Adaptação de um edômetro com controle de sucção para a determinação da curva característica de solos contaminados por óleo diesel

Abstract

A presença de compostos orgânicos no solo proporciona o desenvolvimento de uma fase adicional nos poros, imiscível com a fase aquosa e gasosa pré-existentes. A característica de imiscibilidade destes compostos, denominados de fase livre não aquosa (“nonaqueos phase liquid” – NAPL), torna a avaliação de um solo contaminado por tais substâncias bastante complexa. Dentre as substâncias pertencentes a este grupo NAPL, destacam-se os produtos derivados do petróleo. As propriedades mais importantes na avaliação de um solo contaminado por NAPL são suas relações constitutivas. Uma destas propriedades relaciona a sucção dos fluídos com suas respectivas saturações, enquanto que a outra relaciona a condutividade relativa dos fluidos com a saturação de cada um destes fluidos. A partir da curva de retenção de um solo contaminado, é possível quantificar de forma indireta a relação condutividade relativa-saturação. Todavia, a obtenção desta curva de retenção para um solo contaminado por NAPL é bastante complexa e está em desenvolvimento, exigindo cuidados na sua determinação. Para isso, assume-se que no interior de um poro contendo água, óleo e ar, o contaminante estará preferencialmente localizado entre a água e o ar. Isto é determinante ao admitir-se que a saturação da água Sw é uma função da sucção mátrica desenvolvida entre a água e o óleo e a saturação total dos líquidos St, (soma da saturação da água e do óleo) é dependente da sucção mátrica gerada entre o óleo e o ar. Esta hipótese possibilita a obtenção das curvas de retenção para sistemas trifásicos ar-NAPL-água a partir dos sistemas bifásicos NAPL-água e ar-NAPL. Assim sendo, o objetivo deste trabalho é desenvolver, a partir de um oedômetro com controle de sucção, um equipamento, denominado de célula multifásica, que permita o controle independente das pressões do ar, do NAPL e da água. Especificamente, este equipamento permitirá a determinação das curvas de retenção para sistemas bi e trifásicos. Para atingir esta meta, foi necessário transformar uma pedra porosa cerâmica comum em uma pedra porosa hidrofóbica (repelente à água), através de um tratamento químico da pedra porosa convencional em uma solução contendo uma substância comercialmente conhecida como Glassclad 18. Este novo equipamento permite o monitoramento da variação do volume de água e de óleo no interior de uma amostra de solo para diversas pressões capilares. Ensaios preliminares foram realizados em uma mistura composta de 70% de um solo arenoso e 30% de um solo argilo-arenoso, sendo o primeiro coletado no estado do Rio Grande do Sul enquanto que o segundo em Santa Catarina. Ambos os solos possuem propriedades físicas bem conhecidas.

The presence of organic compounds in the soil provides the development of an additional phase in the pore space, immiscible with the preexisting water and gaseous phases. This characteristic of immiscibility of such substances, called nonaqueos phase liquids – NAPL’s, turns the evaluation of a soil contaminated by these substances sufficiently complex. Among the substances pertaining to this group, called NAPL, the petroleum products are distinguished. The most important properties in the evaluation of a soil contaminated by NAPL are their constitutive relationships. One of these properties relates the pressure of the fluids with their respective saturations, while the other one relates the relative permeability of the fluids with the saturation of each one of these fluids. From the pressure-saturation constitutive relationship of a contaminated soil, it is possible to quantify indirectly the relative permeability-saturation relationship. However, the evaluation of the pressure-saturation relationship for a soil contaminated by NAPL is sufficiently complex and is in development, demanding considerable care in its determination. For this, it is assumed that, in the interior of a pore contaning water, oil and air, the organic liquid will be preferentially located between the water and air. That is imperative when assuming that water saturation of Sw is a function of the suction developed between the oil-water interface and the total liquid saturation St (sum of water saturation and oil saturation) is dependent of the suction generated between the airoil interfaces. This hypothesis makes possible the evaluation of the pressure-saturation relationship for the three-phase system air-NAPL-water from the two-phase systems NAPLwater and air-oil. Thus, the objective of this work is to develop, from the edometer with pressure control, another equipment, called the multiphase cell, that allows the independent control of the air, NAPL and water pressures. Specifically, this equipment will allow the determination of the pressure-saturation relationship for bi- and three-phase systems. To reach this goal, it was necessary to transform a standard ceramic porous stone in a hidrophobic porous stone (repellent to water), through a chemical treatment of the standard porous stone in a solution containing a substance commercially known as Glassclad 18. This new equipment allows the control of the volume changes of water and oil within a soil sample for different suction. Preliminary tests have been carried out with a mixture composed by 70% of sand and 30% of silt; the first material were collected in the state of the Rio Grande do Sul (Brazil) and the second in the state of Santa Catarina. Both materials have their physical properties well known.