Solução semi-analítica para modelagem das condições inicial e de contorno aplicáveis ao ensaio de difusão pura

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2015.As soluções de engenharia empregadas para prevenir ou conter a contaminação do solo e das águas envolvem, muitas vezes, a aplicação dos chamados liners, barreiras de baixa permeabilidade produzidas com materiais como argila compactada e geomembranas. Em várias situações de aplicação de liners, onde são esperadas baixas velocidades advectivas desenvolvidas, a difusão tem se mostrado extremamente relevante, sendo muitas vezes o principal mecanismo envolvido no transporte de contaminantes. A forma mais comum de determinação da componente difusiva do fluxo de contaminantes é pela realização do ensaio de difusão pura pelo método do reservatório único. Nesse ensaio, a aferição da variação da concentração ao longo do tempo de um contaminante em uma solução que se encontra em contato com uma amostra de solo saturada permite a determinação do coeficiente de difusão do contaminante no solo ensaiado. Não existe, no entanto, recomendação bem estabelecida para a forma de obtenção desse parâmetro a partir do ensaio e, comumente, utilizam-se soluções prontas ou implementadas em programas sem o devido conhecimento da sua aplicabilidade. A presente dissertação desenvolve e aplica uma solução semi-analítica da equação que descreve o transporte difusivo de contaminantes considerando as condições inicial e de contorno do principal ensaio de difusão pura utilizado. Para tal, a solução contaminante é contemplada no domínio de análise por meio de artifício que considera uma espessura de solo contaminado equivalente à solução. Em seguida, a solução desenvolvida é ajustada aos dados de ensaios reais realizados por Boscov (1997), Gurjão (2005) e Silveira (2014), de onde se conclui que os coeficientes de difusão obtidos pelo ajuste são coerentes, apresentando-se dentro do intervalo de ocorrência comum e abaixo do limite superior delimitado pelo coeficiente de difusão do contaminante em solução aquosa. Ajustes dos mesmos dados a outras soluções, que consideraram condições diferentes, permitiram verificar que algumas delas apresentam dificuldades para implantação, além de frequentemente retornarem valores do coeficiente inconsistentes. Por fim, realizou-se uma análise paramétrica que confirmou que o comportamento obtido pela nova solução proposta, chamada de solução da camada contaminada equivalente, é similar ao obtido para o ensaio de difusão pura e sugeriu que a definição de características adequadas do ensaio pode facilitar o ajuste para obtenção do coeficiente de difusão.Engineering solutions applied to prevent or contain soil and water contamination often involves the application of liners, that are low permeability barriers made of materials such as compacted clay and geomembranes. In many liners applications, once reduced rates of seepage are expected, diffusion has proved to be a relevant, if not dominant, process of the contaminant transport. The most common way to measure the diffusive component of the contaminant flow is to conduct a single reservoir pure diffusion test. In this test a contaminant solution is placed above a saturated soil sample, and the drop in the source concentration over time is monitored allowing the diffusion coefficient of the contaminant in the tested soil to be determined. The method to infer this parameter from the test, however, is not standardized and often ready-made solutions or programs are applied without proper knowledge of their applicability. In this dissertation a semi-analytical solution of the equation describing the diffusive transport of contaminants is developed and implemented considering the initial and boundary conditions of the pure diffusion test. For this purpose, the contaminant solution is included in the analysis domain by the use of an artifice that considers a contaminated soil with a thickness that is equivalent to the solution height. Then, the developed solution was matched to some test data performed by Boscov (1997), Gurjão (2005) and Silveira (2014) and allows concluding that the diffusion coefficients obtained were consistent, with values contained in the main occurrence interval and below the upper limit defined by the diffusion coefficient of the contaminant in aqueous solutions. An adjustment of the same data to other solutions, which consider different initial and boundary conditions, have shown that some of them have a complex implementation and frequently returns inconsistent values of the coefficient. Finally, a parametric analysis was held and has confirmed that the behavior obtained by the presented new solution, named equivalent contaminated layer solution, is similar to the observed in pure diffusion. The parametric analysis also suggested that the adjustment for obtaining the diffusion coefficient can be optimized by the definition of the appropriate test characteristics