FÍSICA DO SOLO
TEÓRICA
2012
1
CAPÍTULO 2 - RELAÇÕES DE MASSA E VOLUME DOS
CONSTITUINTES DO SOLO
O solo é um sistema heterogêneo, polifásico, disperso e poroso. As três
fases do solo são representadas pela parte sólida do solo, pela água (solução do
solo) e pelo ar (fase gasosa).
A parte sólida do solo é composta por uma parte mineral e uma parte
orgânica (resíduos vegetais e animais, total ou parcialmente decompostos). A
parte mineral é constituída por partículas provenientes do intemperismo da
rocha, variando quanto ao tamanho, forma e composição. A composição química
depende da rocha mãe e a forma pode ser cúbica, esférica, laminar, etc. Já
quanto ao tamanho da parte sólida do solo pode ser classificada:
Parte sólida do solo
Diâmetro (mm)
Matacões
> 200
Calhaus
20 - 200
Cascalho
2 - 20
TFSA
<2
A parte gasosa é semelhante ao ar atmosférico, porém, apresenta maior
concentração de CO2 e menor de O2.
2
A parte líquida constitui a solução do solo. É constituída pela água do
solo retida sob diferentes tensões.
Baseado no diagrama abaixo será definido algumas das relações
matemática entre os constituintes do solo.
Ar
Var
Vv
V
Água
Va
Mar = 0
Ma
M
Sólidos
Vs
Ms
2.1. DENSIDADE DE PARTÍCULAS ou DENSIDADE REAL ou
DENSIDADE ESPECÍFICA REAL (Dp)
É a relação entre a massa do solo seco (105-110 oC) e o volume do solo
seco. Assim:
Dp = Ms/Vs
Onde:
Dp = densidade de partículas (g/cm3 ou Mg/m3)
Ms = massa do solo seco (g ou Mg)
Vs = volume do solo seco (cm3 ou m3)
A densidade de partículas depende da composição da fração sólida do
solo e geralmente varia de 2,60 a 2,70 g/cm3 ou Mg/m3.
2.1.1. DETERMINAÇÃO
2.1.1.1. Método do Balão volumétrico
3
Pesar 20 g de terra fina seca em estufa (TFSE) e transferir para um balão
volumétrico de 50 ml de volume, transferir 20 ml de álcool etílico para o balão
volumétrico usando uma bureta inicialmente com 50 ml de álcool, agitar e
deixar em
repouso durante 15 minutos, completar o volume do balão volumétrico e fazer a
leitura L na bureta (figura abaixo).
0 mL
L
50 mL
50 mL
Determinar o volume dos sólidos usando a expressão 50 - L. Calcular a
densidade de partículas usando a expressão:
Dp = 20/(50 - L)
2.1.1.2. Método do Picnômetro
Pesar 3 g de terra fina seca em estufa (TFSE) e transferir para um
picnômetro de 50 ml de volume adicionando-se 20 ml de água destilada ao
picnômetro, agitando de tal maneira a conseguir uma suspensão homogênea.
Colocar os picnômetros dentro de um dessecador acoplando-os a uma bomba de
vácuo. Após retirar todo o ar dos picnômetros, completar o volume de cada um e
pesar o conjunto picnômetro cheio de água mais o solo dentro (b). A seguir
4
pesar o mesmo picnômetro somente com água dentro. A soma deste peso com o
peso do solo seco será igual a (a) figura abaixo.
Ms
+
Água
Água
Sólidos
a
b
Calcular a densidade de partículas usando a expressão:
Dp = 3/(a-b)
2.1.2. APLICAÇÕES
a) Utilizada no cálculo da porosidade total;
b) Utilizada no cálculo do tempo de sedimentação;
c) Utilizada como critério auxiliar na classificação de minerais.
2.2.
DENSIDADE
DO
SOLO
ou
DENSIDADE
APARENTE
ou
DENSIDADE GLOBAL ou MASSA ESPECÍFICA APARENTE (Ds)
É a relação entre a massa do solo seco (105-110 ºC) e o volume total do
solo. Assim:
5
Ds = Ms/V
Onde:
Ds = densidade do solo (g/cm3 ou Mg/m3)
Ms = massa do solo seco (g ou Mg)
V = volume total do solo (cm3 ou m3)
A densidade do solo depende da estrutura do solo, da umidade do solo,
da compactação do solo, do manejo do solo, etc.
2.2.1. DETERMINAÇÃO
A densidade do solo pode ser obtida através da utilização de métodos
não destrutivos tais como sonda de neutrons, radiação gama e tomografia
computadorizada, ou através de métodos destrutivos tais como método do anel
volumétrico (cilindro de Uhland) e método do torrão parafinado. A seguir será
apresentado resumidamente o procedimento utilizado nos métodos destrutivos.
2.2.1.1. Método do Anel Volumétrico
Coletar uma amostra de solo com estrutura indeformada em um anel
volumétrico de volume conhecido (V). Secar a amostra de solo em estufa a
105-110 ºC e determinar a sua massa seca (Ms). Determinar a densidade do solo
usando a expressão Ds = Ms/V.
2.2.1.1. Método do Torrão Parafinado
Este método consiste em impermeabilizar um torrão mergulhando-o em
parafina fundida. O volume do torrão é determinado imergindo-o em água e
determinando o peso do mesmo dentro e fora d'água. Pelo princípio de
Arquimedes, calcula-se o volume do torrão + parafina, que é igual ao peso da
água deslocada. Deduzindo-se o volume da parafina obtém-se o volume do
torrão. A seguir será apresentado um exemplo para ilustrar este método.
6
Considere que durante a realização deste ensaio foram obtidos os
seguintes pesos:
a) Peso do torrão ao ar sem parafina = 300 g
b) Peso do torrão ao ar com parafina = 320 g
c) Peso do torrão com parafina imerso em água destilada = 100 g
d) Umidade do torrão = 5 % em peso
e) Densidade da parafina = 0,8 g cm-3
f) Densidade da água = 1,0 g cm-3
Antes de iniciarmos a solução do ensaio será interessante fazer a
seguinte consideração.
Quando se pesa uma amostra de solo úmido estamos pesando o seguinte:
M = Ms + Ma
Onde:
M = massa do solo úmido (TFSA) (g)
Ms = massa do solo seco (TFSE) (g)
Ma= massa da água (g)
Dividindo e multiplicando a massa de água pela massa do solo seco,
vem:
M = Ms + Ma(Ms/Ms)
Sabendo-se que, por definição, a relação Ma/Ms é igual à umidade
gravimétrica do solo (U), vem:
M = Ms + U Ms
Fatorando a expressão acima vem:
M = Ms (1 + U) ou TFSA = TFSE (1 + U)
Esta expressão é de grande aplicabilidade na física e mecânica do solo.
Solução do exercício:
7
Por definição a Ds = Ms/V, assim para resolver este exercício deve-se
determinar Ms e V como a seguir:
M = Ms (1 + U) logo Ms = M/(1 + U). Substituindo-se os valores vem;
Ms = 300/(1 + 0,05) = 285,71 g
Vtorrão + parafina = (320 - 100)/1,0 = 220 cm3
Vparafina = (320 - 300)/0,8 = 25 cm3
Vtorrão = 220 - 25 = 195 cm3
Ds = 285,71/195 = 1,47 g cm-3
2.2.2. APLICAÇÕES
a) Utilizada no cálculo de uma maneira em geral;
b) Permite inferir sobre as condições de compactação do solo e,
consequentemente, inferir sobre o impedimento mecânico ao sistema
radicular das plantas.
