geomecânico.

4.6 – BAIL TEST

Para determinação da permeabilidade do meio aqüífero da área de pesquisa foi executado o

Bail test nos poços de monitoramento PM 01, PM 02 e PM 03. Os dados coletados foram

extraídos por meio do programa específico de cada equipamento empregado em cada poço.

Todos os dados foram processados no programa Aquifer Test pelo método de Hvorslev (1951)

in Oliva et al. (2005).

Para o Bail test foram utilizados os equipamentos bailer de inox da marca Brasbailer (Figura

4.9), medidor de nível d’água da marca Brasbailer (Figura 4.10), Solinst Levelogger Gold

(Figura 4.11) e Mini Diver da marca Schlumberger (Figura 4.12) , os dois últimos fazem a

leitura da pressão d’água sobre o equipamento e transformam na variação de nível d’água

durante o ensaio.

O ensaio foi executado programando-se os equipamentos Levelogger e Mini Diver para

leituras em intervalos de 60 segundos. Inicialmente é medido o nível d’água (N.A.) do poço

com o medidor de nível d’água. Em seguida o equipamento é colocado dentro do poço e é

inserido o bailer, que irá remover uma coluna d’água de aproximadamente 50cm, o N.A. é

rebaixado em 50cm. O medidor de N.A. é mantido na leitura inicial e o equipamento irá

permanecer dentro do poço até que o N.A. retorne ao valor inicial. O ensaio é finalizado

removendo o equipamento do poço ao ser verificado com o medidor de nível d’água que o

poço retornou ao N.A. inicial.

Figura 4.9: Bailer de inox Brasbailer.

Figura 4.10: Medidor de nível d’água

Brasbailer.

Figura 4.11: Solinst Levelogger Gold.

Figura 4.12: Mini Diver Schlumberger.

4.7 – ENSAIO DE BOMBEAMENTO, COLETA DE ÁGUA E MEDIÇÃO DE PARÂMETROS

FÍSICO-QUÍMICOS

4.7.1 Ensaio de Bombeamento

Com o objetivo de se conhecer as condições hidrodinâmicas do poço tubular profundo (PA 01)

para cálculo de explotação e dimensionamento do equipamento (moto-bomba) a ser instalado no

poço, foi executado inicialmente um teste de vazão de 24 hs. Neste ensaio foi utilizado um

compressor de especificação PEG 60 PCM e um medidor de nível d’água da marca Brasbailer de

50 metros (Figura 4.10).

Primeiramente é medido o nível d’água do poço sem bombeamento (nível estático). Em seguida é

instalada dentro do poço uma mangueira de diâmetro interno 30 mm acoplado ao compressor e

outra mangueira de mesmo diâmetro para saída de água até a profundidade de 35 metros. O

compressor produz um volume de ar que é inserido dentro do poço e provoca a saída de água. O

volume de água que saí do poço é controlado e a vazão (m

/h) é medida. A vazão foi medida

utilizando-se um recipiente graduado. O ensaio é controlado de forma a manter-se uma vazão

constante de saída de água do poço.

O ensaio é executado durante 24 hs mantendo-se uma vazão constante que será a vazão de

explotação do poço, o nível d’água no intervalo de bombeamento é medido e chamado nível

dinâmico. Após a conclusão do bombeamento de 24 hs, o compressor é desligado e a recuperação

do poço é controlada até que seu nível dinâmico retorne a seu nível estático. Durante o teste de

vazão os poços de monitoramento (PM 01, PM 02 e PM 03) foram monitorados medido-se o

nível d’água para verificar o raio de influência do bombeamento do Poço tubular profundo.

Foram feitas medidas durante o inicio do bombeamento, onde o rebaixamento ocorre rapidamente

e no final do ensaio após as 24 hs de bombeamento.Todos dados coletados neste ensaio

permitiram dimensionar a bomba a ser instalada no poço tubular profundo.

Após o teste de vazão do poço PA 01 e o dimensionamento de sua vazão de explotação foi

instalada uma bomba elétrica neste poço com capacidade para bombeamento de até 3 m

/h que

será usada para futura explotação do poço e para o teste de bombeamento. Os equipamentos:

hidrômetro, 4 medidores de nível d’água da marca Brasbailer (Figura 4.10), 2 Solinst Levelogger

Gold (Figura 4.11), 1 Mini Diver Schlumbeger (Figura 4.12), 1 sonda de medição de nível

(Figura 4.13) e 1 computador portátil da marca ACER (Figura 4.13) foram instalados para a

execução do teste de bombeamento. Foram programados e instalados 3 Solinst levelogger um em

cada poço de monitoramento para leituras a cada 60 segundos.

Figura 4.13: Sonda de medição de nível d’água.

O teste de bombeamento foi executado a vazão constante, sob regime transiente, o que consiste

no bombeamento contínuo do poço para a obtenção de sua curva de rebaixamento e/ou

recuperação versus tempo. Em conjunto com o bombeamento, foram feitas medições de

rebaixamento e recuperação de nível d’água do poço bombeado assim como nos 3 poços de

monitoramento (PM 01, PM 02 e PM 03) situados dentro da área de pesquisa (figura 4.14). Ao

longo do teste de bombeamento e após a parada da bomba foi medida a recuperação dos níveis a

intervalos de tempo pré-estabelecidos em escala logarítmica, visando obter a curva de

rebaixamento e recuperação versus tempo, para determinação de parâmetros hidráulicos do

aqüífero – tais sejam, a transmissividade hidráulica “T” e condutividade hidráulica “k“. O tubo de

saída d’água do poço foi levado até uma canaleta que encaminha a água para o esgoto público

para que a água bombeada não retorne para o local do poço em bombeamento e realize infiltração

e recarga do mesmo, falseando resultados. Neste tubo de saída d’água de bombeamento, foi

instalado um registro de controle de vazão (hidrômetro), juntamente com os equipamentos

citados foi utilizado cronômetro de precisão. O tratamento e interpretação dos dados para

determinação dos parâmetros hidráulicos do aqüífero (transmissividade e condutividade) foram

obtidos pelo método de Theis através do programa Aquifer Test.

De forma a garantir a execução adequada do teste, o poço a ser bombeado ficou em repouso

durante 24 hs antecedente ao ensaio, garantindo que o seu nível estático estivesse em condições

naturais.

Figura 4.14: Leitura de recuperação com medidor de N.A. no PM 02.

4.7.2 Coleta de Água e Medição dos Parâmetros Físico-Químicos

Durante o bombeamento do Poço PA 01 foram medidos os parâmetros físico-químicos (pH,

condutividade elétrica, oxigênio dissolvido, sólidos totais dissolvidos, salinidade e temperatura)

da água bombeada com a Sonda Multi Parâmetros Hanna modelo HI 9828 (Figura 4.15). A partir

da medição constante dos parâmetros físico-químicos foi gerado um gráfico onde se acompanha

todo tempo de medição até que as leituras se mantiveram constantes. Como garantia de uma

amostra representativa do aqüífero, no momento em que se verificou que os parâmetros físico-

químicos se tornaram constantes foi coletada uma amostra de água. As análises químicas da

amostra foram realizadas pelo Laboratório Geochemical. Com base no conhecimento prévio de

que as águas deste aqüífero eram pouco mineralizadas (Mourão 2007), e que este aspecto afeta a

qualidade das análises, definiu-se trabalhar com os tipos litológicos principais envolvidos na

interação água-rocha. Desta forma dezenove parâmetros foram analisados e comparados a

Portaria 518 do Ministério da Saúde in Mestrinho (2008). Os resultados analíticos, secundários e

obtidos na pesquisa, foram importados para o banco de dados do aplicativo Aquachem 3.7 para

avaliação e tratamento.

Figura 4.15: Sonda Multi parâmetros Hanna modelo HI 9828.

