Percolação de diesel e água em solo areno siltoso não saturado: uma abordagem experimental
DOI:
https://doi.org/10.24849/j.geot.2019.147.06Palavras-chave:
Fluxo Bidimensional, Modelos de Infiltração, Solo não Saturado, LNAPLResumo
Ensaios de fluxo bidimensional de água e de diesel em solo SM, compactado com w=5% e rd=1,62 g.cm-3 foram executados num canal de fluxo monitorado por tensiometria e análise visual. A migração dos fluidos aconteceu uniformemente na vertical e horizontal com espalhamento simétrico das frentes infiltrantes. A razão entre o tempo de chegada das frentes do diesel e da água à franja capilar (td/tw) foi de 2,3, compatível com a razão (ρ/μ/σ) que foi de 2,16. O comportamento das isócronas da água e do diesel foram explicadas pelo efeito conjunto da gravidade e do atrito na descida dos líquidos, representado pela mobilidade (ρ/μ), e o espalhamento lateral pelo efeito da capilaridade, comandada pela tensão superficial (σ). O uso de modelos unidimensionais para simular o avanço da frente bidimensional conduziu à um atraso no tempo de chegada da frente quando se aplica a equação de Brutsaert (1977), enquanto a equação de Philip (1969) proporcionou um elevado adiantamento. O modelo de Green Ampt (1911) conduz à resultados próximos do experimental, mas o de Philip (1969) corrigindo o espalhamento lateral, apresenta melhor aderência aos dados experimentais, com erro de cerca de 10% (retardo para o diesel e avanço para água).
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Referências
ABNT: NBR 6457 (1986). Amostras de solo – preparação para ensaios de compactação e ensaios de caracterização. Rio de Janeiro, Brasil.
ABNT: NBR 6459 (1984). Determinação do limite de liquidez. Rio de Janeiro, Brasil.
ABNT: NBR 6508 (1984). Grãos que passam na peneira de 4,8 mm – Determinação da massa específica. Rio de Janeiro, Brasil.
ABNT: NBR 7180 (1984). Solo: Determinação do limite de plasticidade. Rio de Janeiro, Brasil.
ABNT: NBR 7181 (1984). Solo – Análise granulométrica – Método de ensaio. Rio de Janeiro, Brasil.
ABNT: NBR 7182 (1986). Solo – Ensaio de compactação. Rio de Janeiro, Brasil.
ABNT: NBR 14545 (2000). Solo - Determinação do coeficiente de permeabilidade de solos argilosos a carga variável. Rio de Janeiro, Brasil.
Abriola, L. M.; Pinder, G. F (1985). A multiphase approach to the modelling of porous media contamination by organic compounds: 1. Equation development. Water Resources Research, v.21, n°1, pp.11-18.
ASTM D323 (2006). Standard Test Method for Vapour Pressure of Petroleum Products (Reid Method).
Bacchi, O. O. S.; Reiechart, K.; Vila Nova, N. A. (1996). Fractal scaling of particle and pore size distributions and relation to soil hydraulic conductivity. Science Agricultural, v.53, n°.2, pp.356-361.
Brooks, R.H.; Corey, A.T. (1964). Hydraulic properties of porous media. Hydrology papers, n.3, 27f. Colorado State University, Fort Collins, Colorado.
Brown, K. W.; Thomas, J. C. (1984). Conductivity of three commercially available clays to petroleum products and organic solvents. J. of Hazardous Waste, v.1, pp.545-553.
Brutsaert, W. (1977). Vertical infiltration in dry soil. Water Resource Research, v.13, n°.2, pp.481-483.
Budhu, M.; Giese JR., R. F.; Campbell, G.; Baumgrass, L. (1991). The permeability of soils with organics fluids. Canadian Geotechnical Journal, v.28, pp.140-147.
Busby, R. D.; Lenhard, R. J.; Rolston, D. E. (1995). An investigation of saturation capillary pressure relations in two-and-three fluid systems for several NAPLs in different porous media. Ground Water, v.33, n°4, pp.570-578.
Cardoso, L.S.P., Machado, S. L., Oliveira, I.B. (2011). Determinação experimental da permeabilidade efetiva de fluidos imiscíveis em sistemas bifásicos. VII Simpósio Brasileiro de Solos Não Saturados - Nsat 2011, Pirinópolis, Goiânia.
Carducci, C. E.; Oliveira, G. C.; Severiano, E. C.; Zeviani, W. M. (2011). Modelagem da curva de retenção de água de Latossolos utilizando a equação Duplo van Genuchten. Revista Brasileira Ciência do Solo, v.35, pp. 77-86.
