PCV comparando tubos perfurados e não perfurados

Outros métodos foram avaliados, na tentativa de se encontrarem soluções para melhor representatividade da técnica em descrever as condições dos SACs, corroborando ou refutando as hipóteses relativas a não se ter bons resultados com a medição da condutividade hidráulica em SACs-EHSS.

Primeiramente, a questão da camada-dependência, que influencia sobremaneira nos resultados e impede uma caracterização fidedigna dessa variável em SACs-EHSS, principalmente na unidade plantada, que tende a ter um maior acúmulo de sólidos de colmatação próximo à superfície. No dia 14 de julho de 2015, foi feita uma tentativa de mensurar valores de ks na superfície dos SACs-EHSS, e em outras duas camadas, em pontos adjacentes aos poços de monitoramento. Para essa avaliação, utilizaram-se tubos de PVC, 0,60 m de comprimento, sendo que 0,35 m ficariam cravados abaixo do nível do leito, aplicando água até altura de 0,30 m acima da superfície do SAC, deixando infiltrar/percolar até 0,10 m. Como os tubos possuem 75 mm de diâmetro, obedece-se a relação de Fetter, apresentada anteriormente. O planejamento das medições está esquematizado nas Figuras 5.30 e 5.31.

Para obter o valor de ks em diferentes profundidades, planejou-se a remoção do material de preenchimento, relativo à profundidade daquela camada, dentro do tubo de controle.

Figura 5.30. Esquema da realização da medição utilizando-se o método do Permeâmetro de

Figura 5.31. Esquema da realização da medição utilizando-se o método do Permeâmetro de

Carga Variável: profundidades avaliadas.

Na metodologia original recomenda-se que se façam furos na parte submersa do tubo, de forma que esse fique com porosidade maior do que a do meio no qual foi inserido (NAVFAC, 1986). Como anteriormente discutido, o método da medição é originalmente proveniente da medição de ks em solos, que dependendo da sua textura e estrutura, apresenta comumente pequena porosidade drenável, sendo dessa forma, de mais fácil atendimento da recomendação. Já em SACs preenchidos com substrato pedregulhoso, em razão da grande porosidade drenável que esse material apresenta, a mesma recomendação é difícil de ser atendida. Por isso, os métodos apresentados na literatura para medição de ks em SACs não incluem tubos perfurados. Citam-se apenas métodos em que o tubo é inserido, sem furos, até a profundidade em que se quer efetuar a medição, medindo-se o escoamento estritamente vertical.

A fim de comparar os resultados e avaliar qual apresenta resultados mais próximos aos da realidade, em SACs-EHSS, resolveu-se avaliar o emprego de tubos perfurados e não perfurados. Assim, o conjunto levado a campo em julho de 2015 contava com um tubo perfurado e outro não, com o planejamento de obter ks nas posições mostradas nas Figuras 5.30 e 5.31. A parte que ficaria submersa de um dos dois tubos utilizados (0,35 m), foi perfurada, fazendo orifícios de cerca de 0,5 cm, separados por 1,0 cm entre si.

No primeiro ponto escolhido, a 7,0 m do início do SAC P, já houve dificuldade de se medir ks. A altura do líquido não variou no tubo sem orifícios laterais, mesmo em tempos superiores a 15 minutos, conforme pode ser observado na Figuras 5.32a. A remoção de material de dentro do tubo, relativo à camada de 15 cm do substrato, também não implicou em melhoria no

Relação Fetter h'/D>4,0 0,35/0,075 = 4,7: ok!

1 - Medição em superfície; 2 - Medição a 15 cm; 3 - Mediação a 35 cm.

cenário. Na Figura 5.32c, verifica-se a massa de substrato removida e, na Figura 5.32d, a água parada na mesma cota em que foi adicionada dentro do tubo.

Figura 5.32. Imagens de evidências de condições operacionais do sistema utilizado na

tentativa de condução da medição de ks utilizando-se o método do Permeâmetro de Carga

Variável, em julho de 2015: a) não infiltração/percolação em um período superior a 15 minutos no tubo não perfurado; b) não permanência da água dentro do permeâmetro por tempo suficiente para medição, no tubo perfurado; c) remoção de parte do substrato contido

no interior do tubo não perfurado para facilitação do escoamento e possibilitar a medição, em profundidade nos SACs; d)não infiltração/percolação da água aplicada no tubo perfurado

mesmo depois de removida parte do substrato (camada superficial) do interior do tubo não perfurado.

Por outro lado, a presença de furos não propiciou leitura (Figura 5.32b), em função da rapidez que a água fluiu, escapando pela primeira carreira de orifícios laterais que, dado o grau de colmatação dos SACs-EHSS, tornou-se caminho mais acessível e menos obstruído para escoamento. Em decorrência do desnivelamento da superfície dos SACs-EHSS, a menor cota submersa do tubo (0,35 m) tinha como objetivo possibilitar que a primeira camada de furos ficasse abaixo do nível da escória, ao contrário do que ocorreu na primeira tentativa em 12/11/2014 (Figura 5.33). Nessa tentativa anterior, 0,40 m do tubo continha furos, o que implicou em orifícios acima da superfície, como pode ser observado na Figura 5.33b.

a) b)

Figura 5.33. Detalhes da tentativa de medição de ks, efetuada anteriormente (12/11/14): a)

tubos que foram inseridos no meio poroso; b) oríficios acima do nível do leito.