CAPÍTULO 5

5 – APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS

5.1 – TOPOGRAFIA E GEOLOGIA LOCAL

A partir do levantamento topográfico e mapeamento geológico foi produzido o mapa geológico

topográfico da área apresentado na Figura 5.1a. Posteriormente uma seção geológica foi obtida

visando reconhecer as condições estruturais da área de baixo topográfico, local definido para o

levantamento geofísico e instalação dos Poços (Figura 5.1 b).

5.1.1 Topografia

Observando-se a distribuição e cotas das curvas de nível e seus valores de cota no Mapa da

Figura 5.1a pode-se identificar duas regiões distintas, caracterizadas como área de alto

topográfico e área de baixo topográfico. O sentido do fluxo subterrâneo, com raras exceções, irá

acompanhar a topografia do terreno, desta forma estas duas regiões representam para o aqüífero

respectivamente: alto topográfico caracterizado como área de recarga e baixo topográfico, como

pode ser observada na Figura 5.1a. A análise do mapa da Figura 5.1 mostra o fluxo subterrâneo

deslocando de SW para NE.

A escolha dentro da área de pesquisa do local para instalação dos 4 poços previstos deve

considerar vários fatores, sendo o principal, a condição topográfica do terreno. Para diminuir o

tempo e custo de perfuração foi definida a área de baixo topográfico para instalação dos poços. A

locação dos poços e o método de perfuração a ser aplicado foram definidos após a análise dos

resultados do levantamento geofísico de resistividade. Foi definida uma seção de geofísica a ser

executada cobrindo toda extensão da área de baixo topográfico com o objetivo de conhecer suas

condições em subsuperfície antes da locação dos poços.

5.1.2 Geologia Local

A área de pesquisa está inserida na seqüência metassedimentar do Grupo Nova Lima, unidade do

Supergrupo Rio das Velhas. Está área está localizada em terreno particular da empresa Georadar

Levantamentos Geofísicos S.A. no município de Nova Lima – MG. A área apresenta cerca de

17.000m

e mostra afloramentos de xistos em uma parede subvertical e no piso devido a um corte

executado, para terraplagem do local.

Predomina em toda área a presença do clorita-talco xisto esverdeado, por vezes amarronzado ou

amarelado, com modificação de cores devido à ação intempérica. Podem-se observar nesta rocha

porções variáveis com maiores concentrações de clorita ou talco. A xistosidade é bem visível,

bem como, dois afloramentos de itabirito fraturado (Figura 5.1a). As duas unidades litológicas

observadas na área são descritas a seguir.

5.1.2.1 Itabirito

Rocha metassedimentar de ocorrência em camadas contínuas, com porções ricas em quartzo,

carbonato e magnetita. Apresenta-se na área, como pode ser observado na Figura 5.1a, em três

afloramentos localizados a oeste, com direção e mergulho de camada 140/30.

Conforme definem Carneiro et al. (1995), os itabiritos do Grupo Nova Lima apresentam-se

bastante fraturados. Estas fraturas originam uma zona aqüífera de porosidade fissural intercalada

por zonas de porosidade intersticial, o que caracteriza um aqüífero com elevada capacidade de

armazenamento e elevada condutividade hidráulica.

5.1.2.2 Clorita-Talco Xisto

O clorita-talco xisto, é a principal unidade litológica da área de pesquisa, aflorando por toda sua

extensão com veios de quartzo sulfetados (Figura 5.1a), apresenta direção e mergulho de camada

140/40. Esta unidade faz parte do Grupo Nova Lima, de origem vulcano-sedimentar (Carneiro et

al. 1995). Os xistos esverdeados representam o metamorfismo de basaltos ou tufos básicos, que

se intercalam com sedimentos pelíticos ricos em matéria orgânica. O contato com o itabirito é

brusco, porém as camadas são concordantes. Esta unidade não apresenta grande potencial

aqüífero, e ocorre como aquitardes, com baixos valores de condutividade hidráulica.

O perfil geológico A-B executado na área de baixo topográfico (Figura 5.1b) apresenta uma

camada de colúvio de 1 a 3 metros sobre as unidades litológicas principais a saber, saprólito do

clorita-talco xisto, saprólito do xisto e o itabirito. O mergulho e direção da camada do itabirito,

em perfil, foram analisados para a locação dos poços. O poço PA 01 foi locado no final da seção

A-B para captar água do aqüífero fissural e os demais poços ao longo da seção A-B.

5.2 – LEVANTAMENTO GEOFÍSICO DE ELETRORESISTIVIDADE

O levantamento geofísico de eletroresistividade tem como objetivo, nesta pesquisa, identificar em

subsuperfície o nível d’água (N.A.) e os diferentes níveis litológicos. Estas informações irão

auxiliar na definição da metodologia de sondagem a ser executada na perfuração dos poços que

serão instalados na área de pesquisa.

O caminhamento geofísico de eletroresistividade foi executado ao longo da área de descarga do

aqüífero, definida para a instalação dos poços. Foi executada uma seção geofísica ao longo da

linha A-B (Figura 5.1a) de mesma localização da seção do perfil geológico apresentado na Figura

5.1 b.

A seção geofísica obtida como resultado do levantamento de eletroresistividade da linha A-B é

apresentada na Figura 5.2. A Figura 5.2a apresenta o perfil de resistividade em ohm.m. Para esta

seção foram identificados quatro diferentes intervalos de leitura que foram denominados

domínios A, B, C e D. A Tabela 5.1 apresenta os diferentes valores de resistividade dos domínios

A,B,C e D e seus materiais correspondentes pela classificação de Elis (1998) in Ustra (2008).

Tabela 5.1: Valores de resistividades dos domínios A,B,C e D para a seção A-B da área de

pesquisa e seus materiais correspondentes pela classificação de Elis (1998) in Ustra (2008).

Domínio

Resistividade (ohm.m)

Tipo de material *

> 3.000

Muito arenoso

1.000 – 3.000

Arenoso

200 – 1.000

Pouco arenoso

< 200

Rocha sã ou pouco alterada

*modificado de Elis (1998) in Ustra (2008).

O perfil de resistividade (Figura 5.2a) apresenta as profundidades aproximadas e limites entre os

domínios A, B, C e D. A partir das informações da Tabela 5.1 foi possível identificar dois

horizontes de granulometria diferenciada, sendo os domínios A, B e C arenosos e o domínio D

rocha sã ou pouco alterada. Cruzando as informações obtidas pelo perfil de resistividade (Figura

5.2a) com as informações obtidas no mapa geológico e perfil geológico (Figura 5.1), pode-se

correlacionar as unidades litológicas presentes na área com os domínios A, B, C e D.

Figura 5.2: Seção A-B de Eletroresistividade da área de estudo sendo, (a) resistividade em ohm. e, (b) cargabilidade em msec.

Assim o domínio A irá corresponder ao colúvio, B ao saprólito do clorita-talco xisto, C ao clorita-

talco xisto e D ao saprólito do itabirito. Uma análise hidrogeológica inicial deste contexto indica a

presença de duas unidades aqüíferas, sendo um aqüífero granular superior (domínios A, B e C) e

um aqüífero fraturado inferior (abaixo do domínio D), o que poderá ser confirmado ou não com as

demais metodologias a serem aplicadas nas próximas etapas desta pesquisa.

Para meios saturados com água ricas em íons dissolvidos a cargabilidade apresenta maiores valores

indicando que está na zona saturada. Desta forma pode-se definir o limite entre a zona insaturada e

zona saturada através da análise dos valores de cargabilidade obtidos em uma seção geofísica. O

perfil de cargabilidade (Figura 5.2b) da seção geofísica executada na área de pesquisa apresentou

dois domínios distintos de intervalos de leitura. O limite em subsuperfície entre estes dois domínios

de leitura representa o nível d’água deste aqüífero. A Tabela 5.2 apresenta os intervalos de leitura

de cargabilidade e a condição aqüífera referente a estas leituras.

