Universidade Federal do Recôncavo da Bahia Centro de Ciências Agrárias, Ambientais e Biológicas Núcleo de Engenharia de Água e Solo CCA 039 – Irrigação e Drenagem Drenagem Agrícola: Aula 4 TALES MILER SOARES Cruz das Almas - BA, 27 de outubro de 2009 Tópico da aula 4 Estudos básicos para elaboração de projetos de drenagem (continuação) 2. Investigações do solo 2.5 Condutividade hidráulica 2. Investigações do solo 2.5 Condutividade hidráulica Henry Darcy (1856) trabalhando com filtros de areia na estação de tratamento de água em Lion na França, comprovou que: “A vazão por unidade de área que atravessa uma seção de meio poroso é diretamente proporcional à diferença de potencial de pressão entre as extremidades da coluna (ΔH) e inversamente proporcional ao comprimento da coluna (Δx)” Q H q K A x q K gradiente Q ΔH Areia Δx Q A condutividade hidráulica é a característica do solo mais importante para drenagem! Será que a umidade influencia a condutividade hidráulica do solo? 2. Investigações do solo 2.5 Condutividade hidráulica A condutividade hidráulica varia em função da textura, da estrutura, da umidade, da massa específica e da viscosidade do fluído. Condutividade hidráulica x Umidade do solo Quanto maior a umidade do solo, maior sua condutividade hidráulica! - A condutividade hidráulica é máxima na saturação. - A presença de ar nos poros causa certa dificuldade de permeabilidade à água. Ordem de grandeza da condutividade hidráulica saturada: Muito baixa: < 0,05 m/dia Média: 0,3 a 1 m/dia Muito alta: > 5 m/dia Qual o significado prático? Quanto menor a condutividade hidráulica, pior a drenagem natural do solo. Classificação de valores de condutividade hidráulica Classe Muito lenta Condutividade Hidráulica (m/dia) < 0,03 Lenta 0,03 a 0,12 Moderadamente lenta 0,12 a 0,5 Moderada 0,5 a 1,5 Moderadamente rápida 1,5 a 3,0 Rápida 3,0 a 5,0 Muito rápida > 5,0 Millar (1988) 2. Investigações do solo 2.5 Condutividade hidráulica Como estimar ou medir? 2. Investigações do solo 2.5 Condutividade hidráulica Como estimar ou medir? Alguns métodos: a) Correlações com a textura (gráficos e tabelas) b) Permeâmetros (laboratório) c) Furo do trado (campo) d) Método do poço seco (campo) e) Método do piezômetro (campo) 2. Investigações do solo 2.5 Condutividade hidráulica a) Correlações com a textura (gráficos e tabelas) Autores indicam essas correlações, mas será que isso dá bons resultados? 2. Investigações do solo 2.5 Condutividade hidráulica a) Correlações com a textura (gráficos e tabelas) Autores indicam essas correlações, mas será que isso dá bons resultados? Condutividade depende do arranjo das partículas, não só do tamanho... Essas correlações substanciosos. levam a erros que podem ser 2. Investigações do solo 2.5 Condutividade hidráulica b) Permeâmetros b1) Permeâmetro de carga constante b2) Permeâmetro de carga variável (indicado para condutividades muito baixas) 2. Investigações do solo 2.5 Condutividade hidráulica b1) Permeâmetro de carga constante O frasco de Mariotte permite manter uma carga constante (de água) sobre o solo... V L K0 ( L h) A t K0: condutividade hidráulica saturada, cm/h; V: volume percolado, cm3; L: Comprimento da amostra, cm; h: lâmina d´água sobre a amostra, cm; A: seção da amostra, cm2; t: tempo de percolação, hora Marques et al. (2008) b1) Permeâmetro de carga constante Marques et al. (2008) Exercício. Calcular a condutividade hidráulica saturada considerando os dados fornecidos abaixo, obtidos