4. RESULTADOS E DISCUSSÕES
4.2 Ensaios de Permeabilidade a Carga Variável
4.2.1 Amostras permeadas com Água Deionizada – ADI
A Figura 55 apresenta os valores ksat segundo o teor de adição do CAG nas amostras de RGG e TBA permeadas com ADI. Ressalta-se a adoção de uma escala semilogarítmica com um ajuste exponencial dos dados experimen- tais pelo método dos mínimos quadrados para apresentação dos gráficos reali- zados a partir desta seção do trabalho.
Figura 55. Gráfico da influência da adição do CAG no ksat utilizando ADI.
Conforme se pode verificar na Figura 55 o ksat para as amostras de TBA permeadas com ADI não apresentam uma tendência clara de variação em fun- ção dos teores de CAG, enquanto que as amostras de RGG evidenciam um leve aumento do ksat. Este comportamento se dá muito provavelmente pela afi- nidade que a fração argilosa tem sobre a água, de forma que para o caso do solo RGG, o uso de adições de CAG acaba por aumentar o valor de ksat.
Diante disso, nota-se que a adição do CAG acaba alterando a matriz das amostras desde a perspectiva granulométrica, considerando que não existe in- teração entre a superfície sólida das partículas do CAG e as moléculas da água. Por conseguinte, quando o CAG é misturado com o solo RGG, torna-se uma adição majoritariamente semelhante às partículas da areia muito grossa, grossa e média (conforme a composição do CAG pela escala da U.S.D.A.), que de acordo com Casagrande e Fadum (1940), valores de ksat para estes grãos estão em torno de 1 x 10-01 – 1 x 10-03 cm·s-1, aumentando assim o valor de k
sat para as amostras confeccionados com o solo RGG.
Para o caso do solo TBA o efeito das adições de CAG na permeabilida- de foram nulos, evidenciando que as superfícies das partículas sólidas tanto de TBA e CAG não apresentam interação nenhuma com as moléculas de água. Consequentemente, o tamanho granulométrico de ambas partículas sólidas é semelhante, sendo que a adição do CAG nas amostras de solo TBA mantêm a mesma matriz arenosa do solo sem alterar o valor de ksat do mesmo. Na Figura 56 se apresenta o gráfico correspondente ao efeito das adições de CAP para ambas amostras de solo.
Figura 56. Gráfico da influência da adição do CAP no ksat referente a ADI.
Na Figura 56 se observa uma redução do ksat à água para as amostras do solo TBA com a adição do CAP, isto devido à menor granulometria apresen- tada pelo adicionante quando comparado a este tipo de solo. Por conseguinte,
a matriz das amostras com o solo TBA, vê-se alterada pelos grãos do CAP que assemelham a composição da areia fina e muito fina, majoritariamente, ajudan- do a diminuir, até 36 vezes, o valor de ksat. Lembrando que segundo Casagran- de e Fadum (1940) a faixa granulométrica do CAP apresenta coeficientes de permeabilidade em torno de 1 x 10-04 – 1 x 10-06 cm·s-1.
Em contraste, as amostras do solo RGG com a adição do CAP não influ- enciou os valores de ksat obtidos. Diante disso, evidencia-se que para solos com teor de finos predominantes, a adição de CA não influencia na permeabili- dade do solo à água. Diante disso, pode-se dizer que as forças de atração en - tre as superfícies das partículas argilosas e as moléculas da água são mais preponderantes ou fortes que a incorporação de CA, seja de partículas grossas ou finas, até teores de 20% (baseado em termos de massa). Além disso, como consequência do tamanho granulométrico do CAP, a matriz das amostras com o solo RGG não é alterada de forma significativa, conseguindo atingir resulta- dos semelhantes de ksat em cada uma das amostras ensaiadas.
As Tabelas 27 e 28 sumarizam os valores de ksat experimentais tendo a ADI como fluido percolante. Também, são apresentados os valores de ksat míni- mos e máximos em cada amostra ensaiada e o número de CPs (ncp) considera- dos válidos.
Tabela 27. Resumo dos valores de ksat experimentais à ADI das amostras de RGG.