2.3. POROSIDADE TOTAL DO SOLO (VTP ou n ou f)
Porosidade total do solo é a porção do volume do solo não ocupada por
sólidos. Matematicamente pode ser expressa por:
VTP = Vv/V = (V - Vs)/V = 1 - Vs/V
Dividindo a expressão acima por Ms vem:
VTP = 1 - (Vs/Ms)/(V/Ms) = 1 - (Vs/Ms)(Ms/V)
Sabendo-se que Vs/Ms = 1/Dp e Ms/V = Ds vem:
VTP = [1 - (Ds/Dp)] x 100
2.3.1. APLICAÇÕES
A caracterização do sistema de poros são importantes no estudo de:
a) Armazenamento e movimento da água no solo;
b) Desenvolvimento do sistema radicular;
8
c) Resistência mecânica dos solos;
d) Fluxo e retenção de calor.
2.3.2. CÁLCULO DA IRRIGAÇÃO DE VASOS
a) Usando a porosidade total
Calcular a irrigação de vasos para as seguintes condições:
- Produção máxima obtida com 70% do VTP ocupado por água
- Vaso com 3 kg de solo com 5% de umidade gravimétrica
- Ds = 0,95 g cm-3
- Dp = 2,30 g cm-3
Solução
VTP = [1 - (0,95/2,30)] x 100 = 58,69%
70% do VPT ocupado com água = 0,70 x 58,69 = 41,08%
Ms = M/(1 + U) = 3000/(1 + 0,05) = 2857,14 g
Sabe-se que Ds = Ms/V logo,
V = Ms/Ds = 2857,14/0,95 = 3007,52 cm3
Logo :
100 cm3 de solo úmido
----------------- 41,08 cm3 ocupado com água
3007,52 cm3 de solo úmido
----------------- X
3
X = 1235,49 cm ocupado com água
Correção da umidade
Peso de água = 3000 - 2857,14 = 142,86 g de água (Dágua = 1 g cm-3)
Logo o Volume de água = 142,86 cm3 de água
Quantidade de água a irrigar = 1235,49 - 142,86 = 1092,63 cm3 de
água
9
Controle da irrigação por pesagem
- Peso do vaso = 200,00 g
- Peso do solo = 3000,00 g
- Peso da água = 1092,64 g
- Peso final
= 4292,64 g
b) Usando a expressão h = (AI x Ds x H)/100
1mm = 1 L/m2
Onde:
h = Quantidade de água a ser aplicada (mm)
AI = Água de irrigação (%)
H = Altura do solo a ser irrigado (mm)
Calcular o que se pede para as seguintes condições:
- Ponto de murcha permanente (PMP) = 15%
- Capacidade de campo (CC) = 28%
- Umidade atual (U) = 18%
- Ds = 1,40 g cm-3
b.1) Que altura de água (h) há na faixa de irrigação numa camada de 40 cm
de espessura.
AI = U - PMP = 18 - 15 = 3%
h = (3 x 1,4 x 400)/100 = 16,8 mm de água
b.2) Qual a faixa de irrigação máxima deste solo.
AI = CC - PMP = 28 - 15 = 13%
h = (13 x 1,4 x 400)/100 = 72,8 mm de água
b.3) Qual a quantidade de água necessária para atingir a capacidade de
campo
10
AI = CC - U = 28 - 18 = 10%
h = (10 x 1,4 x 400)/100 = 56,0 mm de água
b.4) O que acontece se aplicarmos 18 mm de chuva
h = 18 mm
18 = (AI x 1,4 x 400)/100 ⇒ AI = 3,2%
Portanto, a umidade do solo será = 18 + 3,2 = 21,2%
b.5) Qual a quantidade máxima de água que o solo retém
AI = CC = 28%
h = (28 x 1,4 x 400)/100 = 156,8 mm de água
b.6) O que acontece quando aplicarmos 174 mm de água na seguinte
situação
Horizonte
Prof. (cm)
PMP (%)
CC (%)
U (%)
Ds (g cm-3)
Ap
0 - 25
8
18
10
1,4
A2
25 - 65
15
28
18
1,4
B1
65 - 125
16
32
20
1,5
AI = CC - U
Horizonte Ap: h = (8 x 1,4 x 250)/100 = 28 mm
Horizonte A2: h = (10 x 1,4 x 400)/100 = 56 mm
Horizonte B1: h = (12 x 1,5 x 600)/100 = 108 mm
Portanto 28 + 56 + 108 = 192 mm de água (esta é a quantidade de água
necessária para molhar os três horizontes e atingir a capacidade de campo de
todos eles).
Como 174 mm < 192 mm, conclui-se que 174 mm de água não é
suficiente para molhar os três horizontes até atingir a capacidade de campo.
11
Baseado nos cálculos acima pode-se então calcular até que
profundidade foi molhada por 174 mm.
Água que irá molhar o horizonte B1 = 174 - (28 + 56) = 90 mm
90 = (12 x 1,5 x H)/100 ⇒ H = 500 mm = 50 cm
2.3.3. DISTRIBUIÇÃO DE POROS POR TAMANHO
Num determinado solo a distribuição de poros por tamanho é função da
textura e da estrutura.
A porosidade total pode ser dividida em: porosidade não capilar ou
macroporosidade (poros com diâmetro maior ou igual a 0,05 mm) e porosidade
capilar ou microporosidade (poros com diâmetro menor que 0,05 mm).
2.3.3.1. Cálculo do Diâmetro do Poro:
h = 2 σ cos θ/r ρ g
Onde:
h = altura de ascensão da água
σ = tensão superficial da água
θ = ângulo de contato da água e as paredes do capilar
r = raio do tubo capilar
ρ = densidade da água
g = aceleração da gravidade
Assumindo constantes alguns parâmetros da equação acima a mesma
pode ser rescrita da seguinte maneira:
h = 0,3/d
Onde:
h = altura de ascensão da água (cm)
12
d = diâmetro do poro (cm)
2.3.4. DETERMINAÇÃO
Os aparelhos usados para a determinação da porosidade do solo são a
mesa de tensão e a unidade de sucção. A unidade de sucção é constituída por um
conjunto de funis de Buckner. Na determinação da microporosidade a altura de
sucção a ser aplicada é igual a 60 cm.
2.3.4.1. Porosidade Livre de Água (Poros Bloqueados)
Os poros bloqueados são macroporos que não receberam água durante a
saturação, devido a obstrução por microporos, que não deixaram a água passar.
Assim, os poros bloqueados podem ser determinados matematicamente através
da seguinte expressão:
Poros Bloqueados = VTP calculado - VTP determinado
Onde:
VTP calculado = [1 - (Ds/Dp)] x 100
VTP determinado = Umidade de saturação x Ds
2.4. UMIDADE DO SOLO
A umidade do solo pode ser expressa na base de peso ou na base de
volume.
