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Tesis Doctoral
DOI
https://doi.org/10.11606/T.11.1995.tde-20231122-093444
Documento
Autor
Nombre completo
Antônio Augusto Alves Pereira
Instituto/Escuela/Facultad
Área de Conocimiento
Fecha de Defensa
Publicación
Piracicaba, 1995
Director
Título en portugués
Estudo das variações na difusividade do solo aos gases durante processos de drenagem
Palabras clave en portugués
DIFUSIDADE
DRENAGEM
FÍSICA DO SOLO
GASES
Resumen en portugués
Estudou-se neste trabalho, a relação entre as variações na difusividade do solo aos gases e as características do processo de drenagem dos meios porosos. O processo de drenagem foi analisado a partir da curva de retenção de água do solo e de dois mecanismos de dessaturação dos poros, denominados discreto e contínuo, relacionados com fenômenos capilares e de adsorção, respectivamente. As variações na difusividade foram estudadas a partir do coeficiente de difusão relativo Ds/DO, que é a razão entre os coeficientes de difusão de um gás no solo (Ds) e no ar (DO), e dos parâmetros que definem Ds/DO, que são a fração do volume de poros do meio ocupada pelo ar, εar, e o coeficiente de transmitância do meio poroso, τ (Ds/DO = εar.τ). Os objetivos da pesquisa foram: (a) propor um método, baseado no estudo do processo de drenagem do solo, para prever um intervalo de valores de potencial mátrico |ψm|, denominado |Δψmτ|, no qual deve ocorrer um incremento acentuado no coeficiente τ e em Ds/DO, devido à predominância do mecanismo de dessaturação discreto, e (b) verificar experimentalmente se o coeficiente τ apresenta incremento acentuado nos limites propostos para o intervalo |Δψmτ|. Com base no estudo do processo de drenagem de meios porosos constituídos por material granular de um Cambissolo, fêz-se a predição de que no intervalo de valores de |ψm|, 0 a 20 kPa (0 a 22,4% de εar), a variação de τ durante o processo de drenagem, seria bastante acentuada. A variação do coeficiente Ds/DO foi determinada por meio da difusão de metano (CH4) em meios porosos acondicionados em uma célula de difusão de duas câmaras, no intervalo |Δψmτ| e em um segundo intervalo, no qual os valores de εar variaram de 22,4% até a condição de solo seco ao ar (εar = 48, 6%). Este segundo intervalo, está associado a um incremento no potencial mátrico de |ψm| = 20 kPa para |ψm| 1500 kPa. Os resultados mostraram que a variação de τ no intervalo |Δψmτ, no qual |ψm| variou apenas 20 kPa, correspondeu, em média, a 62,14% da variação total verificada, o que atestou a adequação do método empregado para prever o intervalo de valores de |ψm| e εar, no qual o coeficiente τ apresenta variação acentuada. Observou-se ainda, que as relações Ds/DO = Ds/DO (εar) e Ds/DO = Ds/DO (τ), mostraram-se diferentes, o que permitiu concluir que o uso de εar como variável independente única nos modelos matemáticos para a previsão de Ds/DO, não é adequado, e que esses modelos deveriam ser propostos na forma de funções de duas variáveis (Ds/D0 = Ds/D0 (εar, τ).
Título en inglés
Soil-gas diffusivity variation and drainage process
Resumen en inglés
The relation between soil-gas diffusivity variation and drainage characteristics of soils was investigated. Drainage process in porous media was studied by the volumetric water content – water matric potential relation, and by desaturation mechanisms, denominated discrete and continuous, related with capillary and adsorption forces, respectively. Soil gas diffusivity variation was studied by means of the relative diffusion coefficient Ds/DO, which is the ratio of the ugas diffusion coefficient in soil (Ds) to that in free air (DO). The relative diffusion coefficient Ds/DO is proportional to the air porosity, εar, and to the coefficient of pore effectiveness for gas diffusion, τ (Ds/DO = εar. τ). The objectives of this research were: (a) to forecast a interval of matric potential values (|Δψmτ|), by means of a new method based on the drainage characteristics of porous media, in wich the variation of t due the predominance of discrete mechanisms is very expressive, and (b) to verify the accuracy of the new method. Relative diffusion coefficients Ds/DO for methane (CH4) through packings of granular material from a Cambisol, were measured in two-chamber diffusion cells. The results obtained from this new methodology demonstrated that expressive increments of the coeficiente τ can be expected to occur in the limits of 0 until 20 kpa of matric potential, which corresponds respectively to 0 until 22,4% air porosity. Variations of the relative diffusion coefficient were also measured in a second interval of matric potential increment, going from 20 kPa to values greater than 1500 kPa, at wich εar values changed from 22,4% to 48,6% (air dry granular material condition). The results showed that the variation of τ at the studied Δψmτ interval was 62,14% of the total measured variation, denoting that the proposed method was efficient to forecast a |ψm|, interval at which the increment of τ is very expressive.It was also observed that the relations Ds/DO = Ds/DO (εar) and Ds/DO = Ds/DO (τ) varies in a quite different manner. Therefore, mathematic models to estimate Ds/DO must consider εar and τ as independent variables.
 
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Fecha de Publicación
2023-11-24
 
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