com um permeâmetro de carga constante Diâmetro do anel da amostra: 8 cm Altura do anel da amostra: 10 cm Altura d’água sobre a amostra: 4 cm Volume de água coletado: 50 mL Tempo de coleta: 5 minutos Fornecer o valor de condutividade em m/dia Exercício. Calcular a condutividade hidráulica saturada considerando os dados fornecidos abaixo, obtidos com um permeâmetro de carga constante Diâmetro do anel da amostra: 8 cm = 0,08 m Altura do anel da amostra: 10 cm = 0,10 m Altura d’água sobre a amostra: 4 cm = 0,04 m Volume de água coletado: 50 mL = 0,05 L = 0,00005 m3 Tempo de coleta: 5 minutos=0,0833 h= 0,0034722 dia K (m/dia) = ? D 2 0,082 A K0 4 4 V L ( L h) A t 0,00005m3 0,1m K0 (0,1m 0,04m) 0,0050265m2 0,0034722dia K 0 2,05m / dia 0,0050265m 2 2. Investigações do solo 2.5 Condutividade hidráulica b1) Permeâmetro de carga variável H1 ln L a H2 K0 A t Marques et al. (2008) K0: condutividade hidráulica saturada, cm/h; L: Comprimento da amostra, cm; A: seção da amostra, cm2; a: seção do tubo, cm2; t: tempo de percolação, hora; H1 e H2: potencial inicial e final, respectivamente, cm. Permeâmetro de carga variável Marques et al. (2008) Exercício. Calcular a condutividade hidráulica saturada considerando os dados fornecidos abaixo, obtidos com um permeâmetro de carga variável: Diâmetro do anel da amostra: 8 cm Altura do anel da amostra: 10 cm Diâmetro do tubo superior: 5 mm Altura d’água inicial sobre a amostra: 10 cm Altura d’água final sobre a amostra: 5 cm Tempo para o rebaixamento: 10 minutos Fornecer a condutividade em m/dia Diâmetro do anel da amostra: 8 cm = 0,08 m Altura do anel da amostra: 10 cm = 0,1 m Diâmetro do tubo superior: 5 mm = 0,005m Altura d’água inicial sobre a amostra: 10 cm = 0,1 m Altura d’água final sobre a amostra: 5 cm = 0,05m Tempo para o rebaixamento: 10min = 0,1667h=0,006944 dia H1 ln L a H2 K0 A t K m/dia = ? H1 L l1 0,10 0,10m 0,20m H 2 L l 2 0,10 0,05m 0,15m H 2 L l 2 0,10 0,05m 0,15m A a D 4 d2 4 2 0,08 2 4 0,0052 4 0,0050265m 2 0,00001963 m2 0,20 ln 0,10m 0,003927m 2 0,15 K0 0,0050265m 2 0,006944dia 0,20 ln m2 0,10m 0,000019634 0,15 K0 0,0050265m 2 0,006944dia K 0 0,01618m / dia 2. Investigações do solo 2.5 Condutividade hidráulica c) Método do Furo do trado Mais usado na prática! Método condicionado à presença de L.F. próximo à superfície Procedimento: - Abrir buraco com trado com 1 a 1,5 m de profundidade - Aguardar que a água se estabilize no furo - Retirar a água e medir a velocidade de recuperação do nível com um cronômetro 2. Investigações do solo 2.5 Condutividade hidráulica c) Método do Furo do trado Superfície do solo Solo úmido Nível freático H é a distância entre o L.F e o fundo do poço Solo saturado G é a distância entre o fundo do poço e a camada impermeável Camada Impermeável Um poço deve ser escavado no solo com um trado, até uma profundidade abaixo do nível freático: Se solo for argiloso: H deve ficar entre 50 e 70 cm Se solo for arenoso ou siltoso: H deve ficar entre 30 e 50 cm Figura adaptada de http://www.cca.ufsc.br/~aaap/ Superfície do solo Nível freático G Camada Impermeável Após um tempo variável, o nível da água dentro do poço entra em equilíbrio com o nível freático circundante; Figura adaptada de http://www.cca.ufsc.br/~aaap/ Trena com bóia Estaca Superfície do solo W Y0' H G Camada Impermeável Uma parte da água deve ser retirada do poço (medir altura Y0’), o que faz com que mais água passe a fluir das paredes do poço; Figura adaptada de