Determinação dos atributos físicos, da capilaridade e da permeabilidade hidraúlica de um solo argiloso ao fluxo de água e combústiveis

Orientador: Prof. D.Sc. Robson André Armindo

Co-orientador: Prof. D.Sc.. Jorge Luiz Moretti de Souza

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Agrárias, Programa de Pós-Graduação em Ciência do Solo. Defesa: Curitiba, 09/07/2015

Inclui referências : f. 4-5;29-32;48-49;72-73

Área de concentração: Pedologia e Manejo do Solo

Resumo: Com o aumento da industrialização houve um forte crescimento na produção de combustíveis derivado do petróleo. Assim, desde a sua produção até a revenda para os consumidores podem ocorrer inúmeros acidentes ambientais, principalmente tombamentos de trens e caminhões, bem como o vazamento de tanques de postos de combustíveis. Deve-se atentar nesses acidentes que os derivados de petróleo possuem os chamados BTEX (Benzeno, Tolueno, Etilbenzeno e Xileno), que ocasionam diversos danos ao solo, na flora, fauna e na saúde humana, devido a sua alta toxicidade. Assim, parte do derrame de combustíveis se infiltra no solo movimentando-se de acordo com suas propriedades físicas (massa específica e viscosidade) e com as propriedades físicas do meio poroso (densidade, porosidade, permeabilidade hidráulica e continuidade porosa). Neste trabalho, teve-se como objetivo avaliar a variabilidade espacial dos atributos físicos do solo e, especificamente, da permeabilidade hidráulica ao fluxo de água e combustíveis. Trinta e duas amostras de solo deformadas, com três repetições, e trinta e duas amostras não deformadas, também com três repetições, foram coletadas em uma área de 0,5 ha em uma profundidade de 0-0,20 m em espaçamento de 15x15m. Em laboratório, determinou-se a textura pelo método do densímetro, a densidade do solo (?s) pelo método do anel volumétrico, a densidade das partículas (?p) pelo método do balão volumétrico, a porosidade pela diferença entre a unidade e a razão ?s/?p e a permeabilidades hidráulicas: água (Kag), gasolina (Kg) e diesel (Kd) pelo permeâmetro de carga variável. Os resultados foram analisados por meio da estatística clássica e da geoestatística. O solo da área estudada foi classificado como argiloso e seus demais atributos estavam dentro do esperado não evidenciando compactação. A Kg foi em média 4 vezes maior do que a Kag. Já a Kd foi, em média, 1,2 vezes maior que a permeabilidade do solo à água. Tais resultados podem ser explicados por algumas características físico-químicas dos combustíveis que reagem com as cargas das argilas, ocorrendo a desidratação do solo, favorecendo o aparecimento de fissuras, ocasionando assim fluxo preferencial. No caso do diesel, a diferença foi pequena, pois mesmo havendo a formação das fissuras no solo, sua alta viscosidade em comparação a água é em média 3 vezes maior. Essas características dos líquidos também fazem com que a permeabilidade intrínseca do solo argiloso seja dependente dos líquidos. Assim, havendo um acidente, a pluma de contaminação dos combustíveis atingirá mais facilmente o lençol freático. O coeficiente de variação foi médio para os atributos físicos do solo e alto para a permeabilidade hidráulica e permeabilidade intrínseca (Ke), necessitando-se do uso da geoestatística. Os semivariogramas das variáveis analisadas foram ajustados, por meio do pacote geoR do software R, encontrando-se os modelos wave e esférico na maioria dos ajustes, baseando-se no critério do Akaike Information Criterion (AIC) e Bayesian Information Criterion (BIC). Os alcances práticos para as variáveis areia, silte, argila, ?s, ?p, porosidade, Kag, Kg, Kd, Keag, Keg, Ked foram 42,78; 29,74; 46,44; 45,52; 15,21; 22,91; 33,67; 24,34; 28,14; 26,90; 33,23 e 23,49 m, respectivamente. Palavras-chave: condutividade, contaminação, gasolina, diesel.

Abstract: The increasing demand for fuels raises risk of environmental accidents, mostly tipping trains and trucks and spills from storage containers. This kind of accident causes damages in soil, flora, fauna and human health, due to the high toxicity of some fuel components, specially the BTEX (Benzene, Toluene, Ethylbenzene and Xylene).The fate and behavior of spilled fuel on soils mainly depend on soil physical properties (density, porosity, permeability, pore continuity) and fuel physical properties (density and viscosity). This study aimed to evaluate the spatial variability of soil physical attributes, especially the soil permeability to water and fuels. The experiment used thirty-two deformed soil samples and thirty-two undisturbed soil samples, both with three replicates, in an area of 0.5ha at a depth of 0-0.20m, at a spacing of 15x15m. In the lab, it was determined texture, bulk density (?s), particle density, porosity and the saturated hydraulic permeability (Kw), gasoline permeability (Kg) and diesel permeability (Kd) by variable-head permeameter. Results were analyzed by classical statistics and geostatistics. The studied soil was classified as clay and its other attributes were as expected, without compaction evidences. The Kg was average 4 times bigger than Kw, while Kd was average 1.2 times bigger than Kw. These found results can be due to some physical-chemical characteristics of fuels that react with loads clay, occurring soil dehydration and formation of fissures inducing preferential flow. The difference between Kd and Kw was smaller because of its large viscosity. These chemical characteristic of fluids makes the water, gasoline and diesel intrinsic permeability (Kew, Keg, Ked) different from each other. Thus, if there will be an accident, the fuel plume will reach more easily the water table. There was a coefficient of variation between average for soil physical properties and high for the hydraulic permeability and intrinsic permeability, allowing the use of geostatistics. The semivariogram adjustments were realized by GeoR package, in software R, with best results to wave and spheric models for the most cases, based on the Akaike Information Criterion (AIC) and Bayesian Information Criterion (BIC). The practical range for the variables sand, silt, clay, ?s, ?p, porosity, Kw, Kg, Kd, Kew, Keg, Ked were 42.78; 29.74; 46.44; 45.52; 15.21; 22.91; 33.67; 24.34; 28.14; 26.90; 33.23 and 23.49 m, respectively. Keywords: conductivity, contamination, gasoline, diesel.