Catalan, L.J.J; Dullien, F.A.L. (1995). Application of gravity drainage to the recovery of residual LNAPL in homogeneous and lensed sand packs. Journal of Contaminant Hydrology, v.18, n°.4, pp.279-306.
Chevalier, L. R.; Wallace, R. B.; Wiggert, D. C. (1998). Impact of surfactant on configuration of petroleum hydrocarbon lens. Journal of Soil Contamination, v.7, n°.3, pp.395-414.
Conciani, W.; Herrmann, P. S.; Soares, M. M. (1996). The time domain reflectometry to study matrix suction. Proceedings of the first international conference on unsaturated soils. UNSAT'95. 6-8 September 1995, v.3.Paris, France.
Delerue, J. F.; Perrier, E. (2002). DXSoil, a library for 3D image analysis in soil science. Computers & Geosciences, v.28, n°.9, pp.1041-1050.
Fernandez, F.; Quigley, R.W. (1985). Hydraulic conductivity of natural clays permeated with simple liquid hydrocarbons. Canadian Geotechnical Journal, v.22, n°.2, pp.205-214.
Feuerharmel, C; Gehling, W.Y.Y.; Bica, A.V.D.; Pereira, A. (2004) Determinação das curvas características de solos coluvionais pelo uso combinado da placa de sucção e método do papel de filtro. V Simpósio Brasileiro de Solos Não Saturados, v.1, pp.243-248, São Carlos.
Ghildyal, B. P.; Tripathi, R. P. (1987). Soil physics: Theory and Practice. John Wiley & Sons, 656pp, New York.
Green, W. H.; Ampt, G. A. (1911). Studies on Soil Physics. The Journal of Agricultural Science, v.4, n°.1, pp.1-24.
Hettiaratchi, J. P. A. and Hrudey, S. E. (1987). Influence of contaminant organic-water mixtures on shrinkage of impermeable clay soils with regard to hazardous waste landfill liners. Hazardous Waste e Hazardous Materials, v.4, n° 4, pp.377–388.
Kaluarachi, J. J.; Parker, J. C. (1989). An efficient finite element method for modelling multiphase flow. Water Resources Research, v.25, n°.1, pp.43-54.
Jury, W. A.; Gardner, W. R.; Gardner, W. H. (1991). Soil Physics. John Wiley & Sons, 328pp., New York, USA.
Kamaruddin, S.A., Sulaiman, W.N.A., Rahman, N.A., Zakaria, M.P., Mustaffar, M. and Sa’ari, R. (2011). A Review of Laboratory and Numerical Simulations of Hydrocarbons Migration in Subsurface Environments. Journal of Environmental Science and Technology, v.4, n°.3, pp.191- 214.
Kechavarzi, C.; Soga, K.; Illangasekare, T. H. (2005). Two-dimensional laboratory simulation of LNAPL infiltration and redistribution in the vadose zone. Journal of Contaminant Hydrology, v.76, n°.3-4, pp.211-233.
Kererat, C; Sasanakul, I.; Soralump, S. (2013). Centrifuge modelling of LNAPL infiltration in granular soil with containment. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, v.139, n°.6, pp.892-902.
Kueper, B. H.; Abbott, W.; Farquhar, G. (1989). Experimental observations of multiphase flow in heterogeneous porous media. Journal of Contaminant Hydrology, v.5, n°.1, pp.83-95.
Lenhard, R. J.; Parker, J. C. (1988). Experimental validation of theory of extending two-phase saturation-pressure relations to three-fluid phase systems for monotonic drainage paths. Water Resource Research, v.4, n°.3, pp.373-380.
Libardi, P. L. (2005). Dinâmica da água no solo. Editora EDUSP - Universidade de São Paulo. 335pp., São Paulo.
Machado, S. L.; Dourado, K. A. (2001). Novas técnicas para obtenção da curva característica de sucção do solo. 4° Simpósio de Brasileiro de Solos Não Saturados, v.1, pp.325-336, Porto Alegre.
Mahler, C. F.; Oliveira L. C. D. (1998). Measurement of matrix and total in situ suction of porous soils of São Paulo using the filter-paper method. Proc. of the 2st nt. Conf. on Unsaturated Soils, pp.402-409.
Mcdowell, C. J.; Powers, S. (2003). Mechanisms affecting the infiltration and distribution of ethanol-blended gasoline in the vadose zone. Environmental Science e Technology, v.37, n°.9, pp.1803-1810.