Tipo de Amostras ncp Valor Médio(cm·s-1)
Valor Min. (cm·s-1)
Valor Max. (cm·s-1) RGG 100% (EPI) 4 6,70 E-08 3,39 E-08 2,14 E-07
RGG 100% 5 9,42 E-08 7,23 E-08 1,38 E-07
RGG95% - CAPM5% 4 7,67 E-08 3,85 E-08 2,92 E-07 RGG90% - CAG10% 5 7,40 E-07 4,84 E-07 1,45 E-06 RGG90% - CAP10% 5 1,68 E-07 8,18 E-08 2,94 E-07 RGG80% - CAG20% 5 1,20 E-06 9,69 E-07 1,75 E-06 RGG80% - CAP20% 4 1,80 E-07 1,41 E-07 2,17 E-07 Fonte: Autor
Tabela 28. Resumo dos valores de ksat experimentais à ADI das amostras de TBA.
Tipo de Amostras ncp Valor Médio(cm·s-1)
Valor Min. (cm·s-1)
Valor Max. (cm·s-1)
TBA 100% 4 1,26 E-05 3,84 E-06 3,13 E-05
TBA90% - CAG10% 5 1,37 E-05 3,73 E-06 3,45 E-05 TBA90% - CAP10% 4 5,14 E-07 2,08 E-07 1,01 E-06 TBA80% - CAG20% 5 1,80 E-05 7,37 E-06 4,50 E-05 TBA80% - CAP20% 5 3,50 E-07 2,38 E-07 4,86 E-07 Fonte: Autor
Destaca-se na Tabela 27 a inclusão dos resultados obtidos a partir dos ensaios realizados com a amostra RGG95% - CAPM5%, não sendo represen- tada nos gráficos previamente apresentados. Evidencia-se, conforme estes re- sultados, valores de ksat na mesma faixa das outras duas amostras de RGG a 100%, isto pela pouca quantidade de material inserido na amostra, logrando que o solo RGG mantenha as próprias características hidráulicas. Além disso, a composição granulométrica do CAPM se assemelha às partículas da silte e ar- gila, mantendo a matriz que rege o comportamento deste solo.
Para estabelecer uma correlação que evidencie de foma clara a influen- cia da granulometria das partículas sobre os valores de ksat segundo o líquido permeante, decidiu-se comparar os resultados previamente apresentados nas Tabelas 27 e 28 com uma plotação de um parâmetro novo baseado no valor da SEext (conforme a Tabela 8) vezes o teor de adição do CA, denominado aqui como superfície especifica modificada (SEM). Neste caso, os resultados foram adimensionalizados dividindo-se o valor de ksat obtido para o solo sem adição (ksat_sa) pelo ksat obtido com o uso da adição correspondente (ksat_ca). Conforme se pode observar na Figura 57, este parâmetro permite analisar conjuntamente os resultados obtidos com o uso de CAG e CAP, o que prove ser a superfície específica (granulometria) realmente a variável de maior importância na eficiên- cia das adições orgânicas ao solo.
Figura 57. Correlação entre a SE e o ksat utilizando a ADI como fluido permeante.
Conforme se observa na Figura 57, evidencia-se, ainda mais, a pouca interação que acontece entre o CA e as moléculas da água, mesmo obtendo correlações (R2) discrepantes entre ambos tipos de solos. O baixo valor de R2 (0,03) obtido para o solo TBA se deve às abruptas reduções de ksat quando mis- turado com o CAP, atribuindo este comportamento ao aumento considerável de partículas finas na mistura alterando a matriz do solo, além de aumentar signifi- cativamente a SE da amostra, dificultando, a sua vez, a passagem das molécu- las pelos poros encontrados.
4.2.2 Amostras permeadas com Óleo Diesel Comercial – ODC
A Figuras 58 apresenta os resultados de ksat segundo o teor de adição de CAG nas amostras de solo RGG e TBA permeadas com ODC.
Figura 58. Gráfico da influência da adição do CAG no ksat utilizando ODC.