2.4.1. Umidade na Base de Peso ou Umidade Gravimétrica
A umidade na base de peso ou umidade gravimétrica é expressa pela
relação entre a massa de água e a massa do solo seco. Assim pode-se escrever:
U = (Ma/Ms) x 100
Onde:
U = umidade na base de peso ou umidade gravimétrica (% ou g/g)
13
Ma= massa de água (g)
Ms = massa do solo seco (g)
2.4.2. Umidade na Base de Volume
A umidade na base de volume é expressa pela relação entre a massa de
água e o volume total da amostra. Assim pode-se escrever:
θ = (Ma/V) x 100
Onde:
θ = umidade na base de volume (% ou cm3/cm3)
Ma= massa de água (g)
V = volume total da amostra (cm3)
Uma outra maneira de se expressar a umidade na base volume é
apresentada a seguir:
θ = U x Ds
Onde:
θ = umidade na base de volume (% ou cm3/cm3)
U = umidade na base de peso ou umidade gravimétrica (%)
Ds = Densidade do solo (g cm-3)
2.5. GRAU DE SATURAÇÃO
O grau de saturação é expresso pela relação entre o volume de água e o
volume vazios. Assim pode-se escrever:
S = (Va/Vv) x 100
Onde:
S = grau de saturação (%)
Va= volume de água (cm3)
Vv = volume de vazios (cm3)
2.6. ÍNDICE DE VAZIOS
14
O índice de vazios é expresso pela relação entre o volume de vazios e
volume de sólidos. Assim pode-se escrever:
e = (Vv/Vs) x 100
Onde:
e = índice de vazios (%)
Vv = volume de vazios (cm3)
Vs = volume de sólidos (cm3)
2.7. DENSIDADE TOTAL
A densidade total é expressa pela relação entre a massa total e o volume
total. Assim pode-se escrever:
D = (M/V) x 100
Onde:
D = densidade total (g cm-3)
M = massa total (g)
V = volume total (cm3)
15
CAPÍTULO 3 - TEXTURA DO SOLO
A textura do solo representa a distribuição quantitativa das partículas
individuais do solo quanto ao tamanho. Portanto, para estudar a textura do solo
há necessidade de se adotar um determinado sistema de classificação
granulométrica.
Infelizmente não existe um sistema de classificação
granulométrica universalmente aceito para classificar as partículas do solo
quanto ao tamanho. Os principais sistemas de classificação são:
- USDA (U. S. Department of Agriculture)
- ISSS (Int. Soil Science Society)
- USPRA (U. S. Public Roads Administration)
- BSI (British Standards Institute)
- MIT (Massachusetts Institute of Technology)
- DIN (German Standards)
No Brasil os sistemas de classificação granulométrica mais utilizados
são o USDA (classificação americana) e o ISSS (classificação internacional
também conhecida como classificação de Atterberg). Estes sistemas estão
apresentados no quadro abaixo:
Frações
Areia Muito Grossa
Areia Grossa
Areia Média
Areia Fina
Areia Muito Fina
Silte
Argila
USDA (Americana)
ISSS (Atterberg)
---------------------Diâmetro (mm)-------------------2-1
-------1 - 0,5
2 - 0,2
0,5 - 0,25
-------0,25 - 0,10
0,2 - 0,02
0,10 - 0,05
--------0,05 - 0,002
0,02 - 0,002
< 0,002
< 0,002
16
3.1. CARACTERIZAÇÃO DA AREIA, SILTE e ARGILA
A caracterização das frações areia, silte e argila de acordo com Ferreira
(1993), é a seguinte:
3.1.1. FRAÇÃO AREIA
A fração areia é solta, com grãos simples (não forma agregados), não
plástica, não pode ser deformada, não pegajosa, não higroscópica, predominam
poros grandes na massa, não coesa, pequena superfície específica, capacidade de
troca de cátions praticamente ausente.
3.1.2. FRAÇÃO SILTE
A fração silte é sedosa ao tato, apresenta ligeira coesão quando seco,
poros de tamanho intermediário, ligeira ou baixa higroscopicidade, superfície
específica com valor intermediário, capacidade de troca iônica baixa.
3.1.3. FRAÇÃO ARGILA
A fração argila é plástica e pegajosa quando úmida, dura e muito coesa
quando seca, alta higroscopicidade, elevada superfície específica, alta CTC,
poros muito pequenos, contração e expansão, forma agregados com outras
partículas.
A fração que mais influencia o comportamento físico do solo é a argila.
A superfície da argila é carregada negativamente. Estas cargas negativas são
neutralizadas por uma nuvem de cátions. As cargas da superfície da partícula
mais os cátions neutralizantes formam a dupla camada elétrica. A nuvem de
cátions consiste de uma camada mais ou menos fixa na proximidade da
superfície da partícula chamada camada de Stern, e uma parte difusa
17
estendendo-se até uma certa distância da superfície da partícula, como ilustrado
Concentração iônica
na figura abaixo.
íons +
no
íons Distância da superfície da partícula
Onde no é a concentração da solução fora da dupla camada
A atração de um cátion a uma micela da argila carregada
negativamente geralmente aumenta com o aumento da valência do cátion.
Assim, cátions monovalentes são mais facilmente repelidos do que os cátions
di ou trivalentes. Os cátions altamente hidratados tendem a ficar mais longe da
superfície da partícula e, portanto, mais facilmente trocados do que os cátions
menos hidratados. Portanto, os cátions di ou trivalentes formam uma dupla
camada fina causando floculação, enquanto que os cátions monovalentes
formam uma dupla camada espessa causando dispersão. Assim, dependendo
do estado de hidratação e do cátion trocável as partículas de argila podem
flocular ou ficar na forma dispersa. A dispersão geralmente ocorre com os
cátions monovalentes e altamente hidratados (ex. sódio), enquanto que a
floculação ocorre com os cátions di ou trivalentes (ex. Al3+, Ca2+).
A ordem de preferência da troca de cátion nas reações geralmente é a
seguinte (Jenny, 1932; 1938):
Al3+ > Ca2+ > Mg2+ > K+ > Na+ > Li+
18
3.2. DETERMINAÇÃO DA TEXTURA DO SOLO
A textura do solo pode ser determinada de dois modos (Ferreira, 1993)
3.2.1. Teste de Campo
O teste de campo utiliza-se da sensibilidade ao tato para identificar as
frações do solo. Assim, a areia apresenta aspereza, o silte é sedoso e a argila
apresenta plasticidade e pegajosidade.
3.2.2. Análise Textural ou Mecânica ou Granulométrica
A análise Textural é realizada no laboratório e, de um modo geral,
consiste de 3 fases: o pré-tratamento, a dispersão e a separação das frações do
solo.
3.2.2.1. Pré-Tratamento
O pré-tratamento tem por finalidade eliminar os agentes cimentantes, os
íons floculantes e os sais solúveis, que podem afetar a dispersão e a estabilidade
da suspensão. São exemplos de pré-tratamento:
a) Remoção da matéria orgânica (para teores maiores do que 5%): através da
oxidação com água oxigenada (H2O2);
b) Remoção de carbonatos: através da utilização de ácido clorídrico diluído;
c) Remoção de óxido de ferro e alumínio: através da utilização do ditionitocitrato-bicarbonato de sódio. Sua utilização é questionável em solos
tropicais;
d) Remoção de sais solúveis: realizada através da diálise da amostra de solo.
e)
19
3.2.2.2. Dispersão
A dispersão tem por finalidade conseguir a individualização das
partículas do solo. Para se obter a dispersão máxima das amostras de solo há
necessidade de se combinar o uso de métodos mecânicos e químicos. Os
métodos mecânicos mais usados são: agitação suave e demorada, e agitação
violenta e rápida. Já os métodos químicos empregados utilizam o hidróxido de
sódio e o hexametafosfato de sódio mais carbonato de sódio (calgon) por serem
mais facilmente encontrados no comércio e por serem mais baratos.
