Curvas de retenção para diferentes fluidos

Conforme já visto, altos valores de tensão superficial implicam em maiores pressões capilares, o que pode produzir grandes valores de saturação residual. A definição da magnitude da sucção para diferentes fluidos é feita com o uso da técnica do escalonamento capilar, cuja Equação 14 foi proposta por Leverett (1941). Nessa técnica, as sucções às quais os solos estarão submetidos para diferentes umidades de diferentes fluidos são proporcionais às respectivas tensões superficiais (SOUSA, 2012).

𝜓𝑎𝑤 𝑇𝑠𝑤 = 𝜓𝑎𝑜 𝑇𝑠𝑜 =𝜓𝑎𝑒 𝑇𝑠𝑒 Equação 14

Onde a, w, o, e representam as fases ar, água, óleo e etanol, respectivamente, ψ a sucção das fases e Ts a tensão superficial das fases.

59 LEIJ et al. (2011) realizaram ensaios de curva de retenção em amostras de três diferentes solos, sendo dois argilosos e uma areia pura, e diferentes soluções contendo água, diesel e diesel e etanol, denominada de diesohol. Foram utilizadas nove diferentes soluções de diesel/água e dieselhol/água, sendo: 0% (somente água), 0,1%, 0,2%, 0,3%, 0,4%, 0,5%, 1%, 2% e 5%. Os experimentos foram realizados pelo método da placa de pressão, ou seja, por secagem das amostras. Segundo os autores, em função do diesel e etanol não se misturarem bem, foi necessário adicionar um aditivo emulsificante para garantir a estabilidade da mistura.

Os autores avaliaram a influência do diesel e dieselhol na tensão superficial e, consequentemente, na sucção dos três solos em comparação com a água. A Figura 16 apresenta os resultados obtidos pelos autores para a curva de retenção.

Figura 16 – Curvas de retenção de líquido para três fases aquosas e três meios porosos.

60 De acordo com os resultados de Leij et al. (2011), as curvas apresentadas na Figura 16 evidenciam que, para o mesmo fluido, há diferenças entre as curvas de retenção em função do tipo de solo. A areia apresenta, para um mesmo teor de umidade volumétrico, níveis de sucção inferiores aos dos solos argilosos. Os autores concluíram que a adição do diesel e do dieselhol, nas quantidades analisadas, não foi capaz de alterar significativamente a tensão superficial da água e, consequentemente, as curvas de retenção para cada solo estudado, sendo as curvas de retenção de cada solo praticamente as mesmas para as diferentes soluções analisados.

Cardoso (2011) executou ensaios de curvas de retenção de água e diesel, com secagem prévia dos CPs após compactação, no solo residual do Granulito-Gnaisse coletado nos fundos da Escola Politécnica da Universidade Federal da Bahia (UFBA). A autora utilizou o equipamento desenvolvido por Cardoso (2006) com base na metodologia proposta por Machado e Dourado (2001), onde as amostras são ensaiadas pelo procedimento de drenagem. Os resultados obtidos pela autora estão apresentados na Figura 17.

Figura 17 – Curvas de retenção ar/água e ar/diesel.

61 Com base na Figura 17 é possível notar que as curvas de retenção para ambos os fluidos obedecem, praticamente, o mesmo comportamento. Isso demonstra, segundo os resultados do Cardoso (2011) que, para o solo estudado, na condição de secagem prévia dos CPs antes da saturação, não ocorreu o escalonamento capilar, função das tensões superficiais da água e do diesel para o nível de sucção analisado.

Sousa (2012) realizou ensaios de curva de retenção em uma areia de duna, utilizando água e diesel com o uso da técnica de vaporização.

Os resultados obtidos por Sousa (2012) estão sumarizados na Figura 18.

Figura 18 – Ajustes das curvas de retenção e curva de escalonamento capilar.

Fonte: Sousa (2012).

A autora apresenta, na Figura 18, além dos resultados experimentais com água e diesel pelo procedimento de drenagem das amostras, devidamente ajustados por Van Guenuchten (1980), uma análise comparativa entre as curvas de retenção determinadas experimentalmente e a curva de óleo diesel determinada teoricamente com a aplicação da regra de escalonamento de Leverett (1941), dada pela Equação 14, considerando a tensão superficial daágua igual a 71,4 dina/cm e a do diesel igual a 27,8 dina/cm.

De acordo com Sousa (2012), o comparativo mostra uma elevada proximidade entre as curvas experimentais de drenagem obtidas para a água e óleo diesel, situação não esperada

62 diante dos valores de tensão superficial dos dois líquidos. Segundo a autora, a causa provável dessa ocorrência foi o fato de que para a obtenção da curva de retenção (drenagem) do óleo diesel utilizou-se o aquecimento para estimular a vaporização, e sendo o diesel uma mistura de compostos com diversificada pressão de vapor, o processo de evaporação seletiva e a permanência dos compostos de baixa pressão de vapor no solo resultaram na alteração das propriedades físicas do líquido, destacando: tensão superficial, viscosidade, densidade e pressão de vapor, dentre outras.

2.2.8 Compressibilidade

Por ser o solo um sistema particulado, composto de partículas sólidas e espaços vazios, saturados ou não por fluidos, os decréscimos de volume por ele apresentados podem ser atribuídos, de maneira genérica, a três causas principais:

 compressão das partículas sólidas;

 compressão dos espaços vazios do solo, com a consequente expulsão do fluido, no caso de solo saturado;

 compressão do fluido existente nos vazios do solo.