Conforme se observa na Figura 58, as linhas de tendência evidenciam a ineficácia do CAG em reduzir satisfatoriamente o ksat ao ODC. Os resultados demostram que a permeabilidade do solo RGG é mantida, mesmo quando o teor de CAG é acrescentado. Considerando que o CAG aumentou levemente valor de ksat à ADI devido à alteração da matriz do solo RGG, tal fenômeno não foi observado ao ODC pela característica oleifílica do CA devido a sua super- fície microporosa estruturada por anéis aromáticos condensados nos cristais de grafite que conseguem atrair líquidos orgânicos (Snoeyink e Weber, 1967). Di- ante disso, o valor de ksat não sofre variabilidade mesmocom a discrepância da matriz granulométrica nas amostras, lembrando que mediante a adição do CAG nas amostras de solo RGG o teor de argila é diminuído, o que tende a aumen- tar a permeabilidade do solo.
No caso do solo TBA, apresentou-se um comportamento semelhante, embora foi evidenciado um leve aumento do ksat com a adição do CAG, no en- tanto podendo ser considerado como não perceptível. Diante disso, o fenôme- no aqui evidenciado é semelhante ao apresentado nas amostras com solo RGG. Porém, a diferença granulométrica das amostras de TBA e CAG é fator determinante na permeabilidade, já que neste caso o arranjo das partículas sólidas se vê condicionado pelo tamanho grosseiro dos grãos, possibilitando uma passagem mais favorável ao líquido permeante. Consequentemente, pode-se deduzir que adições de CAG não resultam eficazes para reduzir o ksat, tanto em meios porosos arenosos como argilosos.
A Figura 59, apresenta o gráfico das adições de CAP segundo o teor em relação aos valores de ksat ao ODC nas amostras com solo RGG e TBA.
Figura 59. Gráfico da influência da adição do CAP no ksat utilizando ODC.
Na Figura 59, observa-se a diminuição progressiva do ksat, bem como o teor de adição para ambos solos, embora, uma maior queda da permeabilidade foi evidenciada nas amostras de solo RGG. De acordo com os valores médios obtidos de ksat, atingiram-se reduções em até 462 vezes, quando comparadas as amostras de RGG a 100% e de RGG80% - CAP20%. Ressalta-se, também, a influência que a energia de compactação possui na permeabilidade do solo, tendo evidenciado uma discrepância de 2.534 vezes entre a amostra de RGG a 100% na EPI e de RGG80% - CAP20%. Em termos da matriz granulométrica, as partículas do CAP tendem a produzir um melhor arranjo com as partículas do solo RGG, já que o teor de finos é acrescentado na amostra, refletindo dire- tamente na redução da permeabilidade do solo.
Para as amostras de solo TBA, menores reduções do ksat foram atingi- das. Observa-se que a maior redução do ksat atingida foi de 83 vezes entre as amostras de TBA90% - CAG10% e TBA80% - CAP20%. Não obstante, uma discrepância menor foi obtida quando comparada a amostra de solo TBA a 100% e TBA80% - CAP20%, sendo somente de 13,75 vezes. Este comporta- mento sugere uma falta de arranjo favorável, mais uma vez, entre as partículas do solo TBA e CAP, de tal forma, pode-se dizer que solos grossos não possibili- taram potenciar as capacidades adsortivas deste produto orgânico.
O fenômeno de adsorção evidenciado entre a superfície das partículas do CAP e as moléculas de ODC é semelhante ao obtido em solos com predo- minância de argilominerais quando expostos aos líquidos polares (alta ε). Dian- te disso, valida-se a influência que a granulometria ou superfície especifica das partículas possui na permeabilidade ao líquido permeante, como apontado em vários estudos (Kozeny, 1927; Carman, 1937; Grace, 1953). A Tabela 29 apre- senta os valores experimentais de ksat ao ODC das amostras com o solo RGG.
Tabela 29. Resumo dos valores experimentais de ksat ao ODC nas amostras de RGG.
