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Análise Granulométrica de Solos Métodos Convencionais e por

Análise Granulométrica de Solos Métodos Convencionais e por Atenuação de Raios Gama. CEN5755 - Técnicas avançadas em física de solos. Osny Bacchi CENA/USP 2005. Literatura Recomendada:. Baver,L.D.; Gardner,W.H. & Gardner, W.R. 1972. Soil Physics. John Wiley

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Presentation Transcript

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

  2. 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.

  3. Areia Esqueleto do solo Limo Argila AMG AG AM AF AMF 0,05 1 0,5 0, 25 0,10 0,002 2 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 F (mm)

  4. Algumas relações dimensionais entre partículas Areia F = 2 mm A=4pR2=0,126 cm2 V=4/3pR3=0,00419 cm3 m=0,00419.2,65=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

  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. 100 0 Franco-argilo-arenoso 10 Argila Limo Argila 40 Franco argiloso (2) Franco limoso Franco arenoso Silte 100 Areia 0 Areia 0 100 50 (1) (3) Diagrama de classificação textural de solos (USDA)

  8. 100 Argila Argila Argilalimosa Argila arenosa Franco argilo limoso Franco argiloso Franco argilo arenoso Franco Franco limoso Franco arenoso Areia barrenta Limo Areia 100 Areia 0 Diagrama de classificação textural de solos (USDA)

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

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

  12. argila 0 g/l h 50 g/l limo argila h1 h2 limo Método do densímetro Método do cilindro de Koettgen 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. X Io Ir Solução dispersante X Io I argila limo X Io I A Método de análise com uso da atenuação de feixe de raios gama (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 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 X=5cm I0 Ir 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=100.000 cpm Ir=99.000 cpm Solução dispersante

  16. X=5cm I0 I 48,6% argila = 38,9g 80 g (argila+limo) 51,4%limo = 41,1g I0=100.000 cpm I= 95.000 cpm Porcentagem de argila na mistura limo+argila 20 g (areia) =20% 80 g (argila+limo) 100g solo  peneiramento  20 g (areia) =20% 38,9 % argila 41,1 % limo 100g solo  peneiramento 

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

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

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

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