Para a magnitude das cargas aplicadas na engenharia geotécnica aos solos, as deformações que ocorrem no fluido e nas partículas sólidas são normalmente desprezadas. Portanto, as deformações volumétricas do solo são consideradas apenas em função das variações em seu índice de vazios inicial. Contudo, com relação aos parâmetros de compressibilidade do solo, alguns aspectos merecem ser pontuados.

Machado (1998) realizou diversos ensaios de compressão confinada em amostras de solo da região de São Carlos/SP, coletadas em diferentes profundidades. Os resultados obtidos demonstram o aumento da tensão de pré adensamento do solo com o aumento da sucção imposta às amostras ensaiadas. A Figura 19 exemplifica tal variação.

63 Figura 19 – Variação dos parâmetros de compressibilidade do solo com o aumento da

sucção através de ensaios de compressão confinada.

Fonte: Machado (1998).

Machado (1998) também realizou ensaios de compressão confinada com controle de sucção em um colúvio arenoso compactado, cujos resultados estão apresentados na Figura 20.

Figura 20 – Ensaios de compressão confinada realizado em amostra compactada com controle de sucção.

64 Conforme se pode observar da Figura 20, a sucção matricial aumenta sensivelmente a tensão de pré-consolidação aparente do solo. Os índices de compressão e recompressão do solo também apresentam acréscimos com a sucção matricial.

Esses resultados foram confirmados por Machado e Vilar (2003) através de ensaios de compressão isotrópica realizados em amostras saturadas e não saturadas, com sucções controladas de 100 e 200 kPa. Esses resultados também indicaram o aumento da tensão de pré adensamento do solo com o aumento da sucção, conforme a Figura 21.

Figura 21 – Variação dos parâmetros de compressibilidade do solo com o aumento da sucção através de ensaios de compressão isotrópica.

Fonte: Machado e Vilar (2003).

Olgun e Yildiz (2010) relacionaram parâmetros de compressibilidade de um solo argiloso da Turquia e a constante dielétrica dos fluidos presentes no solo. As amostras foram previamente secas em estufa a 105ºC e posteriormente foram destorroadas e submersas em água misturada a diferentes fluidos, em diferentes concentrações. Os autores utilizaram soluções contendo água e metanol, água e etanol, água e álcool isopropílico e água e ácido acético. As concentrações utilizadas pelos autores foram: 0% (apenas água), 20%, 40%, 60% e 80% de fluido em relação à água.

Na Tabela 7 são apresentadas as características fisico-quimicas dos fluidos utilizados no trabalho de Olgun e Yildiz (2010).

65 Tabela 7 – Características físico-químicas dos fluidos utilizados por Olgun e Yildiz (2010).

Propriedades

Tipos de fluido nos poros do solo Água

destilada Metanol Etanol

Álcool isopropílico

Ácido acético Formulação química H2O CH3OH C2H5OH C3H8OH CH3COOH

Constante dielétrica (0) 80,4 33,6 24,3 18,3 6,2

Peso da molécula (g/mol) 18,01 32,4 46,7 60,1 60,05 Densidade (g/cm³) 0,998 0,792 0,789 0,785 1,049 Viscosidade (mPa.s) 1,004 0,590 1,200 2,370 1,280 Momento dipolo (Debyes) 1,87 1,69 1,69 1,66 1,74 Solubilidade em água (g/l) Solúvel Solúvel Solúvel Solúvel Solúvel

Fonte: Olgun e Yildiz (2010).

As curvas de adensamento obtidas pelos autores para as misturas de água e metanol estão apresentadas na Figura 22.

Figura 22 – Curvas de adensamento da amostra de solo para diferentes concentrações de metanol.

Fonte: Olgun e Yildiz (2010).

A presença de fluidos de diferentes características interfere, conforme a Figura 22, na microestrutura do solo. A depender das características dielétricas do fluido ocorrerão processos de floculação ou dispersão, os quais impactarão na magnitude da

66 compressibilidade do solo para os mesmos níveis de carregamento. Isto significa que a curva de compressão do solo, para diferentes fluidos, apresentará uma maior ou menor inclinação da reta de carregamento virgem e, portanto, apresentará um maior ou menor valor do índice de compressão (Cc), conforme os resultados obtidos por Olgun e Yildiz (2010), apresentados na Figura 23.

Figura 23 – Índice de compressão (Cc) da amostra de argila para diferentes concentrações dos fluidos orgânicos.

Fonte: Olgun e Yildiz (2010).

Os autores avaliaram também a variação do índice de expansão, que indica o potencial expansivo de um solo em contato com um fluido, em função de soluções contendo as mesmas concentrações de fluido em relação à água do ensaio de consolidação. Os resultados obtidos estão apresentados na Figura 24.

67 Figura 24 – Índice expansão (Cs) da amostra de argila para diferentes concentrações de

fluido/água.

Fonte: Olgun e Yildiz (2010).

Da análise dos resultados Olgun e Yildiz (2010) é possível constatar que, tanto o índice de compressão como o índice de expansão, diminuíram com o aumento da concentração de fluido em relação à água, com exceção apenas do ácido acético que teve pequeno crescimento do índice de compressão a partir da taxa de 40%. Isto significa que a diminuição da constante dielétrica relativa do meio acarretou a diminuição dos referidos índices.

Segundo os autores as variações nos índices de compressão e expansão da argila estudada podem estar correlacionadas com as variações nas forças de repulsão da dupla camada difusa em função do aumento da concentração dos fluidos que acarreta a diminuição da constante dielétrica relativa do meio.