CEN5755 - Técnicas avançadas em física de solos
Análise Granulométrica de Solos
Métodos Convencionais e por
Atenuação de Raios Gama
Osny Bacchi
CENA/USP
2005
Literatura Recomendada:
Baver,L.D.; Gardner,W.H. & Gardner, W.R. 1972. Soil Physics. John Wiley
& Sons, Inc., New York. 498p.
Buckman, H.O. & Brady, N.N. 1968. Natureza e Propriedades dos Solos.
Livraria Freitas Bastos, Rio de Janeiro, 594p.
Klute, A. 1986. Methods of Soil Analysis, Part 1: Physical and Mineralogical
Methods, 2nd Edition. American Society of Agronomy, Inc.&
Soil Science Society of America, Inc., Madison Wisconsin.USA.
Agronomy Series, Number 9, 1188p.
Libardi, P.L. 1995. Dinâmica da água no solo. Piracicaba, SP., ESALQ/USP,
Depto. Física e Meteorologia, 1aEd.,497p.
Reichardt, K. 1990. A água em sistemas agrícolas. Piracicaba, SP. Editora
Manole Ltda., 188p.
Reichardt, K.1996. Dinâmica da matéria e da energia em ecossistemas.
Piracicaba, SP., ESALQ/USP., Depto. Física e Meteorologia, 505p.
Vaz, C.M.P., J.C.M.Oliveira, K. Reichardt, S. Crestana., P.E. Cruvinel,
O.O.S. Bacchi. 1992. Soil mechanical analysis through gamma ray
attenuation. Soil Technology. (Cremlingen). 5:319-325.
Vaz, C.M.P., Naime, J.M., Macedo,A., 1999. Soil particle size fractions
determined by gamma ray attenuation. Soil Science. 164(5):403-410.
EMBRAPA. Centro Nacional de Pesquisa de Solos. Manual de Métodos de
análise de solo/ Centro Nacional de Pesquisa de Solo. 2.ed.rev. atual.
Rio de Janeiro, 1997. 212p.
Análise Granulométrica de Solos
Composição granulométrica (textura):
Proporção relativa dos diferentes grupos de
partículas classificados por tamanho - cada
classe de tamanho(areia, limo e argila) pode
conter partículas de mesma classe mineral.
Diferentes escalas e classes de tamanho de
partículas:
(critérios arbitrários)
Escala mais aceita: USDA
Areia
Esqueleto
do
AMG AG
solo
F (mm) 2
1
AM
0,5
AF
AMF
0, 25 0,10
Limo
0,05
Argila
0,002
Algumas relações dimensionais
entre partículas
F = 2 mm
Areia
A=4pR2=0,126 cm2
V=4/3pR3=0,00419 cm3
m=0,00419.2,65=0,0111 g
Argila
F = 0,002 mm (argila)
A=4pR2=1,26.10-7 cm2
V=4/3pR3=4,19.10-12 cm3
m=4,19.10-12.2,65=1,11.10-11 g
Relação entre diâmetros
 Areia 103
1 metro


 Argila 1 1 milímetro
Relação entre superfícies externas
Aareia
0,126
106


7
Aarg ila 1,26.10
1
Relação entre volumes
Vareia
0,00419 109


12
Varg ila 4,19.10
1
Relação entre superfícies específicas (A/M)
SEareia
11,3
1

 3
SEarg ila 11350 10
A importância da textura do ponto de vista físico
(determina, praticamente, todas as demais propriedades)
•é fator determinante das propriedades de retenção e
capacidade de armazenamento de água e nutrientes
•é fator determinante na distribuição de poros e,
consequentemente, das propriedades de condução de água
e gases e suas trocas com a atmosfera e plantas
•é fator determinante da estrutura do solo (diferenças nas
interações elétricas)
•é fator determinante das propriedades de resistência à
penetração de raízes e à implementos de movimentação
mecânica do solo
•é fator determinante de propriedades térmicas do solo,
tais como capacidade calorífica, condutividade térmica
Diagrama de classificação textural de solos
(USDA)
100 0
Franco-argilo-arenoso
10
Argila
40
0
Areia
100
(1)
Franco argiloso
Franco
limoso
Franco
arenoso
50
Areia
(3)
(2)
Silte 100
0
Diagrama de classificação textural de solos
(USDA)
100
Argila
Argila
limosa
Franco argilo Franco
argiloso
limoso
Argila
arenosa
Franco
Franco
argilo
arenoso
Franco limoso
Franco
arenoso Areia
barrentaAreia
Limo
0
Areia
100
Métodos Clássicos de Análise por Sedimentação:
1) Preparo da amostra:
• separação do “esqueleto do solo” (fração maior que 2mm)
 peneiramento TFSA
• Preparo da amostra de TFSA para dispersão:
a) Método da pipeta: (20g solo+250ml água+10ml NaOH(1N)
b) Método do densímetro: (50g solo+100ml água+25ml NaOH(1N)
(agitar e deixar em repouso por uma noite )
•Dispersão em agitador: 5 a 15 minutos (solos arenosos à argilosos)
•Separação da areia (>0,053mm): peneiramento, lavagem, secagem
e pesagem
•Transferência da mistura limo+argila (<0,053mm) para cilindro
de sedimentação e completar o volume à 1000ml
Métodos Clássicos de Análise por Sedimentação:
2) Lei de Stokes (1851)
A) Hidrostática: R = P - E
E
R
P
4 3
E p
l g
3 8
4 3
P p
pg
3 8
4 3
R p
g(  p  l )
3 8
B) Equilíbrio de forças no processo de sedimentação: Fa = R
na velocidade terminal de queda ()  mru
Fa  3.p . ..v
Fa
R
4 3
3.p . ..v  p
g(  p  l )
3 8
1 2
v
 g(  p  l )
18
= viscosidade do líquido; = velocidade de queda;
= diâmetro da partícula; g = aceleração da grav.
C) Separação das frações limo e argila pelo tempo
de sedimentação
h
t
18h
g (  p   l ) 2
Método da pipeta
aliquota
Secagem
Pesagem
h
C=m/v
Método do densímetro
0 g/l
argila
h
50 g/l
limo
Método do cilindro de Koettgen
argila
h1
h2
h1 e t1 (argila+limo)
h2 e t2 (limo)
limo
Principais limitações  a) perturbação do processo de sedimentação
pelos sistemas de tomada de alíquotas e introdução do densímetro;
b) longo tempo para obtenção de suficiente h para introdução do
densímetro ou tomada de alíquota,c) avaliações por grupos de
partículas - descontínua
Método de análise com uso da atenuação de feixe
de raios gama
Solução
dispersante
X
Io
Ir
Io
ln
Ir
H H 
X
X
Io
I
I  I oe
argila
(1)
  p  p x p  H  H ( X  x p )
Ir
x p (  p  p  H  H )
e
I
limo
X
Io
I r  I oe
 H H X
I
Ir
ln
I
xp 
 p  p  H H
A
m p  A. x p . D p
V  A. X
x D
C p p
X
C
ln
Ir
I
 