http://www.cca.ufsc.br/~aaap/ À medida em que a água entra no poço, a bóia sobe, e o valor da profundidade inicial Y0’ assume valores menores: Yt’ (leituras Y’ nos tempos t). A taxa de elevação do nível da água no poço deve ser medida e posteriormente convertida através de fórmulas ou gráficos, na condutividade hídrica do solo saturado (k0). Estaca Y0’ G Camada Impermeável Figura adaptada de http://www.cca.ufsc.br/~aaap/ Yt’ Os valores de Y0´e Yt’ são tomados em relação ao nível de referência, mas são necessárias as leituras em relação ao nível do lençol freático: Y0 e Yt W Yt’ Y0’ Nível de recuperação útil Y G Figura adaptada de http://www.cca.ufsc.br/~aaap/ Camada Impermeável W Yt’ Yt Y0’ Y0 Nível de recuperação útil Y G Camada Impermeável Yt = Yt’ – W Y0 = Y0’ - W W é a altura do lençol freático em relação ao nível do L.F. W Yt’ Yt Y0’ Y0 Nível de recuperação útil Y G Camada Impermeável Observação Importante: Leituras úteis: Y Y0 / 4 Essa condição ocorre quando a medição de tempo é feita com nível de água próxima ao fundo do poço. Há o caso em que o fundo do orifício atinge a barreira impermeável: G = 0 W Superfície do solo H G=0 Camada Impermeável Figura adaptada de http://www.cca.ufsc.br/~aaap/ 2. Investigações do solo 2.5 Condutividade hidráulica c) Método do Furo do trado Se G > H/2 Se G = 0 2 4000 *r y Ko * (H 20*r)*(2 y )*y t H Ko: em m/dia H, r, y: em cm Δt: em s y y0 yt 2 2 3600 *r y Ko * (H 10*r)*(2 y )*y t H H é a distância entre o fundo do poço e o lençol freático. 2. Investigações do solo 2.5 Condutividade hidráulica E se 0 < G < 0,5 H ???? 2. Investigações do solo 2.5 Condutividade hidráulica Se 0 < G < 0,5 H “Nesse caso, as equações anteriores não se aplicam e a solução é adotar uma média dos valores de K obtidos com ambas as equações anteriores” Exercício: Calcular a condutividade hidráulica saturada, tendo em vista os dados apresentados abaixo, provenientes de um teste efetuado através do método do furo do trado. Profundidade do buraco: 1,5 m abaixo do nível do solo Diâmetro do buraco: 8 cm Profundidade da camada impermeável: 3 m abaixo do nível do solo Leituras de profundidade do lençol em relação a um plano de referência situado 30 cm acima do nível do solo: antes do esgotamento do poço: 80 cm após o esgotamento do poço: 130 cm quando transcorridos 3 minutos de recuperação: 120 cm Antes de tudo, fazer o desenho! W Yt’ H Yt Y0’ Y0 Y G Camada Impermeável 1o Passo: encontrar G, H 2o Passo: verificar a condição G > H/2 3o Passo: selecionar a equação correta 4o Passo: encontrar os valores de yo, yt 5o Passo: entrar com os valores na equação (ver unidades exigidas) 30 cm H=? Yt’ = 120 cm 150 cm 300 cm W = 80 cm Y0’ = 130 cm G=? Camada Impermeável 1o Passo: encontrar G, H G = 300-150 = 150 cm H = (150+30)-80 = 100 cm 2o Passo: verificar a condição G > H/2 G > H/2 ? 150 > 100/2 ? 150 > 50 ? Sim, então: escolher equação apropriada 3o Passo: selecionar a equação correta 2 4000 *r y Ko * (H 20*r)*(2 y )*y t H Ko: em m/dia H, r, y: em cm Δt: em s 30 cm Yt’ = 120 cm 150 cm W = 80 cm Yt Y0’ = 130 cm Y0 Y 300 cm G = 3-1,5 = 1,5m Camada Impermeável 4o Passo: encontrar os valores de yo, yt Y0 = y0’ – W = 130 – 80 cm= 50 cm Yt = yt’ – w = 120 – 80 cm = 40 cm Y = 50 – 40 = 10 cm y 50 40 45cm 2 2 4000 *r y Ko * (H 20*r)*(2 y )*y t H r = d/2 = 8/2 = 4 cm Ko 4000*42 * (50 40) (100 20*4)*(2 45 )*45 360 100 Ko 0,2831 m/dia Ko: em m/dia H, r, y: em cm Δt: em s
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