Tabela 5.2: Intervalos de leitura de cargabilidade para a seção A-B e a condição aqüífera

referente a estas leituras.

Domínio

Cargabilidade (msec)

Condição aqüífera

0 – 6

Zona insaturada

6- 15

Zona saturada

Uma análise do conjunto de dados obtidos pelo mapa e perfil geológico e as seções geofísicas de

eletroresistividade e cargabilidade, apresentada na Tabela 5.3, torna possível identificar as

características gerais em subsuperfície dos quatro poços a serem instalados. Desta forma pode-se

estimar o nível d’água e as profundidades de perfuração dos 4 poços e definir a metodologia de

sondagem a ser aplicada.

Tabela 5.3: Espessura estimada da camada aqüífera nos poços PM 01, PM 02, PM 03 e PA-01.

Poço

Espessura da camada aqüífera (m)

N.A. (m)

(nível d’água)

Aqüífero Granular

Aqüífero fraturado

PM 01

0 – 16

5,0

PM 02

0 – 12

12 – 16

7,0

PM 03

0 – 16

5,0

PA 01

0 – 15

15 - 30

7,0

5.3 – PERFURAÇÃO DOS POÇOS E DESCRIÇÃO LITOLÓGICA

A sondagem consiste em uma metodologia para perfuração e coleta de testemunhos (amostras

para descrição geológica). Nesta pesquisa devido às condições estimadas de profundidade de

perfuração e tipo de material a ser perfurado foi empregada sonda rotopneumática. Foram

perfurados três poços de monitoramento (PM 01, PM 02 e PM 03) e um poço para explotação

(PA 01). A localização dos quatro poços está indicada na Figura 5.1. A seguir será

apresentada a descrição litológica referente aos quatro poços perfurados na área de pesquisa.

5.3.1 Descrição Litológica do poço PM 01

A perfuração do PM 01 atingiu a profundidade de 19 metros. No primeiro intervalo de

perfuração (0,00 a 4,00 m) foi encontrado colúvio pouco compactado siltoso. A 5,07 m

observou-se o limite entre a zona insaturada e zona saturada indicando o N.A. deste poço. No

intervalo de 4,00 a 12,00 m foi encontrado saprólito de itabirito siltoso. No intervalo final de

perfuração (12,00 a 19,00 m) foi encontrado saprólito da rocha predominante na área, o

clorita-talco xisto, com fragmentos de quartzo provenientes dos veios quartzosos sulfetados

aflorantes por toda área.

Em 12,00 m foi identificada uma segunda entrada d’água, o que representa que neste poço

podemos identificar duas unidades aqüíferas diferentes. A unidade superior formada pelo

saprólito de itabirito de condutividade hidráulica possivelmente baixa com caráter de

aqüitarde. A unidade inferior é formada pelo saprólito do clorita-talco xisto de condutividade

hidráulica possivelmente baixa com caráter de aqüitarde. Os valores de condutividade

hidráulica serão confirmados pelos ensaios hidrogeológicos.

5.3.2 Descrição Litológica do poço PM 02

A perfuração do PM 02 atingiu a profundidade de 21 metros. No primeiro intervalo de

perfuração (0,00 a 4,00 m) foi encontrado colúvio pouco compactado areno argiloso. A 5,83

m observou-se o limite entre a zona insaturada e zona saturada indicando o N.A. deste poço.

No intervalo de 4,00 a 15,00 m foi encontrado saprólito do itabirito areno argiloso. No

intervalo final de perfuração (15,00 a 21,00 m) foi encontrado itabirito fraturado.

Em 15,00 m foi identificada uma segunda entrada d’água, o que representa que neste poço

podemos identificar duas unidades aqüíferas diferentes. A unidade superior é formada pelo

saprólito do itabirito de condutividade hidráulica possivelmente baixa com caráter de

aqüitarde. A unidade inferior é formada pelo itabirito fraturado de condutividade hidráulica

possivelmente alta, devido à presença de fraturas, e com caráter de aqüífero fraturado.

5.3.3 Descrição Litológica do poço PM 03

A perfuração do PM 03 atingiu a profundidade de 21 metros. No primeiro intervalo de

perfuração (0,00 a 3,00 m) foi encontrado colúvio pouco compactado areno argiloso. A 4,94

m observou-se o limite entre a zona insaturada e zona saturada indicando o N.A. deste poço.

Foi observado um pequeno intervalo de saprólito de itabirito de 3,00 a 4,00 m seguido de um

longo intervalo (3,00 a 11,00 m) de itabirito alterado argiloso. No intervalo final (11,00 a

21,00 m) foi encontrado itabirito fraturado.

Em 15,00 m foi identificada uma segunda entrada d’água, desta forma neste poço podemos

identificar duas unidades aqüíferas diferentes. A unidade superior é formada por itabirito

alterado argiloso de condutividade hidráulica possivelmente baixa com caráter de aqüitarde. A

unidade inferior é formada pelo itabirito fraturado de condutividade hidráulica possivelmente

alta devido à presença de fraturas caracterizado como aqüífero fraturado.

5.3.4 Descrição Litológica do poço PA 01

A perfuração do PA 01 atingiu a profundidade de 40 metros. Devido ao objetivo de futura

explotação o poço foi aprofundado mais que os demais poços de monitoramento para captar

água do maior número de fraturas possível. No primeiro intervalo de perfuração (0,00 a 1,00

m) foi encontrado colúvio pouco compactado areno argiloso. No intervalo de 1,00 a 12,00

metros foi encontrado saprólito do clorita-talco xisto, este intervalo apresentou intercalações

entre camadas mais arenosas e camadas mais argilosas. A 6,89 m observou-se o limite entre a

zona insaturada e zona saturada indicando o N.A. deste poço. No intervalo de 12,00 a 16,00

metros foi encontrado o clorita-talco xisto maciço. No intervalo final de perfuração (16,00 a

40,00 m) foi encontrado itabirito fraturado, de 24,00 a 34,00 m foi observado um horizonte

característico de brecha com grande concentração de fraturas centimétricas.

Em 16,00 e 31,00 metros foram identificados dois diferentes pontos de aporte d’água, em

diferentes unidades litológicas o que representa duas unidades aqüíferas diferentes. A unidade

superior é formada pelo saprólito do clorita-talco xisto de condutividade hidráulica

possivelmente baixa com caráter de aqüítarde. A unidade inferior é formada pelo itabirito

caracterizada como aqüífero fraturado. Devido à presença de duas regiões com grande

incidência de fraturas este poço terá possivelmente um grande aporte de água do aqüífero

gerando uma condutividade hidráulica alta.

5.3.5 Análise Comparativa entre a Seção de Eletroresistividade A-B e as Litologias

Encontradas na Perfuração dos Poços PM 01, PM 02, PM 03 e PA 01

Com base nos dados obtidos pela descrição litológica dos poços perfurados na área de

pesquisa foi possível gerar um perfil geológico referente à linha A-B da Figura 5.1 (mesma

seção A-B de eletroresistividade) com sua caracterização hidrogeológica, definindo os limites

e unidades aqüíferas presentes. A Tabela 5.4 apresenta resumidamente as características

hidrogeológicas referentes a todos horizontes litológicos identificados na área de pesquisa.

Tabela 5.4: Descrição das unidades litológicas presentes na área de pesquisa e suas características

hidrogeológicas.

A Figura 5.3c apresenta o perfil geológico gerado a partir dos dados da Tabela 5.4 e demais

informações obtidas na descrição litológica dos poços da seção A-B da figura 5.1. O perfil

geológico contém as cinco unidades litológicas da Tabela 5.4. Este perfil apresenta uma

camada superior de colúvio (1 a 4 metros) e abaixo desta camada aparecem intercalações do

do clorita-talco xisto com o itabirito e o saprólito dessas unidades. Do início do perfil em A

até aproximadamente o centro encontra-se predominantemente o saprólito de itabirito, e do

centro em direção a B, uma camada de saprólito do clorita-talco xisto.