3.2.2.3. Separação das Frações
Esta fase consiste em separar as frações constituintes da parte sólida do
solo. As frações grosseiras (Areias) são separadas através do peneiramento,
enquanto as frações mais finas (silte e a argila) são separadas através da
sedimentação.
3.3. CÁLCULO DO TEMPO DE SEDIMENTAÇÃO
O cálculo do tempo de sedimentação é feito utilizando-se a Lei de Stokes
(1951). Esta lei é apresentada a seguir:
v = 2/9 . [(Dp - Df) . g . r2]/η
η
mas d = v . t
logo a equação acima pode ser escrita como segue:
t = (9 . h . η)/[2 . (Dp - Df) . g . r2]
Onde:
t = tempo de sedimentação (seg)
h = profundidade de coleta na proveta (cm)
η = viscosidade da água (poise)
20
Dp = densidade de partículas (g cm-3)
Df = densidade da água (g cm-3)
g = aceleração da gravidade (cm seg-2)
r = raio da partícula (cm)
Para se usar a Lei de Stokes é necessário “aceitar” algumas condições
assumidas pela mesma:
a) As partículas são suficientemente grandes para não serem afetadas pelos
movimentos térmicos (movimentos Brownianos) das moléculas do fluido;
b) As partículas são rígidas, esféricas e lisas;
c) Todas as partículas possuem a mesma densidade;
d) A suspensão é suficientemente diluída, de tal modo, que não ocorre
interferência
de uma com a outra
e cada partícula sedimenta
independentemente;
e) O fluxo ao redor das partículas é laminar.
3.4. MÉTODOS DE ANÁLISE TEXTURAL
A análise textural pode ser feita utilizando-se dois métodos: o método da
pipeta e o método Bouyoucos (hidrômetro).
O método da pipeta baseia-se em coletar uma alíquota da suspensão da
qual foi previamente separado as areias e determina-se, então, através de
pesagem do material seco, a porcentagem de argila contida na amostra de solo.
O silte, por sua vez, será determinado por diferença.
Já o método do hidrômetro baseia-se em se determinar a concentração da
argila de uma suspensão da qual foi previamente separado as areias. O silte, por
sua vez, será determinado por diferença. Maiores detalhes destas duas análises
serão dados em aula prática.
21
3.5. CURVA GRANULOMÉTRICA
É a representação gráfica da distribuição das partículas do solo por
tamanho. No eixo X plota-se o diâmetro das partículas em milímetro, no eixo Y
plota-se a porcentagem acumulada retida e no eixo Y secundário plota-se a
porcentagem que passa. No eixo X usa-se uma escala logarítmica enquanto nos
eixos Y usa-se a escala natural (figura abaixo).
100
0
uniform
e
20
60
40
40
60
bem graduado
20
80
100
0
0,001
% retida
% que passa
80
0,01
0,1
1
10
100
Diâmetro dos grãos (mm)
A forma de apresentação da curva granulométrica em escala semilogarítmica é conveniente do ponto que solos com mesmo grau de uniformidade,
terão curvas aproximadamente paralelas
3.5.1. Coeficiente de Uniformidade (Cu)
O coeficiente de uniformidade é definido pela expressão:
Cu = D60/D10
Onde:
D60 = diâmetro das partículas correspondente a 60% passando
D10 = diâmetro das partículas correspondente a 10% passando
22
O coeficiente de uniformidade do solo informa o tipo de curva
granulométrica do mesmo. Assim, solos com Cu < 5 possuem granulometria
muito uniforme, enquanto solos com 5 < Cu < 15 possuem granulometria com
uniformidade média e solos com Cu > 15 possuem granulometria desuniforme.
3.5.2. Superfície Específica ( am, av, ab)
A superfície específica é definida como sendo a razão entre a área
superficial total das partículas do solo por unidade de massa das partículas (am),
ou por unidade de volume das partículas (av), ou por unidade do volume total do
solo (ab). Assim podemos escrever:
am = As/Ms
2
2
2
Unidades : cm /g ou m /g ou m /kg
av = As/Vs
2
3
2
3
Unidades: cm /cm = 1/cm
ab = As/V
Unidades: cm /cm = 1/cm
Onde:
As = área superficial total das partículas do solo (cm2)
Ms = massa das partículas do solo (g ou kg)
V = volume total do solo (cm3)
A superfície específica do solo depende do tamanho e forma das
partículas. Portanto, partículas em forma de lâmina expõem maior área por
volume ou por massa do que partículas equidimensionais (ex. cúbico ou
esférico). Assim, as argilas têm grande influência no valor da superfície
específica dos solos.
23
A superfície específica do solo correlaciona-se com a CTC, retenção e
liberação de elementos químicos (nutrientes e poluentes), expansão, retenção de
água, plasticidade, coesão, resistência, etc.
CAPÍTULO 4 - ESTRUTURA DO SOLO
A estrutura do solo pode ser definida como sendo o arranjamento das
partículas solo. Em geral, a estrutura dos solos pode ser categorizada em 3 tipos:
grãos simples, maciça e agregada.
A estrutura do solo do tipo agregada é classificada levando em
consideração o tipo (blocos, prismática, esferoidal e laminar), a classe (pequena,
média e grande) e o grau, o qual é variável com a umidade do solo. O grau de
estrutura é a força de união entre as unidades estruturais e é muito importante do
ponto de vista de manejo, podendo ser alterado por este.
4.1. DESENVOLVIMENTO DA ESTRUTURA DO SOLO
O pré-requisito para a agregação é que a argila esteja floculada. De
acordo com Bradfield (1936), agregação é igual a floculação mais algo mais.
Este algo mais é igual à cimentação.
Os agregados quanto ao tamanho podem ser classificados em
macroagregado (diâmetro > 1 mm) e em microagregado (diâmetro < 1 mm). A
forma e/ou degradação dos agregados do solo depende das inter-relações dos
fatores físicos, químicos e biológicos.
4.1.1. Modelos de Estruturação
• Emerson (1959) propôs o seguinte modelo:
24
Onde se observa os tipos de ligações:
A = quartzo - matéria orgânica - quartzo
B = quartzo - matéria orgânica - cristais de argila
C = argila - matéria orgânica - argila
C1 = face - face
C2 = canto (lado) - face
C3 = canto - canto
D = argila = canto - face
• Ferreira (1988) propôs os seguintes modelos:
- Para um Latossolo com predomínio de gibbsita na fração argila
25
Onde:
A = Gibbsita
B = Óxido de Fe
□ Goethita
• Hematita
Para um Latossolo com predomínio de caulinita na fração argila
Onde:
A = caulinita
B = Óxido de Fe
□ Goethita
• Hematita
C = matéria orgânica
26
4.2. FATORES QUE AFETAM A FORMAÇÃO DE AGREGADOS
4.2.1. Cátions
Os cátions alteram a espessura da dupla camada iônica causando
floculação ou dispersão. Exemplo: Ca, Mg, óxido de ferro e alumínio
4.2.2. Matéria orgânica
A matéria orgânica atua na agregação do solo como um agente
cimentante. Devido a matéria orgânica ser susceptível à decomposição pelos
microorganismos, a mesma deve ser reposta continuamente para que se
mantenha a estabilidade dos agregados ao longo do tempo (Hillel, 1982).
