Migração de solutos em basalto fraturado: quantificação experimental em laboratório e validação matemática

Abstract

A avaliação do risco a contaminação e a escolha de técnicas de remediação de poluentes em aquíferos fraturados depende da quantificação dos fenômenos envolvidos no transporte de solutos. A geometria da fratura, usualmente caracterizada pela abertura, é o principal parâmetro que indiretamente controla o transporte nos aquíferos fraturados. A simplificação mais comum desse problema é assumir que as fraturas são um par de placas planas e paralelas, isto é, com uma abertura constante. No entanto, por causa do limitado número de trabalhos experimentais, não está esclarecida a adequabilidade do uso de uma abertura constante para simular o transporte conservativo em fraturas do Aquífero Serra Geral (ASG), Brasil. O objetivo deste trabalho é avaliar a influência da abertura de uma fratura natural do Aquífero Serra Geral sob o transporte conservativo de solutos. Uma amostra natural de basalto fraturado foi usada em um experimento hidráulico e de transporte de um traçador conservativo (escala de laboratório). O campo de abertura foi medido usando a técnica avançada, de alta resolução e tridimensional, chamada microtomografia computadorizada de raios-X. A concentração de traçador medida foi utilizada para validar uma solução analítica unidimensional da Equação de Advecção-dispersão (ADE). O desemprenho do ajuste da ADE às curvas de passagem experimentais foi avaliado para quatro diferentes tipos de aberturas constantes. Os resultados mostraram que o escoamento de água e o transporte de contaminantes pode ocorrer através de fraturas micrométricas, ocasionando, eventualmente, a contaminação do ASG. A abertura de balanço de massa é a única que pode ser chamada propriamente de "abertura equivalente". O uso de aberturas constantes na ADE não permitiu representar completamente o formato das curvas de passagem porque o campo de velocidade não é uniforme e intrinsicamente bidimensional. Portanto, na simulação do transporte deve-se incorporar a heterogeneidade da abertura da fratura.Palavras-chave: Advecção-dispersão, Breakthrough curve, Espectrofotometria, Lei Cúbica, Microtomografia de raios-X. The contamination risk assessment and the choice of suitable cleanup techniques for pollutants in fractured rock depends on the quantification of the transport phenomena. Fracture geometry often described by the apertures is the major parameter that controls indirectly solute transport in fractured rock. The simplest approach is describing fractures as a pair of smooth parallel plates with constant aperture. However, there is a lack of information about the suitability for using a constant aperture for the conservative solute transport prediction in a single fracture of Serra Geral Aquifer (SGA), Brazil. The aim of this work is to evaluate the effect of aperture variability in a natural single rough-walled fracture of Serra Geral Aquifer on conservative solute transport. A natural core of fractured basalt was used for a hydraulic and tracer tests (laboratory scale). The aperture field was measured using the advanced, high-resolution and tr...

Integração de imagem micro-CT com a Geoestatística de Multi-ponto para modelagem do escoamento em fratura pelo Método dos Elementos Analíticos

“…Os valores de abertura de fratura podem ser medidos por meio de técnicas físicas e/ou inferidas por meio de funções matemáticas. A estimativa do campo de abertura depende das rugosidades presentes na superfície das paredes da fratura, sendo inúmeras as técnicas para isto, tais como a injeção de resina epóxi, a medição da superfície topográfica com perfilômetros, a utilização de moldes de resina e a injeção de um traçador (LUCAS, 2016). Entretanto, estas técnicas podem deformar as amostras e, na maioria dos casos, os valores são obtidos de forma indireta.…”

“…No Método das Diferenças Finitas (MDF), o domínio é discretizado em uma estrutura retilínea, geralmente retangular. A formulação utilizada é de fácil entendimento e cálculo, onde as soluções aplicam os princípios da conservação de massa (TODSEN, 1971) Nesta pesquisa, a aplicação dos elementos analíticos buscou simular a estrutura dos experimentos com curvas de passagem de Lucas (2016), caracterizado por uma amostra de basalto com 100 mm de comprimento e 110 mm de diâmetro, com uma única fratura, isolada do meio externo nas laterais e faces superior e inferior, com exceção das aberturas para entrada e saída de fluxo. Optou-se pela utilização de line-doublets para a construção de polígonos, tanto para a representação do perímetro impermeável em torno da amostra, quanto para a diferenciação das regiões heterogêneas de abertura no fluxo da fratura.…”

“…Nesta amostra, foram realizadas várias injeções de Fluoresceína de Sódio (Uranina, CI: 45350) no plano da fratura. As concentrações relativas do traçador foram monitoradas em função do tempo e representadas por meio de curvas de passagem (breakthrough curves)(LUCAS, 2016). O segundo testemunho se refere a mesma fratura da primeira amostra, porém com dimensões de 2,8 cm de comprimento e 2,4 cm de diâmetro (Figura 21b), a qual foi submetida a microtomografia de raios-X (micro-CT).…”