Outra observação que pode ser feita a partir desses testes é que a metodologia se torna cada vez mais complexa à medida que o escoamento vertical da água fica cada vez mais comprometido pela progressiva obstrução do meio poroso com a profundidade. Há de se considerar, também, que o ato de cravar e inserir o tubo é bastante custoso na condição em que se encontram os SACs, mesmo com inserção de suportes para facilitar a torção e penetração dos tubos no meio poroso.

5.4.5.4. Medição de ks em cestas do PFR: sob condição de carga constante

O planted fixed reactor, PFR, ou reator de leito fixo, consiste em conjunto composto por uma cesta móvel inserida em um poço dentro dos SACs (BARRETO et al., 2015). Assim, estão em condições semelhantes ao do restante dos sistemas em estudo. Se a medição in situ, nos SACs-EHSS, é complicada, tal como discutido anteriormente, a realização de medição nesses reatores de leito fixo, com amostras indeformadas, pode se tornar método promissor. Para isso, foram avaliadas cestas que estavam mantidas no SAC C, SAC P e uma cesta preenchida com escória limpa.

As cestas, preenchidas com mesmo substrato utilizado nos SACs (Figura 5.34b), possuindo 0,28 m de diâmetro e 0,30 m de altura, sendo a malha lateral de 0,5 x 0,5 cm, permaneceram inseridas em poços de 0,30 m, de mesma altura, posicionadas a 13,0 e 23,0 m da entrada dos SACs, desde de maio de 2014 (BARRETO et al., 2015; VASCONCELLOS, 2015). Nas cestas estão inseridos tubos centrais, serrados superficialmente, para possibilitar a entrada e consequente drenagem do líquido.

Para proceder a medição da condutividade hidráulica saturada no meio poroso dessas cestas, as mesmas foram retiradas dos SACs, e levadas ao laboratório onde se dispunha de fonte de água da rede de distribuição e equipamentos para medição de volume e cronômetro.

O escoamento radial nas cestas ocorreu tendo em vista que a água foi aplicada, mantendo-se seu nível constante, por todo o perímetro externo (anel formado entre o recipiente externo e a cesta), tal como apresentado na Figura 5.34a. Nos testes realizados no dia 22/07/15, utilizaram-se amostras oriundas dos poços, a 13,0 m da entrada das unidades SAC C e SAC P, respectivamente, Figuras 5.35a 5.35b, e da escória limpa, semelhante à apresentada na Figura 5.34b, que serviu como unidade controle.

Figura 5.34. Detalhes das cestas do PFR: a) apresentação do tubo central e malha, sendo

as setas indicativas do escoamento em direção ao tubo central, de drenagem do sistema; b) escória de alto forno como material de preenchimento do meio (unidade controle).

Figura 5.35. Imagens das cestas do PFR, utilizadas nos testes de medição da

condutividade hidráulica, retirados de poços localizados a 13,0 m da entrada do: a) SAC C e b) SAC P.

Na medição de ks, as cestas do PFR e o controle foram colocados no interior de cestas externas fechadas (sem malha lateral, com 0,3 m de diâmetro), contendo uma saída ligada a uma válvula, na sua base, para drenagem da água adicionada. Para impedir a passagem da água pelo fundo da cesta, propiciando sua passagem apenas pela cesta interna, preenchida com o substrato, foi colocado betume (massa para impermeabilização) no interior e fundo da cesta externa, tal como apresentado na Figura 5.36a e 5.36b, onde também é possível observar detalhes do sistema de drenagem do sistema. Assim, num primeiro teste conduzido, adicionou-se água até saturar todo o conjunto, com posterior controle da entrada e saída, até

a) b)

mediu-se o tempo necessário para se alcançar a marca de 10 L, em um balde graduado. Cessada a aplicação de água (torneira de alimentação fechada), aproveitou-se a estrutura para medição da porosidade drenável nos três reatores.

Dada a grande velocidade de saída da água, especulou-se que o efeito da pressão hidrostática poderia estar influenciando nas condições de escoamento nos reatores. Diante disso, realizou- se uma modificação, inserindo-se na saída da água, no fundo da cesta externa, uma tubulação vertical, que proporcionou a saída da água a 3,7 cm abaixo do nível da escória na cesta interna (Figura 5.36c), a fim de favorecer o escoamento horizontal, em detrimento do vertical descendente, no meio poroso dos PFRs. Na Figura 5.36c, estão detalhadas as duas configurações utilizadas e, na Figura 5.36d, o aparato montado para a realização do teste. Em ambas as variantes do teste, foram realizadas 4 repetições.

Figura 5.36. Aparato utilizado na medição de ks: a) cesta externa sem saída lateral,

contendo betume no fundo para impedir a passagem da água por fora da cesta interna; b) cestas encaixadas e conjunto pronto para a medição; c) detalhe das configurações distintas

na montagem dos sistemas, torneira (em destaque na cesta colocada de cabeça para baixo); e d) detalhe da tubulação instalada para colocar a saída da água um pouco (3,7 cm)

abaixo da altura de preenchimento com escória.