4.2.3. Sistema de cultura e sistema radicular
A influência do sistema de cultivo na agregação é função do sistema
radicular, densidade e continuidade da cobertura, modo e freqüência do cultivo e
tráfego.
As raízes exercem pressões que comprimem os agregados separando dos
agregados adjacentes. A absorção de água pelas raízes causa desidratação
diferencial, contração e abertura de numerosas trincas pequenas. Os produtos de
exudação das raízes aliados à morte contínua das raízes, particularmente do
pêlos radiculares, promovem a atividade biológica, a qual resulta na produção de
cimentos húmicos.
As condições de umidade na hora do cultivo têm grande influência na
estabilidade dos agregados. O preparo do solo com alta umidade pode causar
compactação, enquanto que o preparo do solo quando seco pode causar
pulverização. Portanto, para se preservar os agregados, aconselha-se que o
preparo do solo seja feito na zona de friabilidade do solo.
27
4.2.4. Microorganismos
Os microorganismos (bactérias e fungos) do solo cimentam os agregados
através de produtos excretados. Dentre os produtos excretados pode-se citar:
polissacarídeos, hemiceluloses ou uronides, levans, etc.
4.3. FATORES DESTRUTIVOS DOS AGREGADOS
Dentre os fatores destrutivos dos agregados pose-se citar:
a) Impacto das gotas de chuva que pode causar desagregação e erosão;
b) Preparo excessivo do solo que pode causar compactação e pulverização do
solo;
c) Aumento da concentração de Na+ relativo a Ca++ e Mg++ causando dispersão;
d) Temperatura que pose causar oxidação da matéria orgânica.
4.4. IMPORTÂNCIA DA ESTRUTURA
A estrutura do solo é de fundamental importância pois regula processos
como:
a) Aeração;
b) Armazenamento e circulação de água;
c) Penetração de raízes;
d) Disponibilidade de nutrientes;
e) Atividades macro e micro biológicas;
f) Temperatura do solo.
4.5. AVALIAÇÃO DA ESTRUTURA
A estrutura do solo pode ser avaliada indiretamente através da
determinação de algumas propriedades físicas do solo tais como:
a) Densidade do solo;
28
b) Porosidade total;
c) Distribuição de poros por tamanho;
d) Condutividade hidráulica do solo saturado;
e) Estabilidade de agregados;
f) Pressão de preconsolidação.
Baseado nestas propriedades, Ferreira (1988) fez as seguintes
observações constantes na tabela abaixo.
Latossolo
Ds
Ks
DMG
↑
%
Macroporos
↓
% Caulinita
↓
↓
↓
↑
↑
↑
↑
% Gibbisita ↑
Tais resultados foram justificados pelo pesquisador baseado em:
a) A avaliação micromorfológica da estrutura dos Latossolos cauliníticos
revelou que a distribuição dos grãos de quartzo em relação ao plasma é
eminentemente porfirogrânica, isto é, os grãos estão envoltos num plasma
denso,
contínuo,
com
pouca
tendência
ao
desenvolvimento
de
microestrutura, implicando no surgimento de estrutura em blocos;
b) A avaliação micromorfológica da estrutura dos Latossolos gibbisíticos
revelou que a distribuição dos grãos de quartzo em relação ao plasma segue
o padrão "agglutinic", isto é, apresenta desenvolvimento de microestrutura
com predomínio de poros de empacotamento composto, implicando no
surgimento de estrutura do tipo granular.
4.6. CARACTERIZAÇÃO DA ESTRUTURA DO SOLO
A estrutura do solo pode ser estudada usando os seguintes métodos:
29
4.6.1. Métodos Diretos
Nos métodos diretos a caracterização da estrutura do solo pode ser feita
no campo (morfologia) ou em laboratório através da microscopia.
4.6.2. Métodos Indiretos
A utilização dos métodos indiretos para caracterizar a estrutura
dependem do objetivo da análise e envolvem:
4.6.2.1. Peneiramento dos agregados secos
Esta análise permite inferir sobre os efeitos da erosão eólica na estrutura
do solo.
4.6.2.2. Peneiramento dos agregados imersos em água
Esta análise permite inferir sobre os efeitos da erosão hídrica na estrutura
do solo.
O procedimento para realização destas duas análises consiste
basicamente em passar os agregados previamente homogeneizados, quanto ao
tamanho, em um conjunto de peneiras de diâmetros 2; 1; 0,5; 0,25; e 0,10 mm,
imersas ou não em água.
4.7. ÍNDICES ALTERNATIVOS PARA EXPRESSAR A DISTRIBUIÇÃO
DOS AGREGADOS POR TAMANHO
4.7.1. Diâmetro Médio Geométrico (DMG)
O diâmetro médio geométrico pode ser calculado pelas seguintes
expressões:
DMG = 10X
X = [Σ (n log d)/Σn]
ou
30
DMG = eY
Y = [Σ (n ln d)/Σn]
31
Onde:
n = % dos agregados retidos em uma determinada peneira
d = diâmetro médio de uma determinada faixa de tamanho do agregado
(mm)
4.7.2. Diâmetro Médio em Peso (DMP)
O diâmetro médio em Peso pode ser calculado pela seguinte expressão:
n
DMP = Σ ni di
i=1
Onde:
ni = % dos agregados retidos em uma determinada peneira (forma decimal)
di = diâmetro médio de uma determinada faixa de tamanho do agregado (mm)
4.7.3. Porcentagem de Agregados Estáveis (PAE)
A porcentagem de agregados estáveis pode ser calculada pela seguinte
expressão:
(Peso total seco dos agregados + areias) - (Peso total seco da areia)
(Peso total seco da amostra) - (Peso total seco da areia)
O peso da areia retido é obtido através da agitação mecânica do material
retido em cada peneira com um dispersante químico. A seguir lava-se o material
disperso na peneira na qual o material ficou retido.
32
4.8. EXERCÍCIOS
1) Explicar detalhadamente como os fatores físicos, químicos e biológicos
afetam a formação e/ou degradação dos agregados.
2) Calcular o diâmetro médio em peso e o diâmetro médio geométrico para a
seguinte condição:
Classe de
tamanho de
agregado (mm)
Peneiramento Seco
Peneiramento Úmido
0 - 0,5
Solo
Virgem
10%
Solo
Cultivado
25%
Solo
Virgem
30%
Solo
Cultivado
50%
0,5 - 1
10%
25%
15%
25%
1-2
15%
15%
15%
15%
2-5
15%
15%
15%
5%
5 - 10
20%
10%
15%
4%
10 - 20
20%
7%
5%
1%
20 - 50
10%
3%
5%
0%
Discutir os resultados.
