CEN Técnicas avançadas em física de solos

Apresentação em tema: "CEN Técnicas avançadas em física de solos"— Transcrição da apresentação:

1 CEN5755 - Técnicas avançadas em física de solos
Análise Granulométrica de Solos Métodos Convencionais e por Atenuação de Raios Gama Osny Bacchi CENA/USP 2005

2 Literatura Recomendada:
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. 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. Libardi, P.L Dinâmica da água no solo. Piracicaba, SP., ESALQ/USP, Depto. Física e Meteorologia, 1aEd.,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. 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 Diferentes escalas e classes de tamanho de (critérios arbitrários)
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 Esqueleto do solo AMG AG AM AF AMF Limo Argila 2 1 0,5 0, 25 0,10 0,05 0,002 Areia F (mm)

4 Algumas relações dimensionais
entre partículas Areia F = 2 mm A=4pR2=0,126 cm2 V=4/3pR3=0,00419 cm3 m=0, ,65=0,0111 g Argila F = 0,002 mm (argila) A=4pR2=1, cm2 V=4/3pR3=4, cm3 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 Diagrama de classificação textural de solos
(USDA) 100 Argila Limo Areia Franco arenoso limoso Franco argiloso Silte 10 40 50 (1) (2) (3) Franco-argilo-arenoso

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

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) A) Hidrostática: R = P - E P E R B) Equilíbrio de forças no processo de sedimentação: Fa = R na velocidade terminal de queda ()  mru Fa 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 Método da pipeta h C=m/v aliquota Secagem Pesagem

12 Método do cilindro de Koettgen
Método do densímetro h argila limo 0 g/l 50 g/l Método do cilindro de Koettgen h1 h2 argila limo h1 e t1 (argila+limo) h2 e t2 (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

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

14 Dificuldades: necessidade de conhecimento preciso de X e mp
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 mp 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 1) Dados a) Concentração inicial de partículas (argila+limo) na suspensão C0= 50g/l b) viscosidade da solução dispersante de NaOH a 25 0C: h= 0,0093 gcm-1s -1 c) densidade de partículas: r=2,65 g.cm-3 d) densidade da solução dispersante: r l=0,997 g.cm-3 e) diâmetro das partículas de limo: f >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: mp=0,34 cm2g-1 2) Tempo necessário para sedimentação do limo abaixo de h=3cm 3) Avaliação da concentração de argila com feixe gama: I0 Ir X=5cm I0= cpm Ir= cpm Solução dispersante

16 Porcentagem de argila na mistura limo+argila
X=5cm I0= cpm I= cpm Porcentagem de argila na mistura limo+argila 20 g (areia) =20% 80 g (argila+limo) 100g solo  peneiramento  80 g (argila+limo) 48,6% argila = 38,9g 51,4%limo = 41,1g 20 g (areia) =20% 38,9 % argila 41,1 % limo 100g solo  peneiramento 

17 Outro procedimento analítico
Ir X Solução dispersante I0 Ico X Suspensão argila+limo 

18  I0 IA X=5cm Suspensão após sedimentação do limo
Vantagem: não necessita determinação prévia de X mp

19 Exemplo: I0=100.000 cpm Ir=99.000 cpm ICo=90.950 cpm IA=95.000 cpm I0
Solução dispersante I0= cpm Ir= cpm Concentração inicial de partículas (argila+limo) na suspensão C0= 50g/l I0 Ico Suspensão argila+limo ICo= cpm I0 IA Suspensão após sedimentação do limo IA= cpm