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Análise Granulométrica de Solos Métodos Convencionais e por Atenuação de Raios Gama CEN5755 - Técnicas avançadas em física de solos Osny Bacchi CENA/USP.

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1 Análise Granulométrica de Solos Métodos Convencionais e por Atenuação de Raios Gama CEN Técnicas avançadas em física de solos Osny Bacchi CENA/USP 2005

2 Klute, A 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. Baver,L.D.; Gardner,W.H. & Gardner, W.R Soil Physics. John Wiley & Sons, Inc., New York. 498p. Buckman, H.O. & Brady, N.N Natureza e Propriedades dos Solos. Livraria Freitas Bastos, Rio de Janeiro, 594p. Libardi, P.L Dinâmica da água no solo. Piracicaba, SP., ESALQ/USP, Depto. Física e Meteorologia, 1 a Ed.,497p. Reichardt, K A água em sistemas agrícolas. Piracicaba, SP. Editora Manole Ltda., 188p. Reichardt, K Dinâmica da matéria e da energia em ecossistemas. Piracicaba, SP., ESALQ/USP., Depto. Física e Meteorologia, 505p. Literatura Recomendada: Vaz, C.M.P., J.C.M.Oliveira, K. Reichardt, S. Crestana., P.E. Cruvinel, O.O.S. Bacchi Soil mechanical analysis through gamma ray attenuation. Soil Technology. (Cremlingen). 5: Vaz, C.M.P., Naime, J.M., Macedo,A., Soil particle size fractions determined by gamma ray attenuation. Soil Science. 164(5): 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, p.

3 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 (mm) Esqueleto do solo AMGAGAMAFAMF LimoArgila 2 10,50, 250,10 0,05 0,002 Areia

4 Algumas relações dimensionais entre partículas Areia = 2 mm A=4 R 2 =0,126 cm 2 V=4/3 R 3 =0,00419 cm 3 m=0, ,65=0,0111 g Argila = 0,002 mm (argila) A=4 R 2 =1, cm 2 V=4/3 R 3 =4, cm 3 m=4, ,65=1, g

5 Relação entre diâmetros Relação entre superfícies externas Relação entre volumes Relação entre superfícies específicas (A/M)

6 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

7 0 100 Argila Limo Areia Argila Franco arenoso Franco limoso Franco argiloso Silte Areia (1) (2) (3) Franco-argilo-arenoso Diagrama de classificação textural de solos (USDA)

8 Diagrama de classificação textural de solos (USDA) Argila Areia Limo Argila limosa Franco argilo limoso Franco argiloso Argila arenosa Franco argilo arenoso Franco limoso Franco arenoso Areia barrenta 100 Areia Argila

9 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

10 Métodos Clássicos de Análise por Sedimentação: 2) Lei de Stokes (1851) P E R A) Hidrostática: R = P - E B) Equilíbrio de forças no processo de sedimentação: F a = R na velocidade terminal de queda ( ) mru FaFa R = viscosidade do líquido; = velocidade de queda; = diâmetro da partícula; g = aceleração da grav.

11 C) Separação das frações limo e argila pelo tempo de sedimentação h h Método da pipeta C=m/v aliquota Secagem Pesagem

12 Método do densímetro 0 g/l 50 g/l Método do cilindro de Koettgen h 1 e t 1 (argila+limo) h 2 e t 2 (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 h argila limo h1h1 h2h2 argila limo

13 Método de análise com uso da atenuação de feixe de raios gama X IoIo IrIr Solução dispersante argila limo X IoIo I X A IoIo I (1) (2) Substituindo (1) em (2)

14 Concentração (C) de partículas de diâmetro ( ) na suspensão, na profundidade (h) após o tempo de sedimentação (t), onde: 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.

15 Exemplo a) Concentração inicial de partículas (argila+limo) na suspensão C 0 = 50g/l b) viscosidade da solução dispersante de NaOH a 25 0 C: 0,0093 gcm -1 s -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 cm 2 g -1 1) Dados 2) Tempo necessário para sedimentação do limo abaixo de h=3cm 3) Avaliação da concentração de argila com feixe gama: Solução dispersante I 0 = cpm I r = cpm I0I0 IrIr X=5cm

16 I0I0 I I 0 = cpm I= cpm Porcentagem de argila na mistura limo+argila 100g solo peneiramento 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

17 Outro procedimento analítico I0I0 I co X Suspensão argila+limo I0I0 IrIr X Solução dispersante

18 I0I0 IAIA X=5cm Suspensão após sedimentação do limo Vantagem: não necessita determinação prévia de X p

19 Exemplo: I0I0 IrIr Solução dispersante I0I0 I co Suspensão argila+limo I0I0 IAIA Suspensão após sedimentação do limo Concentração inicial de partículas (argila+limo) na suspensão C 0 = 50g/l I r = cpm I 0 = cpm I Co = cpm I A = cpm


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