33
CAPÍTULO 5 - CONSISTÊNCIA DO SOLO
A consistência do solo pode ser definida como sendo a manifestação das
forças de coesão e adesão que se verificam no solo em função da variação da
umidade do solo. A força de coesão ocorre entre os corpos de mesma natureza,
como por exemplo, a força que ocorre entre as partículas do solo, enquanto que a
adesão ocorre entre corpos de diferentes naturezas, como por exemplo, a força
que ocorre entre as partículas do solo e as moléculas da água.
Com a crescente utilização de máquinas agrícolas, quer no preparo do
solo ou na realização de tratos culturais ou até mesmo na realização da colheita,
foi induzido, consequentemente, uma maior incidência de tráfego nas áreas
cultivadas. Além disso, este tráfego é feito muitas das vezes sem o menor
controle da umidade do solo, a qual, entre outros parâmetros, é um dos
principais condicionadores da capacidade suporte de carga dos solos. Portanto,
modificações na consistência do solo devido à variação na umidade afetará
diretamente a resistência do solo ao preparo, bem como sua capacidade suporte
de carga e sua resistência à compressão. Assim, o manejo adequado da umidade
é de fundamental importância para se evitar a compactação dos solos agrícolas.
Finalmente, espera-se que o conhecimento dos limites de consistência do solo
poderá ser de grande valia na tomada de decisões de quando determinadas
operações agrícolas devam ou não serem realizadas.
A mudança na consistência do solo pode ser exemplificada como segue:
se em um solo extremamente seco, portanto não moldável plasticamente,
adicionarmos progressivamente pequenas quantidades de água, o solo tornará
cada vez mais dócil à deformação. A partir de uma determinada umidade U1 o
solo se tornará friável. Continuando a adicionar água, o mesmo solo atingirá
uma umidade U2, a partir da qual o mesmo será plástico, permitindo ser
moldado. Continuando a adicionar mais água, o mesmo solo vai se tornando
34
cada vez mais mole até que, ao atingir a umidade U3, passará a atuar como um
líquido viscoso (Figura abaixo).
Est. sólido U1
Est.
Semisólido
U2 Est. plástico U3 Est. líquido
LC
LP
Friabilidade
LL
Plasticidade
Viscosidade
A região de friabilidade é a região adequada para o preparo do solo,
entretanto a susceptibilidade do solo à compactação é grande na região de
plasticidade devido a sua baixa resistência à compressão e, consequentemente,
baixa capacidade suporte de carga.
A passagem de um estado de consistência para outro é gradual. A
umidade que separa o estado líquido do plástico denomina-se limite de liquidez
(LL), sendo os limites de plasticidade (LP) e de contração (LC) as umidades
separadoras dos estados plástico do semi-sólido e do semi-sólido do sólido,
respectivamente. Assim, os limites de Atterberg representam as mínimas
umidades necessárias para que o solo se encontre em um dos seus estados.
O intervalo de umidade no qual o solo se encontra no estado plástico é
denominado de índice de plasticidade (IP). Assim.
IP = LL - LP
A consistência de um solo no seu estado natural, com a umidade U, pode
ser expressa pelo seu índice de consistência (IC), dado pela seguinte expressão:
IC = (LL - U)/IP
Os fatores que afetam a consistência do solo são: umidade, textura do
solo, tipo de argila, matéria orgânica, estrutura e tipo de cátion.
5.1. AVALIAÇÃO DA CONSISTÊNCIA
35
O limite de liquidez é determinado usando-se o aparelho de Casagrande.
Este limite é igual a umidade correspondente a 25 golpes do aparelho de
Casagrande.
O limite de plasticidade é determinado pela confecção de um cilindro de
3 mm de diâmetro e 10 cm de comprimento. Quando o cilindro, assim formado,
começa a apresentar fissuras, interrompe-se o ensaio e determina-se a umidade
do solo do cilindro. Repete-se a operação algumas vezes (mínimo de 3) e obtémse o valor médio da umidade, o qual será o limite de plasticidade do solo.
O limite de contração é obtido mediante a determinação da massa e do
volume de uma amostra seca em estufa (105 - 100 °C). Este limite representa a
umidade abaixo da qual a maior parte dos solos não apresentam redução de
volume.
36
CAPÍTULO 6 - O PROCESSO DE COMPACTAÇÃO DO SOLO
6.2. DIAGNÓSTICO DA COMPACTAÇÃO DO SOLO
Os sintomas de compactação do solo podem ser observados tanto no solo
quanto na planta. De acordo com Ferreira (1993), dentre os sintomas observados
nos solos compactados pode-se destacar:
6.2.1. No solo
-
Presença de crostas
-
Aparecimento de trincas nos sulcos de rodagem do trator
-
Zonas endurecidas abaixo da superfície do solo
-
Empoçamento de água
-
Erosão pluvial excessiva
-
Presença de resíduos vegetais parcialmente decompostos muitos meses após
sua incorporação
-
Necessidade de maior potência das máquinas de cultivo.
6.2.2. Na planta
-
Baixa emergência das plantas
-
Variação no tamanho das plantas
-
Folhas amarelecidas
-
Sistema radicular pouco profundo
-
Raízes mal formadas
37
6.3. MEDIDAS PREVENTIVAS PARA EVITAR A COMPACTAÇÃO
DO SOLO
Os solos variam grandemente na sua susceptibilidade à compactação. A
persistência das camadas compactadas além da cultura atual causada pelo prévio
tráfego já foi relatado por diversos pesquisadores. Alguns estudos mostraram
que os efeitos da compactação são temporariamente prejudiciais. Entretanto, na
maioria dos casos, pequenas ou nenhuma modificação foi observada. Portanto, a
restauração da compactação do solo, se possível, é de alto custo e consome
muito tempo. Assim, a melhor estratégia para evitar a compactação é a sua
prevenção.
A seguir serão apresentadas algumas medidas sugeridas por Larson et al.
(1994), que puderam levar à prevenção da compactação do solo.
6.3.1. Manejo da água do solo
A susceptibilidade dos solos à compactação é função da umidade do
solo. Portanto, o manejo da água é muito importante no manejo da compactação
do solo. O manejo da água do solo pode ser feito por drenagem ou irrigação
sendo seu objetivo final a modificação da consistência do solo como pode ser
visto no seguinte diagrama.
Limites
Estado
Consistência
Resistência
ao preparo
Capacidade
suporte de
carga
Resistência à
compressão
LC
sólido
Duro
Alta
LP
Semi-sólido
Friável
Baixa
LL
plástico
Plástico
Média
líquido
Líquido
Muito baixa
Alta
Alta a
moderada
Baixa
Muito baixa
Muito alta
Alta a
moderada
Baixa
Alta
38
Apesar do diagrama acima proposto por Larson et al. (1994) apresentar
uma classificação qualitativa da capacidade suporte de carga dos solos, esta
classificação não nos permite quantificar os níveis de pressões que podem ser
aplicados aos solos em função da sua umidade. Assim, uma outra alternativa
para auxiliar no manejo da água é a utilização de modelos matemáticos que
quantifiquem a capacidade suporte de carga do solo em função da umidade
como os desenvolvidos por Dias Junior (1994). Estes modelos apresentam uma
relação entre a pressão de preconsolidação e a umidade do solo, sendo a pressão
de preconsolidação a máxima pressão que deve ser aplicada ao solo sem que
adicional compactação ocorra.