Oliveira, I. B. (1995). Infiltration of organic liquids in unsaturated sands: comparison of experimental measurements with scaled and unscaled analytical solutions. 335f. Tese (Doctor Philosophy in Environmental Engineering), Universidad of Michigan. Ann Arbor, Michigan, USA.
Oliveira, J. C. S. (2001). Contaminação de sedimentos argilosos por combustíveis automotivos. Problema de avaliação da permeabilidade. 102 f. Tese (Doutorado em Geologia) – Instituto de Geociências, Universidade Federal da Bahia (UFBA), Salvador.
Oliveira, O. M.; Marinho, F. A. M. (2004). Aspectos da curva de retenção de água de um solo residual compactado. V. Simpósio Brasileiro de Solos Não Saturados, v.1, pp.279-288, São Carlos.
Oostrom, M.; Dane, J. H.; Wietsma, T. W. (2007). A review of multidimensional, multifluid, intermediate-scale experiments: Flow behavior, saturation imaging, and tracer detection and quantification. Vadose Zone Journal, v.6, n°.3, pp.610-637.
Oostrom, M.; Hofstee, C.; Lenhard R. J.; Wietsma, T. W. (2003). Flow behavior and residual saturation formation of liquid carbon tetrachloride in unsaturated heterogeneous porous media. Journal Contaminant Hydrology. v.64, pp.93-112.
Oostrom, M.; Hofstee, C.; Wietsma, Thomas W. (2006). Behavior of a viscous LNAPL under variable water table conditions. Soil e Sediment Contamination, v.15, n°.6, pp.543-564.
Perry, R. H.; Chilton, C. H. (1973). Chemical engineering’s handbook. McGraw-Hill Kogakusha, Ltd.
Philip, J. R. (1957). Theory of infiltration: 1. The infiltration equation and its solution. Soil Sci, 83, n° 5, p. 345-357.
Philip, J. R. (1969). Theory of infiltration. Advances in Hydroscience. Elsevier. v.5, pp.215-296.
Scheidegger, A. E. (1974). The physics of flow through porous media. Edition 3, reprint. Publisher University of Toronto Press, pp.353.
Schramm, M.; Warrick, A. W.; Fuller W. H. (1986). Permeability of soils to four organic liquids and water. Hazardous Waste e Hazardous Materials, v.3, nº.1, pp. 21-27.
Schwille, F. (1967). Petroleum contamination of the subsoil—A hydrological problem. P.Hepple Ed., Joint Problems of the Oil and Water Industries, pp.23-54, London.
Sharma, R. S.; Mohamed, M. HA. (2003). An experimental investigation of LNAPL migration in an unsaturated/saturated sand. Engineering Geology, v.70, n.3-4, pp.305-313.
Soto, M. A. A.; Kiang, C. H.; Vilar, O. M. (2008). Avaliação do escalonamento fractal de alguns solos brasileiros. Revista Brasileira de Geociências, v. 38, n. 2, p. 253-262.
Sousa, R. P. (2012). Estudo dos fluxos de óleo diesel e água em solos não saturados: Desenvolvimento experimental e modelagem matemática. Tese (Doutorado).
Universidade Federal da Bahia, Salvador.
Sousa, R. P.; Oliveira, I. B.; Machado, S. L.; Sales, E. A. (2019). Modelling of two-dimensional infiltration experiments of water or diesel oil in an instrumented 2D channel, European Journal of Environmental and Civil Engineering, DOI: 10.1080/19648189.2019.1587518.
Su, C.; Brooks, R. H. (1980). Water retention measurement for soils. Journal of the Irrigation and Drainage Division, American Society of Civil Engineers, v.106, n°.IR2, pp.105-112.
van Geel, P. J.; Sykes, J. F. (1994). Laboratory and model simulations of a LNAPL spill in variably-saturated sand. 1. Laboratory experiment and image analysis techniques. Journal Contaminated Hydrology, v.17, pp.1-25.
van Genuchten, M. T. (1980). A closed-form equation for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated soils. Soil Science Society of America Journal, v.44, n° 5, pp.892-898.
Vargaftik, N. B.; Volkov, B. N.; Voljak, L. D. (1983). International tables of the surface tension of water. Journal of Physical and Chemical Reference Data, v.12, n°.3, pp.817-820.
Wiplfer, R. L.; Ness, M.; Bredveld, G. D., Marsman, A.; Van Der Zee, S. E. (2004). Infiltration and redistribution of LNAPL into unsaturated layered porous media. Journal Contaminated Hydrology, v.71, pp.47-66.