Tipo de Amostras ncp Valor Médio(cm·s-1)
Valor Min. (cm·s-1)
Valor Max. (cm·s-1)
RGG 100% (EPI) 4 1,64 E-05 5,21 E-06 3,43 E-05
RGG 100% 5 2,99 E-06 1,36 E-06 5,08 E-06
RGG95% – CAPM5% 4 1,32 E-08 7,49 E-09 3,06 E-08
RGG90% – CAG10% 5 1,91 E-06 4,71 E-07 3,75 E-06
RGG90% – CAP10% 5 2,65 E-08 6,87 E-09 6,14 E-08
RGG80% – CAG20% 4 1,90 E-06 7,81 E-07 5,89 E-06
RGG80% – CAP20% 5 6,47 E-09 3,52 E-09 8,89 E-09
Fonte: Autor
Destaca-se na Tabela 29, a inserção da amostra RGG95% – CAPM5%, cujos valores de ksat são semelhantes aos da amostra RGG90% – CAP10%. Evidencia-se a efetividade obtida mediante o processo de moagem de alta per- formance que foi visado para atingir grãos de CA na escala micrométrica. Além disso, comprova-se que a medida que a granulometria do CA diminuí menores teores de adição serão necessários. A Figura 30 apresenta os valores experi- mentais de ksat obtidos nas amostras com solo TBA.
Tabela 30. Resumo dos valores experimentais de ksat ao ODC das amostras de TBA.
Tipo de Amostras ncp Valor Médio(cm·s-1)
Valor Min. (cm·s-1)
Valor Max. (cm·s-1)
TBA 100% 5 2,31 E-06 1,35 E-06 3,69 E-06
TBA90% – CAG10% 5 1,40 E-05 9,47 E-06 2,08 E-05
TBA90% – CAP10% 4 2,22 E-06 5,47 E-07 4,22 E-06
TBA80% – CAG20% 5 7,03 E-06 5,23 E-06 1,15 E-05
TBA80% – CAP20% 5 1,68 E-07 9,12 E-08 6,05 E-07
Fonte: Autor
A Figura 60 apresenta a correlação entre o parâmetro aqui delineado de SEM em relação aos ksat para o ODC.
Figura 60. Correlação entre a SE e o ksat utilizando o ODC como fluido permeante.
Conforme a Figura 60, observa-se uma forte correlação das adições de CA em relação ao ODC. Um maior valor de R2 é observado no solo TBA devido à influência gradual que o CA proporciona neste tipo de solo segundo o incre- mento no teor de adição e SE. No que concerne ao solo RGG, variações mais abruptas são evidenciadas devido à utilização do CAP em relação ao CAG. Por conseguinte, se foram consideradas somente as amostras de RGG com as adi- ções de CAP e CAPM, a correlação resultante seria ainda mais forte que a evi- denciada (R2 > 0,90).
Evidencia-se através dos resultados aqui obtidos uma melhor adequa- ção do CA com baixa granulometria (alta SE) no meio poroso argiloso, em ter- mos de favorecer a redução da permeabilidade aos líquidos hidrocarbonetos. Portanto, obteve-se uma maior redução no valor de ksat ao ODC pela adição de CAP no solo RGG, sendo que os valores de ksat atingidos na ordem de 1 x 10-08 – 1 x 10-09 cm·s-1 são considerados como excepcionais em termos de permeabi- lidade aos líquidos orgânicos.
O estudo de Machado (2011) evidenciou a dificuldade em atingir resulta- dos semelhantes aos obtidos neste estudo mediante o uso de barreiras mine- rais convencionais. O autor aponta que os menores valores de ksat atingidos ex- perimentalmente foram na ordem de 1 x 10-07 cm·s-1 mediante amostras de so- los compactadas na EPM e com uma matriz de finos do 60%, havendo utilizado bentonita (grupo da montmorillonita) na preparação destas amostras.
Consequentemente, este trabalho demostrou a viabilidade da utilização de solos residuais tropicais com adições de CA para confeccionar barreiras or- gânico-minerais s impermeáveis aos líquidos hidrocarbonetos, podendo ser re- plicadas em campo nos diques de contenção atingindo as especificações míni- mas da normativa ambiental vigente. Ressalta-se que para atingir os melhores resultados em termos de baixa permeabilidade e menores custos associados à preparação de barreiras orgânico-minerais, serão precisados solos com teores de argila acima do 50% e adição de CA ao 5% (baseado na massa seca) com grãos assemelhando ao tamanho da argila.