6.3.2. Manejo do maquinário agrícola
Um dos grandes dilemas do manejo do maquinário agrícola é o de
decidir quando as operações agrícolas devem ou não serem realizadas devido às
condições de umidade do solo. Até hoje não existe um método
comprovadamente seguro que possa auxiliar o produtor na tomada de decisão de
realizar ou não uma determinada operação agrícola. A decisão errônea de se
aplicar uma determinada pressão ao solo, sem o prévio conhecimento de sua
capacidade suporte para uma determinada condição de umidade, pode levar a
aplicação de uma pressão que excede a sua capacidade suporte resultando em
compactação adicional do solo. Portanto, em uma agricultura sustentável é de
extrema importância o manejo do maquinário agrícola em função da umidade do
solo. A seguir são apresentadas algumas medidas sugeridas por Larson et al.
(1994), no que se refere ao manejo do maquinário agrícola que poderão levar à
prevenção da compactação do solo.
39
-
Nível de pressão por eixo das máquinas agrícolas o que causará diferentes
níveis de pressão de contato das rodas (pneus ou esteira). Rodas largas, duas
rodas juntas ou redução da pressão de inflação dos pneus são algumas
medidas a serem consideradas para redução da pressão de contato das rodas.
-
Operações das máquinas agrícolas. Alguns dos fatores a serem levados em
consideração neste item são: velocidade de operação, condições de umidade
do solo, trafego controlado, número de passadas e tipo de implemento
agrícola.
6.3.3. Práticas Agronômicas
A compactação dos solos pode ser prevenida ou minimizada pela escolha
correta das práticas agronômicas. A seguir são apresentadas algumas medidas
sugeridas por Larson et al. (1994), no que se refere a práticas agronômicas que
poderão levar à prevenção da compactação do solo.
-
Incorporação e manutenção da matéria orgânica
-
Calagem
-
Sistema de plantio
6.3.4. Medidas curativas
Quando a compactação começa limitar o desenvolvimento das plantas
com conseqüente redução na produtividade, é necessário que medidas curativas
sejam adotadas com o objetivo de quebrar a camada compactada o que
melhorará a curto prazo as condições nas quais as plantas estão se
desenvolvendo. A seguir são apresentadas algumas medidas sugeridas por
Larson et al. (1994), no que se refere a medidas curativas que podem aliviar o
efeito da compactação do solo.
-
Preparo do solo: aração, aração profunda e gradagem
-
Subsolagem: em uma direção e cruzada
40
-
Rotação de cultura, incluindo, se possível for, uma planta que funcione
como subsolador natural.
6.3.5. Medidas aliviatórias
Uma alternativa para tornar os efeitos da compactação menos severos a
curto e médio prazo é usar a estratégia do manejo adequado da umidade do solo,
dos níveis de fertilidade, bem como optar pela escolha de espécies mais
resistentes aos efeitos da compactação. Características como maior resistência ao
estresse de água, bem como plantas com sistema radicular com maior poder de
penetração, são características desejáveis nas plantas para tornar os efeitos da
compactação menos severos.
41
42
CAPÍTULO 7 - A ÁGUA DO SOLO
A água é uma das mais importantes substância da crosta terrestre. Nas
formas líquida e sólida cobre mais de 2/3 da crosta terrestre, e na forma gasosa é
constituinte da atmosfera estando presente em toda parte. A água é uma
substância essencial à agricultura, pois é de vital importância para as plantas. A
água utilizada pelas plantas fica armazenada no solo, sendo fornecida às plantas
de acordo com suas necessidades. Entretanto, a recarga natural deste reservatório
é variável, devido à variabilidade na distribuição das chuvas. Todavia, o uso de
irrigação tem contribuído para minimizar a variabilidade da recarga de água do
solo pelas chuvas. Assim, o conhecimento de seu comportamento em relação ao
sistema solo-planta-atmosfera é essencial para estudos visando a produção
vegetal.
7.1. RETENÇÃO DE ÁGUA PELO SOLO
O solo tem a propriedade de atrair e reter a água no estado líquido e em
forma de vapor. A molécula de água apresenta uma distribuição assimétrica de
carga, a qual gera um dipolo elétrico que é responsável por uma série de
propriedades físico-químicas como por exemplo: bom solvente, adsorsão sobre
superfície sólida e hidratação de íons e colóides. Como o solo apresenta cargas
elétricas, as moléculas de água se orientam para serem retidas. Nesta interação
solo-água, verifica-se a influência de forças de adsorsão (forças de coesão e de
adesão). Além destas forças, a água do solo pode ser retida por capilaridade. A
capilaridade atua na retenção de água na região de baixa sucção (solo úmido).
Na região de alta sucção (solo seco), as forças de adsorsão passam a dominar o
fenômeno de retenção de água do solo.
43
7.1.1. Fatores que afetam a retenção de água pelo solo
Os principais fatores que afetam a retenção de água pelo solo são:
7.1.1.1. Textura e tipo de argila
Solos argilosos retém mais água do que solos arenosos e solos com
argila 2:1 retém mais água do que solos com argila 1:1. A retenção de água a
alta sucção (maior que 1 atm) é influenciada pela textura e superfície específica,
sendo que o fenômeno de adsorsão domina a retenção de água.
7.1.1.2. Matéria orgânica
A matéria orgânica aumenta a capacidade de retenção de água do solo
diretamente e indiretamente através da melhoria das condições físicas do solo,
devido a sua influência na estrutura do solo. Freire e Scardua (1978) observaram
que a retenção de água do horizonte A1 de um Latossolo Roxo distrófico
diminuiu quando a matéria orgânica foi oxidada. Observou-se também que a
capacidade de reter água da matéria orgânica do solo influencia mais os
resultados na faixa de baixa sucção.
7.1.1.3. Estrutura do solo
A retenção de água a baixa sucção depende do fenômeno de capilaridade
e distribuição do tamanho de poros, sendo grandemente afetada pela estrutura do
solo. O manejo inadequado do solo pode causar compactação do solo com
conseqüente destruição da estrutura do solo, o que diminuirá a retenção de água
a baixa sucção.
7.3.4. Capacidade de Campo
É a umidade retida no solo depois que o excesso de água percolante
tenha sido drenado. É considerado como sendo o limite superior da faixa de água
disponível para as plantas. A literatura apresenta diferentes valores para este
44
parâmetro, entretanto, tem-se usado com mais freqüência 0,33 atm para os solos
argilosos, 0,06 atm e 0,10 atm para os solos arenosos.
45
CAPÍTULO 8 – DETERMINAÇÃO DA UMIDADE DO SOLO
Os métodos de determinação da umidade do solo podem ser
classificados em diretos e indiretos.
8.1. MÉTODO DIRETO
8.1.1. Método da estufa
Este método consiste em se determinar a massa de uma amostra de solo
antes e depois da secagem em estufa a 105 - 110 °C durante 24 horas ou até
massa constante, e calcular a umidade pela expressão:
massa de água
U=
x 100
massa do solo seco
Um inconveniente deste método é que consome muito tempo sendo
inviável a obtenção dos resultados instantaneamente.