Após a perfuração dos poços foi possível identificar em detalhe a estratigrafia da área de

pesquisa que não foi identificada no mapeamento prévio. Entre os poços PM 02 e PM 03

existe uma intercalação de camadas do itabirito e do clorita-talco xisto que pode ser observada

no perfil apresentado na Figura 5.3c. Devido à extensão da camada superior de colúvio esta

intercalação não foi observada no mapeamento prévio.

Unidades

litológicas

Classificação

Granulometria

Condutividade

hidráulica

Tipo de

aqüífero

colúvio

Zona insaturada

arenoso

Alta

Saprólito do

itabirito

Unidade 1

Areno argiloso

Baixa

Aquitarde

Saprólito do

clorita-talco

xisto

Unidade 2

Silto argiloso

Baixa

Aquitarde

Clorita-talco

xisto maciço

Camada

semipermeável

Maciço

Muito baixa

Itabirito

Unidade 3

Maciço fraturado

Alta

Aqüífero

fraturado

Figura 5.3: Seção A-B na área de pesquisa, sendo (a) resistividade, (b) cargabilidade e (c) perfil hidrogeológico.

Uma análise comparativa entre o perfil de cargabilidade (b) e o perfil geológico (c) da Figura

5.3 indicam que as leituras de cargabilidade apresentam bons resultados para a identificação

do limite entre zona saturada e zona insaturada. O nível d’água nos poços, identificado

durante a perfuração, apresentou praticamente o mesmo valor observado no perfil de

cargabilidade (b). A análise do perfil de cargabilidade na seção A-B (Figura 5.1) se mostrou

uma boa ferramenta no auxílio da definição da técnica de sondagem na instalação de poços,

principalmente com relação à profundidade de perfuração, que foi definida a partir do valor

do nível d’água previsto para cada poço pelo levantamento geofísico.

Uma análise comparativa entre o perfil de resistividade (a) e o perfil geológico (c) da Figura

5.3 indicam que a interpretação das leituras de resistividade apresentaram resultados razoáveis

na definição da espessura das diferentes camadas litológicas. A interpretação das leituras de

resistividade obtidas entre os poços PM 01 e PA 01 confirmam os resultados obtidos pela

descrição do perfil litológico destes poços, porem os resultados obtidos nas leituras de

resistividade entre os poços PM 01 e PM 03 não foram plenamente concordantes com a

descrição litológica. Esta análise sugere que a aplicação desta técnica deve ser criteriosa e

seus resultados devem ser usados em conjunto com outros dados para garantia de uma

representação correta da área de pesquisa.

5.4 – AQUISIÇÃO GEOFÍSICA DE PERFILAGEM

O levantamento geofísico de perfilagem nesta pesquisa tem como objetivo verificar as

condições construtivas dos poços, a inclinação de perfuração, as condições de

desmoronamento das paredes internas, o nível d’água, a espessura das camadas e verificar a

presença e localização de fraturas.

Como será descrito a seguir alguns impeditivos relativos ao perfil de perfuração dos poços

tornou possível executar as quatro ferramentas de perfilagem (caliper, resistividade,

radioatividade natural e ótica) nos quatros poços da área de pesquisa. A Tabela 5.5 apresenta a

relação dos poços perfilados e as ferramentas de perfilagem utilizadas em cada um. A seguir

serão apresentados os resultados das ferramentas aplicadas e discussões sobre as razões

referentes às ferramentas que não puderam ser aplicadas.

Tabela 5.5: Relação dos poços perfilados e ferramentas de perfilagem utilizadas.

5.4.1 Resultados das Aquisições Geofísicas de Perfilagem para o poço PM 01

Não foi possível realizar nenhuma perfilagem no poço de monitoramento PM 01. Ao se

descer à sonda caliper no poço foi verificado que, a uma profundidade de 3,5 metros, houve

uma queda no tensionamento do cabo de perfilagem, indicando que a ferramenta havia

atingido alguma obstrução. Isto também foi verificado com o medidor de N.A. (o sensor não

descia abaixo da profundidade mencionada). Desta forma, não serão apresentados resultados

de perfilagem para este poço.

5.4.2 Resultados das Aquisições Geofísicas de Perfilagem para o poço PM 02

A perfilagem caliper no poço de monitoramento PM 02 se mostrou extremamente útil,

particularmente na verificação da integridade do poço e na decisão de se resguardar as outras

sondas. Assim como os outros PMs, o PM 02 foi perfurado com 6 polegadas (para posterior

completação com tubos de 4 polegadas). Entretanto, no intervalo de 18 a 16 metros, pode ser

Ferramentas de Perfilagem

Poço

Caliper

Resistividade

Radioatividade

natural

ótica

PM 01

PM 02

PM 03

PA 01

ne – não foi executado levantamento com esta ferramenta

x – executado levantamento com esta ferramenta

observado que o diâmetro do poço decresce abruptamente para aproximadamente 4,5

polegadas, o que é inferior ao diâmetro nominal de perfuração (Figura 5.4). Isto é um

indicativo de possível estrangulamento ou colapso das paredes do poço, principalmente pelo

fato de que a perfilagem foi realizada imediatamente após a perfuração.

Na hipotética situação de as paredes do poço se fecharem quando a ferramenta estivesse no

fundo, poderia ocorrer uma obstrução do poço e não ser possível trazer a ferramenta de volta à

superfície. Assim, no sentido de não se correr riscos de perda das ferramentas, foi decidido

que não seriam realizadas outras perfilagens no PM 02.

Figura 5.4: Perfil caliper ao longo do PM 02.

Observar que entre 18 e 16 metros o diâmetro

está menor que 6 polegadas indicando possível

colapso nas paredes.

5.4.3 Resultados das Aquisições Geofísicas de Perfilagem para o poço PM 03

A perfilagem para o PM 03 apresentou bons resultados, foi possível executar as ferramentas

caliper, radioatividade natural e ótica. As curvas de resistividade e potencial espontâneo não

apresentaram resultados válidos devido ao nível d’água do poço estar em 5,6 metros e a

profundidade total atingida pela sonda ser de 15 metros. A seção não isolada do cabo de

perfilagem ficou completamente externa ao fluído dentro do poço o que impediu as leituras.

Somente são possíveis leituras de resistividade e potencial espontâneo nos intervalos do poço

preenchidos por fluído. A seguir serão apresentados os resultados de perfilagem obtidos pelas

demais ferramentas executadas no PM 03.

5.4.3.1 Resultados de Perfilagem Caliper para o poço PM 03

A perfilagem caliper permite identificar as dimensões internas do poço e suas condições para

a execução das demais ferramentas. Para o PM 03 a curva do diâmetro interno não apresentou

variações significativas, com medidas entre 6,2 e 6,3 em toda sua extensão (Figura 5.5). Esta

característica (variações mínimas no valor do diâmetro) seria perfeitamente compreensível no

caso de um poço revestido. Entretanto, num poço não-revestido, isto é extremamente

improvável, o que levou a suspeita de que, durante a descida da ferramenta, fragmentos de

solo e lama tivessem penetrado entre as articulações dos braços da sonda. Esta suspeita foi

confirmada quando a ferramenta foi trazida de volta à superfície: havia mesmo grande

quantidade de lama nas articulações. Mais 2 tentativas posteriores foram efetuadas, mas os

resultados foram os mesmos. Porém, como o diâmetro do poço não se mostrou menor que o

nominal, optou-se pela execução de leitura das demais ferramentas de perfilagem, para as

quais os resultados são apresentados a seguir.

Figura 5.5: Perfil caliper ao longo do poço PM 03.