Como a forma de escoamento radial não está contemplada na solução dada por Darcy para cálculo de ks, que pressupõe linhas de fluxo paralelas na seção de escoamento, procurou-se, na literatura, solução para esse tipo de escoamento. Bedient et al. (1994) apresentaram a equação de estimativa de ks em aquíferos livres submetidos a bombeamento que, adaptada às condições

b) a)

da medição e utilizando-se a configuração na qual foi inserida a tubulação vertical de drenagem da água, é:

64000

– (5.23)

Em que, ks é a condutividade hidráulica em meio saturado (m d-1); Qb é a vazão (L s-1); R0 é a distância radial do ponto mais remoto referenciado, na borda externa da cesta do PFR, em relação ao poço (dreno) (28 cm), ou raio do cone de depressão do líquido em direção ao dreno; rdr é o raio do dreno (2,5 cm); hdr é a cota da água na cesta do PFR (30,0 cm), que é igual à altura total do dreno e da própria cesta; e ha a cota da água dentro do dreno (26,3 cm). A analogia entre o aparato experimental montado e os poços de bombeamento estão apresentados na Figura 5.37.

Figura 5.37. Analogia entre as condições hidráulicas no aparato experimental utilizado para

determinação da condutividade hidráulica (direita) e em poços de bombeamento em aquíferos não confinados (esquerda).

Como na primeira configuração, não há condição semelhante à de um bombeamento de poços inseridos em aquífero livre, com manutenção de uma coluna de água estável no interior do poço, em decorrência da drenagem vertical, essa equação não se aplica. Além disso, essa configuração não representa as condições de escoamento em um SAC-EHSS.

O cálculo da porosidade drenável (φ) depende do volume drenado após a saturação do meio poroso da cesta do PFR preenchida com o substrato. No sistema utilizado, parte do volume de água drenado é proveniente do anel formado entre a cesta interna (do PFR) a cesta externa de conteção da água, devendo ser, por essa razão, descontada no cálculo da porosidade do meio poroso das cestas do PFR, tal como apresentado na Equação 5.24:

Ɛ - . . - 4

. 4 (5.24) Em que, Ɛ é a porosidade drenável do meio poroso (L3 L-3); Vdren, é o volume coletado nos baldes graduados (L3), Dext é o diâmetro da cesta externa (L); Dint, é o diâmetro da cesta interna; e hc é altura da cesta (L). No denominador, o cálculo da capacidade de armazenamento da cesta interna.

5.4.5.5. PCV em duas diferentes direções de escoamento

Um dos problemas apontados na metodologia utilizada em campo é que, tal como tem sido proposto, o escoamento ocorre no sentido vertical, enquanto que em SACs-EHSS, a direção de escoamento é horizontal. Alguns autores, tais como Pedescoll et al. (2012), consideram a possibilidade de haver isotropia de ks nas duas direções, ou que pelo menos, que o cálculo em um sentido possibilite a estimativa do escoamento em outro, enquanto outros pesquisadores, como Deb e Skukla (2012), afirmam que essa suposição pode não ser verdadeira.

Medições in situ não permitem essa comparação, assim como também não se tem como obter amostras indeformadas para medições em laboratório. Observou-se que as cestas integrantes do conjunto do PFR não permitem a medição no sentido horizontal, em função da sua configuração. Diante disso, pensou-se em outra alternativa, de fácil acesso e operacionalidade, que seria a de se utilizar uma caixa de gordura cilíndrica, com saída lateral, preenchida com escória limpa, como apresentado na Figura 5.38a. Nessa figura, observa-se, em primeiro plano, a saída de 50 mm aberta e uma das duas outras, fechada. A caixa possui 25 cm de diâmetro, com 17,2 cm de altura e o orifício de 50 mm encontra-se a 80 mm da extremidade superior da caixa.

Para obtenção de ks na direção vertical, um tubo de 50 mm funcionou como um permeâmetro e foi colocado sobre a superfície da escória saturada, avaliando-se o tempo necessário para que houvesse mudança da cota de 60 a 30 cm, dento da tubulação. Nesse caso, a saída lateral foi fechada, como na Figura 5.38b, com o restante do líquido extravasando. Na obtenção de ks na horizontal, o permeâmetro foi colocado no bocal aberto, também avaliando o tempo necessário para mudança de cota. A água adicionada, assim como no sentido vertical, extravasa. Entretanto, em ambos os casos, não foi possível medir o tempo de escoamento de um volume conhecido de água, em razão da alta velocidade desse escoamento.

Figura 5.38. Detalhes da caixa de gordura utilizada para medição da condutividade

hidráulica: a) no sentido horizontal, aplicando-se a água por um bocal de entrada lateral; b) no sentido vertical, com bocais laterais fechados, entrada da água pela superfície do substrato. Em ambos os casos, utilizou-se uma tubulação demarcadas com duas cotas, e

saída do líquido ocorria por extravasamento.