8.1.2. Método do fogareiro calibrado com o método da estufa
Este método consiste em aquecer uma amostra de solo em uma frigideira
durante 15 minutos usando um fogareiro a gaz. Determina-se, então, a umidade
utilizando a expressão do método da estufa. Para corrigir a umidade para o
método da estufa basta usar a expressão obtida por Pacheco e Dias Junior
(1990). Esta expressão é apresentada a seguir:
Uestufa = 0,9778 Ufogareiro - 2,6095 .................. R2 = 0,99093
Como vantagem deste método pode-se citar a facilidade na sua
execução, pois é um método rápido, barato e simples o que permitiria ao
produtor rural ter pelo menos uma idéia da umidade do solo.
8.2. MÉTODOS INDIRETOS
46
Os métodos indiretos envolvem a medição de alguma propriedade do
solo que é afetada pela umidade ou instalando algum objeto dentro do solo, o
qual entrará em equilíbrio com a umidade do solo. Dentre os métodos indiretos
pode-se citar:
8.2.1. Método baseado nas propriedades elétricas do solo
Este método baseia-se na correlação da passagem da corrente elétrica e a
umidade do solo. Para a obtenção desta correlação, instala-se no solo corpos
porosos constituídos de um par de eletrodos envoltos por gesso, nylon ou fibra
de vidro. As leituras só devem ser feitas quando estes corpos entrarem em
equilíbrio com a umidade do solo.
Existem dois métodos para a determinação da umidade baseado na
medida das propriedades elétricas do solo, quais sejam:
8.2.1.1. Método de Bouyoucos
Este método usa como corpo poroso um bloco de gesso e mede a
resistência à passagem da corrente elétrica de um solo em função de sua
umidade.
8.2.1.2. Método de Colman
Este método usa como corpo poroso um bloco de fibra de vidro revestido
por uma chapa de aço inox e mede a quantidade de corrente elétrica que passa
em um solo em função de sua umidade.
Tanto na instalação quanto no uso destes blocos alguns problemas
podem ocorrer. De acordo com Freire (sem data), os problemas que podem
ocorrer são:
-
São afetados pela histerese
-
Contato entre bloco e solo
47
-
Variação das propriedades hidráulicas do bloco com o tempo
-
Blocos feitos de fibra de vidro são altamente sensíveis a pequenas variações
de concentração salina da solução do solo. Já nos blocos de gesso isso não
acontece, pois a solução dentro do bloco tem concentração constante e
praticamente igual a de uma solução saturada de sulfato de cálcio.
-
Os blocos de gesso deterioram com o tempo devido a sua solubilidade.
8.2.2. Método de Speedy
Este método consiste em medir a pressão exercida pelo gás etino gerado
pela reação do carbureto de cálcio com a água do solo de uma certa quantidade
de material de solo colocado juntamente com o carbureto dentro de uma garrafa
metálica, na qual existe um manômetro acoplado. Com a leitura da pressão e
com a quantidade de material de solo usada, determina-se em uma tabela a
umidade do solo. Este método tem sido muito usado na construção civil.
8.2.3. Método da dispersão de neutrons
De acordo com Hillel (1970), o aparelho utilizado neste método consiste
de duas partes: uma sonda, que é introduzida em um tubo de acesso perfurado no
solo e que contém uma fonte de neutrons rápidos e um detector de neutrons
lentos e um aparelho para medir o fluxo de neutrons lentos.
Resumidamente este método funciona do seguinte modo (Hillel, 1970).
Os neutrons rápidos se dispersam no solo em todas as direções. Em sua
trajetória, os neutros rápidos encontram vários corpos no solo e com eles
colidem, perdendo gradualmente a sua energia cinética. A perda de energia é
máxima sempre que o neutron colide com os núcleos de hidrogênio da água.
Alguns dos neutrons que foram desacelerados retornam à sonda onde são
contados por um medidor de neutrons lentos. Observou-se, então, que a
densidade de neutrons lentos formada perto da sonda é proporcional à
48
concentração de hidrogênio no solo e, portanto, mais ou menos proporcional à
umidade do solo. Se o solo estiver seco a nuvem de neutrons lentos ao redor da
sonda será menos densa do que para solos úmidos e estenderá a uma distância
maior da fonte de neutrons. Em geral, o raio de influência da sonda é menor do
que 10 cm para solos úmidos e maior do que 25 cm para solos secos. Por
questão de segurança, a sonda de neutrons deve ser transportada dentro de um
recipiente cilíndrico preenchido com chumbo e algum material com hidrogênio
(parafina ou polietileno), designado a prevenir o escape de neutrons rápidos. O
uso impróprio ou excessivo do equipamento pode ter efeitos desastrosos. O
perigo de ser exposto a radiação depende da potência da fonte, da qualidade do
cilindro protetor, da distância do operador à fonte e da duração do contato. Com
a observância das normas de segurança o equipamento pode ser usado sem
riscos à saúde.
8.2.4. Método da radiação gama
Este método baseia-se na absorção de raios gama pelo solo. O grau de
atenuação dos raios gama correlaciona-se com as mudanças na umidade do solo.
Assim, utilizando a equação de atenuação e desprezando o efeito do ar, pode-se
calcular a umidade do solo pela seguinte expressão:
Im/I0 = exp [-S (µs ρb + µw θ) - 2 S' µc ρc]
Onde:
Im/I0 = razão do fluxo transmitido e o incidido
µc, µs, µw = coeficientes de atenuação do recipiente, solo e água, respectivamente
θ = umidade do solo em g cm-3
ρc = densidade do recipiente
S' = espessura da parede do recipiente
ρb = densidade do solo
49
S = espessura da coluna de solo
8.2.5. Método TDR (Time Domain Reflectometry)
O TDR é um método indireto de determinação da umidade do solo, o
qual baseia-se na determinação das características de propagação das ondas
eletromagnéticas no solo. O sistema consiste de um transmissor/receptor de
ondas, cabos e hastes metálicas de comprimento conhecido que servem para
conduzir as ondas. No final da linha de transmissão o sinal é refletido. O tempo
de viagem da onda depende das propriedades dielétricas do meio. Portanto, o
TDR permite medir o tempo de viagem do sinal com o qual pode-se calcular a
constante dielétrica do solo. De posse da constante dielétrica do solo calcula-se a
umidade do solo usando as seguintes equações (Topp et al., 1980).
Ka = (c . t/2 . L)2
Onde:
Ka = constante dielétrica do solo
c = velocidade de propagação da onda eletromagnética no espaço livre (3 x 1010
m/s)
t = tempo de viagem da onda
L = comprimento da haste metálica
e
θ = -0,053 + 0,029 Ka - 5,5 x 10-4 Ka2 + 4,3 x 10-6 Ka3
Onde:
θ = umidade volumétrica (m3 m-3)
Com algumas vantagens deste método podemos citar (Pierce, 1991):
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Operação segura
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É possível fazer medições na superfície do solo
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Possibilita medições em qualquer condição de umidade, apresentando algum
problema quando o solo está muito seco ou próximo à saturação
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Permite medições no campo e no laboratório
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Fácil transporte (portátil), instalação e calibração
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Permite medições contínua
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Permite medições no sentido horizontal, vertical e inclinado
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