5.4.3.2 Resultados de Perfilagem Gama para o Poço PM 03

Os valores de gama natural para o PM 03 apresentam dois intervalos de variação de leituras, o

intervalo superior de 0 a 8,40m característico de material mais argiloso (saprólito do itabirito)

e o intervalo inferior de 8,40 a 15m característico de material maciço (itabirito fraturado)

(Figura 5.6). Este resultado era esperado devido às informações obtidas a partir do perfil

litológico deste poço.

Figura 5.6: Perfilagem gama ao longo do poço PM 03.

5.4.3.3 Resultados de Perfilagem Ótica para o poço PM 03

A perfilagem óptica no PM 03 apresentou bons resultados, permitindo a visualização das

paredes do mesmo, porém somente acima do nível d’água (N.A.) (Figura 5.7). Abaixo do

INTERVALO

SUPERIOR

0 A 8,40 m

INTERVALO

INFERIOR

8,40 à 15 m

nível d’água, localizado em aproximadamente 5,6 metros, não foi possível a obtenção de

imagens, devido à elevada turbidez do fluido no interior do poço (Figura 5.8).

Figura 5.7: Perfilagem ótica do PM 03 acima

do N.A.

Figura 5.8: N.A. do PM 03 em 5,6 m.

Observar a elevada turbidez do fluído.

Com as informações obtidas pelos acelerômetros e magnetômetros, foi possível constatar que

o poço apresenta geometria praticamente vertical, com inclinação máxima de 1 grau. A

representação espacial do poço está apresentada na figura 5.9.

Figura 5.9: Projeção ortográfica do poço PM 03 nos planos E-W e N-S.

Nível d’água

5.4.4 Resultados das Aquisições Geofísicas de Perfilagem para o poço PA 01

O poço PA 01 apresentou as melhores condições de perfilagem, com bons resultados para as

quatro ferramentas executadas (Caliper, resistividade, radioatividade natural e ótica). Os

resultados de cada ferramenta são apresentados e discutidos a seguir.

5.4.4.1 Resultados de Perfilagem Caliper para o poço PA 01

A sonda caliper foi a primeira a ser utilizada no poço, principalmente para identificar se havia

alguma obstrução, estrangulamento, ou qualquer outra condição no poço que pudesse

representar um potencial risco para as demais ferramentas a serem utilizadas em seguida. O

perfil caliper obtido é apresentado na Figura 5.10.

Figura 5.10: Perfil caliper ao longo do PA 01. Em destaque ocorrências de fraturas.

O perfil caliper apresentou variações expressivas no diâmetro interno ao longo de todo o

poço. Particularmente, na mudança litológica da região de rocha sã para a região da rocha

alterada (a transição ocorre em aproximadamente 15 metros), verifica-se um aumento

significativo do diâmetro do poço. Isto pode ser explicado devido à rocha alterada, menos

consolidada que a rocha sã, poder sofrer maior desgaste do que esta última, quando perfurado

pela sonda. Na região de rocha (abaixo de 15 metros), o diâmetro do poço também sofre

variações (o que é perfeitamente normal em poços abertos), porém bem menos pronunciadas.

A principal característica do perfil caliper do poço PA 01 foram às variações observadas no

diâmetro do poço no intervalo de rocha sã, em aproximadamente 18 e 32 metros. Estas

variações foram justamente nas profundidades em que a descrição da sondagem apontou

entrada de água no poço. Esta conjunção de fatores nos leva a crer que são nestas

profundidades que estão localizadas as maiores fraturas deste poço, o que é de suma

importância na definição da completação do mesmo.

5.4.4.2 Resultados de Perfilagem para Resistividade, SP e Gama do poço PA 01

Devido à ferramenta ELOG captar simultaneamente, as curvas gama, potencial

espontâneo (SP) e resistividades, os resultados referentes às leituras serão apresentados

em conjunto (Figura 5.11).

Figura 5.11 - Perfilagem com a ferramenta ELOG. I curva gama natural e SP (vermelha e verde). II

curva de resistividade curta, longa e resistência pontual (azul, vermelha e verde).

( I )

( II )

Leitura inválida

~170 mv

~160mv

~150 mv

~170-180 mv

~60-80 API

~110-120 API

Leitura inválida

Ohm

A Figura 5.11 apresenta dois perfis. O perfil I apresenta as leituras de potencial espontâneo

(SP) em milivolts e radioatividade natural gama em API, respectivamente curva verde e

vermelha. O perfil II apresenta as leituras de resistividade curta, longa e resistência pontual

em Ohm.m, respectivamente curva azul, vermelha e verde.

Analisando-se o perfil I para leituras de potencial espontâneo SP, pode-se definir quatro

intervalos com leituras: 170 mv (0 a 6m), 160 mv (6 a 15m), 150 mv (15 a 28m) e 170-180

mv (28 a 36m). Cada intervalo será interpretado conforme Souza (2005) e Oliveira 2005

identificando os tipos de matérias referentes a cada leitura. O perfil I de gama natural

apresentou dois intervalos de leituras, o início da seção até 15 metros os dados são inválidos

devido a não ter presença de fluido neste intervalo, o primeiro intervalo com leituras de 110 –

120 API (15 a 23m) e o segundo com leituras de 170 a 180 API (23 a 36m). Cada intervalo

será interpretado conforme Souza (2005) identificando os tipos de matérias referentes a cada

leitura.

O perfil II de resistividade apresentou quatro intervalos de leitura. Os dados do intervalo de 0

a 15 metros da seção são inválidos. As leituras dos 4 intervalos seguintes são: 10

Ohm.m (15

a 17m), 10

Ohm.m (17 a 23m), 10

Ohm.m (23 a 28m), 10

Ohm.m (28 a 36m). Cada

intervalo será interpretado conforme Telford et al (2009) in Oliveira (2005), Souza (2005) e

Oliveira 2005 identificando os tipos de matérias referentes a cada leitura (Figura 5.11). A

Tabela 5.6 apresenta a interpretação dos dados de leitura de resistividade, potencial

espontâneo e gama natural para o PA 01.

Tabela 5.6: Interpretação dos dados de leitura de resistividade e radioatividade natural para

o poço PA 01 e sua relação com o perfil geológico.

Intervalo

(m)

Perfil

litológico

Interpretação das leituras de resistividade e radiatividade conforme autores

Souza (2005)

Oliveira (2005)

Telford et al

(1990)

Res. (Ohm)

SP (mv)

Rad. (API)

Res. (Ohm)

Rad. (mv)

Res. (Ohm)

0-5

Colúvio

Seção inválida

Areia seca

Seção

inválida

Seção

inválida

Arenito

Seção

inválida

Sap. Xisto

5-15

Sap. Xisto

Areia com

água doce

15-17

Xisto sã

Areia com água

doce

Areia

argilosa

com água

doce

Calcáreo

Xisto

17-23

Sap.

Itabirito

Arenito

Argila

consolidada

23-28

Itabirito

fraturado

Areia com

água doce

Calcáreo

Xisto

28-36

Areia argilosa

com água doce

Argila

Arenito

Siltito

Bauxita

Res. – resistividade em Ohm.m

Rad – radioatividade gama natural em milivolts

SP – potencial espontâneo em API

Pode-se observar que a interpretação segundo Telford et al. (1990) in Souza (2005) para a

resistividade é a que melhor se aproxima das condições observadas pela descrição litológica, a

presença do xisto e o do saprólito de itabirito (argila consolidada) marcou o contato exato

entre estas duas unidades. A interpretação de Souza (2005) para resistividade Potencial

espontâneo e radioatividade natural foi a que melhor retratou as condições aqüíferas do poço,

identificando o limite entre a zona insaturada e zona saturada, e o limite entre os dois

aqüíferos representados pelo saprólito de xisto (areia argilosa com água doce) e o aqüífero

inferior do itabirito fraturado (areia com água doce). As interpretações segundo Oliveira

(2005) não apresentaram bons resultados.