X ( p  H H )
p
Substituindo (1) em (2)
(2)

Concentração (C) de partículas de diâmetro () na suspensão,
na profundidade (h) após o tempo de sedimentação (t), onde:
C
18h
t
g (  p   l ) 2
Ir
ln
I
X p 
Io
ln
Ir
p
X  cm
 p  cm2 . g 1
 p  g.cm3
C  g.cm3
Dificuldades: necessidade de conhecimento
preciso de X e p
Vantagens: a) não perturbação do processo de
sedimentação; b) avaliação contínua da distribuição de
partículas por tamanho que pode ser agrupada em
diferentes classes.
Exemplo
1) Dados
a) Concentração inicial de partículas (argila+limo) na suspensão
C0= 50g/l
b) viscosidade da solução dispersante de NaOH a 25 0C:
 0,0093 gcm-1s -1
c) densidade de partículas: =2,65 g.cm-3
d) densidade da solução dispersante:  l=0,997 g.cm-3
e) diâmetro das partículas de limo:  >0,002mm (>0,0002cm)
f) profundidade de amostragem desejada: h=3cm
g) aceleração da gravidade: g = 980 cm.s-2
h) coeficiente de absorção de massa das partículas: p=0,34 cm2g-1
2) Tempo necessário para sedimentação do limo abaixo de h=3cm
t
18h
18.0,0093.3

 7750 seg(129min)
2
2
g (  p   l )
980(2,65  0,997)0,0002
3) Avaliação da concentração de argila com feixe gama:
X=5cm
I0=100.000 cpm
I0
Ir
Ir=99.000 cpm
Solução
dispersante
Io
100000
ln
Ir
99000  0,00201 cm 1
H H 

X
5
ln
X=5cm
I0
I
I0=100.000 cpm
I= 95.000 cpm
99000
95000
C

 0,0243g.cm 3  24,3 g / l
 
0,00201
X (  p  H H ) 5(0,34 
)
p
2,65
ln
Ir
I
ln
Porcentagem de argila na mistura limo+argila
C 24,3

 0,486  48,6%
C0
50
100g solo  peneiramento 
80 g (argila+limo)
20 g (areia) =20%
80 g (argila+limo)
48,6% argila = 38,9g
51,4%limo = 41,1g
100g solo  peneiramento 
20 g (areia) =20%
38,9 % argila
41,1 % limo
Outro procedimento analítico
X
I0
Ir
I r  I oe
 H H X
Solução
dispersante
X
I0
Ico
Suspensão
argila+limo
Ico  Ioe
  H  H ( X  x A  L )   p  p x A L
Ir
x A L (  p  p   H  H )
e
I co
Ir
ln
x A L
Co 
x A L . A.  p
X.A

I co

 p  p  H H
x A L  p
X
C 
o
Ir
ln
I co
H H
X ( p 
)
p
I r  I oe
I0
X=5cm
IA
I A  I oe
 H H X
  H  H ( X  x A )  p  p x A
Ir
 H  H ( X  x A ) p  p x A
e
IA
Suspensão
após sedimentação
do limo
Ir
ln
IA
xA 
 p  p  H H
CA 
x A . A.  p
X.A

xA  p
X

CA 
Ir
ln
IA
X ( p 
H H
)
p
Ir
CA
IA


Co ln I r
I co
ln
Crelat .
Vantagem: não necessita determinação prévia
de X p
Exemplo:
I0
I0=100.000 cpm
Ir
Ir=99.000 cpm
Solução
dispersante
I0
Concentração inicial de partículas
(argila+limo) na suspensão C0= 50g/l
Ico
ICo=90.950 cpm
Suspensão
argila+limo
I0
IA
IA=95.000 cpm
Suspensão
após sedimentação
do limo
Ir
99000
ln
CA
IA


 95000  0,486(48,6%)
99000
Co ln I r
ln
I co
90950
ln
C relat .