O método de perfilagem para leituras de resistividade e radioatividade apresentou bons

resultados na a identificação das diferentes unidades litológicas em subsuperfície. Porém

deve-se definir uma classificação que seja adequada para as condições da área de pesquisa, do

contrário os resultados não serão interpretados corretamente.

Para a identificação das características do meio aqüífero o método de perfilagem por leituras

de resistividade e radioatividade natural apresentou bons resultados, indicando o limite entre

zona saturada e insaturada e sua granulometria.

5.4.4.3 Resultados de Perfilagem ótica para o poço PA 01

A perfilagem ótica foi realizada ao longo de todo o poço. Conforme previsto, devido ao

elevado diâmetro (constatado após a perfilagem caliper), associado à elevada turbidez da

água, a sonda OPTV não forneceu imagens ideais das paredes do poço, e não permitiu a

visualização das fraturas. Mesmo assim, foi possível observarmos algumas características

interessantes. É possível averiguar que o N.A. do poço estava estabilizado em 6,4 metros

(Figura 5.12), o que estava em concordância com o valor determinado pelo medidor de N.A..

Com a perfilagem ótica, foi possível distinguir a transição entre o solo e a rocha em

aproximadamente 14,5 metros de profundidade, o que pode ser observado na Figura 5.13.

Esta profundidade se aproxima bastante da profundidade em que houve a mudança nos

valores de gama natural e resistividade, demonstrando uma grande correlação entre as

perfilagens realizadas com as diferentes ferramentas.

Figura 5.12: Nível d’água do poço PA 01

em 6,4 metros.

Figura 5.13: Transição entre solo e rocha a

14,5 metros, observada a partir da diferença de

coloração entre as camadas

A ferramenta D-OPTV fornece, além de 360º de imagem contínua das paredes do poço, a

visualização do posicionamento do poço no espaço através das informações geradas pelo

conjunto de acelerômetros e magnetômetros triaxiais. Pode-se verificar que o poço apresentou

a 25 metros uma inclinação máxima de 8,4 graus na direção SW, conforme ilustra a Figuras

5.14. Além disso, pode-se constatar também que o poço apresenta uma trajetória curva; em

outras palavras, a inclinação aumenta a partir da superfície e, após atingir o seu máximo,

decresce à medida que se aprofunda o poço.

Figura 5.14: Projeção ortográfica do poço PA 01 nos planos E-W e N-S.

solo (14,15 m)

rocha

Nível d’água (6,40 m)

5.5 – COMPLETAÇÃO DOS POÇOS

A definição do perfil de completação dos poços é de extrema importância, pois todos ensaios

hidrogeológicos e hidroquímicos serão executados nestes poços e refletem as condições aqüíferas

relativas ao intervalo onde a água está sendo ensaiada em subsuperfície. Os ensaios foram

executados no intervalo da seção filtrante instalada no poço e refletem as condições específicas

da unidade aqüífera captada. Com base nos resultados obtidos nos levantamentos geofísicos, na

descrição litológica dos testemunhos coletados na sondagem e nas informações obtidas no mapa e

perfil geológico, foi possível definir a completação dos poços. A Tabela 5.7 apresenta um quadro

resumo com os dados coletados.

Tabela 5.7 – Quadro resumo dos resultados obtidos nos métodos de eletroresistividade,

perfilagem e sondagem aplicados aos poços PM 01, PM 02, PM 03 e PA01 para a

caracterização do aqüífero da área de estudo.

POÇ

LITOLOGIA (metros)

Nível d’água (N.A. em metros)

Sondagem

Eletroresistivida-

Perfilagem

Sondagem

Eletroresis-

tividade

Perfilagem

PM 01

0 a 4 colúvio

4 a 12 saprólito

de itabirito

12 a 18 saprólito

do clorita-talco

xisto

0 a 4 muito

arenoso

4 a 12 arenoso

12 a 16 pouco

arenoso

não foi

executada

5,07

5,00

não foi

executada

PM 02

0 a 4 colúvio

4 a 15 saprólito

do itabirito

15 a 21 Itabirito

0 a 2 pouco

arenoso

2 a 12 rocha sã

não foi

executada

5,63

7,00

não foi

executada

PM 03

0 a 3 colúvio

argiloso

3 a 4 saprólito do

itabirito argiloso

4 a 21 Itabirito

0 a 3 pouco

arenoso

0 a 15

argiloso

4,94

5,00

5,60

PA 01

0 a 1 colúvio

1 a 12 saprólito

de talco xisto

12 a 16 clorita -

talco xisto

16 a 40 Itabirito

0 a 3 muito

arenoso

3 a 12 muito

arenoso

0 a 14 solo

14 a 40

rocha

(18 fratura

32 fratura)

6,89

7,00

6,40

O PM 01 possui duas unidades aqüíferas. A unidade superior, o aqüífero no saprólito do itabirito

e inferior aqüífero no saprólito do clorita-talco xisto. Como forma de observar o comportamento

do aqüífero da unidade inferior, o intervalo de filtro foi instalado acompanhando a camada desta

unidade, desta forma os ensaios de permeabilidade neste poço irão representar a condutividade

hidráulica do aqüífero do saprólito do clorita-talco xisto. A Figura 5.14 apresenta o perfil

litológico e construtivo do poço PM 01.

Figura 5.15: Perfil litológico e construtivo do poço PM 01.

O PM 02 possui duas unidades aqüíferas. A unidade superior é formada pelo saprólito do

itabirito. A unidade inferior é formada pelo itabirito fraturado. Foi definida a instalação da seção

filtrante no aqüífero inferior, desta forma os ensaios para cálculo da condutividade hidráulica irão

representar o comportamento da unidade aqüífera do itabirito fraturado. A Figura 5.16 apresenta

o perfil litológico e construtivo do poço PM 02.

Figura 5.16: Perfil litológico e construtivo do poço PM 02.

O PM 03 possui duas unidades aqüíferas. A unidade superior é formada pelo saprólito do

itabirito. A unidade inferior é formada pelo itabirito fraturado. Foi definida a instalação da seção

filtrante no aqüífero inferior, desta forma os ensaios para cálculo da condutividade hidráulica irão

representar o comportamento da unidade aqüífera do itabirito fraturado. A Figura 5.17 apresenta

o perfil litológico e construtivo do poço PM 03.

Figura 5.17: Perfil litológico e construtivo do poço PM 03

O PA 01 apresenta duas unidades aqüíferas distintas e uma camada semipermeável entre as duas

unidades. A unidade superior é formada pelo saprólito do clorita-talco xisto, a unidade

semipermeável é formada pelo clorita-talco xisto maciço e a unidade inferior pelo itabirito

fraturado. Foi definida a instalação de duas seções filtrantes para captação de água no aqüífero

fraturado em dois intervalos de fraturas. Os ensaios para cálculo da condutividade hidráulica

neste poço representam as características exclusivamente do aqüífero fraturado do itabirito.

Figura 5.18: Perfil litológico e construtivo do poço PA 01.

5.6 – HIDROGEOLOGIA

O principal objetivo desta pesquisa é a caracterização das condições hidrogeológicas do aqüífero.

Neste sentido as demais metodologias aplicadas tiveram o objetivo de gerar informações que

auxiliaram na definição de materiais e métodos para execução dos ensaios hidrogeológicos e

hidroquímicos. Como resultado dos ensaios anteriormente mencionados foi possível determinar

várias características do aqüífero da área de pesquisa são elas:

- Vazão de explotação para o poço PA 01 através do teste de vazão com regime de

bombeamento de 24 hs.

- Condutividade hidráulica das unidades aqüíferas através do Bail test executado em cada poço

de monitoramento separadamente.

- Transmissividade e condutividade hidráulica do aqüífero fraturado do itabirito através do

ensaio de bombeamento.

- Direção do fluxo subterrâneo através da carga hidráulica calculada para cada poço

separadamente.

Os resultados obtidos e sua análise são apresentados a seguir.

5.6.1 Teste de Vazão para o poço PA 01

O poço PA 01, conforme apresentado em seu perfil litológico e construtivo (Figura 5.18), foi

instalado com dois intervalos de seção filtrante de 16,00 a 22,00 m e de 28,00 a 36,00 m. Estes

dois intervalos têm como objetivo, captar água em uma única unidade aqüífera formada pelo

itabirito fraturado. O teste de vazão tem como objetivo identificar a vazão máxima de explotação

e a partir deste valor dimensionar a potência da bomba submersa a ser instalada no poço PA 01.

A bomba submersa será usada no teste de bombeamento e para futura explotação do poço.

O teste de vazão foi executado com um compressor através do bombeamento contínuo do poço

PA 01 por um período de 24 hs. A Tabela 5.8 apresenta os resultados obtidos no teste que

identificou, a vazão do poço, o nível estático e o nível dinâmico. O nível estático encontrado para

o poço PA 01 é de 6,30 metros e o nível dinâmico de 9,70 metros, apresentando um desnível total

de 3,40 metros. A vazão máxima de explotação, vazão onde o poço estabilizou seu rebaixamento,

é de 6,30 m

/h. Baseado nestes dados foi instalada uma bomba submersa com capacidade de

bombeamento de até 4 m

/h, vazão menor que o valor máximo de explotação e suficiente para

atender a demanda da empresa, garantindo que o bombeamento não irá ultrapassar o valor de

recarga do aqüífero.

Tabela 5.8: Teste de vazão para o poço PA01

5.6.2 Bail test

O ensaio Bail test é um ensaio pontual, que tem como objetivo obter a condutividade hidráulica

da unidade aqüífera onde está instalado o intervalo filtrante do poço ensaiado. O ensaio foi

aplicado nos 3 poços de monitoramento PM 01, PM 02 e PM 03. O PM 01 tem a seção filtrante

instalada no aqüífero granular, formado pelo clorita-talco xisto, desta forma o resultado de

Poço nº

PA 01

Cliente: Georadar S/A Local: Nova Lima/MG Profundidade: 40 metros

Nível Estático: 6,30 metros Nível Din.: 9,70 metros Saliência de Teste: 01 metro

Equipamento do teste: Horário de início: Horário de teste:

Compressor PEG 60 PCM 08:00 horas :24:00 horas

Tempo

(minutos)

N.D.

(m)

Vazâo

(m³/h)

Tempo

(seg.)

Hora

Local

N.D.

(m)

Vazão

(m³/h)

Tempo

(minutos)

N.A.

(m)

1 6.50 8.60 41.86 08:01 1 9.50

2 6.50 8.40 42.86 08:03 3 9.10

5 6.80 8.10 44.44 08:05 5 8.80

10 7.60 7.80 46.15 08:10 10 8.30

15 7.80 7.60 47.37 08:15 15 7.40

20 7.80 7.60 47.37 08:20 20 7.30

25 7.90 7.40 48.65 08:25 30 7.05

30 8.10 7.30 49.32 08:30 40 6.90

40 8.40 6.90 52.17 08:40 50 6.85

50 8.40 6.90 52.17 08:50 60 6.50

60 8.75 6.80 52.94 09:00 80 6.40

80 9.10 6.60 54.55 09:20 100 6.30

100 9.10 6.60 54.55 09:40 120 6.30

120 9.40 6.40 56.25 10:00 150 6.30

150 9.70 6.30 57.14 10:30 180 6.30

180 9.70 6.30 57.14 11:00 240 6.30

240 9.70 6.30 57.14 12:00

300 9.70 6.30 57.14 13:00

360 9.70 6.30 57.14 14:00

420 9.70 6.30 57.14 15:00

500 9.70 6.30 57.14 16:20

600 9.70 6.30 57.14 18:00

720 9.70 6.30 57.14 20:00

800 9.70 6.30 57.14 21:20

900 9.70 6.30 57.14 23:00

1000 9.70 6.30 57.14 24:00

1200 9.70 6.30 57.14 04:00

1440 9.70 6.30 57.14 08:00

Data: 27 de maio de 2008

TESTE DE BOMBEAMENTO

condutividade hidráulica irá representar este aqüífero. Para os poços PM 02 e PM 03 a seção

filtrante está instalada no aqüífero fraturado do itabirito assim os resultados de condutividade

hidráulica serão representativos para este aqüífero. Os dados obtidos nos ensaios foram tratados

pelo programa Aquifer Test, pelo método de Horslev, conforme definido na metodologia.

A Figura 5.19 apresenta a curva referente ao Bail test executado no PM 01 o valor de

condutividade hidráulica obtido é de 4,20 x 10

-4

m/s, ou seja, uma condutividade média

característica de materiais silte arenosos ou areias argilosas (Cabral 2008). No perfil litológico do

PM 01 (Figura 5.15) pode-se observar que a unidade aqüífera onde está inserida a seção filtrante

é formada pelo saprólito do clorita-talco xisto caracterizado como siltoso, confirmando, pela sua

composição, o valor de condutividade hidráulica obtida neste ensaio.

Figura 5.19: Condutividade hidráulica pelo método de Hvorslev - PM 01.

Uma análise comparativa entre os dados bibliográficos (Cabral 2008) e os dados obtidos pelo

ensaio indicam que a condutividade hidráulica obtida é coerente com o tipo de material de

composição do aqüífero. Desta forma pode-se concluir que o ensaio Bail test para o PM 01

apresentou bons resultados encontrando um valor de condutividade hidráulica coerente para o

aqüífero granular formado pelo saprólito do clorita-talco xisto.

O ensaio Bail test executado no PM 02 não apresentou bons resultados. Após a remoção do

volume de água previsto houve uma recuperação muito rápida de seu nível estático. Desta forma

não foi possível obter uma curva representativa para o cálculo de condutividade hidráulica. Os

resultados obtidos no ensaio do PM 02 foram desconsiderados nesta pesquisa.

A Figura 5.20 apresenta a curva referente ao Bail test executado no PM 03. Como pode ser

observado no perfil litológico do PM 03 (Figura 5.17) a unidade aqüífera onde está instalada a

seção filtrante é formada pelo itabirito fraturado. O valor de condutividade hidráulica para este

aqüífero é de 1,15 x 10

-5

m/s. Os valores de condutividade hidráulica previstos por Mourão

(2007) para esta unidade aqüífera são da ordem de 10

-6

a 10

-8

m/s, ou seja, o valor encontrado no

ensaio difere bastante do esperado. Como foi apresentado na revisão bibliográfica, por ser um

ensaio pontual, o Bail test poderá não representar as verdadeiras condições hidráulicas do

aqüífero. Para uma melhor avaliação da condutividade hidráulica de um aqüífero, conforme

afirmam Filho et al. (1971), é indicada a execução do teste de bombeamento. Este teste foi

executado e seus resultados são apresentados a seguir.

Figura 5.20: Condutividade hidráulica pelo método de Hvorslev - PM 03.

5.6.3 Teste de Bombeamento

O teste de bombeamento é o ensaio que melhor representa as condições hidráulicas de um

aqüífero. Este teste considera as características não apenas do poço bombeado, mas também a

influência deste bombeamento em poços de observação distribuídos no entorno do poço

bombeado (Filho et al. 1971). O poço PA 01, onde foi instalada a bomba submersa, foi escolhido

para ser bombeado. Os poços PM 01, PM 02 e PM 03 foram definidos como poços de observação

e seus níveis d’água foram monitorados durante todo ensaio. As planilhas de acompanhamentos

dos poços de observação e do poço PA 01 se encontram no anexo 1.

Feitosa et al. (2008) apresentam várias formas de tratamento dos dados do ensaio de

bombeamento, conforme descrito no capítulo 3. Para a escolha de qual método aplicar, foram

consideradas as condições do aqüífero fraturado de itabirito. Este aqüífero é classificado como

livre devido à pressão exercida na superfície aqüífera ter o mesmo valor da pressão atmosférica.

Outra característica importante para a definição do método de tratamento dos dados é o regime de

bombeamento, que neste caso é transiente, onde com o aumento do bombeamento o cone de

rebaixamento aumenta progressivamente. Com base nestas condições e analisando as indicações

de Feitosa et al. (2008) foi escolhido o método de Theis para o tratamento dos dados pelo

programa Aquifer Test.

O gráfico com os resultado de tempo x nível d’água para o teste de bombeamento é apresentado

na Figura 5.21. Pode-se observar que os poços PM 01 e PM 02 sofreram maior influência do

bombeamento do poço PA 01. O PM 01 apresentou desnível de 0,82 metros passando do nível

estático de 5,33 m para o nível dinâmico no final do bombeamento de 6,15 m. Este poço tem sua

seção filtrante instalada no aqüífero granular do saprólito do clorita-talco xisto. Esta unidade

aqüífera está localizada acima da unidade do aqüífero fraturado de itabirito. Este resultado indica

que os dois aqüíferos são comunicantes, ou seja, um bombeamento no aqüífero inferior irá

provocar rebaixamento no aqüífero superior. Outra razão para este rebaixamento observado no

PM 01 está relacionada a seu posicionamento quanto ao PA 01(poço bombeado), quanto mais

próximo o poço de observação estiver do poço bombeado maior será a influência em seu

rebaixamento. Devido ao PM 01 ser o mais próximo do poço bombeado, conseqüentemente irá

apresentar o maior rebaixamento.

Figura 5.21- Gráfico tempo x rebaixamento para o ensaio de bombeamento na área de

pesquisa.

O PM 02 apresentou pequeno rebaixamento, com desnível de 0,65 metros, passando do nível

estático de 5,89 m para o nível dinâmico no final do bombeamento de 6,54 m. No PM 03

praticamente não foi observado nenhum rebaixamento, apresentando desnível de 0,07 metros,

passando do nível estático de 5,86 m para o nível dinâmico no final do bombeamento de 5,93 m.

Estes dois poços têm a seção filtrante instalada na unidade aqüífera do itabirito fraturado.

O resultado do bombeamento observado na Figura 5.21 era esperado devido à distância entre os

dois poços e o PA 01. O PM 03 é o mais distante do PA 01 e o PM 02 o mais próximo. À

medida que se afasta do poço bombeado a tendência é que o rebaixamento nos poços seja menor.

Pode-se concluir que o cone de rebaixamento formado pelo bombeamento do PA 01 não atingiu o

PM 03, e no PM 02 sua influência foi menor que no PM 01.

Os resultados de condutividade hidráulica e transmissividade, para os poços PM 01, PM 02, PM

03 e PA 01, obtidos após o tratamento dos dados do ensaio de bombeamento pelo método de

Theis no programa Aquifer Test, são apresentados nas Figuras 5.22, 5.23, 5.24 e 5.25.

Figura 5.22: Teste de bombeamento interpretação pelo

método de Theis - PA 01.

Figura 5.23: Teste de bombeamento interpretação pelo

método de Theis - PM 01.

Figura 5.24: Teste de bombeamento interpretação pelo

método de Theis - PM 02.

Figura 5.25: Teste de bombeamento interpretação pelo

método de Theis PM 03

100

Os resultados obtidos de condutividade hidráulica do ensaio de bombeamento para os quatros

poços apresentaram valores de 5,69 x10

-6

m/s a 9,23x10

-6

m/s. Estes valores estão dentro dos

limites previstos por Mourão (2007) para o itabirito do Grupo Nova Lima (2,0 x10

-9

m/s a

1,8x10

-5

m/s). Uma análise comparativa entre os dados obtidos pelos ensaios Bail test e ensaio de

bombeamento indicam que, conforme definido por Feitosa et al. (2008), o ensaio de

bombeamento apresentou o resultado que melhor representa a condutividade hidráulica do

aqüífero fraturado do itabirito da área de pesquisa (Tabela 5.9).

Tabela 5.9: Valores de condutividade hidráulica obtida pelos ensaios bail test e bombeamento e

os valores indicativos definidos por Mourão (2007) para o aqüífero no itabirito.

Poços

Condutividade hidráulica m/s para o aqüífero do itabirito fraturado

Bail test

Teste de bombeamento

PA 01

Não executado

6,24 x 10

-6

PM 01

4,20 x 10

-4

5,59 x 10

-6

PM 02

Resultado desconsiderado

7,50 x 10

-6

PM 03

1,15 x 10

-5

9,23 x 10

-6

Valores de referência

Mourão (2007)

2,0 x10

-9

m/s a 1,8x10

-5

m/s, sendo para Itabiritos frescos não fraturados

máximos de 6,2x10

-10

m/s e para Itabiritos argilosos em média 7,0x10

-10

m/s.

5.6.4 Direção de Fluxo

A direção de fluxo do aqüífero da área de pesquisa foi definida com base nos valores de carga

hidráulica (cota - nível d’água) de cada poço instalado, e sua localização espacial (coordenadas x

e y), dados presentes na Tabela 5.10.

Tabela 5.10: Valores de carga hidráulica para os poços PA 01, PM 01, PM 02, PM 03.

Coordenada X

Coordenada Y

Cota

Nível d’água

Carga Hidráulica

PA-01

616,104.541

7,788,078.893

1,022.691

7.35

1015.341

PM-01

616,052.000

7,788,114.270

1,021.654

5.33

1016.324

PM-02

616,028.000

7,788,119.608

1,022.254

5.89

1016.364

PM-03

616,008.488

7,788,137.300

1,022.132

5.86

1016.272

A Figura 5.26 apresenta o mapa hidrogeológico com a carga hidráulica de cada poço e a direção

do fluxo subterrâneo calculada (22

radianos de direção SW – NE). Como pode ser observado no

mapa hidrogeológico a direção de fluxo é perpendicular às curvas de nível, resultado esperado

após a análise das condições topográficas e do relevo da área de pesquisa.

101

102

5.7 – HIDROQUÍMICA

Uma amostra de água do poço PA 01 foi coletada para leitura de parâmetros físico-químicos e

análise química. A amostra foi coletada a partir do bombeamento contínuo do poço até que se

mantivessem constantes as leituras dos parâmetros físico-químicos, garantindo a qualidade da

água amostrada. A Figura 5.27 apresenta um gráfico identificando o horário do início da

estabilização dos parâmetros físico-químicos. Como pode ser observado a partir de 15:10 os

valores dos parâmetros se mantiveram constantes, desta forma a amostra foi coletada as 15:30 hs.

Os resultados dos parâmetros físico-químicos e análise química tornaram possível a classificação

da água quanto à fácies hidroquímica e a verificação de sua potabilidade, como serão

apresentados a seguir.

PARÂMETROS FÍSICO-QUÍMICOS PA 01

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

14:33

14:39

14:45

14:51

14:57

15:03

15:09

15:15

15:21

15:27

15:33

17:02

Tempo

Leituras

°C

OD ppm

µS/cm

SDT mg/L

Figura 5.27: Parâmetros físico-químicos do PA 01: temperatura (

C), pH, OD - oxigênio

dissolvido (ppm), condutividade elétrica ( s/cm) e SDT - sólidos totais dissolvidos (mg/L).

5.7.1 Análise dos Parâmetros Físico-Químicos da Água

Os parâmetros físico-químicos são bons indicadores para a verificação da qualidade da água

subterrânea, pode-se definir o grau e tipo de contaminação presente na água ou se esta se

encontra em condições de consumo, com base nos dados de condutividade elétrica, pH, OD e

sólidos totais dissolvidos apresentados na Tabela 5.11.

103

Tabela 5.11: Parâmetros físico-químicos da água do PA 01

Hora

Temp °C

OD ppm

Cond. µS/cm

SDT mg/l

ORP